DE102005057207A1

DE102005057207A1 - Verfahren zur Reduktion des NOx-Ausstoßes bei einem Verbrennungsmotor und hierfür geeigneter Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005057207A1
Application number: DE102005057207A
Authority: DE
Inventors: Niels Kjemtrup
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN Energy Solutions Filial af MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2005-12-01
Filing date: 2005-12-01
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: CN100540877C; CN1975145A; DE102005063377A1; DE102005057207B4; JP4828385B2; KR100807775B1; DE102005063377B4; KR20070057683A; JP2010106856A; JP2007154877A

Abstract

Bei einem Verbrennungsmotor mit wenigstens einem durch einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben (3) begrenzten, mit Brennstoff und Luft beaufschlagbaren Arbeitsraum (2), der wenigstens einen vorzugsweise durch den Kolben (3) steuerbaren Lufteinlass (4) und mehrere, durch unabhängig voneinander betätigbare Ventile (9, 10) steuerbare Auslässe für die bei der Verbrennung im Arbeitsraum entstehenden Verbrennungsprodukte aufweist, wobei wenigstens ein Auslass (8) mit einer Rezirkulationsleitung (18) verbunden ist, die direkt oder indirekt zum Arbeitsraum (2) zurückführt, lässt sich dadurch ein besonders geringer NO¶x¶-Ausstoß erreichen, dass die Öffnungszeit jedes einem mit einer Rezirkulationsleitung (18) verbundenen Auslass (Rezirkulationsauslass 8) zugeordneten Ventils (10) in einem Kurbelwinkelbereich liegt, der vor der Aufsteuerung der vorgesehenen Lufteinlässe (4) beginnt und endet.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Erfindungsgedanken ein Verfahren zur Reduktion des NO_x- Ausstoßes bei einem wenigstens einen durch einen Kolben begrenzten, bei jedem Arbeitszyklus mit Brennstoff und Luft beaufschlagbaren und Verbrennungsprodukte abgebenden Arbeitsraum aufweisenden Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, wobei eine Rezirkulation eines Teils der bei jedem Arbeitszyklus entstehenden Verbrennungsprodukte vorgesehen ist, die für einen späteren Verbrennungsvorgang dem Arbeitsraum nochmals zugeführt werden, und betrifft gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken einen Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor mit wenigstens einem durch einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben begrenzten, mit Brennstoff und Luft beaufschlagbaren Arbeitsraum, der wenigstens einen vorzugsweise durch den Kolben steuerbaren Lufteinlass und mehrere durch unabhängig voneinander betätigbare Ventile steuerbare Auslässe für die bei der Verbrennung im Arbeitsraum entstehenden Verbrennungsprodukte aufweist, wobei wenigstens ein Auslass mit einer Rezirkulationsleitung verbunden ist.

Ein Verfahren eingangs erwähnter Art ist aus der DE 101 16643 C2 bekannt. Dabei wird ein Teil des nach Beendigung der Verbrennung über den Abgasauslass abgeführten Auspuffgases rezirkuliert. Das über den Abgasauslass abgeführte Auspuffgas ist jedoch mit Luft verdünnt, da in einem Teilbereich des Arbeitszyklusses die Lufteinlassschlitze und der Abgasauslass gleichzeitig geöffnet sind, so dass auch frische Luft in den Abgasauslass gelangt. Infolge der Verdünnung des Abgases mit frischer Luft erhöht sich die Menge des Gases, das rezirkuliert werden muss, so dass eine vergleichsweise voluminöse Rezirkulationseinrichtung benötigt wird. Außerdem erhöht sich dadurch auch die O₂-Konzentration im Abgas, was zu einer Beeinträchtigung der erwünschten NO_x-Reduktion führt.

Aus der DE 198 09 618 C2 ist ein Zweitakt-Großdieselmotor oben erwähnter Art bekannt, bei dem mehrere Auslässe mit unabhängig voneinander betätigbaren Ventilen vorgesehen sind, wobei ein Auslass für Rezirkulationsgas vorgesehen ist. Die Öffnungszeit dieses Auslasses fällt jedoch zumindest teilweise oder ganz in die Zeit nach dem Verschließen der Lufteinlassschlitze und damit in eine Zeit, in der der Arbeitsraum gerade mit frischer Luft geladen wurde. Das hierbei rezirkulierte Gas ist daher besonders stark mit frischer Luft verdünnt, so dass sich die oben geschilderten Nachteile in besonders starkem Maße ergeben.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass der Effekt des rezirkulierten Gases hinsichtlich der NO_x- Reduktion maximiert und die Menge des für die Rezirkulation benötigten Gases minimiert werden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen hierfür geeigneten Verbrennungsmotor bereitzustellen.

