CH713369B1 - Charged diesel engine. - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen aufgeladenen Dieselmotor, bestehend aus einem Mehrzylinder-Motor (7) und einem Turbolader (1) mit Verdichter (1a) und Turbine (1b), Ladeluftkühler (2), Abblase-Ventil (3), einer Mischkammer (4a) zur Erzeugung einer Dieselöl-Wasser-Emulsion und einer Mischkammer (4b) zur Erzeugung einer Mischung von Luft und Dieselöl-Wasser-Emulsion, Drosselklappe (5), einem Ansaugkrümmer (6) und Auslasskollektoren (8a), einer Abgasleitung (8b) und Abgasreinigungssystem (11) sowie einer Hochdruck-Dieselölleitung (9) und einem Dieselöl-Verteilsystem (10) mit zwei Dieselölleitungen (9a, 9b). Eine Dieselölmenge für den Dieselmotor ist in zwei Stufen in einen Luftstrom zur Verbesserung der Mischung einspritzbar ist, wobei das Dieselöl für die erste Stufe (9b) mittels der Dieselöl-Wasser-Emulsion in der nachfolgenden Mischkammer (4b) vor der Ausgangskammer (6) in den Luftstrom einführbar ist und das Dieselöl für die zweite Stufe (9a) direkt in den Brennraum der Zylinderköpfe einspritzbar ist. Hierdurch entsteht eine geringe Stickoxydmenge bei der Verbrennung.The invention relates to a supercharged diesel engine, comprising a multi-cylinder engine (7) and a turbocharger (1) with compressor (1a) and turbine (1b), intercooler (2), blow-off valve (3), a mixing chamber (4a). for producing a diesel oil-water emulsion and a mixing chamber (4b) for producing a mixture of air and diesel oil-water emulsion, throttle (5), an intake manifold (6) and outlet collectors (8a), an exhaust pipe (8b) and exhaust gas purification system (11) and a high-pressure diesel oil line (9) and a diesel oil distribution system (10) with two diesel oil lines (9a, 9b). A diesel fuel amount for the diesel engine is injectable in two stages in an air flow to improve the mixture, wherein the diesel oil for the first stage (9b) by means of the diesel oil-water emulsion in the subsequent mixing chamber (4b) in front of the output chamber (6) the air flow is insertable and the diesel oil for the second stage (9a) is injectable directly into the combustion chamber of the cylinder heads. This results in a small amount of nitrogen oxide during combustion.

Description

Beschreibungdescription

Technisches Gebiet [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen aufgeladenen Dieselmotor gemäss dem Oberbegriff des PatentanspruchsTechnical Field The present invention relates to a supercharged diesel engine according to the preamble of the claim

1.1.

Stand der Technik [0002] Ein Dieselmotor, gemäss Fig. 2, stellt schematisch einen 4-Zylinder-Motor nach dem Stand der Technik dar. In diesem Dieselmotor wird die Ansaugluft in einem vorgeschalteten Turbolader-Kompressor (1 a) vorkomprimiert, danach in einem Ladeluftkühler (2) vorgekühlt, worauf dann die Ansaugluft über ein Abblase-Ventil (3) und über die Drosselklappe (5) und Ansaugkrümmer (6) in den vier Zylindern des Dieselmotors (7) verteilt wird.PRIOR ART A diesel engine, according to FIG. 2, schematically represents a 4-cylinder engine according to the prior art. In this diesel engine, the intake air is pre-compressed in an upstream turbocharger compressor (1 a), then in one Charge air cooler (2) pre-cooled, whereupon the intake air is distributed via a blow-off valve (3) and via the throttle valve (5) and intake manifold (6) in the four cylinders of the diesel engine (7).

[0003] Der Dieselbrennstoff strömt durch die Leitung (9) unter dem Einsatz einer Hochdruck Pumpe mit über 1000 bar in den Brennstoff-Verteilkrümmer, um dann in die zum Dieselmotor gehörenden Zylinderköpfe des Mehrzylinder-Motors direkt eingespritzt zu werden.The diesel fuel flows through the line (9) using a high pressure pump with over 1000 bar in the fuel distribution manifold, in order to then be injected directly into the cylinder heads of the multi-cylinder engine belonging to the diesel engine.

