DE2443897C3

DE2443897C3 - Verfahren zur Steuerung der NO-Emission in den Abgasen von Dieselmotoren

Info

Publication number: DE2443897C3
Application number: DE19742443897
Authority: DE
Inventors: Naohisa Tokio Teshirogi
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1973-09-14
Filing date: 1974-09-13
Publication date: 1978-01-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Emission, von Stickoxiden (nachfolgend als »NOx« bezeichnet) aus Dieselmotoren.

Es ist bekannt, daß die Emission von NO_x aus Verbrennungsmotoren dadurch gesteuert werden kann, daß der zugeführten Luft einige 10% an CO₂, N₂, H₂O oder irgendeines anderen Inertgases zugesetzt werden. Im Falle eines Benzinmotors hat die Methode des Abgasumlaufs, bei welcher das Abgas als Inertgas zum Zusatz zu der zugeführten Luft umlaufen gelassen wird, Praxisreife erlangt

Zur Steuerung der Emission von NO_x aus Dieselmotoren ist die EGR-Methode (Abgasumlaufmethode) sehr wirksam. Diese Methode hat das Interesse der Öffentlichkeit gefunden. Jedoch enthält das Abgas aus Dieselmotoren in Form von Einzelteilchen vorliegende Substanzen sowie Schwefeloxide.

Aus den nachfolgend angegebenen Gründen hat sich die praktische Anwendung dieser Methode auf die Steuerung des Abgases aus Dieselmotoren als schwierig erwiesen.

1. Wird das Abgas in seiner nicht behandelten Form umlaufen gelassen, so kann es einen Abrieb und eine Korrosion der Zylinder und folglich eine Verkürzung der Lebensdauer des Motors bewirken.

2. Damit eine Vorrichtung, die zur Entfernung derartiger in Form von Einzelteilchen vorliegender Substanzen sowie von Schwefeldioxiden aus Abgasen in zufriedenstellender Weise ihre Funktion erfüllen kann, muß sie in unvermeidbarer Weise eine ziemlich komplizierte Konstruktion aufweisen, wobei Materialien verwendet werden müssen, die eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion haben, so daß eine derartige Vorrichtung kostspielig ist

3. Die Wartung und Inspektion einer derartigen Vorrichtung ist folglich nicht einfach.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorstehend geschilderten Nachteile zu beseitigen.

Es wurde die Erkenntnis gewonnen, daß die Abgabe von NO_x in das Abgas von Dieselmotoren dadurch gesteuert werden kann, daß ein Benzinmotor dem Dieselmotor zugeordnet wird, wobei das Abgas aus dem Benzinmotor, das im wesentlichen frei von schädlichen Substanzen, wie in Form von Einzelteilchen vorliegenden Materialien und Schwefeloxiden, ist, der Luft zugesetzt wird, die dem Dieselmotor zugeleitet wird, und zwar anstelle des Umlaufenlassens des Abgases aus dem Dieselmotor.

Das Verfahren zur Steuerung der ΝΟ,-Abgase aus Dieselmotoren gemäß vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas eines Benzinmotors, welcher dem Dieselmotor zugeordnet ist, dazu verwendet wird, als Inertgas der dem Dieselmotor zugeführten Luft zugemischt zu werden, wodurch die Emission von NO_x in das Abgas aus dem Dieselmotor unierdrückt wird.

In den DT-PS 2 28 997,6 17 288 und 5 41 513 wird die Rückführung des Abgases aus Zylindern von Otto-Motoren, die sich im Ausschubhub befinden, in Zylinder des gleichen Motors, die gerade den Ansaughub ausführen, zur Steuerung der ΝΟχ-Emission beschrieben. Eine derartige Verfahrensweise ist im Falle von Dieselmotoren nicht empfehlenswert, da Abgase aus Dieselmotoren, wie bereits dargelegt worden ist, in Form von

is Einzelteilchen vorliegende Substanzen enthalten, die einen Abrieb verursachen und damit die Lebensdauer der Dieselmotoren herabsetzen.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein erläuterndes Diagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung wiedergibt, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
F i g. 2 ein erläuterndes Diagramm, das eine andere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zeigt, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Durch die F i g. 1 wird ein Gehäuse wiedergegeben, in welchem ein Hauptdieselmotor 1 sowie ein Hilfsbenzinmotor 2 koaxial bezüglich der Hauptantriebswelle 3 angeordnet sind. Die Luft, welche durch die Luftreinigungsvorrichtung 7 angesaugt wird, wird in einen Vergaser 4 eingeleitet, in welchem sie mit verdampftem Benzin vermischt wird. Die erhaltene Mischung wird einer nicht gezeigten Verbrennungskammer des Benzinmotors 2 zugeführt Das Abgas, das bei der Verbrennung dieser Mischung in der Verbrennungskammer anfällt, wird durch eine Abgasleitung S einer Mischkammer 9 zugeleitet, in welchem es mit der Luft vermischt wird, die durch eine Luftreinigungseinrichtung 8 angesaugt wird. Der vermischte Dampf wird durch einen Verteiler 10 den einzelnen Zylindern des Dieselmotors 1 zugeführt. Das Abgas, das bei der Verbrennung innerhalb der Zylinder anfällt, wird mittels eines Abgasverteilers 11 gesammelt und durch eine Abgasleitung 6 in die Atmosphäre abgelassen. In der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform steht die Antriebswelle 3' des Benzinmotors 2 mittels einer Übertragungseinrichtung, wie beispielsweise einer Kupplung, mit der Antriebswelle 3 des Dieselmotors 1 in Verbindung. Wie jedoch aus F i g. 2 hervorgeht, kann die Antriebswelle 3' auch als Hilfsantriebsquelle verwendet werden und ist in diesem Falle nicht mit der Antriebswelle 3 des Dieselmotors 1 in Verbindung.

