(57)【要約】【課題】重油で駆動される新式の内燃機関を提供すること。【解決手段】アンモニア生成装置（２４）には、給気導管（２３）から分岐したバイパス導管（２７）を通じて、給気を供給することが可能であり、アンモニア生成装置（２４）のノズル（２５）を通じて、バイパス導管（２７）を通じて分岐した給気に、尿素溶液を導入することが可能であり、尿素溶液は、ノズル（２５）に後置された、アンモニア生成装置（２４）の加水分解触媒式排ガス洗浄装置（２６）内で、バイパス導管（２７）を通じて導かれた給気中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解され、バイパス導管（２７）は、排ガスのフロー方向に見て、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）の上流において、排ガス導管（２２）に合流しており、アンモニア生成装置（２４）を通るように導かれた給気は、フロー方向においてＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）の上流で、排ガスと混合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、すなわち重油で駆動される内燃機関であって、複数のシリンダ（１２）を備えた原動機（１１）と、少なくとも１つのターボチャージャ（１６、１６’、１６”）を備えた過給装置（１５）と、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）を備えた排ガス洗浄装置（２０）と、前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）のための還元剤として用いられるアンモニアを尿素溶液から生成するためのアンモニア生成装置（２４）と、を有する内燃機関において、
前記アンモニア生成装置（２４）には、給気導管（２３）から分岐したバイパス導管（２７）を通じて、給気を供給することが可能であり、
前記アンモニア生成装置のノズル（２５）を通じて、前記バイパス導管（２７）を通じて分岐した給気に、前記尿素溶液を導入することが可能であり、
前記尿素溶液は、前記ノズル（２５）に後置された、前記アンモニア生成装置の加水分解触媒式排ガス洗浄装置（２６）内で、前記バイパス導管（２７）を通じて導かれた給気中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解され、
前記バイパス導管（２７）は、排ガスのフロー方向に見て、前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）の上流において、排ガス導管（２２）に合流しており、それによって、前記アンモニア生成装置（２４）を通るように導かれた給気は、フロー方向において前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）の上流で、前記排ガスと混合されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記バイパス導管（２７）には加熱装置（２８）が配設されており、それによって、前記バイパス導管（２７）を通るように導かれた給気が、前記尿素溶液の注入前に加熱され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】
前記バイパス導管（２７）を通るように導かれた給気は、前記給気導管（２３）を通るように導かれた給気の最大５％を占めることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記過給装置（１５）は、高圧タービン（１７’）及び高圧圧縮機（１８’）を備えた高圧ターボチャージャ（１６’）と、低圧タービン（１７”）及び低圧圧縮機（１８”）を備えた低圧ターボチャージャ（１６”）と、を含んでおり、
前記バイパス導管（２７）は、前記給気のフロー方向に見て、前記低圧圧縮機（１８”）の下流及び／又は前記高圧圧縮機（１８’）の下流において、前記給気導管（２３）から分岐していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記過給装置（１５）は、高圧タービン（１７’）及び高圧圧縮機（１８’）を備えた高圧ターボチャージャ（１６’）と、低圧タービン（１７”）及び低圧圧縮機（１８”）を備えた低圧ターボチャージャ（１６”）と、を含んでおり、
前記バイパス導管（２７）は、排気のフロー方向に見て、前記低圧タービン（１７’）の下流及び／又は前記高圧タービン（１７”）の下流ではあるが前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（２１）の上流において、前記排ガス導管（２２）に合流していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関、すなわち重油で駆動される内燃機関であって、複数のシリンダ（３２）を備えた原動機（３１）と、少なくとも１つのターボチャージャ（３６、３６’、３６”）を備えた過給装置（３５）と、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（４１）を備えた排ガス洗浄装置（４０）と、前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（４１）のための還元剤として用いられるアンモニアを尿素溶液から生成するためのアンモニア生成装置（４４）と、を有する内燃機関において、
