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KR20180066854A - 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관 - Google Patents

배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관 Download PDF

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KR20180066854A
KR20180066854A KR1020170165278A KR20170165278A KR20180066854A KR 20180066854 A KR20180066854 A KR 20180066854A KR 1020170165278 A KR1020170165278 A KR 1020170165278A KR 20170165278 A KR20170165278 A KR 20170165278A KR 20180066854 A KR20180066854 A KR 20180066854A
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KR
South Korea
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housing
exhaust gas
inlet side
exhaust
inlet
Prior art date
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KR1020170165278A
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English (en)
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KR102326459B1 (ko
Inventor
안드레아스 도에링
바데르 잉고
Original Assignee
만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of KR20180066854A publication Critical patent/KR20180066854A/ko
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Publication of KR102326459B1 publication Critical patent/KR102326459B1/ko

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Abstract

하우징(27)을 구비하는, 내연 기관의 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 즉 환원제의 전구체 물질을 배기 가스와 혼합하기 위한, 혼합 장치(18, 19)로서, 하우징(27)은, 혼합 챔버 및 소음기를 제공하고, 하우징(27)은, 유입 측부(28)에, 배기 가스가 그를 통해 하우징(27) 내로 도입될 수 있는, 공급 라인을 위한 유입측 연결부(29)를 포함하며, 하우징(27)은, 유입 측부(28) 반대편에 위치하게 되는 배출 측부(30)에, 배기 가스 및 배기 가스와 상호 혼합된 환원제가 그를 통해 하우징(27)으로부터 방출될 수 있는, 방출 라인을 위한 배출측 연결부(31)를 포함하고, 유입측 연결부(29) 및 배출측 연결부(31)의 종방향 축들(32, 33)이, 서로에 대해 치우치며 그리고 서로 평행하게 연장되고, 하우징(27)은, 유입 측부(28)에서 배출측 연결부(31)의 종방향 축(33)의 구역 내에 위치하게 되는, 배기 가스 내에 환원제의 전구체 물질을 도입하기 위한 도입 장치(34)를 수용하며, 하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 측부(30) 사이의 하우징(27)의 길이 및 그에 따른 혼합 챔버의 길이가, 유입측 연결부의 직경의 적어도 1.9배 내지 최대 7배에 달하고, 하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 측부(30) 사이에서 연장되는 하우징(27)의 측벽들(35, 36) 사이의 하우징(27)의 폭이, 유입측 연결부(29)의 직경의 최대 3배에 달하는 것인, 혼합 장치가 제공된다.

Description

배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템 및 내연 기관{MIXING APPARATUS FOR AN EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM, EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템, 및 배기 가스 후처리 시스템을 구비하는 내연 기관에 관한 것이다.
예를 들어 발전소들에서 채택되는 고정형 연소 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 그리고 예를 들어 선박들 상에 채택되는 비고정형 내연 기관들 내에서의 연소 프로세스들에서, 질소 산화물들이 생성되며, 이러한 질소 산화물들은 전형적으로, 숯, 석탄, 갈탄, 원유, 중유, 디젤 연료와 같은, 황-함유의, 화석 연료들의 연소 도중에 생성된다. 이러한 이유로, 내연 기관의 배기 가스를 청소하는, 특히 탈질화하는 역할을 하는, 배기 가스 후처리 시스템들이, 그러한 내연 기관들에 할당된다.
배기 가스 내의 질소 산화물들을 감소시키기 위해, 소위 촉매 컨버터들이, 실무로부터 공지되는, 배기 가스 후처리 시스템들 내에 주로 채택된다. SCR 촉매 컨버터 내에서, 질소 산화물들의 선택적 촉매 환원이 일어나며, 질소 산화물들의 환원을 위해, 환원제로서 암모니아(NH3)가 요구된다. 예를 들어 요소와 같은, 암모니아 전구체 물질이, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 액체 형태로 배기 가스 내로 도입되며, 암모니아 전구체 물질은, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스와 혼합되며 그리고 환원제를 형성하기 위해 혼합된다. 이러한 목적으로, 암모니아 전구체 물질의 도입 장치와 SCR 촉매 컨버터 사이에, 혼합 및 분해 섹션이, 실무에 따라 제공된다.
