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KR102079789B1 - Internal combustion engine - Google Patents

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KR102079789B1
KR102079789B1 KR1020140020159A KR20140020159A KR102079789B1 KR 102079789 B1 KR102079789 B1 KR 102079789B1 KR 1020140020159 A KR1020140020159 A KR 1020140020159A KR 20140020159 A KR20140020159 A KR 20140020159A KR 102079789 B1 KR102079789 B1 KR 102079789B1
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Inventor
플라멘 토세프
슈테판 쉬뤼터
Original Assignee
만 에너지 솔루션즈 에스이
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Publication date
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Abstract

본 발명은 내연기관(10), 즉 중유로 작동되는 내연기관에 관한 것으로서, 내연기관은 복수의 실린더들(12)을 가지는 엔진(11), 하나 이상의 터보차저(16)를 가지는 과급 장치(15), SCR 촉매(21)를 가지는 배기 가스 정화 장치(20) 및 SCR 촉매(21)에 대하여 환원제로서 이용되는 암모니아를 요소 용액으로부터 생성하기 위한 암모니아 발생기(24)를 포함하며, 과급 공기 라인(23)으로부터 분기되는 바이패스 라인(27)에 의해 과급 공기가 암모니아 발생기(24)에 공급될 수 있으며, 이때 바이패스 라인(27)에 의해 분기된 과급 공기 안에 요소 용액이 암모니아 발생기(24)의 노즐(25)을 통해 제공될 수 있으며, 이 요소 용액은 노즐(25)의 하류에 설치된, 암모니아 발생기(24)의 가수분해 촉매(26)에서 바이패스 라인(27)에 의해 유도된 과급 공기 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해되고, 이때 바이패스 라인(27)은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있으므로, 암모니아 발생기(24)에 의해 유도되는 과급 공기가 유동 방향으로 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스와 혼합될 수 있다. The present invention relates to an internal combustion engine (10), that is, an internal combustion engine operated with heavy oil, wherein the internal combustion engine includes an engine (11) having a plurality of cylinders (12) and a charging device (15) having one or more turbochargers (16). ), An exhaust gas purifying apparatus 20 having an SCR catalyst 21 and an ammonia generator 24 for generating from the urea solution an ammonia used as a reducing agent for the SCR catalyst 21, and a boost air line 23 Charge air may be supplied to the ammonia generator 24 by the bypass line 27 branching from the nozzle, the urea solution in the boost air branched by the bypass line 27. And urea solution, which is provided downstream of the nozzle 25, in the supercharged air induced by the bypass line 27 in the hydrolysis catalyst 26 of the ammonia generator 24. , Carbon dioxide and ammo And the bypass line 27 is connected to the exhaust gas line 22 upstream of the SCR catalyst 21 in the flow direction of the exhaust gas, so that the charge air guided by the ammonia generator 24 Can be mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalyst 21 in the flow direction.

Figure R1020140020159
Figure R1020140020159

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}Internal combustion engine {INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 제1항 또는 제6항의 전제부에 따른 내연기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.

중유로 작동되는 내연기관의 경우에, 사용되는 연료, 즉 중유의 황 함량이 높다는 특수성이 존재한다. 황산화물은 배기 가스의 다른 성분들과 반응할 수 있으며 내연기관의 배기 가스 정화 장치처럼 내연기관의 어셈블리들에 침착을 야기한다.In the case of internal combustion engines operating on heavy oil, there is a particularity that the sulfur content of the fuel used, ie heavy oil, is high. Sulfur oxides can react with other components of the exhaust gas and cause deposition in the assemblies of the internal combustion engine, like the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine.

DE 10 2004 027 593 A1호에는 과급 장치와 배기 가스 정화 장치를 포함하는 내연기관이 공지되어 있다. 이 과급 장치는 1단의 과급 장치로서 또는 2단의 과급 장치로서 실시되어 있다. 상기 배기 가스 정화 장치는 하나 이상의 SCR 촉매를 포함하며, 이 SCR 촉매는 1단의 과급 장치인 경우 배기 가스 터보차저의 터빈의 하류에 위치할 수도 있고 혹은 배기 가스 터보차저의 터빈의 상류에 위치할 수도 있다. 2단의 과급 장치인 경우 SCR 촉매는 종래 기술에 따르면 고압 배기 가스 터보차저의 고압 터빈과 저압 배기 가스 터보차저의 저압 터빈 사이에 위치한다.In DE 10 2004 027 593 A1 an internal combustion engine is known which comprises a supercharging device and an exhaust gas purification device. This supercharger is implemented as a single stage supercharger or as a two stage supercharger. The exhaust gas purification device comprises one or more SCR catalysts, which may be located downstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger or upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger in the case of a single stage supercharger. It may be. In the case of a two-stage supercharger, the SCR catalyst is according to the prior art located between the high pressure turbine of the high pressure exhaust gas turbocharger and the low pressure turbine of the low pressure exhaust gas turbocharger.

SCR 촉매는 환원제로서 암모니아를 사용한다. 종래 기술에 따라 공지된 배기 가스 후처리 시스템의 경우 요소 수용액(aqueous urea solution)이 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스 안에 제공되며, 이때 배기 가스 흐름 속 요소 수용액은 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해 또는 증발된다.SCR catalysts use ammonia as the reducing agent. In the known exhaust gas aftertreatment system according to the prior art, an aqueous urea solution is provided in the exhaust gas upstream of the SCR catalyst, where the aqueous urea solution in the exhaust gas stream is decomposed or evaporated into water vapor, carbon dioxide and ammonia. .

이를 위해, 요소 수용액을 배기 가스 안에 제공하고 내연기관과 SCR 촉매 사이에 연장해 있는 배기 가스 라인 안에 위치하는 노즐과 환원제로서 암모니아를 사용하는 SCR 촉매 사이에 하나 이상의 가수분해 촉매(hydrolysis catalyst)를 포함하는 처리 구간이 필요하다. 노즐과 가수분해 촉매가 함께 암모니아 발생기를 형성한다. 배기 가스 안에 제공되는 요소 수용액으로부터 암모니아를 생성하는 것은 예컨대 DE 10 2009 035 692A1호 및 DE 10 2009 035 692A1호에 공지되어 있다.To this end, one or more hydrolysis catalysts are provided between an SCR catalyst using ammonia as a reducing agent and a nozzle located in an exhaust gas line extending between the internal combustion engine and the SCR catalyst and providing an aqueous urea solution in the exhaust gas. Processing section is required. The nozzle and the hydrolysis catalyst together form an ammonia generator. The production of ammonia from aqueous urea solutions provided in the exhaust gas is known, for example, from DE 10 2009 035 692A1 and DE 10 2009 035 692A1.

이를 전제로, 본 발명의 과제는 중유로 작동되는 새로운 방식의 내연기관을 제공하는 데 있다.On the premise of this, it is an object of the present invention to provide a new type of internal combustion engine operated with heavy oil.

상기 과제는 본 발명의 제1 측면에 따라 제1항의 내연기관을 통해 해결된다. 이에 따르면 과급 공기 라인으로부터 분기되는 바이패스 라인에 의해 과급 공기가 암모니아 발생기에 공급될 수 있으며, 이때 바이패스 라인에 의해 분기된 과급 공기 안에 암모니아 발생기의 노즐을 통해 요소 용액이 제공될 수 있으며, 이 요소 용액은 노즐의 하류에 설치된, 암모니아 발생기의 가수분해 촉매에서, 바이패스 라인에 의해 유도된 과급 공기 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해되고, 이때 바이패스 라인은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스 라인에 연결되어 있으므로, 암모니아 발생기에 의해 유도되는 과급 공기가 유동 방향으로 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스와 혼합될 수 있다.The problem is solved through the internal combustion engine of claim 1 in accordance with the first aspect of the invention. According to this, the boost air can be supplied to the ammonia generator by a bypass line branching from the boost air line, whereby the urea solution can be provided through the nozzle of the ammonia generator in the boost air branched by the bypass line. The urea solution is decomposed into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the supercharged air induced by the bypass line in a hydrolysis catalyst of the ammonia generator, installed downstream of the nozzle, where the bypass line is viewed in the direction of flow of the exhaust gas. Since it is connected to the exhaust gas line upstream of the catalyst, the boost air induced by the ammonia generator can be mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalyst in the flow direction.

