特許 6843674 排ガス後処理システム及び内燃機関

(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】6843674

(24)【登録日】2021年2月26日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】排ガス後処理システム及び内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20210308BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20210308BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20210308BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   F01N13/08 A

   F01N3/08 B

   F01N3/24 T

   B01D53/94 222

   B01D53/94ZAB

   B01D53/94 400

【請求項の数】16

【外国語出願】

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2017-67171(P2017-67171)

(22)【出願日】2017年3月30日

(65)【公開番号】特開2017-187036(P2017-187036A)

(43)【公開日】2017年10月12日

【審査請求日】2019年9月11日

(31)【優先権主張番号】10 2016 003 740.7

(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２０１４−０６６２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６３９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２６６８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０７−０３８８１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１８４７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７０５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７２１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００７６８１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１５３２５７（ＷＯ，Ａ１）

(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】

ＳＣＲ触媒コンバータ（９）と、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（９）に通じている排ガス供給導管（８）と、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（９）から延在する排ガス排出導管（１１）と、前記排ガス供給導管（８）に配設された、特にアンモニア又はアンモニア前駆物質といった還元剤を排ガスに導入するための導入装置（１６）と、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（９）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の、前記排ガス供給導管（８）によって、前記導入装置（１６）の下流に供給された混合区間（１８）と、を有する内燃機関の排ガス後処理システム（３）、すなわち内燃機関のＳＣＲ排ガス後処理システムにおいて、
前記排ガス供給導管（８）、及び／又は、前記ＳＣＲ触媒コンバータ（９）を受容する反応チャンバ（１０）、及び／又は、前記排ガス排出導管（１１）は、少なくとも二重壁を有するように構成されており、
前記排ガス供給導管（８）の第１の壁（２４）、及び／又は、前記反応チャンバ（１０）の第１の壁（２５）、及び／又は、前記排ガス排出導管（１１）の第１の壁（２６）は、前記排ガス供給導管（８）及び／又は前記反応チャンバ（１０）及び／又は前記排ガス排出導管（１１）内で支配的な圧力において、それぞれの前記第１の壁がそれぞれの圧力に耐えるように設計された厚さを有しており、それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の排ガスの流れに対向する面には、第２の壁（３０、３１、３２）が配置され、前記第２の壁の厚さは、それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さよりも小さく、
それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の排ガスの流れに背向する面に、第３の壁（３３、３４、３５）が配置されており、前記第３の壁の厚さは、それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする排ガス後処理システム。

【請求項2】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）と、それぞれの前記第２の壁（３０、３１、３２）との間には、空隙（２７、２８、２９）が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理システム。

【請求項3】

それぞれの前記第１の壁の厚さと、それぞれの前記第２の壁の厚さとの比は、少なくとも１０：３であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排ガス後処理システム。

【請求項4】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さと、それぞれの前記第２の壁（３０、３１、３２）の厚さとの比は、少なくとも１０：２であることを特徴とする、請求項３に記載の排ガス後処理システム。

【請求項5】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さと、それぞれの前記第２の壁（３０、３１、３２）の厚さとの比は、少なくとも１０：１であることを特徴とする、請求項４に記載の排ガス後処理システム。

【請求項6】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の質量と熱容量との積は、それぞれの前記第２の壁（３０、３１、３２）の対応する積よりも大きいことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。

【請求項7】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さと、それぞれの前記第３の壁（３３、３４、３５）の厚さとの比は、少なくとも１：５であることを特徴とする、請求項１に記載の排ガス後処理システム。

【請求項8】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さと、それぞれの前記第３の壁（３３、３４、３５）の厚さとの比は、少なくとも１：７であることを特徴とする、請求項７に記載の排ガス後処理システム。

【請求項9】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の厚さと、それぞれの前記第３の壁（３３、３４、３５）の厚さとの比は、少なくとも１：１０であることを特徴とする、請求項８に記載の排ガス後処理システム。

【請求項10】

それぞれの前記第１の壁（２４、２５、２６）の質量と熱容量との積は、それぞれの前記第３の壁（３３、３４、３５）の対応する積よりも小さいことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。

