FI116157B - Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely - Google Patents

Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely Download PDF

Info

Publication number
FI116157B
FI116157B FI20020537A FI20020537A FI116157B FI 116157 B FI116157 B FI 116157B FI 20020537 A FI20020537 A FI 20020537A FI 20020537 A FI20020537 A FI 20020537A FI 116157 B FI116157 B FI 116157B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
water
combustion air
fuel
amount
engine
Prior art date
Application number
FI20020537A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20020537A (fi
FI20020537A0 (fi
Inventor
Daniel Paro
Juhani Hupli
Original Assignee
Waertsilae Finland Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waertsilae Finland Oy filed Critical Waertsilae Finland Oy
Publication of FI20020537A0 publication Critical patent/FI20020537A0/fi
Priority to FI20020537A priority Critical patent/FI116157B/fi
Priority to KR1020047014656A priority patent/KR100965321B1/ko
Priority to CNB038064170A priority patent/CN100394013C/zh
Priority to DE60318821T priority patent/DE60318821T2/de
Priority to EP03744391A priority patent/EP1485604B1/en
Priority to DK03744391T priority patent/DK1485604T3/da
Priority to AT03744391T priority patent/ATE384867T1/de
Priority to US10/508,365 priority patent/US7178486B2/en
Priority to PCT/FI2003/000193 priority patent/WO2003078819A1/en
Priority to AU2003209806A priority patent/AU2003209806A1/en
Priority to JP2003576796A priority patent/JP4203422B2/ja
Publication of FI20020537A publication Critical patent/FI20020537A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI116157B publication Critical patent/FI116157B/fi

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F02M35/04—Air cleaners specially arranged with respect to engine, to intake system or specially adapted to vehicle; Mounting thereon ; Combinations with other devices
    • F02M35/042—Air cleaners specially arranged with respect to engine, to intake system or specially adapted to vehicle; Mounting thereon ; Combinations with other devices combined with other devices, e.g. heaters ; for use other than engine air intake cleaning, e.g. air intake filters arranged in the fuel vapour recovery system
    • 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
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F02M25/0225—Water atomisers or mixers, e.g. using ultrasonic waves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • 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
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0468—Water separation or drainage means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/10—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot liquids, e.g. lubricants or cooling water
    • 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

