特開 2020-101176 排気ガス後処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-101176(P2020-101176A)

(43)【公開日】2020年7月2日

(54)【発明の名称】排気ガス後処理システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20200605BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20200605BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20200605BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20200605BHJP

   B01J 23/30 20060101ALI20200605BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 N

   F01N3/08 GZAB

   F01N3/08 H

   F01N13/08 B

   B01D53/94 222

   B01J23/30 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2019-185062(P2019-185062)

(22)【出願日】2019年10月8日

(31)【優先権主張番号】18214209.1

(32)【優先日】2018年12月19日

(33)【優先権主張国】EP

(71)【出願人】

【識別番号】515191442

【氏名又は名称】ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ディルク カダウ

(72)【発明者】

【氏名】マルティン ブルッチェ

【テーマコード（参考）】

3G004

3G091

4D148

4G169

【Ｆターム（参考）】

3G004AA05

3G004EA01

3G091AA04

3G091AA10

3G091AA15

3G091AA18

3G091AA19

3G091AB05

3G091BA01

3G091BA14

3G091CA12

3G091CA13

3G091CA17

3G091EA17

3G091EA33

3G091FA11

3G091GB09W

3G091HA03

3G091HA08

3G091HA36

3G091HA37

3G091HB03

4D148AA01

4D148AA06

4D148AB01

4D148AB02

4D148AB03

4D148AC03

4D148AC04

4D148BA03Y

4D148BA06Y

4D148BA07Y

4D148BA08Y

4D148BA11Y

4D148BA23Y

4D148BA27Y

4D148BA35Y

4D148BA36Y

4D148BB16

4D148CC26

4D148CC32

4D148CC33

4D148CC46

4D148CC61

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA05

4D148DA06

4D148DA08

4G169AA03

4G169BA04B

4G169BC54B

4G169BC60B

4G169CA02

4G169CA03

4G169CA08

4G169CA13

4G169DA05

(57)【要約】

【課題】有害物質を低減する排気ガス後処理システムの提供。
【解決手段】少なくとも１つのシリンダを有する燃焼機関、好ましくは少なくとも２００ｍｍの内径の少なくとも１つシリンダを有する大型船舶機関の排気ガス後処理システムであって、化学組成が異なる第１及び第２の触媒を有し、且つ／又は第１の触媒は第１の機関負荷値で最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、第２の触媒は第１の機関負荷値と異なる第２の機関負荷値で最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、且つ／又は第１の触媒は第１の温度で最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、第２の触媒は第１の温度と異なる第２の温度で最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、且つ／又は第１の触媒は第１の化学反応で有害物質、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減可能であり、第２の触媒は第１の化学反応と異なる第２の化学反応で有害物質、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減可能である、システムが提供される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのシリンダ（２１）を有する燃焼機関（２０）用の、好ましくは少なくとも２００ｍｍの内径（２７）を有する少なくとも１つシリンダ（２１）を備えた大型船舶機関用の排気ガス後処理システム（１０）であって、第１の触媒（１）及び第２の触媒（２）を有する排気ガス後処理システム（１０）において、
前記第１の触媒は、前記第２の触媒と異なる化学組成を有し、且つ／又は
前記第１の触媒（１）は、第１の機関負荷値において、最適動作性能を、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、前記第２の触媒（２）は、第２の機関負荷値において、最適動作性能と、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、前記第１の機関負荷値は前記第２の機関負荷値と異なっており、且つ／又は
前記第１の触媒（１）は、第１の温度において、最適動作性能を、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、前記第２の触媒（２）は、第２の温度において、最適動作性能を、特にＮＯ_Ｘ低減性能を有し、前記第１の温度は前記第２の温度と異なっており、且つ／又は
前記第１の触媒（１）は、第１の化学反応によって有害物質を、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減することができ、前記第２の触媒（２）は、第２の化学反応によって有害物質を、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減することができ、前記第１の化学反応は前記第２の化学反応と異なっている、
排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項2】

前記排気ガス後処理システム（１０）は、前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）の上流に少なくとも１つのバイパス分離デバイス（１７）を有し、
第１のバイパス排気ライン（１８）及び第２のバイパス排気ライン（１９）が、前記少なくとも１つのバイパス分離デバイス（１７）に接続されており、
前記少なくとも１つのバイパス分離デバイス（１７）は、前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）の上流の前記排気ガスを、前記第１のバイパス排気ライン（１８）への第１のガス流れ、及び前記第２のバイパス排気ライン（１９）への第２のガス流れに分離するように構成されており、また
前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）は、前記分離バイパスデバイス（１７）の下流の前記第１のバイパス排気ライン（１８）に配置されている、
請求項１に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項3】

前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び前記第２のバイパス排気ライン（１９）のスループットを設定するためのバイパス調整デバイス（２２）、好ましくは前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び／又は前記第２のバイパス排気ライン（１９）を開閉するための少なくとも１つのバイパス調整弁（２３、２４）を有する、請求項２に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項4】

前記第１のバイパス排気ライン（１７）及び前記第２のバイパス排気ライン（１８）のスループットを制御するための制御ユニット（６）、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷に応じて前記スループットを制御するための制御ユニット（６）を有する、請求項２又は３に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項5】

前記排気ガス後処理システム（１０）は、前記第１の触媒（１）の下流に少なくとも１つの誘導分離デバイス（１１）を有し、
第１の誘導排気ライン（１２）及び第２の誘導排気ライン（１３）が、前記少なくとも１つの誘導分離デバイス（１１）に接続されており、
前記少なくとも１つの誘導分離デバイス（１１）は、前記第１の触媒（１）を出た前記排気ガスを、前記第１の誘導排気ライン（１２）に向かう第１のガス流れ、及び前記第２の誘導排気ライン（１３）に向かう第２のガス流れに分離するように構成されており、また
前記第２の触媒（２）は、前記誘導分離デバイス（１１）の下流の前記第１の誘導排気ライン（１２）に配置されている、
請求項１から４までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項6】

前記第１の誘導排気ライン（１２）及び前記第２の誘導排気ライン（１３）のスループットを設定するための誘導調整デバイス（１４）、好ましくは前記第１の誘導排気ライン（１２）及び／又は前記第２の誘導排気ライン（１３）を開閉するための少なくとも１つの誘導調整弁（１５、１６）を有する誘導調整デバイス（１４）を有する、請求項５に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項7】

前記第１の誘導排気ライン（１２）及び前記第２の誘導排気ライン（１３）のスループットを制御するための制御ユニット（６）、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷に応じて前記スループットを制御するための制御ユニット（６）を有する、請求項５又は６に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項8】

前記排気ガス後処理システム（１０）は、前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）の上流に少なくとも１つの並列化デバイス（２８）を有し、
第１の並列排気ライン（２９）及び第２の並列排気ライン（３０）が、前記少なくとも１つの並列化デバイス（２８）に接続されており、
前記少なくとも１つの並列化デバイス（２８）は、前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）の上流の前記排気ガスを、前記第１の並列排気ライン（２９）への第１のガス流れ、及び前記第２の並列排気ライン（３０）への第２のガス流れに分離するように構成されており、また
前記第１の触媒（１）は前記第１の並列排気ライン（２９）に配置され、前記第２の触媒（２）は前記第２の並列排気ライン（３０）に配置されている、
請求項１から７までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項9】

前記第１の並列排気ライン（２９）及び前記第２の並列排気ライン（３０）のスループットを設定するための並列化調整デバイス（３１）、好ましくは前記第１の並列排気ライン（２９）及び／又は前記第２の並列排気ライン（３０）を開閉するための少なくとも１つの並列調整弁（３２、３３）を有する、請求項８に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項10】

前記第１の並列排気ライン（２９）及び前記第２の並列排気ライン（３０）のスループットを制御するための制御ユニット（６）、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度及び／又は機関負荷に応じて前記スループットを制御するための制御ユニット（６）を有する、請求項８又は９に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項11】

１つのＮＯ_Ｘセンサ（４、５、８）、好ましくは２つ又は３つのＮＯ_Ｘセンサ（４、５、８）を有する、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項12】

測定又は算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値を、基準値と比較するための制御ユニット（６）を有する、請求項１１に記載の排気ガス後処理システム（１０）。

【請求項13】

請求項１から１２までに記載の排気ガス後処理システム（１０）を有する、少なくとも１つのシリンダ（２１）を備えた内燃機関（２０）、好ましくは少なくとも２００ｍｍの内径（２７）を有する少なくとも１つのシリンダ（２１）を備えた大型船舶機関。

