FI106882B - A method for controlling a large turbocharged internal combustion engine and the engine used in this method - Google Patents
A method for controlling a large turbocharged internal combustion engine and the engine used in this method Download PDFInfo
- Publication number
- FI106882B FI106882B FI945506A FI945506A FI106882B FI 106882 B FI106882 B FI 106882B FI 945506 A FI945506 A FI 945506A FI 945506 A FI945506 A FI 945506A FI 106882 B FI106882 B FI 106882B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- reactor
- att
- och
- gas
- engine
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
- B01D53/9409—Nitrogen oxides
- B01D53/9431—Processes characterised by a specific device
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9495—Controlling the catalytic process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2053—By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0002—Controlling intake air
- F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/10—Capture or disposal of greenhouse gases of nitrous oxide (N2O)
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
106882106882
Menetelmä suuren turboahdetun polttomoottorin ohjaamiseksi sekä tässä menetelmässä käytettävä moottori - Förfarande för styrning av en stor turbolad-dad förbränningsmotor samt motor att användas i detta förfarande 5 Keksintö liittyy menetelmään, jolla ohjataan suurta turboahdettua polttomoottoria, joka turboahtimen ylävirran puolella on varustettu reaktorilla pakokaasujen NOx-pitoisuuden pienentämiseksi ja joka on varustettu välineillä, joilla mitataan ainakin yhtä moottorin parametria sen määrittämiseksi, jäähdyttääkö reaktori pakokaasuja.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for controlling a large turbocharged internal combustion engine powered by a turbocharged and equipped with means for measuring at least one engine parameter to determine if the reactor cools the exhaust gases.
Ympäristönsuojelun kannalta on odotettavissa, että kasvava määrä maita ottaa käyt-10 töön sääntöjä, joilla määrätään vielä alempia rajoja NOx-päästöille. Tämän vuoksi on odotettavissa, että suurissa laivamoottoreissa on jatkuvasti käytettävä pakokaasujen puhdistuslaitteita. Laivamoottoreissa ei voi käyttää autoteollisuudesta tunnettuja katalyytteja, koska laivamoottorit toimivat suurella ilmaylimäärällä ja polttavat raskasta polttoöljyä, joka sisältää jonkin verran raskasmetalleja ja rikkiä. Tur-15 piinin ylävirran puolella turboahdetut automoottorit voidaan varustaa katalyytilla, joka saattaa pakokaasuissa olevat kaasut CO ja HC reagoimaan C^n kanssa muodostaen samalla lämpöä, niin että pakokaasut lämpiävät reaktorin läpi kulkiessaan. Siten näiden moottorien käyttöolosuhteet poikkeavat oleellisesti sellaisen moottorin oloista, joka on varustettu reaktorilla pakokaasujen NOx-pitoisuuden pienentämi-20 seksi.From an environmental point of view, it is expected that a growing number of countries will introduce rules setting even lower limits on NOx emissions. Therefore, it is expected that large marine engines will have to be continuously equipped with exhaust gas cleaning equipment. Marine engines cannot use catalysts known in the automotive industry because marine engines run on large amounts of air and burn heavy fuel oil containing some heavy metals and sulfur. Upstream of the Tur-15 silicon, turbocharged automotive engines can be equipped with a catalyst that causes the CO and HC in the exhaust gases to react with the CO 2 while generating heat so that the exhaust gases are heated as they pass through the reactor. Thus, the operating conditions of these engines differ substantially from those of an engine equipped with a reactor to reduce the NOx content of the exhaust gases.
Patenttijulkaisusta EP-A-0 492 989 tunnetaan dieselmoottori, jossa turboahtimen alavirran puolelle on kytketty reaktori pakokaasujen NOx-pitoisuuden pienentämiseksi. Reaktorista tulevan kaasun ulostuloon on sijoitettu lämpötila-anturi. Kun : kaasun lämpötila reaktorissa on korkeammalla kuin katalyyttisen reaktion yläraja, 25 moottorille syötetään lisää ilmaa, esimerkiksi sulkemalla turboahdetun moottorin hukkaventtiili. Tällä tavalla voidaan aikaansaada pakokaasujen hyvä puhdistuminen, mutta polttomoottorin toimintaoloja ei oteta huomioon.EP-A-0 492 989 discloses a diesel engine having a reactor coupled downstream of the turbocharger to reduce the NOx content of the exhaust gases. A temperature sensor is located at the outlet of the gas from the reactor. When: the temperature of the gas in the reactor is higher than the upper limit of the catalytic reaction, more air is supplied to the engine, for example by closing the exhaust valve of the turbocharged engine. In this way, good exhaust gas cleaning can be achieved, but the operating conditions of the internal combustion engine are not taken into account.
