-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des
Stickoxidausstoßes (NOx-Ausstoßes) eines
aufgeladenen Kolbenmotors, wobei das Verfahren jener Art ist, die
das Verdichten von Ansaugluft zur Erzeugung von verdichteter Ansaugluft,
Einleiten von Wasser (4, 4', 8) in die verdichtete
Ansaugluft zur Erhöhung
der Feuchtigkeit der Ansaugluft und Zuführen der befeuchteten und verdichteten
Ansaugluft zum Motor umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung
einen aufgeladenen Kolbenmotor jener Art mit Zylindern, einem Lader
zum Verdichten der Ansaugluft, eine Leitungsmittel, das den Lader
mit den Zylindern verbindet, um verdichtete Ansaugluft von dem Lader
den Zylindern zuzuführen, und
eine dem Leitungsmittel zugeordnete Düsenanordnung zum Einleiten
von Wasser in verdichtete Ansaugluft, die durch das Leitungsmittel
zu den Zylindern strömt.
In dieser Beschreibung soll der Begriff „Wasser" Wasser oder wasserhaltige Lösungen in flüssiger oder
zerstäubter
Form umfassen.
-
Stickoxide
(NOx) werden bei hohen Verbrennungstemperaturen im Zylinder eines
Kolbenmotors erzeugt und werden zusammen mit Abgasen an die Atmosphäre abgeführt. Aufgrund
der schädlichen Wirkungen
von Stickoxidausstoß besteht
ein allgemeines Ziel in der Verringerung dieses Ausstoßes.
-
Es
ist bekannt, dass das Hinzufügen
von Wasser im Verbrennungsprozess und in Verbrennungsluft die Bildung
von Stickoxiden verringert. Dieses Phänomen ist unter anderem auf
die Kühlwirkung des
hinzugefügten
Wassers zurückzuführen. In
der Praxis ist das Hinzufügen
von Wasser in den Verbrennungsprozess von Kolbenmotoren auf zwei
alternativen Wegen realisiert worden; das Wasser wird entweder direkt
in die Brennkammer des Zylinders geleitet oder über Ansaugluft zum Motor befördernden
Leitungen.
-
In
der US-A-5758606 wird ein Verfahren zur Leitung von Wasser in verdichtete
Ansaugluft eines aufgeladenen Motors hinter dem Lader offenbart.
Zunächst
wird das Wasser durch erwärmtes „Kühl"-Wasser des Motors
erwärmt
und in einen getrennten Befeuchtungsturm geleitet, in dem zerstäubtes Wasser
verdampft. Diese bekannte Anordnung ist unter anderem aufgrund des
Platzbedarfs des Befeuchtungsturms unpraktisch. Sie ist auch mit
einem gewissen Sicherheitsrisiko verbunden, da große Befeuchtungstürme auf
hohem Druck arbeiten.
-
Das
Einspritzen von Wasser und Ansaugluft in die Brennkammer beeinträchtigt nicht
die Wellenleistung des Motors an sich. Unter gewissen Umständen muss
die Temperatur der Ansaugluft jedoch erhöht werden, um die Feuchtigkeit
der Ansaugluft ausreichend zu erhöhen, um die Erzeugung von Stickoxiden
zu verringern, und dadurch werden wiederum der Massenstrom der Ansaugluft
und ihr Sauerstoffgehalt verringert. Die Wassermenge, die in die Brennkammer
eingeleitet werden kann, entspricht höchstens der Menge, die unter
dem vorherrschenden Druck und der vorherrschenden Temperatur der Ansaugluft
in Dampfform verbleibt. Somit wird die Wassermenge, die mit der
Ansaugluft in die Brennkammer eingeleitet werden kann, durch die
Sättigung des
Wasserdampfs in der Ansaugluft begrenzt. Die hinzuzufügende Wassermenge
ist relativ groß,
weil ein Teil des Wassers aufgrund kontinuierlicher Befeuchtung
während
des Spülstadiums
der Zylinder, wenn sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile gleichzeitig
geöffnet
sind, möglicherweise
nicht verwendet wird.
