JP5878860B2 - Turbocharged large two-stroke diesel engine with exhaust gas purification function - Google Patents

Turbocharged large two-stroke diesel engine with exhaust gas purification function Download PDF

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Description

本発明はクロスヘッド型ターボ過給式大型２ストローク内燃ピストン機関に関し、これは好適には排気ガス浄化システムを有するディーゼルエンジンであり、特に、排気ガスのＮＯｘを浄化するＳＣＲ（選択的触媒還元）リアクターを有するクロスヘッド式大型２ストロークディーゼルエンジンに関する。   The present invention relates to a crosshead turbocharged large two-stroke internal combustion piston engine, which is preferably a diesel engine having an exhaust gas purification system, and in particular, an SCR (Selective Catalytic Reduction) for purifying NOx of exhaust gas. The present invention relates to a crosshead large two-stroke diesel engine having a reactor.

クロスヘッド式大型２ストロークエンジンは、典型的に、大型船舶の推進システムや、電力プラントの主要機関として使用される。排出に関する規制、特にモノ窒素酸化物（ＮＯｘ）レベルに関する規制はこれまでも厳しく、これからもますます厳しくなることが予想されている。   A crosshead type large two-stroke engine is typically used as a propulsion system for a large ship or a main engine of a power plant. Regulations on emissions, especially on mononitrogen oxide (NOx) levels, have been stricter and are expected to become stricter.

環境問題に対する公衆の関心は急速に高まっている。国際海事機関（ＩＭＯ）においても、海洋における大気汚染に関する排出規制の議論が行われている。世界中の様々な場所において、当局が同様のことを行っている。例えば、米国の環境保護庁（ＥＰＡ）が、現在議論されていることを制度化しようと提案している。   Public interest in environmental issues is growing rapidly. The International Maritime Organization (IMO) is also discussing emission regulations regarding air pollution in the ocean. The authorities are doing the same in various places around the world. For example, the US Environmental Protection Agency (EPA) proposes to institutionalize what is currently being discussed.

排気ガス中のＮＯｘは、一次的低減装置及び／又は二次的低減装置によって減少させることができる。一次的な手法として、エンジンの燃焼過程に直接影響を及ぼす手法がある。実際にどれくらい減少させることができるかは、エンジンのタイプや低減手法に依存するが、およそ１０％から８０％以上にもわたって様々に異なる。二次的な手法とは、最適化された燃料セッティングによるエンジンの性能の変化を伴うことなしに排出レベルを減少させる手段であり、エンジン自体の一部をなす装置ではない装置を用いた手法である。これまでに最も成功した二次的手法は、ＮＯｘを減少させる手法である、ＳＣＲ（選択的触媒還元）法である。この手法は、排気ガスを触媒コンバーターに入れる前に、アンモニアや尿素を排気ガスに加える手法であり、ＮＯｘレベルを９５％以上減少させることができる。   NOx in the exhaust gas can be reduced by a primary reduction device and / or a secondary reduction device. As a primary method, there is a method that directly affects the combustion process of the engine. How much can actually be reduced depends on the type of engine and the reduction technique, but varies from about 10% to over 80%. The secondary method is a method that uses a device that is not part of the engine itself, and is a means to reduce the emission level without changing the performance of the engine due to optimized fuel settings. is there. The most successful secondary method to date is the SCR (Selective Catalytic Reduction) method, which is a method for reducing NOx. This method is a method of adding ammonia or urea to the exhaust gas before entering the exhaust gas into the catalytic converter, and can reduce the NOx level by 95% or more.

ＳＣＲリアクターは複数の層の触媒を備える。触媒の体積、すなわち結果的にはリアクターのサイズは、触媒の活性や要求されるＮＯｘ減少度に応じて異なる。触媒は通常、一体構造（monolithic structure）を有するが、それは、壁面に触媒活性を有する非常に多くの並列チャネルを有する触媒の区画から構成されることを意味する。   The SCR reactor comprises multiple layers of catalyst. The volume of the catalyst, and consequently the size of the reactor, varies depending on the activity of the catalyst and the required NOx reduction. The catalyst usually has a monolithic structure, which means that it is composed of a compartment of the catalyst having a large number of parallel channels with catalytic activity on the wall.

排気ガスは、硫黄含有量に応じて、少なくとも２８０−３５０℃の温度を有していなければならない。すなわち、ＮＯｘを効率的に窒素と水に変換するには、ＳＣＲリアクターの入り口における排気ガスの温度は、硫黄含有量が高い場合は温度が高くなければならず、硫黄含有量が低い場合は温度はそれより低くてもよい。   The exhaust gas must have a temperature of at least 280-350 ° C., depending on the sulfur content. That is, in order to efficiently convert NOx into nitrogen and water, the temperature of the exhaust gas at the inlet of the SCR reactor must be high when the sulfur content is high, and the temperature when the sulfur content is low. May be lower.

ターボ過給機のタービンの高圧側における排気ガスの温度は、およそ３５０−４５０℃である。おお、ターボ過給機のタービン低圧側における排気ガスの温度は、通常、およそ２５０−３００℃である。   The temperature of the exhaust gas on the high pressure side of the turbocharger turbine is approximately 350-450 ° C. Oh, the temperature of the exhaust gas on the turbine low pressure side of the turbocharger is usually approximately 250-300 ° C.

このため、ターボ過給機のタービンの高圧側にＳＣＲリアクターを設置することは好ましいことである。しかし、ＳＣＲリアクターは非常に多くのパイプや容器を内部に有するが、これをタービンの高圧側に設置するとなると、これらのパイプや容器はおよそ４気圧の圧力に耐えることができなければならず、また２０℃から４００℃までもの温度変化にさらされることになる。このため、タービンの高圧側にＳＣＲリアクターを設置するという構成には、多くの複雑な問題がある。温度による膨張や収縮は、設計上大きな問題を引き起こす。   For this reason, it is preferable to install an SCR reactor on the high pressure side of the turbine of the turbocharger. However, the SCR reactor has a very large number of pipes and containers inside, but when installed on the high pressure side of the turbine, these pipes and containers must be able to withstand a pressure of approximately 4 atmospheres, Moreover, it will be exposed to temperature changes from 20 ° C to 400 ° C. For this reason, there are many complicated problems in the configuration in which the SCR reactor is installed on the high pressure side of the turbine. The expansion and contraction due to temperature causes a big design problem.

アンモニアや尿素のような還元剤を正しく加えることは非常に重要なことである。なぜなら、加える量が多すぎるとアンモニアスリップが生じ、加える量が少なすぎるとＮＯｘの減少量が減り多くのＮＯｘを環境に放出してしまうという結果になるからである。さらに、排気ガス中に存在するＮＯｘに対応する適当な尿素を加えることは、平均的なレベルで重要なのではなく、短期的なレベルでも重要である。その意味は、短期的な投入量の変動であっても前述のような望ましくない結果を生じるため、短期的な尿素の変動も避けられるべきである。還元剤と排気ガスとは正しく混合されるべきである。エンジンは、その連続最大出力の１０％から１００％の範囲で運転されることがあり、したがって、投入されるべき還元剤の量の変化も広範囲にならざるを得ない。   It is very important to correctly add a reducing agent such as ammonia or urea. This is because if the amount added is too large, ammonia slip occurs, and if the amount added is too small, the reduction amount of NOx decreases and a large amount of NOx is released to the environment. Furthermore, adding the appropriate urea corresponding to the NOx present in the exhaust gas is not important at the average level, but also at the short-term level. The meaning is that short-term fluctuations in urea should also be avoided, as short-term fluctuations in the input yield the above-mentioned undesirable results. The reducing agent and the exhaust gas should be mixed correctly. An engine may be operated in the range of 10% to 100% of its continuous maximum output, and therefore the change in the amount of reducing agent to be charged must be wide.