Die auf die Verbesserung des gattungsgemäßen Verfahrens sich beziehende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die taktweise Entnahme von für die Rezirkulation verwendeten Verbrennungsprodukten aus dem Arbeitsraum erfolgt, bevor dieser für den nächsten Verbrennungsvorgang mit neuer Luft beaufschlagt wird.

Die weitere, auf den Verbrennungsmotor sich beziehende Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 7 dadurch gelöst, dass die Öffnungszeit jedes einem mit einer Rezirkulationsleitung verbundenen Auslass zugeordneten Ventils in einem Kurbelwinkelbereich liegt, der noch vor der Aufsteuerung jedes vorgesehenen Lufteinlasses beginnt und endet.

Durch die vorstehend benannten Maßnahmen wird sichergestellt, dass kein mit Luft verdünntes Auspuffgas, sondern nur Verbrennungsgase rezirkuliert werden. Eine Verdünnung mit frischer Luft ist ausgeschlossen. Der O₂-Gehalt des rezirkulierten Gases ist daher vergleichsweise gering. Es muss daher nur eine vergleichsweise geringe Gasmenge rezirkuliert werden, um eine zuverlässige NO_x Reduktion zu erreichen. Die geringe Menge des rezirkulierten Gases wirkt sich in vorteilhafter Weise auch positiv auf die Einhaltung vergleichsweise niedriger Verbrennungstemperaturen aus, was die NO_x-Reduktion ebenfalls begünstigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Um die in Folge der Rezirkulation sich ergebenden Druckverluste im Arbeitsraum möglichst gering zu halten, kann vorgesehen sein, dass die Entnahme des rezirkulierten Gases vor Beginn des Abgasausstoßes beginnt und zwischen dem Beginn des Abgasausstoßes und dem Beginn der Zufuhr neuer Luft endet. Dabei ist es möglich, das rezirkulierte Gas dem Arbeitsraum zusammen mit der Verbrennungsluft wieder zuzuführen. Es wäre aber auch denkbar, das rezirkulierte Gas zur Bewerkstelligung eines sog. Booster-Effekts zusätzlich zu verdichten. Auf diese Weise lässt sich im Zylinder eine Druckerhöhung ohne zusätzliche Temperaturerhöhung erzielen, was die NO_x-Reduktion begünstigt. In diesem Fall kann das rezirkulierte Gas dem Arbeitsraum direkt zugeführt werden.

Eine andere vorteilhafte Ausführung kann darin bestehen, dass das rezirkulierte Gas komplett aus dem Arbeitsraum entnommen wird, bevor der Abgasausstoß beginnt. Hierbei wird ein besonders hoher Druck des rezirkulierten Gases erreicht, so dass dieses auch ohne zusätzliche Druckerhöhung direkt wieder in den Arbeitsraum eingeführt werden kann, nachdem der Abgasausstoß beendet ist.

Vorteilhaft kann ein über alle Zylinder durchgehender Rezirkuliergas-Sammelraum vorgesehen sein, an den der Rezirkuliergasauslass jedes Zylinders über eine Stichleitung angeschlossen ist und von dem die Rezirkulationsleitung abgeht. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Rezirkulationsleitung zuverlässig mit Rezirkulationsgas gespeist wird.

Bei Anordnungen mit direkter Einspeisung des Rezirkulationsgases in den Arbeitsraum ist dieser zweckmäßig mit einem mittels eines Ventils steuerbaren Rezirkulationsgaseinlass versehen. Auf diese Weise ergeben sich bei jedem Arbeitsraum zwei zum Zwecke der Rezirkulation vorgesehene Ventile. Es besteht daher in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, die beiden Ventile abwechselnd als Auslass- bzw. Einlassventil zu betreiben, wodurch die Temperaturbelastung der Ventile gesenkt werden kann.