前記尿素溶液は、前記アンモニア生成装置のノズル（３５）を通じて排ガス中に導入され、前記ノズルに後置された、前記アンモニア生成装置の加水分解触媒式排ガス洗浄装置（３６）において、前記排ガス中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解され得るので、前記排ガスを前記アンモニアと共に、前記ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置（４１）の上流において、少なくとも１つのタービン（１７、１７’、１７”）を通るように導くことが可能であることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記アンモニア生成装置（３４）は、前記シリンダ（３２）から延びる排ガス導管（４２）に配設されており、それによって、前記尿素溶液を、前記排ガスのフロー方向に見て前記シリンダ（３２）の直接下流において、前記排ガスに導入することが可能であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記過給装置（３５）は、高圧タービン（３７’）及び高圧圧縮機（３８’）を備えた高圧ターボチャージャ（３６’）と、低圧タービン（３７”）及び低圧圧縮機（３８”）を備えた低圧ターボチャージャ（３６”）と、を含んでおり、
前記アンモニア生成装置（４４）は、排ガス導管（４２）の前記高圧タービン（３７’）と前記低圧タービン（３７”）との間の区間に配設されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記過給装置（３５）は、高圧タービン（３７’）及び高圧圧縮機（３８’）を備えた高圧ターボチャージャ（３６’）と、低圧タービン（３７”）及び低圧圧縮機（３８”）を備えた低圧ターボチャージャ（３６”）と、を含んでおり、
前記アンモニア生成装置（４４）は、前記排ガスのフロー方向に見て前記高圧タービン（３７’）の上流において排ガス導管（４２）から分岐したバイパス導管（４７）に配設されており、
前記バイパス導管（４７）は、前記排ガスのフロー方向に見て前記低圧タービン（３７）の下流において、前記排ガス導管（４２）に合流していることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記バイパス導管（４７）を通るように導かれた排ガスは、前記排ガス導管（４２）を通るように導かれた排ガスの最大５％を占めることを特徴とする請求項９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、請求項１及び６のプリアンブルに記載の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
重油で駆動される内燃機関の場合、使用される燃料、すなわち重油が多くの硫黄を含有するという特徴が存在する。硫黄酸化物は、排ガスの他の成分と反応可能であり、内燃機関の排ガス洗浄装置のような、内燃機関の部材に沈着する可能性がある。
【０００３】
特許文献１からは、過給装置と排ガス洗浄装置とを有する内燃機関が知られている。当該過給装置は、一段又は二段過給装置として構成されている。当該排ガス洗浄装置は、少なくとも１つのＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置を有しており、当該ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置は、一段過給装置の場合、排ガスターボチャージャのタービンの下流か、排ガスターボチャージャのタービンの上流かに配置されている。二段過給装置の場合、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置は、先行技術によると、高圧排ガスターボチャージャの高圧タービンと低圧排ガスターボチャージャの低圧タービンとの間に配置されている。
【０００４】
ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置では、還元剤としてアンモニアが用いられる。先行技術から知られた排ガス後処理システムの場合、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流において、排ガス中に、尿素水溶液が導入される。排ガスフロー中の尿素水溶液は、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解又は気化される。
【０００５】