Koska pakokaasujen lämpötilan on oltava ainakin 300° reaktoriin syötettäessä, 4 ;·1 viimeksi mainittu on välttämättä kytkettävä pakokaasujäijestelmään ennen turbo- 30 ahdinta, kun moottori on suurta tyyppiä, jota tyypillisesti käytetään laivojen käyttö-moottorina. Viime vuosina muutamia laivoja on koemielessä varustettu reaktorilla, joka poistaa suurimman osan moottorin pakokaasujen NOx-pitoisuudesta. Tätä tunnettua moottoria on selitetty artikkelissa “Emission Control of Two-Stroke Low Speed Diesel Engines”, joulukuu 1991, MAN B&W Diesel A/S. Siinä on pakokaa- 2 106882 sujen vastaanotin, joka on kytketty reaktorin poistopuolelle pakokaasujen NOx-pi-toisuuden pienentämiseksi, turboahdin turpiineineen, jonka kaasujen sisäänmeno on kytketty reaktorin kaasujen ulostuloon, reaktorin ohitusputki, joka voi kytkeä pakokaasujen vastaanottimen turboahtimen turpiiniin, ohitusputkessa olevan sulkuväli-5 neen, ja apupuhaltimen, jolla syötetään puhdistus- ja ahtoilmaa. Reaktorissa käytetään niin sanottua selektiivistä katalyyttistä pelkistysprosessia (Selective Catalytic Reduction Process, SCR), jossa pakokaasuihin sekoitetaan ammoniakkia, ja pakokaasut johdetaan erityisen katalyytin läpi lämpötilassa, joka on välillä 300 - 400°. Katalyytti pelkistää NOx-pitoisuuden typeksi N2 ja vedeksi. Katalyytillä on oltava 10 suhteellisen suuri tilavuus, jotta varmistettaisiin ammoniakin täydellinen hyödyntäminen ja jotta pakokaasujen NOx-pitoisuus pienenee riittävässä määrin.Since the exhaust gas temperature must be at least 300 ° when fed to the reactor, 4; · 1 must necessarily be connected to the exhaust gas system prior to turbocharging, when the engine is a large type typically used as a marine propulsion engine. In recent years, some ships have been experimentally equipped with a reactor that removes most of the engine's NOx content. This known engine is described in "Emission Control of Two-Stroke Low Speed Diesel Engines", December 1991, by MAN B&W Diesel A / S. It has an exhaust outlet receiver coupled to the reactor outlet side to reduce the NOx content of the exhaust gases, a turbocharger with turbines having a gas inlet coupled to the reactor gas outlet, a reactor bypass tube that can connect the exhaust receiver to the turbocharger turbine and an auxiliary fan to supply cleaning and supercharging air. The reactor uses a so-called Selective Catalytic Reduction Process (SCR), in which the exhaust gases are mixed with ammonia and the exhaust gases are passed through a special catalyst at a temperature in the range of 300-400 ° C. The catalyst reduces the NOx content to N2 and water. The catalyst must have 10 relatively large volumes in order to ensure full utilization of the ammonia and to achieve a sufficient reduction of the NOx content of the exhaust gases.
Laivojen NOx-päästöjen raja-arvoja sovelletaan nykyisin vain muutamilla rannikon läheisillä vesialueilla. Sulkuvälineellä varustetun ohitusputken avulla tunnettu moottorilaitos on suunniteltu niin, että reaktori on laivan matkan suurimman osan 15 aikana täysin erotettu, ja - jos moottorin toimintaolot niin sallivat - kokonaan kytketty, kun laiva purjehtii rannikon lähialueen vesillä, joissa NOx-päästöjen ylim-mäisrajat ovat voimassa. Ohitusputkessa oleva sulkuväline on siten normaalisti joko kokonaan auki tai kokonaan kiinni.The limit values for NOx emissions from ships currently apply only to a limited number of coastal waters. By means of a bypass pipe with a closing means, the known engine system is designed so that the reactor is completely separated during most of the ship's voyage and - if engine conditions permit - fully engaged when the vessel sails in near-coastal waters where NOx emission ceilings are in effect. The closing means in the bypass pipe is thus normally either completely open or fully closed.
