NO180500B - Dieselmotor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en stor dieselmotor med flere sylindre og et med disse forbundet avgassoppsamlingsrør, ifølge kravinnledningen.

Innskjerpingen over hele verden av pålegg i forbindelse med forurensning medfører at også store dieselmotorer, slik det eksempelvis benyttes for drift av tankbåter, må gjennomføre tiltak for å redusere utstøt av skadelige stoffer, især av nitrogenoksider. Et slikt tiltak som hovedsakelig er benyttet for uttrekking av nitrogen i forbrenningsovners avgass, består i den såkalte selektive katalytiske reduksjon (SKR) hvor nitrogenoksider med ammoniakk eller en ammoniakkbærer reduseres katalytisk til nitrogen og vann. Et vesentlig problem ved SKR-metoden er det betydelige rombehov for katalysatorer i handel. Ved anvendelse av SKR metoden i store dieselmotorer måtte det derfor belegges plass utenfor motoren for plassering av katalysatoren slik at det anlegg som inneholder motoren ville bli mer komplisert og det ville især ved marin bruk oppstå plassproblemer.

Det er oppfinnelsens oppgave å forbedre en stor dieselmotor av den innledningsvis nevnte type slik at utslipp av nitrogenoksider nedsettes sterkt og at det samtidig ikke kreves ytterligere plass utenfor motoren for plassering av katalysatoren .

Denne oppgave løses med dieselmotoren ifølge foreliggende oppfinnelse slik den er definert med de i kravene anførte trekk.

En utførelse av oppfinnelsen er beskrevet i det etterfølgende og vist tegningen hvor figur 1 viser skjematisk et sideriss av en stor dieselmotor, figur 2 viser skjematisk et frontriss av den i figur 1 viste del av den store dieselmotor, figur 3 viser skjematisk et horisontalt snitt gjennom avgassopp-samlingsrøret med deri anordnet katalysator, figur 4 viser en forstørret detalj fra figur 3 i området ved en støttering, figur 5 viser et delriss av detaljen på figur 4, figur 6 viser et delriss av en støttering med tilførselsanordning for reduksjons-midler, figur 7 viser en innsprøytingsdyse i tilførselsanordnin-gen for reduksjonsmiddel ifølge figur 6, figur 8 viser i perspektiv katalysatorens struktur og figur 9 viser et ak-sialsnitt gjennom en i forhold til figur 6 og 7 modifisert

tilførselsanordning for reduksjonsmiddel.

Figur 1 viser en langsomt løpende totakts, stor dieselmotor 1 av som sådan kjent utforming, med flere, eksempelvis fem sylindre 2 liggende i en rekke som over hvert sitt avgassrør 3 munner ut i et felles avgassoppsamlingsrør 4. Avgassoppsam-lingsrør 4 har et rundt tverrsnitt og en horisontalt liggende sylinderakse over sylinder 2, idet avgassrørene 3, som er fordelt over oppsamlingsrørets 4 lengde, munner tangentialt i oppsam-lingsrøret 4. Nær venstre ende av oppsamlingsrøret 4 på figur 1 avgrenes en ledning 5 som fører til en avgassturbin 6 som igjen driver en ladekompressor 7 direkte. Mellom avgassturbinen 6 og ladeluftkompressoren 7 er et røkrør 8 tilkoplet gjennom hvilket den i avgassturbinen 6 avspente gass unnviker til atmosfæren. På figur 1 nedenfor ladeluftkompressoren 7 er en ladeluftkjøler 9 anordnet gjennom hvilken den komprimerte friske luft på ikke nærmere vist måte tilføres de nedre ender av sylindrene 2.