Zweckmäßig wird in Fällen vorstehend genannter Art der Beginn der Öffnungszeit des Rezirkuliergaseinlasses nach dem Ende der Öffnungszeit des Abgasauslasses gelegt. Hierdurch wird vermieden, dass Rezirkuliergas über den geöffneten Abgasauslass entweichen kann.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme kann darin bestehen, dass der Rezirkuliergaseinlass jedes Zylinders mittels einer Stichleitung mit einem über alle Zylinder durchgehenden Rezirkuliergasverteilerraum verbunden ist, in den die Rezirkulationsleitung einmündet. Hierdurch wird eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Arbeitsräume mit Rezirkulationsgas gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
1 einen Zweitakt-Großdieselmotor mit erfindungsgemäßer Rezirkulationseinrichtung,
2 ein der Anordnung gemäß 1 zugeordnetes Diagramm der Öffnungszeiten der Ein- und Auslässe,
3 einen Zweitakt-Großdieselmotor mit einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Rezirkulationseinrichtung,
4 ein der Anordnung gemäß 3 zugeordnetes Diagramm der Öffnungszeiten der Ein- und Auslässe,
5 einen Zweitakt-Großdieselmotor mit einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Rezirkulationseinrichtung,
6 ein der Anordnung gemäß 5 zugeordnetes Diagramm der Öffnungszeiten der Ein- und Auslässe und
7 einen Schnitt durch den Zylinderdeckel eines Zylinders eines mit einer erfindungsgemäßen Rezirkulationseinrichtung versehenen Zweitakt-Großdieselmotors.
Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anordnungen sind an sich bekannt.
In den 1, 3 und 5 ist ein Zylinder 1 eines derartigen Motors angedeutet, der mehrere in Reihe angeordnete Zylinder haben kann. Jeder Zylinder 1 enthält einen Arbeitsraum 2, der nach unten durch einen in nicht näher dargestellter Weise über eine Kolbenstange, einen Kreuzkopf und eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden, auf- und abbewegbaren Kolben 3 begrenzt wird. Im unteren Bereich des Zylinders 1 sind Lufteinlassschlitze 4 vorgesehen, die vom Kolben 3 überfahren und auf diese Weise auf- und abgesteuert werden. Die Lufteinlassschlitze 4 jedes Zylinders 1 kommunizieren mit einem zugeordneten Versorgungskanal 5, der an ein über alle Zylinder durchgehendes, mit Ladeluft beaufschlagbares Verteilerrohr 6 angeschlossen ist. Die Einlassschlitze 4 fungieren dementsprechend als Lufteinlässe, über die der Arbeitsraum 2 mit Verbrennungsluft beaufschlagbar ist.
Im Bereich des den Arbeitsraum 2 nach oben begrenzenden Zylinderdeckels sind eine nicht näher dargestellte Brennstoffeinspritzeinrichtung sowie ein Abgasauslass 7 und ein Rezirkulationsgasauslass 8 vorgesehen, denen jeweils ein Ventil 9 bzw. 10 zur Auf- und Absteuerung zugeordnet ist. Die Ventile 9 bzw. 10 sind unabhängig voneinander, d.h. zeitverschieden betätigbar. Der lichte Querschnitt des Rezirkulationsgasauslasses 8 ist kleiner als der lichte Querschnitt des Abgasauslasses 7. Dementsprechend ist auch das Ventil 10 kleiner als das Ventil 9.
Der Abgasauslass 7 ist mit einem Abgaskanal 11 verbunden. Die Abgaskanäle 11 aller Zylinder sind an ein über alle Zylinder durchgehendes Abgassammelrohr 12 angeschlossen. Von diesem geht eine Abgasleitung 13 ab, welche die Turbine 14 eines Abgasturboladers mit Abgas versorgt. Die Turbine 14 treibt einen Kompres sor 15 an, der über eine Ladeluftleitung 16 verdichtete Ladeluft in das Ladeluftverteilerrohr 6 einspeist. In der Ladeluftleitung 16 kann ein Ladeluftkühler 17 angeordnet sein.