Hakijan edellä mainitulla moottorilla tehdyistä kokeista saadut kokemukset osoitti-20 vat, että reaktori on kytkettävä kokonaan irti, jos moottorin kuormaa äkillisesti oli nostettava, esimerkiksi laivaa ohjattaessa tai hätäjarrutettaessa, koska turboahdin ei saanut tehoa, joka vastaisi moottorin hetkellistä kuormaa, kun kuormaa lisättiin. Toinen puute havaittiin, kun reaktori oli kytkettävä päälle sulkemalla ohitusputken venttiili ja avaamalla välittömästi reaktorin ylä- ja alavirran puolella olevat venttii-25 lit. Suhteellisen kylmä reaktori aiheutti turboahtimen ylävirran puolella äkillisen pakokaasujen lämpötilan laskun, jonka seurauksena turboahdinjäqestelmä alkoi värähdellä, joka vakavissa tapauksissa pysäytti moottorin. Tällaista tilannetta on mahdoton hyväksyä, ja sen välttämiseksi pieni määrä pakokaasuja päästettiin irti kytketyn reaktorin läpi, jotta se pysyisi hieman lämpimänä, ja reaktorin yli vallitsevan 30 lämpötilaeron mittaamiseksi järjestettiin välineet, niin että ohitusputken venttiili voitaisiin sulkea kahdessa vaiheessa, jolloin reaktorin lopullista sulkemista ja - · · täydellistä päälle kytkemistä viivästettiin, kunnes reaktorin yli vallitsi riittävän pieni lämpötilaero.The applicant's experience with the aforementioned engine showed that the reactor had to be shut down completely if the engine load had to be suddenly increased, for example when steering a ship or during emergency braking, since the turbocharger did not receive the power corresponding to the instantaneous engine load. Another flaw was found when the reactor had to be turned on by closing the bypass valve and immediately opening the 25-liters upstream and downstream reactor. The relatively cold reactor caused a sudden drop in exhaust temperature upstream of the turbocharger, causing the turbocharger system to start vibrating, which in severe cases stopped the engine. This situation is unacceptable and, to avoid this, a small amount of the exhaust gas was passed through a shut down reactor to keep it slightly warm, and means were provided to measure the temperature difference over the reactor so that the bypass valve could be closed in two steps, · Complete switch-on was delayed until there was a small enough temperature difference across the reactor.
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä, jolla ohjataan suur-35 ta turboahdettua polttomoottoria niin, että varmistetaan moottorin jatkuva normaali käyttötila, siis mukaan lukien pakokaasujen puhdistus.It is an object of the present invention to provide a method for controlling a Greater 35 turbocharged internal combustion engine to ensure continuous normal engine operation, including exhaust gas cleaning.
• « i 3 106882 Tämän tavoitteen saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että reaktorin alavirran puolella osa pakokaasuista ohittaa turboahtimen, kun moottorin mitattu parametri on ennalta määrätyn kynnysarvon alapuolella, ja johdetaan kokonaan tai osittain turboahtimen turpiinin läpi, niin että turpiinin ylävirran puo-5 lella syötetään enemmän ilmaa tai kaasua, kun moottorin mitattu parametri ylittää kynnysarvon, joka osoittaa, että reaktori jäähdyttää pakokaasuja.To achieve this object, the method according to the invention is characterized in that, downstream of the reactor, some of the exhaust gas bypasses the turbocharger when the measured parameter of the engine is below a predetermined threshold and passes wholly or partially through the turbine turbine upstream more air or gas is injected when the measured parameter of the engine exceeds a threshold indicating that the reactor cools the exhaust gases.
Tämä on ympäristön kannalta optimaalinen järjestely, jossa kaikki pakokaasut johdetaan reaktorin läpi, myös moottorin kasvavilla kuormilla.This is an environmentally optimal arrangement where all the exhaust gases are passed through the reactor, even with increasing engine loads.
Kun moottorin kuorma kasvaa, pakokaasujen lämpötila nousee, joka johtaa reakto-10 rin lämpenemiseen. Koska reaktorilla on suuri lämpökapasiteetti, reaktorin lämmittäminen korkeampaan lämpötilaan voi viedä paljon aikaa, ja tämän jakson aikana pakokaasujen lämpötila reaktorin jälkeen on jonkin verran alempi kuin ennen reaktoria, joka tarkoittaa että pakokaasujen energiasisältö reaktorin jälkeen ei ole sinänsä riittävän suuri, jotta turboahtimen kompressori vastaanottaisi moottorin hetkellis-15 tä kuormaa vastaavan tehon. Reaktorin suuri lämpökapasiteetti ja sen kytkeminen turboahtimen ylävirran puolelle vaikuttavat toisin sanoen niin, että moottorin kuorman nostaminen vaikuttaa turboahtimeen määrätyllä viiveellä ja että viive kasvaa kuorman muuttuessa.As the engine load increases, the temperature of the exhaust gases increases, resulting in a warming of the reaction 10. Because of the high heat capacity of the reactor, heating the reactor to a higher temperature can take time and during this period the temperature of the exhaust gases after the reactor is somewhat lower than before the reactor, which means that the energy content of the exhaust gases after the reactor is not high enough for the turbocharger -15 power corresponding to this load. In other words, the high heat capacity of the reactor and its connection to the upstream side of the turbocharger have the effect of increasing the engine load with a certain delay and increasing the delay as the load changes.
