CZ2018738A3 - Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this - Google Patents

Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this Download PDF

Info

Publication number
CZ2018738A3
CZ2018738A3 CZ2018-738A CZ2018738A CZ2018738A3 CZ 2018738 A3 CZ2018738 A3 CZ 2018738A3 CZ 2018738 A CZ2018738 A CZ 2018738A CZ 2018738 A3 CZ2018738 A3 CZ 2018738A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
engine
fuel
nitrogen
internal combustion
mixture
Prior art date
Application number
CZ2018-738A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ308433B6 (en
Inventor
Marcel Ĺ karohlĂ­d
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České vysoké učení technické v Praze filed Critical České vysoké učení technické v Praze
Priority to CZ2018-738A priority Critical patent/CZ308433B6/en
Publication of CZ2018738A3 publication Critical patent/CZ2018738A3/en
Publication of CZ308433B6 publication Critical patent/CZ308433B6/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/02Engines characterised by means for increasing operating efficiency
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B51/00Other methods of operating engines involving pretreating of, or adding substances to, combustion air, fuel, or fuel-air mixture of the engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/026Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/029Determining density, viscosity, concentration or composition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/14Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding anti-knock agents, not provided for in subgroups F02M25/022 - F02M25/10
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F02B2043/103Natural gas, e.g. methane or LNG used as a fuel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

Vynález se týká způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů, při kterém se do paliva a/nebo směsi paliva a vzduchu přidává směs metanu, propanu, vodíku a dusíku pro výsledné složení paliva ve spalovacím prostoru v množství metanu 62 až 75 % obj., propanu 8 až 12 % obj., vodíku 8 až 12 % obj. a dusíku 8 až 13 % obj., načež se na základě složení paliva ve spalovacím prostoru upravuje podíl paliva a spalovacího vzduchu a/nebo úhel předstihu zážehu a/nebo kompresní poměr motoru a/nebo plnící tlak v sacím/plnícím systému motoru. Dále se týká zařízení k provádění tohoto způsobu, u kterého je palivový systém motoru (2) a/nebo sací systém (1) motoru (2) a/nebo válec spalovacího motoru (2) opatřen přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku, propojeným s ovládací jednotkou.The invention relates to a process for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines, in which a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is added to the fuel and / or fuel / air mixture to give a final fuel composition in the combustion chamber of methane of 62 to 75% by volume. propane 8 to 12% by volume, hydrogen 8 to 12% by volume and nitrogen 8 to 13% by volume, after which the fuel / combustion air ratio and / or the ignition advance angle and / or the compression ratio are adjusted on the basis of the fuel composition in the combustion chamber. engine and / or boost pressure in the engine intake / filler system. It further relates to an apparatus for carrying out this method, in which the engine fuel system (2) and / or the intake system (1) of the engine (2) and / or the cylinder of the internal combustion engine (2) is provided with a feed of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen. connected to the control unit.

Description

Způsob snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů a zařízení k provádění tohoto způsobuMethod for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and equipment for carrying out this method

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů u plynových zážehových spalovacích motorů spalujících chudou směs a zařízení pro provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a method for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines in lean gas-fired gasoline internal combustion engines and to an apparatus for carrying out this method.

Dosavadní stav technikyPrior art

Zvyšování výkonu a účinnosti spalovacích motorů je doprovázeno zvyšováním emisí oxidů dusíku. Oxidy dusíku jsou tvořeny během spalování paliva ve spalovacím prostoru spalovacího motoru a to oxidací dusíku ze spalovacího vzduchu. Pro tvorbu oxidů dusíku během spalování platí pravidlo, že s růstem teplot ve spalovacím prostoru během spalování roste i produkce oxidů dusíku. Snižování emisí oxidů dusíku u spalovacích motorů lze docílit dvěma základními skupinami způsobů a jejich vzájemnými kombinacemi.Increasing the performance and efficiency of internal combustion engines is accompanied by increasing emissions of nitrogen oxides. Nitrogen oxides are formed during the combustion of fuel in the combustion chamber of an internal combustion engine by the oxidation of nitrogen from the combustion air. For the formation of nitrogen oxides during combustion, the rule is that as the temperature in the combustion chamber increases during combustion, the production of nitrogen oxides also increases. The reduction of nitrogen oxide emissions in internal combustion engines can be achieved by two basic groups of methods and their mutual combinations.