このような背景のため、既存のＳＣＲシステムは、通常、洗練された、しかし高価な散布システムを使っている。この散布システムは、アンモニアや尿素を排気ガスの流れに一様に散布することができる。また既存のＳＣＲシステムは、下流側において十分な混合がなされるようにするために、混合ユニット（ｍｉｘｉｎｇ ｕｎｉｔ）と呼ばれる専用のユニットを用いている。これは通常、かなり大きなものである。この混合ユニットは、排気系の全体的なヘッドロス（圧力損失）をもたらすが、これはターボ過給機の効率を減少させることに等しい。このようなターボ過給機の効率の損失は、燃料効率の観点からは受け入れがたいことである。さらに、圧力損失は、（廃熱利用のために）バイパスされた排気ガス流により駆動されるパワータービンの利用可能性についても制限する。   Because of this background, existing SCR systems typically use sophisticated but expensive dispensing systems. This spraying system can uniformly spray ammonia and urea in the flow of exhaust gas. Further, the existing SCR system uses a dedicated unit called a mixing unit so that sufficient mixing is performed on the downstream side. This is usually quite large. This mixing unit results in an overall head loss (pressure loss) of the exhaust system, which is equivalent to reducing the efficiency of the turbocharger. Such a loss of efficiency of the turbocharger is unacceptable from the viewpoint of fuel efficiency. Furthermore, pressure loss also limits the availability of power turbines driven by bypassed exhaust gas flows (for waste heat utilization).

かかる背景の下、本発明の目的は、ＳＣＲリアクターを有するエンジンであって、上述の問題を克服するか少なくとも減少させるエンジンを提供することを目的とする。   Under such background, it is an object of the present invention to provide an engine having an SCR reactor, which overcomes or at least reduces the above-mentioned problems.

上述の目的は次のようなエンジンによって達成される。このエンジンは、クロスヘッドを有する大型ストロークユニフローディーゼルエンジンであって：直列に並んだ複数のシリンダと；排気ガスにより駆動されるタービンと前記タービンにより駆動されるコンプレッサーを有し、前記シリンダに給気を供給するターボ過給機と； 前記複数のシリンダの列に沿って延びる排気ガス受けであって、前記排気ガス受けの内部の空洞に高速の排気ガスジェットを導く排気ダクトを介して前記シリンダに接続され、また出口を有する排気ガス受けと；前記排気ガス受けの外部に設けられる選択的触媒還元リアクターであって、前記排気ガス受けの出口に接続される入口と、前記ターボ過給機のタービンの入口に接続される出口とを有する、選択的触媒還元リアクターと；還元剤投入ポイントから排気ガスに加えられる還元剤のソースと；を有し、個々の排気ダクトから流入する高速の排気ガスジェットが、還元剤と排気ガスとの効果的な混合を引き起こすことができるように、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受け内で、出口の上流に設けられる。   The above object is achieved by the following engine. The engine is a large stroke uniflow diesel engine having a crosshead: a plurality of cylinders arranged in series; a turbine driven by exhaust gas and a compressor driven by the turbine; An exhaust gas receiver extending along a row of the plurality of cylinders, wherein the cylinder is connected to the cylinder via an exhaust duct that guides a high-speed exhaust gas jet to a cavity inside the exhaust gas receiver. An exhaust gas receiver connected and having an outlet; a selective catalytic reduction reactor provided outside the exhaust gas receiver, the inlet connected to the outlet of the exhaust gas receiver; and the turbine of the turbocharger A selective catalytic reduction reactor having an outlet connected to the inlet of the exhaust; exhaust gas from the reducing agent input point Said reducing agent input point so that a high speed exhaust gas jet flowing from the individual exhaust ducts can cause effective mixing of the reducing agent and the exhaust gas. Is provided upstream of the outlet in the exhaust gas receiver.

排気ダクトに関連受けられるシリンダの排気弁が開放すると、その排気ダクトから排気ガスのジェットが放出される。還元剤投入ポイントを、排気ガス受け内で出口の上流に配することにより、排気ガスと還元剤とを混合するために必要なエネルギーをそのジェットから得ることができる。排気ジェット中のエネルギーはいずれにせよ排気ガス受けの中で散逸するので、還元剤と排気ガスとの混合は、排気ガスの主要な流れのエネルギーを使うことなく行うことができる。ＳＲＣの上流に混合ユニットを設けることを避けることができる。または少なくとも小さくすることができ、排気ガス受けの中に設けることができる。したがって、ＳＣＲシステムの設置要件を緩和することができる。混合ユニットによる流れ抵抗（これは流れの圧力損失であるが）も取り除かれるか、少なくとも減少させることができる。尿素の投入は、それほど滑らかでなくともよく、連続的でなくともよい。その代わりに、投与は間欠的に行うことができ、それを弁の開放／閉鎖によって制御することができる。そのような制御は簡単で正確であり、広い範囲の（尿素）配送時間に亘って、タイミング制御を正確に行うことができる。このように、排気ガス受け内で還元剤投入ポイントを排気ガス受けの出口の上流の位置に配することは、簡単な噴射・投与システムを実現する。   When a cylinder exhaust valve associated with the exhaust duct is opened, an exhaust gas jet is released from the exhaust duct. By arranging the reducing agent charging point upstream of the outlet in the exhaust gas receiver, the energy required for mixing the exhaust gas and the reducing agent can be obtained from the jet. Since the energy in the exhaust jet is dissipated in the exhaust gas receiver anyway, the mixing of the reducing agent and the exhaust gas can be performed without using the energy of the main flow of the exhaust gas. It is possible to avoid providing a mixing unit upstream of the SRC. Or it can be at least small and provided in the exhaust gas receiver. Therefore, the installation requirements for the SCR system can be relaxed. The flow resistance due to the mixing unit (which is a flow pressure drop) can also be removed or at least reduced. The urea charge need not be so smooth and may not be continuous. Instead, dosing can be done intermittently and can be controlled by opening / closing the valve. Such control is simple and accurate, and timing control can be accurately performed over a wide range of (urea) delivery times. In this way, arranging the reducing agent charging point in the exhaust gas receiver at a position upstream of the outlet of the exhaust gas receiver realizes a simple injection / administration system.

実施形態によっては、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受けにおいて、前記還元剤投入ポイントと、前記排気ガス受けの前記出口との間の経路に少なくとも三つの前記排気ダクトが位置するように配される。   In some embodiments, the reducing agent charging point is arranged in the exhaust gas receiver so that at least three exhaust ducts are located in a path between the reducing agent charging point and the outlet of the exhaust gas receiver. Is done.

還元剤投入ポイントから排気ガス受けの出口までの経路に少なくとも３つの排気ダクトが存在するように構成することにより、還元剤が出口に達するまでに少なくとも１つの排気ガスジェットに出会うことが保証される。   By configuring so that there are at least three exhaust ducts in the path from the reducing agent input point to the outlet of the exhaust gas receiver, it is ensured that the reducing agent meets at least one exhaust gas jet before reaching the outlet. .

実施形態によっては、前記排気ガス受けの出口はその長手方向の一端に位置し、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受けの長手方向の他端又はその近辺に位置する   In some embodiments, the outlet of the exhaust gas receiver is located at one end in the longitudinal direction, and the reducing agent charging point is located at or near the other end in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver.

従って、排気ガス受けの長さの全体が、還元剤を排気ガスに混合するために用いられる。   Thus, the entire length of the exhaust gas receiver is used to mix the reducing agent with the exhaust gas.

実施形態によっては、前記排気ガス受けの出口は、該排気ガス受けの長手方向におけるほぼ中央部に位置し、それぞれ前記排気ガス受けの長手方向におけるいずれかの端部又はその近辺に位置する二つの還元剤投入ポイントが設けられる、   In some embodiments, the outlet of the exhaust gas receiver is located at a substantially central part in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver, and two exhaust gas outlets located at or near one end in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver, respectively. A reducing agent charging point is provided,

この実施形態は、出口が、排気ガス受けの長手方向の中央部付近に設けられている場合に有利である。   This embodiment is advantageous when the outlet is provided near the center in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver.

実施形態によっては、前記還元剤を噴射し霧化するための静かな領域を提供するために、最初の又は最後の排気ダクトの領域から延伸する延長部分を有する   Some embodiments have an extension that extends from the area of the first or last exhaust duct to provide a quiet area for injecting and atomizing the reducing agent.

この静かな領域は、還元剤を霧化するために有利であり、また、還元剤が排気ガス受けの内壁面に接触することを防ぐためにも有利である。   This quiet area is advantageous for atomizing the reducing agent and also for preventing the reducing agent from contacting the inner wall of the exhaust gas receiver.