본 발명의 제1 측면에서 처음으로 제안하는 것은 암모니아를 생성하기 위해 요소 용액이 배기 가스 안에 제공되는 것이 아니라 오히려 바이패스 라인에 의해 과급 공기 라인으로부터 분기되는 과급 공기 안에 제공된다는 것이다.The first suggestion in the first aspect of the invention is that the urea solution is not provided in the exhaust gas to produce ammonia, but rather in the charge air branching from the charge air line by a bypass line.

과급 공기 안에서 요소 용액의 분해를 통해 생성되는 암모니아가 바이패스 라인에 의해 배기 가스 안으로 제공될 수 있으며, 이때 바이패스 라인은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스 라인에 연결되어 있다. 배기 가스 안에서 요소 용액의 암모니아로의 분해에 비해, 깨끗한 과급 공기 안에서의 요소 용액의 암모니아로의 분해가 가지는 장점은, 비교적 작은 체적을 가지는, 상대적으로 미세 셀(fine cell)인 가수분해 촉매가 가수분해 촉매로서 이용될 수 있다는 것이다. 그 결과, 이 가수분해 촉매의 금속 캐리어가 막히는 위험이 존재하지 않는다.The ammonia produced by decomposition of the urea solution in the charge air can be provided into the exhaust gas by the bypass line, where the bypass line is connected to the exhaust gas line upstream of the SCR catalyst in the flow direction of the exhaust gas. have. The advantage of the decomposition of urea solution to ammonia in clean supercharged air over the decomposition of urea solution to ammonia in the exhaust gas is that a relatively fine cell hydrolysis catalyst having a relatively small volume is hydrolyzed. It can be used as a decomposition catalyst. As a result, there is no danger of clogging the metal carrier of this hydrolysis catalyst.

바람직하게는 과급 공기의 유동 방향으로 볼 때 암모니아 발생기의 상류에서 가열 장치가 바이패스 라인에 할당되므로, 이 바이패스 라인에 의해 유도되는 과급 공기가 요소 용액의 분사 전에 가열될 수 있다. 전기 가열 장치로서 또는 배기 가스 열교환기로서 실시될 수 있는 가열 장치에 의해 과급 공기가 요소 용액의 분사 전에 요소 용액을 위한 최적 분해 온도로 가열될 수 있다.Preferably the heating device is assigned to the bypass line upstream of the ammonia generator in the direction of the flow of the charge air, so that the charge air induced by this bypass line can be heated before the injection of the urea solution. By means of a heating device, which can be implemented as an electric heating device or as an exhaust gas heat exchanger, the charge air can be heated to the optimum decomposition temperature for the urea solution before the injection of the urea solution.

본 발명의 제1 측면의 유리한 일 개선점에 따라 과급 장치는 고압 터빈과 고압 압축기를 포함하는 고압 터보차저 및 저압 터빈과 저압 압축기를 포함하는 저압 터보차저를 가지며, 이때 바이패스 라인은 과급 공기의 유동 방향으로 볼 때 저압 압축기의 하류에서 및/또는 고압 압축기의 하류에서 과급 공기 라인으로부터 분기되고 및/또는 바이패스 라인은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈의 하류에서 및/또는 고압 터빈의 하류에서 그러나 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스 라인에 연결되어 있다. 따라서 깨끗한 과급 공기 안에서의 암모니아 생성 및 SCR 촉매의 상류에서 배기 가스 흐름 안으로의 암모니아의 제공이 최적으로 내연기관의 설계에 맞게 적응할 수 있다.According to one advantageous aspect of the first aspect of the invention, the supercharging device has a high pressure turbocharger comprising a high pressure turbine and a high pressure compressor and a low pressure turbocharger comprising a low pressure turbine and a low pressure compressor, wherein the bypass line is a flow of boost air. In the direction downstream from the low pressure compressor and / or downstream of the high pressure compressor and / or the bypass line is downstream of the low pressure turbine and / or downstream of the high pressure turbine in the flow direction of the exhaust gas. But upstream of the SCR catalyst are connected to the exhaust gas line. Thus, the production of ammonia in clean charge air and the provision of ammonia into the exhaust gas stream upstream of the SCR catalyst can be optimally adapted to the design of the internal combustion engine.

본 발명의 제2 측면에 따라 상기 과제는 제6항에 따른 내연기관을 통해 해결된다. 이에 따르면 요소 용액은 암모니아 발생기의 노즐에 의해 배기 가스 안에 제공될 수 있으며 노즐의 하류에 설치된, 암모니아 발생기의 가수분해 촉매에서, 배기 가스 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해되어, 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매의 상류에서 하나 이상의 터빈을 통해 유도될 수 있다.According to a second aspect of the present invention the problem is solved through the internal combustion engine according to claim 6. According to this, the urea solution can be provided in the exhaust gas by the nozzle of the ammonia generator and in the hydrolysis catalyst of the ammonia generator, installed downstream of the nozzle, it is decomposed into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the exhaust gas so that the exhaust gas is accompanied by ammonia. The upstream of the SCR catalyst can be led through one or more turbines.

본 발명의 제2 측면에 따라 하나 이상의 터보차저의 하나 이상의 터빈이 배기 가스와 암모니아의 혼합에 이용된다. 이로써 배기 가스 안에서의 암모니아의 최적 배분이 달성될 수 있다.According to a second aspect of the present invention one or more turbines of one or more turbochargers are used for mixing exhaust gas and ammonia. This can achieve an optimal distribution of ammonia in the exhaust gas.

본 발명의 제2 측면의 유리한 일 개선점에 따라 과급 장치는 고압 터빈과 고압 압축기를 포함하는 고압 터보차저 및 저압 터빈과 저압 압축기를 포함하는 저압 터보차저를 가지며, 암모니아 발생기는 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 고압 터빈의 상류에서 배기 가스 라인으로부터 분기되는 바이패스 라인에 할당되고, 바이패스 라인은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈의 하류에서 배기 가스 라인에 연결되어 있다. 배기 가스 흐름 속에서 암모니아의 이와 같은 생성이 바람직하다.According to one advantageous refinement of the second aspect of the invention, the supercharging device has a high pressure turbocharger comprising a high pressure turbine and a high pressure compressor and a low pressure turbocharger comprising a low pressure turbine and a low pressure compressor, the ammonia generator being in the flow direction of the exhaust gas. And is assigned to a bypass line branching from the exhaust gas line upstream of the high pressure turbine, which bypass line is connected to the exhaust gas line downstream of the low pressure turbine in the flow direction of the exhaust gas. Such production of ammonia in the exhaust gas stream is preferred.

본 발명의 바람직한 개선점들이 종속항들 및 이하의 상세한 설명으로부터 도출된다. 본 발명의 실시예들은, 이들에 한정됨이 없이, 도면을 참고하여 상술된다.Advantageous improvements of the invention are derived from the dependent claims and the following detailed description. Embodiments of the present invention are described in detail with reference to the drawings, without being limited thereto.

도 1은 본 발명의 제1 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제1 실시예에 관한 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제2 실시예에 관한 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제3 실시예에 관한 개략도.
도 4는 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제1 실시예에 관한 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제2 실시예에 관한 개략도.
도 6은 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제3 실시예에 관한 개략도.
도 7은 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제4 실시예에 관한 개략도.
도 8은 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관의 제5 실시예에 관한 개략도.
1 is a schematic view of a first embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the first aspect of the present invention;
2 is a schematic view of a second embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the first aspect of the present invention;
3 is a schematic view of a third embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the first aspect of the present invention;
4 is a schematic view of a first embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to a second aspect of the present invention;
5 is a schematic view of a second embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the second aspect of the present invention;
6 is a schematic view of a third embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the second aspect of the present invention;
7 is a schematic view of a fourth embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the second aspect of the present invention.
8 is a schematic view of a fifth embodiment of an internal combustion engine of the present invention according to the second aspect of the present invention;

본 발명은 중유로 작동되는 내연기관, 특히 선박 디젤 기관에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine, in particular a marine diesel engine, operated with heavy oil.

