NO172900B - Fremgangsmaate for drift av en dieselmotor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for drift av dieselmotorer med et efter motoren innkoblet partikkelfiltersystem i eksosledningen hvor det på grunn av nærværet av katalytisk virksomme stoffer opptrer en redusert temperatur for avbrenning av på filtersystemet avsatte sotpartikler. Fra EP-PS 0 052 478-B1 er det kjent en driftsmetode for en dieselmotor der man efter hverandre foretar forbrenning av dieseldrivstoffet i motoren, fører motoravgassene gjennom en separator for derved å fjerne sotpartikler samt der separatoren bringes til en tilstrekkelig høy temperatur til å bevirke oksydasjon av sotpartiklene, hvorved partiklene av en katalysator som reduserer oksydasjonstemperaturen til soten ledes inn i separatoren sammen med eksosen. Som egnede katalysatorstoffer angis bly eller kobber eller mangan eller blandinger i elementær form eller fortrinnsvis i form av kjemiske forbindelser, hvorved katalysatorsubstanséne fortrinnsvis skal tilsettes dieseldrivstoffet.

Den driftsbetingede emisjon av sotpartikler i eksosen fra dieselmotorene er i de fleste land allerede underkastet mer eller mindre strenge begrensninger. Målet for disse begrensninger er en i størst mulig grad fullstendig slutt på utslippet fra dieselmotorer av blant annet sot og partikler som inneholder polycykliske forbindelser til atmosfæren.

Fra teknisk side er det derfor utviklet virksomme dieselpartikkel-filtersystemer hvorved spesielt såkalte monolittiske keramikkfiltre med bikubelignende keramikklegemer som er bygget opp av et antall på enden av vekslene lukkede kanaler eller keramikkoppviklingsfiltre av ringformet anordnede hullede stål støtterør med flere sjikt av et oppruvet garn av keramiske fibre, finner anvendelse som filter (se ATV 1/2-88, side 14 til 17).

Eksosen fra dieselmotoren strømmer gjennom labyrintgangene i monolittkeramikkfiltre hvorved bikubegangene som danner keramikkveggene på sin side er porøse og tillater gjennomløp av eksos som er renset for partikler henholdsvis der eksospartikler holdes tilbake av filamentene i keramikk-garnene ved gjennomstrømning av det såkalte oppviklings-filter.

Da det ved tiltagende belastningsgrad på disse nedstrøms motorer og i eksosledningen innarbeidede filtersystemer opptrer et tilsvarende stigende trykkfall som fører til en ytelsesreduksjon for dieselmotoren, må man for å unngå et trykkfall i eksossystemet gjennomføre en kontinuerlig eller eventuelt periodisk regenerering av filtersystemet.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å forbedre den kjente teknikk og angår således en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art og denne fremgangsmåte karakteri-seres ved at de katalytisk virksomme stoffer med et innhold av 5 til 20 000 og fortrinnsvis 50 til 10 000 ppm av ferrocen eller et ferrocenderivat, tilføres ved hjelp av en motor-smøreolje ved anvendelsesbestemt drift av motoren.

Temperaturene for regenerering av dieselpartikkelfiltrene ved avbrenning bør ligge så lavt som mulig men samtidig mulig-gjøre hyppig regenerering. Ved ugunstige driftstilstander for dieselmotoren, for eksempel ved en ytelsesreduksjon, som kun fører til lave eksostemperaturer, blir filteret så belagt med partikler at avgass-mottrykket når utillatelige høye verdier. I tillegg til dette foreligger det en fare at et for sterkt belagt filter ved regenerering ved avbrenning blir for sterkt belastet termisk og derved smelter lokalt, noe som fører til en reduksjon av filterfunksjonen.

Foreliggende oppfinnelse er basert på en fremgangsmåte for drift av en dieselmotor ved hjelp av en motorsmøreolje for med partikkelfiltersystem utrustede dieselmotorer med et katalytisk virksomt innhold av en jernforbindelse. Oppfinnelsen er basert på den kunnskap at også en viss andel av smøreoljen deltar i den motoriske forbrenning. Ved oppfinnelsens tilsetning til smøreoljene blir det katalytisk virksomme stoff ved riktig drift av motoren tilført i tilstrekkelig mengde også til dieselpartikkel filtersystemet sammen med den varme motoreksos, hvorved det i systemet skjer en mest mulig kvantitativ videre reaksjon av de til å begynne med tilbakeholdte partikkelformige organiske bestanddeler. Selvfølgelig blir oppfinnelsens formål også fremmet allerede ved den katalytisk begunstigede omsetning av partikkelformige organiske bestanddeler som skjer med det i eksosen foreliggende restoksygen før det skjer noen avsetning på filteret. Ifølge oppfinnelsen lykkes det ved den foreslåtte tilsetning til smøreoljen å opprettholde den for dieselpartikkel filterregenereringen tilstrekkelige mengde av katalytisk virksom jernforbindelse i eksosstrømmen, hvorved man benytter vektforhold på 5 til 20.000 og fortrinnsvis 50 til 10.000 ppm av jernforbindelsen, spesielt den metallorganiske jernforbindelse, beregnet på mengden smøreolje.

Spesielt egner seg ferrocen (bis(n-cyklopentadienyl)jern) eller jernforbindelser med et komplekst salt av en organisk syre der forholdet mellom antall ekvivalenter organisk syre og antall jernatomer utgjør 3 eller derunder, for eksempel jerntallat. De ovenfor nevnte forbindelser er spesielt egnet som additiv på grunn av sin katalytiske virksomhet, sin gode oppløselighet og sin smøreoljeforenelighet.