【請求項11】

前記第１の壁（２４、２５、２６）と、前記第２の壁（３０、３１、３２）との間の空隙（２７、２８、２９）の厚さ、及び／又は、前記第１の壁（２４、２５、２６）と、前記第３の壁（３３、３４、３５）との間の空隙（３６、３７、３８）の厚さは、少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも４ｍｍ、特に好ましくは少なくとも６ｍｍであることを特徴とする、請求項２から１０のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。

【請求項12】

前記第２の壁（３０、３１、３２）の熱伝導率と、前記第３の壁（３３、３４、３５）の熱伝導率との比は、少なくとも１０：１、好ましくは少なくとも８０：１、最も好ましくは、少なくとも１５０：１であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。

【請求項13】

前記排ガス排出導管（１１）は、排ガス供給導管（８）を、前記反応チャンバ（１０）に隣接して、部分的に外側で、実質的に同心に包囲している、請求項１から１２のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム。

【請求項14】

請求項１から１１のいずれか一項に記載の排ガス後処理システム（３）を有している内燃機関（１）であって、特にディーゼル燃料又は重油燃料で動作する内燃機関（１）。

【請求項15】

前記内燃機関が、高圧タービン（６）を含む第１の排ガスターボチャージャ（４）と、低圧タービン（７）を含む第２の排ガスターボチャージャ（５）とを備えた多段排ガス過給システム（２）を有しており、前記排ガス後処理システム（３）は、前記高圧タービン（６）と前記低圧タービン（７）との間に接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。

【請求項16】

前記排ガス後処理システム（３）が、排ガスタービンの上流に取り付けられていることを特徴とする請求項１４又は１５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、内燃機関の排ガス後処理システムに関する。さらに、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定置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定置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、このような排ガス後処理システムの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、新型の内燃機関の排ガス後処理システムと、このような排ガス後処理システムを有する内燃機関と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に記載の内燃機関の排ガス後処理システムによって解決される。本発明によると、排ガス供給導管、及び／又は、ＳＣＲ触媒コンバータを受容する反応チャンバ、及び／又は、排ガス排出導管は、少なくとも二重壁を有するように形成されている。それによって、排ガスの多すぎる熱エネルギーが、排ガス供給導管及び／又は反応チャンバ及び／又は排ガス排出導管によって吸収され、温度低下につながることを防止できる。当該熱エネルギーは、排ガス内に残存している。これは、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ためには有利である。

【0007】

有利なさらなる発展形態によると、排ガス供給導管の第１の壁、及び／又は、反応チャンバの第１の壁、及び／又は、排ガス排出導管の第１の壁は、排ガス供給導管及び／又は反応チャンバ及び／又は排ガス排出導管内で支配的な圧力において、それぞれの壁がそれぞれの圧力に耐えるように設計された厚さを有している。それぞれの第１の壁の排ガスの流れに対向する面には、好ましくは第２の壁が配置され、空隙を形成しており、第２の壁の厚さは、それぞれの第１の壁の厚さよりも小さい。好ましくは、それぞれの第１の壁の排ガスの流れに背向する面には、第３の壁が付加的に配置されており、第３の壁の厚さは、それぞれの第１の壁の厚さよりも大きい。それによって、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が保証され得る。

【0008】

有利なさらなる発展形態によると、それぞれの第１の壁の質量と熱容量との積は、それぞれの第２の壁の対応する積よりも大きい。さらに、好ましくは、それぞれの第１の壁の質量と熱容量との積は、それぞれの第３の壁の対応する積よりも小さい。これは、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保証するためには有利である。

【0009】

別の有利なさらなる発展形態によると、それぞれの第１の壁の厚さとそれぞれの第２の壁の厚さとの比は、少なくとも１０：３、好ましくは少なくとも１０：２、特に好ましくは少なくとも１０：１である。これは、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保証するためには有利である。

【0010】

別の有利なさらなる発展形態によると、それぞれの第１の壁の厚さとそれぞれの第３の壁の厚さとの比は、少なくとも１：５、好ましくは少なくとも１：７、特に好ましくは少なくとも１：１０である。これは、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保証するためには有利である。