Das die Turbine 14 verlassende Abgas wird in die Umgebung ausgestoßen. Um den NO_x-Gehalt dieses Abgases möglichst gering zu halten, wird ein Teil des bei der Verbrennung in den Arbeitsräumen 2 entstehenden Gases direkt oder indirekt wieder zu den Arbeitsräumen 2 zurückgeführt (rezirkuliert). Die hierzu vorgesehene Rezirkulationseinrichtung enthält eine Rezirkulationsleitung 18, die von einem über alle Zylinder 1 durchgehenden Rezirkulationsgas-Sammelraum 19 abgeht, an den die Rezirkulationsgasauslässe 8 aller Zylinder 1 über jeweils eine Stichleitung 20 angeschlossen sind. Die Rezirkulationsleitung 18 führt über ein Behandlungsaggregat 21 zur Kühlung und/oder Reinigung und/oder Filterung des aus den Arbeitsräumen 2 entnommenen Rezirkulationsgases.
Bei der der 1 zugrunde liegenden Anordnung wird das Rezirkulationsgas der Ladeluft beigemischt und den Arbeitsräumen 2 zusammen mit der Ladeluft, d.h. indirekt zugeführt. Hierzu ist die Ladeluftleitung 16 mit einer hier dem Ladeluftkühler 17 nachgeordneten Einmündung 22 für die Rezirkulationsgasleitung 18 versehen. Die Einmündung 22 könnte auch dem Ladeluftkühler 17 vorgeordnet sein, wie in 1 durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist. In einem derartigen Fall könnte eine eigene Kühlung des Rezirkulationsgases entfallen.
Der Druck des aus den Arbeitsräumen 2 entnommenen und in die Ladeluftleitung 16 hineingespeisten Rezirkulationsgases ist höher als der Ladeluftdruck, so dass eine selbsttätige Strömung vorliegt und ein zusätzliches Aggregat zur Druckerhöhung in der Rezirkulationsleitung 10 nicht erforderlich ist. Um im Falle kurzzeitiger Druckspitzen in der Ladeluft einen Rückschlag in die Rezirkulationsleitung 18 zuverlässig zu verhindern, kann im der Einmündung 22 vorgeordneten Bereich der Rezirkulationsleitung 18 ein Rückschlagventil 23 vorgesehen sein, das in Richtung zur Einmündung 22 hin öffnet und umgekehrt.
Der grundsätzliche Aufbau der Anordnungen gemäß 3 und 5 entspricht dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Anordnung gemäß 1. Im Unter schied hierzu wird bei den Anordnungen gemäß 3 und 5 das Rezirkulationsgas direkt in die Arbeitsräume 2 zurückgeführt. Hierzu ist der Arbeitsraum 2 jedes Zylinders 1 mit einem mittels einem zugeordneten Ventils 24 steuerbaren Rezirkulationsgaseinlass 25 versehen, über den das Rezirkulationsgas in den Arbeitsraum 2 einführbar ist. Die Rezirkulationsleitung 18 mündet hier in einen über alle Zylinder durchgehenden Rezirkulationsgas-Verteilerraum 26, an den die Rezirkulationsgaseinlässe 25 aller Zylinder 1 über eine jeweils zugeordnete Stichleitung 27 angeschlossen sind.
Bei der Anordnung gemäß 5 ist als weitere Besonderheit ein der Rezirkulationsleitung 18 zugeordnetes Druckerhöhungsaggregat vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen in die Rezirkulationsleitung 18 integrierten Kompressor 28, der hier mittels einer Abgasturbine 29 angetrieben wird. Das Druckerhöhungsaggregat ist dementsprechend nach Art eines Abgasturboladers aufgebaut. Das zur Versorgung der Abgasturbine 29 benötigte Abgas wird von der Abgasleitung 13 abgezweigt. In 3 ist kein derartiges Druckerhöhungsaggregat vorgesehen.
Aus den 2, 4 und 6 ergeben sich Anfang und Ende der Öffnungsvorgänge der jedem Arbeitsraum 2 zugeordneten Ein- und Auslässe, wobei die 2 der 1, die 4 der 3 und die 6 der 5 zugeordnet sind. In den genannten 2, 4 und 6 sind die entstehenden Ein- und Auslassquerschnitte über der Zeit, die hier im Grad Kurbelwinkel dargestellt ist, aufgetragen, wobei die Kurve 30 den Einlassschlitzen 4, die Kurve 31 dem Abgasauslass 7, die Kurve 32 dem Rezirkulationsgasauslass 8 und die Kurve 33 dem Rezirkulationsgaseinlass 25 zugeordnet sind. Die Einlassschlitze 4 sind in allen Fällen von etwa 40° Kurbelwinkel vor UT (unterer Totpunkt) bis 40° Kurbelwinkel nach UT offen. Der Abgasauslass 7 wird demgegenüber mit Vorlauf geöffnet und mit Nachlauf geschlossen, wie die Kurve 31 zeigt. Es ergibt sich dementsprechend eine lange Zeit, in welcher der Abgasauslass 7 und die Einlassschlitze 4 gleichzeitig geöffnet sind. Dabei gelangt zwangsläufig auch ein Teil der über die Einlassschlitze 4 zugeführten Luft in den Abgasauslass 7, wodurch das Abgas mit Luft verdünnt wird. Um dies beim Rezirkulationsgas zu vermeiden, wird der Rezirkulationsgasauslass 8 in allen Fällen bereits wieder geschlossen, noch bevor die Einlassschlitze 4 geöffnet werden, wie die Kurve 32 zeigt. In keinem Fall ist die Kurve 32 der Kurve 30 ganz oder teilweise überlagert, sondern liegt immer komplett vor der Kurve 30, also in den dargestellten Beispielen vor 40° vor UT.
