DK169824B1 - Forbrændingsmotor - Google Patents

Description

i DK 169824 B1

Opfindelsen angår en forbrændingsmotor med et motorstativ, hvorpå to rækker af cylindre er monteret i V-facon, og med en reaktor til reduktion af uønskede forbindelser i udstødsgassen beliggende mellem de to 5 rækker af cylindre sammen med et luftindtag.

Fra US-A-4 138 843 kendes en firetakts V-motor af trunktypen med en reaktor opbygget af et lille reaktionskammer for hver to cylindre og et større sekundært reaktionskammer, som ligger mellem de to cylinderræk-10 ker. Reaktoren er af den type, hvor uforbrændte kulbrinter i gassen reagerer med ilt og CO omdannes til C02, dvs. en reaktor, hvor der primært er behov for høj temperatur. Reaktionskamrene er tomme hulrum af en så begrænset størrelse, at gastemperaturen holdes høj.

15 Ved store totakts rækkemotorer er det velkendt, at de små og lette reaktionskamre kendt fra bilmotorer ikke har den store rensevirkning, idet de store motorer drives ved så stort luftoverskud, at uforbrændte kulbrinter kun i ringe grad slipper ud med udstødsgassen.

20 Udstødsgassen indeholder til gengæld andre forureninger, såsom NOx, der kræver anvendelse af katalysatorer med stort indhold af katalysatormateriale som eksempelvis kan fjerne udstødsgassens ΝΟχ-indhold ved reduktion af NOx til N2 og vand, når udstødsgassen passerer gen-25 nem reaktoren med en passende strømningshastighed og gastemperatur. For at frembringe en effektiv omdannelse af de uønskede forbindelser i udstødsgassen, skal katalysatormaterialet have stort volumen, hvilket medfører, at reaktoren optager megen plads og er tung. Dette 30 problem er især udtalt ved store totakts krydshovedmo-torer, der udvikler en anseelig effekt. I de kendte rækkemotoranlæg har reaktorens størrelse og vægt ført til, at den placeres selvstændigt understøttet ved siden af motoren, hvor reaktoren optager plads i maskin-35 rummet. Denne placering af reaktoren har desuden medført uhensigtsmæssigt lange rørforbindelser i udstødssystemet .

DK 169824 B1 2

Opfindelsen tager sigte på at anvise en stor motor med katalytisk røggasrensning,, som er meget kompakt i forhold til sin ydelse.

Med henblik herpå er forbrændingsmotoren ifølge 5 opfindelsen ejendommelig ved, at motoren er en stor totakts krydshovedmotor med en langsgående skylleluftre-ceiver og med en i motorens længderetning forløbende udstødsgasreceiver beliggende mellem de to rækker af cylindre, og at et i motorens længderetning forløbende 10 hulrum i reaktoren er separeret fra udstødsgasreceiverens hulrum og indeholder katalysatormateriale til reduktion af de uønskede forbindelser, såsom ΝΟχ.

V-motoren indebærer den velkendte fordel at være kort i forhold til cylinderantallet. Ved at lade V-15 motoren være en stor totakts krydshovedmotor opnås mulighed for, at motoren har hidtil helt ukendt stor effekt i forhold til sine dimensioner. V-faconen tillader, at de tidligere kendte sideværts udragende store rørformede skylleluft- og udstødsreceivere omplaceres 20 fra siden af motoren til en beliggenhed mellem cylinderrækkerne, hvilket i bredderetningen kompenserer for den med v-faconen øgede topbredde af motoren. I tillæg hertil har det overraskende vist sig muligt at anbringe den separate, meget store og tunge reaktor med reaktor-25 materialet oppe mellem cylindrene sammen med de to receivere.

Med denne placering mellem cylinderrækkerne er reaktoren udformet som en integreret del af motoren, og v-motoren med reaktoren fylder ikke væsentlig mere end 30 en tilsvarende motor uden reaktor. Reaktoren vil endvidere ligge nær ved den naturlige føringsvej for udstødssystemet, idet rørstykkerne, som leder udstødsgasserne bort fra de enkelte cylindre, sædvanligvis forløber indefter mod en fælles udstødspassage beliggende 35 mellem de to rækker af cylindre. Reaktorens beliggenhed gør det således muligt at udforme udstødssystemet med fordelagtigt korte rørforbindelser.