【0011】

別の有利なさらなる発展形態によると、第１の壁と第２の壁との間の空隙の厚さ、及び／又は、第１の壁と第３の壁との間の空隙の厚さは、少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも４ｍｍ、特に好ましくは少なくとも６ｍｍである。これは、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保証するためには有利である。

【0012】

本発明に係る内燃機関は、請求項１３に規定されている。

【0013】

特に好ましくは、内燃機関は、高圧タービンを含む第１の排ガスターボチャージャと低圧タービンを含む第２の排ガスターボチャージャとを備えた多段排ガス過給システムを有しており、排ガス後処理システムは、高圧タービンと低圧タービンとの間に接続されている。

【0014】

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から明らかになる。本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明するが、それに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【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の排ガス後処理システムの詳細を示した図である。

【図3】図２のＩＩＩを詳細に示した図である。

【図4】図２のＩＩＩに代わってＩＶを詳細に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明は、例えば発電所における定置された内燃機関、又は、船舶において用いられるような定置されていない内燃機関の排ガス後処理システムに関する。特に、排ガス後処理システムは、重油で動作する船舶用ディーゼル内燃機関で用いられる。

【0017】

図１は、排ガス過給システム２と排ガス後処理システム３とを有する内燃機関１から成る配置を示している。内燃機関１は、定置されていない、又は、定置された内燃機関であり、特に定置されずに運転される船舶用内燃機関であり得る。内燃機関１のシリンダ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利用される。

【0018】

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、排ガス過給システム２は、複数の排ガスターボチャージャを、すなわち第１の高圧側排ガスターボチャージャ４と、第２の低圧側排ガスターボチャージャ５と、を含んでいる。内燃機関１のシリンダから排出される排ガスは、まず第１の排ガスターボチャージャ１の高圧タービン６を通って流れ、高圧タービン６内で膨張し、その際に得られたエネルギーは、第１の排ガスターボチャージャ４の高圧圧縮機内で、過給空気を圧縮するために用いられる。排ガスの流れる方向に見て、第１の排ガスターボチャージャ４の下流には、第２の排ガスターボチャージャ５が配置されており、すでに第１の排ガスターボチャージャ４の高圧タービン６を貫流した排ガスは、第２の排ガスターボチャージャ５を通って、すなわち第２の排ガスターボチャージャ５の低圧タービン７を通るように誘導される。第２の排ガスターボチャージャ５の低圧タービン７内では、排ガスがさらに膨張し、その際に得られたエネルギーは、第２の排ガスターボチャージャ５の低圧圧縮機内で、同じく内燃機関１のシリンダに供給されるべき過給空気を圧縮するために利用される。

【0019】

両方の排ガスターボチャージャ４及び５を有する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、第１の圧縮機５の高圧タービン６と第２の排ガスターボチャージャ５の低圧タービン７との間に接続されているので、第１の排ガスターボチャージャ４の高圧タービン６から排出される排ガスは、第２の排ガスターボチャージャ５の低圧タービン７の領域に到達する前に、まずＳＣＲ排ガス後処理システム３を通るように誘導され得る。

【0020】

図１は、第１の排ガスターボチャージャ４の高圧タービン６から、反応チャンバ１０内に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９の方向に排ガスを誘導し得る排ガス供給導管８を示している。

【0021】

さらに、図１は、排ガスをＳＣＲ触媒コンバータ９から第２の排ガスターボチャージャ５の低圧タービン７の方向に排出するために用いられる排ガス排出導管１１を示している。

【0022】

排ガスは、低圧タービン７を始点として、導管２１を通り、特に屋外へと流れる。

【0023】

反応チャンバ１０、及び、従って反応チャンバ１０内に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９につながる排ガス供給導管８と、反応チャンバ１０、及び、従ってＳＣＲ触媒コンバータ９から延びる排ガス排出導管１１とは、バイパス１２を通じて連結されており、バイパス１２には、遮断要素１３が組み込まれている。遮断要素１３が閉じている場合は、バイパス１２は閉鎖されているので、当該バイパスを排ガスが流れることはできない。それに対して、遮断要素１３が開かれている場合、バイパス１２を通って排ガスが流れ、反応チャンバ１０と、従って、反応チャンバ１０内に配置されたＳＣＲ触媒コンバータ９と、の脇を通過し得る。

