CH713369A2

CH713369A2 - Reduktion des Stickoxid-Ausstosses aus einem aufgeladenen Dieselmotor, Turbodiesel NOx Reduktion.

Info

Publication number: CH713369A2
Application number: CH00115/17A
Authority: CH
Inventors: Dilip Mukherjee Dr
Original assignee: Dilip Mukherjee Dr
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-07-31
Also published as: CH713369B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Mehrzylinder-Dieselmotor, umfassend einen Turbolader (1) mit einem Verdichter (1a) und einer Turbine (1b), einen Ladeluftkühler (2), ein Abblase-Ventil (3), eine Mischkammer (4a) zur Erzeugung einer Dieselöl-Wasser-Emulsion und eine weitere Mischkammer (4b) zur Erzeugung einer Mischung von Luft und Emulsion, eine Drosselklappe (5), einen Ansaugkrümmer (6), einen Auslasskollektor (8a), eine Abgasleitung (8b), ein Abgasreinigungssystem (11) und eine Hochdruck-Brennstoffleitung (9), ein Brennstoff-Verteiler-System (10) mit zwei getrennten Brennstoffleitungen (9a, 9b). Im bestimmungsgemässen Betrieb wird das Dieselöl in zwei Stufen in den Motor eingebracht. In einer ersten Stufe wird in der Mischkammer (4a) eine Dieselöl-Wasser-Emulsion angemischt, welche in der weiteren Mischkammer (4b) in den zugeführten Luftstrom eingespritzt wird. In einer zweiten Stufe wird das Dieselöl über die direkt zu den Zylindern (7) führende Hochdruck-Brennstoffleitung (9a) in die jeweiligen Zylinder eingespritzt. Damit sollen sich die Russ-Werte im Abgas reduzieren.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein aufgeladener Dieselmotor gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Ein Dieselmotor, gemäss Fig. 2, (stellt schematisch einen 4 Zylinder Motor nach Stand der Technik), wo die Ansaugluft in einem vorgeschaltete Turbolader-Kompressor 1a vor komprimiert, danach in der Ladeluftkühler 2 vorgekühlt, und über ein Abblase-Ventil 3, und dann über die Drosselklappe 5, und Ansaugkrümmer 6 in den vier Zylinder des Dieselmotors 7, verteilt, eingeführt. Der Dieselbrennstoff wird durch die Leitung 9, über die Hochdruck Pumpe (über 1000 bar) in Brennstoff Verteilkrümmer in die Zylinderköpfe des mehr-zylinder Motors direkt eingespritzt. Erhöhung der Leistung mit erhöhtem Ladeluftdruck und mehr stufige Turbolader (in Bild nicht dargestellt) und somit erhöhte Luftmenge in den Zylinder und entsprechend wesentlich mehr Brennstoff-Einspritzung in Brennraum des Zylinders, trotz extrem höher Brennstoff Druck, zur starken NOx-Entstehung verursacht.

[0003] Der Grund dafür ist, die schlechte Mischung der Luft mit dem Brennstoff im Brennraum nach Einspritzung und folglich die lokale Konzentrationsverteilung des Brennstoffes in Brennraum sehr inhomogen ist und dieser Zustand zur lokalen Temperaturspitzen und entsprechend hohe Stickoxyd (NOx)-Werte führen.

[0004] Zwar wird versucht über Abgasrückführung, und -Reinigung (Oxydationskatalysator, Partikelfilter und Stickoxydkatalysator) die Stickoxyd-Werte zu reduzieren, aber wie die neueste Erfahrung zeigt haben diese Massnahmen limitierte Einflüsse, d.h. die Stickoxyd-Werte bleiben hoch trotz extrem hohen Brennstoff Einspritzdruck und weiteren beschriebenen Massnahmen.

[0005] Die vorliegende, im Patentanspruch 1 definierte Erfindung führt zu einer homogeneren Brennstoff Konzentrationsverteilung im Brennraum unmittelbar nach der Einspritzung da die Brennstoffmenge in Brennraum der Zylinderköpfe, infolge zwei stufigen Einspritzung, nun zu (100-n)% reduziert ist, und die n% der Brennstoffmenge in der ersten Stufe in Mischkammer 4b als Emulsion, (erzeugt zuvor in Kammer 4a), zu einer homogene Vormischung des Brennstoffes mit der Luft führt, die zu den Zylinder geführt wird, s. Fig. 1. Dadurch wird die Luft und der Brennstoff sehr gut vermischt und die lokale Konzentrationsverteilung in Brennraum homogener wird. Eine Selbstzündung des Brennstoffgemisches bis zum Brennraum ist nicht zu erwarten, da es eine magere Mischung ist und die Wasser tropfen in Emulsion die Zündung verzögert sowie unterdrückt die Russ-Bildung, die Mikroexplosion begünstigt die Atomisierung und führt zur besseren Mischung. Ausserdem kann mittels Flammensensors die Brennstoffmenge in der Leitung 9b reduziert werden.

[0006] Der Wasserbedarf (aufbereitetes Wasser) ist gering, nur 15 Volum % der Brennstoffmenge durch die Leitung 9b, die wiederum nur n% (ca. 30 bis 35%) der gesamten Brennstoffmenge ist Eine Rückgewinnung gewisser Wassermenge durch Abkühlung des Abgases, ausreichend für die Kondensation des Wassers, und Rückführung in Wasserleitung 12 (Fig. 1), nicht dargestellt, wäre eine Alternative um Wasserbedarf von Aussen zu reduzieren, bzw. zu eliminieren.