DK 169824 B1 3

Reduktionen af de uønskede forbindelser i udstødsgassen kan normalt først finde sted, når reaktoren er opvarmet til en driftstemperatur, såsom fra 300-400"C, der ligger væsentlig over omgivelsernes tempera-5 tur. Reaktorens placering mellem cylinderrækkerne indebærer derfor også den fordel, at reaktoren er beliggende på et forholdsvis varmt sted, hvilket navnlig er en fordel, hvis reaktoren i visse driftsperioder skal stå stand-by. Når reaktoren efter længere tids motordrift 10 skal indkobles for rensning af udstødsgassen, vil den nemlig være opvarmet af strålings- og konvektionsvarme fra de omkringliggende motordele, således at den umiddelbart er i stand til at rense udstødsgassen eller kun i ringe grad skal opvarmes af denne og således, at re-15 aktoren umiddelbart efter indkoblingen ikke afkøler udstødsgassen i en sådan grad, at der i udstødssystemet opstår risiko for kondensnedslag.

Reaktoren kan anbringes ovenover eller nedenunder receiveren. Beliggenheden mellem receiveren og 20 motorstativet foretrækkes, idet motoren derved bliver mest kompakt.

En særlig kompakt udformning, der også sikrer god opvarmning af reaktoren, er i en foretrukken udførelsesform tilvejebragt ved, at reaktoren er sammenbyg-25 get til en enhed med motorens udstødsgasreceiver, hensigtsmæssigt således, at en skillevæg adskiller receiverens indre fra reaktoren, som gennem en strømningspassage er forbundet med en gasafgang på udstødsreceiveren .

30 Motoren ifølge opfindelsen er især anvendelig som fremdrivningsmotor i et skib, hvor det er af stor betydning, at motoren optager mindst mulig plads, så den størst mulige del af skibet kan anvendes til nyttelast. På oceangående skibe, hvor reaktoren kun be-35 høver at være i drift, mens skibet sejler i kystnære farvande, kan der især drages fordel af, at varmen fra DK 169824 B1 4 motoren holder reaktoren varm og klar til idriftsætning med kort varsel.

Eksempler på udførelsesformer for opfindelsen beskrives herefter nærmere med henvisning til den ske-5 matiske tegning, hvor fig. 1 viser et deltværsnit gennem en motor ifølge opfindelsen, fig. 2 et sidebillede af en reaktor og en udstødsgasreceiver med tilhørende rørsystem, og 10 fig. 3 og 4 henholdsvis sidebillede af og tvær snit gennem en reaktor sammenbygget med en udstødsgasreceiver.

I fig. 1 ses en generelt med 1 betegnet totakts krydshovedmotor med et på en bundramme 2 monte-15 ret stativ 3, der på sin overside bærer to rækker af cylindre 4, der parvis er monteret i V-facon på motorstativet. Stemplerne i hvert cylinderpar er gennem hver sin stempelstang 5 med tilhørende krydshoved 6 og plejIstang 7 forbundet med en fælles plejlstangs-20 søle 8 på krumtapakslen. Krydshovedet er styret i tværretningen ved hjælp af krydshovedsko 9, der glider på tilhørende styreplaner 10, som er fastgjort på tværvægge 11 i motorstativet.

Hvert stempel er monteret i en cylinderforing 25 12, der opefter er lukket af et dæksel 13 med en ud stødsventil 14. Cylindrene er længdeskyllede og forsynes med skylle- og ladeluft fra en turbolader 15, hvis kompressor leder luften til en skylleluftreceiver 16, hvorfra luften gennem skylleluftslidser i cylinderfo-30 ringens nedre afsnit kan strømme ind i cylinderen, når stemplet har blottet portene.

Fra udstødsventilen 14 ledes udstødsgassen gennem rørstykker 17 til en udstødsgasreceiver 18, der strækker sig på langs af motoren og er beliggende 35 mellem de to cylinderrækker. Receiveren er udformet med en tilgangs åbning 19 ud for hvert rørstykke 17 og DK 169824 B1 5 er ved sin ene ende sluttet til et afgangsrør 20, som gennem et reguleringsorgan 21 i form af et spjæld eller en ventil er forbundet med et tilgangsrør 22 førende til turboladerens turbineindløb. Den anden ende 5 af receiveren 18 står gennem en strømningspassage i form af en rørledning 23 i forbindelse med en reaktor 24, hvis gasafgang gennem et afgangsrør 25 og et reguleringsorgan 26 i form af et spjæld eller en ventil står i forbindelse med turbinens tilgangsrør 22.

10 Reaktoren indeholder en katalysator (27' i fig.

4), der ved udstødsgassens strømning gennem reaktoren reducerer de uønskede forbindelser i gassen til forbindelser, der er uskadelige for miljøet. Der kan eksempelvis være tale om, at katalysatoren reducerer ud-15 stødsgassens indhold af ΝΟχ til henholdsvis N2 og vand.