[0004] Eine Erhöhung der Leistung lässt sich mit erhöhtem Ladeluftdruck und durch mehrstufige Turbolader (im Bild nicht dargestellt) und somit erhöhter Luftmenge in den Zylindern und entsprechend wesentlich mehr Dieselöl-Einspritzung in den Brennraum des Zylinders erzielen, was trotz extrem hohem Dieselöl-Einspritzdruck zu extrem hoher Entstehung von NOx-Emissionen führt.An increase in performance can be achieved with increased charge air pressure and by multi-stage turbocharger (not shown in the picture) and thus increased air volume in the cylinders and correspondingly much more diesel oil injection into the combustion chamber of the cylinder, which despite extremely high diesel oil injection pressure leads to extremely high levels of NOx emissions.

[0005] Der Grund ist darin zu sehen, dass die schlechte Mischung der Luft mit dem Dieselöl im Brennraum nach der Einspritzung die lokale Konzentrationsverteilung des Dieselöls in dem Brennraum sehr inhomogen gestaltet, wobei dieser Zustand zu lokalen Temperaturspitzen führt, welche entsprechend hohe NOx-Werte verursachen.The reason for this is that the poor mixture of air with the diesel oil in the combustion chamber after the injection makes the local concentration distribution of the diesel oil in the combustion chamber very inhomogeneous, this state leading to local temperature peaks, which correspondingly high NOx values cause.

[0006] Zwar wird versucht, über Abgasrückführung und -Reinigung (Oxydationskatalysator, Partikelfilter und Stickoxydkatalysator) die NOx-Werte zu reduzieren, aber wie die neueste Erfahrung zeigt, haben diese Massnahmen einen limitierten Einfluss, d.h., die NOx-Werte bleiben hoch, dies trotz extrem hohen Brennstoff-Einspritzdruck und weiteren beschriebenen Massnahmen.Attempts are being made to reduce the NOx values via exhaust gas recirculation and purification (oxidation catalyst, particle filter and nitrogen oxide catalyst), but as recent experience shows, these measures have a limited influence, ie the NOx values remain high despite extremely high fuel injection pressure and other measures described.

Darstellung der Erfindung [0007] Die vorliegende im Patentanspruch 1 definierte Erfindung führt zu einer homogeneren Dieselöl-Konzentrationsverteilung im Brennraum unmittelbar nach der Einspritzung, da die direkt eingespritzte Dieselölmenge in den Brennraum der Zylinderköpfe infolge zweistufiger Einspritzung auf 100% reduziert wird. Die n% der Dieselölmenge der ersten Stufe die in einer nachfolgenden Mischkammer (4b) als Emulsion der Luft beigemischt werden, welche Emulsion eine zuvor in einer ersten Mischkammer (4a) erzeugte Dieselöl-Wasser-Emulsion ist, führt zu einer homogenen Vormischung der Dieselöl-Wasser-Emulsion mit der Luft, die in den Zylinder eingeführt wird (siehe Fig. 1). Dadurch wird die Dieselöl-Wasser-Emulsion vollständig mit der verwirbelten Luft in der nachfolgenden Mischkammer (4b) vermischt, die lokale Konzentrationsverteilung in dem Brennraum wird dadurch homogener.DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention defined in claim 1 leads to a more homogeneous diesel oil concentration distribution in the combustion chamber immediately after the injection, since the quantity of diesel oil injected directly into the combustion chamber of the cylinder heads is reduced to 100% as a result of two-stage injection. The n% of the amount of diesel oil in the first stage which is added to the air as an emulsion in a subsequent mixing chamber (4b), which emulsion is a diesel oil-water emulsion previously produced in a first mixing chamber (4a), leads to a homogeneous premixing of the diesel oil Water emulsion with the air that is introduced into the cylinder (see Fig. 1). As a result, the diesel oil-water emulsion is completely mixed with the swirled air in the subsequent mixing chamber (4b), the local concentration distribution in the combustion chamber is thus more homogeneous.

[0008] Eine Selbstzündung des Dieselöl-Wasser-Emulsion-Luftgemisches bis zum Brennraum ist nicht zu erwarten, da es sich um eine magere Mischung handelt und die Wassertropfen in der Emulsion eine Zündung verzögern und auch die Russbildung unterdrücken. Ausserdem kann mittels eines Flammensensors die Dieselölmenge in der Leitung (9b) reduziert werden.A self-ignition of the diesel oil-water emulsion-air mixture to the combustion chamber is not to be expected, since it is a lean mixture and the water drops in the emulsion delay ignition and also suppress soot formation. In addition, the amount of diesel oil in line (9b) can be reduced by means of a flame sensor.