Den foreslåtte tilsetning til smøreoljene er et fordelaktig alternativ til innføring av katalytisk virksomme stoffer ved tilsetning til dieseldrivstoffet eller til en separat ytterligere doseringsinnretning.

Man kan vise at ved tilsetningen som foretas ifølge oppfinnelsen til eksosstrømmen oppstrøms filteret blir i tillegg askedannende partikler i stor grad holdt tilbake av filteret og kun fører til en neglisjerbar reduksjon av filtergjennom-løpsmotstanden.

Oppfinnelsens virkning ble verifisert i et sammenligningsfor-søksprogram med en stasjonært drevet kjøretøy-dieselmotor av fabrikat Ford, 2,5 1, med direkte innsprøytning. Motoren er utrustet med et nedstrøms motoren, i eksosledningen innstall-ert, dieselpartikkel-filtersystem av en keramisk monolitt-katalysator av fabrikat Corning. Motoren ble drevet med en kommersiell dieselmotor-smøreolje i viskositetsklasse 15W-40. I en konstant ytelsesavgivelse på 18 kW bygget det seg i løpet av en løpetid på 2 1/2 time et fra 100 mbar til 350 mbar stigende eksosmottrykk. Ved en økning av ytelsen fra 18 til 25 kW ble eksosmottrykket bygget ned på grunn av høyere eksostemperatur ved delvis avbrenning av keramikkfilterbeleg-get og denne reduksjon gikk til noe under 150 mbar som så i løpet av en 1/2 time steg til ca. 300 mbar for så å holde seg der for det ytterligere forløp av forsøkstiden ved samme ytelse.

Driftstilstanden med et ytelsesopptak på 45 kW ble lagt inn for å brenne fritt filteret. Ved avbrenningen ble det riktignok oppnådd en reduksjon av eksosmottrykket til 100 mbar, ved struping av ytelsesavgivelsen til den tidligere driftstilstand på 25 kW kunne man imidlertid bemerke en stadig stigning av eksosmottrykket som asymtotisk nærmet seg en verdi på ca. 400 mbar. Dette eksosmottrykk bevirket en drastisk reduksjon av motorens virkningsgrad.

Under drift ved ellers identiske betingelser og et analogt tidsprogram som angitt i det ovenfor angitte sammen-ligningsforsøk med en motorsmøreolje i viskositetsklasse 15W-40 hvortil det var tilsatt 8.400 ppm ferrocen kunne man ved et ytelsesopptak på 18 kW ved et utgangseksosmottrykk på 100 mbar se en liten oppbygning til et trykk på ca. 150 mbar som så holdt seg konstant på et nivå på ca. 150 mbar. Heller ikke ved forhøyelse av ytelsesavgivelsen til 25 kW kunne man bemerke noen vesentlig endring av dette nivå. For å oppnå tilstander der man var sikker på at de på filteret avsatte karbonholdige partikler for det meste var brent av, koblet man inn en fullbelastningsmotor driftstilstand med en ytelsesavgivelse på 45 kW. Ved en slik, i praksis kun sjelden opptredende, forhøyelse av ytelsen stiger eksosmottrykket til 350 mbar og forblir med en viss synkende tendens på dette nivå. Ved reduksjon av ytelsen til 25 kW innstilte det seg et stabilt nivå som med ca. 150 mbar fremdeles lå under nivået til den tidligere driftstilstand ved en ytelsesavgivelse på 18 kW. Disse verdier ligger kun uvesent-lig over de til et ikke-belastet filter og gir akseptable motordriftstilstander.

Tilsetning av motorsmøreoljer skjer som nevnt ved direkte oppløsning for eksempel til en konsentrasjon på 10.000 ppm eller også ved fremstilling av konsentrerte oppløsninger i en egnet smøreoljekomponent. Foretrukket er tilsetning i konsentrasjoner på 5 til 20.000 ppm og fortrinnsvis 50 til 10.000 ppm, beregnet på motorsmøreoljen (vektforhold ).

I fig. 1 vises skjematisk den benyttede forsøksanordning for installasjonen for dieselpartikkelfilteret i eksosledningen til dieselmotoren samt trykkmålepunktet.

I fig. 2 vises et diagram over de ovenfor angitte forsøks-resultater med additiv-tilsatte smøreoljer sammenlignet med anvendelse av smøreolje som ikke var tilsatt additiver, det hele angitt grafisk.

Ved anvendelse av smøreolje med additiv ifølge oppfinnelsen er det mulig å drive en med dieselpartikkel filtersystem utrustet dieselmotor på økonomisk måte i henhold til US-norm FTP 75 idet man legger til grunn en rimelig levetid for filtersystemet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for drift av en dieselmotor med et efter motoren innkoblet partikkelfiltersystem i eksosledningen hvor det på grunn av nærværet av katalytisk virksomme stoffer opptrer en redusert temperatur for avbrenning av på filtersystemet avsatte sotpartikler,karakterisertved at de katalytisk virksomme stoffer med et innhold av 5 til 20 000 og fortrinnsvis 50 til 10 000 ppm av et ferrocen eller et ferrocenderivat tilføres ved hjelp av en motorsmøre-olje ved anvendelsesbestemt drift av motoren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at man til motorsmøreoljen setter en metallorganisk jernforbindelse.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at det til motorsmøreoljen settes en forbindelse av et komplekst salt av en organisk syre og jern der forholdet mellom antall ekvivalenter organisk syre og antall jernatomer er lik mindre enn 3.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at man til motorsmøreoljen setter jerntallat.