도 1에는 본 발명의 제1 측면에 따라 중유로 작동되는 본 발명의 내연기관(10)의 제1 실시예에 관한 개략도가 도시되어 있으며, 이때 내연기관(10)은 복수의 실린더(12)를 가지는 엔진(11)을 포함하고 있다.1 shows a schematic diagram of a first embodiment of an internal combustion engine 10 of the present invention operated with heavy oil in accordance with a first aspect of the present invention, wherein the internal combustion engine 10 comprises a plurality of cylinders 12. The branch includes the engine 11.

내연기관(10)의 실린더들(12)에서는 연료로서 중유가 연소되며, 이를 위해 내연기관(10)의 실린더들(12)에 중유 외에도 추가로 압축된 과급 공기(13)가 제공된다. 중유의 연소 시에 발생하는 배기 가스(14)가 내연기관(10)의 실린더들(12)로부터 배출된다.In the cylinders 12 of the internal combustion engine 10, heavy oil is burned as fuel, and for this, the cylinders 12 of the internal combustion engine 10 are provided with compressed air 13 which is further compressed in addition to the heavy oil. Exhaust gas 14 generated during the combustion of heavy oil is discharged from the cylinders 12 of the internal combustion engine 10.

도 1에 도시된 내연기관(10)에는, 터보차저(16)를 포함하는 과급 장치(15)가 제공되어 있다. 배기 가스 라인(22)을 거쳐 내연기관(10)의 실린더들(12)을 떠나가는 배기 가스(14)가 터보차저(16)의 터빈(17)의 영역에 도달한다. 터보차저(16)의 터빈(17)에서 배기 가스(14)가 팽창하고, 이때 획득되는 에너지가 이용되므로, 터보차저(16)의 압축기(18)에서 과급 공기(13)가 압축될 수 있어, 이 과급 공기가 과급 공기 라인(23)을 거쳐 실린더들(12)에 공급된다. 터보차저(16)의 압축기(18)의 하류에 과급 공기 냉각 장치(19)가 배치되어 있다.The internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is provided with a charging device 15 including a turbocharger 16. The exhaust gas 14 leaving the cylinders 12 of the internal combustion engine 10 via the exhaust gas line 22 reaches the region of the turbine 17 of the turbocharger 16. Since the exhaust gas 14 expands in the turbine 17 of the turbocharger 16 and the energy obtained at this time is used, the boost air 13 can be compressed in the compressor 18 of the turbocharger 16, This boost air is supplied to the cylinders 12 via the boost air line 23. The turbocharger 19 is arranged downstream of the compressor 18 of the turbocharger 16.

또한, 도 1에 도시되어 있는 내연기관은 배기 가스 정화 장치(20)를 포함하며, 이때 배기 가스 정화 장치는 하나 이상의 SCR 촉매(21)를 포함하고 있다. 배기 가스 정화 장치(20)는 다른 어셈블리들, 즉 예컨대 입자 필터를 포함할 수 있다. SCR 촉매(21)는 환원제로서 암모니아를 이용하며, 이때 암모니아는 암모니아 발생기(24)에 의해 제공된다. 암모니아 발생기(24)는 요소 수용액을 분사할 수 있는 노즐(25) 및 가수 분해 촉매(26)를 포함하므로, 이 요소 용액이 암모니아, 수증기 및 이산화탄소로 분해 또는 증발될 수 있다.In addition, the internal combustion engine shown in FIG. 1 includes an exhaust gas purification apparatus 20, wherein the exhaust gas purification apparatus includes one or more SCR catalysts 21. The exhaust gas purification apparatus 20 may comprise other assemblies, for example a particle filter. SCR catalyst 21 uses ammonia as the reducing agent, where ammonia is provided by ammonia generator 24. The ammonia generator 24 includes a nozzle 25 and a hydrolysis catalyst 26 capable of injecting an aqueous urea solution, so that the urea solution can be decomposed or evaporated into ammonia, water vapor and carbon dioxide.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 과급 공기 라인(23)으로부터 분기되는 바이패스 라인(27)에 의해 과급 공기가 암모니아 발생기(24)에 공급될 수 있으며, 이때 바이패스 라인(27)에 의해 분기된 과급 공기 안으로 요소 용액이 암모니아 발생기(24)의 노즐(25)을 거쳐 제공될 수 있다. 요소 용액은 노즐(25)의 하류에 연결된, 암모니아 발생기(24)의 가수분해 촉매(26) 안에서, 바이패스 라인(27)에 의해 유도된 과급 공기 내의 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해될 수 있다.According to the first aspect of the invention, the boost air can be supplied to the ammonia generator 24 by a bypass line 27 branching from the boost air line 23, where it is branched by the bypass line 27. The urea solution may be provided via the nozzle 25 of the ammonia generator 24 into the charged charge air. The urea solution may decompose into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the boost air induced by the bypass line 27, in the hydrolysis catalyst 26 of the ammonia generator 24, connected downstream of the nozzle 25.

바이패스 라인(27)은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있으므로, 암모니아 발생기(24)에 의해 유도된 과급 공기가 암모니아와 함께 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스와 혼합될 수 있다. 이 경우, 도 1의 실시예에서는 바이패스 라인(27)이 터빈(17)과 SCR 촉매(21) 사이에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있다.The bypass line 27 is connected to the exhaust gas line 22 upstream of the SCR catalyst 21 when viewed in the flow direction of the exhaust gas, so that the boost air induced by the ammonia generator 24 is exhausted along with the ammonia. When viewed in the flow direction of the gas, it may be mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalyst 21. In this case, in the embodiment of FIG. 1, the bypass line 27 is connected to the exhaust gas line 22 between the turbine 17 and the SCR catalyst 21.

이와 반대로, 바이패스 라인(21)이 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 터빈(17)의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결될 수도 있다. 그런 경우에 SCR 촉매(21)의 상류에 있는 터빈(17) 안에서 배기 가스와 암모니아가 최적으로 혼합될 것이다.In contrast, the bypass line 21 may be connected to the exhaust gas line 22 upstream of the turbine 17 when viewed in the flow direction of the exhaust gas. In that case the exhaust gas and ammonia will be optimally mixed in the turbine 17 upstream of the SCR catalyst 21.

바람직하게는 가열 장치(28)가 암모니아 발생기(24) 앞에 설치되어 있으며, 바이패스 라인(27)에 의해 유도된 과급 공기가 요소 용액의 분사 전에 가열 장치(28)에 의해 요소 용액을 위한 최적 분해 온도로 가열될 수 있다. 이러한 가열 장치(28)는 전기 가열 장치가 될 수 있고 혹은 배기 가스 열교환기가 될 수도 있다.Preferably, a heating device 28 is installed in front of the ammonia generator 24 and the boost air induced by the bypass line 27 is optimally decomposed for the urea solution by the heating device 28 before the injection of the urea solution. Can be heated to temperature. This heating device 28 may be an electric heating device or an exhaust gas heat exchanger.

바이패스 라인(27)에 의해 유도되는 과급 공기는, 과급 공기 라인(23)에 의해 유도되어 터보차저(15)의 압축기(18)에 의해 압축된 과급 공기의 최대 5%이다. 바이패스 라인은 과급 공기의 유동 방향으로 압축기(18)의 하류와 과급 공기 냉각 장치(19)의 상류 사이에 있는 과급 공기 라인(23)으로부터 분기된다. The boost air guided by the bypass line 27 is up to 5% of the boost air guided by the boost air line 23 and compressed by the compressor 18 of the turbocharger 15. The bypass line branches from the boost air line 23 between the downstream of the compressor 18 and the upstream of the boost air cooling device 19 in the flow direction of the boost air.

