AT500739A2

AT500739A2 - METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: AT500739A2
Application number: AT0190305A
Authority: AT
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2006-03-15
Also published as: AT500739A3; CN101351636B; CN101351636A

Description

       

  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung, welche mit Flüssiggas, insbesondere mit Dimethylether betrieben wird. Weiters betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens.
Die Qualität der Verbrennung von mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschinen hängt direkt von der Qualität der Zerstäubung des flüssigen Kraftstoffes, sowie von dessen danach folgender Verdampfung und der Durchmischung des Dampfes mit dem Sauerstoff der Luft ab. Es ist bekannt, zur Verbesserung der Zerstäubung den Dieselkraftstoff mit besonders hohem Druck von etwa 2000 bar in den Brennraum einzuspritzen.

   Durch diese Massnahmen können zwar sehr niedrige Rauchzahlen erreicht werden, wegen der notwenigen hohen Einspritzdrücke sind allerdings spezielle und kostenaufwändige Einspritzsysteme erforderlich.
Es ist weiters bekannt, dass bei der Verbrennung sauerstoffhaltiger Kraftstoffe, zum Beispiel Dimethylether (DME) oder anderer Alkohole, niedrigere Mengen an Schadstoffen entstehen als bei Kraftstoffen ohne chemisch gebundenen Sauerstoff.
Aus der AT 001.018 Ul ist ein Verfahren zur Aufbereitung von selbstzündendem Kraftstoff bekannt, welches vorsieht, dass dem Kraftstoff Dimethylether in geringen Mengen beigemischt wird.
Des weiteren sind aus den Veröffentlichungen AT 002.958 U2, AT 001.924 U2, AT 408.130 B,

   AT 408.131 B und AT 001.623 Ul Einspritzsysteme für mit Flüssiggas als Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschinen bekannt.
Neuentwickelte Flüssiggaskraftstoffe mit hoher Cetanzahl, beispielsweise Dimethylether, weisen bei Umgebungstemperatur einen Dampfdruck unter 30 bar auf und können als selbstzündende Kraftstoffe eingesetzt werden. Aufgrund des gebundenen Sauerstoffes wirkt sich der Einsatz von Dimethylether als Kraftstoff sehr vorteilhaft auf die Verbrennung und die Emissionen aus.
Weiters ist es bekannt, dass NOx-Emissionen bei Brennkraftmaschinen durch Abgasrückführung verringert werden können. Durch die Abgasrückführung kann die Verbrennungstemperatur und damit die Entstehung der NOx-Emissionen wesentlich reduziert werden.

   Um diesen Effekt zu erreichen, sind in mit konventionellem Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschinen relativ hohe Abgasrückführraten von etwa 40% bis 60% erforderlich, um die NOx-Emissionen um 1 g/kWh bis 2 g/kWh zu reduzieren. Die Menge des rückgeführten Abgases ist bei Einsatz von konventionellem Kraftstoff durch die entstehenden Russpartikel begrenzt. Um die NO[chi]-Emissionen im Ausmass von 1 g/kWh bis 2 g/kWh zu reduzieren, sind bei konventionellen Brennkraftmaschinen relativ hohe Abgasrückführraten zwischen 40% bis 60% erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Emissionen bei einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung weiter zu reduzieren.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass Abgas in den Brennraum rückgeführt wird, wobei die Abgasrückführrate kleiner als 40%, vorzugsweise kleiner als 30%, besonders vorzugsweise kleine als 20% ist.

   Die Abgasrückführrate ist definiert als Verhältnis zwischen der rückgeführten Abgasmasse und der Ladungsmasse im Zylinder. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass beim Einsatz von Dimethylether bereits mit Abgasrückführraten zwischen 10% bis 20% die Stickoxide im gleichen Ausmass reduziert werden können, wie beim Einsatz von konventionellem Diesel-Kraftstoff mit hohen Abgasrückführraten von 40% bis 60%. Dieser Effekt lässt sich durch die fehlenden direkten Kohlenstoffbindungen und den gebundenen Sauerstoff im Dimethylether erklären.
Die Fig. zeigt ein Diagramm, in welchem die Abgasrückführrate EGR über der NO[chi]-Menge für eine mit Dimethylether betriebene Brennkraftmaschine und eine herkömmliche Diesel-Brennkraftmaschine aufgetragen ist.

   Deutlich ist zu erkennen, dass für die mit Dimethylether betriebene Brennkraftmaschine 1 wesentlich geringere Abgasrückführraten EGR zu vergleichbar niedrigen NOx-Emissionen als bei der Vergleichs-Diesel-Brennkraftmaschine 2 führen.
Bereits mit relativ geringen rückgeführten Abgasmengen können somit hohe Reduktionen an NO[chi]-Emissionen erreicht werden, ohne dass ein Ansteigen von anderen schädlichen Emissionen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff- oder Kohlenmonoxid-Emissionen in Kauf genommen werden müssen.
Die sehr geringen Abgasrückführraten ermöglichen eine wesentlich kleinere Dimensionierung des Abgasrückführsystems und tragen dazu bei, dass die Motorverluste, insbesondere durch die Abgasrückführung und Pumpverluste reduziert werden können.