Kun keksinnön mukaan määritetään milloin reaktoria lämmitetään, pakokaasujen 20 samalla jäähtyessä, ja syöttämällä näiden jaksojen aikana enemmän ilmaa tai kaasua turboahtimelle, voidaan varmistaa että moottori vastaanottaa riittävän määrän puhdistavaa ja ahtavaa ilmaa, joka oikealla tavalla on sovitettu moottorin kuormaan, myös välittömästi moottorin kuorman muutosta seuraavan jakson aikana.By determining when the reactor is heated in accordance with the invention while the exhaust gases are cooling, and by supplying more air or gas to the turbocharger during these cycles, it can be ensured that the engine receives a sufficient amount of purifying and supercharging air properly fitted to the engine load cycle.
Lisäilmaa voidaan sopivasti syöttää latausilmana apupuhaltimen avulla, joka syöttää 25 ilmaa moottorin kuorman ollessa jopa 55 % ja enemmän. Aikaisemmin tunnetut apupuhaltimet kytkeytyvät pois päältä moottorin kuorman ollessa noin 50 %. Mitoittamalla puhaltimet suurille kuormille voidaan tulokseksi saada toisaalta se, että apupuhaltimella on moottoria käynnistettäessä riittävä kapasiteetti kompensoimaan reaktorin lämmittäminen, toisaalta se että apupuhallin voi toimia laivaa ohjattaessa, : 30 kun moottorin kuorma usein ylittää 50 %.Suitably, additional air can be supplied as charge air by means of an auxiliary fan which supplies 25 air at engine load up to 55% and above. Previously known auxiliary fans switch off when the motor load is about 50%. Dimensioning the fans at high loads can result in the auxiliary fan having sufficient capacity at start-up to compensate for reactor heating, and the auxiliary fan operating during ship steering: 30 when the engine load often exceeds 50%.
Sen toimintapisteen määrittäminen, jossa on syötettävä enemmän ilmaa/kaasua, voi tapahtua rekisteröimällä moottorin hetkellinen kuorma ja vertaamalla sitä kokemuksesta tunnettuihin arvoihin siitä, miten nopeasti kuormaa voidaan muuttaa syöttämättä enemmän ilmaa/kaasua.Determining the operating point where more air / gas needs to be supplied can be accomplished by recording the instantaneous engine load and comparing it to known values of how quickly the load can be changed without feeding more air / gas.
4 1068824, 106882
Vaihtoehtoisesti mainittu toimintapiste voidaan määrittää, kun pakokaasujen lämpötilaero reaktorin yli ylittää ennalta määrätyn kynnysarvon.Alternatively, said operating point can be determined when the temperature difference of the exhaust gases over the reactor exceeds a predetermined threshold.
Keksintö liittyy lisäksi edellä mainitussa menetelmässä käytettävään turboahdettuun polttomoottoriin, joka käsittää pakokaasujen vastaanottotilan, jonka ulostulopuolel-5 le on kytketty reaktori, jolla pienennetään pakokaasujen NOx-pitoisuutta, turboahti-men turpiineineen, jonka kaasun sisäänmeno on kytketty reaktorin kaasun ulostuloon, ainakin yhden anturin moottorin parametrin mittaamista varten, ja apupuhalti-men, jolla syötetään puhdistus- ja latausilmaa. Keksinnön mukaan tälle moottorille on tunnusomaista ohitusputki, joka voi yhdistää reaktorin ja turboahtimen turpiiniin 10 välisen pakokaasukanavan mainitun turpiinin alavirran puolella olevaan pakokaasu-kanavaan, ohjausväline, joka voi kokonaan tai osittain sulkea ohitusputken, ja oh- jausyksikkö, jolla anturilta vastaanotettujen signaalien perusteella määritetään jäähdyttääkö reaktori pakokaasuja ja jolla säädetään ohjausvälinettä kiinni-asentoa kohti, kun reaktori jäähdyttää pakokaasuja.The invention further relates to a turbocharged internal combustion engine for use in the above process, comprising an exhaust receiving chamber having a reactor at its outlet coupled to reducing the NOx content of the exhaust, a turbocharger with turbines having a gas inlet coupled to at least one reactor gas outlet engine. for measurement, and an auxiliary fan to supply cleaning and charging air. According to the invention, this engine is characterized by a bypass tube which can connect the reactor and turbocharger turbine turbine 10 exhaust channel to an exhaust channel downstream of said turbine, a control means that can completely or partially block the bypass tube, and a control unit exhaust gases and adjusting the control means toward the closed position as the reactor cools the exhaust gases.
