特許 6803790 排ガス後処理システムを有する内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6803790

(24)【登録日】2020年12月3日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】排ガス後処理システムを有する内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20201214BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20201214BHJP

   F02B 25/00 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 S

   F01N3/08 B

   F01N3/20 N

   F02B25/00

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-67170(P2017-67170)

(22)【出願日】2017年3月30日

(65)【公開番号】特開2017-207056(P2017-207056A)

(43)【公開日】2017年11月24日

【審査請求日】2019年9月11日

(31)【優先権主張番号】10 2016 205 299.3

(32)【優先日】2016年3月31日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＳＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】プラーメン・トシェフ

(72)【発明者】

【氏名】フランシス・ナナ

(72)【発明者】

【氏名】アンドレアス・デリング

【審査官】 菅野 京一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０９７６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１３７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３１７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２２２０７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガス後処理システム（３）と複数のシリンダ（７）とを有している内燃機関（１）であって、
少なくとも１つの反応チャンバ（１０）の内部に配置されている少なくとも１つの触媒コンバータ（９）と、
前記反応チャンバ（１０）それぞれ及び前記触媒コンバータ（９）それぞれに通じている排ガス供給導管（８）と、
前記反応チャンバ（１０）それぞれ及び前記触媒コンバータ（９）それぞれから離隔するように延在している排ガス排出導管（１１）と、
を含んでいる前記内燃機関（１）において、
前記内燃機関が、一群のシリンダ（７）に対して共通する少なくとも１つの排ガスマニホールド（４）を有しており、
前記排ガスマニホールド（４）それぞれから排出された排ガスが、前記排ガス後処理システム（３）を介して、すなわち前記反応チャンバ（１０）それぞれ及びＳＣＲ触媒コンバータ（９）それぞれを介して、及び、前記排ガス後処理システム（３）の下流では、前記内燃機関（１）の排ガス過給システム（２）の少なくとも１つの排ガスターボチャージャ（５）を介して誘導可能であり、
前記排ガス供給導管（８）の下流側端部（１５）には、バッフル要素（１９）が配設されており、前記バッフル要素（１９）は、前記下流側端部（１５）に対して変位可能であり、
前記バッフル要素（１９）は、前記排ガスの流れの内部に存在する液状還元剤の液滴を前記バッフル要素（１９）において吸収し、噴霧するように構成されている
ことを特徴とする内燃機関。

【請求項2】

前記排ガス後処理システム（３）が、ＳＣＲ排ガス後処理システムであり、
前記排ガス後処理システム（３）が、還元剤を、特にアンモニア又はアンモニア前駆物質を前記排ガスに導入するために、前記排ガス供給導管（８）それぞれに配設された導入装置（１６）と、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（９）それぞれの上流において前記排ガスを前記還元剤と混合するために、前記導入装置（１６）それぞれの下流に配置された混合区間（１８）と、を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。

【請求項3】

前記排ガスマニホールド（４）それぞれと、前記ＳＣＲ触媒コンバータの前記混合区間（１８）それぞれとが、共通アセンブリを形成するように結合されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。

【請求項4】

前記排ガス供給導管（８）それぞれが、前記共通アセンブリによって提供されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。

【請求項5】

前記共通アセンブリそれぞれが、前記排ガスマニホールド（４）それぞれから排出された排ガスが、最大３回の方向転換をすることによって、好ましくは最大２回の方向転換をすることによって、特に好ましくは最大１回の方向転換をすることによって、前記混合区間（１８）それぞれに供給されるように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関。

【請求項6】

前記共通アセンブリそれぞれが、前記排ガスマニホールド（４）それぞれから排出された排ガスが、最大２７０°の方向転換をすることによって、好ましくは最大１８０°の方向転換をすることによって、特に好ましくは最大９０°の方向転換をすることによって、前記混合区間（１８）それぞれに供給されるように構成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項7】

前記共通アセンブリそれぞれが、前記排ガスマニホールド（４）それぞれから排出された排ガスが、方向転換をしないで、前記混合区間（１８）それぞれに供給されるように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関。

