JP2018112183A - Exhaust gas aftertreatment system and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃エンジンの排ガス後処理システムに関する。本発明はさらに、排ガス後処理システムを有する内燃エンジンに関する。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine. The invention further relates to an internal combustion engine having an exhaust gas aftertreatment system.
例えばパワープラントで用いられる固定内燃エンジンでの燃焼プロセス、および例えば船舶に用いられる非固定内燃エンジンでの燃焼プロセスでは、窒素酸化物が、生じ、これらの窒素酸化物は典型的には、石炭、坑口炭、褐炭、鉱油またはディーゼル燃料などの硫黄を含む化石燃料の燃焼中に生じる。このため、そのような内燃エンジンは、清掃、特に内燃エンジンから出る排ガスの脱窒に役立つ排ガス後処理システムを割り当てられる。 For example, combustion processes on fixed internal combustion engines used in power plants and non-fixed internal combustion engines used on ships, for example, produce nitrogen oxides, which are typically coal, Occurs during combustion of fossil fuels containing sulfur such as wellhead coal, lignite, mineral oil or diesel fuel. For this reason, such an internal combustion engine is assigned an exhaust gas aftertreatment system which serves for cleaning, in particular for denitrification of the exhaust gas leaving the internal combustion engine.
排ガス中の窒素酸化物を還元するために、いわゆるSCR触媒コンバータが主に、慣習から知られている排ガス後処理システムに用いられる。SCR触媒コンバータでは、窒素酸化物の選択的触媒還元が、行われ、窒素酸化物の還元のために、還元剤としてのアンモニア(NH3)が、必要とされる。アンモニア(NH3)または例えば尿素などのアンモニア前駆物質が、この目的のためにSCR触媒コンバータの上流に液体形態で排ガス中に導入され、アンモニアまたはアンモニア前駆物質は、SCR触媒コンバータの上流で排ガスと混合される。この目的を達成するために、アンモニアまたはアンモニア前駆物質の導入部とSCR触媒コンバータとの間の混合セクションが、慣習に従って提供される。 In order to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas, so-called SCR catalytic converters are mainly used in exhaust gas aftertreatment systems known from practice. In the SCR catalytic converter, selective catalytic reduction of nitrogen oxides is performed, and ammonia (NH 3 ) as a reducing agent is required for the reduction of nitrogen oxides. For this purpose, ammonia (NH 3 ) or an ammonia precursor such as urea is introduced into the exhaust gas in liquid form upstream of the SCR catalytic converter for this purpose, and ammonia or ammonia precursor is separated from the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter. Mixed. To achieve this goal, a mixing section between the introduction of ammonia or ammonia precursor and the SCR catalytic converter is provided according to convention.
SCR触媒コンバータは、典型的にはお互いの上部にかつ互いの隣に複数の列および行の形でアレイ状に配置される複数の触媒モジュールを備える。そのようなSCR触媒コンバータを介して導かれるべき排ガスは、SCR触媒コンバータまたは触媒モジュールの排ガス入口側を介してSCR触媒コンバータまたは触媒モジュールに流れ込み、排ガス出口側を介してSCR触媒コンバータまたは触媒モジュールから出る。 An SCR catalytic converter typically comprises a plurality of catalyst modules arranged in an array in the form of a plurality of columns and rows on top of each other and next to each other. The exhaust gas to be led through such an SCR catalytic converter flows into the SCR catalytic converter or catalyst module via the exhaust gas inlet side of the SCR catalytic converter or catalyst module, and from the SCR catalytic converter or catalyst module via the exhaust gas outlet side. Get out.