První skupinou způsobů jsou opatření přímo ovlivňující výsledek spalovacího procesu ve válci spalovacího motoru. Mezi tato opatření patří změna úhlu předstihu zážehu, změna poměru paliva a spalovacího vzduchu, změna kompresního poměru motoru, využívání řízené recirkulace výfukových plynů, snížení plnicího tlaku v sacím systému spalovacího motoru, snížení teploty směsi pomocí mezichladiče plnicího vzduchu/směsi a vstřikování vody do sacího potrubí či přímo do spalovacího prostoru.The first group of methods are measures directly affecting the result of the combustion process in the cylinder of the internal combustion engine. These measures include changing the ignition advance angle, changing the fuel to combustion air ratio, changing the engine's compression ratio, using controlled exhaust gas recirculation, reducing the charge pressure in the intake system of the internal combustion engine, reducing the mixture temperature with the charge air / mixture intercooler and injecting water into the intake. pipes or directly into the combustion chamber.

Snižováním úhlu předstihu zážehu dochází k poklesu teplot během spalování, a tím i k poklesu emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je, že snižováním okamžiku předstihu dochází k nárůstu teplot výfukových plynů a může dojít k poklesu celkové účinnosti motoru. U motorů s atmosférickým plněním navíc dochází také k poklesu výkonu motoru.By reducing the ignition advance angle, temperatures drop during combustion, and thus nitrogen oxide emissions decrease. The disadvantage of this solution is that reducing the lead time increases the exhaust gas temperatures and may reduce the overall efficiency of the engine. In addition, with naturally aspirated engines, there is also a decrease in engine power.

Pro různé hodnoty poměru paliva a spalovacího vzduchu rozeznáváme směsi bohaté - množství vzduchuje menší než odpovídá teoretické potřebě vzduchu, stechiometrické - množství vzduchu odpovídá teoretické potřebě vzduchu a chudé - množství vzduchu je větší než odpovídá teoretické potřebě vzduchu. V oblasti spalovaní chudé směsi s poklesem podílu paliva k podílu spalovacího vzduchu, tzv. ochuzováním směsi, dochází k poklesu teplot během spalování a tím i k poklesu emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je, že s ochuzováním směsi dochází k poklesu výkonu motoru, celkové účinnosti motoru a rovnoměrnosti běhu motoru a k růstu teplot výfukových plynů motoru.For different values of the ratio of fuel and combustion air we distinguish rich mixtures - the amount of air is less than corresponds to the theoretical need for air, stoichiometric - the amount of air corresponds to the theoretical need for air and poor - the amount of air is greater than corresponds to the theoretical need for air. In the area of lean mixture combustion with a decrease in the share of fuel to the share of combustion air, the so-called depletion of the mixture, there is a decrease in temperatures during combustion and thus a decrease in nitrogen oxide emissions. The disadvantage of this solution is that with depletion of the mixture there is a decrease in engine power, overall engine efficiency and uniformity of engine running, and an increase in engine exhaust gas temperatures.

Snižováním kompresního poměru motoru dochází k poklesu teplot během spalování, a tím i k poklesu emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je, že snižováním kompresního poměru motoru dochází k poklesu výkonu a celkové účinnosti motoru.By reducing the compression ratio of the engine, the temperatures during combustion decrease and thus the nitrogen oxide emissions decrease. The disadvantage of this solution is that reducing the compression ratio of the engine reduces the power and overall efficiency of the engine.

Při řízené recirkulaci výfukových plynů je nasávaná směs smíchána v určitém poměru s částí spalin. Toto smíšení směsi a spalin opět způsobí pokles teplot během spalování a tím i pokles emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je jeho složitost a cena. Pokud není motor optimalizován, dochází s růstem podílu spalin na úkor podílu směsi k poklesu výkonu motoru, celkové účinnosti motoru a rovnoměrnosti běhu motoru a k růstu teplot výfukových plynů motoru.In the controlled recirculation of exhaust gases, the intake mixture is mixed in a certain ratio with a part of the flue gas. This mixing of the mixture and the flue gas will again cause a decrease in temperatures during combustion and thus a decrease in nitrogen oxide emissions. The disadvantage of this solution is its complexity and price. If the engine is not optimized, as the proportion of flue gas increases at the expense of the proportion of the mixture, there is a decrease in engine power, overall engine efficiency and engine uniformity, and an increase in engine exhaust temperatures.

Snižováním plnicího tlaku v sacím systému spalovacího motoru dochází k poklesu teplot během spalování, a tím i k poklesu emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je, že snižováním plnicího tlaku dochází k poklesu výkonu motoru.By reducing the charge pressure in the intake system of an internal combustion engine, temperatures drop during combustion, and thus nitrogen oxide emissions decrease. The disadvantage of this solution is that reducing the boost pressure reduces the engine power.