上述の目的は次のような方法によって達成される。この方法は、クロスヘッドを有する大型多気筒ストロークユニフローディーゼルエンジンにおいて、排気ガス流中に還元剤を投入する方法であって、ただし：前記エンジンにおいて、大きな直径を有する長尺の排気ガス受けに、複数のシリンダが、それぞれ個別に排気ダクトを介して接続され、前記排気ガス受けは出口を有し；前記エンジンは、前記排気ガス受けの外部にＳＣＲリアクターを有し、該ＳＣＲリアクターは、ターボ過給機のタービンの上流に配されると共に、前記排気ガス受けの下流に配され：前記方法は、前記排気ガス受け中にスプレー状に還元剤を噴射すること、ただし前記噴射することは、前記噴射された前記還元剤が、前記排気ガス受けの前記へ向かう道中に出会う複数の排気ガスジェットと混合しうるような、前記出口の上流の位置において行われ、それによって、排気ガスジェットの高速のガス流が、還元剤と排気ガスの効果的な混合を行うために利用することと；前記排気ガスと混合した還元剤が、前記排気ガス受けの出口から、前記排気ガス受けの外部の前記ＳＣＲリアクターの入口へと流れていくようにすることと；を含む。   The above object is achieved by the following method. This method is a method of introducing a reducing agent into an exhaust gas flow in a large-sized multi-cylinder stroke uniflow diesel engine having a crosshead, wherein: in the engine, a long exhaust gas receiver having a large diameter, A plurality of cylinders are individually connected via an exhaust duct, the exhaust gas receiver has an outlet; the engine has an SCR reactor outside the exhaust gas receiver, and the SCR reactor is a turbocharger. Arranged upstream of the turbine of the feeder and arranged downstream of the exhaust gas receiver: the method injects the reducing agent in spray form into the exhaust gas receiver, wherein the injection The reductant injected may be mixed with a plurality of exhaust gas jets encountered on the way to the exhaust gas receiver. The high-speed gas flow of the exhaust gas jet is utilized for effective mixing of the reducing agent and the exhaust gas; and the reducing agent mixed with the exhaust gas And from the outlet of the exhaust gas receiver to the inlet of the SCR reactor outside the exhaust gas receiver.

前記出口の上流の位置において排気ガス受け中にスプレー状に還元剤を噴射することによって、還元剤を排気ガスと混合するために必要なエネルギーは、排気ダクトから放出される排気ガスのジェットから得ることができる。この排気ガスのジェットは、その排気ダクトに対応するシリンダの排気弁が開放するときに放出される。排気ジェット中のエネルギーはいずれにせよ排気ガス受けの中で散逸するので、還元剤と排気ガスとの混合は、エンジンのエネルギーを全く使うことなく行うことができる。また、排気ガス受けの出口の上流で排気ガス受け中にスプレー状に噴射することは、簡単な噴射・投与システムを実現する。   By injecting the reducing agent in the form of a spray into the exhaust gas receiver at a position upstream of the outlet, the energy required to mix the reducing agent with the exhaust gas is obtained from the jet of exhaust gas discharged from the exhaust duct. be able to. The exhaust gas jet is released when the exhaust valve of the cylinder corresponding to the exhaust duct is opened. Anyway, the energy in the exhaust jet is dissipated in the exhaust gas receiver, so that the mixing of the reducing agent and the exhaust gas can be done without using any engine energy. Further, spraying in the exhaust gas receiver upstream of the outlet of the exhaust gas receiver in a spray form realizes a simple injection / administration system.

実施形態によっては、排気ガス受け出口までの道中に出会う複数の排気ガスジェットによって還元剤が混合せしめられるように、排気ガス受け内の上流部で還元剤を投入することを含む。   Some embodiments include introducing a reducing agent upstream in the exhaust gas receiver such that the reducing agent is mixed by a plurality of exhaust gas jets encountered on the way to the exhaust gas receiving outlet.

実施形態によっては、排気ガス受け内の単一のポイントから還元剤を投入する。   In some embodiments, the reducing agent is introduced from a single point in the exhaust gas receiver.

実施形態によっては、排気ガス受け内で長手方向に対向する２つの還元剤投入ポイントから、還元剤の投入を行うことを含む。   In some embodiments, charging of the reducing agent is performed from two reducing agent charging points facing in the longitudinal direction in the exhaust gas receiver.

上述の目的はまた、次のようなエンジンによって達成される。このエンジンは、クロスヘッドを有する大型多気筒ストロークユニフローディーゼルエンジンであって：大きな直径を有する長尺の排気ガス受けと；前記排気ガス受けの外部であって、該排気ガス受けの下流の排気ガス流に設けられるＳＣＲリアクターと；前記ＳＣＲリアクターの上流で前記排気ガス流に還元剤を投入する還元剤投入ポイントと；圧力がかけられた還元剤のソース（，，）を備える還元剤配送システムと；電子制御ユニットと；前記還元剤投入ポイントへの還元剤の流れを制御するための、オン／オフ型の電子制御弁であって、前記電子制御ユニットからの信号によって制御される、電子制御弁と；有し、前記電子制御ユニットは、前記電子制御弁の開弁時間を制御することにより、前記還元剤投入ポイントへ還元剤を間欠的に配送するようにして、前記排気ガス流に投入される還元剤の量を制御するように構成される。   The above object is also achieved by the following engine. This engine is a large multi-cylinder stroke uniflow diesel engine with a crosshead: a long exhaust gas receiver having a large diameter; an exhaust gas outside the exhaust gas receiver and downstream of the exhaust gas receiver An SCR reactor provided in the stream; a reducing agent input point for introducing the reducing agent into the exhaust gas stream upstream of the SCR reactor; and a reducing agent delivery system comprising a source (,,) of reducing agent under pressure; An electronic control unit; an on / off type electronic control valve for controlling the flow of the reducing agent to the reducing agent charging point, controlled by a signal from the electronic control unit; And the electronic control unit intermittently supplies the reducing agent to the reducing agent charging point by controlling a valve opening time of the electronic control valve. So as to delivered to configured to control the amount of reducing agent is introduced into the exhaust gas stream.

実施形態によっては、前記電子制御ユニットは、前記エンジンの実際の運転条件に応じて必要とされる還元剤の量に基づいて、前記還元剤投入ポイントへ配送される還元剤の量に関連して前記電子制御弁の開弁時間を制御するように構成されるが、当該制御において、前記エンジンのクランクシャフトの位置は考慮しない。   In some embodiments, the electronic control unit is associated with the amount of reducing agent delivered to the reducing agent input point based on the amount of reducing agent required depending on the actual operating conditions of the engine. Although configured to control the valve opening time of the electronic control valve, the position of the crankshaft of the engine is not considered in the control.

実施形態によっては、前記電子制御ユニットは、前記排気ガス中のＮＯｘ含有量及び／又は酸素含有量の情報に基づいて、前記還元剤投入ポイントへ配送されるべき還元剤の量を決定する。 In some embodiments, the electronic control unit determines the amount of reducing agent to be delivered to the reducing agent input point based on information on NOx content and / or oxygen content in the exhaust gas.

実施形態によっては、前記還元剤投入ポイントは、前記還元剤が前記排気ガス流に噴射される際に該還元剤を霧化するためのノズルを有する噴射弁によって形成される。   In some embodiments, the reducing agent injection point is formed by an injection valve having a nozzle for atomizing the reducing agent when the reducing agent is injected into the exhaust gas stream.

実施形態によっては、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受けの前記出口の上流に設けられる。   In some embodiments, the reducing agent input point is provided upstream of the outlet of the exhaust gas receiver.

実施形態によっては、前記還元剤投入ポイントは、一つ又は二つしか設けられない。 In some embodiments, only one or two reducing agent charging points are provided.

実施形態によっては、電子制御弁は一つしか設けられない。   In some embodiments, only one electronic control valve is provided.