このために、排ガス中に尿素水溶液を導入すると共に、内燃機関とＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置との間に延在する排ガス導管内に位置しているノズルと、アンモニアを還元剤として用いるＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置と、の間には、少なくとも１つの加水分解触媒式排ガス洗浄装置を有するプロセスルート（Prozessstrecke）が必要である。ノズルと加水分解触媒式排ガス洗浄装置とは、共にアンモニア生成装置を形成する。排ガス中に導入された尿素水溶液からのアンモンニアの生成は、例えば特許文献２から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０２７５９３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０３５６９２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここから出発して、本発明の課題は、重油で駆動される新式の内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本課題は、本発明の第１の態様によると、請求項１に記載の内燃機関によって解決される。これによると、アンモニア生成装置に、給気導管から分岐するバイパス導管を通じて給気が供給され得る。当該アンモニア生成装置のノズルを通じて、当該バイパス導管を通じて分岐した給気に尿素溶液を導入することが可能であり、当該尿素溶液は、ノズルに後置された、アンモニア生成装置の加水分解触媒式排ガス洗浄装置内で、バイパス導管を通るように導かれた給気中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解される。当該バイパス導管は、排ガスのフロー方向に見て、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流において、排ガス導管に合流しており、それによって、アンモニア生成装置を通るように導かれた給気は、フロー方向においてＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流で、排ガスと混合される。
【０００９】
本発明の第１の態様によって、アンモニアを生成するための尿素溶液を、排ガスではなく、バイパス導管を通じて給気導管から分岐する給気に導入することが初めて提案される。
【００１０】
給気中で尿素溶液の分解によって生成されたアンモニアは、バイパス導管を通じて排ガス内に導入され得る。当該バイパス導管は、排ガスのフロー方向に見て、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流において、排ガス導管に合流している。清浄な給気中における尿素溶液のアンモニアへの分解は、排ガス中における尿素溶液のアンモニアへの分解に対して、加水分解触媒式排ガス洗浄装置として、比較的小さな体積を有する比較的目の細かい（feinzellig）加水分解触媒式排ガス洗浄装置を用いることができるという利点を有している。加水分解触媒式排ガス洗浄装置の金属担体が詰まる危険は存在しない。
【００１１】
好ましくは、バイパス導管には、給気のフロー方向に見てアンモニア生成装置の上流において、加熱装置が配設されており、それによって、バイパス導管を通るように導かれた給気は、尿素溶液を注入する前に加熱される。電熱器又は排ガス熱交換器として構成され得る加熱装置を通じて、当該給気は、尿素溶液が注入される前に、尿素溶液にとって最適の分解温度にされる。
【００１２】
本発明の第１の態様の有利なさらなる構成によると、過給装置は、高圧タービン及び高圧圧縮機を備える高圧ターボチャージャと、低圧タービン及び低圧圧縮機を備える低圧ターボチャージャと、を有している。バイパス導管は、給気のフロー方向に見て低圧圧縮機の下流において、及び／若しくは、高圧圧縮機の下流において、給気導管から分岐し、並びに／又は、バイパス導管は、排ガスのフロー方向に見て低圧タービンの下流において、及び／若しくは、高圧タービンの下流ではあるがＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流において、排ガス導管に合流している。これによって、清浄な給気中でのアンモニア生成とＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流における排ガスフローへのアンモニアの導入とを、内燃機関の様式に最適に適応させることが可能になる。
【００１３】
本発明の第２の態様によると、本課題は、請求項６に記載の内燃機関によって解決される。これによると、尿素溶液は、アンモニア生成装置のノズルを通じて排ガス中に導入され、ノズルに後置された、アンモニア生成装置の加水分解触媒式排ガス洗浄装置において、排ガス中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解されるので、排ガスをアンモニアと共に、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置の上流において、少なくとも１つのタービンを通るように導くことが可能である。
【００１４】
本発明の第２の態様によると、アンモニアを排ガスと混合するために、少なくとも１つのターボチャージャの少なくとも１つのタービンが用いられる。これによって、排ガス中にアンモニアを最適に分散させることができる。
【００１５】
本発明の第２の態様の有利なさらなる構成によると、過給装置は、高圧タービン及び高圧圧縮機を備える高圧ターボチャージャと、低圧タービン及び低圧圧縮機を備える低圧ターボチャージャと、を有している。アンモニア生成装置は、排ガスのフロー方向に見て高圧タービンの上流で排ガス導管から分岐したバイパス導管に配設されている。バイパス導管は、排ガスのフロー方向に見て低圧タービンの下流において、排ガス導管に合流している。このような排ガス部分フロー中でのアンモニアの生成が好ましい。
【００１６】
本発明の好ましいさらなる構成は、下位請求項と以下の説明とから明らかになる。図を用いて本発明の実施例を詳細に説明するが、こ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】