- 1 CZ 2018 - 738 A3- 1 CZ 2018 - 738 A3

Snížení teploty směsi pomocí mezichladiče plnicího vzduchu/směsi způsobí celkový pokles průběhu teplot k nižším hodnotám, tedy i teplot během spalování, a tím i pokles emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je jeho složitost a cena.Reducing the temperature of the mixture by means of the charge air intercooler / mixture will cause an overall decrease in the course of temperatures to lower values, ie also temperatures during combustion, and thus a decrease in nitrogen oxide emissions. The disadvantage of this solution is its complexity and price.

Vstřikování vody do sacího potrubí či přímo do spalovacího prostoru způsobí s ohledem na výpamé teplo pro změnu skupenství vody na vodní páru pokles teplot, tedy i teplot během spalování, a tím i pokles emisí oxidů dusíku. Nevýhodou tohoto řešení je vysoká cena, náročnost na výrobu, složitost a vyšší poruchovost motoru.The injection of water into the intake manifold or directly into the combustion chamber will cause a decrease in temperatures, i.e. also temperatures during combustion, and thus a decrease in nitrogen oxide emissions, with respect to the effluent heat for changing the state of water to water vapor. The disadvantage of this solution is the high price, complexity of production, complexity and higher failure rate of the engine.

Druhou skupinou způsobů je dodatečná úprava již vzniklých spalin pomocí katalyzátorů.The second group of methods is the additional treatment of already formed flue gases with the help of catalysts.

Při provozu motoru na stechiometrickou směs se používá oxidačně-redukční katalyzátor. Tento katalyzátor snižuje emise oxidů dusíků pomocí redukční části katalyzátoru a emise oxidu uhelnatého a nespálených uhlovodíků pomocí oxidační části katalyzátoru. Z tohoto důvodu se tento katalyzátor také někdy nazývá třícestný - likviduje tři skupiny škodlivin. Při provozu motoru na chudou směs se používá pro snižování oxidů dusíku katalyzátor využívající principu selektivní katalytické redukce. Nevýhodou těchto řešení je vysoká cena, velmi vysoká složitost, omezená životnost katalyzátoru a vyšší poruchovost motoru.An oxidation-reduction catalyst is used when operating the engine on a stoichiometric mixture. This catalyst reduces the emissions of nitrogen oxides by means of the reducing part of the catalyst and the emissions of carbon monoxide and unburned hydrocarbons by means of the oxidizing part of the catalyst. For this reason, this catalyst is also sometimes called three-way - it eliminates three groups of pollutants. In lean engine operation, a catalyst using the principle of selective catalytic reduction is used to reduce nitrogen oxides. The disadvantages of these solutions are the high cost, very high complexity, limited catalyst life and higher engine failure.

Vzájemnou kombinací jednotlivých opatření lze docílit eliminace poklesu výkonu a účinnosti motoru s poklesem produkce oxidů dusíku. Kombinací opatření, ale dochází k nárůstu ceny všech opatření, zvyšuje se složitost, klesá spolehlivost a roste poruchovost motoru.The mutual combination of individual measures can eliminate the decrease in engine power and efficiency with a decrease in the production of nitrogen oxides. The combination of measures, however, increases the cost of all measures, increases complexity, decreases reliability, and increases engine failure.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky lze do značné míry odstranit způsobem snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je to, že do paliva a/nebo směsi paliva a vzduchu se přidává směs metanu, propanu, vodíku a dusíku tak, že ve výsledném složení paliva ve spalovacím prostoru je množství metanu 62 až 75 % obj., propanu 8 až 12 % obj., vodíku 8 až 12 % obj. a dusíku 8 až 13 % obj. Na základě složení paliva ve spalovacím prostoru se upravuje podíl paliva a spalovacího vzduchu a/nebo úhel předstihu zážehu a/nebo kompresní poměr motoru a/nebo plnicí tlak v sacím systému motoru.The above-mentioned shortcomings can be largely eliminated by reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines according to this technical solution. Its essence is that a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is added to the fuel and / or the mixture of fuel and air so that in the final fuel composition in the combustion chamber the amount of methane is 62 to 75% by volume, propane 8 to 12% vol., hydrogen 8 to 12% vol. and nitrogen 8 to 13% vol. Based on the fuel composition in the combustion chamber, the fuel / combustion air ratio and / or the ignition advance angle and / or the engine compression ratio and / or the boost pressure in engine intake system.