【0024】

図２は、矢印１４で、バイパス１２が遮断要素１３によって閉じられている場合の、排ガス後処理システム３を通る排ガスの流れを明示しており、図２からは、排ガス供給導管８が、下流側端部１５で反応チャンバ１０に開口していることが導出され、当該排ガスの流れに対しては、排ガス供給導管８の当該端部１５の領域において、約１８０°か、又は、略１８０°の方向転換が行われ、排ガスは、流れの方向転換が行われたのち、ＳＣＲ触媒コンバータ９を通るように誘導される。

【0025】

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、導入装置１６を通じて、排ガスの流れに、特にアンモニア又はアンモニア前駆物質といった還元剤が導入可能であり、当該還元剤は、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選択的に変換するために必要である。排ガス後処理システム３の当該導入装置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、アンモニア又はアンモニア前駆物質が、排ガス供給導管８内の排ガスの流れに注入される。図２は、円錐１７で、排ガス供給導管８の領域における排ガスの流れへの還元剤の注入を明示している。排ガスの流れる方向に見て、導入装置１６の下流、かつ、ＳＣＲ触媒コンバータ９の上流に位置する排ガス後処理システム３の区間は、混合区間と呼ばれる。特に、排ガス供給導管８は、導入装置１６の下流に混合区間１８を設けており、混合区間１８では、排ガスは、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。

【0026】

排ガス供給導管８は、下流側端部１５で、反応チャンバ１０に開口している。この排ガス供給導管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、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に開口する排ガス供給導管８の端部１５に対して、直線的に変位可能である。

【0027】

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、排ガス供給導管８は、下流側端部１５において開放される。従って、バッフル要素１９が、排ガス供給導管８を下流側端部１５において遮断している場合、好ましくは、バイパス１２の遮断要素１３が開放され、その結果、排ガスは完全に、ＳＣＲ触媒コンバータ９の脇、又は、ＳＣＲ触媒コンバータ９を受容する反応チャンバ１０の脇を通過する。

【0028】

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、完全に閉鎖されるか、又は、少なくとも部分的に開放されている可能性もある。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、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内の排ガス温度、及び／又は、導入装置１６を通じて排ガスの流れに導入される還元剤の量に依存する。

【0029】

排ガス供給導管８の下流側の端部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、排ガスの流れの内に場合によっては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で回収し、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の領域に到達することを回避することにある。下流側端部１５が開放されている場合の、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の領域で方向転換される排ガスが、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へ強く誘導又若しくは方向転換されるか、又は、径方向外側に位置するセクションの方へ強く誘導若しくは方向転換されるかを確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、漏斗状に拡大し、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の流れ横断面は、下流側端部１５の領域において拡大し、特に図２から明らかなように、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の上流で、その流れ横断面がまず減少することが規定され得る。図２が示すところによると、排ガス供給導管８の流れ横断面は、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、まず略一定であり、次に次第に先細になり、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、この流れ横断面の拡大は、好ましくは、排ガス供給導管８が下流側端部１５の上流でまず先細になる部分よりも短い排ガス供給導管８の部分に亘って行われる。

【0031】

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、径方向外側の部分よりも短い距離を有している。従って、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引っ込んでいるか、又は、湾曲している。

【0032】

特に図２からわかるように、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、共通の面２２から反応チャンバ１０の中へと延在している。

【0033】

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に対向する反応チャンバ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内に延在しているが、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。従って、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に対向する反応チャンバ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。図２からわかることに、その際、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。

【0034】

特に効果的な排ガス後処理と、排ガス後処理システム３を有する内燃機関１の特に効果的な運転とを可能にするために、排ガス供給導管８、及び／又は、ＳＣＲ触媒コンバータ９を受容する反応チャンバ１０、及び／又は、排ガス排出導管１１は、少なくとも二重壁を有するように構成されている。それによって、排ガスの熱エネルギーが排ガス中に留まり、排ガス供給導管８、反応チャンバ１０、及び、排ガス排出導管１１の壁に大規模には放出されないことが保証される。高い排ガス温度は、一方では、ＳＣＲ触媒コンバータ９の領域における効果的な排ガス後処理にとって有利であり、他方では、排ガス後処理装置３に後置された排ガスターボチャージャの効果的な運転にとって有利である。