上述の目的は次のような方法によっても達成される。この方法は、クロスヘッドを有する大型多気筒ストロークユニフローディーゼルエンジンにおいて、排気ガス流に還元剤を投入する方法であって：ただし前記エンジンは、大きな直径を有する長尺の排気ガス受けと；前記排気ガス受けの外部であって、該排気ガス受けの下流の排気ガス流に設けられるＳＣＲリアクターと；圧力がかけられた還元剤のソース（，，）を備える還元剤配送システムと；電子制御ユニットと；前記ＳＣＲリアクターの上流の還元剤投入ポイントへの還元剤の流れを制御するための、オン／オフ型の電子制御弁であって、前記電子制御ユニットからの信号によって制御される、電子制御弁と；を備え、前記方法は、前記還元剤を、前記排気ガス受けの噴射位置から該排気ガス受け内にスプレー状に噴射することと；前記電子制御弁の開弁時間を制御することにより、前記還元剤投入ポイントへ還元剤を間欠的に配送するようにして、前記排気ガス流に投入される還元剤の量を制御することと；を含む。     The above object can also be achieved by the following method. In a large multi-cylinder stroke uniflow diesel engine having a crosshead, this method is a method of introducing a reducing agent into an exhaust gas flow, wherein the engine includes a long exhaust gas receiver having a large diameter; An SCR reactor external to the gas receiver and provided in the exhaust gas stream downstream of the exhaust gas receiver; a reducing agent delivery system comprising a source (,,) of reducing agent under pressure; an electronic control unit; An on / off electronic control valve for controlling the flow of reducing agent to the reducing agent input point upstream of the SCR reactor, controlled by a signal from the electronic control unit; And the method injects the reducing agent in a spray form into the exhaust gas receiver from an injection position of the exhaust gas receiver; Controlling the amount of reducing agent introduced into the exhaust gas flow by intermittently delivering the reducing agent to the reducing agent introduction point by controlling the valve opening time of the electronic control valve; including.

本願の開示に従うエンジンや方法に関するさらなる課題や特徴、利点、性質は、後の詳細説明により明らかになる。   Further challenges, features, advantages, and properties of engines and methods according to the present disclosure will become apparent from the detailed description that follows.

例示的実施形態に従う大型２ストロークディーゼルエンジンの正面図である。1 is a front view of a large two-stroke diesel engine according to an exemplary embodiment. 図１の大型２ストロークエンジンの側面図である。FIG. 2 is a side view of the large two-stroke engine of FIG. 1. 図１の大型２ストロークエンジンのダイアグラム表現である。2 is a diagrammatic representation of the large two-stroke engine of FIG. 図１の大型２ストロークエンジンのシリンダ及び排気ガス受けの詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of a cylinder and an exhaust gas receiver of the large two-stroke engine of FIG. 1. 他の実施形態に従う大型２ストロークエンジンのシリンダ及び排気ガス受けの詳細図である。It is a detailed view of a cylinder and exhaust gas receiver of a large two-stroke engine according to another embodiment. 他の実施形態に従う大型２ストロークエンジンのシリンダ及び排気ガス受けの詳細図である。It is a detailed view of a cylinder and exhaust gas receiver of a large two-stroke engine according to another embodiment. 他の実施形態に従う大型２ストロークエンジンのシリンダ及び排気ガス受けの詳細図である。It is a detailed view of a cylinder and exhaust gas receiver of a large two-stroke engine according to another embodiment.

好適な実施形態の詳細説明Detailed Description of the Preferred Embodiment

本明細書における以下の詳細説明部分において、本発明を、添付図面に描かれた例示的実施形態を参照してより詳細に説明する。   In the following detailed description section of the specification, the present invention will be described in more detail with reference to exemplary embodiments depicted in the accompanying drawings.

以下の詳細説明において、例示的実施形態を用いて大型２ストロークエンジンを説明する。図１−３は、ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼルエンジンを示す。このエンジンは、クランクシャフト４２及びクロスヘッド４３を備える。図３は、ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼルエンジンのダイアグラム表現であり、吸気系及び排気系が描かれている。この例示的実施形態において、エンジンは、直列に６本のシリンダ１を備える。ターボ過給式大型２ストロークディーゼルエンジンは、典型的に、直列に配された５本から１６本のシリンダを有する。これらはエンジンフレーム４５に支えられる。このようなエンジンは、例えば、外洋船舶のメインエンジンとして用いられる。また、発電所において発電機を回すための固定式エンジンとして用いられる。このようなエンジンの全出力は、例えば、５，０００ｋＷから１１０，０００ｋＷにまで及ぶ。   In the following detailed description, a large two-stroke engine will be described using an exemplary embodiment. FIG. 1-3 shows a turbocharged large-sized low-speed two-stroke diesel engine. This engine includes a crankshaft 42 and a crosshead 43. FIG. 3 is a diagram representation of a turbocharged large low speed two-stroke diesel engine, in which an intake system and an exhaust system are drawn. In this exemplary embodiment, the engine comprises six cylinders 1 in series. A turbocharged large two-stroke diesel engine typically has 5 to 16 cylinders arranged in series. These are supported by the engine frame 45. Such an engine is used, for example, as a main engine of an ocean vessel. It is also used as a fixed engine for turning a generator at a power plant. The total output of such an engine ranges, for example, from 5,000 kW to 110,000 kW.

このようなタイプのエンジンは、２ストロークユニフロー型であり、シリンダ１の下部領域に掃気ポートを有し、また、シリンダ１の上部には排気バルブ４を備える。給気は、給気受け２から、各シリンダ１の掃気ポート（図示されていない）へと導かれる。シリンダ１のピストン４１が給気を圧縮すると、燃料が噴射されて燃焼が生じ、排気ガスが生成される。排気弁４が開くと排気ガスは、シリンダ１に対応する排気ダクト３５を通って排気受け３流れ込み、さらに、ＳＣＲリアクターを含む第一の排気管１８を通ってターボ過給機５のタービン６へと進み、さらにそこから排気ガスは、第二の排気管７を通って流れ出る。タービン６は、シャフト８を介して、吸気口１０を介して設けられるコンプレッサー９を回す。コンプレッサー９は、圧縮された給気を、給気受け２へと続く給気管１１へ供給する。   This type of engine is a two-stroke uniflow type, has a scavenging port in the lower region of the cylinder 1, and has an exhaust valve 4 in the upper portion of the cylinder 1. The air supply is guided from the air supply receiver 2 to a scavenging port (not shown) of each cylinder 1. When the piston 41 of the cylinder 1 compresses the supply air, fuel is injected, combustion occurs, and exhaust gas is generated. When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows into the exhaust receiver 3 through the exhaust duct 35 corresponding to the cylinder 1, and further passes through the first exhaust pipe 18 including the SCR reactor to the turbine 6 of the turbocharger 5. Further, the exhaust gas flows out through the second exhaust pipe 7 from there. The turbine 6 rotates a compressor 9 provided via an intake port 10 via a shaft 8. The compressor 9 supplies the compressed air supply to the air supply pipe 11 that continues to the air supply receiver 2.

管１１の給気は、冷却のためにインタークーラー１２に通される。これにより、コンプレッサーを出たときに２００℃程度あった給気温度が、３６−８０℃まで下げられる。   The air supply to the tube 11 is passed through the intercooler 12 for cooling. As a result, the supply air temperature which was about 200 ° C. when the compressor is discharged is lowered to 36-80 ° C.

冷却された吸気は、電気モーターにより駆動される補助ブロワ１６に導かれる。補助ブロワ１６は、低負荷条件または部分負荷条件において、給気受け２へ導かれる吸気を圧縮する。ターボ過給機が高負荷になっている場合は、コンプレッサー９は十分な掃気を供給することができるので、補助ブロワ１６は、逆止め弁１５によってバイパスされる。   The cooled intake air is guided to an auxiliary blower 16 driven by an electric motor. The auxiliary blower 16 compresses the intake air guided to the air supply receiver 2 in a low load condition or a partial load condition. When the turbocharger is under high load, the compressor 9 can supply sufficient scavenging, so that the auxiliary blower 16 is bypassed by the check valve 15.

図３は、ＳＣＲシステムのレイアウトを示す。このシステムはＳＣＲ（選択的触媒還元）リアクター１９を備える。ＳＣＲリアクター１９は、排気受け３の外部にあり、また排気受け３の下流にある。アンモニアや尿素などの還元剤は、ＳＣＲリアクター１９に入る前に排気ガスに加えられる。排気ガスは、ＳＣＲリアクター１９を通過する前に、アンモニアなどの還元剤と混合されなければならない。ＳＣＲリアクター１９内で化学反応を促進するために、温度レベルは、排気ガス中の硫黄含有量に応じて、２００℃から４００℃の間になければならない。本実施形態において、アンモニアのソースは、水ベースの尿素の溶液である。   FIG. 3 shows the layout of the SCR system. This system comprises an SCR (Selective Catalytic Reduction) reactor 19. The SCR reactor 19 is outside the exhaust receiver 3 and downstream of the exhaust receiver 3. A reducing agent such as ammonia or urea is added to the exhaust gas before entering the SCR reactor 19. The exhaust gas must be mixed with a reducing agent such as ammonia before passing through the SCR reactor 19. In order to promote the chemical reaction in the SCR reactor 19, the temperature level must be between 200 ° C. and 400 ° C., depending on the sulfur content in the exhaust gas. In this embodiment, the ammonia source is a water-based urea solution.