Uvedený způsob patří mezi opatření přímo ovlivňující výsledek spalovacího procesu ve válci spalovacího motoru.This method is one of the measures directly affecting the result of the combustion process in the cylinder of the internal combustion engine.

K provádění uvedeného způsobu slouží zařízení, u kterého směs metanu, propanu, vodíku a dusíku je přidána do paliva kdekoliv v palivovém systému motoru a/nebo je přidána do směsi paliva a vzduchu kdekoliv v sacím systému motoru a/nebo je přidána přímo do válce spalovacího motoru.To carry out said method, an apparatus is used in which a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is added to the fuel anywhere in the engine fuel system and / or is added to the fuel and air mixture anywhere in the engine intake system and / or is added directly to the combustion cylinder. engine.

Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že výsledné složení paliva ve válci díky stanovenému obsahu metanu, propanu a vodíku zrychlí průběh hoření a vývinu tepla hořením ve válci spalovacího motoru a více tak přiblíží reálný pracovní cyklus motoru teoretickému ideálnímu pracovnímu cyklu. Tímto přiblížením pracovního cyklu teoretickému je zvýšena účinnost a výkon motoru. Stanovený obsah dusíku ve výsledném složení paliva ve válci způsobí zachování odolnosti paliva ke klepání v použitelných mezích.The essence of this technical solution lies in the fact that the resulting fuel composition in the cylinder, thanks to the determined content of methane, propane and hydrogen, accelerates the combustion and heat generation by combustion in the cylinder of the internal combustion engine and brings the real engine duty cycle closer to the theoretical ideal duty cycle. This approach to the theoretical operating cycle increases the efficiency and performance of the engine. The determined nitrogen content in the resulting fuel composition in the cylinder will cause the fuel to knock resistance to be maintained within the applicable limits.

Tento zvýšený výkon motoru je eliminován ochuzením směsi paliva a vzduchu a/nebo snížením kompresního poměru motoru a/nebo snížením plnicího tlaku v sacím systému motoru a/nebo v případě motorů s atmosférickým plněním snížením úhlu předstihu zážehu, které sníží teploty během spalování a tím i emise oxidů dusíku. U přeplňovaných motorů je růst výkonu na rozdíl od motorů s atmosférickým plněním eliminován zvýšením úhlu předstihu zážehu. Pokles oxidůThis increased engine power is eliminated by depleting the fuel / air mixture and / or reducing the engine compression ratio and / or reducing the boost pressure in the engine intake system and / or in the case of naturally aspirated engines by reducing the ignition advance, which reduces combustion temperatures and thus nitrogen oxide emissions. In the case of supercharged engines, the increase in power, in contrast to engines with atmospheric filling, is eliminated by increasing the ignition advance angle. Decrease in oxides

-2CZ 2018 - 738 A3 dusíku způsobený ochuzením směsi paliva a vzduchu a/nebo snížením kompresního poměru motoru a/nebo snížením plnicího tlaku v sacím systému motoru a/nebo v případě motorů s atmosférickým plněním snížením úhlu předstihu zážehu je větší než růst emisí oxidů dusíku způsobený zvýšením výkonu motoru, který je způsobený přidáním směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do paliva a/nebo směsi paliva a vzduchu.-2GB 2018 - 738 A3 nitrogen caused by depletion of the fuel / air mixture and / or reduction of the engine compression ratio and / or reduction of the charge pressure in the engine intake system and / or in the case of naturally aspirated engines reduction of the ignition advance is greater than increase caused by an increase in engine power which is caused by the addition of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the fuel and / or a mixture of fuel and air.