[0009] Der Wasserbedarf (aufbereitetes Wasser) ist gering, nur 15 Volumen-% der durch die Leitung (9b) strömenden Dieselölmenge, die wiederum nur n% (ca. 30 bis 35%) der gesamten Dieselölmenge darstellt.The water requirement (treated water) is low, only 15% by volume of the amount of diesel oil flowing through line (9b), which in turn represents only n% (approx. 30 to 35%) of the total amount of diesel oil.

[0010] Eine Rückgewinnung einer gewissen Wassermenge durch Abkühlung des Abgases, ausreichend für die Kondensation des Wassers, und Rückführung in die Wasserleitung (12) (Fig. 1), nicht dargestellt, wäre eine Alternative, um den Wasserbedarf von aussen zu reduzieren, bzw. zu eliminieren.A recovery of a certain amount of water by cooling the exhaust gas, sufficient for the condensation of the water, and return to the water pipe (12) (Fig. 1), not shown, would be an alternative to reduce the water requirement from the outside, or to eliminate.

[0011] Bei den benzinbetriebenen Motoren mit direkter Einspritzung kann die hier beschriebene zweistufige Einspritzung auch verwendet werden, welche zur Erzielung einer besseren Verbrennung und Reduktion des Russausstosses führt.In the gasoline-powered engines with direct injection, the two-stage injection described here can also be used, which leads to better combustion and reduction of soot emissions.

Beschreibung der Figuren [0012]Description of the Figures [0012]

Fig. 1: Schematische Darstellung eines aufgeladenen Dieselmotors mit zweistufiger Brennstoffeinspritzung: 1 Turbolader, 2 Ladeluftkühler, 3 Abblase-Ventil, 4a Kammer zur Erzeugung einer Teilmenge Dieselöl-WasserEmulsion und 4b zur vollkommenen Vormischung der Teilmenge Dieselöl-Wasser-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 Dieselöl-Zufuhrleitung mit 9b Erste-Stufe-Leitung und 9a Zweite-Stufe-Hochdruck-Leitung, 10 Dieselöl-Verteilsystem, 12 WasserleitungFig. 1: Schematic representation of a supercharged diesel engine with two-stage fuel injection: 1 turbocharger, 2 charge air cooler, 3 blow-off valve, 4a chamber for generating a partial quantity of diesel oil-water emulsion and 4b for complete premixing of the partial quantity of diesel oil-water emulsion with the air, 5 Throttle valve, 6 intake manifolds, 7 multi-cylinder (4 in the picture) diesel engine, 8a / b exhaust collector and exhaust line, 11 exhaust gas cleaning and control system, 9 diesel oil supply line with 9b first-stage line and 9a second-stage high-pressure line , 10 diesel oil distribution system, 12 water pipe

CH 713 369 B1CH 713 369 B1

Fig. 2: Schematische Darstellung eines aufgeladenen Dieselmotors, nach dem Stand der Technik: 1 Turbolader, 2 Ladeluftkühler, 3 Abblase-Ventil, 5 Drosselklappe, 6 Ansaugkrümmer, Mehrzylinder(4 im Bild)-Dieselmotor, 8a/b Auslasskollektor und Abgasleitung, 11 Abgas-Reinigung und -Steuerungssystem, 9 Hochdruck-Brennstoff-Zufuhrleitung.Fig. 2: Schematic representation of a turbocharged diesel engine, according to the prior art: 1 turbocharger, 2 charge air cooler, 3 blow-off valve, 5 throttle valve, 6 intake manifold, multi-cylinder (4 in the picture) diesel engine, 8a / b exhaust collector and exhaust pipe, 11 Exhaust gas cleaning and control system, 9 high pressure fuel supply lines.

Claims (5)