図３に描かれる実施形態において、タンク２６には尿素の水溶液が貯蔵されている。管２５がタンク２６をポンプ２４の入口へと繋いでいる。ポンプ２４は実質的に一定の圧力を提供するように構成されている。ポンプ２４の出口は供給管２２に接続されており、供給管２２は、加圧された要素水溶液を、電子制御弁２３を介して噴射弁２１へと運ぶ。本実施形態における電子制御弁２３は、オン／オフ型のものであるが、比例弁を用いることもできる。電子制御弁２３は、電子制御ユニット（処理コンピュータ）５０からの信号によって制御される。電子制御弁は油圧弁や空気圧弁であってもよく、また、純粋に電気的に動作する弁であってもよい。噴射弁２１は排気受け３に設置される。噴射弁２１には、ノズル孔を備えるノズルが設けられる。このノズル孔によって、排気ガス受け３に噴射される尿素水溶液が霧状にされる。噴射弁２１は、圧力が閾値を超えたときのみ噴射を行うように構成される。これは、尿素水溶液を霧状にするために十分な圧力があるときのみ、噴射が行われるようにするためである。第二の排気管７にはＮＯｘ及び酸素解析機が接続されており、解析の結果が電子制御ユニット５０へと伝えられる。ＳＣＲリアクター１９の上流又は下流で、且つターボチャージャー６よりも上流において、センサ３２が、管１８中の排気ガスのＮＯｘ含有量を測定してもよい。   In the embodiment depicted in FIG. 3, the tank 26 stores an aqueous solution of urea. A pipe 25 connects the tank 26 to the inlet of the pump 24. Pump 24 is configured to provide a substantially constant pressure. The outlet of the pump 24 is connected to the supply pipe 22, and the supply pipe 22 carries the pressurized component aqueous solution to the injection valve 21 via the electronic control valve 23. The electronic control valve 23 in the present embodiment is an on / off type, but a proportional valve can also be used. The electronic control valve 23 is controlled by a signal from an electronic control unit (processing computer) 50. The electronic control valve may be a hydraulic valve, a pneumatic valve, or may be a valve that operates purely electrically. The injection valve 21 is installed in the exhaust receiver 3. The injection valve 21 is provided with a nozzle having a nozzle hole. By this nozzle hole, the urea aqueous solution injected to the exhaust gas receiver 3 is atomized. The injection valve 21 is configured to perform injection only when the pressure exceeds a threshold value. This is because the injection is performed only when there is sufficient pressure to make the urea aqueous solution mist. A NOx and oxygen analyzer is connected to the second exhaust pipe 7, and the analysis result is transmitted to the electronic control unit 50. The sensor 32 may measure the NOx content of the exhaust gas in the pipe 18 upstream or downstream of the SCR reactor 19 and upstream of the turbocharger 6.

排気ガスに噴射される還元剤の量は、電子制御ユニット５０によって制御され、それは、実際の動作条件（負荷条件）におけるＮＯｘ生成量に基づいて行われる。動作条件（負荷条件）に対するＮＯｘ生成量の関係は、エンジンのテスト運転の際に測定された、様々な動作条件（負荷条件）におけるＮＯｘ生成量の測定から導き出される。排気ガスに噴射される還元剤の量は、また、ＮＯｘ及び酸素解析機からの信号に基づいて制御され、または、実験的に求められたテーブルやセンサ３２からの信号、さらにこれら全てにも基づく場合もある。還元剤を噴射するタイミングは、エンジンのクランクシャフト４２の実際の位置を考慮することなく行われる。これは、その必要がないからである。排気ダクト３５からは還元剤と混合されるべき排気ガスが常に流れ出しており、還元剤の噴射ポイントから出口３３までの経路には、排気ガスが常に存在している。   The amount of reducing agent injected into the exhaust gas is controlled by the electronic control unit 50, which is performed based on the amount of NOx produced under actual operating conditions (load conditions). The relationship of the NOx generation amount with respect to the operation condition (load condition) is derived from the measurement of the NOx generation amount under various operation conditions (load conditions) measured during the test operation of the engine. The amount of reducing agent injected into the exhaust gas is also controlled based on signals from NOx and oxygen analyzers, or based on experimentally determined signals from tables and sensors 32, and all of these. In some cases. The timing for injecting the reducing agent is performed without considering the actual position of the crankshaft 42 of the engine. This is because it is not necessary. Exhaust gas to be mixed with the reducing agent always flows out from the exhaust duct 35, and the exhaust gas always exists in the path from the reducing agent injection point to the outlet 33.

図４を参照し、排気ガス受け３の位置と還元剤を噴射するポイントを、政治的実施形態を使ってより詳細に説明する。排気ガス受け３は長大な円筒状をしており、大きな断面積を有する。   With reference to FIG. 4, the position of the exhaust gas receiver 3 and the point at which the reducing agent is injected will be described in more detail using a political embodiment. The exhaust gas receiver 3 has a long cylindrical shape and a large cross-sectional area.

排気ガス受け３は、シリンダ１の列に沿って設けられており、排気弁４や排気ダクト３５が設けられているシリンダ１の上部に極めて近接して設けられている。各排気ダクト３５は排気ガス受け３に開口している。多くのエンジンにおいて、排気弁３は、エンジンの直列に並んだ全てのシリンダ１を跨ぐように延設されている。しかし、排気ガス受け３を長さ方向に二つまたはそれ以上の区画に分割することもよく行われており、例えば、多くの気筒を有する非常に大きなエンジンの場合には、排気ガス受け３のサイズが製造設備に対応可能なサイズを超えないように、そのような構成になっていることがある。排気ガス受け３を長さ方向に複数に分割する別の理由は、ターボ過給機５が複数存在する場合である。この場合、個々のターボ過給機５について、分割された排気ガス受け３の区画がひとつ割り当てられる。   The exhaust gas receiver 3 is provided along the row of cylinders 1 and is provided very close to the upper part of the cylinder 1 where the exhaust valve 4 and the exhaust duct 35 are provided. Each exhaust duct 35 opens to the exhaust gas receiver 3. In many engines, the exhaust valve 3 extends so as to straddle all the cylinders 1 arranged in series in the engine. However, the exhaust gas receiver 3 is often divided into two or more sections in the longitudinal direction. For example, in the case of a very large engine having many cylinders, the exhaust gas receiver 3 Such a configuration may be employed so that the size does not exceed the size compatible with the manufacturing facility. Another reason for dividing the exhaust gas receiver 3 into a plurality in the length direction is when there are a plurality of turbochargers 5. In this case, one divided section of the exhaust gas receiver 3 is assigned to each turbocharger 5.

通常、排気ガス受け３の断面積は、エンジンのピストン４１の断面積に等しいか、それより大きい。その結果として排気ガス受け３は大きな体積を有する。シリンダ１の排気弁４が開放すると、排気ダクト３５を通じて排気ガスのジェットが排気ガス受け３に流れ込んでくるが、そのジェットは圧力変動を生成することがある。排気ガス受け３の大きな体積は、この圧力変動を緩和することを可能にする。   Usually, the cross-sectional area of the exhaust gas receiver 3 is equal to or larger than the cross-sectional area of the piston 41 of the engine. As a result, the exhaust gas receiver 3 has a large volume. When the exhaust valve 4 of the cylinder 1 is opened, an exhaust gas jet flows into the exhaust gas receiver 3 through the exhaust duct 35, and the jet may generate pressure fluctuations. The large volume of the exhaust gas receiver 3 makes it possible to mitigate this pressure fluctuation.

排気ガス受け３には出口３３が設けられている。出口３３は管１８に接続されており、したがってＳＣＲリアクター１９に接続されている。このため排気ガス受け３に集められた排気ガスは、ＳＣＲリアクター１９を介してターボ過給機５のタービンへと流れていく。本実施携帯において、出口３３は、排気ガス受け３の長手方向の一端に位置している。したがって、排気ガス受け３の内部の主要な流れは一方向であり、出口３３に向かっている。   The exhaust gas receiver 3 is provided with an outlet 33. The outlet 33 is connected to the tube 18 and is therefore connected to the SCR reactor 19. For this reason, the exhaust gas collected in the exhaust gas receiver 3 flows to the turbine of the turbocharger 5 through the SCR reactor 19. In this embodiment, the outlet 33 is located at one end in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver 3. Therefore, the main flow inside the exhaust gas receiver 3 is unidirectional and directed toward the outlet 33.