排ガスに含まれる煤は、SCR触媒コンバータまたは触媒モジュールの排ガス入口側に積もり、SCR触媒コンバータまたは触媒モジュールの目詰まりにつながることもある。排ガス入口側の領域での煤の蓄積に対抗するために、排ガス後処理システムが、SCR触媒コンバータに割り当てられた吹き出し装置を備え、それを介して煤が、SCR触媒コンバータの排ガス入口側から、すなわち触媒モジュールの排ガス入口側から吹き飛ばされることが可能であるということは、すでに提示されている。慣習から知られている吹き出し装置はしかしながら、触媒コンバータの排ガス入口側からまたは触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の不十分な除去を可能にするだけである。従って、煤が、触媒コンバータの排ガス入口側または触媒モジュールの排ガス入口側からより効果的に吹き飛ばされることが可能である、排ガス後処理システムの必要性がある。 Soot contained in the exhaust gas accumulates on the exhaust gas inlet side of the SCR catalytic converter or catalyst module, and may lead to clogging of the SCR catalytic converter or catalyst module. In order to counter the accumulation of soot in the region on the exhaust gas inlet side, the exhaust gas aftertreatment system comprises a blowing device assigned to the SCR catalytic converter, through which soot is from the exhaust gas inlet side of the SCR catalytic converter, That is, it has already been suggested that it can be blown off from the exhaust gas inlet side of the catalyst module. The blow-out devices known from the practice, however, only allow insufficient removal of soot from the exhaust gas inlet side of the catalytic converter or from the exhaust gas inlet side of the catalyst module. Therefore, there is a need for an exhaust gas aftertreatment system that allows soot to be blown off more effectively from the exhaust gas inlet side of the catalytic converter or from the exhaust gas inlet side of the catalyst module.
触媒コンバータの排ガス入口側に煤が積もるという上記の問題は、特にSCR触媒コンバータについて起こるが、本発明は、SCR触媒コンバータを有する排ガス後処理システムに限定されない。煤はまた、他の触媒コンバータでの排ガス入口側に積もることもあり、それは次いで、吹き出し装置によって吹き飛ばされなければならないことになる。 Although the above problem that soot accumulates on the exhaust gas inlet side of the catalytic converter occurs particularly in the SCR catalytic converter, the present invention is not limited to the exhaust gas aftertreatment system having the SCR catalytic converter. The soot may also accumulate on the exhaust gas inlet side in other catalytic converters, which then must be blown away by the blower.
これから出発して、本発明は、内燃エンジンの新型排ガス後処理システムおよびそのような排ガス後処理システムを有する内燃エンジンを作り出すという目的に基づいている。 Starting from this, the present invention is based on the object of creating a new exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine and an internal combustion engine having such an exhaust gas aftertreatment system.
この目的は、請求項1に記載の排ガス後処理システムを通じて解決される。本発明によると、複数の吹き出し開口を有する少なくとも1つのチューブが、排ガス入口側から所定の距離を有して複数の触媒モジュールを横断する触媒コンバータの排ガス入口側に沿って延び、各吹き出し開口を介して、空気が、いずれの場合にも少なくとも1つの触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい。本発明は、触媒コンバータの排ガス入口側または触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の効果的な吹き飛ばしを可能にする。 This object is solved through an exhaust gas aftertreatment system according to claim 1. According to the present invention, at least one tube having a plurality of blowing openings extends along the exhaust gas inlet side of the catalytic converter that crosses the plurality of catalyst modules at a predetermined distance from the exhaust gas inlet side, and Thus, air may be blown to the exhaust gas inlet side of at least one catalyst module in any case. The present invention enables effective blowing of soot from the exhaust gas inlet side of the catalytic converter or the exhaust gas inlet side of the catalyst module.
有利なさらなる展開によると、空気は、いずれの場合にも目標とされる仕方で触媒モジュールの1つの排ガス入口側に各吹き出し開口を介して吹き付けられてもよい。これによって、煤が、各触媒モジュールから効果的に吹き飛ばされることが可能であるということを確実にすることができる。 According to an advantageous further development, air may be blown through each outlet opening on one exhaust inlet side of the catalyst module in any way in a targeted manner. This can ensure that the soot can be effectively blown from each catalyst module.
有利なさらなる展開によると、複数の触媒モジュールについてのチューブは、いずれの場合にも複数の触媒モジュール個々の吹き出し開口を備え、それらを介して、優先的には吹き出し角および/または直径に関して異なる吹き出し開口を介して、空気が、それぞれの触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい。吹き出し開口はまた、チューブの軸方向に見られるオフセットがあってもよい。これによって、煤は、各触媒モジュールから、すなわち各触媒モジュールの排ガス入口側から特に効果的に吹き飛ばされることが可能である。 According to an advantageous further development, the tubes for the plurality of catalyst modules comprise in each case a plurality of catalyst module individual outlet openings, through which the outlets differ preferentially with respect to the outlet angle and / or diameter. Air may be blown to the exhaust gas inlet side of each catalyst module through the opening. The blowout opening may also have an offset seen in the axial direction of the tube. Thereby, soot can be blown off particularly effectively from each catalyst module, ie from the exhaust gas inlet side of each catalyst module.
