KR20200077413A - 내연 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 200 mm의 내경을 갖는 적어도 하나의 실린더를 갖는 내연 엔진, 바람직하게는, 대형 선박 엔진, 및 내연 엔진의 NOX 배출을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 실린더(21)는 느린 엔진 속도로 운전되도록 되어 있고, 최대 엔진 속도는 600 rpm 보다 작고, 바람직하게는 200 rpm 보다 작으며, 더 바람직하게는 150 rpm 보다 작고/작거나 최소 사이클 시간은 0.1 초 보다 크다. 내연 엔진은 특히 NH3을 포함하는 환원제를 실린더(21) 안으로 투여하기 위한 적어도 하나의 투여 유닛(24), 바람직하게는, 각 실린더(21)당 적어도 하나의 투여 유닛을 포함한다.

Description

내연 엔진{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 적어도 하나의 실린더를 갖는 내연 엔진, 바람직하게는, 적어도 200 mm의 내경을 갖는 적어도 하나의 실린더를 갖는 대형 선박 엔진, 및 내연 엔진의 NOX 배출을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 내연 엔진 및 그의 배출 감소의 기술 분야에 대한 것이다.
본 발명은 바람직하게는 실린더가 적어도 200 mm의 내경을 갖는 대형 해양 또는 선박 엔진 또는 정치식 엔진과 같은 내연 엔진에 관한 것이다. 엔진은 바람직하게는 2-행정 엔진 또는 2-행정 크로스 헤드 엔진이다. 엔진은 디젤 또는 가스 엔진, 이중 연료 또는 다중 연료 엔진이다. 이러한 엔진에서 액체 및/또는 기체 연료의 연소가 가능하고 또한 자기 점화 또는 강제 점화도 가능하다.
내연 엔진은 종방향 플러쉬드(flushed) 2-행정 엔진일 수 있다.
내연 엔진이라는 용어는, 연료의 자기 점화를 특징으로 하는 디젤 모드뿐만 아니라, 연료의 포지티브 점화를 특징으로 하는 오토(Otto) 모드 및 이들 둘의 혼합 모드에서도 작동될 수 있는 대형 엔진을 말한다. 또한, 내연 엔진이라는 용어는 특히 이중 연료 엔진 및 연료의 자기 점화가 다른 연료의 포지티브 점화에 사용되는 대형 엔진을 포함한다.
엔진 속도는 바람직하게는 특히 4-행정 엔진의 경우 800 RPM 보다 낮고, 더 바람직하게는 특히 2-행정 엔진의 경우에는 200 RPM 보다 낮으며, 이는 저속 엔진의 지정을 나타낸다.
연료는 디젤유 또는 선박용 경유 또는 중유(heavy fuel oil) 또는 에멀젼 또는 슬러리 또는 메탄올 또는 에탄올 및 액체 천연 가스(LNG), 액체 석유 가스(LPG) 등과 같은 가스일 수 있다.
필요시 추가될 수 있는 다른 가능한 연료는 LBG(액화 바이오가스), 생물학적 연료(예컨대, 조류(algae)로 만들어진 오일), 수소, CO2로 얻어지는 합성 연료(예컨대, 파워-투-가스 또는 파워-투-액체로 만들어짐)이다.
대형 선박, 특히, 물품을 운반하기 위한 선박은 일반적으로 내연 엔진, 특히, 디젤 및/또는 가스 엔진, 대부분 2-행정 크로스 헤드 엔진에 의해 동력을 받는다. 중유, 선박용 경유, 디젤유 또는 다른 액체와 같은 액체 연료 및 LNG, LPG 등과 같은 기체 연료가 엔진에 의해 연소되는 경우, 이 연소 과정에서 생긴 배기가스는 IMO Tier Ⅲ와 같은 기존의 법규에 부합하도록 정화될 필요가 있다.