Ifølge oppfinnelsen er en katalysator 10 anordnet i avgassoppsamlingsrøret 4, som ved frigjøring av et ringrom 11 fyller ut sentrum av oppsamlingsrøret og som videre strekker seg over en vesentlig del av oppsamlingsrørets 4 lengde. Katalysatorens 10 struktur tilsvarer en statisk blanders og er eksempelvis vist i figur 8. Katalysatoren består av flere vertikale plater 31 med til hverandre parallelle i forhold til det vertikale plan skråstilte ledeelementer 32 som er sveist i rett vinkel til platene 31. Platene 31 er anordnet avvekslende ved siden av hverandre slik at ledeelementene 32 krysser hverandre. Herved oppdeles den i pilens A retning, gjennom katalysatoren strømmende avgass, i mange delstrømmer som krysser hverandre i omtrentlig rett vinkel. Flere plater 31 stables på hverandre til en pakke og flere slike pakker anordnes etter hverandre i gasstrømmens retning i oppsamlingsrøret 4. Hele katalysatorpakken som i motsetning til figur 8, har et rundt omriss i pilens A retning, er omgitt av et sylindrisk rør 12 som begrenser innsiden av ringrommet 11.

Røret 12 med den i dette anordnede katalysator 10 holdes på fire steder til oppsamlingsrøret 4, fordelt over rørets 12 lengde. På de to midtre steder er en støttering 14 og 15 anordnet. Støtteringene er likt utformet og består, som figur 4 og 5 viser, av en ringskive 17 samt en med denne sveist ytre ring 18 og en likeledes med denne sveist indre ring 19. Ringskiven 17 inneholder flere over flaten fordelte runde åpninger 20 gjennom hvilke gasstrømningen i ringrommet 11 muliggjøres. Den ytre ring 18 er sveist til oppsamlingsrøret 4, mens den indre ring 19 kan forskyves aksialt på en til røret 12 sveist glidering 21.

På rørets 12 på figur 3 venstre sted, er en støttering 13 anordnet for å holde røret og er utformet som en lukket ringskive, dvs uten åpninger. Denne ringskive er sveist både med sin ytre omkrets og den indre omkrets til oppsamlingsrøret 4, hhv. røret 12, slik at det ikke kan foregå gasstrømning fra ringrommet 11 til venstre via støtteringen 13. Oppsamlingsrørets 4 venstre ende er lukket med et løsbart deksel 40, se figur 3.

Det fjerde holdested for røret 12 er i dets på figur 3 viste høyre ende anordnet i form av en ledering 22 for strømnin-gen. Lederingen 22 er tilsluttet rørets 12 høyre ende og har på sin utside flere skovler 23 som er fordelt over omkretsen og som nøytraliserer virvler. Skovlene 23 som består av tilsvarende bøyde plater, er sveist til lederingen 22 med den indre langsgående kant og med den ytre langsgående kant til en ring 24 som støttes mot oppsamlingsrøret 4 og som i den på figur 3 viste høyre ende går over i en utadragende flens. Lederingen 22, skovlene 23 og den ytre ring 24 danner på denne måte en enhet som kan bygges inn i oppsamlingsrøret 4. Lederingen 22 rager med den på figur 3 viste venstre ende noe inn i røret 12 og er på sin innside utvidet lik en diffusor mot enden. Oppsamlingsrøret 4 er dekket i den på figur 3 viste høyre ende av et deksel 25 som i sentrum har en ledekjegle 26 som avsmalner mot lederingen 22. Dekslet 25 er forbundet løsbart med oppsamlingsrøret 4 via en flensforbindelse, idet rørets 24 flens er klemt inn mellom flensene.

For tilførsel av reduksjonsmiddel, eksempelvis urea oppløst i vann, er en ringledning 30, som vist på figur 6, anordnet, som ved hjelp av rørklemmer 34 er festet til støtte-ringens 15 ringskive 17. Ringledningen 30 er anordnet på den side av ringskiven 30 som vender bort fra gasstrømmen og forløper tilnærmet i midten av dennes åpning 20. I ringledningen 30 er dyser 35 anordnet ensartet fordelt over ringskivens 17 omkrets og tillater reduksjonsmidlet å trenge inn i gasstrømmens retning. I eksemplet vist på figur 6 er en dyse 35 anordnet ved annen hver

åpning.

Ifølge figur 7 er ringledningen 30 utformet med dobbelt vegg slik at den omfatter et ringrom 36 og et indre rom 37. Ringrommet 36 er på ikke vist måte forbundet med en kilde for reduksjonsmidlet og det indre rom 37 er likeledes på ikke vist måte forbundet med en kjølevannstilførsel.