有利なさらなる展開によると、それぞれのチューブは、空気がそれらを介して、それぞれのチューブの第1の側に向かって位置決めされる触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい、吹き出し開口、および空気がそれらを介して、それぞれのチューブの第2の側に向かって位置決めされる触媒モジュールの排ガス入口側に吹き付けられてもよい、さらなる吹き出し開口を備える。これによって、触媒コンバータの排ガス入口側からまたは触媒モジュールの排ガス入口側からの煤の効果的な吹き飛ばしが、コンパクト設計を用いて可能である。 According to an advantageous further development, each tube may be blown to the exhaust gas inlet side of the catalyst module through which air is positioned towards the first side of the respective tube, and There are further blow-off openings through which air may be blown to the exhaust gas inlet side of the catalyst module positioned towards the second side of the respective tube. Thereby, effective blowing of soot from the exhaust gas inlet side of the catalytic converter or from the exhaust gas inlet side of the catalyst module is possible using a compact design.
本発明による内燃エンジンは、請求項12に規定される。
An internal combustion engine according to the invention is defined in
好ましいさらなる展開は、従属項および下記の記述から得られる。本発明の例となる実施形態は、これに限定されることなく図面によってより詳細に説明される。 Preferred further developments result from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the present invention are described in more detail by means of the drawings without being limited thereto.
本発明は、内燃エンジン、例えばパワープラントでの固定内燃エンジンまたは船舶に用いられる非固定内燃エンジンの排ガス後処理システムに関する。特に、排ガス後処理システムは、重質燃料油を用いて運転される船舶のディーゼル内燃エンジンに用いられる。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine, for example, a fixed internal combustion engine in a power plant or a non-fixed internal combustion engine used in a ship. In particular, exhaust gas aftertreatment systems are used in marine diesel internal combustion engines that are operated using heavy fuel oil.
図1は、触媒コンバータ1の領域での本発明による排ガス後処理システムからの抜粋を示す。触媒コンバータ1は、複数の触媒モジュール2を備え、それらは、図示される例となる実施形態では、長方形の形に設計され、列および行を形成するアレイ状に配置される。
FIG. 1 shows an excerpt from an exhaust gas aftertreatment system according to the invention in the area of a catalytic converter 1. The catalytic converter 1 comprises a plurality of
それに応じて、図1は、図示される例となる実施形態での触媒モジュール2が、6つの触媒モジュール2の4つの行3それぞれを形成し、触媒モジュール6それぞれの2つの行3が、グループ4を形成することを示す。
Accordingly, FIG. 1 shows that the
触媒コンバータ1は、排ガスが、それを介して触媒コンバータ1に入る、排ガス入口側5、および排ガスが、それを介して触媒コンバータ1から出る、排ガス出口側13を備える。触媒コンバータ1の排ガス入口側5は、触媒モジュール2の対応する排ガス入口側6によって提供される。同様に、触媒コンバータ1の排ガス出口側13は、触媒モジュール2の対応する見えない排ガス出口側によって形成される。
The catalytic converter 1 comprises an exhaust
運転中は、煤が、触媒モジュール2の排ガス入口側6に積もることもある。本発明は、吹き出し装置7の詳細に関し、それを介して、煤は、触媒モジュール2のまたは触媒コンバータ1の目詰まりを避けるために、触媒モジュール2の排ガス入口側6から、それに応じて触媒コンバータ1の排ガス入口側5から吹き飛ばされることが可能である。
During operation, soot may accumulate on the exhaust