통상적으로 Tier Ｉ ... Ⅲ 표준이라고 하는 IMO 배출 표준은 기존의 그리고 새로운 선박 엔진을 위한 NOX 배출 표준을 규정한다.
대형 선박의 경우, 배출 요건은 특히 질소 산화물 배출에 대해서 증가되었다. 따라서, 이들 선박의 내연 엔진에 의해 배출되는 배기 가스 내의 질소 산화물의 양을 줄이는 것이 필요하다.
SCR(선택적 촉매 환원) 기술을 사용하여 연소 엔진의 배기 가스 내의 질소 산화물(NOX)의 레벨을 줄인다. SCR은 통상적으로 육지 기반 엔진, 예컨대, 헤비 듀티 차량, 산업 플랜트 및 다른 용례에 사용된다.
SCR 기술은 또한 2-행정 디젤 엔진과 조합되어 해양 환경에서 사용된다. 선박 디젤 엔진 및 육지 기반 엔진을 위한 규제 요건 때문에, 효율적인 SCR 시스템에 대한 증가된 필요성이 있다.
SCR은 배기 가스 내의 질소 산화물을 암모니아(NH3)로 환원시키는 것에 기반할 수 있다. 일반적으로, 암모니아는 요소(urea) 용액과 같은 암모니아 전구체 물질을 연소 엔진의 배기 가스 안으로 주입하여 생성된다. 요소 용액은 예컨대 노즐을 통해 고온 배기 가스에 분사되고, 액체 요소 용액이 암모니아와 반응하여 이산화탄소 및 수증기로 된다. 그런 다음, 암모니아는 SCR 반응기에 있는 촉매의 영향 하에서 질소 산화물을 질소(N2) 및 물(H2O)로 환원시킨다. 액체 요소로부터의 암모니의 생성은 흡열적이다. 따라서, 배기 가스가 충분히 고온이면, 요소 용액의 분해는 완전하게 되고 질소 산화물(NOX)은 질소(N2)로 환원된다.
따라서, SCR 촉매는 통상적으로 더 높은 온도에서만 사용될 수 있다. 적절한 온도가 도달되지 않으면, SCR 촉매는 비효율적으로 기능하고, SCR 촉매는 우회되어야 하거나 또는 소위 "연료 페널티"가 가열에 필요하다. 일반적으로, 큰 부피의 SCR 반응기가 필요하고, 이러한 반응기에서 배기 가스는 충분한 체류 시간을 갖는다. 큰 부피의 SCR 반응기는 큰 공간을 필요로 하고 또한 비용이 많이 든다.
일반적으로 SCR 기술에 사용되는 촉매는 바나듐, TiO2에 의해 지지되는 텅스텐을 포함하거나, Cu/제올라이트 또는 Fe/제올라이트와 같은 금속 치환 제올라이트이다. 바나듐은 NOX의 산화를 촉진시킨다. 그러나, 바나듐 함량은 낮게 유지되어야 하는데, 그렇지 않으면, 높은 엔진 부하 및 각각의 고온에서, SO2가 SO3로 산화되기 때문이며, 특정한 농도 보다 높으면, SO3는 퍼넬(funnel) 안에서 또한 그의 하류에서 황산의 청색 플럼(plume)을 생성하게 되는데, 이는 무슨 일이 있어도 방지되어야 한다. 더 높은 바나듐 함량으로 인해, 350℃ 보다 높은 온도에서 NH3가 NOX로 산화될 수 있다. 따라서, 더 많은 환원제가 주입되어야 한다. 또한, 더 높은 바나듐 함량 및 특히 바나듐과 텅스텐의 조합은 350℃ 보다 높은 온도에서 N2O의 증가된 생성을 촉진한다.
