KR20240046056A - 암모니아 슬립을 감소시키기 위해 구성된 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관 및 그 엔진의 암모니아 슬립을 감소시키는 방법 - Google Patents

암모니아 슬립을 감소시키기 위해 구성된 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관 및 그 엔진의 암모니아 슬립을 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

암모니아 슬립을 감소시키기 위해 구성된 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관 및 그 엔진의 암모니아 슬립을 감소시키는 방법에 있어서, 상기 방법은:
- a) 암모니아를 주 연료로 하여 엔진을 작동시켜 NOx 및 NH3를 함유하는 배기 가스 스트림을 생성하는 단계,
- b) 상기 배기 가스에 제어된 NOx 스트림을 추가하여 상기 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 비율을 조절하는 단계, 및
- c) 그 후, 배기 가스 스트림을 SCR에 제출하는 단계에 의한다.

Description

암모니아 슬립을 감소시키기 위해 구성된 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관 및 그 엔진의 암모니아 슬립을 감소시키는 방법{A LARGE TWO-STROKE UNIFLOW SCAVENGED TURBOCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE CONFIGURED FOR REDUCING AMMONIA SLIP AND A METHOD FOR REDUCING AMMONIA SLIP OF SUCH AN ENGINE}
본 개시내용은 대형 2행정 내연 기관, 특히 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관에 관한 것으로서, 적어도 하나의 작동 모드에서 암모니아(NH3)를 엔진에서 연소를 위한 주 연료로 작동된다.
대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 압축 점화 내연 크로스헤드 엔진은 일반적으로 대형 선박의 추진 시스템 또는 발전소의 원동기로 사용된다. 엄청난 크기, 무게 및 출력으로 인해 일반 연소 엔진과 완전히 다르며 대형 2행정 터보차지 압축 점화 내연 엔진이 동급에 속한다.
내연 기관은 과거에는 주로 연료 유, 예를 들어 디젤 오일 또는 연료 가스 (예 : 천연 가스 또는 석유 가스)와 같은 탄화수소 연료로 작동되었다. 탄화수소 연료의 연소는 이산화탄소(CO2)와 대기 오염 및 기후 변화에 기여하는 기타 온실 가스를 방출한다. 부산물 배출을 초래하는 화석 연료 불순물과 달리 CO2는 탄화수소 연소의 불가피한 결과이다. 특정 연료의 에너지 밀도와 CO2 발자국은 탄화수소 사슬 길이와 탄화수소 분자의 복잡성에 따라 달라진다. 따라서 기체 탄화수소 연료는 액체 탄화수소 연료보다 배출량이 낮고 기체 탄화수소 연료는 취급 및 저장이 더 까다롭고 비용이 많이 든다는 단점이 있다. CO2 배출량을 줄이기 위해 비 탄화수소 연료가 개발되고 있다.
암모니아(NH3)는 화석 연료, 바이오매스 또는 재생 가능하거나 지속 가능한 자원(풍력, 태양열, 수력, 원자력 또는 열)에서 얻은 합성 제품이며, 재생 가능/지속 가능한 자원에 의해 생성될 때 NH3는 탄소 배출량이 거의 없으며 연소 시 CO2, SOX, 미립자 물질 또는 미연소 탄화수소를 방출하지 않는다.
NH3는 자동차와 같은 소형 내연 기관에서 소규모로 테스트 및 사용되었지만 아직 대형 2 스토크 내연 기관에 동력을 공급하는 데 사용되지 않았다.
대형 2행정 내연 기관에서 연소 암모니아(NH3)에 의해 생성된 연소 가스에는 NOx와 NH3가 모두 포함될 수 있다. NOx는 IMO Tier II 및 III와 같은 국제 규정에 의해 제한되는 반면, NH3에 대한 현실적으로 허용 가능한 수준은 현재 규제에 의해 공식적으로 제한되지는 않지만 상당히 낮다. 특히, 배기 가스에서 허용 될 수 있는 NH3 슬립은 엔진의 배기 시스템에 NH3 저감 시스템(후처리 시스템)이 없으면 달성하기 어렵고, 즉, 대책이 없으면 허용 할 수 없는 양의 NH3를 포함하는 배기 가스가 대기 중으로 유입될 수 있다.
배기 가스에서 NH3를 제거하는 알려진 시스템은 암모니아 슬립 촉매(ASC 또는 AMOX)를 사용한다. NOx는 선택적 촉매 환원(SCR) 촉매를 사용하여 감소된다. 배기 가스의 NH3 슬립은 암모니아 슬립 촉매(ASC)를 사용하여 제어된다. ASC 촉매는 NOx와 NH3가 이미 반응하여 NOx를 제거한 SCR 촉매의 다운스트림에 배치된다. 어떤 이유로 NH3가 SCR 촉매 뒤에 존재하면 NH3를 제거하는 ASC를 통해 산화된다. ASC는 SCR과 마찬가지로 전체 가스량을 처리한다. 따라서 ASC를 대형 2행정 내연 기관에 장착하는 경우 모든 배기 가스를 처리해야 하기 때문에 ASC의 크기는 SCR 촉매와 유사하다. SCR 촉매는 매우 방대한 장비이기 때문에 다른 방대한 장비를 추가하는 것은 문제가 된다. 또 다른 단점은 아산화질소(N2O)가 ASC에서 NH3 산화의 부산물일 수 있다는 것이다. 아산화질소에 대한 알려진 저감 시스템이 존재하지만, 효과적이려면 400C를 초과하는 온도가 필요하며, 이는 고효율 해양 엔진으로는 쉽게 달성할 수 없는 배기가스 온도이다.
또 다른 알려진 기술은 습식 스크러버를 사용하여 배기 가스에서 NH3를 제거하는 것인데, 이는 선박에 매우 크고 부피가 큰 구성 요소를 도입하고 쉽게 처분 할 수 없는 폐수 스트림을 선상에 도입하는 것이다.
DK202170273는 제1항의 전문에 따른 대형 2행정 내연기관을 개시한다.
상기에서 언급한 문제점을 극복하거나 적어도 감소시키는 대형 2행정 내연기관을 제공하는 것이 목적이다. 대형 2행정 내연기관으로부터 암모니아 슬립을 저감하기 위한 방법을 제공하는 것도 또 다른 목적이다.