Description

116157
MENETELMÄ AHDETUN MÄNTÄMOOTTORIN TYPPIOKSIDIPÄÄSTÖJEN (NOx) VÄHENTÄMISEKSI JA MÄNTÄMOOTTORIJÄRJESTELY- FÖRFARAN-DE FÖR MINSKNING AV KVÄVEOXIDER (NOx) VID EN ÖVERLADDAD KOLVMOTOR OCH KOLVMOTORARRANGEMANG
5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä ja patenttivaatimuksen 11 mukainen mäntämoottorijärjestely.
Korkeissa palamislämpötiloissa mäntämoottorin sylinterissä syntyy typpioksideja (NOx), jotka pääsevät pakokaasujen mukana ilmaan. Typpioksidipäästöjen haitallisten ympäristövaikutusten johdosta pyrkimyksenä on niiden minimointi.
10 Veden lisääminen palamisilman mukana palamistapahtumaan vähentää tunnetusti typpioksidipäästöjen syntymistä. Tämä ilmiö perustuu mm. veden jäähdyttävään vaikutukseen. Käytännössä veden lisääminen mäntämoottorin palamistapahtumaan on toteutettu lähinnä kolmella erillisellä vaihtoehtoisella tavalla siten, että vettä syötetään joko suoraan moottorin sylinterin palotilaan, vettä syötetään polttoai-15 neen mukana polttoaine-emulsiona tai veden syöttö aikaansaadaan imukanavan kautta imuilmaan.
;, Julkaisussa US 5758606 on esitetty menetelmä veden syöttämiseksi moottorin imuilmaan ahtimen jälkeen. Vesi lämmitetään ensin moottorin jäähdytysvedellä ja : syötetään erilliseen kostutustorniin, jossa sumuksi ruiskutettu vesi höyrystyy. Täl- ; , 20 lainen järjestely on mm. kostutustornin vaatiman tilan tarpeen vuoksi epäkäytännöl- • · · linen ja se tuo mukanaan tietyn turvallisuusriskin, koska suurikokoinen kostutustor-ni toimii korkeassa paineessa.
•, * · Veden syöttäminen imuilman mukana palotilaan ei sinänsä heikennä moottorin ak- < · i selihyötysuhdetta, mutta tietyissä olosuhteissa imuilman lämpötila jouduttaisiin t 25 nostamaan korkeaksi, jotta ilman kosteus saataisiin typpioksidien vähentämisen kannalta useammissa tapauksissa riittävälle tasolle, mikä taas vähentää ilman ‘ . massavirtaa ja happipitoisuutta. Palotilaan höyrystyneenä saatava vesimäärä voi • · . olla siis enintään se määrä, joka pysyy kaasumuodossa imuilman paine- ja lämpö- « · 116157 2 tilaolosuhteissa. Näin ollen palotilaan imuilman mukana saatavaa vesimäärää rajoittaa vesihöyryn kyllästyminen imuilman olosuhteissa. Tarvittava vesimäärä on suhteellisen suuri, sillä jatkuvasta imuilman kostutuksesta johtuen osaa vedestä ei voida käyttää hyväksi, koska se poistuu sylinterin huuhteluvaiheessa, jolloin sekä 5 imuventtiili että pakoventtiili ovat samanaikaisesti auki.
Julkaisussa EP 0 683 307 A1 on esitetty laitteisto veden syöttämiseksi suoraan moottorin sylintereihin riippuvaisena moottorin sytytysjärjestyksestä. Vettä ruiskutetaan imutahdin aikana säätöyksikön ohjaamana, joka käyttää moottorin pyörimisnopeutta, männän asemaa ja/tai moottorin toimintaolosuhteita syöttötietona. Tällai-10 sessa ratkaisussa on ongelmana mm. veden jakaminen optimaalisesti palotilaan siten, että ei jouduta ruiskuttamaan liikaa vettä, ja toisaalta kuitenkin siten, että toivottu vaikutus saadaan aikaiseksi. Lisäksi veden syöttäminen suoraan palotilaan vaatii suhteellinen monimutkaisen laitteiston. Veden ja polttoaineen syöttö voidaan toteuttaa myös vuorotellen samalla suutinjärjestelyllä.
15 Veden syöttäminen suoraan palotilaan on sinänsä tunnettua myös syöttämällä vettä polttoaineen mukana emulsiona. Tämä ratkaisu on monessa suhteessa edullinen, mutta sen ongelmana on erityisesti se, että laitteisto joudutaan mitoittamaan yhdistetyn polttoaine ja vesivirtaamaan määräämänä suhteellisen suureksi kapasi-: ·· teetiltaan. Tällöin varsinkin osakuormalla toiminta ei ole aivan optimaalista. Julkai- : '. 20 sussa EP 0 742 363 on esitetty eräs ratkaisu tavanomaisen polttoaine-vesi- · emulsioruiskutuksen ongelmaan. Sellaisenaan käytettynä polttoaine-vesi-emulsion : valmistusjärjestelmät voivat olla suhteellisen monimutkaisia ja niiden vesimäärän : säätö on hidasta.
Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parannettu menetelmä ja järjestely ahde-; 25 tun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen ja myös savunmuodostuksen vähentämi- ."'. seksi, joka perustuu veden hyväksikäyttämiseen palamistapahtumassa, mutta josta , \ tunnetussa tekniikassa ilmenevät puutteet on oleellisesti eliminoitu. Keksinnön tar- T. / koituksena on tarkemmin aikaansaada menetelmä ja järjestely, joka typpioksidien vähentämisen lisäksi on edullinen myös moottorin akselihyötysuhteen, moottorin 30 tehonoton ja tarvittavan vesimäärän osalta. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on ai- 116157 3 kaansaada mäntämoottorijärjestely, jonka typpioksidipäästöt on tunnettuja ratkaisuja pienemmät.
Keksinnön tavoitteet saavutetaan pääasiassa patenttivaatimuksessa 1 ja 11 sekä muissa vaatimuksissa tarkemmin esitetyllä tavalla.
5 Keksinnön mukaisessa menetelmässä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästö-jen (NOx) vähentämiseksi palamisilman paine nostetaan ympäristön painetta korkeampaan tasoon ahdinlaitteiston avulla ja jossa moottorin paloillaan ruiskutetaan polttoaineen ruiskutuksen yhteydessä samalla ruiskutuslaitteistolla vettä emulsiona. Lisäksi menetelmässä palamisilman vesipitoisuutta nostetaan ennen pala-10 misilman tuomista moottorin paloillaan.
Keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti moottorin käydessä määritetään jatkuvasti sekä vedensyöttötarve että syöttöpaikka perustuen moottorin toiminta-olosuhteiden mittaamiseen ja/tai määritykseen sekä polttoainesyöttöjärjestelmän kapasiteetin käyttöasteeseen. Tällä tavoin voidaan hyödyntää polttoaineen syöttö-15 järjestelmästä saatavaa tarkkaa tietoa ruiskutettavasta polttoaine-vesi-emulsiomäärästä ja sitä kautta myös tätä reittiä tuotavasta vesimäärästä.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti polttoaineen määrää säädetään I · v. moottorin kuorman perusteella, polttoaineen mukana syötettävän veden määrää » : säädetään siten, että se on maksimissaan polttoainesyöttöjärjestelmän maksimi- * ·« · .···, 20 kapasiteetin mukaisen syöttömäärän ja syötettävän polttoainemäärän erotus, ja • · .·. ; että palamisilmaan syötettävän veden määrää säädetään siten, että sen määrä
• I
.···. vastaa vähintään ennalta määrätyn typpioksidipäästötason ja polttoaineen mukana t ·
t » I
syötettävän veden määrän aikaansaaman typpioksidipäästötason eron tasaavaa : määrää.
**;·' 25 Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti polttoaine-vesi-emulsion vesimäärä ψ» I ’*· pidetään likimain vakiona, ja tarvittava kokonaisvesimäärä säädetään säätämällä palamisilmaan syötettävän veden määrää. Tarkemmin ilmaistuna palamisilmaan j* * syötettävän veden määrää säädetään moottorin kuorman perusteella, edullisesti *:·· palamisilman paineen perusteella. Jotta vesi saadaan aina ruiskutettua edullisessa , 116157 muodossa palamisilmaan, on ruiskutus toteutettu siten, että kunkin suuttimen ruis-kutuspaine pidetään likimain vakiona. Ruiskutettavan veden määrä säädetään pitämällä kulloinkin tarvittava määrä suuttimia toiminnassa. Suuttimia on siis useita kappaleita, joita säädetään on-off-periaatteella, jolloin käytössä on aina tarpeelli-5 nen määrä suuttimia.
Keksinnön mukaisesti polttoaine-vesi-emulsio sisältää edullisesti 10 - 55% vettä polttoaineen määrästä, ja palamisilman mukana syötettävän veden määrä on 0,5 -5 kertaa syötetyn polttoaineen määrä. Polttoaine-vesi-emulsion vesipitoisuus pidetään likimain vakiona ts. sitä ei säädetä moottorin nopeiden kuormanvaihteluiden 10 dynamiikan mukaisesti. Sen sijaan palamisilmaan syötettävän veden määrää säätämällä aikaansaadaan varsinainen moottorin kuormaan perustuva säätö. Palamisilmaan ruiskutettava vesi on edullisesti nestemäistä, mutta voi olla joissa tapauksissa myös höyryä.