WO2015/030660에는, 연소 기계 제어 방법이 개시되어 있는데, 첨가제가 연소 엔진의 연소실 안으로 직접 주입된다. 일반적으로 실린더 내의 온도는 높기 때문에, 원하는 반응 속도가 촉매 없이 얻어질 수 있다. 그러나, 첨가제의 증발을 위해 온도가 충분히 높은 것이 아니면, 첨가제는 벽 표면에 부착될 수 있고, 퇴적물의 연속적인 쌓임이 일어날 수 있다. WO2015/030660은 연소 중에 생기는 질소 산화물 및 연소실의 온도를 추정하는 것을 제안하며, 그래서 적절한 양의 첨가제가 주입될 수 있다.
추가의 문제는 다음 행정이 일어날 때까지의 시간대로부터 생길 수 있다. 이 시간대가 충분히 길지 않으면, 주입된 모든 첨가제가 사용되는 것은 아닐 수 있다. 그래서, 원하는 반응이 완전히 얻어지지 못할 수 있다. 환원되지 않은 질소 산화물 및 잉여의 환원제가 실린더에서 나가게 된다.
추가의 까다로운 문제가 불충분한 혼합으로 인해 생긴다. 일반적으로, 벽은 중심부 보다 저온이기 때문에, 더 많은 질소 산화물이 중심부에서 형성될 것이고 벽 근처에서는 더 적게 형성된다. 따라서, 더 많은 암모니아가 중심부로 가야하고 벽 근처에는 더 적게 되는데, 그렇지 않으면, 중심부에 있는 질소 산화물은 환원을 위한 암모니아를 불충분하게 만나게 되고 벽 근처에 있는 잉여의 암모니아가 빠져 나가게 된다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점을 방지하고, 특히, 감소된 작동 비용, 후처리 시스템의 감소된 크기, N2O 및 SO3와 같은 부차 반응 생성물의 최소화된 배출 및/또는 암모니아 또는 암모니아 전구체 물질과 같은 환원제의 감소된 투여를 보장하는 내연 엔진 및 내연 엔진의 NOX 배출을 감소시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
위의 목적은, 적어도 200 mm의 내경을 갖는 적어도 하나의 실린더를 갖는 내연 엔진으로 달성되며, 실린더는 느린 엔진 속도로 운전되도록 되어 있고, 내연 엔진은 특히 NH3을 포함하는 환원제를 실린더 안으로 투여하기 위한 적어도 하나의 투여 유닛을 포함한다.
실린더는 600 rpm 보다 작은, 바람직하게는 200 rpm 보다 작은, 더 바람직하게는 150 rpm 보다 작은 최대 엔진 속도로 운전되도록 되어 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 실린더는 0.1 초 보다 큰 최소 사이클 시간으로 운전되도록 되어 있다.
환원제는 요소 용액과 같은 암모니아 전구체 물질일 수 있다. 바람직하게는 환원제는 암모니아이다.
실린더에서 소위 선택적 비촉매 환원(SNCR)이 일어날 수 있다.
암모니아 또는 요소는, 배기 가스가 일반적으로 760 내지 1090℃인 실린더 안으로 주입되어, 연소 과정에서 형성된 질소 산화물과 반응할 수 있다. 화학적 산화 환원 반응의 결과적인 생성물은 분자 질소(N2), 이산화탄소(CO2), 및 물(H2O)이다.
요소(NH2CONH2)는 일반적으로 더 위험한 암모니아(NH3) 보다 취급하고 저장하기가 더 쉽다. 과정에서 요소는 암모니아와 유사하게 반응할 수 있다: NH2CONH2 + H2O -> 2NH3 + CO2.
환원은 (단순화된) 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O에 따라 일어난다. 반응 기구 자체는 NO에 부착되어 분해되는 NH2 라디칼(radical)을 포함한다.
바람직하게는, 엔진은 각 실린더를 위한 적어도 하나의 투여 유닛을 포함한다. 그래서, 환원은 모든 실린더에서 일어날 수 있다.