전술한 목적 및 다른 목적들은 독립적인 청구항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속 청구항, 설명 및 도면을 통해 알 수 있다.
제 1 양태에 따르면, 암모니아를 주원료로 하는 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2행정 단방향 스캐빈지 터보차저 내연 기관이 제공되며, 상기 엔진은:
- 실린더 라이너와 내부에 왕복 피스톤이 있고 실린더를 덮는 실린더 커버가 있는 적어도 하나의 실린더,
- 왕복 피스톤과 실린더 커버 사이에 있는 실린더 내부에 형성된 연소실,
- 연소실에 스캐빈지 에어를 공급하기 위한 흡기 시스템,
- 연소실에서 암모니아 연소에 의해 생성된 배기 가스 스트림을 배출하기 위한 배기 시스템,
- 스캐빈지 에어를 압축하기 위해 흡기 시스템 내에 적어도 하나의 압축기를 갖추고, 압축기를 구동하기 위해 배기 시스템 내에 적어도 하나의 배기 가스 구동 터빈을 포함하는 터보 과급 시스템,
- 배기 시스템 내에, 바람직하게는 배기 가스 구동 터빈의 상류에 있는 SCR 촉매,
- SCR 촉매 내부 또는 상류의 배기 가스 스트림에 NOx를 함유한 가스 스트림을 추가하기 위한 수단들을 포함한다.
본 발명자는 SCR 촉매에서 암모니아가 환원되는 것이 보장된다면 암모니아 슬립을 피할 수 있다는 것을 깨달았다. 그러나, 암모니아는 SCR 촉매에 불충분한 NOx가 존재할 때, 즉 암모니아와 NOx의 몰비(molar ratio)가 1 이상일 때 환원되지 않는다. 연소실을 떠나는 배기 가스의 암모니아와 NOx 사이의 비율은 항상 제어(정확하게)되거나 예측(정확하게)될 수 없다. 배기 가스에 NOx를 함유하는 가스 스트림을 제공함으로써, 암모니아의 완전한 환원을 위해 필요한 양의 NOx가 항상 SCR 촉매에 존재하도록 보장하여, 배기 가스에 존재하는 암모니아의 전부 또는 적어도 거의 전부가 SCR 촉매에서 환원되도록 할 수 있다. 원하는 결과를 얻기 위해 상대적으로 적은 양의 기체 NOx 스트림만 필요하다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, NOx를 함유하는 기체의 스트림은 암모니아를 NO로 전환시키기 위해 산화 촉매 위에 암모니아 및 공기의 스트림을 처리함으로써 생성된다. 공정에 약간의 열을 가할 필요가 있지만, 앞서 언급한 알려진 용액들과 비교할 때 그 양은 더 적고, 산화 촉매의 크기는 알려진 암모니아 슬립 촉매 장치에 비해 작다. 따라서, 제 1 양태에 따른 엔진은 부피가 적고 건설 및 유지 보수 비용이 적게 든다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 배기 가스의 스트림에 추가된 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 배기 가스의 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 측정 및/또는 추정하는 수단을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제어기는, 배기 가스의 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 측정된 및/또는 추정된 몰비의 함수로서 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 조정하도록 구성된다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제어기는, 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 1 이하, 바람직하게는 1보다 약간 낮은 SCR 촉매로 유입되는 배기 가스의 스트림을 초래하는 크기로 NOx 스트림의 크기를 조정하도록 구성된다.
상기 제1 양태의 가능한 구현 형태에서, NOx를 포함하는 가스의 스트림은 NO 및 NO2를 포함하고, 상기 엔진은 NOx를 함유하는 가스의 스트림 중의 NO와 NO2 사이의 비율을 조절하기 위한 수단을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 제어기가 배기 가스의 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 결정할 수 있게 하는 하나 이상의 신호를 제공하는 센서 시스템을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 NOx를 함유하는 가스의 스트림을 생성하는 NOx 생성 시스템을 포함하고, NOx 생성 시스템은 바람직하게는 NOx를 함유하는 가스의 증기를 얻기 위해, 바람직하게는 촉매적으로, NOx 및 H2O로 산화되는 암모니아 스트림을 제공하는 공급원을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 산화 촉매, 바람직하게는 백금-로듐 촉매를 포함하고, 이 엔진은 바람직하게는 가압된 기체 암모니아의 공급 및 산화 촉매에 가압된 공기의 공급을 포함하고, 가압된 공기의 공급원은 바람직하게는 흡기 시스템으로부터의 스캐빈지 에어이다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, NOx 발생 시스템은 NOx를 포함하는 가스 중의 NO 및 NO2의 비율을 제어하도록 구성된다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제어기는 NOx를 포함하는 가스에서 NO와 NO2 사이의 최적 비율을 결정하도록 구성되고, 그에 따라 NOx를 포함하는 가스에서 NO와 NO2 사이의 비율을 조절하도록 구성된다.
상기 제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 상기 엔진은 NOx 발생 시스템의 하류에서, 상기 Nox 발생 장치 내부에서 부반응의 결과로서 생성될 수 있는 N2O를 제거하기 위해, 바람직하게는 철 제올라이트 촉매인, 촉매 N2O 저감 시스템을 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 NOx를 함유하는 가스를 저장하기 위한 용기, 바람직하게는 고압하에 NOx를 함유하는 가스를 저장하기 위한 용기를 포함하며, 용기는 바람직하게는 제어 밸브를 통해 배기 가스 시스템에 연결되어 용기로부터 배기 가스의 스트림 내로 NOx를 함유하는 가스의 제어된 스트림을 허용한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 NOx 센서와, 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림 내의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 암모니아 센서를 포함한다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 적어도 하나의 NOx 센서는 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 배기 시스템 내의 상류 위치에서 배기 가스의 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
적어도 하나의 NOx 센서는 NOx를 포함하는 가스 스트림이 추가되는 위치의 하류 및 SCR 촉매의 상류에 있는 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림 배기 가스의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
적어도 하나의 NOx 센서는 SCR 촉매의 하류에 있는 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
적어도 하나의 암모니아 센서는, NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 위치에 있는 상류의 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
적어도 하나의 암모니아 센서는 NOx를 함유하는 가스의 스트림이 추가되는 위치의 하류 및 SCR 촉매의 상류에 있는 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
적어도 하나의 암모니아 센서는 SCR 촉매의 하류에 있는 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다.