DE 10 2015 103 303 B3으로부터, 첨가물들을 배기 가스 유동 내로 혼합하는 역할을 하는, 혼합 상자로 지칭되는 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치가, 공지된다. 이러한 혼합 장치는, 배기 가스 및 첨가제를 위한 혼합 챔버를 제공하는, 하우징을 포함하고, 하우징은, 유입 측부에, 배기 가스가 그를 통해 하우징 내로 도입될 수 있는, 공급 라인을 위한 유입측 연결부를 포함하며, 그리고 하우징은, 유입 측부 반대편에 위치하게 되는 배출 측부에, 배기 가스 및 배기 가스와 혼합되는 첨가제가 그를 통해 하우징으로부터 방출될 수 있는, 방출 라인을 위한 배출측 연결부를 포함한다. 유입측 연결부 또는 공급 라인 및 배출측 연결부 또는 방출 라인의 종방향 축들은, 서로에 대해 치우치며 그리고 서로 평행하게 연장된다. 하우징은, 하우징의 유입 측부에서 배출측 연결부의 종방향 축의 구역에 위치하게 되는, 배기 가스 내로 첨가제를 도입하기 위한 분사 노즐로서 형성되는 도입 장치를 수용한다.
비록 배기 가스 후처리, 특히 질소 산화물 환원이 이미, SCR 촉매 컨버터를 포함하는, 실무로부터 공지된 배기 가스 후처리 시스템들에 의해, 성공적으로 수행될 수 있지만, 배기 가스 후처리 시스템을 더 개선할 필요가 있다. 특히, 콤팩트한 설계와 함께, 저-소음의 그리고 효과적인 배기 가스 후처리를 가능하게 할 필요가 있다.
이로부터 출발하여, 본 발명의 목적은, 콤팩트한 설계와 함께 저-소음의 효과적인 배기 가스 후처리를 가능하도록 하는, 새로운 유형의 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치, 배기 가스 후처리 시스템, 및 배기 가스 후처리 시스템을 구비하는 내연 기관을 창출하는 것에 기초하게 된다.
이러한 목적은, 청구항 1에 따른 혼합 장치를 통해 해소된다.
본 발명에 따르면, 혼합 장치의 하우징이, 혼합 챔버 및 소음기를 제공하고, 하우징은, 유입 측부에, 배기 가스가 그를 통해 하우징 내로 도입될 수 있는, 공급 라인을 위한 유입측 연결부를 포함하며, 하우징은, 유입 측부 반대편에 위치하게 되는 배출 측부에, 배기 가스 및 배기 가스와 혼합된 환원제가 그를 통해 하우징으로부터 방출될 수 있는, 방출 라인을 위한 배출측 연결부를 포함하고, 유입측 연결부 및 배출측 연결부의 종방향 축들이, 서로에 대해 치우치며 그리고 서로 평행하게 또는 직각으로 연장되고, 하우징은, 유입 측부에서 배출측 연결부의 종방향 축의 구역 내에 위치하게 되는, 배기 가스 내로 환원제의 전구체 물질을 도입하기 위한 도입 장치를 수용하며, 하우징의 유입 측부와 배출 측부 사이의 하우징의 길이 및 그에 따른 혼합 챔버의 길이가, 유입측 연결부 또는 공급 라인의 직경의 적어도 1.9배 내지 최대 7배에 달하며, 그리고, 하우징의 유입 측부와 배출 측부 사이에서 연장되는 하우징의 벽들 사이의 하우징의 폭이, 유입측 연결부 또는 공급 라인의 직경의 최대 3배에 달한다. 본 발명에 따른 혼합 장치는, 콤팩트한 치수들을 갖는 가운데, 암모니아 전구체 물질의 배기 가스와의 효과적인 상호 혼합 및 그에 따른 효과적인 배기 가스 후처리를 허용한다. 혼합 챔버를 제공하는 혼합 장치의 하우징은 더불어, 배기 가스 후처리를 저-소음화하기 위한 소음기를 제공한다. 콤팩트한 설계와 더불어, 저-소음의 그리고 효과적인 배기 가스 후처리가 이루어질 수 있다.