【請求項8】

前記内燃機関（１）が、バイパス（１２）を含んでおり、
排ガスが、前記排ガスマニホールド（４）それぞれから、混合区間（１８）それぞれに、前記排ガス供給導管（８）それぞれに、又は前記排ガス排出導管（１１）それぞれに排出されるように、前記反応チャンバ（１０）それぞれを通過して前記バイパスを介して供給されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項9】

前記排ガス排出導管（１１）それぞれから排出された前記排ガスが、前記排ガス過給システム（２）の排ガスターボチャージャ（５）の前記排ガス後処理システム（３）の下流に配置されたタービン（６）に供給可能とされることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。

【請求項10】

前記排ガス供給導管（８）それぞれと前記排ガス排出導管（１１）それぞれとが、前記反応チャンバ（１０）それぞれの同一の面（２２）から、前記反応チャンバ（１０）それぞれに向かって開口しているか、又は、前記反応チャンバ（１０）それぞれに接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項11】

共通アセンブリそれぞれが、前記触媒コンバータ（９）それぞれ又は前記反応チャンバ（１０）それぞれから最も遠位に位置するシリンダ側の前記排ガスマニホールド（４）それぞれに通じている排ガス開口位置と、前記触媒コンバータ（９）それぞれ又は前記反応チャンバ（１０）それぞれとの間の距離が、前記触媒コンバータ（９）それぞれ又は前記反応チャンバ（１０）それぞれから最も遠位に位置するシリンダ側の前記排ガスマニホールド（４）それぞれに通じている前記排ガス開口位置と、前記触媒コンバータ（９）それぞれ又は前記反応チャンバ（１０）それぞれに最も近位に位置するシリンダ側の前記排ガスマニホールド（４）それぞれに通じている排ガス開口位置との間の距離の最大で４倍、好ましくは最大で３倍、特に好ましくは最大で２倍に相当するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項12】

すべてのシリンダ（７）について、単一の排ガスマニホールド（４）と単一の混合区間（１８）と単一の反応チャンバ（４）とが設けられていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項13】

第１のシリンダ群について、第１の共通排ガスマニホールドと第１の共通混合区間と第１共通の反応チャンバとが設けられており、
第２のシリンダ群について、第２の共通排ガスマニホールドと第２の共通混合区間と第２の共通反応チャンバとが設けられており、
前記第１の共通排ガスマニホールド、前記第１の共通混合区間、及び前記第１共通の反応チャンバと、前記第２の共通排ガスマニホールド、前記第２の共通混合区間、及び前記第２の共通反応チャンバとが、反応チャンバそれぞれが内燃機関の両側に配設されるように互いに対して１８０°オフセットされていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項14】

前記内燃機関（１）が、２サイクル内燃機関であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項15】

還元剤の供給が、シリンダの排ガスを前記排ガスマニホールド（４）に供給する地点より上流において行われることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関。

【請求項16】

混合管（１８）が、前記排ガスマニホールド（４）に組み込まれていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス後処理システムを有する内燃機関に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば発電所において用いられるような固定された内燃機関における燃焼プロセス、及び、例えば船舶において用いられるような固定されていない内燃機関における燃焼プロセスでは、窒素酸化物が発生し、これらの窒素酸化物は、典型的には、石炭、瀝青炭、褐炭、石油、重油、又は、ディーゼル燃料のような硫黄を含有する、化石燃料の燃焼に際して発生する。従って、このような内燃機関には、内燃機関から排出される排ガスの浄化、特に脱窒に用いられる排ガス後処理システムが配設されている。