  The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with auto-ignition, which is operated with liquid gas, in particular with dimethyl ether. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine for carrying out the method.
The quality of the combustion of diesel fueled internal combustion engines depends directly on the quality of atomization of the liquid fuel, as well as its subsequent evaporation and the mixing of the vapor with the oxygen of the air. It is known to inject the diesel fuel with a particularly high pressure of about 2000 bar in the combustion chamber to improve the atomization.

   Although very low smoke figures can be achieved by these measures, because of the necessary high injection pressures, special and costly injection systems are required.
It is further known that combustion of oxygen-containing fuels, for example dimethyl ether (DME) or other alcohols, produces lower levels of pollutants than fuels without chemically bound oxygen.
From AT 001.018 U1 a method for the treatment of self-igniting fuel is known, which provides that the fuel dimethyl ether is added in small amounts.
Furthermore, from the publications AT 002.958 U2, AT 001.924 U2, AT 408.130 B,

   AT 408.131 B and AT 001.623 Ul injection systems for LPG operated as fuel internal combustion engines.
Newly developed liquid gas fuels with a high cetane number, for example dimethyl ether, have a vapor pressure below 30 bar at ambient temperature and can be used as auto-igniting fuels. Due to the bound oxygen, the use of dimethyl ether as fuel has a very beneficial effect on combustion and emissions.
Furthermore, it is known that NOx emissions from internal combustion engines can be reduced by exhaust gas recirculation. Exhaust gas recirculation can significantly reduce the combustion temperature and thus the generation of NOx emissions.

   To achieve this effect, conventionally fueled internal combustion engines require relatively high exhaust gas recirculation rates of about 40% to 60% to reduce NOx emissions by 1 g / kWh to 2 g / kWh. The amount of recirculated exhaust gas is limited by the use of conventional fuel by the resulting soot particles. In order to reduce NO [chi] emissions to the extent of 1 g / kWh to 2 g / kWh, conventional internal combustion engines require relatively high exhaust gas recirculation rates of between 40% to 60%.
The object of the invention is to further reduce emissions in an internal combustion engine with auto-ignition.
According to the invention this is achieved in that exhaust gas is recirculated into the combustion chamber, wherein the exhaust gas recirculation rate is less than 40%, preferably less than 30%, particularly preferably less than 20%.

   The exhaust gas recirculation rate is defined as the ratio between the recirculated exhaust gas mass and the charge mass in the cylinder. Surprisingly, it has been shown that with the use of dimethyl ether with exhaust gas recirculation rates between 10% to 20%, the nitrogen oxides can be reduced to the same extent as when using conventional diesel fuel with high exhaust gas recirculation rates of 40% to 60%. This effect can be explained by the lack of direct carbon bonds and bound oxygen in dimethyl ether.
The figure shows a diagram in which the exhaust gas recirculation rate EGR is plotted against the NO [chi] amount for a dimethyl ether-operated internal combustion engine and a conventional diesel internal combustion engine.

   It can clearly be seen that, for the internal combustion engine 1 operated with dimethyl ether, substantially lower exhaust gas recirculation rates EGR lead to comparatively low NOx emissions than in the comparative diesel internal combustion engine 2.
Even with relatively low amounts of recirculated exhaust gas, high reductions in NO [chi] emissions can thus be achieved without having to accept an increase in other harmful emissions, such as, for example, hydrocarbon or carbon monoxide emissions.
The very low exhaust gas recirculation rates allow a much smaller dimensioning of the exhaust gas recirculation system and contribute to the fact that the engine losses, in particular through the exhaust gas recirculation and pumping losses can be reduced.

Claims

P A T E N T A N S P R E C H E

1. A method for operating an internal combustion engine with auto-ignition, which is operated with liquid gas, in particular with dimethyl ether, characterized in that exhaust gas is recirculated into the combustion chamber, wherein the exhaust gas recirculation rate is less than 40%, preferably less than 30%, particularly preferably less than 20% is.

2. Internal combustion engine for carrying out the method according to claim 1, characterized in that an exhaust gas recirculation system is provided for the return of relatively small amounts of exhaust gas, wherein the exhaust gas recirculation rate is less than 40%, preferably less than 30%, more preferably less than 20%.

2005 11 24 Fu / Sc <EMI ID = 3.1>

Dipl.-Ing. Wag. Michael Sabeluk

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