-
In
der EP-A-0683307 wird eine Vorrichtung zur direkten Zuführung von
Wasser in Zylinder eines Motors gezeigt, wobei die Zuführung von
der Zündreihenfolge
des Motors abhängig
ist. Während
des Ansaug- oder Einlasshubs unter der Steuerung einer Steuereinheit,
die Motordrehzahl, Kolbenstellung und/oder Betriebsbedingungen des
Motors als Steuerparameter verwendet, wird Wasser eingespritzt.
-
Bei
dieser bekannten Vorrichtung ist die optimale Verteilung von Wasser
in die Brennkammer, so dass kein überschüssiges Wasser eingespritzt
wird und andererseits so dass eine erwünschte Wirkung erzielt werden
sollte, ein Problem.
-
Somit
ist bekannt, Wasser direkt in die Brennkammer einzuspritzen, indem
das Wasser zusammen mit dem Kraftstoff eingeleitet wird, oder durch
Abwechseln der Wasser- und Kraftstoffeinspritzung mit einer gemeinsamen
Einspritzanordnung.
-
Wenn
Wasser direkt in die Brennkammer eingespritzt wird, kann eine Einspritzung
auch während
des Verdichtungshubs erreicht werden, entweder vor dem eigentlichen
Verbrennungsprozess und/oder währenddessen.
Obgleich dieser Einspritzzeitpunkt bezüglich der Verringerung der
Erzeugung von Stickoxiden und einer ungestörten Leistungsabgabe günstig ist,
ist er jedoch bezüglich
Wellenleistung ungünstig.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass am
Ende der Verdichtung der Druck der verdichteten Luft und/oder die
Mischung von Luft und Kraftstoff infolge der Wasserzuführung abnimmt,
so dass der Motor solche Verdichtungsarbeit leisten muss, die nicht
im Arbeitshub verwendet werden kann. Ein weiterer Faktor, der die
Wellenleistung des Motors verringert, ist der relativ hohe Druck,
in der Regel ca. 200 bar, der zur Zuführung des Wassers in einen
Zylinder erforderlich ist, wobei der Druck natürlich den im Zylinder zum Einspritzzeitpunkt
vorherrschenden Druck übertreffen
muss.
-
Direktwassereinspritzung
in die Brennkammer während
des Einlasshubs wird somit bevorzugt, da zum Beispiel eine Druckabnahme
im Zylinder durch das Einleiten von Wasser erreicht wird. Dadurch
wird das Füllen
des Zylinders mit Luft oder mit einer Mischung aus Luft und Kraftstoff
erleichtert und somit die Arbeit des Verdichters verringert, was
hinsichtlich Wellenleistung und Ausgangsleistung des Motors günstig ist.
Dieses Phänomen
kann mittels der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden.
-
Die
WO-A-99/42718 und die US-A-5396866 beschreiben beide Verfahren gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines verbesserten
Verfahrens und einer verbesserten Anordnung zur Reduzierung des Stickoxidausstoßes in einem
aufgeladenen Kolbenmotor, wobei das Verfahren darauf basiert, Wasser
in Verbrennungsluft einzuleiten, in dem aber Nachteile des Stands
der Technik im Wesentlichen beseitigt worden sind. Insbesondere
besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens
und einer Anordnung, das bzw. die neben der Reduzierung von Stickoxiden
hinsichtlich Wellenleistung, Ausgangsleistung und erforderliche
Wassermenge vorteilhaft ist.