【0003】

排ガス中の窒素酸化物を還元するために、実践から知られた排ガス後処理システムでは、まず、いわゆるＳＣＲ触媒コンバータが使用される。ＳＣＲ触媒コンバータでは、窒素酸化物の選択的接触還元が行われ、窒素酸化物の還元のために、還元剤としてアンモニア（ＮＨ_３）が必要とされる。このために、アンモニア又はアンモニア前駆物質である尿素等は、ＳＣＲ触媒コンバータの上流で、液体の形状において排ガスに導入され、アンモニア又はアンモニア前駆物質は、ＳＣＲ触媒コンバータの上流において、排ガスと混合される。このために、実践によると、アンモニア又はアンモニア前駆物質の導入部とＳＣＲ触媒コンバータとの間に、混合区間が設けられている。

【0004】

ＳＣＲ触媒コンバータを含む、実践から知られた排ガス後処理システムを用いて、排ガス後処理、特に窒素酸化物の還元が、すでに成功裏に実施可能ではあるが、排ガス後処理システムをさらに改善する必要性が存在する。特に、構造を小型化した場合に、効果的な排ガス後処理と、排ガス後処理システムを有する内燃機関の効果的な運転とを可能にする必要性が存在する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような必要性を基点にして、本発明の課題は、構造が小型化され、効果的な排ガス後処理が保証される場合に、効果的に運転され得るような、排ガス後処理システムを有する新型の内燃機関、特に２サイクル内燃機関を創出することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本課題は、請求項１に記載の内燃機関によって解決される。本発明によると、内燃機関は、１つのシリンダ群に共通の、少なくとも１つの排ガスマニホールドを有しており、排ガスは、それぞれの排ガスマニホールドから、排ガス後処理システム、すなわちそれぞれの反応チャンバ及びそれぞれのＳＣＲ触媒コンバータを通るように、及び、排ガス後処理システムの下流では、排ガス過給システムの少なくとも１つの排ガスターボチャージャを通るように誘導可能である。本発明は、小型化された構造において、効果的な排ガス後処理と、内燃機関、特に２サイクル内燃機関の効果的な運転とを可能にする。

【0007】

有利なさらなる発展形態によると、それぞれの混合区間と、それぞれの排ガスマニホールドと、さらに、好ましくはそれぞれの排ガス供給導管とは、共通アセンブリにまとめられている。これによって、特に内燃機関が小型化された構造を有する場合に、効果的な排ガス後処理と、内燃機関、特に２サイクル内燃機関の効果的な運転とが可能になる。

【0008】

好ましくは、それぞれの共通アセンブリは、排ガスが、それぞれの排ガスマニホールドから、最大３回の方向転換、好ましくは最大２回の方向転換、特に好ましくは最大１回の方向転換を経て、最も好ましくは方向転換を経ずに、それぞれの混合区間に供給され得るように構成されている。これによって、内燃機関が小型化された構造を有する場合に、効果的な排ガス後処理と、好ましくは２サイクル内燃機関として構成された内燃機関の効果的な運転とが可能になる。

【0009】

有利なさらなる発展形態によると、それぞれの排ガス供給導管とそれぞれの排ガス排出導管とは、それぞれの反応チャンバの同じ面から反応チャンバに開口しているか、又は、それぞれの反応チャンバの同じ面において、反応チャンバに接続されている。これによって、特に内燃機関が小型化された構造を有する場合に、効果的な排ガス後処理と、好ましくは２サイクル内燃機関として構成された内燃機関の効果的な運転とが可能になる。

【0010】

別の有利なさらなる発展形態によると、それぞれの共通アセンブリは、それぞれの触媒コンバータ又はそれぞれの反応チャンバから最も離れた、シリンダ側のそれぞれの排ガスマニホールドへの排ガス開口位置と、それぞれの触媒コンバータ又はそれぞれの反応チャンバとの間の距離が、それぞれの触媒コンバータ又はそれぞれの反応チャンバから最も離れた、シリンダ側のそれぞれの排ガスマニホールドへの排ガス開口位置と、それぞれの触媒コンバータ又はそれぞれの反応チャンバに最も近い、シリンダ側のそれぞれの排ガスマニホールドへの排ガス開口位置との間の距離の、最大で４倍、好ましくは最大で３倍、特に好ましくは最大で２倍に相当するように構成されている。これによって、特に内燃機関が小型化された構造を有する場合に、効果的な排ガス後処理と、好ましくは２サイクル内燃機関として構成された内燃機関の効果的な運転とが可能になる。