우선적으로, 하우징의 길이는, 유입측 연결부의 또는 공급 라인의 직경의, 적어도 2.2배, 바람직하게 적어도 3.3배에 달한다. 하우징의 폭은, 유입측 연결부의 또는 공급 라인의 직경의, 최대 2.5배, 바람직하게 최대 1.8배에 달한다. 특성들은, 콤팩트한 치수와 함께, 효과적인 그리고 저-소음의 배기 가스 후처리를 허용한다.
유리한 다른 개선예에 따르면, 배출측 연결부의 또는 방출 라인의 직경은, 배출측 연결부의 구역에서의 유동 속도가, 최대 70 m/s, 바람직하게 최대 60 m/s, 특히 바람직하게 최대 50 m/s에 달하도록 치수 결정된다. 이러한 특징들은, 특히 추가적인 소음 감소를 위해 역할을 한다.
추가의 유리한 다른 개선예에 따르면, 유입측 연결부 및 배출측 연결부의 종방향 축들의 치우침이, 유입측 연결부의 또는 공급 라인의 직경의, 적어도 1배, 바람직하게 적어도 1.5배, 특히 바람직하게 적어도 2배에 달하도록, 하우징의 높이가, 치수 결정된다. 이러한 특징들은 또한, 효과적인 그리고 저-소음의 배기 가스 후처리와 함께, 동시에 콤팩트한 설계를 제공하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템이, 청구항 9에 한정된다. 본 발명에 따른 내연 기관이, 청구항 16에서 한정된다.
본 발명의 바람직한 다른 개선예들이, 종속 청구항들 및 뒤따르는 설명으로부터 달성된다.
본 발명의 예시적인 실시예들이, 이에 제한되지 않는, 도면을 통해, 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은, 본 발명에 따른 배기 가스 후처리 시스템 및 본 발명에 따른 혼합 장치를 갖는, 본 발명에 따른 내연 기관의 사시도이고;
도 2는 도 1의 내연 기관의 측면도이며;
도 3은, 본 발명에 따른 혼합 장치의 구역에서의 도 1의 상세부에 대한 측면도이고;
도 4는 도 3의 상세부에 대한 평면도이며; 그리고
도 5는, 배출 제어 장치의 구역에서의 도 1의 상세부에 대한 사시도이다.
본 발명은, 내연 기관의 배기 가스 후처리 시스템을 위한 혼합 장치에, 그러한 혼합 장치를 구비하는 배기 가스 후처리 시스템에, 그리고 그러한 배기 가스 후처리 시스템을 구비하는 내연 기관에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는, 내연 기관(10)이, 도시된 예시적인 실시예에서 2개의 실린더 뱅크(13, 14)를 형성하는, 복수의 실린더(12)를 갖는 엔진 블록(11)을 포함하는, 내연 기관(10)의 바람직한 실시예의 상이한 도면들을 도시한다. 더불어, 내연 기관(10)은, 실린더들(12)을 떠나는 배기 가스의 배기 가스 후처리를 위해 역할을 하는, 배기 가스 후처리 시스템(15)을 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 내연 기관에서, 각 실린더 뱅크(13, 14)에는, 개별적으로 각각에 적어도 하나의 배기 가스 터보 차저(16, 17)가 할당되고, 개별적인 실린더 뱅크(13, 14)의 실린더들(12)들을 떠나는 배기 가스는, 개별적인 배기 가스 터보 차저(16, 17)의 터빈 내에서 배기 가스를 팽창시키기 위해 그리고 프로세스에서 에너지를 추출하기 위해, 초기에 개별적인 배기 가스 터보 차저(16, 17)의 터빈을 통해 안내된다. 개별적인 배기 가스 터보 차저(16, 17)의 터빈 내에서 추출되는 이러한 에너지는, 내연 기관에 공급될 충전 공기를 압축하기 위해 개별적인 배기 가스 터보 차저(16, 17)의 압축기에서 활용된다.
개별적인 배기 가스 터보 차저(16, 17)를, 말하자면 개별적인 배기 가스 터보 차저의 터빈을, 떠나는 배기 가스는, 후속적으로, 배기 가스 후처리 시스템(15)의 다른 조립체들을 통해, 말하자면 혼합 장치들(18, 19) 및 배출 제어 장치들(20, 21)을 통해, 안내된다.