本発明による排ガス後処理システムでは、複数の吹き出し開口9、10を有する少なくとも1つのチューブ8が、排ガス入口側5から所定の距離を有して複数の触媒モジュール2を横断して触媒コンバータ1の排ガス入口側5に沿って延び、各吹き出し開口9、10を介して、空気は、いずれの場合にも少なくとも1つの触媒モジュール5の排ガス入口側6に吹き付けられてもよい。
In the exhaust gas aftertreatment system according to the present invention, at least one
ここでは特に、各吹き出し開口9、10を介して、空気が、いずれの場合にも目標とされる仕方で触媒モジュール2の1つの排ガス入口側6に吹き付けられてもよく、その結果それに応じて各触媒モジュール2のためのチューブ8が、少なくとも1つの、優先的にはより多くの触媒モジュール個々の吹き出し開口9、10を備え、それを介して、空気が、それぞれの触媒モジュール2の排ガス入口側6に吹き付けられてもよいということが、提示される。
Here, in particular, air may be blown to one exhaust
触媒コンバータ1が、いずれの場合にも複数の触媒モジュール2を有する2つの行3それぞれの2つのグループ4を備える、図示される例となる好ましい実施形態では、チューブ8は、いずれの場合にも触媒モジュール2それぞれの2つの行3の各グループ4について存在し、それは、触媒コンバータ1の排ガス入口側5に沿って所定の距離を有して延びる。
In the illustrated exemplary preferred embodiment, in which the catalytic converter 1 comprises in each case two groups 4 of two rows 3 each having a plurality of
各チューブ8は、空気がそれを介して、それぞれのチューブ8の第1の側に向かって位置決めされる触媒モジュール2の排ガス入口側6に向けられてもよい、吹き出し開口9、10、および空気がそれを介して、それぞれのチューブの第2の側に向かって位置決めされる触媒モジュール2の排ガス入口側6に吹き付けられてもよい、さらなる吹き出し開口9、10を備える。ここで、それぞれのチューブ8は優先的に、グループ4に組み合わされる2つの行3の触媒モジュール2の間の中間くらいに延びる。
Each
特に、それぞれのグループ4の各触媒モジュール2についての各チューブ8が、それらの吹き出し角および/またはそれらの直径に関して異なるいろいろな吹き出し開口9、10を有するということが、提示される。それぞれの詳細は、図2aから図2d、図3aから図3d、図4aから図4bおよび図5aから図5bを参照して下記で述べられる。
In particular, it is presented that each
図2から図2aの例となる実施形態では、チューブ8は、それぞれのグループ4の各触媒モジュール2について第1の吹き出し開口9および第2の吹き出し開口10を備える。図2aから図2dの例となる実施形態では、吹き出し開口9、10は、空気をそれぞれの触媒モジュール2の排ガス入口側6に向ける、それらの吹き出し角に関して異なるにすぎない。それに応じて、図2cによる吹き出し開口9は、触媒モジュール2の排ガス入口表面6に対する平行線に関する吹き出し角βを含み、一方吹き出し開口10は、触媒モジュール2の排ガス入口表面6に対するこの平行線に関する吹き出し角αを含む。
In the exemplary embodiment of FIGS. 2 to 2 a, the
ここで、吹き出し開口9の吹き出し角βは、吹き出し開口10の吹き出し角αよりも大きく、その結果異なる吹き出し開口9、10を介して、空気は、それぞれの触媒モジュール2のそれぞれの排ガス入口側6上への異なる吹き出しコーン11、12内に向けられてもよい。このため、それぞれの触媒モジュール2の排ガス入口側6のほぼ全体に空気を効果的に吹き付けることが可能であり、それ故にそれぞれの触媒モジュール2の排ガス入口側6から煤を効果的に除去する。
Here, the
吹き出し角αおよびβは、異なり、いずれの場合にも0°よりも大きく、優先的には10°よりも大きく、かつ90°よりも小さく、優先的には80°よりも小さい。吹き出し開口9の吹き出し角βは、優先的には50°と80°との間にある。吹き出し開口10の吹き出し角αは、優先的には10°と45°との間にある。
The blowing angles α and β are different and in each case are larger than 0 °, preferentially larger than 10 ° and smaller than 90 °, preferentially smaller than 80 °. The blowing angle β of the
すでに説明されたように、異なる吹き出し開口9、10は、図2aから図2dの例となる実施形態では、それらの吹き出し角αおよびβそれぞれに関して排他的に異なる。図2aから図2dでは、吹き出し開口9、10は、同一の直径を有する。さらに、吹き出し開口9の数は、吹き出し開口10の数と同一である。これに加えて、吹き出し開口9、10は、チューブ8の同じ軸位置に配置される。
As already explained, the
図3aから図3dは、本発明の変形を示し、それぞれの触媒モジュール2についての吹き出し開口9、10は、それらの吹き出し角αおよびβそれぞれに関して異なるだけでなく、さらにまたそれらの直径およびチューブ8に沿ったそれらの軸位置ならびにそれらの数に関しても異なる。
FIGS. 3a to 3d show a variant of the invention, where the blowing