【００１７】
【図１】本発明の第１の態様による、本発明に係る内燃機関の第１の実施例を示した概略図である。
【図２】本発明の第１の態様による、本発明に係る内燃機関の第２の実施例を示した概略図である。
【図３】本発明の第１の態様による、本発明に係る内燃機関の第３の実施例を示した概略図である。
【図４】本発明の第２の態様による、本発明に係る内燃機関の第１の実施例を示した概略図である。
【図５】本発明の第２の態様による、本発明に係る内燃機関の第２の実施例を示した概略図である。
【図６】本発明の第２の態様による、本発明に係る内燃機関の第３の実施例を示した概略図である。
【図７】本発明の第２の態様による、本発明に係る内燃機関の第４の実施例を示した概略図である。
【図８】本発明の第２の態様による、本発明に係る内燃機関の第５の実施例を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、重油で駆動される内燃機関、特に船舶用ディーゼル内燃機関に関する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の態様による、本発明に係る重油で駆動される内燃機関１０の第１の実施例を概略的に示した図である。内燃機関１０は、複数のシリンダ１２を有する原動機１１を含んでいる。
【００２０】
内燃機関１０のシリンダ１２内では、燃料として、重油を燃焼する。このために、内燃機関１０のシリンダ１２には、重油の他に、圧縮された給気１３が供給される。重油の燃焼の際に発生する排ガス１４は、内燃機関１０のシリンダ１２から排出される。
【００２１】
図１に示された内燃機関１０は、ターボチャージャ１６を含む過給装置１５を有している。排ガス導管２２を通じて内燃機関１０のシリンダ１２から離れる排ガス１４は、ターボチャージャ１６のタービン１７の領域に到達する。ターボチャージャ１６のタービン１７内では排ガス１４が膨張し、この際に得られたエネルギーは、ターボチャージャ１６の圧縮機１８内で、給気導管２３を通じてシリンダ１２に供給される給気１３を圧縮するために用いられる。ターボチャージャ１６の圧縮機１８の下流には、給気冷却装置１９が配置されている。
【００２２】
図１に示された内燃機関は、さらに、少なくとも１つのＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１を含む排ガス洗浄装置２０を有している。排ガス後処理装置２０は、さらなる部材、例えば粒子フィルタ等を含んでいる。ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１は、還元剤として、アンモニア生成装置２４によって供給されたアンモニアを用いている。アンモニア生成装置２４は、尿素水溶液を注入するためのノズル２５と、加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６と、を含んでおり、それによって、尿素溶液がアンモニアと水蒸気と二酸化炭素とに分解又は気化される。
【００２３】
本発明の第１の態様によると、アンモニア生成装置２４には、給気導管２３から分岐したバイパス導管２７を通じて給気を供給することが可能であり、アンモニア生成装置２４のノズル２５を通じて、バイパス導管２７を通じて分岐した給気中に、尿素溶液を導入することができる。当該尿素溶液は、ノズル２５に後置された、アンモニア生成装置２４の加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６内で、バイパス導管２７を通じて導かれた給気中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解され得る。
【００２４】
バイパス導管２７は、排ガスのフロー方向に見て、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１の上流において、排ガス導管２２に合流しており、それによって、アンモニア生成装置２４を通るように導かれた給気は、アンモニアと共に、排ガスのフロー方向に見てＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１の上流で、排ガスと混合される。図１の実施例では、バイパス導管２７は、タービン１７とＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１との間で、排ガス導管２２に合流している。
【００２５】
これとは異なり、バイパス導管２１が、排ガスのフロー方向に見てタービン１７の上流において、排ガス導管２２に合流しても良い。これによって、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１の上流において、タービン１７内で、アンモニアと排ガスとの混合が最適化される可能性もある。
【００２６】
好ましくは、アンモニア生成装置２４には加熱装置２８が前置されており、当該加熱装置を用いて、バイパス導管２７を通るように導かれた給気は、尿素溶液を注入する前に、尿素溶液にとって最適の分解温度にされる。当該加熱装置２８は、電熱器又は排ガス熱交換器であり得る。
【００２７】
バイパス導管２７を通るように導かれた給気は、給気導管２３を通るように導かれ、ターボチャージャ１５の圧縮機１８によって圧縮された給気の最大５％を占めている。バイパス導管は、給気のフロー方向において、圧縮機１８の下流かつ給気冷却装置１９の上流において、給気導管２３から分岐している。