-
Die
Aufgaben der Erfindung werden im Wesentlichen wie in den nachfolgenden
Ansprüchen
1 und 11 offenbart erfüllt.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Reduzierung des Stickoxidausstoßes (NOx-Ausstoßes) in
einem aufgeladenen Kolbenmotor Erhöhen des Druckpegels von Ansaugluft
mittels eines Laders von einem Umgebungsdruckpegel auf einen erhöhten Druckpegel
und Zuführen
von Wasser in Ansaugluft vor Leiten der Ansaugluft in die Zylinder
des Motors. Auf diese Weise wird die Feuchtigkeit der verdichteten
Ansaugluft auf einem erhöhten
Druckpegel zu einem höheren
Feuchtigkeitsgrad erhöht.
Darüber
hinaus steuert der Betrieb eines in einer Ansaugluftleitung vorgesehenen
Wärmetauschers
die Temperatur der einer Lufteinlasskammer zugeführten verdichteten Ansaugluft.
Der Betrieb des Wärmetauschers
und/oder die Einspritzung des Wassers werden/wird mittels einer
Steueranordnung auf Grundlage der Messung der Luftbedingungen der
Lufteinlasskammer gesteuert.
-
Die
Messung der Luftbedingungen umfasst vorzugsweise das Messen zumindest
der Temperatur und Feuchtigkeit der Luft und vorteilhafterweise auch
eine Luftdruckmessung. Es ist möglich,
Betriebsinformationen des Wärmetauschers,
die für eine
bestimmte Wassermengeeinspritzung und Verteilung von Wasser zwischen
verschiedenen Düsen erforderlich
sind, als Rezeptinformationen in der Steueranordnung zu speichern.
-
Der
verdichteten Ansaugluft wird Wärme
zugeführt,
bevor sie den Zylindern des Motors zugeführt wird, so dass das eingeleitete
oder eingespritzte Wasser verdampft wird, wodurch ein sehr geringer Stickoxidausstoß erreicht
werden kann. Zweckmäßigerweise
wird Wasser in mehreren Stufen der Verbrennungsluft zugeführt und
die Temperatur der verdichteten Ansaugluft zwischen den Stufen geändert.
-
Jedem
Zylinder des Motors kann Wasser zugeführt werden, um den Stickoxidausstoß, insbesondere
bei Teillasten, weiter zu verringern. Dieses Wasser wird vorzugsweise
neben dem in die Ansaugluft geleiteten Wasser in die Zylinder geleitet.
-
Zunächst wird
eine erste Wassermenge in die verdichtete Ansaugluft eingeleitet,
und der Ansaugluft wird während
der Wassereinspritzung oder danach Wärme zugeführt, und darüber hinaus
wird eine zweite Wassermenge in die verdichtete Ansaugluft eingeleitet,
nachdem der Ansaugluft zusätzliche Wärme zugeführt worden
ist. Die zweite Wassermenge kann in die Ansaugluft oder direkt in
die Brennkammer des Motors eingeleitet werden. Vorzugsweise ist
die erste Wassermenge derart, dass sie die Wärme der verdichteten Ansaugluft
verwendet, so dass die Temperatur der Ansaugluft unter 85°C abfällt.
-
Zweckmäßigerweise
wird das Verfahren der Erfindung besonders vorteilhaft so durchgeführt, dass
Wärme nach
Bedarf von einem Kühlsystem
des Motors auf die Ansaugluft übertragen
wird, um die feuchte Ansaugluft zu erwärmen. Darüber hinaus kann eine dritte
Wassermenge in jeden Zylinder des Motors eingeleitet werden, um
den Stickoxidausstoß weiter
zu verringern. Die dritte Wassermenge wird besonders bevorzugt in
jeden Zylinder des Motors eingeleitet, während der Motor mit Teillast,
in der Regel mit einer Last von unter 40–60%, läuft. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird vorzugsweise Wasser insgesamt mit einer Rate von 200–600 g pro von
dem Motor erzeugter kWh-Einheit eingespritzt. Auf diese Weise ist
es möglich,
einen sehr geringen Stickoxidausstoß zu erreichen und gleichzeitig
einen optimierten Betrieb des Motors aufrechtzuerhalten. Des Weiteren
kann eine unnötige
Kondensation von Wasserdampf minimiert werden.