【請求項14】

内燃機関のＮＯ_Ｘ排出物等の有害排出物を、請求項１から１２までの１つに記載の排気ガス後処理システム（１０）内で低減するための方法であって、排気ガスは、シリンダ（２１）の出口（７）を通って排出される、方法。

【請求項15】

内燃機関のＮＯ_Ｘ排出物等の有害排出物を排気ガス後処理システム（１０）内で低減するための、好ましくは請求項１４に記載の方法であって、排気ガスは、シリンダ（２１）の出口（７）を通って排出される、方法において、
第１の並列排気ライン（２９）及び第２の並列排気ライン（３０）のスループットを、好ましくは測定又は算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷に応じて制御するステップであって、前記第１の並列排気ライン（２９）及び前記第２の並列排気ライン（３０）は、第１の触媒（１）及び第２の触媒（２）の上流に配置された少なくとも１つの並列化デバイス（２８）に接続されており、前記第１の触媒（２）は前記第１の並列排気ライン（２９）に配置され、前記第２の触媒（２）は前記第２の並列排気ライン（３０）に配置されている、ステップ、及び／又は
前記排気ガスの少なくとも一部を第１の触媒（１）に案内するステップ、
第１の誘導排気ライン（１２）及び第２の誘導排気ライン（１２）のスループットを、好ましくは測定又は算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷に応じて制御するステップであって、前記第１の誘導排気ライン（１２）及び前記第２の誘導排気ライン（１３）は、前記第１の触媒（１１）の下流に配置された少なくとも１つの誘導分離デバイス（１１）に接続されており、第２の触媒（２）は前記第１の誘導排気ライン（１２）に配置され、前記第２の誘導排気ライン（１３）は前記第１の触媒（２）をバイパスする、ステップ、
を有する方法。

【請求項16】

内燃機関のＮＯ_Ｘ排出物等の有害排出物を排気ガス後処理システム（１０）内で低減するための、好ましくは請求項１４又は１５に記載の方法であって、排気ガスは、シリンダ（２１）の出口（７）を通って排出される、方法において、
第１のバイパス排気ライン（１８）及び第２のバイパス排気ライン（１９）のスループットを、好ましくは測定又は算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷に応じて制御するステップであって、前記第１のバイパス排気ライン（１８）及び前記第２のバイパス排気ライン（１９）は、前記第１の触媒（１）の上流に配置された少なくとも１つの誘導分離デバイス（１７）に接続されており、前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）は前記第１のバイパス排気ライン（１８）に配置され、前記第２のバイパス排気ライン（１９）は前記第１の触媒（１）及び前記第２の触媒（２）をバイパスする、ステップ、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つのシリンダを持つ燃焼機関、好ましくは、少なくとも２００ｍｍの内径を持つ少なくとも１つのシリンダを備えた大型船舶機関用の排気ガス後処理システム、内燃機関、及び内燃機関の有害排出物（ｎｏｘｉｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）を低減するための方法を対象とする。

【0002】

本発明は、燃焼機関及びその排出物低減の技術分野に関する。

【背景技術】

【0003】

本発明は、好ましくは、そのシリンダが少なくとも２００ｍｍの内径を持つ大型の舶用の、すなわち船用の機関、又は定置機関のような内燃機関に関する。機関は２ストローク機関又は２ストローク・クロス・ヘッド機関であることが好ましい。機関はディーゼル又はガス機関とすることができ、２元燃料又は多元燃料機関とすることができる。この種の機関では、液体及び／又はガス状燃料を燃焼可能で、さらには自己着火（ｓｅｌｆ−ｉｇｎｉｔｉｎｇ）又は強制点火が可能である。

【0004】

内燃機関は長手方向掃気式（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ ｆｌｕｓｈｅｄ）の２ストローク機関とすることができる。

【0005】

また、内燃機関の用語は、燃料の自己着火を特徴とするディーゼル・モードだけでなく、燃料のポジティブ点火を特徴とするオットー・モード（Ｏｔｔｏ ｍｏｄｅ）でも、又はその２つの組合せでも運転可能な大型機関を指す。さらに、内燃機関の用語は、特に二元燃料機関、及び燃料の自己着火が別の燃料のポジティブ点火のために使用される大型機関を含む。

【0006】

機関回転速度は８００ＲＰＭ（４ストローク）未満が好ましく、低速機関の称号を指す２００ＲＰＭ（２ストローク）未満がより好ましい。

【0007】

燃料は、ディーゼル若しくは舶用ディーゼル油、又は重質燃料油、又はエマルジョン、又はスラリー、又はメタノール、又はエタノール、並びに液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ：ｌｉｑｕｉｄ ｐｅｔｒｏｌ ｇａｓ）等のようなガスとすることができる。

【0008】

更に考え得る、使用し得る燃料は、ＬＢＧ（液化バイオ・ガス：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｌｄ Ｂｉｏ−ｇａｓ）、バイオ燃料（例えば、藻類から得られる油）、水素、ＣＯ_２からできた合成燃料（例えば、パワー・トゥ・ガス又はパワー・トゥ・リキッドにより作られたもの）である。

【0009】

大型船、特に貨物を輸送するための船舶は、通常内燃機関、特にディーゼル及び／又はガス機関、ほとんどが２ストロークのクロスヘッド機関を動力とする。重質燃料油、舶用ディーゼル油、ディーゼル又は他の液体のような液体燃料の場合、並びにＬＮＧ、ＬＰＧ又はその他のようなガス状燃料を機関で燃焼する場合、この燃焼プロセスからの排気はＩＭＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ） Ｔｉｅｒ ＩＩＩ等の現行の規則に準拠するように清浄化される必要がある。

【0010】

とりわけＴｉｅｒ Ｉ〜ＩＩＩ基準と一般的に呼ばれるＩＭＯ排出基準は、既存及び新規の舶用機関に対するＮＯ_Ｘ排出基準を規定している。

【0011】

大型船に対して、特に窒素酸化物の排出物に関し、排出物への要求が増加してきている。従って、これらの船の内燃機関により排出される排気ガス内の窒素酸化物の量を低減する必要がある。

【0012】

ＳＣＲ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択式触媒還元）技術は燃焼機関の排気ガス内の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）レベルを低減するために使用される。ＳＣＲは、例えば高荷重の車両、産業用プラント及びその他の用途の陸ベースの機関に一般的に使用される。ＳＣＲ技術は海洋環境においても、２ストローク・ディーゼル機関との組合せで使用されてきている。前記舶用ディーゼル機関及び陸ベースの機関に対する規制上の要求により、効率的なＳＣＲシステムの必要性が増加している。

【0013】

ＳＣＲは、ＳＣＲ触媒内でアンモニア（ＮＨ_３）を用いて排気ガス中の窒素酸化物を還元することに基づいて良い。典型的には、アンモニアは、燃焼機関の排気ガスの中に、尿素水（ｕｒｅａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）等のアンモニア前駆物質を噴射することにより生成される。例えば尿素水を高温の排気ガス中にノズルを介して噴霧し、そこで液体尿素水はアンモニア、二酸化炭素及び水蒸気へと反応を起こす。アンモニアは次に、ＳＣＲ反応器内の触媒の作用の下で、窒素酸化物を窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元する。液体尿素からのアンモニアの生成は吸熱性である。従って、排気ガスが十分に高温である場合にのみ、尿素水の分解は完了し、そして窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）は窒素（Ｎ_２）に還元される。

【0014】

欧州特許第３１４９２９８（Ｂ１）号は、アンモニア前駆物質を加えるための添加デバイスに加水分解触媒コンバータを付与した後処理システムを開示している。加水分解触媒コンバータを介して、ＳＣＲ触媒の上流におけるアンモニア前駆物質のアンモニアへの転化（ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を改善又は促進することができる。

【0015】

知られている燃焼機関内ＳＣＲ反応器の問題の１つは、ＮＯ_Ｘ含有量を十分に低減することである。従って、その中で排気ガスが十分な滞留時間を持てる大容量のＳＣＲ反応器が必要となる。大容量のＳＣＲ反応器は多くの空間を必要とし、費用が増加する。