Menetelmän säätö yksinkertaistuu edelleen, kun palamisilmaan syötettävän veden 15 määrä säädetään hieman suuremmaksi kuin ilman kyllästämiseen teoriassa vaadittava vesimäärä, ja nestemäiseksi jäänyttä vettä erotetaan palamisilmasta ennen ilman johtamista moottorin palotilaan.
:·. Keksinnön mukainen mäntämoottorijärjestely käsittää useita sylintereitä, pakokaa- suahtimen sovitettuna palamisilmakanavan välityksellä virtausyhteyteen kunkin sy-; ,·, 20 linterin kanssa sekä laitteiston polttoaine-vesi-emulsion syöttämiseksi, ja lisäksi sy- lintereiden yhteydessä on suuttimet polttoaine-vesi-emulsion syöttämiseksi kuhun-: kin sylinteriin. Edelleen keksinnön mukaisessa mäntämoottorijärjestelyssä pala- .···, misilmankanavaan on sovitettu suutinjärjestely veden tuomiseksi palamisilmaan pakokaasuahtimen jälkeen palamisilman virtaussuunnassa. Mainittu suutinjärjeste-: .' ; 25 ly käsittää edullisesti joukon itsenäisesti avattavissa ja suljettavissa olevia suutti- .···. mia.
> I
* Edullisesti palamisilmakanavaan on sovitettu ainakin yksi pisaranerotin nestemäi- :: sen veden erottamiseksi palamisilmasta ennen sen johtamista moottorin sylinteriin.
·:-· Moottorijärjestely käsittää lisäksi edullisesti veden esilämmitysjärjestelyn yhdistet- 116157 5 tynä mainittuun suutinjärjestelyyn, jolloin pisaranerotin on virtausyhteydessä veden esilämmitinjärjestelyn kanssa.
Keksinnön avulla saavutetaan useita etuja, kuten huomattavasti tehokkaampi yhdistetty typpioksidien ja savunmuodostuksen vähennys pakokaasuista. Lisäksi 5 keksinnön mukaisella menetelmällä on myös veden kokonaiskulutus pienempi kuin tunnetuilla ratkaisuilla, samoin kuin polttoaineen ominaiskulutus on keksinnön mukaisella menetelmällä hyvin alhainen. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa polttoaineen pisaroituminen ja sitä kautta palaminen tehostuu emulsiona olevan veden höyrystyessä polttoaineessa aikaansaaden polttoainepisaran hajoamisen.
10 Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviollisesti erästä keksinnön mukaista suoritusmuotoa.
Kuviossa 1 on viitenumerolla 1 merkitty mäntämoottoria, joka on yhdistetty pako-kaasuahtimeen 2 sinänsä tunnetulla tavalla. Moottorin 1 kunkin sylinterin yhtey-15 dessä on polttoaineen ruiskutussuutin 7, jonka avulla moottorin syötetään polttoaineen ja veden seosta, polttoaine-vesi-emulsiota. Järjestelmä käsittää myös laitteiston polttoaine-vesi-emulsion syöttämiseksi 7’. On mahdollista, että polttoaine han-: , kitaan valmiina emulsiona, jolloin laitteisto 7’ käsittää lähinnä vain polttoaineen ( I · syöttöjärjestelyn, mutta on mahdollista myös se, että laitteisto polttoaine-vesi-: 20 emulsion syöttämiseksi käsittää myös polttoaine-vesi-emulsion valmistuslaitteiston.
.··, Polttoaine-vesi-emulsion syötöllä saadaan moottorin typpioksidipäästöjä vähennet- .·, ; tyä merkittävästi. Polttoaine-vesi-emulsion vesimäärä pidetään edullisesti vakiona, .1·1, veden määrä on tyypillisesti 10 - 55% polttoaineen määrästä. Polttoaineen vesipi toisuus voidaan pitää mahdollisimman suurena, huomioiden kuitenkin polttoainejär-: . · . 25 jestelmän ja käytettävän polttoaineen asettamat rajat. Mikäli veden ja polttoaineen , 1 ·. suhdetta muutetaan, tapahtuu se edullisesti moottorin kuorman mukaan.
Ahtimen 2 ja moottorin yhdistävään kanavaan 3 on sovitettu suutinjärjestely 4 ve- den syöttämiseksi palamisilmaan. Vastaava suutinjärjestely 4’ voi olla myös ennen : ahtimen kompressoria. Kuviossa vesijärjestelmää on kuvattu viitenumerolla 11.