느린 엔진 속도에 의해, 환원 반응을 수행할 충분한 시간이 있다. 환원제는 실린더 내에서 퍼져 모든 배기 가스에 도달하여 충분히 혼합될 충분한 시간을 갖는다. 환원제는 또한 최대량의 NOX 가 형성되는 실린더의 중심부에 위치되는 배기 가스의 일부분도 만나게 된다. 그래서, NOX 가 생성되자 마자 또한 배기 가스가 새로운 사이클의 시작 전에 실린더로부터 젯트 방출되지 않으면, 환원이 일어날 수 있다. 배기 가스가 실린더를 떠날 때, 실린더 내의 환원에 사용되지 않은 잔류 환원제가 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 내연 엔진은, 실린더의 하류에 배치되는 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치를 포함한다.
주입된 환원제 전부가 실린더 내에서의 환원 반응에 사용되는 것은 아니라면, 다음의 새로운 사이클이 시작되고 새로운 환원제가 주입되기 전에, 잔류 환원제는 배기 가스와 함께 실린더를 나가게 될 것이다.
미반응 암모니아는 오염 물질로 생각되며, 그래서 배기 가스가 퍼넬을 떠나기 전에 제거되어야 한다.
NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 SCR 촉매를 포함할 수 있다.
SCR 촉매에서, 일반적으로, 무수 암모니아, 수성 암모니아 또는 요소와 같은 환원제가, 촉매의 도움으로 질소 산화물을 이원자 질소(N2) 및 물(H2O)를 전환시키기 위해 사용된다. 이산화탄소(CO2)는 요소가 환원제로서 사용될 때의 반응 생성물이다.
따라서, SCR 촉매는 실린더에서 시작된 환원 반응을 증강시킬 수 있다. 질소 산화물의 대부분은 실린더에서 환원되므로, 총 배기 가스 중의 단지 소량만 SCR 촉매에서 처리되면 된다. 그래서, 소량의 SCR 촉매만 필요하다.
SCR 촉매는 SCR 반응기의 일부분일 수 있고, 이 반응기는 요소 또는 암모늄과 같은 첨가제를 위한 투여 유닛을 포함한다. 그래서, 배기 가스 중에 잔류하는 질소 산화물은, NH3 슬립이 없고 또한 잉여의 환원제가 실린더로부터 방출되지 않을 때에도, 환원될 수 있다.
NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 가수 분해 촉매를 포함할 수 있다.
가수 분해 촉매는 일반적으로 HNCO를 NH3로 가수 분해시키고 또한 요소 분자를 HNCO 및 NH3로 분해하는 데에 도움을 준다. 또한, 높은 부하에서 나타나는 배기 가스 온도에서, 가스 분해 촉매 내에서 가수 분해만 일어날 뿐만 아니라, SCR 반응과 유사한 부차 반응도 일어나고, NOX는 실린더로부터 방출되는 잉여의 NH3의 도움으로 상당히 환원된다.
NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 NH3 슬립 촉매 장치, 예컨대 암모니아 산화 촉매(AOC)를 포함할 수 있다. 환원제는 촉매 상에 흡수된다.
질소 산화물의 대부분은 실린더 내에서 환원되므로, NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 나머지를 제거하는 역할만 한다. 그래서, 바람직하게는, NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치의 총 부피는 400 l/MW 보다 작다.
본 발명 내에서, 촉매의 부피는 촉매의 엔빌롭(envelope) 부피인 것으로 이해하면 된다.
내연 엔진의 일 바람직한 실시 형태에서, NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 바나듐을 포함하고, 바람직하게는 바나듐의 비율은 촉매 코팅의 총 중량에 대해 0.7% 보다 작고, 바람직하게는 0.5 % 보다 작다.
바나듐은 NOX의 산화를 촉진시킨다. 하지만, 질소 산화물의 대부분은 실린더에서 환원되므로, NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 나머지를 제거하는 역할만 한다. 그래서, 적은 바나듐 함량만 필요하다
바나듐 함량은 낮게 유지되고, 그래서 SO3 및 N20의 배출량은 낮다.