도 1 및 도 2의 내연 기관(10)의 도시된 바람직한 예시적 실시예에서, 각 실린더 뱅크(13, 14)에는, 개별적으로 별개의 혼합 장치(18,19) 그리고 각각의 경우에 별개의 배출 제어 장치(20, 21)가 할당되며, 별개의 혼합 장치들(18, 19) 및 별개의 배출 제어 장치들(20, 21)을 통해 안내되는, 2개의 실린더 뱅크(13, 14)의 배기 가스는, 배출 제어 장치들(20, 21)의 하류에서 합류되며, 그리고 공통의 연도 또는 굴뚝(22)을 통해 외부 환경으로 방출된다.
도 1 및 도 2는, 개별적인 터보 차저(16, 17)와 개별적인 혼합 장치(18, 19) 사이에서 개별적으로 연장되는 배기 라인(23, 24)이, 최대 180°의, 바람직하게 최대 150°의, 특히 바람직하게 최대 120°의 방향 전환(diversion)을 구비하는 것을 도시한다.
따라서, 실린더 뱅크들(13, 14)의 터보 차저들(16, 17)을 떠나는 배기 가스는, 각각의 경우에 실린더들(12)과 혼합 장치들(18, 19) 사이에서 연장되는 배기 라인(23, 24)을 통해, 배기 가스 터보 차저들(16, 17)로부터 나오는 배기 가스를 혼합 장치들(18, 19)로 공급하기 위해, 수직 유동 방향으로부터 수평 유동 방향으로 대략 90° 만큼 한 번, 요구되는 경우, 각각의 경우에 수평 유동 방향에서, 최대 60°만큼, 바람직하게 최대 30°만큼 뒤따르는 적어도 한 번, 방향 전환된다.
도 1 및 도 2에서, 추가적인 배기 라인들(25, 26)이, 개별적인 혼합 장치들(18, 19)과 개별적인 배출 제어 장치들(20, 21) 사이에서, 말하자면 도 1 및 도 2의 바람직한 예시적 실시예에서, 개별적인 혼합 장치(18, 19)와 개별적인 배출 제어 장치(20, 21) 사이에서 연장되는 이러한 배기 라인(25, 26)이, 방향 전환 없는 방식으로, 대안적으로 최대 100°의, 바람직하게 최대 60°의, 특히 바람직하게 최대 30°의 방향 전환을 구비하는 방식으로, 연장된다.
배기 라인들(25, 26)의 길이는 유리하게, 혼합 장치들(18, 19)과 배출 제어 장치들(20, 21) 사이에서, 점화 주파수 또는 그들의 모드들에 관해 λ/4의 연장 길이가 실현되도록, 설계된다. 이러한 실시예에 의해, 이러한 주파수들은, 특히 감쇠될 수 있다.
도 3 및 도 4는, 배기 가스 후처리 시스템(15)의 혼합 장치(18, 19)의 상세부들을 도시하며, 여기서, 혼합 장치는, SCR 배기 가스 후처리를 위한 환원제의 전구체 물질의 혼합을 위해, 말하자면 요소와 같은 암모니아 전구체 물질을 배기 가스와 혼합하기 위해, 역할을 하는 장치이다.
혼합 장치(18,19)는 개별적으로, 한편으로 혼합 챔버를 그리고 다른 한편으로 소음기를, 말하자면 도 1 및 도 2의 내연 기관 내에, 한계 값보다 더 높은 주파수의 음향 감쇠를 위해 설계되는, 전방 소음기를 제공하는, 하우징(27)을 포함한다.
하우징(27)은, 유입 측부(28)에, 공급 라인을 위한, 말하자면 개별적으로 배기 라인들(23, 24) 중의 하나를 위한, 유입측 연결부(29)를 포함한다. 유입 측부(28)의 유입측 연결부(29)에 의해, 배기 가스는, 혼합 장치(18, 19)의 하우징 내로 도입될 수 있다. 더불어, 하우징(27)은, 유입 측부(28) 반대편에 위치하게 되는 배출 측부(30)에, 방출 라인을 위한, 말하자면 배기 라인들(25, 26) 중의 하나를 위한, 배출측 연결부(31)를 포함하며, 배기 가스 및 배기 가스와 상호 혼합된 환원제는, 배출측 연결부(31)를 통해 하우징(27) 밖으로 안내될 수 있다. 유입측 연결부(29)의 또는 개별적인 공급 라인의 종방향 중심축(32) 및 개별적인 배출측 연결부(31) 또는 개별적인 방출 라인(25,26)의 종방향 중심축(33)이, 서로에 대해 양(ΔX)만큼 치우치게 되며 그리고 서로 평행하게 연장된다.