Bei der Ausführung gemäß 1 und 2 ist der Abgasauslass 8 gemäß Kurve 31 von etwa 70° vor UT bis 55° nach UT geöffnet. Der Rezirkulationsgasauslass 8 ist hier gemäß Kurve 32 von etwa 95° vor UT bis etwa 45° vor UT geöffnet. Es ergibt sich dementsprechend eine Überschneidung mit der Öffnungszeit des Abgasauslasses 7, jedoch nicht mit der Öffnungszeit der Lufteinlassschlitze 4. Die genannte Überschneidung führt zwar zur einem vergleichsweise geringen Druck des aus dem Arbeitsraum 2 entnommenen Rezirkulationsgases. Dieser ist aber immer noch so hoch, dass sich eine selbsttätige Strömung des hier in die Ladeluftleitung 16 eingespeisten Rezirkulationsgases ergibt. Andererseits führt die vergleichsweise späte Öffnung des Rezirkulationsgasauslasses 8 zu einem vergleichsweise geringen Druckverlust und damit Energieverlust im Arbeitsraum 2.
Bei der Ausführung gemäß 3 und 4 wird das Rezirkulationsgas, wie schon erwähnt, direkt in den Arbeitsraum 2 eingespeist. Zur Vermeidung eines zusätzlichen Druckerhöhungsaggregats ist hier ein vergleichsweise hoher Druck des Rezirkulationsgases erforderlich. Die Öffnungszeit des Rezirkulationsgasauslasses 8 liegt hier daher, wie die Kurve 32 in 4 zeigt, komplett vor der durch die Kurve 31 verdeutlichten Öffnungszeit des Abgasauslasses 7. Dieser öffnet hier etwa 70° vor UT und schließt ca. 85° nach UT. Der Rezirkulationsgasauslass öffnet hier etwa 102° vor UT und schließt 70° vor UT also bereits dann, wenn die Öffnung des Abgasauslasses 7 beginnt. Die Öffnungszeit des Rezirkulationsgaseinlasses 25 liegt somit ganz außerhalb der Öffnungszeit des Abgasauslasses 8. Der Abgasauslass 7 schließt bei der Ausführung gemäß 3,4 bei etwa 85° nach UT. Erst dann wird der Rezirkulationsgaseinlass 25 geöffnet. Die Öffnungszeit des Rezirkulationsgaseinlasses 25 erstreckt sich hier von etwa 85° nach UT bis etwa 115° nach UT, wie anhand der Lage der Kurve 33 in 4 erkennbar ist.
Die aus 4 ersichtliche Steuerung der Ventile 9, 10 und 25 von Abgasauslass 7, Rezirkulationsgasauslass 8 und Rezirkulationsgaseinlass 25 führt zu keinerlei Überschneidungen der Öffnungszeiten des Rezirkulationsgasauslasses 8 und des Rezirkulationsgasauslasses 25 mit der Öffnungszeit des Abgasauslasses 8 und selbstverständlich auch mit der Öffnungszeit der Einlassschlitze 4. Hierdurch werden daher nicht nur eine Verdünnung des Rezirkulationsgases mit Luft vermieden, sondern auch ein Verlust von Rezirkulationsgas über den Abgasauslass 7. Außerdem stellt die frühe Öffnung des Rezirkulationsgasauslasses 8 sicher, dass ein hoher Rezirkulationsgasdruck erreicht wird, der ausreicht, um in der Rezirkulationsleitung 18 eine selbsttätige Strömung zu bekommen.
Bei der den 5 und 6 zugrunde liegenden Anordnung ist in der Rezirkulationsleitung 18 ein zusätzliches Druckerhöhungsaggregat in Form des Kompressors 28 vorgesehen. Infolgedessen ist es hier möglich, die Öffnungszeit des Rezirkulationsgasauslasses 8 später zu legen, so dass sich ähnlich wie bei der Anordnung gemäß 1 und 2 kurz vor der Öffnung der Einlassschlitze 4 eine Überschneidung mit der Öffnungszeit des Abgasauslasses 7 ergibt, wie anhand der Lage der Kurven 30, 31 und 32 in 6 erkennbar ist. Hierbei beginnt die Öffnung des Abgasauslasses 7 bei etwa 70° vor UT und endet bei etwa 85° nach UT. Die Einlassschlitze 4 sind, wie bei etwa allen Ausführungen von 40° vor UT bis 40° nach UT geöffnet. Der Rezirkulationsgasauslass 8 kann hier daher bis kurz vor 40° vor UT geöffnet sein. Die Öffnungszeit erstreckt sich hier von etwa 85° vor UT bis kurz vor 40° vor UT, beispielsweise 42° vor UT.
