KR20140047000A - 내연기관 - Google Patents

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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

내연기관, 특히 중유로 작동되는 선박용 디젤 내연기관으로서, 배기가스 터보 과급 장치와 배기가스 정화 장치를 포함하고, 이 경우 상기 배기가스 터보 과급 장치는 하나 이상의 배기가스 터보 과급기(11)를 포함하고, 상기 배기가스 정화 장치는 SCR 촉매 컨버터(14)를 포함하고, 이 경우 SCR 촉매 컨버터(14)는 적어도 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 포함하고, 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기(11)의 상기 터빈(12)의 하류측에 배치된다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.
DE 10 2004 027 593 A1호에 배기가스 터보 과급 장치 및 배기가스 정화 장치를 포함하는 내연기관이 공지되어 있다. 배기가스 터보 과급 장치는 선행기술에 따라 하나의 배기가스 터보 과급기 또는 2개의 배기가스 터보 과급기를 포함하는 1단 또는 2단 배기가스 터보 과급 장치로서 구현된다. 배기가스 정화 장치는 SCR 촉매 컨버터를 포함하고, 상기 촉매 컨버터는 1단 배기가스 터보 과급 장치의 경우에는 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기의 터빈의 하류측에 배치되거나 또는 배기가스 터보 과급기의 터빈의 상류측에 배치된다. 고압 배기가스 터보 과급기와 저압 배기가스 터보 과급기를 포함하는 2단 배기가스 터보 과급 장치의 경우에 SCR 촉매 컨버터는 고압 배기가스 터보 과급기의 고압 터빈과 저압 배기가스 터보 과급기의 저압 터빈 사이에 배치된다.
본 발명의 과제는 신규한 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 내연기관에 의해 해결된다. 따라서 SCR 촉매 컨버터는 적어도 2개의 SCR 촉매 컨버터 단을 포함하고, 이 경우 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때 배기가스 터보 과급기의 터빈의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기의 터빈의 하류측에 배치된다.
본 발명에 의해 처음으로, SCR 촉매 컨버터는 다수의 SCR 촉매 컨버터 단을 포함하는 것이 제안된다. 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기의 터빈의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 상기 터보 과급기의 상기 터빈의 하류측에 배치된다. 이로써 SCR 촉매 컨버터를 포함하는 내연기관의 배기가스 정화 장치의 효율이 높아질 수 있다. 특히 제 2 SCR 촉매 컨버터 단에 의해 배기가스에 제공된, 선택적 촉매 환원(SCR)을 위해 필요한 환원제의 소위 환원제 슬립이 최소화될 수 있다.
배기가스 터보 과급 장치가 1단으로 형성되고 하나의 배기가스 터보 과급기를 포함하는 경우에, 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 하나의 배기가스 터보 과급기의 터빈의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단은 하나의 배기가스 터보 과급기의 터빈의 하류측에 배치된다.
배기가스 터보 과급 장치가 2단으로 형성되고 고압 배기가스 터보 과급기와 저압 배기가스 터보 과급기를 포함하는 경우에, 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 저압 배기가스 터보 과급기의 저압 터빈의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단은 저압 배기가스 터보 과급기의 저압 터빈의 하류측에 배치된다.
바람직하게 2개의 SCR 촉매 컨버터 단을 위해 공통의 환원제 분사 장치가 제공된다. 공통의 분사 장치가 사용됨으로써 환원제를 위한 혼합 파이프는 생략할 수 있다. 혼합은 배기가스 터보 과급기의 터빈에서 이루어진다. 이로써 환원제를 위한 최적의 혼합이 이루어질 수 있다. 궁극적으로 소위 환원제 슬립과 마찬가지로 환원제 소모도 감소할 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들은 이에 제한되지 않으며, 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 과급된 내연기관의 개략도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 과급된 내연기관의 개략도.
본 발명은 내연기관, 특히 중유로 작동되는 선박용 디젤 내연기관에 관한 것이다.
도 1은 1단 배기가스 터보 과급 장치를 포함하는 본 발명에 따른 내연기관(10)의 제 1 실시예를 도시하고, 따라서 상기 배기가스 터보 과급 장치는 하나의 배기가스 터보 과급기(11)를 포함한다. 내연기관에서 배출된 배기가스는 감압을 위해 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)에 공급될 수 있고, 이 경우 획득된 에너지는, 배기가스 터보 과급기(11)의 압축기(13)를 구동하고 내연기관(10)에 공급될 과급 공기를 압축하는데 이용된다.