제1 양태의 가능한 구현 형태에서, 엔진은 연소실에 암모니아를 주입 또는 유입하도록 구성되는 연료 밸브(50,50')에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30)을 포함한다.
제 2 양태에 따르면, 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관으로부터 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은:
- a) 암모니아를 주 연료로 하여 엔진을 작동시켜 NOx 및 NH3를 포함하는 배기 가스 스트림을 생성하는 단계,
- b) 배기 가스에 제어된 NOx 스트림을 추가하여 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 비율을 조절하는 단계, 및
- c) 그 후, 배기 가스 스트림을 SCR에 제출하는 단계를 포함한다.
제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 상기 방법은 제어된 NOx 스트림을 배기 가스에 추가하기 전에 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 결정하는 단계, 및 바람직하게는 몰비가 1 이상인 경우에만, 제어된 NOx 스트림을 배기 가스 스트림에 추가하는 단계를 포함한다.
제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 상기 방법은 결정된 몰비를 1 미만, 바람직하게는 1 미만의 수준으로 낮추는 데 필요한 NOx 스트림의 크기를 결정하는 단계, 및 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 결정된 크기로 조정하는 단계를 포함한다.
제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 상기 방법은 NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 원하는 비율을 결정하는 단계, 및 NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 비를 조정하는 단계를 포함한다.
제2 양태의 가능한 구현 형태에서, 상기 방법은, 산화 촉매의 출구를 떠나는 NOx를 함유하는 가스의 스트림을 생성하기 위해 가압된 기체 암모니아의 스트림 및 가압된 공기의 스트림을 산화 촉매의 입구에 공급하는 단계를 포함하고, 가압된 공기의 스트림은 바람직하게는 흡기 시스템으로부터 기원되고, 바람직하게는 터보차저의 압축기의 하류 위치, 및 바람직하게는 인터쿨러의 상류 위치에 있는 흡기 시스템으로부터 기인한다.
이들 및 다른 양상들은 도면들 및 이하에서 설명되는 실시예(들)로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관에 의하면 암모니아 슬립이 저감되는 효과가 있다.
본 개시의 다음의 상세한 부분에서, 양태들, 실시예들, 및 구현예들은 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이며, 여기서,
도 1은 예시적인 실시예에 따른 대형 2행정 내연기관의 고가 정면도이고,
도 2는 도 1의 대형 2행정 엔진의 상승된 측면도이고,
도 3은 암모니아 연료 시스템 및 암모니아 슬립 저감 시스템을 갖는 도 1의 대형 2행정 엔진의 대형 2행정 엔진을 개략적으로 표현한 도면이고,
도 4는 대형 2행정 내연기관의 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 공정의 흐름도이고,
도 5는 대형 2행정 내연기관의 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 공정의 다른 실시예의 흐름도이고,
도 6은 대형 2행정 내연기관의 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 공정의 또 다른 실시예의 흐름도이다.
이하의 상세한 설명에서, 내연 기관은 예시적인 실시예들에서 크로스헤드들을 갖는 대형 2-행정 저속 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관을 참조하여 설명될 것이지만, 내연 기관은 다른 타입의 것일 수 있다는 것이 이해된다. 대형 2 행정 저속 단류 스캐빈지 터보 차저 내연 기관은 압축 점화되는 피스톤의 상사 점(TDC) 또는 그 부근에서 연료가 분사되는 (고압) 유형 또는 압축 전 또는 압축 중에 연료가 스캐빈지 에어와 혼합되는 (저압) 유형 (프리 믹스 엔진)과 공기와 연료의 혼합물이 스파크 점화되는 것 등 일 수 있다. 프리 믹스 엔진에는 일반적으로 안정적인 점화를 보장하기 위해 연료유와 같은 점화 유체를 사용하는 "파일럿" 점화가 있다.
도 1, 2 및 3은 디젤 원리, 즉 압축 점화 엔진에 따라 작동하도록 구성된 크랭크축(8) 및 크로스헤드(9)를 갖는 대형 저속 터보차저 2행정 엔진을 나타낸다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템이 있는 대형 저속 터보차저 2행정 디젤 엔진의 다이어그램을 보여준다. 이 예시적인 실시예에서, 엔진은 일렬로 6개의 실린더를 갖는다. 대형 저속 터보차저 2행정 디젤 엔진은 전형적으로 엔진 프레임(11)에 의해 운반되는 실린더 프레임(23)에 의해 운반되는 4 내지 14개의 실린더를 일렬로 갖는다. 엔진은 예를 들어 선박의 주 엔진으로서 또는 발전소에서 발전기를 작동시키기 위한 고정식 엔진으로서 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은 예를 들어 1,000 내지 110,000 kW의 범위일 수 있다.
엔진은 이중 연료 엔진으로 구성할 수 있다. 엔진은 압축 점화 엔진 또는 프리믹스 엔진일 수 있다. 본 실시예에 따른 엔진은 실린더 라이너(1)의 하부 영역에 스캐빈지 포트(18)가 있고, 각 실린더 라이너(1)의 상부에 중앙 배기 밸브(4)가 있는 2행정 단류 타입이다. 엔진은 엔진이 암모니아 연료 또는 암모니아계 연료로 작동되는 적어도 하나의 암모니아 모드 및 엔진이 종래의 연료, 예를 들어 연료유(선박용 디젤) 또는 중유로 작동되는 적어도 하나의 종래의 연료 모드를 갖는다.