주입될 추가적인 환원제를 절약할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시 형태에서, 내연 엔진은 실린더에 신기(fresh air)를 공급하기 위한 터보 과급기를 포함한다.
배기 가스는 터보 과급기의 터빈에 보내지고 그 터빈을 회전시키기 위해 사용된다. 터보 과급기의 압축기가 터빈에 의해 생성된 회전력을 사용하여 흡입 가스, 즉 신기를 가압한다.
일반적으로, 환원 촉매는 터빈의 하류에 배치되고 퍼넬에 의해 배출되고, 그래서, SRC 촉매 내에서의 배기 가스의 주재 시간으로 인한 압력 감소는 없다.
바람직한 실시 형태에서, NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치, 바람직하게는 SCR 반응기가 터보 과급기의 상류에 배치된다.
배기 가스는 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치에 들어가기 전에 많이 냉각되지 않으므로, 고압 구성은 더 양호한 성능을 얻을 수 있게 해준다. 또한, NH3 슬립을 감소시키기 위한 작은 장치만 필요하고 그래서 터보 과급기에 도달하기 전에 배기 가스의 이동 시간이 짧기 때문에, 큰 압력 강하는 없다. 유황질 연료가 사용되는 경우, 배기 가스의 온도가 너무 낮으면, 암모늄 바이설페이트가 생성될 수 있다. 터보 과급기의 하류에서 온도는 종종 너무 낮고, 암모늄 바이설페이트의 형성을 피하기 위해 배기 가스 온도를 인위적으로 증가시켜야 할 것이다. 그러면, 소비/비용이 더 높게 된다. 터보 과급기의 상류에서 온도는 여전히 충분히 높고, 그래서 암모늄 바이설페이트가 생기지 않는다.
내연 엔진의 일 바람직한 실시 형태에서, 투여 유닛은 기체 NH3을 생성하기 위한 예비 증발기를 포함한다. 그래서, 기체 NH3가 실린더에 들어가가 마자 환원 반응이 시작될 수 있다. 요소 분자를 NH3로 분해시킬 시간은 필요 없다.
바람직하게는, 투여 유닛은 투여량을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함한다.
유리하게는, 투여 유닛은 사이클당 환원제의 양을 실린더 안으로 투여하도록 되어 있고, 이 양은 한 사이클 중에 생성된 배기 가스에 적어도 화학양론적으로 대응한다.
그래서, 바람직하게는, 투여 유닛은 실린더 데이타, 예컨대, 부하, 실린더에서 사용되는 연료량, 실린더 내의 온도 및/또는 엔진 속도에 관한 데이타를 처리하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 투여 유닛은 실린더 데이타에 근거하여 투여될 환원제의 양을 결정할 수 있다.
제어 유닛은 투여를 위한 적어도 하나의 시점 및/또는 시간 간격을 설정할 수 있다. 투여 시간은 피스톤의 운동에 맞게 정해질 수 있다. 예컨대, 피스톤이 아래쪽으로 움직일 때 투여가 일어날 수 있다. 환원제가 너무 늦게, 즉 사이클이 끝나고 가스가 실린더로부터 방출되기 바로 전에, 실린더 안으로 투여되면, 환원제는 환원 반응을 수행하기 위한 시간을 갖지 못할 수 있다.
제어 유닛은 환원제의 연속적인 투여에 적합하게 될 수 있다.
본 발명의 일 유리한 실시 형태에서, 내연 엔진은 NOX 센서를 포함한다.
NOX 센서는 NOX 함량을 나타낼 수 있는 데이타를 측정하기 위한 장치를 말한다. 바람직하게는, NOX 센서는 NOX 값을 측정한다.