【0011】

好ましくは、内燃機関はバイパスを含んでおり、当該バイパスを通じて、排ガスは、それぞれの反応チャンバを通過して、それぞれの排ガスマニホールド又はそれぞれの混合区間又はそれぞれの排ガス供給導管から、それぞれの排ガス排出導管に、及び、それぞれの排ガス排出導管から、排ガス後処理システムの下流に配置された排ガス過給システムのタービンに供給され得る。これによって、内燃機関が小型化された構造を有する場合に、効果的な排ガス後処理と、好ましくは２サイクル内燃機関として構成された内燃機関の効果的な運転とが可能になる。

【0012】

内燃機関は、好ましくは２サイクル内燃機関である。

【0013】

本発明の好ましいさらなる発展形態は、下位請求項及び以下の説明から明らかになる。図面を用いて、本発明の実施例を詳細に説明するが、それに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る排ガス後処理システムを有する内燃機関の概略的な斜視図である。

【図2】図１に係る排ガス後処理システムの詳細を示す図である。

【図3】図２の詳細を示す図である。

【図4】本発明に係る排ガス後処理システムを有する第２の内燃機関の概略的な斜視図である。

【図5】本発明に係る排ガス後処理システムを有する第３の内燃機関の概略的な斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明は、排ガス後処理システムを有する内燃機関、例えば発電所の固定された内燃機関、又は、船舶で用いられる固定されていない内燃機関、に関するものである。特に、本発明は、重油で運転される２サイクル船舶用ディーゼル内燃機関に関する。

【0016】

図１は、排ガス過給システム２及び排ガス後処理システム３を有する内燃機関１から成るアセンブリを示している。内燃機関１は、固定されていない、又は、固定された内燃機関、特に固定されずに稼働する船舶用内燃機関であり得る。内燃機関１のシリンダ７から排出される排ガスは、排ガス過給システム２において、排ガスの熱エネルギーから、内燃機関１に供給されるべき過給空気を圧縮するための力学的エネルギーを得るために用いられる。

【0017】

図１は、排ガス過給システム２を有する内燃機関１を示しており、当該排ガス過給システムは、少なくとも１つの排ガスターボチャージャ５を含んでいる。内燃機関１のシリンダ７から排出される排ガスは、排ガスターボチャージャ５のタービン６を通って流れ、当該タービン内で膨張し、その際に得られたエネルギーは、過給空気を圧縮するために、排ガスターボチャージャ５の圧縮機内で利用される。好ましくは、内燃機関１は、高圧ターボチャージャと低圧ターボチャージャとを有する２段排ガス過給システム２を含んでいる。

【0018】

排ガス過給システム２に加えて、内燃機関１は、排ガス後処理システム３を含んでおり、排ガス後処理システム３は、ＳＣＲ排ガス後処理システムである。ＳＣＲ排ガス後処理システム３は、内燃機関１のシリンダ７と排ガス過給システム２との間に接続されているので、内燃機関１のシリンダ７から排出される排ガスは、まずＳＣＲ排ガス後処理システム３を通り、その後に排ガス過給システム２を通るように誘導され得る。

【0019】

図１は、排ガス供給導管８を示しており、当該排ガス供給導管を通って、排ガスは、内燃機関１のシリンダ７から、反応チャンバ１０の内部に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９の方向に誘導され得る。さらに、図１は、排ガス排出導管１１を示しており、当該排ガス排出導管は、排ガスをＳＣＲ触媒コンバータ９から、排ガスターボチャージャ５のタービン６の方向に排出するために用いられる。

【0020】

図１の内燃機関１は、全てのシリンダ７に共通の排ガスマニホールド４を有している。内燃機関１のシリンダ７から排出される排ガスは、排ガスマニホールド４から、排ガス供給導管８を通って、排ガス後処理システム３、すなわちそれぞれの反応チャンバ１０及びそれぞれのＳＣＲ触媒コンバータ９の方向に誘導可能であり、排ガス後処理システム３の下流では、排ガス過給システム２の排ガスターボチャージャ５を通じて誘導可能である。