Patentansprücheclaims 1. Aufgeladener Dieselmotor, bestehend aus einem Mehrzylinder-Motor (7) und einem Turbolader (1) mit Verdichter (1a) und Turbine (1b), Ladeluftkühler (2), Abblase-Ventil (3), einer ersten Mischkammer (4a) zur Erzeugung einer Dieselöl-Wasser-Emulsion und einer nachfolgenden Mischkammer (4b) zur Erzeugung einer Mischung von Luft mit der Dieselöl-Wasser-Emulsion, Drosselklappe (5), einem Ansaugkrümmer (6) und Auslasskollektoren (8a), einer Abgasleitung (8b) und Abgasreinigungssystem (11) sowie einer Hochdruck-Dieselölleitung (9), einem Dieselöl-Verteilsystem (10) mit zwei Dieselölleitungen (9a, 9b), dadurch gekennzeichnet, dass das Dieselöl in zwei Stufen in einen Luftstrom einspritzbar ist, wobei das Dieselöl für die erste Stufe mittels der Dieselöl-Wasser-Emulsion in der nachfolgenden Mischkammer (4b) vor dem Ansaugkrümmer (6) in den Luftstrom einführbar ist und das Dieselöl für die zweite Stufe direkt in den Brennraum der Zylinderköpfe einspritzbar ist, wodurch eine geringe Stickoxydmenge bei der Verbrennung entsteht.1. Supercharged diesel engine, consisting of a multi-cylinder engine (7) and a turbocharger (1) with compressor (1a) and turbine (1b), charge air cooler (2), blow-off valve (3), a first mixing chamber (4a) Generation of a diesel oil-water emulsion and a subsequent mixing chamber (4b) for generating a mixture of air with the diesel oil-water emulsion, throttle valve (5), an intake manifold (6) and outlet collectors (8a), an exhaust pipe (8b) and Exhaust gas cleaning system (11) and a high-pressure diesel oil line (9), a diesel oil distribution system (10) with two diesel oil lines (9a, 9b), characterized in that the diesel oil can be injected into an air stream in two stages, the diesel oil for the first Stage by means of the diesel oil-water emulsion in the subsequent mixing chamber (4b) in front of the intake manifold (6) can be introduced into the air flow and the diesel oil for the second stage can be injected directly into the combustion chamber of the cylinder heads, whereby a ger amount of nitrogen oxide is produced during combustion. 2. Aufgeladener Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mischkammer (4a) zur Erzeugung einer Emulsion aus Dieselöl und Wasser dient, wobei diese Emulsion eine Wassermenge von circa 15 Voi.-% der Dieselölmenge umfasst, und dass die nachfolgende Mischkammer (4b) aus einem Behälter besteht, der am Eingang mit einem Sieb zur Verwirbelung der Luft versehen ist und mehrere Brennstoffdüsen für die Dieselöl-Wasser-Emulsion aufweist, um im Behälter eine vollständige Mischung der Dieselöl-Wasser-Emulsion mit Luft zu erzielen.2. Supercharged diesel engine according to claim 1, characterized in that the first mixing chamber (4a) is used to generate an emulsion of diesel oil and water, this emulsion comprising a quantity of water of approximately 15% by volume of the quantity of diesel oil, and that the subsequent mixing chamber ( 4b) consists of a container which is provided at the entrance with a sieve for swirling the air and has several fuel nozzles for the diesel oil-water emulsion in order to achieve a complete mixing of the diesel oil-water emulsion with air in the container. 3. Aufgeladener Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dieselöl-Verteilsystem (10) die Teilung der Dieselölmenge in die zwei Dieselölleitungen (9a, 9b) veränderbar vornehmen kann, wobei die durch die zur ersten Mischkammer (4a) führende Dieselöl Leitung (9b) führbare n%-Dieselölmenge kleiner als 35% der gesamten Dieselölmenge ist und somit in der nachfolgenden Mischkammer (4b) eine magere Mischung entstehen kann.3. Supercharged diesel engine according to claim 1, characterized in that the diesel oil distribution system (10) can divide the amount of diesel oil into the two diesel oil lines (9a, 9b) in a variable manner, the diesel oil line leading through the first mixing chamber (4a) ( 9b) feasible amount of n% diesel oil is less than 35% of the total amount of diesel oil and thus a lean mixture can result in the subsequent mixing chamber (4b). 4. Aufgeladener Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die reduzierte 100-n%-Dieselölmenge in den Brennraum der zum Dieselmotor gehörenden Zylinderköpfe unter Hochdruck von über 1000 bar einspritzbar ist.4. Supercharged diesel engine according to claim 3, characterized in that the reduced 100-n% amount of diesel oil can be injected into the combustion chamber of the cylinder heads belonging to the diesel engine under high pressure of over 1000 bar. 5. Aufgeladener Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flammen-Sensor im nachfolgenden Ansaugkrümmer (6) montiert ist und dass der Flammen-Sensor bei der Selbstzündung des Dieselöl-Wasser-Emulsion-Luftgemisches die Dieselölmenge in den Mischkammern (4a, 4b) mittels Steuerung des Dieselöl-Verteilsystems reduzieren kann.5. Supercharged diesel engine according to claim 3, characterized in that a flame sensor is mounted in the following intake manifold (6) and that the flame sensor in the auto-ignition of the diesel oil-water emulsion-air mixture, the amount of diesel oil in the mixing chambers (4a, 4b ) by controlling the diesel oil distribution system.
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