하우징(27)은, 유입 측부(28)에, SCR 환원제의 전구체 물질을 배기 가스 내로 도입하는 역할을 하는, 도입 장치(34)를 수용하고, 이러한 도입 장치(34)는 바람직하게, 유입 측부(28)에서 배출측 연결부(31)의 종방향 축(33)의 구역 내에 배치되는 또는 그러한 종방향 축(33) 상에 놓이는, 분사 노즐로서 설계된다.
혼합 장치(18,19)의 하우징(27)은 개별적으로, 유입측 연결부(29)의 또는 유입측 연결부(29)에 연결되는 공급 라인의 직경의, 말하자면 개별적으로 유입측 연결부(29)의 구역에서의 배기 라인(23, 24)의 직경의, 적어도 1.9배 내지 최대 7배에 달하는, 하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 측부(30)사이의 길이(l)를 구비한다. 유입 측부(28)와 배출 측부(30) 사이에서 연장되는 벽들, 말하자면 하우징(27)의 측벽들(35, 36), 사이의 하우징(27)의 폭(b)이, 유입측 연결부(29)의 직경의 최대 3배, 바람직하게 최대 2.5배, 특히 바람직하게 최대 1.8배에 달한다. 우선적으로, 하우징의 길이(l)는, 유입측 연결부(29)의 직경의, 적어도 2.2배, 특히 바람직하게 적어도 3.3배 내지 최대 7배에 달한다. 이러한 파라미터들을 사용하여, SCR 환원제의 전구체 물질의 배기 가스와의 효과적인 상호 혼합 및 분해가, 그리고 그에 따라 궁극적으로 효과적인 배기 가스 후처리가, 콤팩트한 설계와 함께, 보장될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 하우징(27)은, 혼합 챔버로서 기능할 뿐만 아니라 규정된 한계 값보다 더 높은 감쇠 주파수들에 대한 전방 소음기로도 또한 기능한다. 음향 감쇠는, 하우징(27) 내에 적어도 하나의 음향 감쇠 챔버가 형성됨에 따라, 말하자면 음향 감쇠 챔버가 헬름홀츠 공진기 또는 λ/4-공진기 또는 흡수 공진기 또는 반사 소음기를 형성하는 방식으로, 제공될 수 있다.
하우징(27)의 바닥면(37)과 상면(38) 사이의 하우징(27)의 높이(h)가, 유입측 연결부(29) 및 배출측 연결부(31)의 종방향 축들(32, 33) 사이의 치우침(Δx)이, 유입측 연결부(29)의 직경의 적어도 1배, 바람직하게 적어도 1.5배, 특히 바람직하게 적어도 2배에 달하는 방식으로, 치수 결정된다. 이러한 특징들은 또한, 콤팩트한 설계 및 저소음 개선과 함께, 효과적인 배기 가스 후처리를 제공하는 역할을 한다.
특히, 유입측 연결부(29)의 직경은, 그리고 적절한 경우, 배출측 연결부(31)의 직경 또한, 적어도 160 mm, 바람직하게 적어도 190 mm, 특히 바람직하게 적어도 200 mm에 달하도록 제공된다. 특히 유리한 다른 개선예에 따르면, 배출측 연결부의 직경은, 배출측 연결부(31)의 구역에서의 배기 가스의 유동 속도가, 최대 70 m/s, 바람직하게 최대 60 m/s, 특히 바람직하게 최대 50 m/s에 달하는 방식으로 치수 결정되도록 제공된다. 이에 따라, 유동 소음이 회피될 수 있으며 그리고 저-소음 배기 가스 후처리가 그로 인해 보장된다.