스캐빈지 에어는 스캐빈지 에어 리시버(2)로부터 개별 실린더(1)의 스캐빈지 포트(18)로 전달된다. 실린더 라이너(1)에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이에서 왕복하는 피스톤(10)은 스캐빈지 에어를 압축한다. 연료(암모니아 모드에서의 암모니아)는 피스톤이 TDC(디젤 원리)에 있거나 그 부근에 있을 때 실린더 커버(22)에 배치된 연료 밸브(50)를 통해 연소실 내로 고압으로 분사된다. 엔진이 프리 믹스 엔진으로 구성될 때, 피스톤이 연료 흡입 밸브(50')로부터 TDC(오토 원리)를 향해 갈 때 연료는 상대적으로 낮은 압력으로 유입된다(일반적으로 각 실린더에 대해 2개 이상의 연료 흡입 밸브(50')가 있음). 연료 유입 밸브(50')는 스캐빈지 포트(18) 위의 위치에서 실린더 라이너 내에, 또는 실린더 커버(22)에 배치될 수 있다. 연소가 이어지고 배기 가스가 발생한다. 엔진이 압축-점화를 위해 구성되는 경우, 각 실린더 커버(22)에는 2개 이상의 연료 밸브(50)가 제공된다. 연료 밸브(50)는 암모니아와 같은 특정 유형의 연료만을 분사하도록 구성되거나, 이 경우, 종래의 연료를 연소실 내로 분사하기 위한 2개 이상의 연료 밸브(도 3에 도시되지 않음)도 존재할 것이다. 연료 밸브(50)는 중앙 배기 밸브(4)를 중심으로 실린더 커버(22)에 배치된다. 또한, 추가로, 전형적으로 더 작은 연료 밸브(도시되지 않음)는 암모니아 연료의 신뢰성 있는 점화를 보장하기 위해, 점화 유체를 분사하기 위한 실린더 커버에 제공된 실시예에서이다. 점화 유체는 예를 들어 디메틸 에테르(DME) 또는 연료유이지만 수소와 같은 다른 형태의 점화 강화제일 수도 있다. 엔진은 이중 연료 엔진이 될 수 있기 때문에 종래의 연료를 연료 밸브(50)에 공급하기 위한 종래의 연료 공급 시스템(미도시)도 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 연료 밸브(50')는 실린더 라이너(단속 라인에 의해 도시됨)를 따라 배열되고, 피스톤(10)이 BDC로부터 TDC로 가는 도중에 연료 밸브(50')를 통과하기 전에 연료를 실린더 내로 허용한다. 따라서, 엔진이 프리믹스 작동을 위해 구성될 때, 피스톤(10)은 스캐빈지 에어 및 연료의 혼합물을 압축한다. TDC에서의 또는 그 근처에서 시간 점화는 스파크, 레이저, 점화 유체 주입 등에 의해 트리거된다. 연료 밸브(50')를 갖는 실시예에서, 연료가 주입되는 압력은 실린더 커버(22) 내의 연료 밸브(50)를 갖는 실시예에서 연료가 주입되는 압력보다 실질적으로 낮으며, 이는 피스톤이 상사점(TDC)에 있거나 그 부근에 있을 때 분사되고, 연료가 분사되는 압력은 압축 압력보다 상당히 높을 필요가 있다. 따라서, 일 실시예에서, 엔진은 디젤 원리(압축-점화)에 따라 작동하고, 스캐빈지 에어(배기 가스 재순환이 이용되는 경우의 스캐빈지 가스)만을 압축하고, 다른 실시예에서, 엔진은 오토 사이클(timed ignition)에 따라 작동하고, 연료와 스캐빈지 가스의 혼합물을 압축한다. 연료 공급 시스템(30)이 연료를 전달하기 위해 필요로 하는 압력은 오토 원리에 따라 작동할 때 상당히 낮을 수 있고, 압축-점화 엔진용 연료 밸브(50)에 자주 사용되는 압력 부스터는 회피할 수 있다.
배기 밸브(4)가 개방될 때, 배기 가스는 실린더와 연결된 배기 덕트를 통해 배기 가스 리시버(3) 내로 흐르고, 선택적 촉매 반응(SCR) 촉매(40)를 통해 제1 배기 도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 흘러가고, 이로부터 배기 가스는 제2 배기 도관(28)을 통해 대기로 흘러 나간다.
샤프트를 통해, 터보차저(5)의 터빈(6)은 공기 흡입구(12)를 통해 신선한 공기를 공급받는 압축기(7)를 구동한다. 압축기(7)는 가압된 스캐빈지 에어를 스캐빈지 에어 도관(13)으로 전달하여 스캐빈지 에어 리시버(2)로 유도한다. 스캐빈지 에어 도관(13) 내의 스캐빈지 에어는 스캐빈지 에어를 냉각시키기 위한 인터쿨러(14)를 통과한다.
냉각된 스캐빈지 에어는 터보차저(5)의 압축기(7)가 스캐빈지 에어 리시버(2)에 충분한 압력을 전달하지 않을 때, 즉 엔진의 낮은 부하 또는 부분 부하 조건에서 스캐빈지 에어 스트림을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 통해 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서, 터보차저 압축기(7)는 충분한 압축 스캐빈지 에어를 전달하고, 그 후 보조 송풍기(16)는 역류 방지 밸브(15)를 통해 바이패스되고, 전기 모터(17)는 비활성화된다. 터보 과급 시스템은 하나 이상의 터보차저(5)를 포함할 수 있다.
엔진은 암모니아를 주 연료로서 작동시키는 암모니아 모드에 있으며, 이는 실질적으로 안정된 압력 및 온도에서 암모니아 연료 시스템(30)에 의해 연료 밸브(50 또는 50')에 공급된다. 암모니아는 액상 또는 기체 상태의 암모니아 밸브(50)에 공급될 수 있다. 암모니아 액상은 암모니아수(암모니아-물 블렌드)일 수 있다.
종래의 연료 시스템은 잘 알려져 있으며, 더 상세히 도시되고 설명되지 않는다. 암모니아 연료 시스템(30)은 중간 공급 압력(예를 들어, 30 내지 80 bar 압력)에서 액상 암모니아를 연료 밸브(50) 또는 연료 유입 밸브(50')에 공급한다. 대안적으로, 암모니아 연료는 기체 상태의 암모니아 밸브(50)에 비교적 낮은 공급 압력(예를 들어, 30 내지 80 bar 압력)으로 공급된다. 압축점화 방식의 엔진인 경우, 연료밸브(50)는 암모니아 연료의 압력을 중압에서 고압으로 현저히 상승시켜 암모니아 연료가 엔진의 압축 압력보다 훨씬 높은 압력으로 분사될 수 있도록 하는 압력 부스터를 포함한다. 일반적으로 점화 압축 엔진의 분사 압력은 300 바(bar) 이상이다.