【0016】

ＳＣＲ技術で典型的に使用される触媒は、ＴｉＯ_２により担持されたバナジウム、タングステンを有するか、又は、例えば銅ゼオライト（Ｃｕ／Ｚｅｏｌｉｔｅ）若しくは鉄ゼオライト（Ｆｅ／Ｚｅｏｌｉｔｅ）のような金属置換ゼオライトであるかのいずれかである。バナジウムは、ＮＯ_Ｘの酸化を促進する。しかしながら、バナジウムの含有量は低く保たなければならない。何故ならば、さもないと、機関の高負荷帯及びそれぞれの高温度帯において、ＳＯ_２がＳＯ_３に酸化するからで、ＳＯ_３はある濃度以上の場合に煙突の中及び下流で硫酸の青い煙条（ｐｌｕｍｅ）を生成し、それは如何なる費用を掛けても防止しなければならない。バナジウム含有量が高いと、３５０°Ｃを超える温度において、ＮＨ_３がＮＯ_Ｘへ酸化する恐れもある。その結果、より多くの還元剤を噴射しなければならなくなる。さらに、バナジウム含有量が高く、そして特にバナジウムとタングステンが組み合わさることで、３５０°Ｃを超える温度においてＮ_２Ｏ生成の増加が促進される。

【0017】

ＳＣＲ触媒の性能は、温度にきわめて依存する。このため、並列に配置した２つ以上のＳＣＲ触媒を備えた排気ガス後処理システムを使用することが知られている。この後処理システムによって、暖機時間中はシステムのある部分、及び少ない数のＳＣＲ反応器のみを選択的に作動可能とし得る。排気ガスの全熱エネルギーによって、使用する容積が、全容積の場合よりも速く加熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】欧州特許第３１４９２９８（Ｂ１）号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

従って、従来技術の欠点を防止し、且つ、運転費用の減少、後処理システム容積の減少、Ｎ_２Ｏ及びＳＯ_３等の副反応生成物の排出最小化、並びに／又はアンモニア若しくはアンモニア前駆物質等の還元剤添加の減少が保証される排気ガス後処理システム、内燃機関、及び内燃機関のＮＯ_Ｘ排出物を減らすための方法を作り出すことが、本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本目的は、少なくとも第１の触媒及び第２の触媒を有する、燃焼機関用の排気ガス後処理システムによって達成される。

【0021】

燃焼機関は、少なくとも１つのシリンダを持つ。燃焼機関は、少なくとも１つの、少なくとも２００ｍｍの内径を持つシリンダを備えた大型船舶機関であることが好ましい。

【0022】

第１の触媒は、第２の触媒とは異なる化学組成を持つ。

【0023】

第１の触媒は、第１の化学組成を持つ物質を有し、第２の触媒は、第１の化学組成とは異なる第２の化学組成を備えた物質を有して良い。

【0024】

第１及び第２の触媒は、異なる材料からなる担持構造（ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有して良い。或いは、第１及び第２の触媒は同一材料からなる担持構造を有して良く、その担持構造は、異なる被覆又はドーピングを持って良い。

【0025】

これらの触媒は異なるバナジウム含有量を有して良い。触媒の１つは銅／鉄ゼオライト触媒等のゼオライト・ベース触媒であって良い。触媒の１つは第１の被覆を備えた金属の基材を有して良い。第２の触媒は、第１の被覆と異なる第２の被覆を有して良い。

【0026】

或いは又は加えて、第１の触媒は第１の機関負荷値において、その最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を持ち、第２の触媒は第２の機関負荷値において、最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を持ち、ここで、第１の機関負荷値は第２の機関負荷値とは異なる。

【0027】

或いは又は加えて、第１の触媒は第１の温度において、その最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を持ち、第２の触媒は第２の温度において、その最適動作性能、特にＮＯ_Ｘ低減性能を持ち、ここで、第１の温度は第２の温度とは異なる。

【0028】

第１の触媒は、ＴｉＯ_２に担持されたバナジウム又はタングステンを有する第２の触媒よりも低い温度で、その最適のＮＯ_Ｘ低減性能を持つゼオライト触媒であって良い。

【0029】

或いは又は加えて、第１の触媒は第１の化学反応により、及び／又は第１の触媒材料により、有害物質、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減する能力があり、第２の触媒は第２の化学反応により、及び／又は第２の触媒材料により、有害物質、特にＮＯ_Ｘ含有量を低減する能力があり、ここで、第１の化学反応は第２の化学反応とは異なり、且つ／又は第１の触媒材料は第２の触媒材料とは異なる。

【0030】

従って、第１の触媒及び第２の触媒は、異なる型からなり、ここで型とは、化学組成、並びに／又は、機関負荷及び／若しくは温度に対する最適動作性能によって、並びに／或いはそれぞれの化学反応、並びに／又は異なる触媒材料に起因する低減能力によって、定義して良い。

【0031】

排気ガス後処理システムは、少なくとも２つの、異なる型の触媒を有する。

【0032】

排気ガス後処理システムは、更なる触媒を有して良く、これらの触媒の一部は同一の型であって良く、且つ／又は３つ以上のそれぞれ異なる型の触媒があって良い。

【0033】

個別の型のそれぞれの触媒は、温度領域（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｎｄｏｗ）、機関負荷領域、及び／又は排気ガスの個別の組成等の、個別の作動条件に対して最適化されて良い。典型的には、作動条件は、運転の過程の間に変化する。温度及び／又は機関負荷は上昇又は低下することがあり、排気ガスは、運転温度に起因して、又は燃料の変化に起因してその組成が変化することがある。

【0034】

それぞれの運転条件に対して、排気ガス後処理システムは、最適触媒性能を提供できる。

【0035】

各運転条件に対して最適な触媒が提供されるので、機関の全運転範囲にわたって排出物を最少とすることができる。

【0036】

運転状況毎に、適切な触媒、又は触媒の組合せが選定可能なので、副生成物の排出を最少にでき、過度の触媒スペースを設ける必要が無く、且つ過度の還元剤を添加する必要が無い。従って、運転費用を最少とすることができる。

【0037】

触媒性能は、有害物質を低減する能力によって規定して良い。よって、ＮＯ_Ｘ低減性能が、触媒性能に対する尺度となり得る。

【0038】

触媒性能は、ＳＯ_３又はＮ_２Ｏ等の好ましくない副生成物の発生を防止する能力によって規定しても良い。

【0039】

触媒のうちの少なくとも１つは、典型的にＴｉＯ_２で担持されたバナジウム、タングステンを有するか、又は、例えば銅／ゼオライト若しくは鉄／ゼオライトのような金属置換ゼオライトのＳＣＲ触媒であって良い。

【0040】

排気ガス後処理システムは、アンモニア又はアンモニア前駆物質、例えば尿素等の還元剤のための添加ユニットを有して良い。

【0041】

添加ユニットも、排気ガス後処理システムの上流に配置して良い。

【0042】

第１及び第２の触媒は、異なるバナジウム含有量を有するＳＣＲ触媒であって良い。

【0043】

第１の触媒のバナジウム含有量は、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上であって良い。割合は、触媒被覆の合計重量を指す。第２の触媒のバナジウム含有量は、０．３％未満で良い。

【0044】

機関負荷が低い、及び／又は温度がより低い間は、バナジウム含有量がより高い第１の触媒を使用して良い。温度及び／又は機関負荷が上昇時、バナジウム含有量がより低い第２の触媒を使用して良い。

【0045】

排気ガス後処理システムは、それぞれ異なるバナジウム含有量を持つ３つ以上のＳＣＲ触媒を有しても良い。

【0046】

第２次ＳＣＲの触媒は、第１次ＳＣＲ反応器のエレメントの配合と比べ、わずかに変更された触媒配合を備え、第１次ＳＣＲ触媒の下流で排気ガス・ダクト内に配置して良い。第２のＳＣＲ触媒は、反応物スリップのレベルが高くなることを防止するために、高い選択性と転化性能が可能であって良い。この場合、第２のＳＣＲ触媒は、主にアンモニア分解触媒である。

【0047】

高い反応物スリップは、過剰な量の還元剤が第１次ＳＣＲ反応器の中、又は上流に噴射された結果として引き起こされ得る。高レベルの反応物スリップに関係する他の原因は、空間速度による排気ガス中の反応物の不十分な混合、及び／又は触媒モジュールの入口面を横切る濃度勾配によって、未反応の反応物の筋（ｓｔｒｅａｋｓ）が触媒を通過することを引き起こすためと考えられる。

【0048】

反応物添加制御システムの偏差（ｏｆｆｓｅｔ）も、現下の条件に従って適切に調整されなければ、過渡的事象の間にスリップがより高くなることに影響を及ぼし得る。

【0049】

反応物スリップ・レベルの上昇は、第１次ＳＣＲ触媒の下流に触媒を設置することによって緩和することができる。排出規制の違反がさらに防止され、還元剤がより効率的に使用される。