【００２８】
本発明の第１の態様による、本発明に係る内燃機関１０の第２の実施例を図２は示している。図２の実施例については、不要な繰り返しを避けるために、同じ部材には同じ参照符号が用いられる。
【００２９】
図２の実施例において、過給装置１５は、高圧ターボチャージャ１６’及び低圧ターボチャージャ１６”を含んでいる。高圧ターボチャージャ１６’は高圧タービン１７’及び高圧圧縮機１８’を含んでおり、低圧ターボチャージャ１６”は低圧タービン１７”及び低圧圧縮機１８”を含んでいる。原動機１１のシリンダ１２を離れた排ガス１４は、まず高圧ターボチャージャ１６’の高圧タービン１７’の領域に到達し、次に、低圧ターボチャージャ１６”の低圧タービン１７”の領域に到達する。これらのタービン１７’及び１７”内で得られたエネルギーは、対応する圧縮機１８’及び１８”において、給気を次々に圧縮するために用いられる。低圧圧縮機１８”の下流では給気冷却装置１９”が、高圧圧縮機１８’の下流では給気冷却装置１９’が、給気導管２３に組み込まれている。
【００３０】
図２の実線によると、アンモニア生成装置２４が組み込まれているバイパス導管２７は、高圧圧縮機１８’の下流かつ給気冷却装置１９’の上流において、給気導管２３から分岐し、高圧タービン１７’と低圧タービン１７”の間において、排ガス導管２２に合流している。ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１は、排ガスのフロー方向に見て、低圧タービン１７”の下流に位置している。
【００３１】
図２の破線が示すように、代替的又は追加的に、バイパス導管２７が、低圧圧縮機１８”と高圧圧縮機１８’との間で給気導管２３から、しかしながら給気のフロー方向に見て給気冷却装置１９”の上流において給気導管２３から分岐するように、及び／又は、バイパス導管２７が、排ガス１４のフロー方向に見て低圧タービン１７”の下流において、排ガス導管２２に合流するように設定しても良い。バイパス導管２７が低圧タービン１７”の下流で排ガス導管２２に合流する場合、低圧タービン１７”内でのアンモニアと排ガスとの混合は行われない。
【００３２】
すでに述べたように、図２の破線部分は、バイパス導管２７に関する実線に追加して、又は、代替的に用いられ得る。
【００３３】
本発明の第１の態様による、本発明に係る内燃機関１０の第３の実施例を図３は示している。図３についても、不要な繰り返しを避けるために、図１及び図２の場合のように、同じ部材には同じ参照符号が用いられる。
【００３４】
図３の内燃機関１０は、図２の内燃機関１０から、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１が高圧タービン１７’と低圧タービン１７”との間で排ガス導管２２に接続されている点で異なっている。バイパス導管２７は、排ガス１４のフロー方向に見てＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置２１の上流において、高圧タービン１７’と低圧タービン１７”との間で排ガス導管２２に合流している。したがって、低圧タービン１７”内でのアンモニアと排ガスとの混合は行われない。図示されてはいないが、図３において、バイパス導管２７は、排ガス１４のフロー方向に見て高圧タービン１７’の上流で排ガス導管２２に合流している。したがって、高圧タービン１７’内でアンモニアと排ガスとの混合が行われる可能性がある。
【００３５】
本発明の第１の態様による内燃機関１０の図１から図３に示した実施例に共通しているのは、アンモニア生成装置２４に給気が供給され、当該給気はバイパス導管２７を通じて給気導管２３から分岐しており、それによって、排ガス中ではなく清浄な給気中で、ノズル２４を通じて、尿素水溶液が給気に加えられ、加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６の領域において、当該尿素がアンモニアに分解されることである。このとき、アンモニア生成装置２４には、好ましくは加熱装置２８が前置されており、それによって、給気は、尿素を注入する前に、尿素にとって最適の分解温度にされる。
【００３６】
アンモニア生成装置２４内で清浄な給気を用いることは、アンモニア生成装置２４の加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６が詰まる傾向を有さず、したがって加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６に、その金属担体の比較的微細な構造を用いることができるという利点を有する。これによって、比較的小さな体積の加水分解触媒式排ガス洗浄装置２６をアンモニア生成装置２４内で用いることが可能になる。
【００３７】
図４は、本発明の第２の態様による内燃機関３０の第１の実施例を示している。内燃機関３０は、複数のシリンダ３２を備えた原動機３１を有している。シリンダ３２内では、やはり重油が燃料として燃焼し、シリンダ３２には、重油の他にさらに圧縮された給気３３が供給される。重油の燃焼の際に排ガス３４が発生し、当該排ガスは内燃機関３０のシリンダ３２から排出される。
【００３８】