본 발명의 제1 측면에 따른 본 발명의 내연기관(10)의 제2 실시예가 도 2에 도시되어 있으며, 도 2의 실시예에 대해 불필요한 반복 설명을 피하기 위해 동일 어셈블리에 대해 동일한 도면 부호가 사용되고 있다. A second embodiment of the internal combustion engine 10 of the present invention according to the first aspect of the invention is shown in FIG. 2, wherein like reference numerals are used for the same assembly to avoid unnecessary repetitive description of the embodiment of FIG. have.

도 2의 실시예에서 과급 장치(15)는 고압 터보차저(16') 및 저압 터보차저(16")를 포함한다. 고압 터보차저(16')는 고압 터빈(17') 및 고압 압축기(18')를 포함하며, 저압 터보차저(16")는 저압 터빈(17") 및 저압 압축기(18")를 포함한다. 엔진(11)의 실린더들(12)을 떠나가는 배기 가스(14)가 먼저 고압 터보차저(16')의 고압 터빈(17')의 영역에 도달하고 그 후 저압 터보차저(16")의 저압 터빈(17")의 영역에 도달한다. 이들 터빈(17' 및 17")에서 획득한 에너지가 대응하는 압축기들(18' 및 18")에서 이용되므로, 과급 공기가 연속적으로 압축될 수 있으며, 저압 압축기(18")의 하류에 있는 과급 공기 냉각 장치(19")와 고압 압축기(18')의 하류에 있는 과급 공기 냉각 장치(19')가 과급 공기 라인(23)에 통합되어 있다. In the embodiment of Figure 2, the charging device 15 comprises a high pressure turbocharger 16 'and a low pressure turbocharger 16 ". The high pressure turbocharger 16' includes a high pressure turbine 17 'and a high pressure compressor 18. Low pressure turbocharger 16 "includes a low pressure turbine 17" and a low pressure compressor 18 ". The exhaust gas 14 leaving the cylinders 12 of the engine 11 first reaches the region of the high pressure turbine 17 'of the high pressure turbocharger 16' and then the low pressure of the low pressure turbocharger 16 ". Reach the area of the turbine 17 ". Since the energy obtained from these turbines 17 'and 17 "is used in the corresponding compressors 18' and 18", the charge air can be continuously compressed and the supercharge downstream of the low pressure compressor 18 ". A charge air cooling device 19 ′ downstream of the air cooling device 19 ″ and the high pressure compressor 18 ′ is integrated into the charge air line 23.

도 2의 실선에 따르면, 암모니아 발생기(24)가 바이패스 라인 안에 통합되어 있으며, 바이패스 라인(27)은 고압 압축기(18')의 하류와 과급 공기 냉각 장치(19')의 상류 사이에 있는 과급 공기 라인(23)으로부터 분기되어 고압 터빈(17')과 저압 터빈(17") 사이에 있는 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있다. SCR 촉매(21)는 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(17")의 하류에 위치하고 있다.According to the solid line in FIG. 2, an ammonia generator 24 is integrated in the bypass line, which bypass line 27 is located downstream of the high pressure compressor 18 ′ and upstream of the boost air cooling device 19 ′. Branched from the charge air line 23, it is connected to the exhaust gas line 22 between the high pressure turbine 17 'and the low pressure turbine 17 ". The SCR catalyst 21 is viewed in the flow direction of the exhaust gas. It is located downstream of the low pressure turbine 17 ".

도 2의 쇄선이 보여주는 것처럼, 대안으로서 또는 추가로 바이패스 라인(27)이 저압 압축기(18")와 고압 압축기(18') 사이에서 과급 공기 라인(23)으로부터 분기되지만, 그러나 과급 공기의 유동 방향으로 볼 때 과급 공기 냉각 장치(19")의 상류에서, 과급 공기 라인(23)으로부터 분기될 수도 있으며, 및/또는 바이패스 라인(27)은 배기 가스(14)의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(17")의 하류에서 배기 가스 라인(22)에 연결될 수도 있다. 바이패스 라인(27)이 저압 터빈(17")의 하류에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있으면, 저압 터빈(17")에서 배기 가스와 암모니아가 혼합되지 않는다.As the dashed line of FIG. 2 shows, alternatively or additionally, the bypass line 27 branches from the charge air line 23 between the low pressure compressor 18 "and the high pressure compressor 18 ', but with the flow of the charge air. Upstream of the boost air cooling device 19 ″ in the direction shown, it may branch off from the boost air line 23, and / or the bypass line 27 is low pressure in the flow direction of the exhaust gas 14. It may be connected to the exhaust gas line 22 downstream of the turbine 17 ". If the bypass line 27 is connected to the exhaust gas line 22 downstream of the low pressure turbine 17", the low pressure turbine 17 In the exhaust gas and ammonia are not mixed.

위에서 설명한 것처럼, 도 2의 쇄선은 실선에 대한 대안으로서 또는 추가로 바이패스 라인(27)을 위해 사용될 수 있다.As described above, the dashed line in FIG. 2 may be used as an alternative to or in addition to the solid line for the bypass line 27.

본 발명의 제1 측면에 따라 본 발명의 내연기관(10)의 제3 실시예가 도 3에 도시되어 있으며, 이때 도 1 및 도 2에서처럼 도 3에 대하여 불필요한 반복적 설명을 피하기 위해 동일한 어셈블리들에 대해 동일한 도면 부호가 사용되고 있다.A third embodiment of the internal combustion engine 10 of the present invention in accordance with the first aspect of the invention is shown in FIG. 3, with respect to the same assemblies in order to avoid unnecessary repetitive description of FIG. 3 as in FIGS. 1 and 2. The same reference numerals are used.

도 3의 내연기관(10)과 도 2의 내연기관(10)의 차이점으로서, SCR 촉매(21)가 고압 터빈(17')과 저압 터빈(17") 사이에 있는 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있으며, 이때 바이패스 라인(27)은 배기 가스(14)의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매(21)의 상류에 고압 터빈(17')과 저압 터빈(17") 사이에 있는 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있다. 그런 경우 저압 터빈(17")에서 암모니아와 배기 가스의 혼합이 이루어지지 않는다. 도시되어 있지 않지만, 도 3에서 바이패스 라인(27)은 배기 가스(14)의 유동 방향으로 볼 때 고압 터빈(17')의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결될 수 있다. 그런 경우, 고압 터빈(17')에서 암모니아와 배기 가스의 혼합이 이루어질 것이다.As a difference between the internal combustion engine 10 of FIG. 3 and the internal combustion engine 10 of FIG. 2, the SCR catalyst 21 is connected to the exhaust gas line 22 between the high pressure turbine 17 ′ and the low pressure turbine 17 ″. The bypass line 27 is an exhaust gas line upstream of the SCR catalyst 21 between the high pressure turbine 17 ′ and the low pressure turbine 17 ″ in the flow direction of the exhaust gas 14. Is connected to (22). In such a case no mixing of ammonia and exhaust gas takes place in the low pressure turbine 17 ". Although not shown, the bypass line 27 in FIG. 3 is the high pressure turbine 17 when viewed in the flow direction of the exhaust gas 14. Upstream of ') may be connected to the exhaust gas line 22. In such a case, mixing of the ammonia and the exhaust gas will take place in the high pressure turbine 17'.

그러므로 본 발명의 제1 측면에 따른 내연기관(10)의 도 1 내지 도 3의 실시예들의 공통점으로서, 암모니아 발생기(24)에 과급 공기가 공급되며, 이 과급 공기는 과급 공기 라인(23)으로부터 바이패스 라인(27)에 의해 분기되어, 배기 가스 안이 아닌 깨끗한 과급 공기 안에서 노즐(24)을 통해 요소 수용액이 과급 공기 안으로 이송되어 가수분해 촉매(26)의 영역에서 요소가 암모니아로 분해될 수 있다. 이때 암모니아 발생기(24) 앞에 바람직하게는 가열 장치(28)가 설치되어 있으므로, 과급 공기가 요소의 분사 전에 요소를 위한 최적 분해 온도로 가열될 수 있다.Therefore, in common with the embodiments of FIGS. 1 to 3 of the internal combustion engine 10 according to the first aspect of the invention, the boost air is supplied to the ammonia generator 24, which is charged from the boost air line 23. Branched by the bypass line 27, the aqueous urea solution can be transferred into the boost air through the nozzle 24 in clean boost air rather than in the exhaust gas so that urea decomposes to ammonia in the region of the hydrolysis catalyst 26. . Since the heating device 28 is preferably installed in front of the ammonia generator 24, the charge air can be heated to the optimum decomposition temperature for the urea before the urea is injected.