エンジンの各シリンダ１は、それぞれ個別に所定の燃焼シーケンスにしたがって燃焼する。したがって、対応する各排気弁４も同じシーケンスで開放し、また、高速の排気ガスジェットも、排気ダクト３５を通じて同じシーケンスで排気ガス受け３に流れ込む。なお、排気ガスジェットの速度は、初めは１００ｍ／ｓを超える速度であり、排気弁の開放フェーズの後段では遅くなる。６気筒の２ストロークユニフロー型ディーゼルエンジンにおいて、これは、平均的に、どの時間においても、だいたい２つの排気ジェットが排気ガス受け３に流れ込むことを意味している。その様子が図４，６，７に描かれている。   Each cylinder 1 of the engine burns individually according to a predetermined combustion sequence. Accordingly, the corresponding exhaust valves 4 are also opened in the same sequence, and high-speed exhaust gas jets also flow into the exhaust gas receiver 3 through the exhaust duct 35 in the same sequence. The speed of the exhaust gas jet is initially higher than 100 m / s, and becomes slower after the exhaust valve opening phase. In a six-cylinder two-stroke uniflow diesel engine, this means that, on average, approximately two exhaust jets flow into the exhaust receiver 3 at any given time. This is illustrated in FIGS.

本実施形態において還元剤を投入するポイントは、噴射弁２１であり、それは排気ガス受けにおいて出口３３に対して長手方向の反対側の端部に設けられている。尿素の水溶液は、噴射弁２１のノズルの孔から、霧またはジェットのように排気ガス受け３内に噴射される。蒸発した尿素水溶液が、排気ガス受け３の長手方向の端部から排気ガス受け３の中に入る。そこでは、ガスの流れは比較的穏やかであり、還元剤投入ポイントの近くで還元剤が高度に集まった領域を形成する。この穏やかな領域から、蒸発した尿素水溶液は、排気ガス受け３の中の主要な流れに乗って、出口３３へと運ばれていき、処理中の排気ガスによって希釈される。排気ガス受け３の中の排気ガスの高い温度は、尿素を、アンモニアのガスと水性の部分（噴射された尿素水溶液の水性部分で蒸発してしまう）に加水分解（熱分解）する。出口３３に達するまでに、蒸発した要素水溶液及び／又はアンモニアや水の気体は、排気ダクト３５からやってくる１本又はそれ以上の排気ガスジェットに出会う。高速の排気ガスジェットは、排気ガスと、蒸発した要素水溶液及び／又はアンモニアとの激しい混合を引き起こす。これによって、排気ガス及び還元剤が出口３３に達するまでに、これらは十分に混合される。このように、還元剤と排気ガスを混合するために必要なエネルギーは、排気ガスのジェットによるものである。排気ガスジェットのエネルギーは、いずれにせよ、排気ガス受け３の大きな体積の中で主に失われるものであり、したがって、還元剤と排気ガスとの混合は、ターボ過給気５のタービン６へと向かう排気ガス流のエネルギーを失うことなく行うことができる。   In this embodiment, the point at which the reducing agent is introduced is the injection valve 21, which is provided at the end opposite to the outlet 33 in the longitudinal direction in the exhaust gas receiver. The aqueous urea solution is injected into the exhaust gas receiver 3 like a mist or a jet from the nozzle hole of the injection valve 21. The evaporated aqueous urea solution enters the exhaust gas receiver 3 from the longitudinal end of the exhaust gas receiver 3. There, the gas flow is relatively gentle, forming a highly concentrated area of reducing agent near the reducing agent input point. From this gentle region, the evaporated aqueous urea solution rides on the main flow in the exhaust gas receiver 3 and is carried to the outlet 33 where it is diluted by the exhaust gas being processed. The high temperature of the exhaust gas in the exhaust gas receiver 3 hydrolyzes (thermally decomposes) urea into ammonia gas and an aqueous part (evaporates in the aqueous part of the injected aqueous urea solution). By the time the outlet 33 is reached, the vaporized component aqueous solution and / or ammonia or water gas encounters one or more exhaust gas jets coming from the exhaust duct 35. The high velocity exhaust gas jet causes intense mixing of the exhaust gas with the vaporized elemental aqueous solution and / or ammonia. Thereby, the exhaust gas and the reducing agent are sufficiently mixed before reaching the outlet 33. Thus, the energy required to mix the reducing agent and exhaust gas is due to the exhaust gas jet. In any case, the energy of the exhaust gas jet is mainly lost in the large volume of the exhaust gas receiver 3, so that the mixing of the reducing agent and the exhaust gas is directed to the turbine 6 of the turbocharger 5. This can be done without losing the energy of the exhaust gas flow toward.

本実施形態において、噴射弁２１は、排気ガス受けにおいて、出口３３の反対側の一番端に位置している。しかしながら、他の実施形態に関して後に示されるように、還元剤の導入ポイントを、排気ガス受け３の末端部に位置させなければならないという訳ではない。還元剤が出口３３に達するまでに少なくとも一つの排気ガスジェットに出会うことができる限り、還元剤の導入ポイントを出口３３に近づけて設けてもよい。   In the present embodiment, the injection valve 21 is located at the extreme end opposite to the outlet 33 in the exhaust gas receiver. However, as will be shown later with respect to other embodiments, the introduction point of the reducing agent does not have to be located at the end of the exhaust gas receiver 3. As long as the reducing agent can meet at least one exhaust gas jet before reaching the outlet 33, the introduction point of the reducing agent may be provided close to the outlet 33.

尿素水溶液は間欠的に噴射されてもよい。これは、噴射された還元剤が排気ガス受け３の中で排気ガスと混合し分散されるのに十分な時間及び機会があるためである。したがって、還元剤の噴射のタイミングはそれほど重要ではない。これは、電子制御ユニット５０が電子制御弁２３の開弁タイミングを制御する、タイミングベースの薬剤投入システムの使用を可能とする。タイミングの制御は投入レートの広い範囲にわたって正確なプロセスであるので、比較的シンプルで、正確且つ信頼性の高い投入システムが提供される。還元剤の投入ポイントが一点であることは、システムをシンプルにするのに役立っている。還元剤の投入をタイミングによって制御することは、噴射イベントに対して事実上一定の圧力を維持し、それぞれの噴射イベントにおいて還元剤を正しく霧化することができるようなシステムを構築することを容易にする。還元剤の噴射イベントのタイミングは、エンジンのサイクルとは独立である。すなわち、噴射された還元剤は、出口に達するまでに必ず排気ガスジェットに出会うために、排気ガスジェットが存在するか否かを待つ必要はない。しかしながら、還元剤の噴射のタイミングは、エンジンサイクルに同期して行われてもよく、それは、排気受け３の中の移ろいやすい流動場に噴射を適合させることができるという利点を有する。それ故、噴射は、近辺のガス流の速度が比較的遅いときに行われることができる。   The urea aqueous solution may be intermittently injected. This is because there is sufficient time and opportunity for the injected reducing agent to be mixed and dispersed in the exhaust gas receiver 3 with the exhaust gas. Therefore, the timing of reducing agent injection is not so important. This enables the use of a timing-based medicine injection system in which the electronic control unit 50 controls the opening timing of the electronic control valve 23. Since timing control is an accurate process over a wide range of input rates, a relatively simple, accurate and reliable input system is provided. The single point of introduction of the reducing agent helps to simplify the system. Controlling the injection of reducing agent by timing makes it easy to build a system that maintains a virtually constant pressure for each injection event and that can properly atomize the reducing agent at each injection event. To. The timing of the reducing agent injection event is independent of the engine cycle. That is, since the injected reducing agent always meets the exhaust gas jet before reaching the outlet, there is no need to wait for the presence of the exhaust gas jet. However, the timing of injection of the reducing agent may be performed in synchronism with the engine cycle, which has the advantage that the injection can be adapted to the flow field in the exhaust receiver 3 which is easy to move. Therefore, the injection can be performed when the velocity of the gas flow in the vicinity is relatively slow.

実施形態によっては、還元剤投入システムは、噴射圧力を調整することにより遂行される制御を用いた定常的な流れを採用したり、複数のノズルのうち所定数のものを選択的にアクティブにすることを採用したりしてもよい。   In some embodiments, the reducing agent input system employs a steady flow using control performed by adjusting the injection pressure, or selectively activates a predetermined number of nozzles. You may adopt that.