Ochuzení směsi paliva a vzduchu a/nebo snížení kompresního poměru motoru a/nebo snížení plnicího tlaku v sacím systému motoru a/nebo v případě motorů s atmosférickým plněním snížením úhlu předstihu zážehu dojde k poklesu výkonu motoru, teplot během spalování, a tím i emise oxidů dusíku. U motorů přeplňovaných je pokles výkonu na rozdíl od motorů s atmosférickým plněním způsoben zvýšením úhlu předstihu zážehu. Pokles oxidů dusíku je eliminován přidáním směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do paliva/směsi paliva a vzduchu. Podstata tohoto technického řešení spočívá v tom, že pokles výkonu motoru způsobený ochuzením směsi a/nebo snížením kompresního poměru motoru a/nebo snížením plnicího tlaku v sacím systému motoru a/nebo v případě motorů s atmosférickým plněním snížením úhlu předstihu zážehu je menší než růst výkonu motoru způsobený přidáním směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do paliva a/nebo směsi paliva a vzduchu.Depletion of the fuel / air mixture and / or reduction of the engine compression ratio and / or reduction of the boost pressure in the engine intake system and / or in the case of atmospheric engines by reducing the ignition advance angle will reduce engine power, combustion temperatures and thus oxide emissions nitrogen. In the case of supercharged engines, in contrast to naturally aspirated engines, the decrease in ignition is due to an increase in the ignition advance angle. The decrease in nitrogen oxides is eliminated by adding a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the fuel / fuel / air mixture. The essence of this technical solution is that the decrease in engine power caused by mixture depletion and / or reduction of engine compression ratio and / or reduction of charge pressure in the engine intake system and / or in the case of naturally aspirated engines by reduction of ignition angle is less than power increase caused by the addition of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the fuel and / or a mixture of fuel and air.

Snížení emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů podle tohoto technického řešení splňuje požadavek zachování výkonu a účinnosti motoru a rovnoměrnosti běhu motoru. Zvýšení výkonu motoru podle tohoto technického řešení splňuje požadavek zachování konstantní hladiny emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Zvýšení účinnosti motoru podle tohoto technického řešení splňuje požadavek zachování výkonu a konstantní hladiny emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů.The reduction of nitrogen oxide emissions from internal combustion engines according to this technical solution meets the requirement of maintaining the power and efficiency of the engine and the uniformity of the engine running. The increase in engine power according to this technical solution meets the requirement of maintaining a constant level of nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. The increase in engine efficiency according to this technical solution meets the requirement of maintaining power and a constant level of nitrogen oxide emissions from internal combustion engines.

Jedná se o technické řešení jednoduché konstrukce, které je snadné a levné na výrobu, nezvyšuje složitost motoru, nesnižuje spolehlivost motoru, nezvyšuje poruchovost motoru a je nenáročné na provozní náklady.It is a technical solution of simple construction that is easy and cheap to manufacture, does not increase engine complexity, does not reduce engine reliability, does not increase engine failure, and is low in operating costs.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Vynález bude blíže objasněn na příkladech technického provedení podle přiložených výkresů a na grafických interpretacích výsledků ze simulačních výpočtů.The invention will be further elucidated on the basis of examples of technical embodiment according to the attached drawings and on graphical interpretations of the results from simulation calculations.

Na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do palivového systému motoru. Na obr. 2 je znázorněno další schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do palivového systému motoru. Na obr. 3 je znázorněno ještě jedno schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do palivového systému motoru. Na obr. 4 je znázorněno schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku přímo do válce spalovacího motoru. Na obr. 5 je znázorněno další schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku přímo do válce spalovacího motoru. Na obr. 6 je znázorněno schéma zapojení s přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do palivového systému motoru a paliva přímo do válce spalovacího motoru. Na obr. 7 je zobrazen výsledek simulačních výpočtů pro referenční palivo - metan a pro v tomto dokumentu definovanou směs metanu, propanu, vodíku a dusíku. Na ose x je vynesen součinitel přebytku vzduchu definující podíl paliva a spalovacího vzduchu. Na ose y jsou vyneseny emise oxidů dusíku. Uvedené pracovní body pro jednotlivá paliva splňují podmínku zachování konstantního výkonu a otáček spalovacího motoru. Porovnáním obou pracovních bodů je zřejmé, že použitím v tomto dokumentu definované směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku je dosaženo nižší úrovně emisí oxidů dusíku. Nastavení a porovnání ostatních parametrů motoru je zobrazeno v obr. 8 pro úhel předstihu zážehu, obr. 9 pro kompresní poměr motoru a v obr. 10 pro plnicí tlak v sacím systému motoru. Na obr. 11 je na základě simulačních výpočtů zobrazeno porovnání průběhu vývinu tepla hořením v závislosti na úhlu natočení klikového hřídele pro referenční palivo metan a pro v tomto dokumentu definovanou směs metanu, propanu, vodíku a dusíku. ParametryFig. 1 shows a circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the engine fuel system. Fig. 2 shows another circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the engine fuel system. Fig. 3 shows another circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the engine fuel system. Fig. 4 shows a circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen directly to the cylinder of an internal combustion engine. Fig. 5 shows another circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen directly to the cylinder of an internal combustion engine. Fig. 6 shows a circuit diagram with the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen to the engine fuel system and fuel directly to the cylinder of the internal combustion engine. Fig. 7 shows the result of simulation calculations for the reference fuel - methane and for the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen defined in this document. The x-axis plots the excess air coefficient defining the proportion of fuel and combustion air. Nitrogen oxide emissions are plotted on the y-axis. The stated operating points for the individual fuels meet the condition of maintaining a constant power and speed of the internal combustion engine. By comparing the two operating points, it is clear that a lower level of nitrogen oxide emissions is achieved by using a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen as defined herein. The setting and comparison of other engine parameters is shown in Fig. 8 for the ignition advance angle, Fig. 9 for the engine compression ratio and in Fig. 10 for the boost pressure in the engine intake system. Fig. 11 shows, on the basis of simulation calculations, a comparison of the course of heat generation by combustion as a function of the crankshaft rotation angle for the reference fuel methane and for the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen defined herein. Parameters