【0021】

反応チャンバ１０ひいては反応チャンバ１０の内部に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９に通じているまで延伸している排ガス供給導管８、及び、反応チャンバ１０ひいてはＳＣＲ触媒コンバータ９から離隔するように延伸している排ガス排出導管１１、又は、排ガスマニホールド４及び排ガス排出導管１１は、遮断要素１３を内蔵するバイパス１２（図２を参照）を介して連結されている。遮断要素１３が閉じられている場合には、バイパス１２も閉じられているので、排ガスがバイパス１２を介して流通することはできない。対照的に、遮断要素１３が開いている場合には、排ガスはバイパス１２を介して通過する、すなわち、反応チャンバ１０ひいては反応チャンバ１０の内部に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９を通過することができる。図２の矢印１４は、遮断要素１３によってバイパス１２が閉じられている場合の、排ガス後処理システム３を通過する排ガスの流れを示しており、図２から明らかなように、排ガス供給導管８が、下流側端部１５において反応チャンバ１０に通じており、排ガスの流れは、排ガス供給導管８の当該端部１５の領域において約１８０°又は１８０°に近い角度で方向転換され、排ガスは、方向転換後にＳＣＲ触媒コンバータ９を介して誘導される。

【0022】

排ガス後処理システム３の排ガス供給導管８には、導入装置１６が配設されており（図２を参照）、当該導入装置を通じて、排ガス流れに、特にアンモニア又はアンモニア前駆物質等の、ＳＣＲ触媒コンバータ９の領域において、排ガスの窒素酸化物を所定の通り変換するために必要な還元剤が導入され得る。排ガス後処理システム３の導入装置１６は、好ましくは噴射ノズルであり、当該噴射ノズルを通じて、アンモニア又は尿素等のアンモニア前駆物質が、排ガス供給導管８内で排ガス流れに注入される。図２は、円錐１７によって、排ガス供給導管８の領域における排ガス流れへの還元剤の注入を示している。

【0023】

排ガスの流れる方向に見て、導入装置１６の下流及びＳＣＲ触媒コンバータ９の上流に位置している排ガス後処理システム３の区間は、混合区間１８と称される。特に、排ガス供給導管８は、導入装置１６の下流において、混合区間１８を提供しており、当該混合区間においては、排ガスが、ＳＣＲ触媒コンバータ９の上流において、還元剤と混合され得る。

【0024】

内燃機関１の排ガスマニホールド４及び混合区間１８は、好ましくは、排ガス供給導管８と共に、共通アセンブリに統合されている。その際、図２の好ましい実施形態によると、少なくとも部分的に混合区間１８を構成する排ガス供給導管８は、排ガスの流れる方向に見て、排ガスマニホールド４の後方に同軸に配置されており、一定量の還元剤の添加は、図１の１６ｃの位置において行われる。混合区間を延長するために、排ガスマニホールドにおける一定量の還元剤の添加を、各シリンダから排出された排ガスの排ガスマニホールドへの供給の前、又は、供給の間に行うことも可能である（１６ａ、１６ｂ）。その際、混合管１８ａを排ガスマニホールド４の内部に拡張し、そこで一定量の還元剤の添加を行うことが考えられる。

【0025】

図２によると、排ガスマニホールド４、混合区間１８、及び、排ガス供給導管８を構成する内燃機関１のそれぞれのアセンブリは、排ガスがそれぞれの排ガスマニホールド４から、方向転換を経ずに、それぞれの混合区間１８に供給可能であるように構成されている。

【0026】

従って、図１では、排ガスは、シリンダ側の排ガス開口位置２１の領域において排ガスマニホールド４に流入する際、及び、ＳＣＲ触媒コンバータ９の上流で、排ガス供給導管８の下流側端部１５の領域において反応チャンバ１０に流入する際にのみ、方向転換が行われる。これは、小型化された構造を有し、効果的な排ガス後処理が行われる場合に、内燃機関の効果的な運転を保証するために有利である。