Die mit Hilfe des Kompressors 28 bewirkte Druckerhöhung des Rezirkulationsgases führt in vorteilhafter Weise im Arbeitsraum 2 zu einer Druckerhöhung ohne Temperaturerhöhung, was sich günstig auf die Reduzierung des NO_x Ausstoßes auswirkt. Zweckmäßig kann dem Kompressor 28 ein Kühler 34 nachgeordnet sein. Sofern in manchen Betriebsphasen eine Druckerhöhung mittels des Kompressors 28 nicht benötigt wird, kann dieser abgeschaltet werden. Für Fälle dieser Art kann eine in 5 durch eine unterbrochene Linie angedeutete Kurzschlussleitung vorgesehen sein, die für den Normalbetrieb mit Kompressor 28 abgesperrt werden kann.
Bei den den 3 und 5 zugrunde liegenden Ausführungen mit Rezirkulationsgasauslass 8 und Rezirkulationsgaseinlass 25 können der Rezirkulationsgas auslass mit zugehörigem Ventil 10 und der Rezirkulationsgaseinlass 25 mit zugehörigem Ventil 24 identisch ausgebildet sein. Es ist daher auch möglich, die Steuerung so vorzunehmen, dass taktweise ein Wechsel von Auslassfunktion zu Einlassfunktion und umgekehrt stattfindet. Auf diese Weise wird die Temperaturbelastung der Ventile 10 und 24 weitestgehend vergleichmäßigt und abgesenkt. Um die genannte Umsteuerung zu ermöglichen, sind die jeweils einem Rezirkulationsgaseinlass 25 zugeordneten Stichleitungen 27 durch jeweils eine Bypassleitung 34 mit einer zugeordneten, vom Rezirkulationsgasauslass 8 des zugehörigen Zylinders 1 abgehenden Stichleitung 20 verbunden. Am Anschluss der Bypassleitung 34 an die Stichleitungen 27 bzw. 20 ist jeweils ein als Zweiwegeventil ausgebildetes Schaltventil 35 angeordnet. Die Schaltventile 35 werden zum Wechsel der Ein- und Auslassfunktion so gesteuert, dass der Rezirkulationsgassammelraum 19 und Rezirkulationsgasverteilerraum 26 alternierend mit dem Auslass 8 bzw. Einlass 25 verbunden sind. In der in den 3 und 5 gezeichneten Stellung der Ventile 35 ergibt sich eine Rezirkulationsgasströmung vom Rezirkulationsgasauslass 8 zum Rezirkulationsgaseinlass 25.
Die Ventile 10 und 24 sind, wie oben schon erwähnt wurde, gleich. Ein zweckmäßiger Aufbau für ein derartiges Ventil ergibt sich aus 7. Diese zeigt einen Zylinderdeckel 36 mit zentral angeordnetem Abgasauslass 7 und daneben angeordnetem Rezirkulationsgasauslass 8. Auf der gegenüberliegenden Seite des Abgasauslasses 7 ist in den Fällen der 3 und 5 ein Rezirkulationsgaseinlass 25 vorgesehen. Das dem Rezirkulationsgasauslass 8 zugeordnete Ventil 10 entspricht im Aufbau einem an sich beaknnten Startluft-Einlassventil. Dasselbe gilt natürlich auch für das Rezirkulationsgaseinlassventil 24. Der genannte Aufbau ermöglicht in vorteilhafter Weise die Verwendung bewährter Bauteile.
Das Ventil 10 enthält ein in eine dem Rezirkulationsgasauslass bzw. -einlass zugeordnete Bohrung des Zylinderdeckels 36 einsetzbares, büchsenförmiges Ventilgehäuse 37, das mittels eines Ventiltellers 38 verschließbar ist, der an einem Schaft 39 aufgenommen ist, der im Gehäuse 37 geführt ist und dessen rückwärtiges Ende einen mit Druckmittel bauaufschlagbaren Druckraum 40 verschließt. Durch Druckbeaufschlagung des Druckraums 40 mit einem Hydraulik- oder Pneumatikmedium kann der Ventilteller 38 vom zugeordneten Sitz des Gehäuses 37 abgehoben werden und umgekehrt. Der vom Schaft 39 durchgriffene Innenraum des Gehäuses 37 ist unterhalb der Schaftführung mit einer seitlichen Öffnung 41 versehen, an die jeweils die gewünschte Stichleitung 20 bzw. 27 anschließbar ist. Bei vom Sitz abgehobenen Ventilteller 38 ergibt sich, wie aus 7 ersichtlich ist, eine Strömungsverbindung zwischen dem Arbeitsraum 2 und der Öffnung 41, so dass Rezirkulationsgas aus dem Arbeitsraum 2 entnommen bzw. in diesen eingespeist werden kann.