15 Seuraavassa selitetään yksityiskohtaisemmin esimerkkejä keksinnöstä viitaten varsin pelkistettyyn piirustukseen, jossa esitetään keksinnön mukaisen polttomoottorin erään suoritusmuodon piirikaavio.In the following, examples of the invention will be explained in more detail with reference to the rather reduced drawing, which shows a circuit diagram of an embodiment of an internal combustion engine according to the invention.
Piirustuksessa nähdään polttomoottori, joka voi tuottama teho voi olla esimerkiksi 40 MW. Moottoriin syötetään ilmaa turboahtimen kompressorilla C ja mahdollisesti 20 myös lisäpuhaltimen AB kautta, joka johtaa ilmaa latausilman jäähdyttimelle (ei esitetty), josta ilma virtaa edelleen palotiloihin ja edelleen pakoventtiilien kautta pakokaasujen vastaanottotilaan ER, joka on kytketty pakokaasukanavan 1 kautta reaktoriin R, joka puolestaan voi poistaa yli 90 % pakokaasujen NOx-pitoisuudesta. Reaktorin ulostulosta pakokaasukanava 2 johtaa turboahtimen turpiiniosan T si-25 säänmenoon, jonka ulostulo on yhteydessä ympäröivään ilmaan pakokaasukanavan 3 kautta.The drawing shows an internal combustion engine which can produce, for example, 40 MW. Air is supplied to the engine via a turbocharger compressor C and possibly also through auxiliary blower AB, which supplies air to the charge air cooler (not shown), from which air flows further to the combustion spaces and further through exhaust valves to the exhaust gas receiving compartment ER more than 90% of the NOx content of the exhaust gases. From the reactor outlet, the exhaust duct 2 leads to the turbine turbine turbine part T si-25, which outlet is connected to the ambient air via the exhaust duct 3.
Ohitusputki 4 johtaa turpiinin T ylävirran puolella olevasta pakokaasukanavasta 2 mainitun turpiinin alavirran puolella olevaan pakokaasukanavaan 3. Ohitusputkessa on ohjausväline V, joka on jatkuvasäätöinen kokonaan auki-asennosta kokonaan 30 kiinni-asentoon.The bypass pipe 4 leads from the exhaust duct 2 upstream of the turbine T to the exhaust duct 3 downstream of said turbine. The bypass pipe has a control means V which is continuously adjustable from the fully open position to the fully closed position 30.
Turboahtimen T/C hyötysuhde on niin korkea, että moottorin käydessä tasaisesti, ahdin toi tuottaa ylimääräistä tehoa. Koska turboahdin siten ei tarvitse kaikkea pakokaasua tuottaakseen tarvittavan määrän puhdistus-ja latausilmaa moottorille E, ohjausväline V säädetään sellaiseen osittain auki-asentoon, että turboahtimen 35 kompressori C tuottaa täsmälleen halutun ilmamäärän. Ohitusputkessa 4 virtaavia pakokaasuja voidaan käyttää esittämättä jätetyssä tehoturpiinissa, vaikka luonnolli- 5 106882 sesti pakokaasut myös voidaan johtaa suoraan ulos pakokaasukanavaan 3. Turbo-ahtimen hyötysuhteen kannalta voidaan mainita, että jos moottori käy ilman reaktoria, tarvitaan hyötysuhde joka on noin η = 64 %. Nykyisin on käytettävissä turbo-ahtimia, joiden hyötysuhde on η = 73 %.The efficiency of the turbocharger T / C is so high that, with the engine running steadily, the supercharger provided extra power. Since the turbocharger thus does not need all the exhaust gas to produce the required amount of cleaning and charging air for the engine E, the control means V is adjusted to such a partially open position that the compressor C of the turbocharger 35 delivers exactly the desired amount of air. Exhaust gases flowing through bypass 4 can be used in the unpowered turbine, although naturally the exhaust gases can also be led directly out to exhaust duct 3. From the point of view of turbocharger efficiency, it can be mentioned that if the engine runs without a reactor, an efficiency of about η = 64% is required. Today, turbo-superchargers with an efficiency of η = 73% are available.
5 Reaktori on niin sanottu SCR-reaktori, jonka on valmistanut tanskalainen yhtiö Haldor Topsoe A/S. Tämän sinänsä tunnetun reaktorin yhteydessä tulisi pelkästään mainita, että teholtaan 40 MW moottori tarvitsee reaktorin, joka sisältää noin 13,5 tonnia katalyyttistä ainetta. Voidaan käyttää suhteessa pienempää katalyyttimäärää, mutta tähän liittyisi suuremmat ammoniakin päästöt puhdistettujen pakokaasujen 10 joukossa.5 The reactor is a so-called SCR reactor manufactured by the Danish company Haldor Topsoe A / S. In connection with this known reactor, it should be noted that a 40 MW engine requires a reactor containing about 13.5 tonnes of catalytic material. A proportionately lower amount of catalyst may be used, but this would involve higher ammonia emissions among the purified exhaust gases.