[0007] Bei den Benzin Motoren mit direkter Einspritzung kann die hier beschriebene zwei Stufige Einspritzung auch verwendet werden - für bessere Verbrennung und Russ Ausstoss Reduktion.

Fig. 1: Schematische Darstellung eines aufgeladenen Dieselmotors mit zwei-stufige Brennstoffeinspritzung; 1 Turbolader, 2 Ladeluftkühler, 3 Abblaseventil, 4a Kammer zur Erzeugung von Teilmenge - Dieselbrennstoff Emulsion und 4b zur vollkommene Vormischung der Teilmenge - Emulsion mit der Luft, 5 Drosselklappe, 6 Ansaugkrümmer, 7 Mehrzylinder (4 im Bild) Dieselmotor, 8a/b Auslasskollektor und Abgasleitung, 11 Abgas- Reinigung und -Steuerungssystem, 9 Brennstoff-Zufuhrleitung mit 9b 1. Stufe Mitteldruck Leitung und 9a zweite Stufe Hochdruck Leitung.

Fig. 2: Schematische Darstellung eines aufgeladenen Dieselmotors, nach Stand der Technik, 1 Turbolader, 2 Ladeluftkühler, 3 Abblaseventil, 5 Drosselklappe, 6 Ansaugkrümmer, Mehrzylinder (4 im Bild) Dieselmotor, 8a/ b Auslasskollektor und Abgasleitung, 11 Abgas-Reinigung und -Steuerungssystem, 9 Hochdruck Brennstoff-Zufuhrleitung.

Claims

Patentansprüche

1. Ein aufgeladener Dieselmotor bestehend aus dem Mehr-Zylinder Motoren 7 und ein Turbolader 1 (la Verdichter und 1b Turbine), Ladeluftkühler 2, Abblase-Ventil 3, Mischkammer 4a (zur Erzeugung einer Dieselöl-Emulsion, -Wasser in Öl) und der Mischkammer 4b zur Erzeugung einer starken Mischung von Luft und Emulsion, Drosselklappe 5, Ansaugkrümmer 6 und Auslasskollektoren 8a, Abgasleitung 8b und Abgasreinigungssystem 11 sowie eine Hoch-druck Brennstoffleitung 9, Brennstoff-Verteiler System 10 über zwei aufgeteilte Brennstoffleitungen 9a und 9b, dadurch gekennzeichnet, dass Diesel-Brennstoff in 2 Stufen in Luftstrom zur Verbesserung der Mischung, eingespritzt wird - erste Stufe 9b in zwei nach einander folgende Mischkammer 4 (4a und 4b) und die zweite Stufe 9a direkt in Brennraum der Zylinderköpfe wie üblich, s. Fig. 1.
2. Ein aufgeladene Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischkammer 4a zur Erzeugung von einer Emulsion von Dieselbrennstoff und Wasser (die Wassermenge ist ca. 15Vol. % des Brennstoffes) und der nachfolgender Mischkammer 4b, bestehend aus ein Behälter worin ein Sieb am Eingang zur starke Verwirbelung

CH 713 369 A2 der Luft und mehrere kleine Brennstoffdüsen vorhanden sind um eine vollständige Mischung der Emulsion mit Luft zu erzielen.
3. Ein aufgeladene Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff-Verteilsystem 10 die Teilung der Brennstoffmenge in zwei Leitungen 9a und 9b verändern kann, wobei die n% Brennstoffmenge durch die Leitung 9b, kleiner als 35% der Gesamtmenge ist, d.h. es ist eine magere Mischung der Luft in die Mischkammer 4b und in nachfolgendem Weg bis zu den Zylinder-Eintritte entsteht. Durch den hohen Druck der Brennstoffeinspritzung wird der Diesel-Brennstoff Emulsion vollständig mit der verwirbelten Luft in die Mischkammer 4b vermischt. Eine Selbstzündung des Brennstoffgemisches ist nicht zu erwarten, da es eine magere Mischung ist und die Wasser tropfen in Emulsion die Zündung verzögert sowie unterdrückt die Russ-Bildung, die Mikroexplosion begünstigt die Atomisierung und führt zur besseren Mischung.
4. Ein aufgeladene Dieselmotor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet dass die reduzierte Brennstoffmenge (100n)% in den Brennraume der Zylinderköpfe unter Hochdruck (über 1000 bar), statt die gesamte 100% der Brennstoffmenge, direkt eingespritzt wird. Dadurch entsteht eine sehr ausgeglichene Mischung der Luft mit dem Brennstoff in Brennraum, eine sehr ausgeglichene Temperaturverteilung und ein reduzierte Stickoxyd Bildung.
5. Ein aufgeladene Dieselmotor nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, das ein Flammen Sensor in Ansaugkrümmer 6 montiert ist zur Sicherung dass beim Selbstzündung die Brennstoffmenge in Kammer 4a/b reduziert werden kann mittels Steuerung des Brennstoffverteil-Systems. Nach gewisser Erfahrung mit dem spezifischen Dieselbrennstoff kann auf den Flammensensor verzichtet werden bis die sichere Brennstoffmenge durch die Leitung 9b eingestellt ist.
6. Diese zweistufige Brennstoffeinspritzung kann auch zur besseren Verbrennung in einem aufgeladene Direkt-Einspritzer Benzinmotor zur Russ-Reduktion, durch die Wasser Tropfen in Emulsion, verwendet werden.

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