図４の内燃機関３０は、ターボチャージャ３６を含む過給装置３５を有している。排ガス導管４２を通じて内燃機関３０のシリンダ３２から離れる排ガス３４は、ターボチャージャ３６のタービン３７の領域に到達する。ターボチャージャ３６のタービン３７内では排ガス３４が膨張し、この際に得られたエネルギーは、ターボチャージャ３６の圧縮機３８内で、給気導管４３を通じてシリンダ３２に供給される給気３３を圧縮するために用いられる。ターボチャージャ３６の圧縮機３８の下流では、給気冷却装置３９が給気導管４３に組み込まれている。
【００３９】
図４の内燃機関３０は、さらに、少なくとも１つのＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１を含む排ガス洗浄装置４０を有している。図４の実施例では、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１は、排ガス３４のフロー方向に見てターボチャージャ３６のタービン３７の下流に配置されている。排ガス洗浄装置４０は、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の他に、さらなる部材、例えば粒子フィルタ等を含んでいる。
【００４０】
ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１は、還元剤として、アンモニア生成装置４４によって供給されたアンモニアを用いている。アンモニア生成装置４４は、ノズル４５と、加水分解触媒式排ガス洗浄装置４６と、を有しており、加水分解触媒式排ガス洗浄装置４６内では、ノズル４５を通じて供給された尿素溶液が、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに分解又は気化される。
【００４１】
本発明の第２の態様によると、アンモニア生成装置４４は、シリンダ３２を離れた排ガス３４がアンモニア生成装置４４に供給されるように内燃機関３０に組み込まれており、尿素水溶液は、アンモニア生成装置４４のノズル４５を通じて排ガス３４中に導入され、ノズル４５に後置された加水分解触媒式排ガス洗浄装置４６によって、排ガス中で、水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとに気化又は分解され得るので、排ガスをアンモニアと共に、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の上流において、ターボチャージャの少なくとも１つのタービンを通るように導くことが可能であり、図４では、排ガスはアンモニアと共に、ターボチャージャ３６のタービン３７を通るように導かれている。タービン３７は、排ガスがアンモニアと共にＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の領域に到達する前に、アンモニアを排ガス中に最適に分散させるための混合器として用いられる。これによって、単独の混合器は不要となる。ターボチャージャ３６のタービン３７の上流において、尿素をアンモニアに分解することのさらなる利点は、ターボチャージャ３６のタービン３７の上流において、排ガス３４中に、尿素溶液のアンモニア、二酸化炭素及び水蒸気への効果的な分解を可能にするために十分なエンタルピーが存在することにある。したがって、アンモニアの放出は、内燃機関３０の動作点又は荷重点（Lastpunkt）とは無関係である。加水分解触媒式排ガス洗浄装置４６の金属担体をＴｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３等で特別にコーティングすることは不要である。なぜなら、すでに言及したように、ターボチャージャ３６のタービン３７の上流における排ガスのエンタルピーは、尿素をアンモニア、二酸化炭素及び水蒸気に効果的に分解するために十分な程度に大きい又は高いからである。
【００４２】
図５は、本発明の第２の態様による内燃機関３０の第２の実施例を示している。図５の実施例についても、不要な繰り返しを避けるために、図４の実施例の場合と同じ参照符号が用いられる。以下、図５の実施例が図４の実施例と異なる細部にのみ言及する。
【００４３】
図５の実施例において、過給装置３５は、高圧タービン３７’及び高圧圧縮機３８’を備えた高圧ターボチャージャ３６’と、低圧タービン３７”及び低圧圧縮機３８”を備えた低圧ターボチャージャ３６”と、を含んでいる。給気導管４３には、２つの給気冷却装置３９’及び３９”が組み込まれている。すなわち、低圧圧縮機３６”の下流では給気冷却装置３９”が、高圧圧縮機３６’の下流では給気冷却装置３９’が組み込まれている。
【００４４】
図４の実施例の場合のように、図５の実施例においても、アンモニア生成装置４４は内燃機関３０に組み込まれており、原動機３１のシリンダ３２を離れた排ガス３４は、排ガスがタービン３７’又は３７”のいずれかにおいて膨張する前に、アンモニア生成装置４４を通るように導かれる。
【００４５】
図５によると、アンモニア生成装置４４は、排ガス３４のフロー方向に見て高圧ターボチャージャ３６’の高圧タービン３７’の上流において、排ガス導管３４に組み込まれている。したがって、高圧タービン３７’の上流においてすでにアンモニアが生成され、図５によると排ガスのフロー方向に見て低圧タービン３７’の下流に配置されているＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の領域に排ガスがアンモニアと共に到達する前に、当該アンモニアは排ガスと共に、両方のタービン３７’及び３７”を通るように導かれる。
【００４６】