-3 CZ 2018 - 738 A3 výkon a otáčky motoru jsou konstantní. Z porovnání obou průběhů je patrné rychlejší hoření a uvolňování tepla hořením pro v tomto dokumentu definovanou směs metanu, propanu, vodíku a dusíku oproti referenčnímu palivu - metanu.-3 GB 2018 - 738 A3 engine power and speed are constant. A comparison of the two courses shows a faster combustion and release of heat by combustion for the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen defined in this document compared to the reference fuel - methane.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Na obr. 1 je znázorněn příklad provedení technického řešení zařízení pro provádění tohoto způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Do potrubí 3 pro přívod plynného pálívaje připojeno další potrubí 5 pro přívod směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku. Průtok směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku je regulován pomocí ventilu 6. Směs plynného paliva a směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku je vedena přívodním potrubím 7 do sacího systému 1 spalovacího motoru 2. Průtok směsi plynného paliva a směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do sacího systému 1 spalovacího motoru je regulován pomocí dalšího ventilu 8. Sací systém 1 je připojen do válce spalovacího motoru 2.Fig. 1 shows an example of an embodiment of a technical solution of an apparatus for carrying out this method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. Another pipe 5 for the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is connected to the gas supply line 3. The flow of the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is regulated by means of a valve 6. The mixture of gaseous fuel and mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is led through the supply line 7 to the intake system 1 of the internal combustion engine 2. Flow of the mixture of gaseous fuel and mixture of methane, propane, of hydrogen and nitrogen to the intake system 1 of the internal combustion engine is regulated by means of another valve 8. The intake system 1 is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2.

Na obr. 2 a 3 je znázorněn příklad provedení technického řešení zařízení pro provádění tohoto způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Do sacího systému 1 spalovacího motoru 2 je připojeno potrubí 3 pro přívod plynného paliva. Průtok plynného paliva do sacího systému 1 je regulován pomocí regulačního ventilu 4. Do sacího systému 1 je připojeno další potrubí 5 pro přívod směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku. Průtok směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do sacího systému 1 je regulován pomocí ventilu 6. Sací systém 1 je připojen do válce spalovacího motoru 2.Figures 2 and 3 show an example of an embodiment of a technical solution of an apparatus for carrying out this method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. A gas supply line 3 is connected to the intake system 1 of the internal combustion engine 2. The flow of gaseous fuel into the suction system 1 is regulated by means of a control valve 4. Another pipe 5 is connected to the suction system 1 for the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen. The flow of the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen into the intake system 1 is regulated by means of a valve 6. The intake system 1 is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2.

Na obr. 4 je znázorněn příklad provedení technického řešení zařízení pro provádění tohoto způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Do sacího systému 1 spalovacího motoru 2 je připojeno potrubí 3 pro přívod plynného paliva. Průtok plynného paliva do sacího systému 1 je regulován pomocí regulačního ventilu 4. Do válce spalovacího motoru 2 je připojeno další potrubí 5 pro přívod směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku. Průtok směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do válce spalovacího motoru 2 je regulován pomocí ventilu 6. Sací systém j. je připojen do válce spalovacího motoru 2.Fig. 4 shows an example of an embodiment of a technical solution of an apparatus for carrying out this method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. A gas supply line 3 is connected to the intake system 1 of the internal combustion engine 2. The flow of gaseous fuel into the intake system 1 is regulated by means of a control valve 4. Another pipe 5 is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2 for the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen. The flow of the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen into the cylinder of the internal combustion engine 2 is regulated by means of a valve 6. The suction system j is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2.