【0035】

ＳＣＲ触媒コンバータ９の領域における高い排ガス温度は、特に硫酸アンモニウム及び／又は重硫酸アンモニウムの生成といった、還元剤の望ましくない副反応を回避するために有利である。排ガス温度が低すぎる場合に生じ得る、望ましくない副生成物は、排ガス供給導管８、ＳＣＲ触媒コンバータ９、反応チャンバ１０、及び、排ガス排出導管１１を破壊し、従って、排ガス後処理の効率を損なう可能性がある。

【0036】

さらに、すでに述べたように、排ガス後処理装置３の下流における高い排ガス温度は、流れる方向に見て排ガス後処理装置３の下流に配置された排ガスターボチャージャ、特にその低圧タービンを、効果的に運転するためには有利である。

【0037】

すでに述べたように、排ガス供給導管８、及び／又は、反応チャンバ１０、及び／又は、排ガス排出導管１１は、少なくとも二重壁を有するように構成されているが、同じく、バイパス１２も少なくとも二重壁を有するように構成され得る。特に好ましい本発明の態様においては、排ガス供給導管８も、反応チャンバ１０も、排ガス排出導管１１も、それぞれ少なくとも二重壁を有するように構成されている。しかしながら、これらの部材の内の１つのみ、特に反応チャンバ１０が、又は、これらの部材の内の２つのみ、特に排ガス供給導管８及び反応チャンバ１０が、少なくとも二重壁を有するように構成されていても良い。

【0038】

以下に、さらなる詳細を、図３及び図４の詳細ＩＩＩ及びＩＶを参照して説明する。図３及び図４は、排ガス供給導管８及び／又は反応チャンバ１０及び／又は排ガス排出導管１１のそれぞれ代替的な、好ましい態様を示しており、すなわち、図３は、二重壁を有する態様を、図４は、三重壁を有する態様を示している。

【0039】

本発明の第１の有利な態様によると、排ガス供給導管８の第１の壁２４、及び／又は、反応チャンバ１０の第１の壁２５、及び／又は、排ガス排出導管１１の第１の壁２６は、排ガス供給導管８又は反応チャンバ１０又は排ガス排出導管１１内で支配的な圧力において、それぞれの壁２４又は２５又は２６がそれぞれの圧力に耐えるように設計された厚さを有するように構成されている。その際、それぞれの圧力は、７ｂａｒまでであり、好ましくは少なくとも２ｂａｒである。

【0040】

その際、好ましくは、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の、排ガスの流れ（図示せず）に対向する面には、第２の壁３０又は３１又は３２が配置され、空隙２７又は２８又は２９を形成しており、第２の壁の厚さは、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の厚さよりも小さい。図３において、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の厚さはｄ１で、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２の厚さはｄ２で示されており、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６と、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２との間に形成された空隙２７又は２８又は２９の寸法は、ｌ１２で示されている。

【0041】

本発明の有利なさらなる発展形態によると、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の厚さｄ１と、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２の厚さｄ２との比は、少なくとも１０：３、好ましくは少なくとも１０：２、特に好ましくは少なくとも１０：１である。それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６と、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２との間の空隙の寸法ｌ１２は、少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも４ｍｍ、特に好ましくは少なくとも６ｍｍである。その際、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の質量と熱容量との積は、好ましくは、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２の対応する質量と熱容量との積よりも大きい。

【0042】

それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６と、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２とは、両方とも、例えば鋼等の金属材料から形成され得る。それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６が金属材料から形成され、それぞれの第２の壁３０又は３１又は３２がセラミック材料から形成されている態様が好ましい。同様に、それぞれの第１の壁２４、２５、２６と、それぞれの第２の壁３０、３１、３２とが、それぞれ金属材料から形成されていることも可能であり、その場合、好ましくは、それぞれの第２の壁３０、３１、３２は、排ガスの流れに対向する面に、セラミックのコーティングを有し得る。