【0050】

第２の触媒の大きさ及び化学組成は、最小の触媒容積を使用しながら、触媒性能が要求される性能を満足するように選定することが好ましい。

【0051】

この種の用途のための触媒の組成は、標準的なＳＣＲ組成、又はその変種のいずれかとなろう。アンモニア分解触媒の組成を使用するのが好ましい。例えば、第２の触媒は、プラチナ及び／又はパラジウム被覆等の貴金属被覆を有して良い。

【0052】

触媒デバイスの第１の部分がＳＣＲ触媒であり、触媒デバイスの第２の部分がアンモニア分解触媒のような、異なる層を同じ基材上に配置しても良い。好ましい形態では、第１の部分が第２の部分の上流に配置される。

【0053】

別法としては、第１のＳＣＲ触媒とアンモニア分解触媒を異なる反応器に配置する。

【0054】

異なる型の触媒を、並列及び／又は直列に配置することができる。

【0055】

複数の触媒を一つの触媒反応器内に配置し、それぞれ触媒コンバータを形成することが好ましい。各触媒は、別々の触媒反応器に配置して良い。２つ以上の触媒が一つの触媒反応器内に配置されて良く、又は、さらには全ての触媒が同じ触媒反応器内に配置されても良い。

【0056】

従って、触媒の数に起因してシステムの複雑さが増加するかもしれないが、触媒反応器の組み立ての労力は低くできる可能性がある。

【0057】

第１の触媒は、加水分解触媒であって良く、第２の触媒は、好ましくは加水分解触媒の下流に配置されたＳＣＲ触媒であって良い。

【0058】

加水分解触媒はＴｉＯ_２を有して良いが、ＳＣＲ触媒はタングステン酸化物又はバナジウム酸化物をドープしたＴｉＯ_２を有して良い。従って、加水分解触媒とＳＣＲ触媒は、異なる化学組成を持つ。

【0059】

加水分解触媒のＮＯ_Ｘ低減性能が最適となる温度は、ＳＣＲ触媒のＮＯ_Ｘ低減性能が最適となる温度よりも高い。

【0060】

ＳＣＲ触媒においては、ＮＯ_Ｘ分（ｃｏｎｔｅｎｔ）は触媒の影響の下で、アンモニアによって窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）に還元される。

【0061】

所与の量のＮＯ_Ｘを低減するための加水分解触媒とＳＣＲ触媒の合計の容積は、同量のＮＯ_Ｘを低減するための独立型のＳＣＲ触媒の容積よりも少ないか、同等である。加水分解触媒とＳＣＲ触媒の合計の容積は、４００ｌ／ＭＷよりも小さいことが好ましい。

【0062】

ＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ反応器内に配置して良い。加水分解触媒は、加水分解触媒反応器内に配置して良い。

【0063】

ＳＣＲ触媒及び加水分解触媒は、共通の反応器内に配置して良い。

【0064】

加えて又は或いは、ＳＣＲ触媒のバナジウム含有量は、０．３％以上、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上であって良い。割合は、触媒被覆の合計重量を指す。

【0065】

加えて又は或いは、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、好ましくは少なくとも９０％の機関負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス質量流量において、ＳＣＲ触媒内の排気ガスの滞留時間が０．５秒未満、より好ましくは０．３秒未満となるように設計される。

【0066】

特に加水分解触媒及びＳＣＲ触媒の容積は、全負荷において滞留時間が短くなるように適合される。

【0067】

加えて又は或いは、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は同じ触媒基材上に配置される。

【0068】

ＳＣＲ触媒は、バナジウム、タングステン及び／又はＴｉＯ_２、好ましくはバナジウム及びタングステンをドープしたＴｉＯ_２を有することが好ましい。

【0069】

加水分解触媒は、ＨＮＣＯをＮＨ_３に加水分解するのを促進するだけでなく、尿素分子をＨＮＣＯ及びＮＨ_３へも分解する。さらには、高負荷において呈される排気ガス温度においては、加水分解触媒内でＨＮＣＯの加水分解が起こるだけでなく、ＳＣＲ反応に似た、ＮＯ_Ｘが著しく低減される副反応も起こる。

【0070】

このため、加水分解触媒内で既に低減されたＮＯ_Ｘは全て、加水分解触媒の下流に配置されたＳＣＲ触媒内には存在しないことになる。従って、ＳＣＲ触媒はより少ない量のＮＯ_Ｘのみを低減すれば良い。

【0071】

従って、加水分解触媒及びＳＣＲ触媒を有する触媒システム全体の必要容積は、同一のＮＯ_Ｘ低減に対する独立型ＳＣＲ触媒の必要容積よりも小さくなる。触媒の合計容積は、独立型のＳＣＲ触媒に比べて、少なくとも８〜１０％減少できる。

【0072】

本発明では、触媒の容積とは、触媒の外被容積（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｖｏｌｕｍｅ）であると理解されたい。

【0073】

ＳＣＲ触媒は、加水分解触媒と組み合わされた場合、より少ない量のＮＯ_Ｘを低減すれば良いため、ＳＣＲ触媒の容積はより小さくでき、且つ／又は、反応時間、従ってＳＣＲ触媒内の滞留時間をより短くできる。

【0074】

排気ガスが短時間しかＳＣＲ触媒内にとどまらないことがあり、より大きな独立型ＳＣＲ触媒について言えば、ＳＣＲ触媒のバナジウム含有量がより高くなる可能性がある。何故ならば、ＳＯ_２の酸化反応時間並びにＮ_２Ｏの生成時間も短くなるからである。さらには、バナジウム含有量が高い小さなＳＣＲ触媒は、バナジウム含有量が低い大きなＳＣＲ触媒と同じＮＯ_Ｘ酸化速度を提供する可能性がある。

【0075】

ＳＣＲ触媒内で酸化されるのはＮＨ_３のわずかな部分のみであり、ＮＨ_３の大部分が効率的に使用される。従って、より少ない量のＮＨ_３を供給すれば良い。ＳＣＲ触媒内でＮＯ_Ｘへ酸化されるかもしれず、又はアンモニア・スリップとして残留する、過剰な量のＮＨ_３を供給するリスクを低減することができる。尿素の過剰添加が防止できる。

【0076】

機関の低負荷帯及びその低い温度帯では、「ＳＣＲ反応」の大部分、及び、従って、ＮＯ_Ｘ低減の大部分が、ＳＣＲ触媒内で行われる。しかし、低負荷の間、加水分解触媒は少なくともＨＮＣＯからＮＨ_３への加水分解をもたらすことで、この反応をＳＣＲ触媒内で行う必要が無く、ＳＣＲ触媒内に加水分解のためのスペースを設けなくて良いようになる。加水分解触媒は、尿素の分解も促進し、噴射された尿素のほぼ全てがＳＣＲ触媒の入口においてＮＨ_３の形となるようにするので、ＳＣＲ触媒内に追加の容積を設ける必要が無くなる。

【0077】

特に低負荷においては、高いバナジウム含有量、すなわち０．３％より高い、好ましくは０．５％以上、より好ましくは０．７％以上を有するＳＣＲ触媒が非常に高い活性を持ち、従って小さなＳＣＲ触媒も、バナジウム含有量が低い、より大きなＳＣＲ触媒と同じ性能に達することができる。

【0078】

より高い機関負荷運転において、加水分解触媒は、やはりＨＮＣＯのＮＨ_３への加水分解をもたらすが、ＮＯ_Ｘ低減の大半を賄う。加水分解触媒内部で低減されなかったわずかな量のＮＯ_ＸのみをＳＣＲ触媒内で低減することになる。

【0079】

加水分解触媒及びＳＣＲ触媒を、例えば同じ触媒基材上に配置することにより、１つのデバイスとして構成する場合、よりコンパクトな配置さえ実現可能である。排気ガスは、加水分解触媒からＳＣＲ触媒へ直接流れることができる。

【0080】

触媒基材は金属製又はセラミック製であって良い。基材は被覆しても良い。例えば、触媒デバイスの入口はＴｉＯ_２のみで被覆され、一方で基材の下流部分は、バナジウム、タングステン及びＴｉＯ_２で被覆されて良い。

【0081】

排気ガス後処理システムは加水分解触媒を有しても良く、その加水分解触媒は、少なくとも４２０°Ｃの温度、及び／又は少なくとも９０％の機関負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス質量流量において、加水分解触媒内のＮＯ_Ｘの濃度を、少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは２０％低減する能力を有する。加水分解触媒は、要求されるＮＯ_Ｘ低減性能が達成される大きさにすることが好ましい。

【0082】

加水分解触媒は、ＴｉＯ_２、及び／又はＺｒＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＨ−ＺＳＭ−５を有して良い。