Na obr. 5 je znázorněn příklad provedení technického řešení zařízení pro provádění tohoto způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Sací systém j. je připojen do válce spalovacího motoru 2. Do válce spalovacího motoru 2 je připojeno potrubí 3 pro přívod plynného paliva. Průtok plynného paliva do válce spalovacího motoru 2 je regulován pomocí regulačního ventilu 4. Do válce spalovacího motoru 2 je připojeno další potrubí 5 pro přívod směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku. Průtok směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do válce spalovacího motoru 2 je regulován pomocí ventilu 6.Fig. 5 shows an example of an embodiment of a technical solution of an apparatus for carrying out this method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. The intake system j. Is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2. A pipe 3 for the supply of gaseous fuel is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2. The flow of gaseous fuel into the cylinder of the internal combustion engine 2 is regulated by means of a control valve 4. Another pipe 5 is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2 for the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen. The flow of the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen into the cylinder of the internal combustion engine 2 is regulated by means of a valve 6.

Na obr. 6 je znázorněn příklad provedení technického řešení zařízení pro provádění tohoto způsobu snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů. Do sacího systému 1 spalovacího motoru 2 je připojeno další potrubí 5 pro přívod směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku. Průtok směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku do sacího systému 1 je regulován pomocí ventilu 6. Do válce spalovacího motoru 2 je připojeno potrubí 3 pro přívod plynného paliva. Průtok plynného paliva do válce spalovacího motoru 2 je regulován pomocí regulačního ventilu 4. Sací systém 1 je připojen do válce spalovacího motoru 2.Fig. 6 shows an example of an embodiment of a technical solution of an apparatus for carrying out this method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines. An additional line 5 is connected to the intake system 1 of the internal combustion engine 2 for the supply of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen. The flow of the mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen into the intake system 1 is regulated by means of a valve 6. A pipe 3 for the supply of gaseous fuel is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2. The flow of gaseous fuel into the cylinder of the internal combustion engine 2 is regulated by means of a control valve 4. The suction system 1 is connected to the cylinder of the internal combustion engine 2.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů a zařízení k provádění tohoto způsobu podle tohoto technického řešení nalezne uplatnění především u plynových zážehovýchThe method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and equipment for the implementation of this method according to this technical solution finds application mainly in gas-fired spark ignition engines.

-4CZ 2018 - 738 A3 spalovacích motorů spalujících chudou směs, které mají dostupný dostatečný zdroj směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku.-4EN 2018 - 738 A3 lean-fired internal combustion engines that have a sufficient source of a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen available.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 5 1. Způsob snižování emisí oxidů dusíku ze spalovacích motorů, vyznačující se tím, že do paliva a/nebo směsi paliva a vzduchu se přidává směs metanu, propanu, vodíku a dusíku pro výsledné složení paliva ve spalovacím prostoru v množství metanu 62 až 75 % obj., propanu 8 až 12 % obj., vodíku 8 až 12 % obj. a dusíku 8 až 13 % obj., načež se na základě složení paliva ve spalovacím prostoru upravuje podíl paliva a spalovacího vzduchu a/nebo úhel předstihu zážehu ίο a/nebo kompresní poměr motoru a/nebo plnicí tlak v sacím/plnicím systému motoru.5. A process for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines, characterized in that a mixture of methane, propane, hydrogen and nitrogen is added to the fuel and / or the fuel / air mixture for the final fuel composition in the combustion chamber in an amount of 62 to 75% methane. vol., propane 8 to 12% vol., hydrogen 8 to 12% vol. and nitrogen 8 to 13% vol., after which the proportion of fuel and combustion air and / or ignition advance ίο is adjusted based on the fuel composition in the combustion chamber. and / or engine compression ratio and / or boost pressure in the engine intake / charge system. 2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že palivový systém motoru (2) a/nebo sací systém (1) motoru (2) a/nebo válec spalovacího motoru (2) je opatřen přívodem směsi metanu, propanu, vodíku a dusíku, propojeným s ovládací jednotkou.Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the fuel system of the engine (2) and / or the intake system (1) of the engine (2) and / or the cylinder of the internal combustion engine (2) is provided with a methane, propane, hydrogen and nitrogen, connected to the control unit.
CZ2018-738A 2018-12-21 2018-12-21 Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this CZ308433B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-738A CZ308433B6 (en) 2018-12-21 2018-12-21 Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-738A CZ308433B6 (en) 2018-12-21 2018-12-21 Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2018738A3 true CZ2018738A3 (en) 2020-08-19
CZ308433B6 CZ308433B6 (en) 2020-08-19