【0027】

排ガスマニホールド４、混合区間１８、及び、排ガス供給導管８を構成する共通アセンブリは、好ましくは、触媒コンバータ９又は反応チャンバ１０から最も離れた、シリンダ側のそれぞれの排ガスマニホールド４への排ガス開口位置２１と、触媒コンバータ９又は反応チャンバ１０との間の距離が、触媒コンバータ９又は反応チャンバ１０から最も離れた、シリンダ側の排ガスマニホールド４への排ガス開口位置２１と、触媒コンバータ９又は反応チャンバ１０に最も近い、シリンダ側の排ガスマニホールド４への排ガス開口位置との間の距離の、最大で４倍、好ましくは最大で３倍、特に好ましくは最大で２倍に相当するように構成されている。これもまた、小型化された構造を有し、効果的な排ガス後処理が行われる場合に、内燃機関の効果的な運転を保証するために有利である。

【0028】

排ガス供給導管８は、下流側端部１５において反応チャンバ１０に通じている。排ガス供給導管８の当該下流側端部１５には、バッフル要素１９（図２、図３を参照）が配設されており、当該バッフル要素は、排ガス供給導管８の下流側端部１５に対して変位可能である。図示された実施例では、バッフル要素１９は、反応チャンバ１０に通じている排ガス供給導管８の端部１５に対して、直線的に変位可能である。反応チャンバ１０の内部に配置され、排ガス供給導管８の下流側端部１５に向かい合うバッフル要素１９は、排ガス供給導管８の下流側端部１５に対して変位可能であり、それによって、排ガス供給導管８は、下流側端部１５において遮断されるか、又は、下流側端部１５において開放される。

【0029】

バッフル要素１９が、排ガス供給導管８を下流側端部１５で遮断している場合、好ましくは、バイパス１２の遮断要素１３が開放され、それによって、排ガスは、完全に、ＳＣＲ触媒コンバータ９、又は、ＳＣＲ触媒コンバータ９を受容する反応チャンバ１０を通過する。バッフル要素１９が、排ガス供給導管８の下流側端部１５を開放する場合、バイパス１２の遮断要素１３は、完全に閉じられているか、又は、少なくとも部分的に開放され得る。バッフル要素１９が、排ガス供給導管８の下流側端部１５を開放している場合、排ガス供給導管８の下流側端部１５に対するバッフル要素１９の相対位置は、特に排ガス供給導管８を通る排ガス質量流量、及び／又は、排ガス供給導管８内の排ガスの排ガス温度、及び／又は、導入装置１６を通じて排ガス流れに導入された還元剤の量に依存する。排ガス供給導管８の下流側端部１５が開放されている場合におけるバッフル要素１９のさらなる機能は、排ガス流れの内部に存在する液状還元剤の液滴がバッフル要素１９に到達した場合に、バッフル要素１９において液滴を吸収し、噴霧することによって、このような液状還元剤の液滴がＳＣＲ触媒コンバータ９の領域に到達するのを回避することにある。下流側端部１５が開放された場合の、排ガス供給導管８の下流側端部１５に対するバッフル要素１９の相対位置を通じて、特に、排ガス供給導管８の下流側端部１５の領域において、バッフル要素１９の領域に方向転換する排ガスを、ＳＣＲ触媒コンバータ９の径方向内側に位置するセクションの方向により強く、又は、ＳＣＲ触媒コンバータ９の径方向外側に位置するセクションの方向により強く誘導する、又は、転換するか否かを決定することができる。

【0030】

好ましい一態様によると、排ガス供給導管８は、その下流側端部１５の領域において、漏斗状に拡幅し、ディフューザを形成している。それによって、排ガス供給導管８の流れ断面が、下流側端部１５の領域において拡大しており、特に図２から明らかであるように、排ガスの流れる方向に見て、排ガス供給導管８の下流側端部１５の上流において、その流れ断面がまず減少することを規定し得る。