본 발명에 따른 내연기관에 적어도 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 가진 SCR 촉매 컨버터가 제공된다.
제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 하류측에 배치된다.
SCR 촉매 컨버터(14)의 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 위해 공통의 환원제 분사 장치(17)가 제공되고, 이 경우 공통의 환원제 분사 장치(17)는 환원제를 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)의 상류측에서 배기가스 내로 분사한다. 도 1은 환원제, 특히 암모니아를 제공하고 또는 발생시키는 장치(18)를 도시한다.
2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)으로 SCR 촉매 컨버터(14)가 분리됨으로써, 즉 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 배기기스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 하류측에 배치됨으로써 소위 응답 특성이 개선될 수 있다. 유동 방향으로 배기가스 터보 과급기(11) 전방과 제 1 촉매 컨버터 단(15) 전방에 공통의 분사 장치(17)가 배치됨으로써, 배기가스 챔버 내의 높은 배기가스 온도로 인해 촉매 컨버터 단(15)에서 제 1 NOx-변환을 위한 환원제의 증발 친화성이 높아진다. 변환되지 않은 암모니아는 추후에 터빈(12)에서 깨끗하게 혼합되고, 제 2 촉매 컨버터 단(16)에서 산화질소를 감소시킨다.
이로써 내연기관(10)의 필수 조립 공간이 감소할 수 있다. 배기가스 터보 과급기(11)에서, 즉 상기 터보 과급기의 터빈(12)에서 배기가스와 환원제가 혼합됨으로써, 환원제와 배기가스의 최적의 혼합이 이루어지고, 이로 인해 환원제의 소모와 상기 환원제의 소위 슬립이 최소화된다. 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 상류측에 배치된 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 신속하게 작동 온도에 도달할 수 있으므로, SCR 촉매 컨버터(14)의 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 양호한 응답 특성을 갖는다. 특히 내연기관(10)의 부분 부하 작동 시 다단 SCR 촉매 컨버터(14)에 의해 최적의 배기가스 정화가 이루어질 수 있다.
SCR 촉매 컨버터(14)의 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)의 하우징에 산화 촉매 컨버터 및/또는 배기가스 정화 장치의 입자 필터가 통합될 수 있다.
도 2는 2단 배기가스 터보 과급 장치를 포함하는 내연기관(10)의 바람직한 실시예를 도시하고, 상기 배기가스 터보 과급 장치는 2개의 배기가스 터보 과급기(11a, 11b)를 포함하고, 즉 고압 배기가스 터보 과급기(11a)와 저압 배기가스 터보 과급기(11b)를 포함한다. 고압 배기가스 터보 과급기(11a)는 고압 터빈(12a)과 고압 압축기(13a)를 포함한다. 저압 배기가스 터보 과급기(11b)는 저압 터빈(12b)과 저압 압축기(13b)를 포함한다.
또한, 2단 배기가스 터보 과급 장치를 포함하는 도 2의 내연기관(10)에 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)과 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)을 가진 다단 SCR 촉매 컨버터(14)가 제공되고, 이 경우, 도 2에 따라 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 저압 배기가스 터보 과급기(11b)의 저압 터빈(12b)의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 저압 배기가스 터보 과급기(11b)의 저압 터빈(12b)의 하류측에 배치된다.
도 2에서는 SCR 촉매 컨버터(14)의 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)이 고압 배기가스 터보 과급기(11a)의 고압 터빈(12a)의 하류측에 배치되고, 즉 2개의 배기가스 터보 과급기(11a, 11b)의 2개의 터빈들(12a, 12b) 사이에 배치된다.
도 2의 실시예에서도 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 위해 공통의 환원제 분사 장치(17)가 제공되고, 이 경우 환원제는 장치(18)에 의해 제공되거나 또는 발생된다.
도 1 및 도 2의 실시예에서 환원제는 공통의 환원제 분사 장치(17)에 의해 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)의 상류측에서 직접 배기가스 내로 분사된다.
배기가스 내로 환원제의 분사는 SCR 촉매 컨버터(14)의 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)에 대해서 과다화학양론적이다.