일 실시예에서, 엔진에는 예를 들어 NOx 발생을 감소시키기 위해 스캐빈지 에어와 함께 배기 가스의 일부를 연소실로 재도입하기 위한 배기 가스 재순환 시스템이 제공된다.
암모니아 연료 시스템(30)에서, 암모니아는 대략 17 바(bar)에서 가압된 저장 탱크에서 액상으로 저장된다. 암모니아는 암모니아 저장 탱크에서 8.6 바(bar) 이상의 압력과 20°C의 주변 온도에서 액상으로 저장할 수 있다. 그러나, 암모니아는 주위 온도가 상승할 때 이를 액상으로 유지하기 위해 대략 17 바(bar) 또는 그 이상으로 저장하는 것이 바람직하다.
저압 암모니아 공급 라인은 암모니아 저장 탱크(미도시)의 출구와 중압 공급 펌프(미도시)의 입구를 연결한다. 저압 공급 펌프는 액상 암모니아를 암모니아 저장 탱크에서 중압 공급 펌프의 입구로 밀어낸다. 중압 공급 펌프는 액체 암모니아를 중압 암모니아 공급 라인(도시되지 않음)을 통해 연료 밸브(50,50')로 강제한다.
전자 제어 유닛(컨트롤러)(60)은 엔진의 다양한 부품 및 센서에 신호선을 통해 또는 무선으로 연결된다.
NH3 연소에서, 엔진의 배기 가스는 NOx와 NH3를 모두 포함할 수 있다(NH3를 포함하는 배기 가스를 생성하지 않는 화석 연료의 연소와 반대). 배기 가스에서 이 두 물질 사이의 비율을 항상 정확하게 제어하거나 예측할 수는 없다. 그러나, SCR 촉매(40)는 NOx 제거 촉매뿐만 아니라 NH3 제거 촉매로도 기능한다. NH3와 NOx 사이의 배기 가스의 몰비는 알파라고 불리며, 두 종이 일대일로 반응하기 때문에 제거할 수 있는 NOx와 NH3의 양을 결정한다. 알파가 1 미만이면, NOx는 과잉이고 모든 NH3는 NOx와 반응할 수 있으며, 그 결과 실질적으로 0의 NH3가 SCR 촉매(40)의 출구와 일부 NOx를 떠날 수 있으며, 이는 IMO Tier III에 의해 허용된다. 알파가 1 이상이면 NH3가 과잉이고 모든 NOx가 존재하는 NH3와 반응하고 NH3의 초과는 NH3 슬립으로 SCR 촉매를 빠져 나온다. 배기 가스에서 허용될 수 있는 NH3 슬립은 낮기 때문에(예: 한계는 10ppm 일 수 있음) 알파를 1 미만으로 유지하는 것이 바람직하다.
SCR 촉매(40)는 배기 가스로부터 NOx 성분인 NO와 NO2를 모두 제거하는 역할을 한다. SCR 촉매(40)는 바나듐계의 실시예에서이다. SCR 촉매(40)는 본 실시예에서 터빈(6)의 고압 측에 배치되지만, 다른 실시예에서는 터빈(6)의 저압 측에 배치될 수 있으며, 이는 SCR 촉매(40)의 부피를 증가시킬 것이다. 본 실시예에서, SCR 촉매(40)의 입구는 배기 가스 리시버(3)의 출구와 연결된다.
제어기(60)에 의해 측정 또는 계산되는 배기 가스 리시버(3)로부터 유입되거나 배기 가스 리시버(3) 내로 유입되는 가스 스트림 내의 NOx 및 NH3 농도에 기초하여, SCR 촉매(40)로 유동하는 배기 가스의 스트림에 추가되는 NOx의 필요한 양(스트림의 크기)은 원하는 알파에 도달하기 위해 계산된다. 이러한 추가적인 NOx 스트림은 NH3을 함유하는 측부 스트림으로부터 생산된 실시예에서, 예를 들어 암모니아 연료 시스템(30)으로부터 나온다. 이 NH3는 산화 촉매(43)에서 NO 및 H2O (물)를 얻기 위해 공급되는 에어 스트림과 함께 고온 (바람직하게는 500 °C 이상)에서 촉매적으로 산화된다. 가압된 공기의 스트림의 공급원은 흡기 시스템으로부터 취출되고 제어 밸브(27)에 의해 제어되는 스캐빈지 에어인 것이 바람직한데, 이는 특히 스캐빈지 에어가 인터쿨러(14)의 상류(및 압축기(7)의 하류)의 흡기 시스템으로부터 취출되는 경우, 고온 가압된 공기를 얻는 효과적인 방법이기 때문이다. 이러한 측부 스트림은 도 3의 실시형태에서와 같이 NH3의 분리된 공급이 될 수 있거나, 또는 전체 배기로부터 취해질 수 있다. 두 경우 모두에서, 부류의 크기는 예를 들어 상기 언급된 계산에 따라 제어기(60)에 의해 조정되는 제어 밸브(42)에 의해 제어된다. NH3 산화를 위한 촉매는 질산 (HNO3) 생산에 사용되는 것과 유사한 유형일 수 있으며, 여기서 NH3는 산화 촉매 43의 백금-로듐 촉매 거즈 상에서 촉매적으로 산화되고 다음 반응이 일어난다:
4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6 H2O
NO와 물 외에도 산화는 다음 반응에 따라 원치 않는 아산화질소(N2O)를 생성할 수 있다:
4NH3 + 4O2 -> 2N2O + 6H2O
임의의 N2O가 생성되면, NOx를 함유하는 비교적 작은 가스 스트림은 N2O에 대한 분해 촉매를 사용하여 처리할 수 있다. 이제 NO 및 물을 갖는 주로 공기를 함유하는 측부 스트림은 배기 가스 리시버(3)로부터의 배기 가스 스트림과 혼합된다. 이러한 방식으로, 배기 가스 스트림 중의 NO의 몰계 농도는 NH3의 몰계 농도보다 높게, 바람직하게는 약간 높게 증가한다. 이 혼합된 배기 가스 스트림은 SCR 촉매(40)로 이어지며, 여기서 NO와 NH3는 표준 SCR 공정에 따라 1 몰의 NO가 1 몰의 NH3와 반응하는 다음 반응에 따라 반응한다:
4NO + 4 NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O
가스의 스트림이 SCR 촉매(40)를 빠져나갈 때, 실질적으로 모든 NH3가 제거될 것이고, NOx는 IMO Tier III 레벨에 도달하기 위해 감소될 것이다.