図６は、本発明の第２の態様による内燃機関３０のさらなる変形例を示している。図６に関しては、同じ部材には、やはり図４及び図５の実施例の場合と同じ参照符号が用いられる。以下、図６の実施例が図５の実施例と異なる細部にのみ言及する。
【００４７】
図６の実施例においては、シリンダ３２を離れた排ガス３４は、排ガス導管４２から分岐したバイパス導管４７を通じて、アンモニア生成装置４４に供給される。図６によると、バイパス導管４７を通じて高圧タービン３７’の側を通り過ぎる排ガスは、アンモニア生成装置内で生成されたアンモニアと共に、高圧タービン３７’と低圧タービン３７”との間において、排ガス導管４２に戻され、それによって、排ガスのフロー方向に見て低圧タービン３７”の上流において、排ガスと混合される。低圧タービン３７”は、排ガスとアンモニアとを混合する混合器として用いられ、図６によると排ガスのフロー方向に見て低圧タービン３７’の下流に位置するＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１には、アンモニアと均質に混合された排ガスが供給される。
【００４８】
バイパス導管４７を通じて排ガス導管３４から分岐した排気は、排ガス導管３４を通じてシリンダ３２を離れた排ガスの最大５％を占めている。
【００４９】
図７は、本発明の第２の態様による内燃機関３０のさらなる実施例を示している。図７に関しても、不要な繰り返しを避けるために、同じ部材には、やはり同じ参照符号が用いられる。以下、図７の実施例が図５の実施例と異なる細部にのみ言及する。
【００５０】
図７の実施例においては、ノズル４５と加水分解触媒式排ガス洗浄装置４６とを含むアンモニア生成装置４４は、排ガスのフロー方向に見て高圧タービン３７の下流かつ低圧タービン３７”の上流で、排ガス導管４２に組み込まれている。当該実施例でも、アンモニア生成装置４４のノズル４５を通じて排ガス中に導入された尿素溶液は、排ガス中でアンモニアと水蒸気と二酸化炭素とに分解され、排ガスはアンモニアと共に、少なくとも１つのタービンを通るように、すなわち図７によると低圧ターボチャージャ３６”の低圧タービン３７”を通るように導かれるので、図７においても、排ガスがアンモニアと共にＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の領域に到達する前に、低圧タービン３７”の領域におけるアンモニアと排ガスとの良好な混合が確実化される。
【００５１】
図８は、本発明の第２の態様による内燃機関３０のさらなる実施例を示している。図８の実施例に関しても、不要な繰り返しを避けるために、同じ部材には、やはり図４から図７の実施例の場合と同じ参照符号が用いられる。図８の実施例において、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１は、排ガスのフロー方向に見て高圧ターボチャージャ３６’の高圧タービン３７の下流かつ低圧ターボチャージャ３６”の低圧タービン３７”の上流において、排ガス導管４２に組み込まれている。アンモニア生成装置４４は、高圧タービン３７’の上流において排ガス導管４２に組み込まれている。図８の実施例においても、尿素の水蒸気と二酸化炭素とアンモニアとへの分解は、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１に供給する前に高圧タービン３７’を通るように導くために、タービンの上流、すなわち高圧タービン３７’の上流で行われる。尿素のアンモニアへの分解は、高エンタルピーの場合に排ガス中で効果的な方法で行われ、さらに、アンモニアと排ガスとの良好な混合は、ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置４１の上流において、高圧タービン３７’によって達成される。
【符号の説明】
【００５２】
１０  内燃機関
１１  原動機
１２  シリンダ
１３  給気
１４  排ガス
１５  過給装置
１６  ターボチャージャ
１６’  高圧ターボチャージャ
１６”  低圧ターボチャージャ
１７  タービン
１７’  高圧タービン
１７”  低圧タービン
１８  圧縮機
１８’  高圧圧縮機
１８”  低圧圧縮機
１９  給気冷却装置
１９’  給気冷却装置
１９”  給気冷却装置
２０  排ガス洗浄装置
２１  ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置
２２  排ガス導管
２３  給気導管
２４  アンモニア生成装置
２５  ノズル
２６  加水分解触媒式排ガス洗浄装置
２７  バイパス導管
２８  加熱装置
３０  内燃機関
３１  原動機
３２  シリンダ
３３  給気
３４  排ガス
３５  過給装置
３６  ターボチャージャ
３６’  高圧ターボチャージャ
３６”  低圧ターボチャージャ
３７  タービン
３７’  高圧タービン
３７”  低圧タービン
３８  圧縮機
３８’  高圧圧縮機
３８”  低圧圧縮機
３９  給気冷却装置
３９’  給気冷却装置
３９”  給気冷却装置
４０  排ガス洗浄装置
４１  ＳＣＲ触媒式排ガス洗浄装置
４２  排ガス導管
４３  給気導管
４４  アンモニア生成装置
４５  ノズル
４６  加水分解触媒式排ガス洗浄装置
４７  バイパス導管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014163387.tif 000009
【図８】
2014163387.tif 000010
【外国語明細書】
2014163387000001.pdf