-
Vorzugsweise
wird das Einleiten von Wasser in die verdichtete Ansaugluft und
in die Zylinder (das heißt
die eingespritzte erste, zweite und dritte Wassermenge) auf Grundlage
mindestens eines der folgenden Werte gesteuert, die gemessen und/oder
definiert werden, während
der Motor läuft:
Temperatur und Feuchtigkeit von von dem Motor verwendeter Umgebungsluft;
Temperatur und Feuchtigkeit der Ansaugluft des Motors; Last und/oder
Drehzahl des Motors; Stickoxidmenge in den Abgasen und sichtbarer Rauch
von Abgasen. Vorteilhafterweise ist die bei jeder Temperatur und
jedem Druck eingeleitete Wassermenge derart, dass die Luftfeuchtigkeit
bis zu einer Feuchtigkeitshöhe
von mindestens 70%–100% erhöht wird.
-
Die
aufgeladene Kolbenmotoranordnung der vorliegenden Erfindung zur
Reduzierung von Stickoxidausstoß umfasst
einen Kolbenmotor, einen Lader, der mit jedem Zylinder des Motors
durch Ansaugluftleitungsmittel in Verbindung steht, und eine Düseanordnung,
die mit dem Ansaugluftleitungsmittel zur Zuführung von Wasser in die Ansaugluft
in Verbindung steht, wobei ein Wärmetauscher
vorgesehen ist, der mit dem Ansaugluftleitungsmittel in Verbindung
steht, um der Ansaugluft Wärme
zuzuführen. Vorteilhafterweise
kann der Wärmetauscher
mit einem Kühlsystem
des Motors verbunden werden. Darüber
hinaus umfasst der Motor eine Direktwassereinspritzanordnung für jeden
Zylinder. Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher als ein integraler
Teil des Motors ausgeführt.
-
Mittels
der Erfindung wird eine vorteilhafte Anordnung bezüglich sowohl
der Verringerung von Stickoxiden als auch des flexiblen Betriebs
des Motors erreicht, wodurch der Stickoxidausstoß unter allen Betriebsbedingungen
des Motors auf ein Minimum verringert wird. Darüber hinaus ist es mit der Anordnung
der Erfindung möglich,
den Motor, falls erwünscht,
ohne Verwendung von Wassereinspritzung zu betreiben. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist
es meistens möglich,
die Verwendung eines getrennten NOx-Katalysators zu vermeiden, wodurch der
Platzbedarf beträchtlich
verringert wird.
-
Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung rein beispielhaft unter besonderer Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
-
2 eine
Graphik, die die Wärmebilanz
gemäß der Wasserzufuhranordnung
von 1 schematisch darstellt.
-
1 zeigt
einen allgemein durch die Bezugszahl 1 bezeichneten Kolbenmotor,
der auf an sich bekannte Weise mit einem Abgaslader 2 verbunden
ist. Eine Düsenanordnung 4, 4' zur Zuführung von
Wasser in Einlass- oder Ansaugluft ist in einer Leitung 3 angeordnet,
die eine Verlängerung
oder ein Teil einer den Lader 2 und den Motor verbindenden Leitung
ist. Um die Temperatur der Ansaugluft zu ändern, ist des Weiteren eine
Wärmetauscheranordnung 5, 5' in der Leitung 3 angeordnet.