NOX 센서는 바람직하게는 실린더의 하류에 배치된다. 그래서, NOX 센서는 실린더 내에서의 환원 반응의 유효성에 관한 정보를 제공한다.
바람직하게는, 내연 엔진은 결정된 NOX 값을 기준 값과 비교하기 위한 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 결정된 NOX 값에 근거하여 또는 결정된 NOX 값과 기준 값 사이의 차에 근거하여 실린더 안으로 투여될 환원제의 양을 조절할 수 있다.
결정된 NOX 값, 또는 결정된 NOX 값과 기준 값 사이의 차에 따라, 투여될 환원제의 양이 증가 또는 감소될 수 있다.
유리하게, 투여 유닛은 연료 분사 유닛과 동일한 축선 방향 위치에 배치된다. 바람직하게는, 환원제는 연료와는 다른 실린더 축선에 대한 각도로 주입된다.
투여 유닛은 실린더의 라이너 또는 커버에 배치될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 투여 유닛은 피스톤에 있을 수 있다.
예컨대, 투여 유닛은 실린더 부피 주위에 고르게 분산되어 있는 복수의 노즐을 포함할 수 있다. 배기 가스는 실린더를 떠난 후에 냉각된다. 배기 가스에서의 NOX 환원이 배기 가스 후처리 시스템에서만 일어나면, 일반적으로, 실린더의 하류에는, 엔진 부하에 대한 제 1 임계치가 있고, 이 임계치 보다 낮으면 NOX 환원은 기술적으로 가능하지 않다.
제 1 임계치와 제 2 임계치 사이에서, SCR 촉매가 적절히 기능하도록 충분한 온도에 도달하기 위해 연료 페널티가 필요하다. 제 2 임계치 보다 높으면, SCR 반응기는 원하는 대로 작동한다. 모든 NOX가 SCR 촉매에서 환원됨에 따라, 촉매는 충분한 능력을 제공해야 한다. 그래서 N2O 및 SO3 의 배출이 향상될 수 있다.
NOX가 실린더 내에서 환원될 때, 환원은 매우 낮은 부하에서 시작될 수 있다. 후처리 시스템은 잉여의 환원제를 제거하여 결국 불완전하게 환원된 NOX를 매우 높은 부하에서 제거할 필요가 있다. 그래서, 작은 후처리 시스템만 필요하다. 따라서, 작은 부하에서도 NOX 환원이 있고, 낮은 엔진 부하에서 연료 페널티가 필요 없고, 또한 잉여의 N2O 및 SO3의 배출이 없다.
본 발명의 목적은 다음과 같은 단계를 포함하는, 내연 엔진, 바람직하게는 전술한 바와 같은 내연 엔진의 NOX 배출을 감소시키기 위한 방법으로도 달성된다.
내연 엔진은 600 rpm 보다 작은, 바람직하게는 200 rpm 보다 작은, 더 바람직하게는 150 rpm 보다 작은 느린 엔진 속도 및/또는 0.1 초 보다 큰 사이클 시간으로 운전된다.
특히 NH3을 포함하는 환원제가 실린더 안으로 투여된다.
바람직하게는, 실린더 내의 NOX 양은 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%, 더 바람직하게는 적어도 76% 감소된다.
이 연소 과정에서 생긴 배기는 바람직하게는 IMO Tier Ⅲ와 같은 법규에 부합하도록 정화된다.
본 방법의 일 유리한 단계에서, 사이클당 및/또는 실린더의 부피당 실린더 안으로 투여될 환원제의 양은 사이클당 실린더 내에서 생성된 NOX 의 양에 화학양론적으로 대응하도록 결정된다.
환원제의 양은 실린더에서 결정되는 NOX 값에 근거하여 계산될 수 있다.
환원제의 양은 실린더의 하류에서 결정되는 NOX 값에 근거하여 피드백 반응으로서 계산될 수 잇다.