Koska reaktorilla R on suuri lämpökapasiteetti, kasvava moottorin kuorma johtaa kaasujen jäähtymiseen niiden kulkiessa reaktorin läpi, kuten edellä mainittiin, ja vasta jonkin ajan kuluttua kuorman nostaminen johtaa suuremman energian johtamiseen turboahtimen turpiinille T.Because reactor R has a high thermal capacity, increasing engine load will result in cooling of the gases as they pass through the reactor, as mentioned above, and only after some time will the load increase lead to more energy to turbine turbine T.
15 Ohjausyksikköön CU on kytketty kolme anturia SI, S2 ja S3 vastaavien johtojen 5, 6 ja 7 avulla. Anturit mittaavan moottorin parametreja (käytön aikaisia tai suoritus-parametreja), ja näiden moottorin parametrien perusteella ohjausyksikkö määrittää, ovatko pakokaasut lämmittäneet reaktoria R niin paljon, että turboahtimelle on syötettävä lisäenergiaa, jotta se pystyisi syöttämään vaaditun ilmamäärän.15 Three sensors SI, S2 and S3 are connected to the control unit CU by means of the respective wires 5, 6 and 7. The sensors measure engine parameters (in-use or performance parameters) and based on these engine parameters, the control unit determines whether the reactor R has been heated enough by the exhaust gas to supply the required amount of air to the turbocharger.
20 Esimerkkeinä sopivista moottorin parametreista voidaan mainita, että anturi SI voi mitata moottorin hetkellistä kuormaa työsylintereille syötetyn polttoainemäärän perusteella. Anturi S2 voi mitata pakokaasujen lämpötilaa pakokaasukanavassa reaktorin R ylävirran puolella, ja anturi S3 voi mitata pakokaasujen lämpötilaa välittömästi turpiinin T sisäänmenon ylävirran puolella. Vaihtoehtoisesti anturilla mi-25 tattuna moottorin parametrinä voi olla moottorin ilma/kaasu-järjestelmän paine mittauspisteessä, joka sijoitetaan kompressorin C alavirran puolelle ja turpiinin T ylävirran puolelle.20 As examples of suitable engine parameters, it can be mentioned that the sensor SI can measure the instantaneous engine load based on the amount of fuel supplied to the working cylinders. The sensor S2 can measure the exhaust gas temperature in the exhaust duct upstream of the reactor R, and the sensor S3 can measure the exhaust gas temperature immediately upstream of the turbine T inlet. Alternatively, the engine parameter provided by the sensor mi-25 may be the engine air / gas system pressure at the measuring point placed downstream of the compressor C and upstream of the turbine T.
Ohjausyksikkö CU voi määrittää tarvittavan lisä- tai apuilman määrän pelkästään yhden niitatun moottorin parametrin perusteella, jota mitataan jatkuvasti ajasta 30 riippuen, ja moottorin parametrin muutosta ajassa voidaan sitten verrata parametrin ajallisten vaihtelujen ennalta määrättyihin kynnysarvoihin, jolloin määritetään, ottaako reaktori R niin paljon energiaa pakokaasuista, että on syötettävä lisäilmaa/-kaasua. Moottorin kuorman ajallista muutosta voidaan esimerkiksi verrata ohjausyksikössä kuorman muutoksen ennalta määrättyihin kynnysarvoihin. Vastaava ver-. . 35 tailu voidaan myös tehdä anturilla S2 reaktorin R ylävirran puolella mitatun pako kaasujen lämpötilan Tl taustan osalta. Vaihtoehtoisesti ohjausyksikkö voi saada 6 106882 lämpötilasignaaleja sekä anturilta S2 että anturilta S3, ja tämän perusteella laskea erotukset.The control unit CU can determine the amount of auxiliary or auxiliary air required based on a single riveted motor parameter, continuously measured as a function of time 30, and the change in motor parameter over time can then be compared to predetermined thresholds of parameter time variations to determine whether reactor R that additional air / gas must be supplied. For example, the temporal change in the load on the motor can be compared to predetermined thresholds for the change in load on the control unit. Equivalent ver. . The flare may also be made by the sensor S2 upstream of the reactor R, measured for the background of the exhaust gas temperature T1. Alternatively, the control unit may receive 610,6882 temperature signals from both sensor S2 and sensor S3, and calculate the differences based on this.