還元剤と適切に混合された排気ガスは、出口３３から、ＳＣＲリアクター１９の入口へと流れていく。そして、還元剤と適切に混合された排気ガスは、ＳＣＲリアクター１９の入口からその出口へと流れていく。ＳＣＲリアクター１９の出口から、ＮＯｘ含有量が減少した排気ガスが、ターボ過給機５のタービン６の入口へと流れていき、そこから第二の排気管７へと流れていく。第二の排気管７は、タービン６の出口からサイレンサー２８の入口へと排気ガスを導く。第３の排気管２９は、サイレンサー２８の出口から大気中へと排気ガスを導く。   The exhaust gas appropriately mixed with the reducing agent flows from the outlet 33 to the inlet of the SCR reactor 19. The exhaust gas appropriately mixed with the reducing agent flows from the inlet of the SCR reactor 19 to the outlet thereof. From the outlet of the SCR reactor 19, the exhaust gas having a reduced NOx content flows to the inlet of the turbine 6 of the turbocharger 5 and then flows to the second exhaust pipe 7. The second exhaust pipe 7 guides the exhaust gas from the outlet of the turbine 6 to the inlet of the silencer 28. The third exhaust pipe 29 guides exhaust gas from the outlet of the silencer 28 to the atmosphere.

図５は別の実施形態を示す。この実施形態は、本質的に図４の実施形態と同じである。しかしこの実施形態では、出口３３が、排気ガス受け３の長手方向におけるほぼ中央部に設けられている。したがって、排気ガス受け３の中には主要な流れが二つ存在し、それぞれ長手方向の端部から排気ガス受け３の中央部の出口３３へ向かう流れであり、互いに流れの方向が逆である。この実施形態では、それぞれ排気ガス受けの長手方向の端部に二つの還元剤投入ポイントが設けられる。これら二つの還元剤投入ポイントは、二つの噴射弁２１によって形成される。これら二つの噴射弁２１は、単一の電子制御弁２３に接続される。すなわち、これら二つの噴射弁２１は、同時に噴射を行う。   FIG. 5 shows another embodiment. This embodiment is essentially the same as the embodiment of FIG. However, in this embodiment, the outlet 33 is provided at a substantially central portion in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver 3. Accordingly, there are two main flows in the exhaust gas receiver 3, each of which flows from the end in the longitudinal direction toward the outlet 33 at the center of the exhaust gas receiver 3, and the flow directions are opposite to each other. . In this embodiment, two reducing agent charging points are provided at the longitudinal ends of the exhaust gas receiver. These two reducing agent charging points are formed by the two injection valves 21. These two injection valves 21 are connected to a single electronic control valve 23. That is, these two injection valves 21 perform injection simultaneously.

それぞれ排気ガス受け３の長手方向端部において噴射弁２１によって噴射される還元剤は、出口３３に向かう主要な流れの一つによって、出口３３へと運ばれる。出口３３へ向かう途中、還元剤は、排気ダクト３５のいずれかから来る少なくとも一つの排気ガスジェットと出会い、それによって、出口３３から排気ガス受け３の外に出るまでに、排気ガスと適切に混合されることができる。   The reducing agent injected by the injection valve 21 at each longitudinal end of the exhaust gas receiver 3 is carried to the outlet 33 by one of the main flows toward the outlet 33. On the way to the outlet 33, the reducing agent meets at least one exhaust gas jet coming from any of the exhaust ducts 35, thereby properly mixing with the exhaust gas before exiting the exhaust gas receiver 3 from the outlet 33. Can be done.

図６も別の実施形態を示すが、この実施形態も、本質的に図４の実施形態と同じである。しかし、この実施形態では、エンジンが直列５気筒のエンジンであり、排気ガス受けが、出口３３が設けられる長手方向端部の反対側の端部において、延伸せしめられている。排気ダクト３５列の最後のもの（または最初のもの）を超えて延伸せしめられた部分（または引き伸ばされた部分）は、還元剤を投入・噴射し、霧化するための、静かで穏やかな領域を、排気ガス受け３の中に形成する。この領域３７は、還元剤が正しく霧化し、排気ガス受け３の内壁に影響を及ぼさないことを可能にし、また、噴射ポイントの近辺に、還元剤の密度の濃い大きな領域を形成する。その他の点については、噴射弁２１や還元剤の噴射方法は、図４の実施形態のものと同様である。図４において噴射弁２１は排気ガス受け３の最端部に設けられているが、噴射弁２１は、上述の静かな領域３７で還元剤を霧化することのできるどのような領域に配されてもよいことを理解されたい。   FIG. 6 also shows another embodiment, which is essentially the same as the embodiment of FIG. However, in this embodiment, the engine is an in-line 5-cylinder engine, and the exhaust gas receiver is extended at the end opposite to the longitudinal end where the outlet 33 is provided. The part extended (or extended part) beyond the last (or first) part of the 35 rows of exhaust ducts is a quiet and gentle area for introducing / injecting reducing agent and atomizing. Are formed in the exhaust gas receiver 3. This region 37 makes it possible for the reducing agent to atomize correctly and not to affect the inner wall of the exhaust gas receiver 3, and to form a large region with a high density of reducing agent in the vicinity of the injection point. About the other point, the injection valve 21 and the injection method of a reducing agent are the same as that of the embodiment of FIG. In FIG. 4, the injection valve 21 is provided at the extreme end of the exhaust gas receiver 3, but the injection valve 21 is disposed in any region where the reducing agent can be atomized in the above-described quiet region 37. Please understand that you may.

図７も別の実施形態を示すが、この実施形態も、本質的に図４の実施形態と同じである。しかし、この実施形態では、還元剤の投入ポイントが、排気ガス受け３の最端部に設けられていない。その代わりに、還元剤の投入ポイントは、出口３３の反対側から数えて２番目と３番目のシリンダの間に設けられている。噴射弁２１／還元剤投入ポイントのこの位置によっても、噴射された還元剤が排気ガス受け３の出口３３に達するまでに、４つのシリンダの排気ダクト３５が存在する。それによって、還元剤が出口３３に達するまでに、少なくとも一つの排気ガスジェットに当たることが確実となる。したがって、還元剤と排気ガスとの適当な混合が達成される。   FIG. 7 also shows another embodiment, which is essentially the same as the embodiment of FIG. However, in this embodiment, the charging point of the reducing agent is not provided at the extreme end of the exhaust gas receiver 3. Instead, the reducing agent charging point is provided between the second and third cylinders counted from the opposite side of the outlet 33. Even with this position of the injection valve 21 / reducing agent charging point, there are four cylinder exhaust ducts 35 until the injected reducing agent reaches the outlet 33 of the exhaust gas receiver 3. This ensures that the reducing agent hits at least one exhaust gas jet before reaching the outlet 33. Thus, proper mixing of the reducing agent and exhaust gas is achieved.

基本的に、投入された還元剤が出口３３に達するまでに排気ガスジェットと適切に混合するためには、少なくとも三つの排気ダクト３５が、投入ポイントと出口３３との間に存在する必要がある。   Basically, at least three exhaust ducts 35 need to exist between the input point and the outlet 33 in order for the charged reducing agent to properly mix with the exhaust gas jet before reaching the outlet 33. .

請求項において「備える」「有する」との表現は、さらに他の要素や処理を備える（有する）ことを除外しない。請求項において要素が単数のように記載されていても、それが複数である構成を除外しない。請求項に記載される単一の処理手段やユニットは、同じ機能を有する複数の手段でありうる。   In the claims, the expressions “comprising” and “having” do not exclude further including (having) other elements and processes. In the claims, a single element does not exclude a configuration having a plurality of elements. The single processing means or unit described in the claims may be a plurality of means having the same function.

請求項に記載される参考符号は、技術的範囲を制限するものと解釈されるべきではない。   Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.

本発明を例示目的で詳細に説明してきたが、これらの詳細は純粋にこの目的のために提示されたものであり、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な変形がなされうるものであることを理解されたい。例えば本発明は、排気ガス再循環を用いる大型２ストロークエンジンにおいても実施可能である。   Although the present invention has been described in detail for purposes of illustration, these details are presented purely for this purpose and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. Please understand that. For example, the present invention can be implemented in a large two-stroke engine using exhaust gas recirculation.