Die Leitung 3 ist mit einer Luftkammer 3' des Motors 1 verbunden, aus
der Luft in jeden Zylinder des Motors geleitet wird. Die Wärmetauscheranordnung
umfasst vorzugsweise zwei verschiedene Wärmetauscher 5 und 5'. In 1 wird
des Weiteren ein Tropfenabscheider 16 gezeigt, der, falls
gewünscht,
installiert werden kann. Die Verbindung der Wärmetauscher 5, 5' in 1 ist
nur beispielhaft. Als eine (nicht gezeigte) alternative Verbindung
können
die Wärmetauscher
in getrennten Strömungskreisläufen verbunden
sein. Vorzugsweise sind die Wärmetauscher
in die Struktur des Motors oder als ein Teil der Luftkammer 3' oder sogar
als ein Teil des Körpers
des Motors integriert. Darüber
hinaus umfasst die Anordnung eine Verbindung mit einem Kühlsystem 14 des
Motors 1, wodurch Wärme
durch die Kühlung
des Motors auf die Ansaugluft übertragen
werden kann. Diese Verbindung oder Kopplung kann als Alternative
durch eine Strömungskanalanordnung
im Motor realisiert werden.
-
Des
Weiteren umfasst die Motoranordnung von 1 eine Wasserquelle 6,
die gemäß der Anwendung
des Motors unterschiedlich sein kann. In einem Schiffsmotor kann
es sich bei dem Wasser um ordnungsgemäß behandeltes Meerwasser handeln, dass
von dem Wasser, auf dem das Schiff fährt, stammen kann. In anderen
Fällen,
kann das Wasser aus einem Wasserverteilungsrohrsystem entnommen
werden. Die Wasserquelle 6 ist durch eine Rohrleitung 7 mit
einer im Kanal 3 vorgesehenen Düsenanordnung 4, 4' und durch eine
Rohrleitung 7' mit
einer Einspritzanordnung, wie zum Beispiel einer Düse 8,
die jedem Zylinder zugeordnet ist, verbunden. In diesem Zusammenhang
wird unter „Wasser" reines Wasser oder
eine wasserhaltige Lösung
verstanden.
-
Des
Weiteren umfasst die Motoranordnung Messsonden 9, 9' zur Messung
von Betriebsparametern oder -bedingungen, wie zum Beispiel der Temperatur
und der Feuchtigkeit der Ansaugluft, die in der Leitung 3 sowohl
vor als auch nach der Behandlung der Ansaugluft angeordnet sind.
Des Weiteren sind eine Sonde 10 zur Definition des Betriebszustands, wie
zum Beispiel der Last und/oder _ Drehzahl, des Motors sowie eine
Sonde 11 zur Definition des Zustands, wie zum Beispiel
der Menge der Stickoxide und/oder von sichtbarem Rauch, der Abgase
vorgesehen. Darüber
hinaus ist es möglich,
eine Sonde 9" zur
Messung des Zustands von Ansaugluft, bevor sie im Lader 2 verdichtet
wird, vorzusehen. Diese oben genannten Sonden sind mit einer Steueranordnung 12 verbunden,
die den Betrieb jedes Wassereinleitungs- oder -einspritzmittels 4, 4', 8 auf
vordefinierte Weise auf Grundlage der Messungen steuert. Die Steueranordnung 12 kann
ein getrenntes oder integrales Teil des Steuersystems des Motors
sein. Die Steueranordnung 12 ist des Weiteren mit einer
Ventilanordnung 15 verbunden, mittels der die Verbindung oder
der Betrieb der Wärmetauscher 5, 5' in Abhängigkeit
davon, ob die Ansaugluft erwärmt
oder gekühlt
werden soll, geändert
werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Kühlung durch Verbindung
der Wärmetauscher
mit einer Kühlmittelversorgung 13.
-
Bei
der Anordnung nach 1 wird Ansaugluft während des
Betriebs des Kolbenmotors durch den Lader 2 geleitet, wo
sie verdichtet wird, und dann mittels der Leitung 3 in
den Motor geleitet. Der Druck der Ansaugluft wird von Umgebungsdruck
auf einen erhöhten
Druckpegel im Lader 2 erhöht. In der Leitung 3 oder
vor dem Leiten von Luft in den Motor wird Wasser mittels der Düsen 4 in
die verdichtete Ansaugluft geleitet, wodurch die Feuchtigkeit der
Ansaugluft erhöht
wird. Nach dem Einleiten von Wasser in die Ansaugluft mittels der
Düsen 4,
wird die Temperatur der verdichteten Ansaugluft mit Hilfe der Wärmetauscher 5, 5' in Abhängigkeit
von den Umständen
geändert.