Den beskrevne innretning fungerer på følgende måte. Den avgass som oppstår i sylindrene 2 trenger via avgassrørene 3 inn i oppsamlingsrørets 4 ringrom 11. Den trenger i virvel inn i den på figur 3 til høyre viste ledering 22 hvor virvelstrømmen nøytraliseres eller ensrettes ved hjelp av skovlene 23. Avgassen ledes deretter inn i det av dekslet 25 begrensede rom, med hjelp av ledekjeglen 26, inn i det av lederingen 22 omgitte diffusor-rom, hvoretter den strømmer til katalysatoren 10. Ved hjelp av det ved støtteringen 15 via ringledningen 30 tilførte reduksjonsmiddel foregår i katalysatoren en som sådan kjente omhandling av nitrogenoksid til nitrogen og vanndamp. Den på denne måte i stor utstrekning for nitrogenoksid befridde avgass trenger deretter via ledningen 5 til avgassturbinen 6 hvor avgassens entalpi utnyttes på kjent måte for å tilføre motoren 1 frisk luft med forhøyet trykk.

Slik figur 2 og 3 viser er en ledning 27 tilkoplet oppsamlingsrøret 4 og munner ut i avgasserturbinen 6, idet ledningen 27 omfatter en innstillbar klaff 28 (figur 3). Også ledningen 5 har en innstillbar klaff 29. Ved hjelp av klaffene 28 og 29 er det mulig å føre avgassen forbi katalysatoren 10 ved åpning av klaffen 28 og lukking av klaffen 29 slik at avgassen ledes fra ringrommet 11 direkte til avgassturbinen 6. Under denne forbiføring av katalysatoren kan luft eller vann transporteres gjennom ringledningens 30 ringrom 36 istedenfor reduksjonsmidlet for å sikre at omgivelsen ikke belastes med damper som ikke er brakt i reaksjon med reduksjonsmidlet og på den annen side at dysene 35 ikke tilstoppes.

For også å kunne ha mulighet til å føre avgassen forbi avgassturbinen 6 er en ledning 39 med en klaff 39' tilkoplet oppsamlingsrøret 4, se figur 1, som munner ut i røkerøret 8. Dersom det ønskes drift uten avgassturbin åpnes således klaffen 39' og de to klaffene 28 og 29 lukkes slik at avgassen trenger fra ringrommet 11 via ledningen 39 og direkte inn i røkerøret 8.

Ved utførelsen på figur 9 foregår tilførselen av reduksjonsmiddel gjennom en eneste dyse 45 som er anordnet i ledekjeglens 26 spiss. Dysen 45 omfatter et hus 46 som med en sylindrisk del hviler i en boring i ledekjeglen 26 og som med en kjegleformet del danner fortsettelsen av kjeglens 26 ytre kjegleflate. I huset 46 er et innsatslegeme 48 anordnet i viss sentrum et nålformet låsestykke 49 er ført aksialt bevegelig. Låsestykket 49 er i sin på figur 9 viste venstre ende utformet som dobbeltkjegle, idet den på figur 9 viste venstre kjegle 49' i den viste lukkede stilling danner forlengelsen av husets 46 ytre kjegleflate, mens den andre kjegle 49" danner en tet-ningsflate som samvirker med en tilsvarende kjegleformet flate 50 i huset 46. For å holde låsedelen 49 i den viste lukkede stilling er en spiralfjær 51 anordnet i den fra dobbeltkjeglen vendende ende, som strekker seg mellom en til låsedelen festet tallerken og en i innsatslegemet 48 anordnet boring 53. Mellom låsedelens 49 dobbeltkjegle og spiralfjæren 51 er en ringrom 54 utformet i innsatslegeme 48, idet reduksjonsmiddel tilføres ringrommet via en boring 55. Mellom ringrommet 54 og låsedelens 49 dobbeltkjegle er trapesvendelformede ribber 56 anordnet som gir reduksjonsmidlet virvelbevegelse i låsedelens åpne stilling. I boringen 53 er en låseskrue 57 skrudd inn, som har en sentral boring 58 for fjerning av lekkasje som kan oppstå mellom låsedelen 49 og den omgivende føringsboring i innsatslegeme 48.