천공된 또는 슬롯 형성된 파이프가, 배기 가스가 유입측 연결부(29)의 구역에서 이러한 천공된 또는 슬롯 형성된 파이프를 통해 하우징에 진입하는 것을 허용하기 위해 그리고 배기 가스가 배출측 연결부(31)의 구역에서 대응하는 천공된 또는 슬롯 형성된 파이프를 통해 하우징을 떠나는 것을 허용하기 위해, 유입측 연결부(29) 내로 그리고 배출측 연결부(31) 내로 연장될 수 있다. 이러한 단면 도약부들(cross-sectional jumps)을 통해, 혼합 장치는, 반사 소음기로서 기능하며, 그 결과 추가의 소음 감소가 실현될 수 있다. 이러한 개별적인 천공된 또는 슬롯 형성된 구멍들의 자유 단면적은, 유입측 연결부(29)의 자유 단면적의 최대 20%, 바람직하게 최대 10%, 가장 바람직하게 최대 5%에 달한다.
앞서 설명된 바와 같이, 혼합 장치(18, 19)는, 한편으로 SCR 환원제의 전구체 물질을 배기 가스와 혼합하는 역할을 하며 그리고 다른 한편으로 한계 값보다 더 큰 주파수들에 대한 1차적 음향 감쇠를 제공하는 역할을 한다. 도 1 및 도 2의 예시적 실시예에서, 혼합 장치(18, 19)를 통해 안내되는 배기 가스는, 배기 가스와 상호 혼합된 그리고 배기 가스 내에 분해된 환원제와 함께, 배기 라인들(25, 26)을 통해, 개별적인 배출 제어 장치(20, 21)로 공급될 수 있으며, 개별적인 배출 제어 장치(20, 21)는, 한편으로 적어도 하나의 SCR 촉매 컨버터(40)를 수용하기 위한 반응기 챔버를 형성하며 그리고 더불어 메인 소음기를 제공하는, 하우징(39)을 포함한다. 그러한 메인 소음기는 이때, 한계 값 아래에 놓이는 주파수들에 대한 음향 감쇠를 위해 설계된다.
도 5는 배출 제어 장치(20, 21)의 상세부를 도시하며, 도 5에서, 서로 평행하게 배향되며 그리고 원형의 단면으로 실시되는, 바람직하게 총 4개의 SCR 촉매 컨버터(40)가, 배출 제어 장치(20, 21)의 하우징(39) 내에 수용된다. 2개 또는 3개의 촉매 컨버터40)가 또한, 배출 제어 장치(20, 21)의 하우징(39) 내에 수용될 수도 있다.
메인 소음기를 제공하기 위해, 하우징은 다시, 헬름홀츠 공진기 또는 λ/4-공진기 또는 흡수 공진기 또는 반사 소음기를 형성하는, 적어도 하나의 음향 감쇠 챔버를 포함할 수 있다. 배출 제어 장치들(20, 21)의 하우징(39) 내의 이러한 음향 감쇠 챔버들은 우선적으로, 서로 평행하게 연장되는 SCR 촉매 컨버터들(40) 사이에 구현된다.
혼합 장치(18, 19)의 음향 감쇠 챔버의 설계에 의해, 배출 제어 장치(20, 21)에 의해 제공되는 메인 소음기의 결합 감쇠량(joining damping)의 적어도 10%의, 바람직하게 적어도 20%의, 특히 바람직하게 적어도 30%의 삽입 손실이, 혼합 장치(18, 19) 상에서 조절된다. 삽입 손실의 계산은, 이 경우, ISO11820에 따라 실행된다.
우선적으로, 개별적으로 혼합 장치(18,19)의 하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 제어 장치(20, 21)의 하우징(39) 내에 수용되는 상기 또는 각 SCR 촉매 컨버터(40)의 유입측 전방면 사이의 거리가, 혼합 장치(18, 19)의 하우징(27)의 유입측 연결부(29)의 직경의, 적어도 3배, 바람직하게 적어도 4배, 특히 바람직하게 적어도 7배에 달한다. 이러한 거리는, 한편으로 개별적인 혼합 장치(18,19)의 하우징(27)의 길이(l)에 의해 그리고 혼합 장치(18, 19)와 배출 제어 장치(20, 21) 사이에서 개별적으로 연장되는 배기 라인(25, 26)의 길이에 의해 한정된다.