【0083】

加水分解触媒及びＳＣＲ触媒は、同じ触媒基材上に配置されて良い。

【0084】

排出規制等の適用可能な規則、燃料の形式、機関の出力レベル、温度、求められる出力、及び更なる要素により、排気は様々なシステムによって処理する必要がある。従って、排気は船の機関の排気システムの中で、様々な方向に方向転換することができる。

【0085】

有益な一実施例においては、排気ガス後処理システムは、第１の触媒及び第２の触媒の上流に少なくとも１つのバイパス分離デバイスを有する。

【0086】

第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインは、少なくとも１つのバイパス分離デバイスに接続される。少なくとも１つのバイパス分離デバイスは、第１の触媒及び第２の触媒の上流の排気ガスを、第１のバイパス排気ラインに向かう第１のガス流れ、及び第２のバイパス排気ラインに向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第１の触媒及び第２の触媒は、分離バイパスデバイスの下流の第１のバイパス排気ライン中に配置される。

【0087】

このように、バイパスが設けられ、このバイパスは、排気ガスの少なくとも一部を分岐し、この部分が第１の触媒及び第２の触媒に入らないようにする。

【0088】

第１のバイパス排気ライン中に３つ以上の触媒が配置されて良い。

【0089】

第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインは、第１と第２のガス流れが１つのラインに合流するように、触媒の下流で一緒になって良い。

【0090】

排気ガス後処理システムは、第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインのスループットを設定するためのパイパス調整デバイスを有すことが好ましい。

【0091】

バイパス調整デバイスは、第１のバイパス排気ライン及び／又は第２のバイパス排気ラインを開閉するための少なくとも１つのバイパス調整弁が組み込まれて良い。

【0092】

第１のパイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインのそれぞれに１つの弁があって良い。従って、シリンダを出た全排気ガスの所望の割合が、第１のバイパス排気ライン、従って第１の触媒及び第２の触媒を通るように導かれて良い。

【0093】

第１の触媒及び第２の触媒を有する全触媒システムは、例えば、より高いＮＯ_Ｘレベルが許容されると考えられ得る状況を規定するＴｉｅｒ ＩＩモードにおいては、分離されて全排気ガスが触媒を通過しないようにしても良い。

【0094】

有利なことに、排気ガス後処理システムは、第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインのスループットを、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、還元剤（例えばアンモニア）の含有量、及び／又は機関の負荷によって制御するための制御ユニットを有する。

【0095】

例えば、第１及び第２の触媒の下流、又は第１と第２のガス流れの合流点下流のＮＯ_Ｘ値を測定することによって算出され得る（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ）システム全体の性能によって、及び／又は必要とされる性能によって、より多くの、又はより少ない排気が、第１のバイパス排気ライン及び／又は第２のバイパス排気ラインを通るように導かれて良い。運転中、スループットはそれぞれの運転状態によって調節されて良い。

【0096】

本発明の好ましい一実施例では、排気ガス後処理システムは、第１の触媒の下流に少なくとも１つの誘導（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）分離デバイスを有する。第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインは、少なくとも１つの誘導分離デバイスに接続される。少なくとも１つの誘導分離デバイスは、第１の触媒を出た排気ガスを、第１の誘導排気ラインに向かう第１のガス流れ、及び第２の誘導排気ラインに向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第２の触媒は、誘導分離デバイスの下流の第１の誘導排気ライン中に配置される。

【0097】

もう１つ以上の触媒、及び／又は少なくとももう１つの誘導分離デバイスが、第１の誘導排気ライン中に配置されて良い。

【0098】

このように、バイパスが設けられ、このバイパスは、第１の触媒を出た排気ガスの少なくとも一部を分岐し、この部分が第２の触媒に入らないようにする。

【0099】

第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインは、第１と第２のガス流れが１つのラインに合流するように、第２の触媒の下流で一緒になって良い。

【0100】

例えば第１の触媒が、高い機関負荷において、Ｔｉｅｒ ＩＩＩレベルまで完全にＮＯ_Ｘを低減するように設計された場合、第２の触媒はこの状況では必要ではない可能性がある。第１の触媒下流の誘導分離デバイスにより、第２の触媒をバイパスすることができる。

【0101】

排気ガス後処理システムは、第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインのスループットを設定する誘導調整デバイスを有することが好ましい。特に、誘導調整デバイスは、第１の誘導排気ライン及び／又は第２の誘導排気ラインを開閉するための少なくとも１つの誘導調整弁を有する。

【0102】

従って、第１の触媒を出た排気ガスの所望の割合が、第１の誘導排気ラインを通り、従って第２の触媒を通るように導かれて良い。

【0103】

第１の触媒の下流の誘導分離デバイスにより、例えば機関負荷が低い時にのみ、第１と第２の触媒の組合せを使用することができる。

【0104】

有利なことに、排気ガス後処理システムは、第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインのスループットを、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、還元剤（例えばアンモニア）の含有量、及び／又は機関の負荷によって制御するための制御ユニットを有する。運転中、それぞれの運転条件に従って、スループットを調整することができる。

【0105】

第２の触媒の下流、又は第１及び第２のガス流れの合流点の下流で測定されたＮＯ_Ｘの値が、所与の値を超過する場合、又は第１の触媒の上流で測定されたＮＯ_Ｘ値と、第２の触媒の下流又は第１と第２のガス流れの合流点の下流で測定されたＮＯ_Ｘの値との間の差が、所定の値未満に低下した場合、性能が過小と考えられ得る。この場合、制御ユニットは、第１の誘導排気ラインを開ける、且つ／又は第１のガス流れを増すことを発動することができる。

【0106】

有益な一実施例では、排気ガス後処理システムは、第１の触媒及び第２の触媒の上流に、少なくとも１つの並列化デバイスを有する。第１の並列排気ライン及び第２の並列排気ラインは、少なくとも１つの並列化デバイスに接続される。少なくとも１つの並列化デバイスは、第１の触媒及び第２の触媒の上流の排気ガスを、第１の並列排気ラインに向かう第１のガス流れ、及び第２の並列排気ラインに向かう第２のガス流れに分岐するように構成される。第１の触媒は、第１の並列排気ライン中に配置され、第２の触媒は、第２の並列排気ライン中に配置される。

【0107】

好ましくは、排気ガス後処理システムは、第１の並列排気ライン及び第２の並列排気ラインのスループットを設定する並列化調整デバイス、好ましくは第１の並列排気ライン及び／又は第２の並列排気ラインを開閉するための少なくとも１つの並列調整弁を有する。

【0108】

並列化調整デバイスにより、第１若しくは第２の触媒のいずれかを使用すること、又は両方の触媒を並列に使用することが可能となる。

【0109】

並列化調整デバイスは、並列に配置され、それぞれの排気ライン中に少なくとも１つの触媒が配置された、３つ以上の排気ラインのスループットを設定するように構成されて良い。これらの触媒は異なる型であって良い。

【0110】

有利なことに、排気ガス後処理システムは、第１の並列排気ライン及び第２の並列排気ラインのスループットを、好ましくは有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、還元剤（例えばアンモニア）の含有量、及び／又は機関の負荷によって制御し、そして運転中にそれぞれの運転状況に従ってスループットを調整するための制御ユニットを有する。

【0111】

制御ユニットは、第１のバイパス排気ライン、第２のバイパス排気ライン、第１の誘導排気ライン、第２の排気ライン、第１の並列排気ライン、及び／又は第２の並列排気ラインを通るスループットを制御して良い。

【0112】

排気ガス後処理システムは、バイパス分離デバイス及び誘導分離デバイスを有して良い。誘導分離デバイスは、第１の触媒の下流の第１のバイパス排気ライン中に配置されて良い。

【0113】

第２のバイパス排気ラインは、第２の誘導排気ラインと合流して良く、第１の誘導排気ライン及び第２のバイパス排気ラインは、ガス流れが合流するように、第２の触媒の下流で一緒になって良い。

【0114】

排気ガス後処理システムは、バイパス分離デバイス及び並列化デバイスを有して良い。並列化デバイスは第１のバイパス排気ライン中に配置されて良い。

【0115】

排気ガス後処理システムは、誘導分離デバイス及び並列化デバイスを有して良い。

【0116】

誘導分離デバイスは、第１の触媒の下流の第１の並列排気ライン中に配置されて良い。第２の並列排気ラインは、第２の触媒の上流で第１の誘導排気ラインと合流して良い。この配置の場合、触媒は並列及び直列に使用することができる。