Die einzuleitende Wassermenge hängt wiederum
zum Beispiel von dem erwünschten
Reduzierungsgrad der Stickoxide ab.
-
Gemäß einer
bestimmten Betriebsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erste
Wassermenge in einer ersten Stufe durch die Düse 4 der verdichteten
Ansaugluft unter Steuerung der Steueranordnung 12 zugeführt, wodurch
die Temperatur der Ansaugluft abnimmt und ihre Feuchtigkeit zunimmt. Nach
oder während
dieser Stufe wird der verdichteten Ansaugluft mittels des Wärmetauschers 5, 5' Wärme zugeführt, und
die Temperatur der Ansaugluft wird erhöht. Während der Motor in Teillast
läuft,
wird darüber
hinaus eine dritte Wassermenge durch Düsen 8 in jeden Zylinder
des Motors eingeleitet oder eingespritzt. Wenn die Last des Motors
weniger als 40–60%
beträgt,
wird vorteilhafterweise Wasser neben ihrer Zuführung in die Ansaugluft direkt
jedem Zylinder des Motors zugeführt.
-
Es
ist möglich,
dass des Weiteren eine zweite Wassermenge der verdichteten Ansaugluft
mittels der Düse 4' in Abhängigkeit
von den Umständen
zugeführt
wird. In dieser Betriebsart wird der feuchten Ansaugluft Wärme von
dem Kühlsystem 14 des
Motors zugeführt.
Die erste Wassermenge ist so ausgelegt, dass sich die Luft vorzugsweise
auf mindestens ca. 85°C
abkühlt.
-
In 2 wird
beispielhaft eine Wärmebilanz der
Wasserzufuhranordnung so gezeigt, dass die Y-Achse die Wärmeleistungsbilanz
und die X-Achse die Last des Motors in Prozent darstellt. Über der Nullhöhe ist jeder
Einheitsprozess exotherm und unter der Nullhöhe erfordert er zusätzliche
Wärme.
-
Auf
die 1 und 2 Bezug nehmend, werden gemäß einer
anderen Betriebsart der Erfindung bei einem Verfahren zur Reduzierung
des Stickoxidausstoßes
(NOx- Austoßes) eines
aufgeladenen Kolbenmotors Steuerbefehle auf Grundlage von vorbestimmten
Sollwerten und von von Sonden 9, 9', 9'', 10 und 11,
die unter anderem den Zustand der Luft, die Motorlast und/oder die
Motordrehzahl sowie den NOx-Gehalt der Abgase und/oder die Menge
an sichtbarem Rauch messen, erhaltenen Messungen durch eine Steueranordnung 12 regelmäßig definiert und
abgegeben. Mittels der durch die Steueranordnung 12 abgegebenen
Steuerbefehle wird die Verteilung und die Menge des Wassers an verschiedene Düsen 4, 4', 8 zusammen
mit der Steuerung des Betriebs der Wärmetauscher 5, 5' gesteuert,
um die Temperatur der Ansaugluft zu steuern.
-
In
der Steueranordnung 12 werden bestimmte Reduzierungsgrade
des Stickoxids (NOx) als Sollwerte gespeichert, die einem bestimmten
Reduzierungsgrad im Vergleich mit einer Situation entsprechen, in
der das erfindungsgemäße Verfahren
nicht verwendet werden würde.
Die Kurven 20, 21, 22 in 2 stellen
diese Reduzierungsgrade als eine Funktion der Motorlast dar. Die
Steueranordnung 12 definiert eine Wassereinspritzanforderung
entsprechend jedem Sollreduzierungsgrad des Stickoxids und der Motorlast
oder -drehzahl sowie das Zufuhrverhältnis des Wassers zu verschiedenen
Düsen 4, 4', 8.