それに応じて、図3aから図3dの例となる実施形態では、その平行線に対する吹き出し角βが、吹き出し開口10の吹き出し角αよりも大きい、吹き出し開口9の数は、吹き出し開口10の数よりも大きい。より小さい吹き出し角αを有する吹き出し開口10の直径は、より大きい吹き出し角βを有する吹き出し開口9の直径よりも大きい。
Accordingly, in the exemplary embodiment of FIGS. 3 a to 3 d, the number of
図3dは、対応する吹き出しコーン11、12が、図示される触媒モジュール2の排ガス入口側6を打つ、表面を視覚化する。図3aから図3dの実施形態に関して、煤はまた、それぞれの触媒モジュール2のそれぞれの排ガス入口側6から効果的に吹き飛ばされることが可能でもある。
FIG. 3d visualizes the surface where the
本発明のさらなるバージョンは、図4aから図4bによって示され、図4aから図4bのバージョンでは、異なる吹き出し角αおよびβを有する吹き出し開口9、10は、この場合もやはり図2aから図2dの例となる実施形態に従って同一の直径を有するが、しかし互いに対するオフセットがチューブの軸方向に見られる。さらに、異なるα、βを有する吹き出し開口9、10の数が異なる。
A further version of the invention is illustrated by FIGS. 4a to 4b, in which the
図5a、図5bは、本発明による排ガス後処理システム10の詳細を示し、図示されるチューブ8はこの場合もやはり、触媒モジュール2の2つの行3の触媒モジュール2の排ガス入口側6から煤を吹き飛ばす。第1の側では、チューブ8は、それらの数に関しても、またそれらの吹き出し角、それらの直径、およびチューブ8に沿ったそれらの軸位置に関しても異なる吹き出し開口9、10を備える。対照的に軸位置の反対側に位置するチューブ8の第2の側では、異なる穴9、10の数は、異なる吹き出し角α、βと同一である。
FIGS. 5 a, 5 b show details of the exhaust
本発明を用いると、煤は、触媒コンバータ1の触媒モジュール2の排ガス入口側6から効果的に除去することができる。本発明は、SCR排ガス後処理システムのSCR触媒コンバータとともに優先的に用いられる。しかしながら、本発明はまた、排ガス入口側から煤を除去するために、他の触媒コンバータとともに、例えばCH4酸化触媒コンバータ等とともに用いられてもよい。
Using the present invention, soot can be effectively removed from the exhaust
空気は優先的に、吹き出し開口9、10を介して触媒モジュール2の排ガス入口表面6にショック状またはインパルス状に向けられる。
The air is preferentially directed to the exhaust
1 触媒コンバータ
2 触媒モジュール
3 行
4 グループ
5 排ガス入口側
6 排ガス入口側
7 吹き出し装置
8 チューブ
9 吹き出し開口
10 吹き出し開口
11 吹き出しコーン
12 吹き出しコーン
13 排ガス出口側
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
前記触媒コンバータ(1)の前記排ガス入口側(5)に沿って、複数の吹き出し開口(9、10)を有する少なくとも1つのチューブ(8)が、前記排ガス入口側(5)から所定の距離を有して複数の触媒モジュール(2)を横断して延び、各吹き出し開口(9、10)を介して、空気が、少なくとも1つの触媒モジュール(2)の前記排ガス入口側(6)に吹き付けられることを特徴とする、排ガス後処理システム。 An exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine having a catalytic converter (1), the catalytic converter (1) comprising a plurality of catalyst modules (2), an exhaust gas inlet side (5) and an exhaust gas outlet side (13), And a blowing device (7) through which the deposits from the exhaust gas inlet side (5) of the catalytic converter (1), that is, the exhaust gas inlet side (6) of the catalyst module (2). Can be blown away from
Along the exhaust gas inlet side (5) of the catalytic converter (1), at least one tube (8) having a plurality of blowing openings (9, 10) has a predetermined distance from the exhaust gas inlet side (5). And extending across the plurality of catalyst modules (2), and through each blowing opening (9, 10), air is blown to the exhaust gas inlet side (6) of at least one catalyst module (2). An exhaust gas aftertreatment system characterized by the above.
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