·;· : 30 Tarpeen mukaan se voi koostua esimerkiksi höyrynkehittimestä tai veden esiläm- 116157 6 mityslaitteesta. Kanavaan 3 on sovitettu myös lämmönvaihdinjärjestely 5 pala-misilman lämpötilan muuttamiseksi. Kanava 3 on yhdistetty moottorin 1 ilmakam-mioon 8, josta ilma johdetaan kuhunkin moottorin sylinteriin. Kuviossa on esitetty myös järjestelyssä edullisesti käytettävä pisaranerotin 6. Pisaranerottimelta 6 on 5 järjestetty kanava 13 vesijärjestelmään 11, mikä mahdollistaa palamisilmasta erotetun veden johtamisen takaisin ja käytettäväksi uudelleen. Tällä tavoin voidaan palamisilmaan tuoda tarpeen mukaan myös enemmän vettä kuin määrä, joka riittää kyllästämään ilman teoreettisesti. Suutinjärjestelyllä 4,4’ nostetaan palamisil-man vesipitoisuutta ennen palamisilman tuomista moottorin palotilaan. Ilmaan syö-10 tettävän veden määrä valitaan edullisesti kulloinkin sellaiseksi, että ilma on oleellisesti kylläistä. Tyypillisesti palamisilman mukana tulevan veden määrä on noin 0,5 - 5 kertaa syötetyn polttoaineen määrä. Vesi voidaan tapauskohtaisesti syöttää joko nesteenä tai höyrynä.
Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi moottorin ohjausjärjestelmä 9 on 15 järjestetty keräämään tietoa useista moottorin eri kohteista. Moottorin palamisilman tilaa määritetään ennen kompressoria järjestetyn mittaelimen 3.1 avulla. Lisäksi palamisilman tilaa, kuten ns. ahtopainetta, määritetään moottorin 1 palamisilman-kammion 8 yhteyteen järjestetyn mittaelimen 3.2 avulla. Moottorin pakokaasun tila määritetään mittaelimen 10 mittaustietojen perusteella. Lisäksi moottorin toimintaa !. , 20 seurataan mittaelimen 1.1 ja 1.2 mittausten avulla. Näistä erityisesti mittaelin 1.2 J ! on sovitettu mittaamaan moottorin kuormaa ja kierrosnopeutta.
Keksinnön mukaisessa menetelmässä veden tuonti palamisprosessiin tapahtuu :.*‘i yhdistetysti sekä polttoaineen mukana että palamisilman mukana. Tällä tavoin käyttämällä kahta eri järjestelmää, voidaan veden määrän säätö toteuttaa edulli-25 sesti siten, että polttoaine-vesi-emulsio muodostetaan vesimäärältään likimain va-:.: : kioksi ja tarvittava kokonaisvesimäärä säädetään ohjaamalla ja säätämällä pala- misilmaan syötettävän veden määrää. Palamisilmaan syötettävän veden määrää säädetään edullisesti moottorin kuorman mukaan, mistä esimerkiksi palamisilman paine voi olla sopiva indikaattori. Palamisilmaan syötettävän veden määrää sääde-,.!,: 30 tään avaamalla ja sulkemalla kulloisenkin tarpeen mukaan sopiva määrä veden .,..; ruiskutussuuttimia ruiskutuspaineen ollessa kullakin suuttimella likimain vakio. Näin 116157 7 saadaan aikaiseksi sekä edullinen veden pisaranmuodostus tai sumutus ja samalla oikea määrä vettä palamisilmaan.
Keksinnön mukaista menetelmää on edullista toteuttaa siten, että polttoaine-vesi-emulsio sisältää vakiomäärän, tyypillisesti 10-55 % vettä polttoaineen määrästä, 5 ja palamisilman kostuttamiseen käytetään veden lähteessä esilämmitettyä nestemäistä vettä. Tällöin tarvittava kokonaisvesimäärä säädetään säätämällä palamisilmaan syötettävän veden määrää sellaiseksi, että ilmaan syötettävä vesimäärä on aina sellainen, että se ylittää teoreettisesti ilman kyllästämiseksi tarvittavan vesimäärän. Lisäksi menetelmässä nestemäisessä muodossa olevaa vettä erotetaan 10 palamisilmasta ennen sen johtamista moottorin palotilaan ja johdetaan erotettu vesi takaisin veden lähteeseen uudelleen käytettäväksi.
Keksintö ei ole rajoitettu esitettyihin sovellusmuotoihin, vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.
• I
• > 1 » t f « t » » • > I t s « » «