Family

ID=72048595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-738A CZ308433B6 (en) 2018-12-21 2018-12-21 Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308433B6 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69816579T2 (en) * 1997-12-19 2004-06-03 Toyota Jidosha K.K., Toyota Internal combustion engine with NOx catalyst for lean mixture combustion
EP0983433B1 (en) * 1998-02-23 2007-05-16 Cummins Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
CZ307252B6 (en) * 2010-06-09 2018-05-02 České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Strojní, Výzkumné Centrum Spalovacích Motorů A Automobilů Josefa Božka A method of reducing nitrogen oxide emissions from petrol engines by combusting a homogeneous mixture and/or increasing the performance of such engines while maintaining the nitrogen oxide emissions from these engines and/or increasing the overall efficiency of such engines, and a device for implementing this method
CZ305218B6 (en) * 2012-11-14 2015-06-17 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní, Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka Engine fuel system and/or engine admission system and/or internal combustion engine cylinder
CZ25132U1 (en) * 2012-11-14 2013-03-25 Ceské vysoké ucení technické v Praze, Fakulta strojní, Device for reducing nitrogen oxide emissions of internal combustion engines and/or increasing power of internal combustion engines while maintaining nitrogen oxide emissions of internal combustion engines and/or increasing total efficiency of engine
CZ31313U1 (en) * 2017-09-18 2017-12-18 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní, Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka A device for reducing nitrogen oxide emissions and/or increasing the performance and/or increasing the overall efficiency of combustion engines

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308433B6 (en) 2020-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9249746B2 (en) System and method for engine control using pre-chamber ignition
JP4711233B2 (en) Exhaust gas purification system for hydrogen engine
WO2014084024A1 (en) Natural gas engine and operation method for natural gas engine
RU2013123692A (en) METHOD FOR THE ENGINE (OPTIONS) AND SYSTEM FOR THE GASOLINE COMBUSTION COMBUSTION PETROL ENGINE
US7258101B1 (en) Automotive catalyst excess oxygen reduction system
BRPI0818143A2 (en) Internal combustion engine
JP4175385B2 (en) Internal combustion engine exhaust purification catalyst warm-up system
JP6089639B2 (en) Natural gas engine and method of operating natural gas engine
KR101381034B1 (en) Diesel-natural gas dual fuel engine system and control method of the same
CZ307252B6 (en) A method of reducing nitrogen oxide emissions from petrol engines by combusting a homogeneous mixture and/or increasing the performance of such engines while maintaining the nitrogen oxide emissions from these engines and/or increasing the overall efficiency of such engines, and a device for implementing this method
CZ31313U1 (en) A device for reducing nitrogen oxide emissions and/or increasing the performance and/or increasing the overall efficiency of combustion engines
GB2363476A (en) Controlling fuel vapour purging in stratified combustion mode of DISI engine
CZ2012791A3 (en) Device for reducing emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines and/or increasing power of internal combustion engines while maintaining emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines and/or increasing total efficiency of engine while maintaining emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines Device for reducing emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines and/or increasing power of internal combustion engines while maintaining emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines and/or increasing total efficiency of angine while maintaining emissions of nitrogen oxides from internal combustion engines
US20130160429A1 (en) Limiting nox emissions
CN108678864B (en) Control method for reducing emission and hydrogen consumption rate during starting of hydrogen engine
CZ2018738A3 (en) Method of reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the equipment for this
JP6398543B2 (en) Natural gas engine and method of operating natural gas engine
CZ25132U1 (en) Device for reducing nitrogen oxide emissions of internal combustion engines and/or increasing power of internal combustion engines while maintaining nitrogen oxide emissions of internal combustion engines and/or increasing total efficiency of engine
CZ308432B6 (en) A method of increasing the overall efficiency of an engine while maintaining nitrogen oxide emissions from internal combustion engines and the apparatus for this
CN114576028A (en) Hydrogen-doped direct injection ammonia engine in cylinder and control method thereof
CZ32703U1 (en) A device for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines
JP2017155662A (en) Control device of internal combustion engine
CZ32704U1 (en) A device for increasing the overall engine efficiency while maintaining nitrogen oxide emissions from internal combustion engines
WO2012137237A1 (en) Method of controlling operation of internal combustion engine
JP2022100067A (en) Control device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20221221