암모니아 발생기(24)에서 깨끗한 과급 공기를 사용할 때의 장점은 암모니아 발생기(24)의 가수분해 촉매(26)가 막히는 경향이 없어서, 가수분해 발생기(26)에 대해 금속 캐리어의 상대적으로 미세한 구조체들이 사용될 수 있다는 것이다. 그 결과, 암모니아 발생기(24) 안에서 비교적 작은 체적의 가수 분해 촉매(26)가 이용될 수 있다. The advantage of using clean supercharged air in the ammonia generator 24 is that the hydrolysis catalyst 26 of the ammonia generator 24 does not tend to be clogged so that relatively fine structures of metal carriers to the hydrolysis generator 26 are used. It can be. As a result, a relatively small volume of hydrolysis catalyst 26 can be used in the ammonia generator 24.

도 4에는 본 발명의 제2 측면에 따른 내연기관(30)의 제1 실시예가 도시되어 있다. 내연기관(30)에 복수의 실린더들(32)을 포함하는 엔진(31)이 제공되어 있다. 이 실린더들(32)에서 연료로서 또 중유가 연소되며, 이때 실린더들(32)에 중유 외에도 추가로 압축된 과급 공기(33)가 공급된다. 중유의 연소 시에 배기 가스(34)가 발생하여, 이 배기 가스가 내연기관(30)의 실린더들(32)로부터 배출된다.4 shows a first embodiment of an internal combustion engine 30 according to the second aspect of the invention. The internal combustion engine 30 is provided with an engine 31 comprising a plurality of cylinders 32. In these cylinders 32 heavy fuel oil is burned as fuel, and in addition to the heavy fuel oil, the compressed air 33 is further compressed. Exhaust gas 34 is generated upon combustion of heavy oil, and the exhaust gas is discharged from the cylinders 32 of the internal combustion engine 30.

도 4의 내연기관(30)은 과급 장치(35)를 가지며, 과급 장치는 터보차저(36)를 포함하고 있다. 배기 가스 라인(42)을 거쳐 내연기관(30)의 실린더들(32)을 떠나간 배기 가스(34)가 터보차저(36)의 터빈(37)의 영역에 도달한다. 배기 가스(34)가 터보차저(36)의 터빈(37)에서 팽창하며, 이때 획득한 에너지가 사용되므로, 터보차저(36)의 압축기(38)에서 과급 공기(33)가 압축될 수 있어 과급 공기 라인(43)을 거쳐 실린더들(32)에 공급된다. 터보차저(36)의 압축기(38)의 하류에 과급 공기 라인(43) 안에 과급 공기 냉각 장치(39)가 통합되어 있다. The internal combustion engine 30 of FIG. 4 has a turbocharger 35, which includes a turbocharger 36. The exhaust gas 34 leaving the cylinders 32 of the internal combustion engine 30 via the exhaust gas line 42 reaches the region of the turbine 37 of the turbocharger 36. Since the exhaust gas 34 expands in the turbine 37 of the turbocharger 36 and the energy obtained at this time is used, the boost air 33 can be compressed in the compressor 38 of the turbocharger 36 so that the supercharge It is supplied to the cylinders 32 via an air line 43. Downstream of the compressor 38 of the turbocharger 36, a boost air cooling device 39 is integrated in the boost air line 43.

또한, 도 4의 내연기관(30)은 배기 가스 정화 장치(40)를 가지며, 배기 가스 정화 장치는 하나 이상의 SCR 촉매(41)를 포함하고 있다. 도 4의 실시예에서 SCR 촉매(41)는 배기 가스(34)의 유동 방향으로 볼 때 터보차저(36)의 터빈(37)의 하류에 배치되어 있다. 배기 가스 정화 장치(40)는 SCR 촉매(41) 외에도 다른 어셈블리들, 즉 예컨대 입자 필터를 포함할 수 있다. In addition, the internal combustion engine 30 of FIG. 4 has an exhaust gas purification device 40, which includes one or more SCR catalysts 41. In the embodiment of FIG. 4, the SCR catalyst 41 is disposed downstream of the turbine 37 of the turbocharger 36 when viewed in the flow direction of the exhaust gas 34. Exhaust gas purification apparatus 40 may include other assemblies in addition to SCR catalyst 41, ie, a particle filter.

SCR 촉매(41)는 환원제로서 암모니아를 사용하며, 암모니아는 암모니아 발생기(44)에 의해 공급된다. 암모니아 발생기(44)는 또 노즐(45) 및 가수분해 촉매(46)를 가지며, 노즐(45)에 의해 공급되는 요소 용액이 가수분해 촉매(46) 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해 또는 증발된다.The SCR catalyst 41 uses ammonia as the reducing agent, which is supplied by the ammonia generator 44. The ammonia generator 44 also has a nozzle 45 and a hydrolysis catalyst 46, in which the urea solution supplied by the nozzle 45 is decomposed or evaporated into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the hydrolysis catalyst 46.

본 발명의 제2 측면에 따라 암모니아 발생기(44)가 내연기관(30)에 통합되어 있으므로, 실린더들(32)을 떠나가는 배기 가스(34)가 암모니아 발생기(44)에 공급되며, 이때 암모니아 발생기(44)의 노즐(45)에 의해 요소 수용액이 배기 가스(34) 안에 제공되어 노즐(45)의 하류에 연결된 가수분해 촉매(46)를 통해 배기 가스 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 증발 또는 분해될 수 있으며, 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매(41)의 상류에서 터보차저의 하나 이상의 터빈에 의해 유도될 수 있으며, 도 4에서 배기 가스는 암모니아와 함께 터보차저(36)의 터빈(37)에 의해 유도되고 있다. 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매(41)의 영역에 도달하기 전에, 배기 가스 내 암모니아를 최적으로 분배하기 위해 터빈(37)이 믹서로서 이용된다. 그 결과, 별도의 믹서가 사용될 필요가 없다. 터보차저(36)의 터빈(37)의 상류에서 암모니아로 요소를 분해할 때의 한 가지 다른 장점은 배기 가스 차저(36)의 터빈(37)의 상류에서 엔탈피가 충분히 이용될 수 있어서, 요소 용액이 암모니아, 이산화탄소 및 수증기로 효과적으로 분해될 수 있다는 것이다. 그런 경우 암모니아 방출은 내연기관(30)의 작동점 또는 부하점과 무관하다. 예컨대 TiO2 또는 Al2O3로 가수분해 촉매(46)의 금속 캐리어를 특수하게 코팅하는 것이 배제될 수 있는데, 이미 언급한 것처럼 요소를 암모니아, 이산화탄소 및 수증기로 효과적으로 분해하기 위한 배기 가스의 엔탈피가 터보차저(36)의 터빈(37)의 상류에서 충분히 크거나 높기 때문이다. Since the ammonia generator 44 is integrated in the internal combustion engine 30 according to the second aspect of the invention, the exhaust gas 34 leaving the cylinders 32 is supplied to the ammonia generator 44, where the ammonia generator A nozzle 45 of 44 provides an aqueous urea solution into the exhaust gas 34 to be evaporated or decomposed into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the exhaust gas through a hydrolysis catalyst 46 connected downstream of the nozzle 45. Exhaust gas may be induced by the one or more turbines of the turbocharger upstream of the SCR catalyst 41 with ammonia, and in FIG. It is induced by. Before the exhaust gas reaches the region of the SCR catalyst 41 together with the ammonia, the turbine 37 is used as a mixer to optimally distribute the ammonia in the exhaust gas. As a result, a separate mixer does not need to be used. One other advantage of decomposing urea with ammonia upstream of the turbine 37 of the turbocharger 36 is that enthalpy can be fully utilized upstream of the turbine 37 of the exhaust gas charger 36, so that urea solution It can be effectively decomposed into ammonia, carbon dioxide and water vapor. In such a case the ammonia release is independent of the operating point or load point of the internal combustion engine 30. For example, special coating of the metal carrier of the hydrolysis catalyst 46 with TiO 2 or Al 2 O 3 can be ruled out, as already mentioned. This is because it is sufficiently large or high upstream of the turbine 37 of the turbocharger 36.