Claims (13)

116157
1. Menetelmä ahdetun mäntämoottorin (1) typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi, jossa palamisilman paine nostetaan ympäristön painetta korkeampaan tasoon ahdinlaitteiston (2) avulla ja jossa moottorin palotilaan ruiskute-5 taan polttoaineen ruiskutuksen yhteydessä samalla ruiskutuslaitteistolla vettä emulsiona, tunnettu siitä, että lisäksi palamisilman vesipitoisuutta nostetaan (4,4') ennen palamisilman tuomista moottorin palotilaan, jolloin tarvittava ko-konaisvesimäärä säädetään säätämällä palamisilmaan syötettävän (4,4') veden määrää.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että moottorin käydessä määritetään jatkuvasti sekä vedensyöttötarve, että syöttöpaikka (4,4') perustuen moottorin toimintaolosuhteiden mittaamiseen ja/tai määritykseen (1.1,1.2,3.1,3.2) sekä polttoainesyöttöjärjestelmän kapasiteetin käyttöasteeseen.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - polttoaineen määrää säädetään moottorin kuorman (1.2) perusteella, : - polttoaineen mukana syötettävän veden määrää säädetään siten, että se on IV maksimissaan polttoainesyöttöjärjestelmän maksimikapasiteetin mukaisen : syöttömäärän ja syötettävän polttoainemäärän erotus, 20. palamisilmaan syötettävän veden (4,4') määrää säädetään siten, että sen määrä vastaa vähintään ennalta määrätyn typpioksidipäästötason ja polttoaineen mukana syötettävän veden määrän aikaansaaman typpioksidipäästö-, . tason eron tasaavaa määrää.
' ‘ 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine- ν'· 25 vesi-emulsion vesimäärä (7) pidetään likimain vakiona.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisil-' ‘ . maan syötettävän veden määrää säädetään moottorin kuoman (1.2) perusteel la. 1 1 < 1 t; 7 I I Kj t w /
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisil-maan syötettävän veden määrää säädetään palamisilman paineen (3.2) perusteella.
7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että polttoaine-5 vesi-emulsio sisältää 10 - 55% vettä polttoaineen määrästä, ja palamisilman mukana syötettävän veden määrä on 0,5 - 5 kertaa syötetyn polttoaineen määrä.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisilman vesipitoisuutta nostetaan ruiskuttamalla palamisilmaan nes- 10 temäistä vettä.
9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palamisilman vesipitoisuutta nostetaan ruiskuttamalla palamisilmaan vesihöyryä.
10. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pa-1 5 lamisilmaan syötettävän veden määrä säädetään suuremmaksi kuin ilman kyl- .. lästämiseen teoriassa vaadittava vesimäärä, ja että nestemäistä vettä erote- . taan palamisilmasta ennen ilman johtamista moottorin palotilaan.
: 11. Mäntämoottorijärjestely (1), joka käsittää useita sylintereitä, pako- • I ’;·* kaasuahtimen (2) sovitettuna palamisilmakanavan (3) välityksellä virtausyhtey- *;,/ 20 teen kunkin sylinterin kanssa, joka järjestely lisäksi käsittää laitteiston poltto- * * • » aine-vesi-emulsion syöttämiseksi (7') kuhunkin sylinteriin sylintereiden yhtey-. . teen järjestettyjen suuttimien (7) avulla, ja tunnettu siitä, että palamisilman- .··. kanavaan (3) on sovitettu suutinjärjestely (4,4'), joka käsittää joukon itsenäi- . sesti avattavissa ja suljettavissa olevia suuttimia veden tuomiseksi palamisil- ’ J 25 maan pakokaasuahtimen jälkeen palamisilman virtaussuunnassa.
: : : 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mäntämoottorijärjestely, tunnettu * siitä, että palamisilmakanavaan (3) on sovitettu ainakin yksi pisaranerotin (6) 116157 nestemäisen veden erottamiseksi palamisilmasta ennen sen johtamista moottorin (1) sylinteriin.
13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen mäntämoottorijärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää veden esilämmitysjärjestelyn (11) yhdistettynä mainittuun 5 suutinjärjestelyyn ja että pisaranerotin (6) on virtausyhteydessä veden esiläm-mitinjärjestelyn (11) kanssa. 116157
FI20020537A 2002-03-20 2002-03-20 Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely FI116157B (fi)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20020537A FI116157B (fi) 2002-03-20 2002-03-20 Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
AT03744391T ATE384867T1 (de) 2002-03-20 2003-03-13 Verfahren zur reduzierung von stickstoffoxid- (nox-)emissionen in aufgeladenen kolbenmotoren und kolbenmotoranordnung
CNB038064170A CN100394013C (zh) 2002-03-20 2003-03-13 减小增压式活塞发动机氮氧化物排放的方法以及活塞发动机配置
DE60318821T DE60318821T2 (de) 2002-03-20 2003-03-13 VERFAHREN ZUR REDUZIERUNG VON STICKSTOFFOXID- (NOx-)EMISSIONEN IN AUFGELADENEN KOLBENMOTOREN UND KOLBENMOTORANORDNUNG
EP03744391A EP1485604B1 (en) 2002-03-20 2003-03-13 METHOD OF REDUCING NITROGEN OXIDE (NOx) EMISSIONS IN SUPERCHARGED PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE ARRANGEMENT
DK03744391T DK1485604T3 (da) 2002-03-20 2003-03-13 Fremgangsmåde til reducering af nitrogenoxid (NOx) emissioner i trykladet stempelmotor og stempelmotorarrangement
KR1020047014656A KR100965321B1 (ko) 2002-03-20 2003-03-13 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치
US10/508,365 US7178486B2 (en) 2002-03-20 2003-03-13 Method of reducing nitrogen oxide (NOx) emissions in supercharged piston engine and piston engine arrangement
PCT/FI2003/000193 WO2003078819A1 (en) 2002-03-20 2003-03-13 METHOD OF REDUCING NITROGEN OXIDE (NOx) EMISSIONS IN SUPERCHARGED PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE ARRANGEMENT
AU2003209806A AU2003209806A1 (en) 2002-03-20 2003-03-13 METHOD OF REDUCING NITROGEN OXIDE (NOx) EMISSIONS IN SUPERCHARGED PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE ARRANGEMENT
JP2003576796A JP4203422B2 (ja) 2002-03-20 2003-03-13 過給ピストン・エンジン及びピストン・エンジン装置の窒素酸化物（ＮＯｘ）排出を低減させる方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20020537A FI116157B (fi) 2002-03-20 2002-03-20 Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
FI20020537 2002-03-20