Når reaktoren skal reducere udstødsgassens NOx-indhold kan den eksempelvis være af typen SCR (Selective Catalytic Reduction). En reaktor af denne type fremstilles eksempelvis af det danske firma Haldor Topsøe A/S. For 20 at give indtryk af reaktorens størrelse kan nævnes, at ved en motor med en effekt på ca. 40 MW skal der anvendes omkring 13½ ton katalysatormateriale for at opnå fuld tilfredsstillende omdannelse af udstødsgassens NOx-indhold.

25 Det er muligt at anbringe reaktoren i højere ni veau end udstødsgasreceiveren, men det foretrækkes, at reaktoren 24 som vist er beliggende mellem receiveren 18 og motorstativet 3, så motoren får mindst mulig totalhøjde. I den første udførelsesform vist i fig. 1 30 og 2 er reaktor og receiver udført som to separate enheder .

I en i fig. 3 og 4 vist anden udførelsesform er receiveren 18' og reaktoren 24' sammenbygget til en enhed, hvilket dels reducerer den totale plads, som op-35 tages af disse to enheder, dels medfører, at konvektionsvarme fra receiveren 18' holder reaktoren 24' DK 169824 B1 6 varm, når udstødsgassen ledes uden om reaktoren. I den anden udførelsesform er reaktoren ved hjælp af en skillevæg 28' adskilt fra receiverens indre hulrum, der gennemstrømmes af udstødsgas. Ved at afspærre reaktoren 5 fra afgangsrøret 25' ved hjælp af reguleringsorganet 26' og åbne reguleringsorganet 21' kan udstødsgassen helt hindres i at strømme gennem reaktoren 24', når der ikke kræves rensning af udstødsgassen. Derved kan udstødsgassen hindres i at tilsnavse katalysatormate-10 rialet 27' i de driftsperioder, hvor udstødsgassen kan ledes urenset til atmosfæren.

Ved gradvis åbning af det ene reguleringsorgan og gradvis lukning af det andet reguleringsorgan (21 eller 26; 21' eller 26'), kan reaktoren gradvist sættes 15 mere eller mindre i drift. Dette gør det muligt i afhængighed af motorens driftsforhold og den ønskede rensningsgrad af udstødsgassen at lede en større eller mindre del af udstødsgassen gennem reaktoren, mens den resterende del af udstødsgassen ledes direkte fra ud-20 stødsgasreceiveren 18, 18' til turboladerens turbine. I den på tegningen viste indstilling af reguleringsorganerne ledes al udstødsgassen gennem reaktoren, ved fuld omstilling af begge reguleringsorganer kan al udstødsgassen også ledes udenom reaktoren og direkte til tur-25 boladeren.

I de viste udførelsesformer forløber reaktoren og receiveren parallelt og har ens længde. Hvis særlige grunde skulle tale herfor, er det naturligvis muligt at lade reaktorens længde afvige fra receiverens længde, 30 ligesom reaktoren kan anbringes i en anden stilling i forhold til receiveren.

Claims (6)

1. Forbrændingsmotor (1) med et motorstativ (3), hvorpå to rækker af cylindre (4) er monteret i V-facon, og med en reaktor (24; 24') til reduktion af uønskede forbindelser i udstødsgassen beliggende mellem de to ræk- 5 ker af cylindre sammen med et luftindtag, kendetegnet ved, at motoren er en stor totakts krydsho-vedmotor med en langsgående skylleluftreceiver (16) og med en i motorens længderetning forløbende udstødsgasreceiver (18; 181) beliggende mellem de to rækker af cylin-10 dre, og at et i motorens længderetning forløbende hulrum i reaktoren er separeret fra udstødsgasreceiverens hulrum og indeholder katalysatormateriale til reduktion af de uønskede forbindelser, såsom ΝΟχ.

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kende-15 tegnet ved, at reaktoren (24; 24') ligger mellem udstødsgasreceiveren og motorstatiavet (3).

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at reaktoren (24·) er sammenbygget til en enhed med motorens udstødsgasreceiver 20 (18')·

4. Forbrændingsmotor ifølge krav 3, kendetegnet ved, at en skillevæg (28') adskiller receiverens (18') indre fra reaktoren (24'), som gennem en strømningspassage (23') er forbundet med en gasaf- 25 gang på udstødsreceiveren.

5. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at motoren er en fremdriv-ningsmotor i et skib.

6. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 3-5, 30 kendetegnet ved, at motoren omfatter en turbolader (15), og at udstødsgassystemet er indrettet til at tilføre gas til turboladerens turbine enten fra reaktoren (24; 24') alene eller i det mindste delvis direkte fra udstødsgasreceiveren (18; 18').