【0043】

図４は、図３の詳細ＩＩＩのさらなる発展形態を、詳細ＩＶとして示しており、図４では、付加的に第３の壁３３又は３４又は３５が存在しており、第３の壁は、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６の、排ガスの流れに背向する面に配置されて、さらなる空隙３６又は３７又は３８を形成している。それぞれの第１の壁２４、２５、２６の、排ガスの流れに対向する面に配置された、それぞれの第２の壁３０、３１、３２によって、可能な限り少ない熱エネルギーが、排ガスから、それぞれの第１の壁２４又は２５又は２６に伝達されることが保証され得る。それぞれの第１の壁２４、２５、２６の、排ガスの流れに背向する面に配置された、それぞれの第３の壁３３、３４、３５によって、可能な限り少ない熱エネルギーが、周囲へ放出されることが保証され得る。図４では、それぞれの第３の壁３３又は３４又は３５の厚さはｄ３で、それぞれの第３の壁３３、３４、３５と、それぞれの第１の壁２４、２５、２６との間に形成された空隙３６、３７、３８の寸法は、ｌ１３で示されている。

【0044】

特に、それぞれの第１の壁２４、２５、２６の厚さと、それぞれの第３の壁３３又は３４又は３５の厚さとの比は、少なくとも１：５、好ましくは少なくとも１：７、特に好ましくは少なくとも１：１０である。その際、空隙の寸法ｌ１３は、好ましくは空隙の寸法ｌ１２に一致しており、特に２ｍｍ、好ましくは少なくとも４ｍｍ、特に好ましくは少なくとも６ｍｍである。その際、それぞれの第１の壁２４、２５、２６の質量と熱容量との積は、好ましくは、それぞれの第３の壁３３、３４、３５の質量と熱容量との対応する積よりも小さい。さらに、好ましくは、第２の壁の熱伝導率と第３の壁の熱伝導率との比は、少なくとも１０：１、好ましくは少なくとも８０：１、最も好ましくは、少なくとも１５０：１である。

【0045】

それぞれの第１の壁２４、２５、２６と、それぞれの第３の壁３３、３４、３５との間の空隙は省略することも可能である。この場合、それぞれの第３の壁３３又は３４又は３５は、それぞれの第１の壁２４、２５、２６の、排ガスの流れに背向する面に、直接に貼付される。この場合、ｌ１３は０ｍｍである。

【0046】

図１に係る内燃機関１では、排ガス後処理システム３は、直立して、排ガス過給システム２の上側に配置されている。内燃機関１のシリンダへのアクセスは自由であるが、排ガスターボチャージャ４及び５へのアクセスは制限されている。しかしながら、反応チャンバ１０は、排ガスターボチャージャ４、６でメンテナンス作業が必要になった場合に、容易に分解することが可能である。

【0047】

図１に示されたような、排ガス後処理システム３が排ガス過給システム２の上側に直立して配置されている場合とは異なり、排ガス後処理システム３を９０°回転させて、排ガス過給システム２の横に水平に配置することも可能であるが、このような水平配置では、配置に要する長さが増大する。しかしながら、内燃機関１及び排ガス過給システム２に関しては、反応チャンバ１０を解体せずとも、無制限にメンテナンス作業を行うことができる。

【0048】

本発明に係る方法は、単段過給式エンジンでも二段過給式エンジンでも用いることができる。単段過給式エンジンの場合、排ガス後処理システムは、タービンの上流に配置されることが好ましく、二段過給式エンジンの場合、２つのタービンの間に配置されることが好ましい。

【符号の説明】

【0049】

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 排ガスターボチャージャ
５ 排ガスターボチャージャ
６ 高圧タービン
７ 低圧タービン
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 導管
２２ 面
２３ 面
２４ 第１の壁
２５ 第１の壁
２６ 第１の壁
２７ 空隙
２８ 空隙
２９ 空隙
３０ 第２の壁
３１ 第２の壁
３２ 第２の壁
３３ 第３の壁
３４ 第３の壁
３５ 第３の壁
３６ 空隙
３７ 空隙
３８ 空隙

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】