환원제의 양은 연료 지령, 엔진 속도 및 실린더에서 생성되는 NOX 의 양을 상호 관련시키는 맵으로부터 또한 결정될 수 잇다.
바람직한 실시 형태에서, 본 방법은 배기 가스 내의 NOX 함량을 결정하는 단계를 포함한다.
NOX 함량은 실린더에서 또는 실린더의 하류에서 결정될 수 있다.
바람직하게는 측정된 NOX 함량은 미리 결정된 기준 값과 비교된다.
더 바람직하게는, 실린더 안으로 투여되는 환원제 투여량은, 결정된 NOX 함량 또는 측정된 NOX 함량과 기준 값의 차에 근거하여 조절된다.
본 방법의 유리한 실시 형태에서, 실린더를 떠나는 배기 가스는 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치에 안내된다.
NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치는 특히 SCR 촉매, 가수 분해 촉매 및 NH3 슬립 촉매 장치 중의 적어도 하나를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 실시 형태로 더 설명한다.
도 1은 연소 엔진의 일 예의 개략도를 나타낸다.
도 1은 적어도 200 mm의 내경(27)을 갖는 실린더(21)를 갖는 내연 엔진(20)의 일 예의 개략도를 나타낸다.
실린더(21)는 느린 엔진 속도로 운전되도록 되어 있고, 최대 엔진 속도는 600 rpm 보다 작고/작거나 최소 사이클 시간은 0.1 초 보다 크다.
내연 엔진(20)은 특히 NH3을 포함하는 환원제를 실린더(21) 안으로 투여하기 위한 투여 유닛(24)을 포함한다.
내연 엔진(20)은 실린더(21)의 하류에 배치되는 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치(22)를 포함하고, 이 장치는 바람직하게는 SCR 촉매, 가수 분해 촉매 및 NH3 슬립 촉매 장치, 예컨대 암모니아 산화 촉매(AOC) 중의 적어도 하나를 포함한다.
내연 엔진(20)은 실린더(21)에 신기(fresh air)를 공급하기 위한 터보 과급기(26)를 포함한다. NH3 슬립을 줄이기 위한 장치(22), 바람직하게는 SCR 반응기가 터보 과급기(26)의 상류에 배치되며, 그래서 배기 가스는 퍼넬(28)에 도달하기 전에 터보 과급기(26)를 통과하게 된다.
투여 유닛(24)은 기체 NH3을 생성하기 위한 예비 증발기(29)를 포함한다.
투여 유닛(24)은 사이클당 환원제의 양을 실린더 안으로 투여하도록 되어 있고, 이 양은 한 사이클 중에 생성된 배기 가스에 적어도 화학양론적으로 대응한다.
내연 엔진(20)은 2개의 NOX 센서(23)를 포함하는데, 한 센서는 실린더에 배치되고 다른 한 센서는 실린더의 하류에 배치되며, 또한 내연 엔진은 측정된 NOX 값을 기준 값과 비교하기 위한 제어 유닛(25)을 포함한다.
제어 유닛(25)은 실린더(21) 안으로 투여되는 환원제의 양을 조절하기 위한 것이다.

Claims (15)

  1. 적어도 200 mm의 내경(27)을 갖는 적어도 하나의 실린더(21)를 갖는 내연 엔진(20)으로서, 상기 실린더(21)는 느린 엔진 속도로 운전되도록 되어 있고, 최대 엔진 속도는 600 rpm 보다 작고, 바람직하게는 200 rpm 보다 작으며, 더 바람직하게는 150 rpm 보다 작고, 그리고/또는 최소 사이클 시간은 0.1 초 보다 크며, 상기 내연 엔진은 특히 NH3을 포함하는 환원제를 실린더(21) 안으로 투여하기 위한 적어도 하나의 투여 유닛(24), 바람직하게는, 각 실린더(21)당 적어도 하나의 투여 유닛을 포함하는, 내연 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 엔진(20)은, 실린더(21)의 하류에 배치되는 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치(22)를 포함하고, 이 장치는 바람직하게는 SCR 촉매, 가수 분해 촉매 및 NH3 슬립 촉매 장치, 예컨대 암모니아 산화 촉매(AOC) 중의 적어도 하나를 포함하는, 내연 엔진(20).