센서 시스템(44,45,46,47,48,49)은 제어기(60)가 배기 가스의 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 몰비(알파)를 결정할 수 있게 하는 하나 이상의 신호를 제공한다. 바람직하게는, 센서들은 배기 가스의 스트림 중의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 암모니아 센서(45,47,49) 및 배기 가스의 스트림 중의 NOx의 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 NOx 센서(44,46,48)를 포함한다. 3개의 암모니아 센서(45, 47, 49) 및 3개의 NOx 센서(44, 46, 48)가 도 3에 도시되어 있다. 그러나, 알파를 결정하기 위한 충분한 정보를 제어기(60)에 제공하기 위해 단지 한 쌍의 센서만이 필요하다는 것이 이해된다. 일 실시예에서, 한 쌍의 암모니아 및 NOx 센서는 배기 가스 리시버(3) 내의 농도를 측정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 제어기(60)는, NOx를 함유하는 가스의 스트림이 배기 가스의 스트림에 추가되는 위치의 결정된 알파 다운스트림과 원하는 알파를 비교하고, 그에 따라 NOx를 포함하는 가스의 스트림의 크기를 제어함으로써, 예를 들어, 제어 밸브(42)의 위치를 조정함으로써, 폐루프 방식으로 NOx를 함유하는 가스의 스트림의 크기를 제어하도록 구성된다. 대안적으로, 제어기(60)는 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기의 피드 포워드(feed-forward) 제어를 위해 구성된다.
엔진은 선택적으로 암모니아 제어 밸브(41)에 의해 제어되는 라인을 통해 SCR 촉매(40)의 입구의 상류에 있는 제1 배기 도관(19)에 추가되는 기체 NH3의 형태로, 예를 들어 요소의 형태로, 또는 기체 형태의 NH3의 추가에 의해 알파를 제어하도록 구성된다. 따라서, 알파가 실질적으로 1 미만이면, 제어 밸브(41)를 개방하여 배기 가스에 암모니아를 추가함으로써 NOx 배출을 제어할 수 있다. 이에, 전자 제어기(60)는 제1 배기 라인(19)으로 투입되는 암모니아의 양, 즉 제1 배기 라인(19)으로 유입되는 암모니아의 도관을 제어기(60)에 의해 결정된 알파에 따라 조절하도록 구성된다. 따라서, 배기 가스 리시버(3)로부터 나오는 배기 가스가 과량의 암모니아를 갖는지 또는 과량의 NOx를 갖는지에 관계없이, 알파가 1 또는 그 이상일 때 배기 가스의 스트림에 제어된 크기의 NOx를 함유하는 가스의 스트림을 추가하거나, 알파가 실질적으로 1 미만일 때 제어된 크기의 암모니아 또는 요소(환원제)의 스트림을 배기 가스의 스트림에 추가함으로써 암모니아 슬립 및 NOx 배출 모두를 실질적으로 감소시킬 수 있다.
제어기(60)는 암모니아와 NOx의 몰비가 1 이하, 바람직하게는 약간 1 이하, 즉 암모니아의 몰 농도와 같거나 낮은 암모니아의 몰 농도를 갖는 SCR 촉매(40)로 유입되는 배기 가스의 스트림을 초래하는 크기로 NOx 스트림의 크기를 조절하도록 구성되며, 암모니아의 몰 농도가 NOx의 몰 농도와 같거나 낮고, 바람직하게는 약간 낮다.
NOx를 포함하는 가스 스트림은 NO와 NO2를 모두 포함한다. 배기 가스 스트림에서 NO와 NO2 사이의 비율은 작동 조건에 따라 다를 수 있다. 일 실시예에서(도시되지 않음), 엔진은 NOx를 포함하는 가스 스트림에서 NO와 NO2 사이의 비율을 조정하기 위한 수단을 포함한다. NOx 발생 시스템은 NOx를 포함하는 가스 내의 NO와 NO2의 비율을 제어하도록 구성되고, 제어기(60)는 NOx를 포함하는 가스 내의 NO와 NO2의 최적 비율을 결정하도록 구성되며, 그에 따라 NOx를 포함하는 가스 내의 NO와 NO2의 비율을 조절하도록 구성된다. NO2 대 NO의 양은 예를 들어 산화 촉매가 냉각된 후 NOx를 함유하는 가스의 스트림이 제어될 수 있다. 이는 NO2와 NO 사이의 비율을 제어하기 위해 수행될 수 있으며, 이는 SCR 반응기(40)의 효율에 중요하다. NOx를 포함하는 가스 스트림에 NO2가 존재하지만 여전히 NO의 양보다 적으면 소위 빠른 SCR 반응이 일어날 수 있다:
NO + NO2 + 2NH3 -> 2N2 + 3H2O
그러나, 이는 NO에 비해 가스에 너무 많은 NO2가 존재하고, SCR 촉매(40)의 효율을 감소시키고, 소위 느린 SCR 반응이 일어날 것이기 때문에 제어가 필요하다:
8NH3 + 6NO2 -> 7N2 + 12H2O
일 실시예에서(도시되지 않음), 엔진은 NOx를 함유하는 가스를 저장하기 위한 용기, 바람직하게는 NOx를 함유하는 가스를 고압하에 저장하기 위한 용기, 예를 들어 NOx를 함유하는 고압 가스통을 포함한다. 용기는 바람직하게는 제어 밸브를 통해 배기 가스 시스템에 연결되어, 컨테이너로부터 NOx를 함유하는 가스의 제어된 스트림이 배기 가스의 스트림으로 유입되도록 한다.
적어도 하나의 NOx 센서(44)는 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 위치의 상류의 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. NOx 센서(46)는 NOx를 함유하는 가스의 스트림이 추가되는 위치 및 SCR 촉매(40)의 상류의 배기시스템 하류에서 배기 가스의 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 NOx 센서(48)는 SCR 촉매(40)의 하류의 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 암모니아 센서(45)는 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 위치의 상류의 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 암모니아 센서(47)는 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 위치 및 SCR 촉매(40)의 상류의 배기 시스템 하류에서 배기 가스의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 암모니아 센서(49)는 SCR 촉매(40)의 하류의 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다.