1: Zylinder
2: Arbeitsraum
3: Kolben
4: Einlassschlitze
5: Versorgungskanal
6: Verteilerrohr
7: Abgasauslass
8: Rezirkulationsgasauslass
9: Ventil
10: Ventil
11: Abgaskanal
12: Abgassammelrohr
13: Abgasleitung
14: Turbine
15: Kompressor
16: Ladeluftleitung
17: Ladeluftkühler
18: Rezirkulationsleitung
19: Rezirkulationsgassammelraum
20: Stichleitung
21: Behandlungsaggregat
22: Einmündung
23: Rückschlagventil
24: Ventil
25: Rezirkulationsgaseinlass
26: Rezirkulationsgasverteilerraum
27: Stichleitung
28: Kompressor
29: Abgasturbine
30: Kurve
31.: Kurve
32.: Kurve
33.: Kurve
34.: Bypassleitung
35.: Schaltventil
36.: Zylinderdeckel
37.: Ventilgehäuse
38.: Ventilteller
39.: Schaft
40.: Druckraum
41.: Öffnung

Claims

Verfahren zur Reduktion des NO_x-Ausstoßes bei einem wenigstens einen durch einen Kolben (3) begrenzten, bei jedem Arbeitszyklus mit Brennstoff und Luft beaufschlagbaren und Verbrennungsprodukte abgebenden Arbeitsraum (2) aufweisenden Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, wobei eine Rezirkulation eines Teils der bei jedem Arbeitszyklus entstehenden Verbrennungsprodukte vorgesehen ist, die dem Arbeitsraum (2) für einen späteren Verbrennungsvorgang nochmals zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die taktweise Entnahme von für die Rezirkulation verwendeten Verbrennungsprodukten aus dem Arbeitsraum (2) erfolgt, bevor dieser für den nächsten Verbrennungsvorgang mit neuer Luft beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der rezirkulierten Verbrennungsprodukte dem Arbeitsraum (2) zusammen mit der für die nächste Verbrennung vorgesehenen Ladeluft zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der rezirkulierten Verbrennungsprodukte taktweise direkt dem Arbeitsraum (2) zugeführt werden, nachdem der Abgasausstoß beendet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rezirkulierten Verbrennungsprodukte nach der Entnahme aus dem Arbeitsraum (2) gekühlt und/oder gereinigt und/oder gefiltert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme der rezirkulierten Verbrennungsprodukte von Beginn des Abgasausstoßes beginnt und zwischen dem Beginn des Abgasausstoßes und dem Beginn der Zufuhr neuer Luft endet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die rezirkulierten Verbrennungsprodukte aus dem Arbeitsraum entnommen werden, bevor der Abgasausstoß beginnt.
Verbrennungsmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, mit wenigstens einem durch einen mit einer Kurbelwelle zusammenwirkenden Kolben (3) begrenzten, mit Brennstoff und Luft beaufschlagbaren Arbeitsraum (2), der wenigstens einen vorzugsweise durch den Kolben (3) steuerbaren Lufteinlass (4) und mehrere, durch unabhängig voneinander betätigbare Ventile (9, 10) steuerbare Auslässe für die bei der Verbrennung im Arbeitsraum entstehenden Verbrennungsprodukte aufweist, wobei wenigstens ein Auslass (8) mit einer Rezirkulationsleitung (18) verbunden ist, die zum Arbeitsraum (2) zurückführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungszeit jedes einem mit einer Rezirkulationsleitung (18) verbundenen Auslass (Rezirkulationsgasauslass 8) zugeordneten Ventils (10) in einem Kurbelwinkelbereich liegt, der vor der Aufsteuerung jedes vorgesehenen Lufteinlasses (4) beginnt und endet.