【0117】

或いは、並列化デバイスは、誘導分離デバイスの下流の第２の誘導排気ライン中に配置されて良い。

【0118】

排気ガス後処理システムは、バイパス分離デバイス、誘導分離デバイス及び並列化デバイスを有して良い。

【0119】

上述の、誘導分離デバイスと並列化デバイスの組合せは、第１のバイパス排気ライン中に配置されて良い。

【0120】

様々なバイパスのコンセプトが、様々な運転コンセプトに適用され、残留還元剤（例えばＮＨ_３）とＮＯ_Ｘとの間の排気ガス比率の大幅な変更が実現できる。

【0121】

実行可能な選択肢としては、排気ガスの残留還元剤（例えばＮＨ_３）とＮＯ_Ｘの濃度が等しく維持されている場合には、排気ガスを第１のＳＣＲ触媒上にのみ誘導することができる。このシナリオでは、ＳＣＲ触媒は、十分なＮＯ_Ｘによって還元剤（ＮＨ_３）の化学式通りの減少を提供する。

【0122】

ＮＯ_Ｘが存在する中で、残留反応物（ＮＨ_３）を減少させるための標準的なＳＣＲの配合（ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）は、貴金属触媒に勝る確かな選択である。何故ならば、それは、例えば排気ガスに含まれる微量元素（ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）、例えば硫黄によって引き起こされる、特に化学的な非活性化に対して、より抵抗力があるからである。

【0123】

第１次ＳＣＲ反応器の下流の排気ガス中に、ＮＨ_３がＮＯ_Ｘよりも高い濃度で存在する場合は、高い残留反応物（例えばＮＨ_３）の濃度を補正するために、ＳＣＲ触媒と第２のアンモニア分解触媒の組合せを、ＳＣＲ触媒の下流で使用して良い。

【0124】

第１次ＳＣＲ触媒の下流で、排気ガス中にＮＨ_３のみが存在し、例えばＮＯ_Ｘは微量元素レベルのみ存在する場合、アンモニア分解触媒が第１のＳＣＲ触媒の下流に設けられて良い。

【0125】

運転変更と同時に、ＮＯ_Ｘ濃度の形成が減少し、一方で残留反応物（ＮＨ_３）の濃度はまだ高く維持されている場合は、排気ガスを徐々にアンモニア分解触媒上に導くことができる。

【0126】

有利な一実施例では、排気ガス後処理システムは、１つのＮＯ_Ｘセンサ、好ましくは２つのＮＯ_Ｘセンサ等の、有害排出物を測定するためのセンサを有する。

【0127】

加えて又は或いは、排気ガス後処理システムは、好ましくない副反応生成物を測定するための少なくとも１つのセンサを有して良い。

【0128】

加えて又は或いは、排気ガス後処理システムは、残留還元剤（例えばＮＨ_３）を測定する少なくとも１つのセンサを有して良い。

【0129】

特に、排気ガス後処理システムは、ＮＯ_Ｘセンサ等の３つのセンサを有して良く、これらは第１及び／又は第２の触媒の上流に配置された第１のセンサ、第１の触媒の下流に配置された第２のセンサ、及び第２の触媒の下流に配置された第３のセンサであって良い。

【0130】

ＮＯ_Ｘセンサ等のセンサは、第１の触媒の下流及び／又は第２の触媒の下流に配置されることが好ましい。ＮＯ_Ｘセンサは、第１及び／又は第２の触媒の上流にも配置されて良い。

【0131】

排気ガス後処理システムの様々な段階で、ＮＯ_Ｘ含有量等の有害排出物を測定することで、それぞれの触媒の有効性及び／又は性能を監視することができる。

【0132】

ＮＯ_Ｘセンサの代わりに、ＮＯ_Ｘ含有量に関する判定が得られるデータを収集するセンサを使用して良い。

【0133】

排気ガス後処理システムは、排気ガスの温度を測定するための温度センサを有することが好ましい。

【0134】

排気ガス後処理システムは、測定又は算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、又は異なるステージで測定又は算出されたＮＯ_Ｘ値の違いを基準値と比較するため、又は測定された温度を基準温度と比較するための制御ユニットを有することが好ましい。

【0135】

比較の結果によって、処置を講じることができる。例えば、アンモニア又はアンモニア前駆物質、例えば尿素等の還元剤の噴射量を変更して良く、又は排気ガス後処理システムの少なくとも一部の温度を変更しても良く、さもなければ、多かれ少なかれ燃料ペナルティが課せられなければならなくなる。

【0136】

或いは、制御ユニットから、十分な量のＮＯ_Ｘが第１若しくは第２の触媒中で低減されたとの信号が送られた場合、及び／又は、制御ユニットから、基準温度及び／若しくは基準負荷が達成されたか、到達しないか、若しくは超過したとの信号が送られた場合、第１及び／若しくは第２の触媒はバイパスされても良く、又は排気の一部のみを第１若しくは第２の触媒に導いても良い。

【0137】

制御ユニットは、好ましくは温度、機関負荷、及び／又はＮＯ_Ｘ含有量等の有害物質の量の測定に基づいて、バイパス制御弁、誘導制御弁、及び／又は並列化制御弁を設定するように構成されて良い。

【0138】

本発明の目的は、少なくとも１つのシリンダを備えた内燃機関、好ましくは、少なくとも１つの、少なくとも２００ｍｍの内径を持つシリンダを備えた大型船舶機関が、上述のような排気ガス後処理システムを有することによっても達成される。

【0139】

本発明の目的は、内燃機関のＮＯ_Ｘ排出物等の有害物質を、好ましくは前に上述したような燃焼機関内の上述の排気ガス後処理システムの中で低減する方法によっても達成される。排気ガスはシリンダの出口を通って放出される。

【0140】

アンモニア又はアンモニア前駆物質、例えば尿素、等の還元剤は、排気ガスの中に添加されることが好ましい。或いは、アンモニア水溶液、尿素水、炭酸アンモニア溶液、アンモニア・カルバミン酸塩（ａｍｍｏｎｉａ ｃａｒｂａｍａｔｅ）、又は尿素粉末が添加されても良い。

【0141】

排気ガスは加水分解触媒へ導かれて良く、加水分解触媒内のＮＯ_Ｘの濃度は、少なくとも４２０°Ｃの温度、及び／又は少なくとも９０％の機関負荷、及び／又は２〜２０ｋｇ／ｋＷｈ、好ましくは７〜１１ｋｇ／ｋＷｈの排気ガス質量流量において、少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％、より好ましくは少なくとも２０％低減される。

【0142】

本発明の目的は、内燃機関、好ましくは前に上述したような燃焼機関の、ＮＯ_Ｘ排出物等の有害排出物を低減するための方法、好ましくは上述の方法、によっても達成される。排気ガスはシリンダの出口を通って放出される。この方法は、次のステップを有する。第１の並列排気ライン及び第２の並列排気ラインのスループットは、好ましくは測定又は算出された有害放出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、還元剤（例えば、アンモニア）の含有量、及び／又は機関負荷によって制御される。

【0143】

第１の並列排気ライン及び第２の並列排気ラインは、第１の触媒及び第２の触媒の上流に配置された少なくとも１つの並列化デバイスに接続される。第１の触媒は、第１の並列排気ライン中に配置され、第２の触媒は第２の並列排気ライン中に配置される。

【0144】

或いは又は加えて、排気ガスの少なくとも一部は、第１の触媒に導かれる。第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインのスループットは、好ましくは、測定若しくは算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷によって、制御される。第１の誘導排気ライン及び第２の誘導排気ラインは、第１の触媒の下流に配置された少なくとも１つの誘導分離デバイスに接続される。第２の触媒は第１の誘導排気ライン中に配置され、第２の誘導排気ラインは第１の触媒をバイパスする。

【0145】

本発明の目的は、内燃機関、好ましくは前に上述したような燃焼機関の、ＮＯ_Ｘ排出物等の有害排出物を低減するための方法、好ましくは上述の方法、によっても達成される。この方法は、次のステップを有する。

【0146】

第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインのスループットは、好ましくは測定若しくは算出された有害排出物、特にＮＯ_Ｘ値、温度、還元剤（例えば、アンモニア）の含有量、及び／又は機関負荷によって制御される。第１のバイパス排気ライン及び第２のバイパス排気ラインは、第１の触媒の上流に配置された少なくとも１つの誘導分離デバイスに接続され、第１の触媒及び第２の触媒は第１のバイパス排気ライン中に配置され、第２のバイパス排気ラインは第１の触媒及び第２の触媒をバイパスする。