도 4는 상술한 실시예에 따른 내연기관과 같은 터보차저(5)를 구비한 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연기관의 배기 가스로부터 암모니아 슬립을 감소시키는 방법의 실시예를 나타내는 흐름도이다. 이 방법은 암모니아를 주 연료로 하여 엔진을 작동시켜 NOx 및 NH3를 포함하는 배기 가스 스트림을 생성하는 단계, 실린더에서 나오는 배기 가스의 알파를 결정하고, 제어된 NOx 스트림을 배기 가스에 추가하여 배기 가스 스트림의 알파를 조절하는 단계, 이어서, 예를 들어, SCR 촉매 (40)에서, 배기 가스 스트림을 SCR(선택적 촉매 환원)에 제출하는 단계를 포함한다.
실린더에서 나오거나 SCR 촉매(40)로 유입되는 배기 가스의 알파가 결정되고, 알파가 1 이상이면 SCR 촉매(40)의 상류에 배기 가스의 스트림에 NOx 스트림이 추가된다.
상기 방법은 제어된 NOx 스트림을 배기 가스의 스트림에 추가하기 전에 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 결정하는 단계, 및 바람직하게는 몰비가 1 이상인 경우에만, 제어된 NOx 스트림을 배기 가스의 스트림에 추가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 5에 따른 방법의 실시형태에서, 상기 방법은 결정된 몰비를 1 미만, 바람직하게는 1 미만의 수준으로 낮추는 데 필요한 NOx 스트림의 크기를 결정하고, NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 결정된 크기로 조정하는 단계를 포함한다.
원하는 알파에 도달하기 위해 배기 가스의 스트림에 추가되는 데 필요한 NO의 양(NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기)은 산화 촉매(43)를 통한 암모니아 스트림의 크기를 결정할 것이다. 산화되어야 하는 NH3의 양은 엔진 배출 가스의 NO에 비해 NH3 과잉과 적어도 같은 몰의 양이다:
엔진에서 배출되는 NH3의 몰수 - 엔진에서 배출되는 NO의 몰수 =
추가로 필요한 NO의 몰수 =
산화되어야 하는 NH3의 몰수 (100% 전환인 경우)
그리고 이것은 1의 알파에 도달하는 것이다. 전형적으로, SCR 촉매(40)는 0.8 내지 0.95 사이의 알파에 대한 크기이고, 제어기는 그에 따라 알파 값을 얻기 위해 공정을 조정하도록 구성된다. NH3가 산화 촉매 43에 측부 스트림으로서 추가되는 경우, 기류 중의 NH3의 농도는 전형적으로 약 9.5-11.5%이고, NO의 수율은 90-98%이다. 산화 촉매(43)로의 기류량은 농도 및 수요에 의존할 것이지만, 4-20 g/kWh NH3에 대응하는 0.06-0.3 kg/kWh 공기의 범위 내에 있을 수 있다.
도 6에 따른 방법의 실시예에서, 상기 방법은 NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 원하는 비율을 결정하고, NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 비를 조정하는 단계를 포함한다.
다양한 양태들 및 구현예들은 본 명세서에서 다양한 실시예들과 함께 설명되었다. 그러나, 개시된 실시양태에 대한 다른 변형은 도면, 개시 내용 및 첨부된 청구항의 연구로부터 청구된 주제를 실시하는 당업자에 의해 이해되고 영향을 받을 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다.
청구범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된 다. 달리 나타내지 않는 한, 도면은 명세서와 함께 읽혀지도록 의도되고(예를 들어, 크로스해칭, 부품의 배열, 비율, 정도 등), 본 개시내용의 전체 서면 설명의 일부로 간주되어야 한다.
1: 실린더 라이너
3: 배기 가스 리시버
4: 배기밸브
5: 터보차저
6: 터빈
7: 압축기
10: 피스톤
14: 인터쿨러
15: 역류 방지 밸브
16: 보조 송풍기
17: 전기모터
18: 스캐빈지 포트
22: 실린더 커버
30: 연료 공급시스템
40: SCR 촉매
42: 제어밸브
43: 산화 촉매
47: 암모니아 센서
60: 제어기

Claims (21)

  1. 암모니아를 주원료로 하는 적어도 하나의 작동 모드를 갖는 대형 2 행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관에 있어서, 상기 엔진은:
    - 실린더 라이너(1) 및 그 내부에 왕복 피스톤(10)을 구비하고 실린더를 덮는 실린더 커버(22)를 갖는 적어도 하나의 실린더,
    - 왕복 피스톤(10)과 실린더 커버(22) 사이에 실린더(1) 내부에 형성된 연소실,
    - 상기 연소실에 스캐빈지 에어를 공급하기 위한 흡기 시스템,
    - 상기 연소실에서 암모니아의 연소에 의해 발생되는 배기 가스의 스트림을 배출하기 위한 배기 시스템,
    - 스캐빈지 에어를 압축하기 위한 상기 흡기 시스템 내의 적어도 하나의 압축기(7) 및 상기 압축기(7)를 구동하기 위한 상기 배기 시스템 내의 적어도 하나의 배기 가스 구동 터빈(6)을 포함하는 터보 과급 시스템(5),
    - 상기 배기 시스템 내에, 바람직하게는 상기 배기 가스 구동 터빈 (6)의 상류에 있는 SCR 촉매(40),
    - SCR 촉매(40)의 내부 또는 상류의 배기 가스 스트림에 NOx를 함유한 가스의 스트림을 추가하기 위한 수단들
    을 포함하는 엔진.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은, 상기 배기 가스 스트림에 추가되는 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 제어하도록 구성된 제어기(60)를 포함하는 엔진.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 엔진은, 배기 가스 스트림에서 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 측정 및/또는 추정하는 수단들을 포함하는 엔진.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제어기(60)는 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 측정 및/또는 추정된 몰비의 함수로서 NOx를 함유하는 가스의 스트림의 크기를 조절하도록 구성되는 엔진.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어기(60)는, 암모니아와 NOx 사이의 몰비가 1 이하, 바람직하게는 1보다 약간 미만, 즉, NOx의 몰 농도와 같거나 그 미만, 바람직하게는 약간 낮은 암모니아의 몰 농도인 SCR 촉매(40)로 들어가는 배기 가스 스트림을 초래하는 크기로 NOx 스트림의 크기를 조정하도록 구성되는 엔진.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 NOx를 함유하는 가스의 스트림은 NOx 성분 NO 및 NO2를 포함하고, 상기 엔진은 상기 Nox를 함유하는 가스의 스트림 중의 NO와 NO2 사이의 비율을 조절하기 위한 수단을 포함하는 엔진.