I innsatslegeme 48 er ytterligere en boring 59 anordnet som fører til ringrommet 54, hvormed et spylemiddel, eksempelvis vann kan tilføres. Herved hindres at reduksjonsmiddel krystal-liseres i de ulike spalterom når dysen 45 er avstengt, idet låsedelens 49 bevegelse blokkeres. Mellom innsatslegemet 48 og huset 46 er et ringrom 60 gjennom hvilket kjølevann kan transporteres på ikke vist måte.

Under dysens 45 drift forskyves låsedelen 49 til åpen stilling ved trykket fra det via boringen 55 tilførte reduksjonsmiddel, slik at virvlende reduksjonsmiddel trenger inn i den på lederingen 22 (figur 3) omledede gasstrøm og blandes med avgassen før blandingen føres inn i katalysatoren 10.

Den beskrevne store dieselmotor kan benyttes både for fremdrift av skip og for drift av elektriske generatorer i stasjonære dieselkraftanlegg.

Claims (11)

1. Stor dieselmotor med flere sylindre (2) og et med disse forbundet avgassoppsamlingsrør (4), til hvilket et avgassrør (5) er koplet, samt en katalysator (10) for fjerning av nitrogenoksider fra den avgass som kommer fra sylindrene (2) og med en anordning for tilførsel av reduksjonsmiddel før avgassen trenger inn i katalysatoren, KARAKTERISERT VED at et rør (12) er anordnet i avgassoppsamlingsrøret (4), at et ringrom (11) som gjennomstrømmes av avgassen, er anordnet mellom røret (12) og avgassoppsamlingsrøret (4), at katalysatoren (10) er anordnet i røret (12) i form av en statisk blander, og at avgassledningen (5) munner ut i en avgassturbin (6) som driver en ladekompressor (7).

2. Dieselmotor ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at en ledering (22) som flukter med det rør som omgir katalysatoren, er anordnet i avgassoppsamlingsrøret (4).

3. Dieselmotor ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at lederingens (22) indre utvider seg lik en diffusor i avgassens strømningsretning.

4. Dieselmotor ifølge krav 2-3, KARAKTERISERT VED at lede-ringens (22) utside har skovler (23) som nøytraliserer den virvel avgassen fra ringrommet har, slik at avgassen strømmer videre i det vesentlige parallelt med avgassoppsamlingsrørets (4) lengdeakse.

5. Dieselmotor ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at skovlenes (23) ytre er festet til en omgivende ring (24) som sammen med skovlene (23) og ledningen (22) utgjør en enhet.

6. Dieselmotor ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at avgassoppsamlingsrøret (4) i lederingens (22) område er lukket med et løsbart deksel (25) hvis indre flate leder gasstrømmen fra ringrommet (11) inn i lederingen (22).

7. Dieselmotor ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at en mot lederingen (22) avsmalnende ledekjegle (26) er anordnet i sentrum av dekslet (25) på dettes innside.

8. Dieselmotor ifølge foregående krav, KARAKTERISERT VED at en ringledning (30) er anordnet i ringrommet (11) for tilførsel av reduksjonsmiddel til ringrommet og omfatter flere dyser (35) som er fordelt over omkretsen.

9. Dieselmotor ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at ringledningen (30) har dobbelt vegg og at det ytre ringrom (36) i ringledningen fører reduksjonsmidlet, mens det indre rom (37) av ringledningen (30) står i forbindelse med en tilførsel-sanordning for kjølemiddel.

10. Dieselmotor ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at anordningen for tilførsel av reduksjonsmiddel er anordnet i dekslets (25) sentrum.

11. Dieselmotor ifølge krav 7, 10, KARAKTERISERT VED at en ventil (49, 50) som er anordnet i dekslets (25) ledekjegle (26), er innrettet til å styre tilførselen av reduksjonsmiddel.