Jos mitattu (mitatut) moottorin parametrit) ylittää (ylittävät) ennalta määrätyn kynnysarvon, ohjausyksikkö CU lähettää signaalin, jonka perusteella syötetään enem-5 män ilmaa /kaasua moottorille E. Johdon 9 kautta tämä signaali voidaan lähettää apupuhaltimen AB moottorin ohjaukselle, joka joko käynnistää apupuhaltimen tuoton tai lisää sitä. Vaihtoehtoisesti ohjausyksikkö voi johdon 8 kautta lähettää signaalin ohjausvälineelle V, jota sitten säädetään kiinni-asentoa kohti, niin että pienempi osa pakokaasuista virtaa ohitusputken 4 kautta ja suurempi osa turpiinin T 10 kautta.If the measured (measured) motor parameters) exceed a predetermined threshold, the control unit CU will send a signal to supply more air / gas to the motor E. Via line 9, this signal may be transmitted to the motor control of the auxiliary fan AB, which either starts the auxiliary fan. or increase it. Alternatively, the control unit may, via line 8, send a signal to the control means V, which is then adjusted towards the closed position so that a smaller portion of the exhaust gas flows through the bypass pipe 4 and a larger portion through the turbine T10.
Ohjausyksikkö CU voidaan myös suunnitella niin, että se käynnistää apupuhaltimen, kun ensimmäinen kynnysarvo ylitetään, ja sitten vähentää kaasujen virtausta ohitusputken 4 kautta, kun toinen ylitetään kynnysarvo. Kuvan 1 suoritusmuodossa toinen kynnysarvo on usein edullisesti alempana kuin ensimmäinen, niin että ohjaus 15 sulkee ohitusputken 4 ennen apupuhaltimen käynnistämistä. Jos putkeen 4 on kytketty tehoturpiini, saattaa kuitenkin olla sopivaa, että apupuhallin käynnistetään ensin. Ensimmäiseksi kynnysarvoksi asetetaan esimerkiksi T2/T1 = 0,5, kun taas toiseksi kynnysarvoksi asetetaan T2/T1 = 0,25.The control unit CU may also be designed to start the auxiliary fan when the first threshold is exceeded, and then reduce the flow of gases through the bypass pipe 4 when the second threshold is exceeded. In the embodiment of Fig. 1, the second threshold is often preferably lower than the first, so that the control 15 closes the bypass pipe 4 before starting the auxiliary fan. However, if a power turbine is connected to pipe 4, it may be convenient to start the auxiliary fan first. For example, the first threshold is set to T2 / T1 = 0.5, while the second threshold is set to T2 / T1 = 0.25.
Kun reaktorin R lämmittäminen on lähes valmis, sen energian absorptio pienenee, 20 ja ohjausyksikkö CU voi näin ollen pienentää lisäilman/kaasun syöttöä, kun moottori pysyy vakaassa toimintatilassa.When the heating of the reactor R is nearly complete, its energy absorption decreases, 20 and thus the control unit CU can reduce the supply of additional air / gas while the engine remains in a steady state.
Ohitusputki voidaan myös sijoittaa muualle, esimerkiksi niin, että se kytketään tur-boahtimen kompressorin alavirran puolelta ympäröivään ilmaan liian ilman ulos ·. puhaltamista varten, tai niin, että se kytketään turboahtimen turpiinin sisäänme- 25 noon. Kummassakin tapauksessa turboahtimen ylimääräistä ilmaa ei johdeta moottorin kautta, ja näin ollen voidaan syöttää enemmän ilmaa moottorille pienentämällä ilman virtausta ohituskanavan kautta.The bypass can also be located elsewhere, for example, by connecting it from the downstream side of the turbocharger compressor to the ambient air too out. for blowing, or by connecting it to a turbocharger turbine inlet. In either case, the excess air in the turbocharger is not conducted through the engine, and thus more air can be supplied to the engine by reducing the air flow through the bypass.