【0147】

本方法の好ましい一実施例では、排気ガス中の、ＮＯ_Ｘの含有量等の有害物質の含有量が測定される。

【0148】

有害物質の含有量は、第１及び／若しくは第２の触媒の上流、並びに／又は、第１及び／若しくは第２の触媒の下流で測定されて良い。

【0149】

有利なことに、測定又は算出された、ＮＯ_Ｘ含有量等の有害物質の含有量は、基準値と比較される。基準値は所与の値、例えば適用規則に帰するＮＯ_Ｘ排出値で良い。

【0150】

基準値は測定値であっても良い。例えば、第１及び第２の触媒の上流で測定されたＮＯ_Ｘ値が、第１又は第２の触媒の下流で測定されたＮＯ_Ｘ値と比較されて良い。

【0151】

比較によって、より多く又はより少ないガスが、第１の触媒及び／又は第２の触媒を通るように導かれて良い。

【0152】

従って、運転条件の第１の範囲では、全排気質量流量が第１の型の触媒を有する第１の触媒コンバータのみを通過して良く、運転条件の第２の範囲では全排気質量流量が第２の型の触媒を有する第２の触媒コンバータのみを通過して良く、運転条件の第３の範囲では、全排気質量流量が両方を（並列に、又は直列に）通過して良い。

【0153】

例えば、船が港を出る場合、機関は全負荷では運転しておらず、排気ガス温度は低い始動温度である可能性がある。第１の触媒のみが使われて良い。

【0154】

ある時間が経過後、負荷は上昇する。排気ガスの温度及び容積も上昇する。排気ガスの一部は第２の触媒を通るように導かれる。排気ガスの温度が上昇し続ける場合、排気ガスの増加部分が第２の触媒を通るように導かれる。最後に全負荷が達成させると、排気ガスの全てが第２の触媒のみを通るように導かれて良い。

【0155】

以下、本発明が図面を用いて実施例でさらに説明される。

【図面の簡単な説明】

【0156】

【図1】燃焼機関の第１の実例の概略図である。

【図2】燃焼機関の第２の実例の概略図である。

【図3】燃焼機関の第３の実例の概略図である。

【図4】燃焼機関の第４の実例の概略図である。

【図5】燃焼機関の第５の実例の概略図である。

【図6】燃焼機関の第６の実例の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0157】

図１は、燃焼機関１０の第１の実例の概略図を示す。

【0158】

燃焼機関２０は４つのシリンダ２１を備えて良く、各シリンダ２１は少なくとも２００ｍｍの内径２７を持つ。

【0159】

排気ガスは、出口７を通って放出される。

【0160】

燃焼機関２０は、第１の触媒１、及び第１の触媒１の下流に配置された第２の触媒２を備えた排気ガス後処理システム１０を有する。第１の触媒１は、加水分解触媒であって良い。第２の触媒２は、ＳＣＲ触媒であって良い。ＳＣＲ触媒２のバナジウム含有量は０．３％以上であって良い。

【0161】

排気ガス後処理システム１０は、２つのＮＯ_Ｘセンサ４、５を有する。第１のＮＯ_Ｘセンサ４は、第２の触媒２の下流に配置される。第２のＮＯ_Ｘセンサ５は、第１の触媒１の上流に配置される。図中に明確には示していないが、更なるＮＯ_Ｘセンサが、第１の触媒１と第２の触媒２の間に配置されて良い。

【0162】

排気ガス後処理システム１０は、第１のＮＯ_Ｘセンサ４により測定されたＮＯ_Ｘの値と第２のＮＯ_Ｘセンサ５により測定されたＮＯ_Ｘの値、又は更なるＮＯ_Ｘセンサにより測定されたＮＯ_Ｘの値を比較して、第１の触媒１及び第２の触媒２の性能を確認するための制御ユニット６を有する。

【0163】

制御ユニット６は、速度及び燃料指令に基づき機関の負荷を決定するように適合したものでも良い。

【0164】

排気ガス後処理システム１０は、第１の触媒１の上流にバイパス分離デバイス１７を有する。第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９はバイパス分離デバイス１７に接続される。

【0165】

バイパス分離デバイス１７は、第１の触媒１の上流の排気ガスを第１のバイパス排気ライン１８に向かう第１のガス流れ、及び第２のバイパス排気ライン１９に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。

【0166】

第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９は合流して良く、排気ガスはターボチャージャ２６に導かれて良い。第２の触媒の下流に配置された追加の弁２５は、排気ガスが第２のバイパス排気ライン１９から第２の触媒の中に流れることを防止するために、第１のバイパス排気ライン１８を閉じることができる。

【0167】

第１の触媒１及び第２の触媒２は、分離バイパスデバイス１７の下流の第１のバイパス排気ライン１８中に配置される。

【0168】

排気ガス後処理システム１０は、第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９のスループットを設定するためのバイパス調整デバイス２２を有する。

【0169】

バイパス調整デバイス２２は、第１のバイパス排気ライン１８を開閉するための第１のバイパス調整弁２３、及び第２のバイパス排気ライン１９を開閉するための第２のバイパス調整弁２４を有する。

【0170】

燃焼機関２０は、図中に明確には示していないが、特に排気ガスの温度を測定するための、少なくとも１つの温度センサを有して良い。

【0171】

制御ユニット６が、ＮＯ_Ｘ低減性能、測定されたＮＯ_Ｘ値、温度、及び／又は機関負荷によって、第１のバイパス調整弁２３及び第２のバイパス調整弁２４を開く及び／又は閉じるための信号を送ることにより、第１のバイパス排気ライン１８及び第２のバイパス排気ライン１９のスループットを制御するために設けられて良い。

【0172】

バイパスされない場合、排気ガスは第１の触媒１及び第２の触媒２を通過することになる。運転状況によって、ＮＯ_Ｘの主な部分は第１の触媒１の中、若しくは第２の触媒２の中のいずれかで低減されることになる。

【0173】

図２は、燃焼機関１０の第２の実例の概略図を示す。燃焼機関２０は４つのシリンダ２１を有して良い。

【0174】

燃焼機関２０は、第１の触媒１、及び第１の触媒の下流に配置された第２の触媒２を備えた排気ガス後処理システム１０を有する。第１の触媒１は、加水分解触媒であって良い。第２の触媒２は、ＳＣＲ触媒であって良い。

【0175】

或いは、第１の触媒１は高温触媒、例えばバナジウム含有量が低いＳＣＲ触媒であって良く、そして第２の触媒２は低温触媒、例えばバナジウム含有量が高いＳＣＲ触媒であって良い。

【0176】

典型的には、第１の高温触媒１は第２の低温触媒２よりも大きな容積を持つ。第１の触媒及び第２の触媒が直列に使用された場合、触媒１、２の１つを個別に使用（図４参照）するのに比べて、好ましくないＮ_２Ｏの生成が最小化される。第１の触媒の下流では、ＮＨ_３はその大部分がＮＯ_Ｘの還元に使用されてしまうため、わずかな量しか残らず、Ｎ_２Ｏの生成は非常にわずかのみとなる。

【0177】

排気ガス後処理システム１０は、第１の触媒、特に加水分解触媒の下流に誘導分離デバイス１１を有し、第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３は少なくとも１つの誘導分離デバイス１１に接続される。

【0178】

誘導分離デバイス１１は、第１の触媒１を出た排気ガスを、第１の誘導排気ライン１２に向かう第１のガス流れ、及び第２の誘導排気ライン１３に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第２の触媒２は、誘導分離デバイス１１の下流の第１の誘導排気ライン１２中に配置される。

【0179】

排気ガス後処理システム１０は、第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３のスループットを設定するための調整デバイス１４を有する。調整デバイス１４は、第１の誘導排気ライン１２を開閉するための第１の調整弁１５、及び第２の誘導排気ライン１３を開閉するための第２の調整弁１６を有する。

【0180】

排気ガス後処理システム１０は、２つのＮＯ_Ｘセンサ４、８を有して良い。第１のＮＯ_Ｘセンサ４は第２の触媒２の下流に配置される。第２のＮＯ_Ｘセンサ８は第１の触媒１の下流に配置される。

【0181】

図中に明確には示していないが、更なるセンサが第１の触媒１の上流に配置されて良い。

【0182】

排気ガス後処理システム１０は、第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３のスループットを制御するための制御ユニット６を有する。制御ユニットは、例えば、第１の触媒１、例えば加水分解触媒、のＮＯ_Ｘ低減性能の尺度となる第２のＮＯ_Ｘセンサ８において測定されたＮＯ_Ｘ値によって、第１の誘導調整弁１５及び第２の誘導調整弁１６を開閉するための信号を送って良い。