Claims (7)

クロスヘッド（４１）を有する大型２ストロークユニフローディーゼルエンジンであって：
直列に並んだ複数のシリンダ（１）と；
前記シリンダの各々の下部に設けられる掃気ポートと；
前記シリンダの各々の頂部に設けられる排気バルブ（４）と；
排気ガスにより駆動されるタービン（６）と前記タービン（６）により駆動されるコンプレッサー（９）を有し、前記シリンダ（１）に給気を供給するターボ過給機（５）と；
前記複数のシリンダ（１）の列に沿って延びる排気ガス受け（３）であって、前記排気ガス受け内部の空洞内へと延伸すると共に該空洞に排気ガスジェットを導く排気ダクト（３５）を介して前記シリンダ（１）に接続され、また出口（３３）を有する排気ガス受け（３）と；
前記排気ガス受け（３）の外部に設けられる選択的触媒還元リアクター（１９）であって、前記排気ガス受け（３）の出口（３３）に接続される入口と、前記ターボ過給機（５）のタービン（６）の入口に接続される出口とを有する、選択的触媒還元リアクター（１９）と；
還元剤投入ポイントから排気ガスに加えられる液体還元剤のソース（２６）と；
を有し、
前記還元剤投入ポイントは、前記液体還元剤が前記排気ガスの流れに噴射される際に該液体還元剤を霧化するためのノズルを有する噴射弁（２１）によって形成され、
個々の排気ダクトから流入する排気ガスジェットが、前記霧化された還元剤と排気ガスとの効果的な混合を引き起こすことができるように、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受け（３）内で、前記出口（３３）の上流に設けられる、エンジン。 A large two-stroke uniflow diesel engine with a crosshead (41) comprising:
A plurality of cylinders (1) arranged in series;
A scavenging port provided at the bottom of each of the cylinders;
An exhaust valve (4) provided at the top of each of the cylinders;
A turbocharger (5) having a turbine (6) driven by exhaust gas and a compressor (9) driven by the turbine (6) and supplying air to the cylinder (1);
An exhaust gas receiver (3) extending along a row of the plurality of cylinders (1), wherein an exhaust duct (35) extends into a cavity inside the exhaust gas receiver and guides an exhaust gas jet to the cavity. An exhaust gas receiver (3) connected to the cylinder (1) via an outlet and having an outlet (33);
A selective catalytic reduction reactor (19) provided outside the exhaust gas receiver (3), the inlet connected to the outlet (33) of the exhaust gas receiver (3); and the turbocharger (5) A selective catalytic reduction reactor (19) having an outlet connected to the inlet of the turbine (6) of
A source (26) of liquid reducing agent added to the exhaust gas from the reducing agent input point;
Have
The reducing agent charging point is formed by an injection valve (21) having a nozzle for atomizing the liquid reducing agent when the liquid reducing agent is injected into the exhaust gas flow;
The reducing agent injection point is at the exhaust gas receiver (3) so that exhaust gas jets flowing from the individual exhaust ducts can cause effective mixing of the atomized reducing agent and exhaust gas. An engine provided upstream of said outlet (33). 前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受け（３）において、前記還元剤投入ポイントと、前記排気ガス受け（３）の前記出口（３３）との間の経路に少なくとも三つの前記排気ダクト（３５）が位置するように配される、請求項１に記載のエンジン。   The reducing agent charging point includes at least three exhaust ducts (35) in a path between the reducing agent charging point and the outlet (33) of the exhaust gas receiver (3) in the exhaust gas receiver (3). The engine according to claim 1, wherein the engine is disposed so as to be located. 前記排気ガス受け（３）の前記出口（３３）は、前記排気ガス受け（３）の長手方向の一端に位置し、前記還元剤投入ポイントは、前記排気ガス受け（３）の長手方向の他端又はその近辺に位置する、請求項１に記載のエンジン。   The outlet (33) of the exhaust gas receiver (3) is located at one end in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver (3), and the reducing agent charging point is other than the longitudinal direction of the exhaust gas receiver (3). The engine according to claim 1, which is located at or near an end. 前記排気ガス受け（３）の前記出口（３３）は、前記排気ガス受け（３）の長手方向における中央部に位置し、
それぞれ前記排気ガス受け（３）の長手方向におけるいずれかの端部又はその近辺に位置する二つの還元剤投入ポイントが設けられる、
請求項１に記載のエンジン。 The outlet (33) of the exhaust gas receiver (3) is located at the center in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver (3),
There are provided two reducing agent charging points located at or near either end in the longitudinal direction of the exhaust gas receiver (3), respectively.
The engine according to claim 1. 前記排気ガス受けは、前記還元剤を噴射し霧化するための領域を提供するために、最初の又は最後の排気ダクト（３５）の領域から延伸する延長部分（３７）を有する、請求項３または４に記載のエンジン。   The exhaust gas receiver has an extension (37) extending from the region of the first or last exhaust duct (35) to provide a region for injecting and atomizing the reducing agent. Or the engine of 4. クロスヘッド（４１）を有する大型多気筒２ストロークディーゼルエンジンにおいて、排気ガス流中に還元剤を投入する方法であって、
前記エンジンは、各シリンダ（１）の下部に掃気ポートを有すると共に各シリンダ（１）の上部に排気バルブ（４）を有するユニフロー型であり、
排気ガス受け（３）に、前記シリンダ（１）が、それぞれ個別に、前記排気ガス受け（３）内部の空洞内へと延伸する排気ダクト（３５）を介して接続され、前記排気ガス受け（３）は出口（３３）を有し、
前記エンジンは、前記排気ガス受け（３）の外部にＳＣＲリアクター（１９）を有し、該ＳＣＲリアクター（１９）は、ターボ過給機（５）のタービン（６）の上流に配されると共に、前記排気ガス受け（３）の下流に配され、
前記方法は、
液体還元剤が排気ガスの流れに噴射される際に該液体還元剤を霧化するためのノズルを有する噴射弁（２１）に、前記液体還元剤を届けることと；
前記噴射弁から前記排気ガス受け（３）中にスプレー状に液体還元剤を噴射することと；
前記排気ガスと混合した液体還元剤が、前記排気ガス受けの出口（３３）から、前記排気ガス受け（３）の外部の前記ＳＣＲリアクター（１９）の入口へと流れていくようにすることと；
を含み、ただし前記噴射することは、霧化され噴射された前記液体還元剤が、前記排気ガス受けの前記出口（３３）へ向かう道中に出会う複数の排気ガスジェットと混合しうるような、前記出口（３３）の上流の位置において行われ、それによって、排気ガスジェットのガス流を、還元剤と排気ガスの効果的な混合を行うために利用できるようにすることを含む、方法。 In a large multi-cylinder two-stroke diesel engine having a crosshead (41), a method of introducing a reducing agent into an exhaust gas flow,
The engine is a uniflow type having a scavenging port below each cylinder (1) and an exhaust valve (4) above each cylinder (1);
The receiving the exhaust gas (3), the cylinder (1) is, in each individual, which is connected an exhaust gas receiving (3) through an exhaust duct extending into the interior of the cavity (35), receiving the exhaust gas ( 3) has an outlet (33),
The engine has an SCR reactor (19) outside the exhaust gas receiver (3), and the SCR reactor (19) is arranged upstream of the turbine (6) of the turbocharger (5). , Arranged downstream of the exhaust gas receiver (3),
The method
Delivering the liquid reducing agent to an injection valve (21) having a nozzle for atomizing the liquid reducing agent when the liquid reducing agent is injected into the flow of exhaust gas;
Injecting a liquid reducing agent from the injection valve into the exhaust gas receiver (3) in the form of a spray ;
The liquid reducing agent mixed with the exhaust gas flows from the outlet (33) of the exhaust gas receiver to the inlet of the SCR reactor (19) outside the exhaust gas receiver (3); ;
Only including, but be the injection, as the liquid reducing agent is atomised injection, can be mixed with a plurality of exhaust gas jets encountering journey toward the to the outlet of the receiving exhaust gases (33), the performed at a location upstream of the outlet (33), whereby, the gas flow of the exhaust gas jet, effective mixing including that to be utilized to provide the reducing agent exhaust gas, the method. 前記還元剤は、前記排気ガス受け（３）内の単一のポイントから投入されるか、前記排気ガス受け（３）内において長手方向に対向する２つの投入ポイントから投入される、請求項６に記載の方法。   The reducing agent is introduced from a single point in the exhaust gas receiver (3) or from two injection points that are longitudinally opposed in the exhaust gas receiver (3). The method described in 1.
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