【0031】

つまり、図２によると、排ガス供給導管８の流れ断面は、排ガスの流れる方向に見て、還元剤の導入装置１６の下流において、まずほぼ一定であり、その後、まず次第にテーパ状になり、最後に下流側端部１５の領域において拡大する。その際、排ガス供給導管８の下流側端部１５における流れ断面の拡大は、好ましくは排ガス供給導管８の、排ガス供給導管８が下流側端部１５の上流でまずテーパ状になる区間よりも短い区間に亘って行われる。バッフル要素１９は、好ましくは排ガス供給導管８に対向する面２０において湾曲し、好ましくは鐘状に湾曲し、排ガスのための流路を形成している。排ガス供給導管８の下流側端部１５に対向しているバッフル要素１９の面２０は、バッフル要素１９の径方向内側の部分において、排ガス供給導管８の下流側端部１５に対して、径方向外側の部分においてよりも短い距離を有している。バッフル要素１９は、面２０の中央で、排ガス供給導管８の下流側端部１５の方向において、排ガスの流れる方向に反して湾曲している。

【0032】

排ガス供給導管８と排ガス排出導管１１とは、反応チャンバ１０の共通の第１の面２２に接続されているか、若しくは、開口しているか、又は、この共通の面２２から反応チャンバ１０の中へと延在している。その際、排ガス供給導管８は、排ガス供給導管８の下流側端部１５が、反応チャンバ１０の第１の面２２に向かい合う反応チャンバ１０の第２の面２３に隣接して位置するように、反応チャンバ１０の内部に延在しているが、それに対して、排ガス排出導管１１は、第１の面２２において、反応チャンバ１０に開口している。排ガス供給導管８を通じて供給された排ガスは、排ガス供給導管８の下流側端部１５に向かい合う反応チャンバ１０の第２の面２３の領域において、約１８０°の角度で方向転換された後、ＳＣＲ触媒コンバータ９を通り、引き続いて下側面２２を通り、排ガス排出導管１１の領域へと流れる。排ガス排出導管１１は、排ガス供給導管８を、反応チャンバ１０の面２２に隣接して、部分的に外側で、好ましくは同心に包囲している。

【0033】

図１の実施例では、排ガスマニホールド４、混合区間１８、及び、排ガス供給導管８を構成する共通アセンブリは、排ガスが、排ガスマニホールド４からそれぞれの混合区間１８へ、方向転換を経ずに供給され得るように構成されている。これは、すでに述べたように、好ましい構成である。

【0034】

それに対して、図４及び図５は、内燃機関１の実施例を示しており、これらの実施例においては、排ガスは、排ガスマニホールド４から混合区間１８の領域に、ひいては排ガス供給導管８の領域へと流れる際に、単一の方向転換を経る。すなわち、一回の方向転換であって、それぞれ９０°の角度での方向転換であり、排ガスマニホールド４から排ガス供給導管８へ、従って混合区間１８の領域へと移行する際に行われる方向転換である。内燃機関における建設空間の理由から、排ガスの複数回の方向転換が必要である場合、本発明によると、排ガスマニホールド４、排ガス供給導管８、及び、混合区間１８を構成するアセンブリは、排ガスが、排ガスマニホールド４から、最大で３回の方向転換、好ましくは最大で２回の方向転換を経て、混合区間１８に供給されるように構成されている。

【0035】

図１の実施例では、排ガスは、排ガスマニホールド４から、方向転換を経ずに、それぞれの混合区間１８に供給され得るが、図４及び図５の実施例では、排ガスは、約９０°の方向転換を経ている。複数回の方向転換の場合、排ガスマニホールド４と混合区間１８との間の排ガスの方向転換は、最大で２７０°、好ましくは最大で１８０°の角度で行われる。しかしながら、排ガスマニホールド４と混合区間１８との間の排ガスの方向転換は、最大で９０°の角度で行われることが好ましく、排ガスが方向転換を経ずに、排ガスマニホールド４から混合区間１８の方向へ供給されることが最も好ましい。