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20020537A0 FI20020537A0 (fi) 2002-03-20
FI20020537A FI20020537A (fi) 2003-09-21
FI116157B true FI116157B (fi) 2005-09-30

Family

ID=8563613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20020537A FI116157B (fi) 2002-03-20 2002-03-20 Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7178486B2 (fi)
EP (1) EP1485604B1 (fi)
JP (1) JP4203422B2 (fi)
KR (1) KR100965321B1 (fi)
CN (1) CN100394013C (fi)
AT (1) ATE384867T1 (fi)
AU (1) AU2003209806A1 (fi)
DE (1) DE60318821T2 (fi)
DK (1) DK1485604T3 (fi)
FI (1) FI116157B (fi)
WO (1) WO2003078819A1 (fi)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI119119B (fi) 2003-10-15 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
US7051720B2 (en) * 2004-10-01 2006-05-30 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine with charge air-cooling system with water fumigation
FI119117B (fi) * 2005-06-02 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ja järjestely turboahdetun mäntämoottorin yhteydessä
SE531841C2 (sv) * 2007-12-07 2009-08-25 Scania Cv Ab Arrangemang och förfarande för återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor
EP2307686A4 (en) * 2008-06-26 2013-08-21 Cambrian Energy Dev Llc APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING AN ENGINE WITH FLUID INJECTION WHICH IS NOT A FUEL
US8935996B2 (en) 2011-04-11 2015-01-20 Nostrum Energy Pte, Ltd. Internally cooled high compression lean-burning internal combustion engine
CN102269081B (zh) * 2011-08-16 2013-04-03 天津大学 发动机进气管喷水系统
JPWO2014050986A1 (ja) * 2012-09-28 2016-08-22 旭化成株式会社 内燃機関の運転方法および空気供給装置
EP3327277A1 (en) 2013-01-17 2018-05-30 Nirmal Mulye Method of operating an internal combustion engine
JP5713088B1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の水供給制御装置
JP5704220B1 (ja) 2013-11-15 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の凝縮水供給制御装置
CN103939241A (zh) * 2014-04-02 2014-07-23 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种用于柴油机的进气加湿系统
CN103867344A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种高加湿效率的柴油机进气加湿系统
CN103867345A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种船用柴油机的进气加湿系统
DE102017200298A1 (de) * 2017-01-10 2018-07-12 Robert Bosch Gmbh Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer solchen Wassereinspritzvorrichtung
DE102018123871A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Mehrstufig aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitseinspritzung in den Frischgasstrang zwischen zwei Verdichtern
DE102018126095A1 (de) * 2018-10-19 2020-04-23 Exomission Umwelttechnik GmbH Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1219732B (de) * 1958-07-12 1966-06-23 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung, beispielsweise einer Gasturbine
US3224186A (en) * 1962-04-23 1965-12-21 Continental Aviat & Eng Corp Binary internal combustion engine
JPS5119233A (fi) 1974-08-09 1976-02-16 Toyo Tire & Rubber Co
US4438731A (en) * 1982-01-26 1984-03-27 Mercor Corporation Flow control system
JPS6149128A (ja) * 1984-08-14 1986-03-11 Toyo Radiator Kk エンジンにおける給気温度制御式過給装置
US4960080A (en) * 1989-02-28 1990-10-02 Cummins Engine Company, Inc. Pollution control apparatus and method for a turbodiesel motor-generator set
US4958598A (en) * 1989-10-10 1990-09-25 Midwest Power Concepts, Ltd. Engine emissions control apparatus and method
GB2259326B (en) 1991-08-23 1994-09-07 Robert Joel English Water injection system for supercharged engines having charge intercoolers
DE4137179C2 (de) * 1991-11-12 1997-02-27 Hdc Ag Vorrichtung zum Erzeugen einer Wasser-in-Öl Emulsion und Verwendung der Vorrichtung an einem Dieselmotor
US6564556B2 (en) * 1992-10-27 2003-05-20 J. Lyell Ginter High efficiency low pollution hybrid brayton cycle combustor
US6289666B1 (en) * 1992-10-27 2001-09-18 Ginter Vast Corporation High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor
DK170218B1 (da) * 1993-06-04 1995-06-26 Man B & W Diesel Gmbh Stor trykladet dieselmotor
DK170217B1 (da) 1993-06-04 1995-06-26 Man B & W Diesel Gmbh Stor trykladet forbrændingsmotor og fremgangsmåde til drift af en køler til afkøling af en sådan motors indsugningsluft.
SE502452C2 (sv) * 1994-02-25 1995-10-23 Rosen Sätt att tillföra ånga till insugsluften till en förbränningsmotor och en anordning därtill
JPH08109853A (ja) * 1994-10-11 1996-04-30 Hitachi Zosen Corp ディーゼル機関におけるｎｏｘ 低減化装置
EP0742363B1 (de) * 1995-05-10 2000-07-12 Wärtsilä NSD Schweiz AG Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Fördern einer Emulsion für eine Dieselbrennkraftmaschine
EP0925436B1 (de) 1996-09-09 2002-03-27 Lars Collin Consult AB ANTRIEBSEINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR REDUKTION DER MENGE NOx IN DEN ABGASEN EINES VERBRENNUNGSMOTORS
US5682842A (en) * 1996-09-24 1997-11-04 Caterpillar Inc. Fuel control system for an internal combustion engine using an aqueous fuel emulsion
US6035834A (en) * 1997-02-10 2000-03-14 Industrial Power Generating Corporation Nitrogen oxides reducing aftercooler for turbocharged engines
DE19750181C2 (de) 1997-11-13 2000-06-21 Munters Euroform Gmbh Carl Vorrichtung zur Zuführung von Dampf zur Einlaßluft einer Brennkraftmaschine
US6196165B1 (en) * 1998-11-12 2001-03-06 Munters Euroform Gmbh Device for supplying vapor to the intake air of an internal combustion engine
JP2000161096A (ja) 1998-11-25 2000-06-13 Daihatsu Diesel Mfg Co Ltd ディーゼル機関
DE19938292A1 (de) * 1999-08-12 2001-02-15 Munters Euroform Gmbh Carl Vorrichtung zur Befeuchtung der Einlaßluft von Brennkraftmaschinen mit Turbolader
US6817182B2 (en) * 2001-12-05 2004-11-16 Lawrence G. Clawson High-efficiency Otto cycle engine with power generating expander
FI112692B (fi) * 2000-11-03 2003-12-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ja järjestely ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi
DE10211167A1 (de) * 2001-03-20 2002-09-26 Munters Euroform Gmbh Carl Vorrichtung zur Befeuchtung der Einlassluft einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine mit Vorerwärmung durch Wasserkreis
US6912978B2 (en) * 2003-02-22 2005-07-05 Wartsila Technology Oy Ab Air feeding arrangement for piston engine
FI119119B (fi) * 2003-10-15 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely

Also Published As

Publication number Publication date
JP4203422B2 (ja) 2009-01-07
FI20020537A (fi) 2003-09-21
US20050161009A1 (en) 2005-07-28
FI20020537A0 (fi) 2002-03-20
WO2003078819A1 (en) 2003-09-25
CN1643244A (zh) 2005-07-20
ATE384867T1 (de) 2008-02-15
EP1485604A1 (en) 2004-12-15
KR100965321B1 (ko) 2010-06-22
KR20040107483A (ko) 2004-12-20
JP2005520965A (ja) 2005-07-14
EP1485604B1 (en) 2008-01-23
AU2003209806A1 (en) 2003-09-29
DE60318821D1 (de) 2008-03-13
DK1485604T3 (da) 2008-03-25
CN100394013C (zh) 2008-06-11
DE60318821T2 (de) 2008-05-21
US7178486B2 (en) 2007-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI116157B (fi) Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
US7225762B2 (en) Spraying method and apparatus
FI112526B (fi) Menetelmä nelitahtisen turboahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi
US7530336B2 (en) Intake condensation removal for internal combustion engine
CN100447385C (zh) 大型增压内燃发动机
FI112692B (fi) Menetelmä ja järjestely ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi
US5284117A (en) Fuel supply apparatus for an internal combustion engine
US7231893B2 (en) Method and apparatus for reducing combustion engine emissions
SE529400C2 (sv) Arrangemang hos en förbränningsmotor
CN106194507B (zh) 基于喷射泵实现增压柴油机掺水燃烧并降低nox排放的装置
US20080196407A1 (en) Method and an Arrangement in Connection with a Turbocharged Piston Engine
EP1680590B1 (en) A method of reducing the nitrogen oxide emissions (nox) of a supercharged piston engine and a piston engine arrangement
CN107339159A (zh) 具有燃料气体性质测量系统的内燃机
CZ291394A3 (en) Process and apparatus for operating an internal combustion engine or a furnace
KR100535553B1 (ko) 증발가스를 이용한 연료무화 촉진장치
EP1336748B1 (en) Air feeding arrangement for piston engine
US7353782B2 (en) Method and apparatus in a spraying apparatus
KR100545450B1 (ko) 내연기관용 과급공기 가습 장치
SU787698A1 (ru) Способ питани дизел

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 116157

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed