FI120210B - Menetelmä mäntäpolttomoottorin käyttämiseksi NOx:ien vähentämiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä mäntäpolttomoottorin käyttämiseksi NOx:ien vähentämiseksi

Keksintö koskee menetelmää sellaisen vähintään yhdellä turboah-timella ja yhdellä ahtoilmajäähdyttimeilä varustetun mäntäpolttomoottorin käyt-5 tämiseksi NOx:ien vähentämiseksi, jossa on laite veden sekoittamiseksi polttoaineeseen polttoaine-vesiemulsion muodostamiseksi ennen ruiskutusta ja laite sytytyshetken säätämiseksi ja laite veden lisäämiseksi ahtoilmaan.

Tällainen menetelmä on tunnettu esimerkiksi julkaisuista Fl 113392 Bja US 6318308 B1.

10 Keksinnön tavoitteena oli saada aikaan mainitunlaiselle mäntäpolt- tomoottorille käyttömenetelmä, jolla pystytään saavuttamaan mahdollisimman pienellä veden kulutuksella mahdollisimman suuri NOx-vähennys ja samalla minimoimaan kielteiset vaikutukset polttoaineen kulutukseen ja nokipäästöihin. Tämä saavutetaan keksinnön mukaisesti sitä kautta, että: 15 koko kuormitusalueella toimitaan käyttäen polttoaine-vesiemulsiota, jossa veden osuus on 10-20 massaprosenttia, laskettuna 100 massaprosent-tia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta, kuormitusalueen 76 % yläpuolella ja kuormitusalueen 30 % alapuolella toimitaan käyttäen aikaista sytytyshetkeä ja näiden arvojen välissä 20 olevalla välikuormitusalueella käyttäen myöhempää sytytyshetkeä ja/tai kuormitusalueen 75 % yläpuolella ja kuormitusalueen 30 % alapuolella toimitaan lisäämättä tai lisäten vähän vettä ahtoilmaan ja näiden arvojen välissä olevalla välikuormitusalueella lisäten runsaasti vettä.

Veden suhteellisen pieni osuus polttoaine-vesiemulsiossa tarjoaa 25 sen edun, että tämä vesimäärä voidaan syöttää seoksen mukana tekemättä ruiskutusjärjestelmään suuria muutoksia. Yiäkuormitusalueella käytettävällä aikaisella sytytyshetkellä vähennetään lämpötilojen nousua samoin kuin polttoaineen kulutusta. Alakuormitusalueella tämän avulla pidetään nokipäästöt pieninä. Vähäisellä veden lisäämisellä ahtoilmaan yiäkuormitusalueella pie-30 nennetään polttoaineen kulutuksen samoin kuin ahtopaineen nousua. Alakuor-mitusaiueella vältetään suurten vesimäärien yhteydessä odotettavissa olevat valkoiset savupäästöt ja saavutetaan vähäiset nokipäästöt.

Ylä- ja alakuormitusalueella käytettävä aikainen sytytyshetki säädetään edullisesti kulutuksen kannalta optimoiduksi, sytytys tapahtuu välikuormi-35 tusalueelia tällöin kampiakselin kääntökulman 5-10° verran myöhemmin. Tätä 2 kautta saavutetaan ylä- ja alakuormitusalueelia pieni kulutus ja välikuormitus-alueelia NOx-päästöjen huomattava väheneminen.

Keksinnön yhden kehitelmän mukaan kuormitusalueen 81 % yläpuolella ja kuormitusalueen 24 % alapuolella toimitaan lisäten vähän vettä ah-5 toilmaan.

Veden lisäys ahtoilmaan on ylä- ja alakuormitusalueelia edullisesti alle 15 massaprosenttia, laskettuna 100 massaprosenttia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta. Siinä yhteydessä veden lisäystä ahtoilmaan rajoittavat yläkuormitusalueelia kulloisenkin mäntäpolttomoottorin ahto-10 paineen ja maksimipaineen suurimat sallitut arvot.

Veden lisäys ahtoilmaan on välikuormitusalueella noin 50 massa-prosenttia, laskettuna 100 massaprosenttia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta. Tätä veden lisäystä rajoittaa ahtoilman kylläisyysrajan saavuttaminen veden suhteen.

15 Seuraavissa toteutusesimerkeissä on veden massaprosenttiset osuudet laskettu 100 massaprosenttia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta.

Ensimmäisen toteutusesimerkin mukaan toimitaan dieselmoottorin ollessa kyseessä lisäten vettä sekä polttoaineeseen että ahtoilmaan. Tällöin 20 käytetään polttoaine-vesiemulsiota, jossa veden osuus on vakio, 15 massaprosenttia, kaikilla kuormitusalueilla. Tämä on myös sikäli edullista, että polttoai-ne-vesiemulsion vesimäärä on muutettavissa vain määrätyllä viipeellä. Ahtoilmaan lisättävä vesimäärä on sen sijaan kuormitukseen 25 % asti 15 massa-prosenttia ja kuormituksen 80 % yläpuolella 10 massaprosenttia. Veden lisää-25 mistä rajoittaa yläkuormitusalueelia periaatteessa se, ettei ylitetä kyseisen mäntäpolttomoottorin ahtopaineen ja maksimipaineen suurimpia sallittuja arvoja. Näiden alueiden välissä olevilla kuormitusalueilla toimitaan sitä vastoin käyttämällä suurempaa vesimäärää, 50 massaprosenttia. Tätä veden lisäystä rajoittaa ahtoilman kylläisyysrajan saavuttaminen veden suhteen.

30 Toisen toteutusesimerkin ollessa kyseessä toimitaan lisäämättä vet tä polttoaineeseen. Tällöin kuormitusalueilla 24 % ja yli 81 % sytytyshetki säädetään aikaiseksi, kun taas niiden välissä olevalla kuormitusalueella tapahtuu myöhäinen sytytys. Aikainen sytytyshetki valitaan siten, että saavutetaan mahdollisimman pieni polttoaineen kulutus. Välikuormitusalueella sytytyshetkeä 35 siirretään kampiakselin kääntökulman noin 7° verran takaisinpäin. Veden lisäys ahtoilmaan tapahtuu sillä tavalla, että kuormituspisteeseen 24 % asti toimi- 3 taan käyttäen veden osuutta 15 massaprosenttia ja kuormituspisteen ollessa yli 81 % käyttäen veden osuutta 10 massaprosenttia. Näiden alueiden välissä olevalla kuormitusalueeila toimitaan käyttäen ahtoilmaan lisätyn veden osuutta noin 50 massaprosenttia.

5 Kolmannen toteutusesimerkin ollessa kyseessä käytetään diesel moottorin yhteydessä kaikkia kolmea vaikutusmahdollisuutta. Sytytyshetki, jonka määrää polttoaineen ruiskutushetki, säädetään sekä kuormituspistee-seen 24 % asti että kuormituspisteen 81 % yläpuolella aikaiseksi ja niiden välissä olevalla kuormitusalueeila myöhäiseksi. Polttoaine-vesiemuision kohdalla 10 toimitaan kaikilla kuormitusalueilia käyttämällä vakioarvoa 15 massaprosenttia. Veden lisäys ahtoilmaan säädetään sitä vastoin kuormitukseen 24 % asti 15 massaprosentiksi ja kuormituksen ollessa yli 81 % 10 massaprosentiksi. Niiden välissä olevilla kuormitusalueilia toimitaan käyttäen veden osuutta 50 massa-prosenttia.

15 Vesimäärän vaihto voi tapahtua moottorin käydessä yksinkertaisella tavalla yhdellä iskulla ylitettäessä ala- ja välikuormitusalueen samoin kuin väii-ja yläkuormitusalueen välinen raja.

Edellä esitetyn menetelmän yhteydessä otetaan huomioon, että ΝΟχ-raja-arvot ovat yleensä sykliarvoja. Se tarkoittaa, että tarkastellaan eri 20 kuormituspisteistä saatua painotettua keskiarvoa. On siis täysin sallittua, että päästöt ovat yksittäisissä kuormituspisteissä jonkin verran suurempia ja toisissa kuormituspisteissä jonkin verran pienempiä kuin raja-arvo, erityisesti koska kuormituspisteiden painotus on erilainen.

Claims (8)

1. Menetelmä sellaisen vähintään yhdellä turboahtimella ja yhdellä ahtoilmajäähdyttimellä varustetun mäntäpolttomoottorin käyttämiseksi NOx:ien vähentämiseksi, jossa on laite veden sekoittamiseksi polttoaineeseen polttoai- 5 ne-vesiemulsion muodostamiseksi ennen ruiskutusta ja laite sytytyshetken säätämiseksi ja laite veden lisäämiseksi ahtoilmaan, tunnettu siitä koko kuormitusalueella toimitaan käyttäen polttoaine-vesiemulsiota, jossa veden osuus on 10-20 massaprosenttia, laskettuna 100 massaprosent-tia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta, 10 kuormitusalueen 75 % yläpuolella ja kuormitusalueen 30 % alapuo lella toimitaan käyttäen aikaista sytytyshetkeä ja näiden arvojen välissä olevalla välikuormitusalueella käyttäen myöhempää sytytyshetkeä ja/tai kuormitusalueen 75 % yläpuolella ja kuormitusalueen 30 % alapuolella toimitaan lisäämättä tai lisäten vähän vettä ahtoilmaan ja näiden arvojen 15 välissä olevalla välikuormitusalueella lisäten runsaasti vettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ylä- ja alakuormitusafueella käytettävä aikainen sytytyshetki säädetään kulutuksen kannalta optimoiduksi ja sytytys tapahtuu välikuormitusalueella kampiakselin kääntökulman 5-10° verran myöhemmin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormitusalueen 81 % yläpuolella ja kuormitusalueen 24 % alapuolella toimitaan lisäten vähän vettä ahtoilmaan.

4. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden lisäys ahtoilmaan on ylä- ja alakuormitusalueelia 25 edullisesti alle 15 massaprosenttia, laskettuna 100 massaprosenttia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden lisäystä ahtoilmaan rajoittavat yläkuormitusalueella kulloisenkin mäntäpolttomoottorin ahtopaineen ja maksimipaineen suurimat sallitut arvot.

6. Jonkin edeltävistä patenttivaatimuksista mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden lisäys ahtoilmaan on välikuormitusalueella noin 50 massaprosenttia, laskettuna 100 massaprosenttia kohden hetkellistä kuormitusta vastaavaa polttoainetta.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että veden lisäystä rajoittaa välikuormitusalueella ahtoilman kylläisyysrajan saavuttaminen veden suhteen.

8, Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuormitusalueen 81 % yläpuolella ja kuormitusalueen 24 % alapuolella toimitaan käyttäen aikaista sytytyshetkeä ja välikuormitusalueella käyttäen myöhäistä sytytyshetkeä.