  3. 제 2 항에 있어서,
    NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치(22)의 총 부피는 400 l/MW 보다 작은, 내연 엔진(20).
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    NH3 슬립을 감소시키기 위한 상기 장치(22)는 바나듐을 포함하고, 바람직하게는 바나듐의 비율은 촉매 코팅의 총 중량에 대해 0.7% 보다 작고, 바람직하게는 0.5 % 보다 작은, 내연 엔진(20).
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 엔진(20)은 실린더(21)에 신기(fresh air)를 공급하기 위한 터보 과급기(26)를 포함하고, NH3 슬립을 감소시키기 위한 상기 장치(22), 바람직하게는 SCR 반응기가 상기 터보 과급기(26)의 상류에 배치되는, 내연 엔진(20).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투여 유닛(24)은 기체 NH3을 생성하기 위한 예비 증발기(29)를 포함하는, 내연 엔진(20).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투여 유닛(24)은 사이클당 환원제의 양을 실린더 안으로 투여하도록 되어 있고, 이 양은 한 사이클 중에 생성된 배기 가스에 적어도 화학양론적으로 대응하는, 내연 엔진(20).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 엔진(20)은 바람직하게는 실린더의 하류에 배치되는 NOX 센서(23), 및 바람직하게는 측정된 NOX 값을 기준 값과 비교하기 위한 제어 유닛(25), 더 바람직하게는, 실린더(21) 안으로 투여되는 환원제의 양을 조절하기 위한 제어 유닛(25)을 포함하는, 내연 엔진(20).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 엔진(20)은 바람직하게는 실린더의 하류에 배치되는 NOX 센서(23), 및 바람직하게는 측정된 NOX 값을 기준 값과 비교하기 위한 제어 유닛(25), 더 바람직하게는, 실린더(21) 안으로 투여되는 환원제의 양을 조절하기 위한 제어 유닛(25)을 포함하는, 내연 엔진(20).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투여 유닛은 실린더의 라이너 또는 커버에 배치되고, 바람직하게는, 연료 분사 장치와 동일한 축선 방향 위치에 배치되는, 내연 엔진(20).
  11. 내연 엔진(20), 바람직하게는 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른내연 엔진(20)의 NOX 배출을 감소시키기 위한 방법으로서,
    600 rpm 보다 작은, 바람직하게는 200 rpm 보다 작은, 더 바람직하게는 150 rpm 보다 작은 느린 엔진 속도 및/또는 0.1 초 보다 큰 사이클 시간으로 내연 엔진(20)을 운전시키는 단계; 및
    특히 NH3을 포함하는 환원제를 실린더(21) 안으로 투여하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    실린더 내의 NOX 양을 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 70%, 더 바람직하게는 적어도 76% 감소시키는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    사이클당 및/또는 실린더(21)의 부피당 실린더(21) 안으로 투여될 환원제의 양은 사이클당 실린더 내에서 생성된 NOX 의 양에 화학양론적으로 대응하도록 결정되는, 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 가스 내의 NOX 함량을 결정하고 바람직하게는 측정된 NOX 함량을 기준 값과 비교하고 또한 더 바람직하게는 실린더(21) 안으로 투여되는 환원제의 투여량을 결정된 NOX 함량에 근거하여 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더(21)를 떠나는 배기 가스를 NH3 슬립을 감소시키기 위한 장치(22)에 안내하는 단계를 포함하고, 이 장치는 특히 SCR 촉매, 가수 분해 촉매 및 NH3 슬립 촉매 장치 중의 적어도 하나를 포함하는, 방법.
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