【0183】

制御ユニットは、排気ガスの少なくとも一部が第１の触媒１及び第２の触媒２をバイパスすることができるように、第１のバイパス調整弁２３及び第２のバイパス調整弁２４を開く及び／又は閉じるための信号を送っても良い。

【0184】

弁２３、２４、１５、１６を設定することで、排気ガスが第１の触媒１のみか、又は第２の触媒２のみか、又は触媒１、２の両方を直列に通過するかを決定することができる。運転状況によって、例えば温度又は機関負荷によって、弁の設定を選定することができる。

【0185】

燃焼機関２０は、図中に明確には示していないが、特に排気ガスの温度を測定するための、少なくとも１つの温度センサを有して良い。

【0186】

図３は、燃焼機関２０の第３の実例の概略図を示す。燃焼機関２０は、４つのシリンダ２１を持って良い。

【0187】

燃焼機関２０は、第１の触媒１、及び第１の触媒１の下流に配置された第２の触媒２を備えた排気ガス後処理システム１０を有する。第１の触媒１は、加水分解触媒であって良い。第２の触媒２は、ＳＣＲ触媒であって良い。

【0188】

加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２は、同じ触媒基材３上に配置される。

【0189】

所与の量のＮＯ_Ｘを低減するための加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２の全容積Ｖ_ｔは、同じ量のＮＯ_Ｘを低減するための独立型ＳＣＲ触媒の容積以下である。加水分解触媒１及びＳＣＲ触媒２の全容積Ｖ_ｔは、５００ｌ／ＭＷ以下、好ましくは４００ｌ／ＭＷである。

【0190】

図４は、燃焼機関２０の第４の実例の概略図を示す。燃焼機関２０は４つのシリンダ２１を持って良い。

【0191】

燃焼機関２０は、並列に配置された第１の触媒１及び第２の触媒２を備えた排気ガス後処理システム１０を有する。第１の触媒１は、より低いバナジウム含有量のＳＣＲ触媒であって良い。第２の触媒２は、より高いバナジウム含有量のＳＣＲ触媒であって良い。

【0192】

更なる触媒９が並列に配置されて良い。触媒は異なるバナジウム含有量を備えたＳＣＲ触媒であって良い。

【0193】

排気ガス後処理システム１０は、第１の触媒１及び第２の触媒２の上流に並列化デバイス２８を有して良く、第１の並列排気ライン２９及び第２の並列排気ライン３０は、少なくとも１つの並列化デバイス３１に接続される。

【0194】

並列化デバイス２８は、排気ガスを第１の並列排気ライン２９に向かう第１のガス流れ、及び第２の並列排気ライン３０に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第１の触媒１は第１の並列排気ライン２９中に、第２の触媒２は第２の並列排気ライン３０中に配置される。

【0195】

排気ガス後処理システム１０は、第１の並列排気ライン２９及び第２の並列排気ライン３０のスループットを設定するための並列化調整デバイス３１を有する。並列化調整デバイス３１は、第１の並列排気ライン２９を開閉するための第１の並列化調整弁３２、及び並列排気ライン３０を開閉するための第２の並列化調整弁３３を有する。

【0196】

排気ガス後処理システム１０は、第１のバイパス調整弁２３及び第２のバイパス調整弁２４も有し、これらはバイパス分離デバイスを形成し、排気ガスの少なくとも一部が第１の触媒１及び第２の触媒２をバイパスできるようにする。

【0197】

弁２３、２４、３１、３２を設定することで、排気ガスが第１の触媒１のみか、又は第２の触媒２のみか、又は触媒１、２の両方を並列に通過するかを決定することができる。弁の設定は、運転状況によって、例えば温度又は機関負荷によって、選定することができる。

【0198】

燃焼機関２０は、図中に明確には示していないが、特に排気ガスの温度を測定するための少なくとも１つの温度センサを有して良い。

【0199】

例えば、より高い負荷帯及びより高い温度帯では、バナジウム含有量が低い又は無いＳＣＲ触媒等の第１の触媒１が使用されるように弁が設定されるのに対し、より低い負荷帯及びより低い温度帯では、バナジウム含有量がより高いＳＣＲ触媒等の第２の触媒２が使用されるように弁が設定される。

【0200】

中間の領域では、触媒１、２の両方が使用できる。

【0201】

さらに、高い負荷帯に対し、第２の触媒２の寸法が大きくなることを避けるために、副生成物のペナルティをわずかに伴いながら、触媒１、２の両方を使用することもできる。

【0202】

図５は、燃焼機関２０の第５の実例の概略図を示す。燃焼機関２０は、４つのシリンダ２１を持って良い。

【0203】

燃焼機関２０は、第１の触媒１及び第２の触媒２を備えた排気ガス後処理システム１０を有する。

【0204】

排気ガス後処理システム１０は、第１の触媒１及び第２の触媒２の上流に並列化デバイス２８を有し、第１の並列排気ライン２９及び第２の並列排気ライン３０は、少なくとも１つの並列化デバイス３１に接続される。

【0205】

並列化デバイス２８は、排気ガスを、第１の並列排気ライン２９に向かう第１のガス流れ、及び第２の並列排気ライン３０に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第１の触媒１は第１の並列排気ライン２９中に、第２の触媒２は第２の並列排気ライン３０中に配置される。

【0206】

排気ガス後処理システム１０は、第１の並列排気ライン２９及び第２の並列排気ライン３０のスループットを設定するための並列化調整デバイス３１を有する。

【0207】

排気ガス後処理システム１０はさらに、第１の触媒１、特に加水分解触媒の下流に誘導分離デバイス１１を有し、第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３は、少なくとも１つの誘導分離デバイス１１に接続される。

【0208】

誘導分離デバイス１１は、第１の触媒１を出た排気ガスを、第１の誘導排気ライン１２に向かう第１のガス流れ、及び第２の誘導排気ライン１３に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。第２の触媒２は、誘導分離デバイス１１の下流の第１の誘導排気ライン１２中に配置される。

【0209】

排気ガス後処理システム１０は、第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３のスループットを設定するための誘導調整デバイス１４を有する。

【0210】

排気ガス後処理システム１０は、第１のバイパス調整弁２３及び第２のバイパス調整弁２４も有し、これらはバイパス分離デバイス１７を形成し、排気ガスの少なくとも一部が第１の触媒１及び第２の触媒２をバイパスできるようにする。

【0211】

更には、並列化デバイス３１、誘導分離デバイス１１及びバイパス分離デバイス１７の状態を制御し、第１の触媒１及び／又は第２の触媒２が使用されるか、第１の触媒１及び第２の触媒２が直列及び／又は並列に使用されるか、或いは触媒１、２を本当に（ａｔ ａｌｌ）使用するかを決定する制御ユニット（この図中には明確には示していない）があって良い。

【0212】

並列化デバイス３１、誘導分離デバイス１１及びバイパス分離デバイス１７の状態を制御することにより、第１の触媒１及び第２の触媒２を通過する排気ガスの割合を決定できる。

【0213】

図５は、燃焼機関２０の第５の実例の概略図を示す。

【0214】

排気ガス後処理システム１０は、第１の触媒１、例えば加水分解触媒の下流に誘導分離デバイス１１を有する。第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３は、少なくとも１つの誘導分離デバイス１１に接続される。第１の誘導排気ライン１２及び第２の誘導排気ライン１３のスループットは、誘導調整デバイス１４によって設定することができる。

【0215】

並列化デバイス２８は、誘導分離デバイス１１の下流の第１の誘導排気ライン１２中に配置される。

【0216】

並列化デバイス２８は、排気ガスを、第１の並列排気ライン２９に向かう第１のガス流れ、及び第２の並列排気ライン３０に向かう第２のガス流れの中に分岐するように構成される。

【0217】

並列化デバイス２８は、排気ガスを、更なる触媒を有する更なる並列排気ラインに向かう、更なるガス流れの中に分岐するように構成されて良い。

【0218】

第２の触媒２は、第１の並列排気ライン２９中に配置され、更なる触媒９は、第２の並列排気ライン３０中に配置される。

【0219】

第２の触媒２及び更なる触媒９は、異なるバナジウム含有量を備えたＳＣＲ触媒であって良い。

【0220】

排気ガス後処理システム１０は、少なくとも第１の並列排気ライン２９及び第２の並列排気ライン３０のスループットを設定するための並列化調整デバイス３１を有する。

【0221】

燃焼機関の全ての実例は、図中に示していないが、少なくとも１つの、還元剤のための添加ユニットを有して良い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【外国語明細書】

2020101176000001.pdf