도 5에는 본 발명의 제2 측면에 따른 내연기관(30)의 제2 실시예가 도시되어 있으며, 도 5의 실시예에 대해 불필요한 반복 설명을 피하기 위해 동일한 도면 부호가 도 4에서와 같이 사용된다. 이하에서는 도 5의 실시예와 도 4의 실시예의 차이점만을 자세하게 다룬다.FIG. 5 shows a second embodiment of the internal combustion engine 30 according to the second aspect of the invention, in which the same reference numerals are used as in FIG. 4 to avoid unnecessary repetitive description of the embodiment of FIG. 5. Hereinafter, only the differences between the embodiment of FIG. 5 and the embodiment of FIG. 4 will be described in detail.

도 5의 실시예에서 과급 장치(35)는 고압 터빈(37')과 고압 압축기(38')를 포함하는 고압 터보차저(36') 및 저압 터빈(37")과 저압 압축기(38")를 포함하는 저압 터보차저(36")를 포함한다. 과급 공기 라인(43)에 2개의 과급 공기 냉각 장치(39' 및 39")가 통합되어 있으며, 즉 저압 압축기(38")의 하류에 과급 공기 냉각 장치(39")가 통합되어 있고 고압 압축기(38')의 하류에 과급 공기 냉각 장치(39')가 통합되어 있다. In the embodiment of FIG. 5, the supercharging device 35 comprises a high pressure turbocharger 36 ′ comprising a high pressure turbine 37 ′ and a high pressure compressor 38 ′ and a low pressure turbine 37 ″ and a low pressure compressor 38 ″. Including a low pressure turbocharger 36 ". Two charge air cooling devices 39 'and 39" are integrated in the charge air line 43, i.e., the charge air downstream of the low pressure compressor 38 ". The cooling device 39 "is integrated and the boost air cooling device 39 'is integrated downstream of the high pressure compressor 38'.

도 4의 실시예에서처럼, 도 5의 실시예에서도 암모니아 발생기(44)가 내연기관(30)에 통합되어, 엔진(31)의 실린더들(32)을 떠나가는 배기 가스(34)가, 배기 가스가 터빈(37' 또는 37") 중 하나에서 팽창하기 전에, 암모니아 발생기(44)를 지나 유도되고 있다.As in the embodiment of FIG. 4, in the embodiment of FIG. 5, the ammonia generator 44 is integrated into the internal combustion engine 30 so that the exhaust gas 34 leaving the cylinders 32 of the engine 31 is exhaust gas. Is led past the ammonia generator 44 before it expands in either the turbine 37 'or 37 ".

이때, 도 5에 따라, 암모니아 발생기(44)는, 배기 가스(34)의 유동 방향으로 볼 때 고압 터보차저(36')의 고압 터빈(37')의 상류에서 배기 가스 라인(34)에 통합되어 있다. 그러므로 고압 터빈(37')의 상류에서 암모니아가 발생되고, 그 후 암모니아는 배기 가스와 함께 양 터빈(37' 및 37")을 통해 유도된 후, 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매(41)의 영역에 도달하고, 이때 SCR 촉매는 도 5에 따르면 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(37")의 하류에 배치되어 있다.At this time, according to FIG. 5, the ammonia generator 44 is integrated into the exhaust gas line 34 upstream of the high pressure turbine 37 ′ of the high pressure turbocharger 36 ′ when viewed in the flow direction of the exhaust gas 34. It is. Therefore, ammonia is generated upstream of the high pressure turbine 37 ', and then the ammonia is led through both turbines 37' and 37 "with the exhaust gas, and then the exhaust gas together with the ammonia of the SCR catalyst 41 Reaching the zone, the SCR catalyst is arranged downstream of the low pressure turbine 37 ″ in the flow direction of the exhaust gas according to FIG. 5.

본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관(30)의 다른 일 변형예가 도 6에 도시되어 있으며, 도 6과 관련하여 동일한 어셈블리에 대해 도 4 및 도 5의 실시예들에서처럼 역시 동일한 도면 부호가 사용되고 있으며 이하에서는 도 6의 실시예와 도 5의 실시예의 차이점만을 자세히 다룬다.Another variant of the internal combustion engine 30 of the present invention according to the second aspect of the invention is shown in FIG. 6, which is also the same as in the embodiments of FIGS. 4 and 5 for the same assembly in connection with FIG. 6. Reference numerals are used and only the differences between the embodiment of FIG. 6 and the embodiment of FIG. 5 will be described below.

도 6의 실시예에서 실린더들(32)을 떠나가는 배기 가스(34)가 배기 가스 라인(42)으로부터 분기하는 바이패스 라인(47)에 의해 암모니아 발생기(44)에 공급되며, 그런 경우 도 6에 따르면 바이패스 라인(47)에 의해 고압 터빈(37')을 지나가는 배기 가스가 같은 곳에서 발생된 암모니아와 함께 고압 터빈(37')과 저압 터빈(37") 사이에 있는 배기 가스 라인(42) 안으로 복귀되므로, 그런 경우 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(37")의 상류에서 배기 가스와 혼합될 수 있다. 그 후 저압 터빈(37")은 다시 배기 가스와 암모니아를 위한 믹서로서 이용되므로, 도 6에 따라 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(37")의 하류에 위치하는 SCR 촉매(41)에 암모니아와 균일하게 혼합된 배기 가스가 제공될 수 있다.In the embodiment of FIG. 6, the exhaust gas 34 leaving the cylinders 32 is supplied to the ammonia generator 44 by a bypass line 47 branching from the exhaust gas line 42, in which case FIG. 6. According to the exhaust gas line 42 between the high pressure turbine 37 'and the low pressure turbine 37 "with the ammonia generated in the same place by the exhaust line 47, the exhaust gas passing through the high pressure turbine 37'. ), So that it can mix with the exhaust gas upstream of the low pressure turbine 37 "in the flow direction of the exhaust gas. The low pressure turbine 37 " is then again used as a mixer for exhaust gas and ammonia, so that the SCR catalyst 41 located downstream of the low pressure turbine 37 " as seen in the flow direction of the exhaust gas in accordance with FIG. Exhaust gases that are uniformly mixed with ammonia can be provided.

바이패스(47)에 의해 배기 가스 라인(34)으로부터 분기되는 배기 가스는 배기 가스 라인(34)에 의해 실린더(32)를 떠나가는 배기 가스의 최대 5%이다.The exhaust gas branching from the exhaust gas line 34 by the bypass 47 is at most 5% of the exhaust gas leaving the cylinder 32 by the exhaust gas line 34.

본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관(30)의 다른 일 실시예가 도 7에 도시되어 있으며, 도 7에 대해서도 불필요한 반복 설명을 피하기 위해 동일한 어셈블리들에 대하여 동일한 도면 부호들이 사용되고 있으며 이하에서는 도 7의 실시예와 도 5의 실시예의 차이점만을 자세히 다룬다.Another embodiment of the internal combustion engine 30 of the present invention according to the second aspect of the present invention is shown in FIG. 7, in which like reference numerals are used for the same assemblies to avoid unnecessary repetitive descriptions. Only details the differences between the embodiment of FIG. 7 and the embodiment of FIG. 5.