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 엔진은, 제어기(60)가 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 몰비를 결정할 수 있게 하는 하나 이상의 신호를 제공하는 센서 시스템(44,45,46,47,48,49)을 포함하는 엔진.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은, 상기 NOx를 함유하는 가스의 스트림을 생성하는 NOx 생성 시스템을 포함하고, 상기 NOx 생성 시스템은 바람직하게는 NOx를 함유하는 가스의 증기를 얻기 위해 NH3의 스트림, 즉 바람직하게는 촉매적으로 NO, NO2 및 H2O로 산화되는 암모니아 스트림을 제공하는 공급원을 포함하는 엔진.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 엔진은, 산화 촉매(43), 바람직하게는 백금-로듐 촉매, 바람직하게는 가압된 기체 암모니아의 공급 및 상기 산화 촉매(43)에 가압 공기의 공급을 포함하고, 상기 가압된 공기의 공급원은 바람직하게는 흡입 시스템으로부터 스캐빈지 에어가 되게 하는 엔진.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 NOx 발생 시스템은 NOx를 포함하는 가스 중의 NO와 NO2의 비율을 조절하도록 구성되는 엔진.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 제어기(60)는 NOx를 포함하는 가스 중의 NO와 NO2의 최적 비율을 결정하고, 그에 따라 NOx를 포함하는 가스의 NO와 NO2의 비율을 제어하도록 구성되는 엔진.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 엔진은, 상기 Nox 발생 시스템의 하류에서, 상기 Nox 발생 장치 내부에서 부반응의 결과로 생성될 수 있는 N2O를 제거하기 위해, 바람직하게는 철 제올라이트 촉매인, 촉매 N2O 저감 시스템을 포함하는 엔진.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은, 상기 NOx를 함유하는 가스를 저장하기 위한 용기, 바람직하게는 고압하에 NOx를 함유하는 상기 가스를 저장하기 위한 용기를 포함하며, 상기 용기는 바람직하게는 제어 밸브를 통해 상기 배기 가스 시스템에 연결되어 상기 용기로부터 배기 가스의 스트림 내로 상기 NOx를 함유하는 상기 가스의 제어된 스트림을 허용하는 엔진.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은, 상기 배기 시스템 내의 상기 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 NOx 센서(44,46,48)와, 상기 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림 내의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 암모니아 센서(45, 47, 49)를 포함하는 엔진.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 NOx 센서(44)는, 상기 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 상기 배기 시스템 내의 상류 위치에서 상기 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 NOx 센서(46)는 NOx를 포함하는 가스의 스트림이 추가되는 위치의 하류 및 상기 SCR 촉매(40)의 상류에 있는 상기 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 NOx 센서(48)는 상기 SCR 촉매(40)의 하류에 있는 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 NOx 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 암모니아 센서(45)는, NOx를 함유하는 가스의 스트림이 추가되는 위치에 있는 상류의 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 암모니아 센서(47)는, NOx를 함유하는 가스의 스트림이 추가되는 위치의 하류 및 상기 SCR 촉매(40)의 상류에 있는 상기 배기 시스템 내에서 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되고, 및/또는
    상기 적어도 하나의 암모니아 센서(49)는 상기 SCR 촉매(40)의 하류에 있는 배기 시스템 내의 배기 가스 스트림의 암모니아 농도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 엔진.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진은, 상기 연소실에 암모니아를 주입 또는 유입하도록 구성되는 연료 밸브(50,50')에 가압된 암모니아를 공급하도록 구성된 암모니아 연료 시스템(30)을 포함하는 엔진.
  17. 대형 2행정 단류 스캐빈지 터보차저 내연 기관으로부터의 암모니아 슬립을 감소시키기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    - a) 암모니아를 주 연료로 하여 상기 엔진을 작동시켜 NOx 및 NH3를 함유하는 배기 가스 스트림을 생성하는 단계,
    - b) 상기 배기 가스에 제어된 NOx 스트림을 추가하여 상기 배기 가스 스트림 중의 암모니아와 NOx 사이의 비율을 조절하는 단계, 및
    - c) 그 후, 상기 배기 가스 스트림을 SCR에 제출하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 방법은, 상기 제어된 NOx 스트림을 배기 가스의 스트림에 추가하기 전에 배기 가스 스트림 중의 암모니아 및 NOx 사이의 몰비를 결정하는 단계, 및 상기 제어된 NOx 스트림을 상기 배기 가스의 스트림에 추가하는 단계, 및 바람직하게는 상기 몰비가 1 이상인 경우에만, 상기 제어된 Nox 스트림을 상기 배기 가스의 스트림에 추가하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 방법은, 결정된 몰비를 1 미만, 바람직하게는 1 미만의 수준으로 낮추는 데 필요한 NOx 스트림의 크기를 결정하는 단계, 및 NOx를 함유하는 가스 스트림의 크기를 결정된 크기로 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 방법은, 상기 NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 원하는 비율을 결정하는 단계, 상기 NOx를 함유하는 가스의 스트림에서 NO 대 NO2 사이의 비율을 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 청구항 17에 있어서, 상기 방법은, 산화 촉매(43)의 출구를 떠나는 NOx를 함유하는 가스 스트림을 생성하기 위해 가압 가스 암모니아 스트림 및 가압된 공기의 스트림을 산화 촉매(43)의 입구에 공급하는 단계를 포함하고, 상기 가압된 공기의 스트림은 바람직하게는 흡기 시스템으로부터 기원되고, 바람직하게는 상기 터보 차저(5)의 압축기(7)의 하류 위치, 및 바람직하게는 인터쿨러(14)의 상류 위치에 있는 흡기 시스템으로부터 기원하는 방법.
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