특정 조건 하에서, 배기 라인들(25, 26)은 완전히 생략될 수 있으며, 따라서 개별적인 혼합 장치(18, 19)의 하우징(27)의 배출측 연결부(31)가 이때 개별적인 배출 제어 장치(20, 21)의 하우징(39)의 대응하는 유입측 연결부에 직접적으로 연결된다.
혼합 장치(18, 19) 내에는, 우선적으로, 어떤 촉매 컨버터도 배열되지 않는다. 특히 배기 라인들(25, 26)이 완전히 생략될 때, 촉매 컨버터가, 특정 조건 하에서, 혼합 장치(18, 19)의 구역 내로 연장될 수 있지만, 이때 혼합 장치(18, 19)의 용적의 최대 10%까지만 차지한다.
10: 내연 기관 11: 엔진 블록
12: 실린더 13: 실린더 뱅크
14: 실린더 뱅크 15: 배기 가스 후처리 시스템
16: 배기 가스 터보 차저 17: 배기 가스 터보 차저
18: 혼합 장치 19: 혼합 장치
20: 배출 제어 장치 21: 배출 제어 장치
22: 연도(굴뚝) 23: 배기 라인
24: 배기 라인 25: 배기 라인
26: 배기 라인 27: 하우징
28: 유입 측부 29: 유입측 연결부
30: 배출 측부 31: 배출측 연결부
32: 종방향 축 33: 종방향 축
34: 도입 장치 35: 측벽
36: 측벽 37: 바닥면
38: 상면 39: 하우징
40: SCR 촉매 컨버터

Claims (17)

  1. 하우징(27)을 갖는, 내연 기관의 SCR 배기 가스 후처리 시스템을 위한, 말하자면 환원제의 전구체 물질을, 특히 요소와 같은 암모니아 전구체 물질을, 배기 가스와 혼합하기 위한, 혼합 장치(18, 19)로서,
    하우징(27)은, 혼합 챔버 및 소음기를 제공하고,
    하우징(27)은, 유입 측부(28)에, 배기 가스가 그를 통해 하우징(27) 내로 도입될 수 있는, 공급 라인을 위한 유입측 연결부(29)를 포함하며,
    하우징(27)은, 유입 측부(28) 반대편에 위치하게 되는 배출 측부(30)에, 배기 가스 및 배기 가스와 상호 혼합된 환원제가 그를 통해 하우징(27)으로부터 방출될 수 있는, 방출 라인을 위한 배출측 연결부(31)를 포함하고, 유입측 연결부(29) 및 배출측 연결부(31)의 종방향 축들(32, 33)이, 서로에 대해 치우치며 그리고 서로 평행하게 또는 직각으로 연장되고,
    하우징(27)은, 유입 측부(28)에서 배출측 연결부(31)의 종방향 축(33)의 구역 내에 위치하게 되는, 배기 가스 내에 환원제의 전구체 물질을 도입하기 위한 도입 장치(34)를 수용하며,
    하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 측부(30) 사이의 하우징(27)의 길이 및 그에 따른 혼합 챔버의 길이가, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의 적어도 1.9배 내지 최대 7배에 달하고,
    하우징(27)의 유입 측부(28)와 배출 측부(30) 사이에서 연장되는 하우징(27)의 측벽들(35, 36) 사이의 하우징(27)의 폭(a)이, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의 최대 3배, 바람직하게 최대 2.5배, 특히 바람직하게 최대 1.8배에 달하는 것인, 혼합 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    하우징(27)의 길이는, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의, 2.2배, 바람직하게 적어도 3.3배에 달하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    하우징(27)의 폭은, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의, 최대 2.5배, 바람직하게 최대 1.8배에 달하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경은, 적어도 160 mm, 바람직하게 적어도 190 mm, 특히 바람직하게 적어도 200 mm에 달하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    배출측 연결부(31)의 또는 방출 라인의 직경은, 배출측 연결부(31)의 구역에서의 배기 가스의 유동 속도가, 최대 70 m/s, 바람직하게 최대 60 m/s, 특히 바람직하게 최대 50 m/s에 달하도록 치수 결정되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입측 연결부(29) 및 배출측 연결부(31)의 종방향 축들(32, 33)의 치우침이, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의, 적어도 1배, 바람직하게 적어도 1.5배, 특히 바람직하게 적어도 2배에 달하도록, 하우징(29)의 높이가, 치수 결정되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징에 의해 형성되는 소음기는, 헬름홀츠 공진기 또는 λ/4-공진기 또는 흡수 공진기 또는 반사 소음기로 설계되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    천공된 또는 슬롯 형성된 파이프가, 배기 가스가 유입측 연결부(29)의 구역에서 이러한 천공된 또는 슬롯 형성된 파이프를 통해 하우징(27)에 진입하는 것을 허용하기 위해 그리고 배기 가스가 배출측 연결부(31)의 구역에서 대응하는 천공된 또는 슬롯 형성된 파이프를 통해 하우징을 떠나는 것을 허용하기 위해, 유입측 연결부(29)로부터 및/또는 배출측 연결부(31) 내로 연장되며, 그리고 이러한 개별적인 천공된 또는 슬롯 형성된 구멍들의 자유 단면적은, 유입측 연결부(29)의 자유 단면적의 최대 20%, 바람직하게 최대 10%, 가장 바람직하게 최대 5%에 달하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  9. 