도 7의 실시예에서 노즐(45)과 가수분해 촉매(46)를 포함하는 암모니아 발생기(44)가 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 고압 터빈(37')의 하류와 저압 터빈(37")의 상류 사이에서 배기 가스 라인(42) 안에 통합되어 있다. 그러므로 이 실시예에서도 암모니아 발생기(44)의 노즐(45)에 의해 배기 가스 안에 제공되는 요소 용액이 배기 가스 안에서 암모니아, 수증기 및 이산화탄소로 분해되어, 배기 가스가 암모니아와 함께 하나 이상의 터빈을 통해 유도되므로, 즉 도 7에 따르면 저압 터보차저(36")의 저압 터빈(37")을 통해 유도되므로, 도 7에서도 암모니아와 배기 가스의 우수한 혼합이 저압 터빈(37")의 영역에서 보장된 후, 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매(41)의 영역에 도달한다. In the embodiment of FIG. 7, the ammonia generator 44 comprising the nozzle 45 and the hydrolysis catalyst 46 is shown downstream of the high pressure turbine 37 ′ and of the low pressure turbine 37 ″ when viewed in the flow direction of the exhaust gas. It is integrated upstream into the exhaust gas line 42. Therefore, in this embodiment, the urea solution provided in the exhaust gas by the nozzle 45 of the ammonia generator 44 is decomposed into ammonia, water vapor and carbon dioxide in the exhaust gas. Since the exhaust gas is guided together with ammonia through one or more turbines, ie through the low pressure turbine 37 "of the low pressure turbocharger 36" according to Figure 7, a good mixture of ammonia and exhaust gas After ensuring in the region of the low pressure turbine 37 ", the exhaust gas reaches the region of the SCR catalyst 41 together with ammonia.

도 8에는 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명의 내연기관(30)의 다른 일 실시예가 도시되어 있으며, 이때 도 8의 실시예와 관련하여 불필요한 반복 설명을 피하기 위해 도 4 내지 도 7의 실시예에 대해서처럼 동일한 어셈블리들에 대해 동일한 도면 부호가 이용되고 있다. 도 8의 실시예에서 SCR 촉매(41)는 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 고압 터보차저(36')의 고압 터빈(37')의 하류와 저압 터보차저(36")의 저압 터빈(37")의 상류 사이에서 배기 가스 라인(42)에 통합되어 있으며, 이때 암모니아 발생기(44)가 고압 터빈(37')의 상류에서 배기 가스 라인(42)에 통합되어 있다. 그러므로 도 8의 실시예에서도 터빈의 상류에서, 즉 고압 터빈(37')의 상류에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 요소가 분해되므로, 공급 전에 고압 터빈(37')을 통해 SCR 촉매(41)에 유도될 수 있다. 요소를 암모니아로 분해하는 것은 배기 가스 내 엔탈피가 높은 경우 효과적으로 이루어지며, 그 외에도 SCR 촉매(41)의 상류에서 고압 터빈(37')을 통해 암모니아와 배기 가스의 우수한 혼합이 달성된다. 8 shows another embodiment of the internal combustion engine 30 of the present invention according to the second aspect of the present invention, in which the practice of FIGS. 4 to 7 is avoided in order to avoid unnecessary repetitive descriptions with respect to the embodiment of FIG. 8. The same reference numerals are used for the same assemblies as for the example. In the embodiment of FIG. 8, the SCR catalyst 41 is downstream of the high pressure turbine 37 ′ of the high pressure turbocharger 36 ′ and the low pressure turbine 37 ″ of the low pressure turbocharger 36 ″ in the flow direction of the exhaust gas. Is integrated into the exhaust gas line 42 upstream of the ammonia generator 44, where an ammonia generator 44 is integrated into the exhaust gas line 42 upstream of the high pressure turbine 37 ′. Therefore, even in the embodiment of FIG. 8, urea is decomposed into water vapor, carbon dioxide and ammonia upstream of the turbine, ie upstream of the high pressure turbine 37 ′, thus leading to the SCR catalyst 41 via the high pressure turbine 37 ′ before feeding. Can be. Decomposition of the urea into ammonia is effected effectively when the enthalpy in the exhaust gas is high, in addition, good mixing of the ammonia and the exhaust gas is achieved through the high pressure turbine 37 'upstream of the SCR catalyst 41.

10 내연기관 11 엔진 12 실린더
13 과급 공기 14 배기 가스 15 과급 장치
16 터보차저 16' 고압 터보차저 16" 저압 터보차저
17 터빈 17' 고압 터빈 17" 저압 터빈
18 압축기 18' 고압 압축기 18" 저압 압축기
19, 19', 19" 과급 공기 냉각 장치 20 배기 가스 정화 장치 21 SCR 촉매
22 배기 가스 라인 23 과급 공기 라인 24 암모니아 발생기
25 노즐 26 가수분해 촉매 27 바이패스 라인
28 가열 장치 30 내연기관 31 엔진
32 실린더 33 과급 공기 34 배기 가스
35 과급 장치 36 터보차저 36' 고압 터보차저
36" 저압 터보차저 37 터빈 37' 고압 터빈
37" 저압 터빈 38 압축기 38' 고압 압축기
38" 저압 압축기 39, 39', 39" 과급 공기 냉각 장치
40 배기 가스 정화 장치 41 SCR 촉매 42 배기 가스 라인
43 과급 공기 라인 44 암모니아 발생기 45 노즐
46 가수분해 촉매 47 바이패스 라인
10 Internal combustion engine 11 Engine 12 cylinder
13 Supercharged air 14 Exhaust gas 15 Supercharger
16 turbocharger 16 'high pressure turbocharger 16 "low pressure turbocharger
17 Turbine 17 'High Pressure Turbine 17 "Low Pressure Turbine
18 Compressor 18 'High Pressure Compressor 18 "Low Pressure Compressor
19, 19 ', 19 "Supercharged Air Cooling System 20 Exhaust Fume Filter 21 SCR Catalyst
22 Exhaust gas line 23 Supercharged air line 24 Ammonia generator
25 Nozzle 26 Hydrolysis Catalyst 27 Bypass Line
28 Heating devices 30 Internal combustion engines 31 Engines
32 Cylinder 33 Supercharged Air 34 Exhaust
35 Supercharger 36 Turbocharger 36 'High Pressure Turbocharger
36 "low pressure turbocharger 37 turbine 37 'high pressure turbine
37 "Low Pressure Turbine 38 Compressor 38 'High Pressure Compressor
38 "Low Pressure Compressor 39, 39 ', 39" Supercharged Air Cooling System
40 Exhaust Gas Filter 41 SCR Catalyst 42 Exhaust Gas Line
43 Supercharged air line 44 Ammonia generator 45 Nozzle
46 Hydrolysis Catalyst 47 Bypass Line

Claims (10)