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei unterschiedlich große Auslässe vorgesehen sind, von denen der größere als mit einem Auslasskanal verbundener Abgasauslass (7) und der kleinere als mit der Rezirkulationsleitung (18) verbundener Rezirkulationsgasauslass (8) ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Öffnungszeit des Rezirkulaltionsgasauslasses (8) vor dem Beginn der Öffnungszeit des Abgasauslasses (7) liegt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Öffnungszeit des Rezirkulationsgasauslasses (8) im Bereich zwischen dem Beginn der Öffnungszeit des Abgasauslasses (7) und dem Beginn der Öffnungszeit jedes Lufteinlasses (4) liegt.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Anfang und Ende der Öffnungszeit des Rezirkulationsgasauslasses (8) vor dem Beginn der Öffnungszeit des Abgasauslasses (7) liegen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein über alle Zylinder (1) durchgehender Rezirkulationsgassammelraum (19) vorgesehen ist, an den der Rezirkulationsgasauslass (8) jedes Zylinders (1) über eine Stichleitung (20) angeschlossen ist und von dem die Rezirkulationsleitung (18) abgeht.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rezirkulationsleitung (18) wenigstens ein Behandlungsaggregat (21) zur Kühlung und/oder Reinigung und/oder Filterung des Rezirkulationsgases angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulationsleitung (18) in eine den Lufteinlässen (4) zugeordnete Ladeluft-Bereitstellungseinrichtung einmündet.
Verbrenungsmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einmündung (22) ein Rückschlagventil (23) vorgeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (2) jedes Zylinders (1) mit einem durch ein Ventil (24) steuerbaren Rezirkullationsgaseinlass (25) versehen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der Öffnungszeit des Rezirkulationsgaseinlasses (25) nach dem Ende der Öffnungszeit des Abgasauslasses (7) liegt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezirkulationsleitung (18) über wenigstens ein antreibbares Druckerhöhungsaggregat (28) führt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckerhöhungsaggregat (28) mittels einer Abgasturbine (29) antreibbar ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezirkulationsgaseinlass (25) jedes Zylinders (1) mittels einer Stichleitung (27) mit einem über alle Zylinder (1) durchgehenden Rezirkulationsgasverteilerraum (26) verbunden ist, in den die Rezirkulationsleitung (18) einmündet.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur taktweisen Umschaltung der Rezirkulationsgasauslässe (8) und -einlässe (25) auf die jeweils andere Funktion vorgesehen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung Bypassleitungen (34) zwischen den den Rezirkulationsgasauslässen (8) und -einlässen (25) zugeordneten Stichleitungen (20,27) aufweist und dass an den Anschlussstellen der Bypassleitungen (34) Schaltventile (35) vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die den Rezirkulationsgasauslässen (8) und -einlässen (25) zugeordneten Ventile (10, 24) jeweils ein in eine Bohrung eines Zylinderdeckels (36) einsetzbares Gehäuse (37) aufweisen, das eine seitliche Öffnung (41) enthält, an die eine zugeordnete Stichleitung (20 bzw. 27) anschließbar ist.