Der Benzinmotor dient hauptsächlich als Mittel zur Erzeugung des Inertgases, das der Luft zugesetzt wird, welche dem Dieselmotor zugeleitet wird. In dem Dieselmotor kann bei einer Belastung von O bis zu ³/« der möglichen Belastung die Konzentration an NO_x auf ungefähr '/3 reduziert werden, ohne daß dabei eine merkliche Zunahme an CO, Kohlenwasserstoff sowie Rauch festzustellen ist und ohne daß dabei eine Abnahme des thermischen Wirkungsgrades durch Umlaufenlassen von ungefähr 20% des Abgases festzustellen ist. Derzeit sind 6-Zylinder-Dieselmotoren weit verbreitet Damit die Erfindung in wirksamer Weise auf einen 6-Zylinder-Dieselmotor angewendet werden kann, ohne daß dabei die charakteristischen

Merkmale des Dieselmotors verlorengehen, wie beispielsweise ein hoher thermischer Wirkungsgrad und eine gute Treibstoffausnutzung, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Benzinmotor derart vorzusehen, daß er die Kapazität eines der ü Zylinder des Hauptdieselmotors einnimmt

Aus den vorstehend geschilderten Gründen liegt das geeignete Hubvolumen des Benzinmotors in der Größenordnung von 20% im Falle eines 4-Takt-Motors und in der Größenordnung von 10% im Falle eines 2-Takt-Msiors. Das Abgas aus dem auf diese Weise angebauten Benzinmotors wird der dem Dieselmotor zugeführten Luft zugemischt Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden, daß der dem Dieselmotor zugeführten Luft ein Teil des Abgases eines Benzinmotors des üblichen Typs zugegeben wird.

Das Abgas aus dem Hilfsbenzinmotor enthält verunreinigende Komponenten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und CO neben NO₁. Wird dieses Abgas der dem Dieselmotor zugeführten Luft zugemischt, dann werden die Kohlenwssserstoffe, das CO usw. innerhalb des Dieselmotors verbrannt, während die NOi-Werte auf eine Gleichgewichtskonzentration unter den Verbrennungsbedingungen innerhalb des Hauptdieselmotors abgesenkt werden. Die Konzentrationen an CO; und N2 in dem Abgas werden nicht merklich beeinflußt, und zwar auch dann nicht, wenn die Einstellung der Motormischung nicht sehr genau vorgenommen wird. Folglich wird auch die Wirkung der NO»-Steuerung nicht beeinflußt Auf diese Weise kommt der Hilfsbenzinmotor mit sehr vereinfachten Bauelementen, wie beispielsweise Vergasern, aus, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden. Erfindungsgemäß wirft die Verwendung eines 2-Takt-Benzinmotors mit der damit in unvermeidbarer Weise verbundenen Abgabe von nicht verbranntem Treibstoff keine Probleme bezüglich eines Energieverlustes auf, da der nicht verbrannte Treibstoff beim Eintritt in den Hauptdieselmotor verbrannt und in Energie umgewandelt wird. Der 2-Takt-Benzinmotor ist daher wirtschaft-

S licher, da das Hubvolumen normalerweise nur die Hälfte desjenigen eines 4-Takt-Motors beträgt, und der Motor selbst eine kompakte Größe aufweist und einfach in der Konstruktion ist Neben der geringen NO*-Konzentration in dem Abgas sind auch noch viele weitere Vorteile gegeben. Ein Rotationsmotor kann ebenfalls als Mittel zur Erzeugung des Inertgases verwendet werden, das dem von dem Dieselmotor angesaugten Gas zugesetzt wird.

Was das Gesamtleistungsvermögen des vorstehend

geschilderten kombinierten Motors betrifft, so nähert sich der thermische Wirkungsgrad, obwohl er sich zwischen dem Hauptdieselmotor und dem Hilfsbenzinmotor verteilt, demjenigen des Hauptdieselmotors, so daß die dynamische Wirkungsweise sich sehr nahe derjenigen des Hauptdieselmotors befindet Die Beschleunigungseigenschaften sowie die anderen Eigenschaften können durch verbesserte Eigenschaften des Hilfsbenzinmotors verbessert werden.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß durch die Erfindung alle diejenigen Nachteile beseitigt werden können, welche beim Umlaufenlassen des Abgases von Dieselmotoren auftreten, und zwar durch Zuordnen eines Benzinmotors zu dem Hauptdieselmotor und durch Zusatz des Abgases aus dem Benzinmotor zu der Luft, die dem Dieselmotor zugeführt wird. Auf diese Weise vermag das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Menge an NO_x zu vermindern, sondern setzt auch die Konzentration an Kohlenwasserstoffen und CO in einem gewissen Ausmaße herab sowie dies bei der üblichen EGR-Methode der Fall ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung der NOx-Emission in dem Abgas eines Dieselmotors durch Zugabe eines Inertgases zu der dem Dieselmotor zugeführten Luft, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas eines Benzinmotors als Inertgas verwendet wird.

2. Verfahrer· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugesetzten Inertgases ungefähr 20% beträgt