i·· I · « ·i ·· I · «·
Claims (6)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DK101292 | 1992-08-13 | ||
DK101292A DK169185B1 (en) | 1992-08-13 | 1992-08-13 | Process for controlling a large two-stroke turbocharged internal combustion engine and engine for use in the practice of the method |
PCT/DK1993/000260 WO1994004804A1 (en) | 1992-08-13 | 1993-08-12 | A method of controlling a large two-stroke turbocharged internal combustion engine and an engine for use in this method |
DK9300260 | 1993-08-12 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI945506A0 FI945506A0 (en) | 1994-11-23 |
FI945506A FI945506A (en) | 1995-01-03 |
FI106882B true FI106882B (en) | 2001-04-30 |
Family
ID=8100009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI945506A FI106882B (en) | 1992-08-13 | 1994-11-23 | A method for controlling a large turbocharged internal combustion engine and the engine used in this method |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3115894B2 (en) |
KR (1) | KR100291803B1 (en) |
DK (1) | DK169185B1 (en) |
FI (1) | FI106882B (en) |
WO (1) | WO1994004804A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2006516A1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-24 | ABB Turbo Systems AG | Exhaust gas turbo charger |
EP2098708A1 (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-09 | Wärtsilä Schweiz AG | A method for the operation of a longitudinally scavenged two-stroke large diesel engine and a longitudinally scavenged two stroke large diesel engine |
DK177631B1 (en) * | 2010-05-10 | 2014-01-06 | Man Diesel & Turbo Deutschland | Large two-stroke diesel engine with exhaust gas purification system |
WO2013042196A1 (en) | 2011-09-20 | 2013-03-28 | 日立造船株式会社 | Turbo charger control system and control method |
JP5753485B2 (en) * | 2011-12-13 | 2015-07-22 | 日立造船株式会社 | Urea water spray structure |
FI20125820A (en) | 2012-07-30 | 2014-01-31 | Waertsilae Finland Oy | COMBUSTION ENGINE |
JP5711315B2 (en) * | 2013-07-26 | 2015-04-30 | ヤンマー株式会社 | Engine exhaust gas purification system for ships |
JP2015091699A (en) * | 2014-12-25 | 2015-05-14 | ヤンマー株式会社 | Exhaust gas purification system for engine of ship |
DK201670345A1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-12-11 | Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland | Method for operating a two-stroke engine system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4516401A (en) * | 1983-11-04 | 1985-05-14 | General Motors Corporation | Supercharged engine charge control |
JPS61108822A (en) * | 1984-11-01 | 1986-05-27 | Nissan Motor Co Ltd | Engine with turbo-charger |
JPS61201828A (en) * | 1985-03-05 | 1986-09-06 | Nissan Motor Co Ltd | Turbo-charging device of internal-combustion engine |
-
1992
- 1992-08-13 DK DK101292A patent/DK169185B1/en not_active IP Right Cessation
-
1993
- 1993-08-12 WO PCT/DK1993/000260 patent/WO1994004804A1/en active IP Right Grant
- 1993-08-12 JP JP06505784A patent/JP3115894B2/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-08-12 KR KR1019940704852A patent/KR100291803B1/en not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-11-23 FI FI945506A patent/FI106882B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR950702277A (en) | 1995-06-19 |
JPH08500170A (en) | 1996-01-09 |
KR100291803B1 (en) | 2001-09-17 |
DK101292D0 (en) | 1992-08-13 |
JP3115894B2 (en) | 2000-12-11 |
FI945506A0 (en) | 1994-11-23 |
WO1994004804A1 (en) | 1994-03-03 |
DK101292A (en) | 1994-02-14 |
FI945506A (en) | 1995-01-03 |
DK169185B1 (en) | 1994-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9057302B2 (en) | Internal combustion engine with exhaust-gas aftertreatment arrangement and intake air arrangement and method for operating an internal combustion engine of said type | |
JP5860923B2 (en) | Large 2-cycle diesel engine with exhaust gas purification system | |
US8516814B2 (en) | Exhaust gas purifying apparatus for a turbocharged internal combustion engine | |
US20100139267A1 (en) | Secondary air system for a combustion engine breathing system | |
US8733102B2 (en) | High-pressure exhaust-gas recirculation system with heat recovery | |
US20010032458A1 (en) | Internal combustion engine having lean nox catalyst | |
GB2316445A (en) | Cooling system for EGR, integral with main engine cooling system | |
EP2880269B1 (en) | An internal combustion engine and method of operating an internal combustion engine | |
GB2414691A (en) | An emission control apparatus for an engine | |
FI106882B (en) | A method for controlling a large turbocharged internal combustion engine and the engine used in this method | |
US9903268B2 (en) | Internal combustion engine with two-stage supercharging capability and with exhaust-gas aftertreatment arrangement, and method for operating an internal combustion engine | |
JP2008138638A (en) | Exhaust recirculating device of internal combustion engine | |
KR20190040455A (en) | Method for operating an internal combustion engine, internal combustion engine and motor vehicle | |
US10371037B2 (en) | Internal combustion engine with exhaust-gas aftertreatment system and method for operating an internal combustion engine of said type | |
EP2792874A1 (en) | Improved combustion control for combustion engines | |
US7207170B2 (en) | Warm-up method and warm-up system for internal combustion engine | |
GB2466722A (en) | Exhaust manifold with a cooling path and a non-cooling path | |
JP3735169B2 (en) | Diesel engine with denitration equipment | |
JP2005299618A (en) | Turbocharger control mechanism | |
JP2001514719A (en) | Apparatus and method for reducing emissions in a catalytic converter exhaust system | |
JP2006112273A (en) | Internal combustion engine | |
JPH0544448A (en) | Exhaust gas purifying device for diesel engine | |
JP2006037931A (en) | Intake air heating device of internal combustion engine | |
JP2020076325A (en) | Purification system | |
JP2004225619A (en) | Internal combustion engine with exhaust gas turbo charger |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MA | Patent expired |