내연기관, 즉 중유로 작동되는 내연기관으로서, 복수의 실린더들(12)을 가지는 엔진(11), 적어도 하나의 터보차저(16, 16' 16")를 가지는 과급 장치(15), SCR 촉매(21)를 가지는 배기 가스 정화 장치(20), 및 SCR 촉매(21)에 대하여 환원제로서 이용되는 암모니아를 요소 용액으로부터 생성하기 위한 암모니아 발생기(24)를 포함하는 내연기관에 있어서,
과급 공기 라인(23)으로부터 분기되는 바이패스 라인(27)에 의해 과급 공기가 암모니아 발생기(24)에 공급될 수 있으며, 바이패스 라인(27)에 의해 분기된 과급 공기 안에 요소 용액이 암모니아 발생기의 노즐(25)을 통해 제공될 수 있으며, 이 요소 용액은 노즐(25)의 하류에 설치된, 암모니아 발생기의 가수분해 촉매(26)에서, 바이패스 라인(27)에 의해 유도된 과급 공기 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해되고, 바이패스 라인(27)은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있으므로, 암모니아 발생기(24)에 의해 유도되는 과급 공기가 유동 방향으로 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스와 혼합될 수 있고,
바이패스 라인(27)에 의해 유도되는 과급 공기를 요소 용액의 분사 전에 가열하기 위해, 가열 장치(28)가 바이패스 라인(27)에 할당되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
An internal combustion engine, ie an internal combustion engine operated with heavy oil, comprising: an engine (11) having a plurality of cylinders (12), a charging device (15) having at least one turbocharger (16, 16'16 "), an SCR catalyst ( An internal combustion engine comprising an exhaust gas purification apparatus 20 having a 21 and an ammonia generator 24 for generating from a urea solution ammonia used as a reducing agent for the SCR catalyst 21,
By-pass line 27 branching from the charge air line 23 allows the boost air to be supplied to the ammonia generator 24 and the urea solution in the boost air branched by the bypass line 27 to the ammonia generator. It can be provided through the nozzle 25, this urea solution in the hydrolysis catalyst 26 of the ammonia generator, installed downstream of the nozzle 25, steam in the charge air induced by the bypass line 27, It is decomposed into carbon dioxide and ammonia, and the bypass line 27 is connected to the exhaust gas line 22 upstream of the SCR catalyst 21 in the flow direction of the exhaust gas, so that it is induced by the ammonia generator 24. The boost air can be mixed with the exhaust gas upstream of the SCR catalyst 21 in the flow direction,
An internal combustion engine, characterized in that a heating device (28) is assigned to the bypass line (27) for heating the charge air induced by the bypass line (27) before the injection of the urea solution.
삭제delete 제1항에 있어서, 바이패스 라인(27)에 의해 유도되는 과급 공기는 과급 공기 라인(23)에 의해 유도되는 과급 공기의 최대 5%인 것을 특징으로 하는 내연기관.The internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the boost air induced by the bypass line (27) is at most 5% of the boost air induced by the boost air line (23). 제1항에 있어서, 과급 장치(15)는 고압 터빈(17')과 고압 압축기(18')를 포함하는 고압 터보차저(16') 및 저압 터빈(17")과 저압 압축기(18")를 포함하는 저압 터보차저(16")를 가지며, 바이패스 라인(27)은 과급 공기의 유동 방향으로 볼 때 저압 압축기(18")의 하류에서 또는 고압 압축기(18')의 하류에서 과급 공기 라인(23)으로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The charging device (15) according to claim 1, wherein the charging device (15) comprises a high pressure turbocharger (16 ') including a high pressure turbine (17') and a high pressure compressor (18 ') and a low pressure turbine (17 ") and a low pressure compressor (18"). A low pressure turbocharger 16 " comprising a bypass line 27 downstream of the low pressure compressor 18 " or downstream of the high pressure compressor 18 'in the flow direction of the charge air. 23) an internal combustion engine characterized in that it branches off. 제1항에 있어서, 과급 장치(15)는 고압 터빈(17')과 고압 압축기(18')를 포함하는 고압 터보차저(16') 및 저압 터빈(17")과 저압 압축기(18")를 포함하는 저압 터보차저(16")를 가지며, 바이패스 라인(27)은 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 저압 터빈(17")의 하류에서 또는 고압 터빈(17')의 하류에서 그러나 SCR 촉매(21)의 상류에서 배기 가스 라인(22)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.The charging device (15) according to claim 1, wherein the charging device (15) comprises a high pressure turbocharger (16 ') including a high pressure turbine (17') and a high pressure compressor (18 ') and a low pressure turbine (17 ") and a low pressure compressor (18"). Having a low pressure turbocharger 16 ", and the bypass line 27 is downstream of the low pressure turbine 17 " or downstream of the high pressure turbine 17 " And an exhaust gas line (22) upstream of (21). 내연기관, 즉 중유로 작동되는 내연기관으로서, 복수의 실린더들(32)을 가지는 엔진(31), 적어도 하나의 터보차저(36, 36', 36")를 가지는 과급 장치(35), SCR 촉매(41)를 가지는 배기 가스 정화 장치(40), 및 SCR 촉매(41)에 대하여 환원제로서 이용되는 암모니아를 요소 용액으로부터 생성하기 위한 암모니아 발생기(44)를 포함하는 내연기관에 있어서,
요소 용액은 암모니아 발생기의 노즐(45)에 의해 배기 가스 안에 제공될 수 있으며, 노즐의 하류에 설치된, 암모니아 발생기의 가수분해 촉매(46)에서, 배기 가스 안에서 수증기, 이산화탄소 및 암모니아로 분해되어, 배기 가스가 암모니아와 함께 SCR 촉매(41)의 상류에서 상기 실린더들(32)에 공급되는 과급 공기(33)를 압축하기 위한 압축기(38, 38', 38")를 작동시키기 위해 이용되는 적어도 하나의 터빈(37, 37', 37")을 통해 유도될 수 있고,
암모니아 발생기(44)가 실린더들(32)로부터 나오는 배기 가스 라인(42)에 할당되어 있어서, 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 요소 용액이 실린더(32)의 하류에서 배기 안에 직접 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
An internal combustion engine, ie an internal combustion engine operated with heavy oil, comprising: an engine (31) having a plurality of cylinders (32), a charging device (35) having at least one turbocharger (36, 36 ', 36 "), an SCR catalyst An internal combustion engine comprising an exhaust gas purification device 40 having a 41 and an ammonia generator 44 for generating from a urea solution ammonia used as a reducing agent for the SCR catalyst 41,
The urea solution can be provided in the exhaust gas by the nozzle 45 of the ammonia generator, and in the hydrolysis catalyst 46 of the ammonia generator, installed downstream of the nozzle, it is decomposed into water vapor, carbon dioxide and ammonia in the exhaust gas and exhausted. At least one gas used with the ammonia to operate the compressors 38, 38 ′, 38 ″ for compressing the charge air 33 supplied to the cylinders 32 upstream of the SCR catalyst 41. Can be guided through turbines 37, 37 ', 37 ",
An ammonia generator 44 is assigned to the exhaust gas line 42 coming out of the cylinders 32 so that urea solution can be provided directly into the exhaust downstream of the cylinder 32 when viewed in the flow direction of the exhaust gas. Internal combustion engine.
삭제delete 제6항에 있어서, 과급 장치(35)는 고압 터빈(37')과 고압 압축기(38')를 포함하는 고압 터보차저(36') 및 저압 터빈(37")과 저압 압축기(38")를 포함하는 저압 터보차저(36")를 가지며, 암모니아 발생기(44)가 배기 가스 라인(42)의 일 영역에 할당되어 있으며, 상기 영역은 고압 터빈(37')과 저압 터빈(37") 사이에 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.7. The supercharger (35) according to claim 6 further comprises a high pressure turbocharger (36 ') comprising a high pressure turbine (37') and a high pressure compressor (38 ') and a low pressure turbine (37 ") and a low pressure compressor (38"). A low pressure turbocharger 36 " including an ammonia generator 44 assigned to a region of the exhaust gas line 42, between the high pressure turbine 37 'and the low pressure turbine 37 ". An internal combustion engine, characterized by an extension. 제6항에 있어서, 과급 장치(35)는 고압 터빈(37')과 고압 압축기(38')를 포함하는 고압 터보차저(36') 및 저압 터빈(37")과 저압 압축기(38")를 포함하는 저압 터보차저(36")를 가지며, 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 암모니아 발생기(44)가 고압 터빈(37')의 상류에서 배기 가스 라인(42)으로부터 분기하는 바이패스 라인(47)에 할당되어 있으며, 배기 가스의 유동 방향으로 볼 때 바이패스 라인(47)이 저압 터빈(37")의 상류에서 배기 가스 라인(42)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.7. The supercharger (35) according to claim 6 further comprises a high pressure turbocharger (36 ') comprising a high pressure turbine (37') and a high pressure compressor (38 ') and a low pressure turbine (37 ") and a low pressure compressor (38"). Bypass line 47 having a low pressure turbocharger 36 ", wherein the ammonia generator 44 branches from the exhaust gas line 42 upstream of the high pressure turbine 37 'in the flow direction of the exhaust gas. And a bypass line (47) connected to the exhaust gas line (42) upstream of the low pressure turbine (37 ") in the flow direction of the exhaust gas. 제9항에 있어서, 바이패스 라인(47)에 의해 유도되는 배기 가스가 배기 가스 라인(42)에 의해 유도되는 배기 가스의 최대 5%인 것을 특징으로 하는 내연기관.10. An internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the exhaust gas induced by the bypass line (47) is at most 5% of the exhaust gas induced by the exhaust gas line (42).
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