Auf Grundlage dieser Informationen steuert die Steueranordnung 12 die
Düsen zur
Einspritzung der erwünschten
Wassermenge. Des Weiteren steuert die Steueranordnung 12 den
Betrieb der Wärmetauscher 5, 5' auf Grundlage
von durch die Ansaugluftsonden 9, 9' gemessenen Informationen, wie
nachfolgend erläutert.
Wenn der Wärmegehalt
der verdichteten Ansaugluft der Wärme entspricht oder sie übertrifft,
die von der durch die Düsen 4, 4' eingespritzten
Wassermenge erfordert wird, und/oder wenn die Ansauglufttemperatur
einen Sollwert überschreitet,
steuert die Steueranordnung den Wärmetauscher 5, 5' zum Kühlen der
Luft. Diese Situation entspricht in 2 dem Stickoxidreduzierungsgrad, der
durch die Kurve 22 bei einer Last des Motors von über 75%
dargestellt wird. In diesem Bereich ist der Prozess exotherm.
-
In
dem dargestellten Beispiel entspricht die Kurve 22 ca.
einer Reduzierung von Stickoxiden von 65% bei einer bestimmten Motorart.
Wenn die Wärme
der Ansaugluft geringer ist als die durch die durch die Düsen 4, 4' eingespritzte
Wassermenge erforderliche Wärme
und/oder die Temperatur der in den Motor an der Sonde 9 einzuleitenden
Ansaugluft unter ihrem Sollwert liegt, steuert die Steueranordnung 12 den
Wärmetauscher
zur Erwärmung
der Luft an. Vorteilhafterweise wird dies so erreicht, dass die
Steueranordnung 12 des Motors die Wärmetauscher 5, 5' von 1 mittels
der Ventilanordnung 15 mit dem Kühlsystem 14 des Motors 1 verbindet.
Diese Situation entspricht bei der Darstellung von 2 zum Beispiel
dem Reduzierungsgrad, der in der Darstellung durch die Kurve 21 40–95% des
Lastbereichs des Motors entspricht. Die Kurve 21 entspricht
einem Stickoxidreduzierungsgrad von 80%. Wenn die Steueranordnung
während
Dauerbetrieb die Situation so definiert, dass die Wärme der
Ansaugluft geringer ist als die durch das durch die Düsen 4, 4' eingespritzte Wasser
erforderliche Wärme,
und gleichzeitig die von dem Kühlsystem 14 des
Motors abgezogene Wärme einen
bestimmten Sollwert überschreitet,
schränkt die
Steueranordnung die durch die Düsen 4, 4' zur Ansaugluft
eingespritzte Wassermenge auf die vorherrschende Menge ein und steuert
eine mögliche zusätzliche
Wassereinspritzung durch die Düsen 8 direkt
zu den Zylindern des Motors an. Diese Situation entspricht in 2 zum
Beispiel dem durch die Kurve 20 dargestellten Reduzierungsgrad,
wobei es sich um den Lastbereich unter 60% des Motors 1 handelt.
In diesem Lastbereich ist die von dem Kühlsystem des Motors verwendbare
Wärme 23 geringer als
die der Kurve 20 entsprechende Gesamtwassermenge erfordern
würde.
Die Kurve 20 entspricht einem Stickoxidreduzierungsgrad
von ca. 90%. Somit wird durch einen Betrieb wie oben ausgeführt eine sehr
hohe Reduzierung des Stickoxidgehalts der Abgase auch bei Teillasten
des Motors erreicht.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die gezeigten praktischen Anwendungen und
numerischen Werte beschränkt,
sondern es kommen im Schutzbereich der angehängten Ansprüche mehrere Modifikationen der
Erfindung in Betracht.