【0036】

図１及び図４の実施例では、排ガス後処理システム３の水平配置が選択されている。それによると、排ガスマニホールド４と混合区間１８と排ガス供給導管８とは、水平方向に延在している。反応チャンバ１０は、反応チャンバ１０の内部に受容されたＳＣＲ触媒コンバータ９と共に、内燃機関１の側面において、水平に配置されている。この場合、内燃機関１の全てのシリンダ７は、保守作業のために自由にアクセス可能である。内燃機関１での保守作業の実施のために、排ガス後処理システム３を分解することは不要である。

【0037】

それに対して、図５は、本発明に係る内燃機関１の、排ガス後処理システム３が直立して配置された実施形態を示しており、それによると、反応チャンバ１０は、反応チャンバ１０の内部に受容されたＳＣＲ触媒コンバータ９と共に、内燃機関１のシリンダ７の上側に配置されている。すなわち、図１及び図４の実施例において、排ガスは、反応チャンバ１０の内部に受容されたＳＣＲ触媒コンバータ９を、水平方向において貫流するが、図５の実施例では、ＳＣＲ触媒コンバータ９の貫流は垂直方向に行われる。

【0038】

図１、図４及び図５に示された実施例では、内燃機関１の全てのシリンダ７に、共通の排ガスマニホールド４が配設されている。全ての排ガスは、この排ガスマニホールド４に流入し、排ガスマニホールド４から、混合区間１８、排ガス供給導管８の領域へと流れた後、反応チャンバ１０の内部に受容されたＳＣＲ触媒コンバータ９の領域へと流れる。

【0039】

これとは異なり、内燃機関１のシリンダ７を、例えば２つのシリンダ群に分割することも可能であり、その場合、それぞれのシリンダ群には、シリンダ群ごとに排ガスマニホールド４がそれぞれ配設されている。この場合、好ましくは、各シリンダ群には、シリンダ群ごとに、反応チャンバ１０も、反応チャンバ１０の内部に受容されたＳＣＲ触媒コンバータ９と共に配設されている。

【0040】

この場合、図１に示されたアセンブリ、すなわち排ガスマニホールド４、混合区間１８、排ガス供給導管８、反応チャンバ１０、ＳＣＲ触媒コンバータ９、及び、排ガス排出導管１１は、２倍の個数で存在しており、排ガス後処理システム３が水平配置されている場合は、第１の反応チャンバ１０は、内燃機関１の第１の面に、第２の反応チャンバ１０は、内燃機関１の向かい側の第２の面に配置されており、それによって、利用可能な建設空間を最適に利用することができる。

【0041】

上述した詳細は、特に、残油、重油、又は、天然ガスによっても運転可能な２サイクル内燃機関での適用に適している。しかしながら、本発明は、４サイクル内燃機関でも利用可能である。

【0042】

好ましくは、反応チャンバ１０の壁厚は、少なくとも３ｂａｒ、好ましくは少なくとも４ｂａｒ、特に好ましくは少なくとも６ｂａｒの圧力に耐え得るように設定されている。

【0043】

本発明は、ＳＣＲ排ガス後処理システムだけではなく、ＣＨ_４及びＨＣＨＯ酸化触媒コンバータにも適用される。

【符号の説明】

【0044】

１ 内燃機関
２ 排ガス過給システム
３ 排ガス後処理システム
４ 排ガスマニホールド
５ 排ガスターボチャージャ
６ タービン
７ シリンダ
８ 排ガス供給導管
９ ＳＣＲ触媒コンバータ
１０ 反応チャンバ
１１ 排ガス排出導管
１２ バイパス
１３ 遮断要素
１４ 排ガスの誘導
１５ 端部
１６ 導入装置
１７ 注入円錐
１８ 混合区間
１９ バッフル要素
２０ 面
２１ 排ガス開口位置
２２ 面
２３ 面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】