별도의 도면에 도시되지 않지만, 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 고압 배기가스 터보 과급기(11a)의 고압 터빈(12a)에 대해 상류측에 배치될 수 있다. 이러한 경우에 SCR 촉매 컨버터(14)의 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 도 2에 도시된 바와 같이, 저압 배기가스 터보 과급기(11)의 저압 터빈(12)의 하류측에 배치될 수 있거나, 또는 대안으로서 2개의 배기가스 터보 과급기(11a, 11b)의 2개의 터빈(12a, 12b) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 2의 실시예에서 3개의 SCR 촉매 컨버터 단이 제공되고, 즉 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16) 외에 도시되지 않은 다른 SCR 촉매 컨버터 단이 제공되고, 상기 다른 SCR 촉매 컨버터 단은 고압 터빈(12a)의 상류측에 배치되고, 이 경우 공통의 환원제 분사 장치(17)는 도시되지 않은 상기 추가 SCR 촉매 컨버터 단의 상류측에 제공된다.
본 발명에 따른 내연기관에 의해 모든 실시 변형예에서 다양한 장점들이 달성될 수 있다. 환원제의 공통의 분사 장치에 의해 제 2 촉매 컨버터 단을 위한 별도의 혼합 파이프는 생략될 수 있으므로, 조립 공간이 감소할 수 있다. 배기가스 터보 과급기의 터빈에서 환원제와 배기가스의 혼합에 의해 환원제와 배기가스의 최적의 혼합이 이루어지고, 이로써 환원제의 소모와 슬립이 감소할 수 있다. 특히 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 양호한 응답 특성을 갖는데, 그 이유는 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단은 환원제에 의해 신속하게 작동 온도에 도달할 수 있기 때문이다. SCR 촉매 컨버터의 예열을 위한 별도의 가열 장치는 생략될 수 있다. SCR 촉매 컨버터의 전체 체적이 감소할 수 있다. 제 1 SCR 촉매 컨버터 단 내의 높은 압력 레벨에 의해 SCR 촉매 컨버터의 효율이 높아진다.
2개의 실시 변형예에서 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)의 하우징에 산화 촉매 컨버터 및 입자 필터가 통합될 수 있다.
10 내연기관
11 배기가스 터보 과급기
11a 배기가스 터보 과급기
11b 배기가스 터보 과급기
12 터빈
12a 터빈
12b 터빈
13 압축기
13a 압축기
13b 압축기
14 SCR 촉매 컨버터
15 SCR 촉매 컨버터 단
16 SCR 촉매 컨버터 단
17 환원제 분사 장치
18 장치

Claims (7)

  1. 내연기관, 특히 중유로 작동되는 선박용 디젤 내연기관으로서, 배기가스 터보 과급 장치와 배기가스 정화 장치를 포함하고, 이 경우 상기 배기가스 터보 과급 장치는 하나 이상의 배기가스 터보 과급기(11, 11a, 11b)를 포함하고, 상기 배기가스 정화 장치는 SCR 촉매 컨버터(14)를 포함하는 내연기관에 있어서,
    상기 SCR 촉매 컨버터(14)는 적어도 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 포함하고, 이 경우 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때 배기가스 터보 과급기(11, 11b)의 터빈(12, 12b)의 상류측에 배치되고, 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 배기가스의 유동 방향으로 볼 때, 상기 배기가스 터보 과급기(11, 11b)의 상기 터빈(12, 12b)의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 터보 과급 장치는 1단으로 형성되고, 하나의 배기가스 터보 과급기(11)를 포함하고, 이 경우 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 상기 배기가스 터보 과급기(11)의 터빈(12)의 상류측에 배치되고, 상기 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 상기 배기가스 터보 과급기(11)의 상기 터빈(12)의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 터보 과급 장치는 2단으로 형성되고, 고압 배기가스 터보 과급기(11a)와 저압 배기가스 터보 과급기(11b)를 포함하고, 이 경우 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 상기 저압 배기가스 터보 과급기(11b)의 저압 터빈(12b)의 상류측에 배치되고, 상기 제 2 SCR 촉매 컨버터 단(16)은 상기 저압 배기가스 터보 과급기(11b)의 상기 저압 터빈(12b)의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)은 상기 고압 배기가스 터보 과급기(11a)의 상기 고압 터빈(12a)의 하류측에 배치되는 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 2개의 SCR 촉매 컨버터 단(15, 16)을 위해 공통의 환원제 분사 장치(17)가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 공통의 환원제 분사 장치(17)는 환원제를 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)의 상류측에서 배기가스 내로 분사하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 공통의 환원제 분사 장치(17)는 환원제를 상기 제 1 SCR 촉매 컨버터 단(15)에 대해서 과다화학량론적으로 배기가스 내로 분사하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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