내연 기관(10)을 위한 배기 가스 후처리 시스템(15), 특히 중유 또는 잔유에 의해 작동되는 내연 기관을 위한 SCR 배기 가스 후처리 시스템으로서,
    배출 제어 장치(20, 21)로서, 그의 하우징(39)이, 적어도 하나의 SCR 촉매 컨버터(40)를 수용하기 위한 반응기 챔버 및 메인 소음기를 제공하는 것인, 배출 제어 장치,
    환원제의 전구체 물질을, 요소와 같은 암모니아 전구체 물질을, 혼합하기 위한, 배출 제어 장치(20, 21)의 상류에 위치하게 되는 혼합 장치(18, 19)로서, 그의 하우징(27)이, 혼합 챔버 및 전방 소음기를 제공하고, 혼합 장치(18, 19)는, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따라 설계되는 것인, 혼합 장치
    를 구비하는 것인, 배기 가스 후처리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    메인 소음기는, 한계 값 아래의 주파수들을 혼합 장치(18, 19)보다 양호하게 감쇠시키고, 및/또는 전방 소음기는, 한계 값 위의 주파수들을 메인 소음기보다 양호하게 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서,
    전방 소음기의 삽입 손실이, 메인 소음기의 삽입 손실의 적어도 10%, 바람직하게 적어도 20%, 특히 바람직하게 적어도 30%에 달하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  12. 제 9항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 장치(18,19)의 하우징(27)의 유입 측부(28)와 상기 또는 각 SCR 촉매 컨버터(40)의 유입측 전방면 사이의 거리가, 유입측 연결부(29)의 또는 공급 라인의 직경의, 적어도 3배, 바람직하게 적어도 4배, 특히 바람직하게 적어도 5배에 달하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  13. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 장치(18, 19)와 배출 제어 장치(20, 21) 사이에서 연장되는 배기 라인(25, 26)이, 방향 전환되지 않는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  14. 제 9항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 장치(18, 19)와 배출 제어 장치(20, 21) 사이에서 연장되는 배기 라인(25, 26)이, 100°의, 바람직하게 60°의, 특히 바람직하게 30°의, 최대 방향 전환을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  15. 제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    터보 차저들과 혼합 장치(18, 19) 사이에서 연장되는 배기 라인(25, 26)이, 180°의, 바람직하게 150°의, 특히 바람직하게 120°의, 최대 방향 전환을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 후처리 시스템.
  16. 복수의 실린더 뱅크(13, 14)를 형성하는 복수의 실린더(12)를 갖는, 내연 기관(10)으로서,
    각 실린더 뱅크의 배기 가스는, 각각의 경우에, 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 별개의 혼합 장치(18, 19)를 통해 안내될 수 있으며, 또는 각각의 경우에, 제 9항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 따른 별개의 배기 가스 후처리 시스템(15)을 통해 안내될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  17. 제 16항에 있어서,
    각 실린더 뱅크의 배기 가스는, 개별적인 혼합 장치(18, 19)의 하류에서 또는 개별적인 배출 제어 장치(20, 21)의 하류에서 합류될 수 있으며, 그리고 공통의 굴뚝(22)을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
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