SE529400C2 - Arrangement of an internal combustion engine - Google Patents
Arrangement of an internal combustion engineInfo
- Publication number
- SE529400C2 SE529400C2 SE0502738A SE0502738A SE529400C2 SE 529400 C2 SE529400 C2 SE 529400C2 SE 0502738 A SE0502738 A SE 0502738A SE 0502738 A SE0502738 A SE 0502738A SE 529400 C2 SE529400 C2 SE 529400C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- exhaust line
- turbine
- exhaust
- exhaust gases
- urea solution
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 19
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 36
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 35
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003570 air Substances 0.000 description 11
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 241001370313 Alepes vari Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
-
- 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
- F01N3/206—Adding periodically or continuously substances to exhaust gases for promoting purification, e.g. catalytic material in liquid form, NOx reducing agents
-
- 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
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
-
- 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
- F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
-
- 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
- F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
-
- 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
- F02B37/20—Control of the pumps by increasing exhaust energy, e.g. using combustion chamber by after-burning
-
- 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
- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
- F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
-
- 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
-
- 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
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
529 400 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett arrangemang hos en fór- bränningsmotor, vilket möjliggör ett effektivare upptagande av avgasernas energiinne- håll medelst en turbin än med konventionell teknik. 529 400 SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide an arrangement of an internal combustion engine, which enables a more efficient uptake of the energy content of the exhaust gases by means of a turbine than by conventional technology.
Detta syfte uppnås med arrangemang av det inledningsvis nämnda slaget, vilket ut- märks av de särdrag som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Enligt förelig- gande uppfinning sprutas således ett vätskeformigt medium in i avgasledningen i en position uppströms turbinen. Företrädesvis sprutas mediet in iv ett finfördelat tillstånd så att det snabbt värms upp och íörångas av de heta avgaserna i avgasledningen. För- ångningen innebär att det tillförda vätskeformiga mediet övergår i gasforrn. Efiersom ett ärrme i gasform upptar en betydligt större volym än i vätskefonn resulterar iörång- ningsprocessen i att en markant tryckökning uppkommer i avgasledningen uppströms turbinen. Då trycket i en avgasledning nedströms turbinen har ett väsentligen konstant värde resulterar en tryckökning i avgasledningen uppströms turbinen i att ett större tryckfall kan utnyttjas för att driva turbinen i avgasledningen. Avgasemas energiinne- håll är relaterat till avgasemas tryck och temperatur. Med en turbin är det väsentligen endast möjligt att utnyttja energiinnehållet i avgasernas tryck. Arrangemanget möjlig- gör således att ett vätskefonnigt medium tillförs och förångas av de varma avgasema uppströms turbinen. Avgasernas höga temperatur utnyttjas här för att höja trycket i avgasledningen. Därmed kan turbinen även uppta en del av avgasemas temperaturre- laterade energiinnehåll, vilket således möjliggör ett effektivare upptagande av avgaser nas energiinnehåll än med konventionell teknik.This object is achieved with arrangements of the kind mentioned in the introduction, which is characterized by the features stated in the characterizing part of claim 1. According to the present invention, a liquid medium is thus injected into the exhaust line in a position upstream of the turbine. Preferably, the medium is injected into a distributed state so that it is rapidly heated and evaporated by the hot exhaust gases in the exhaust line. The evaporation means that the supplied liquid medium is transferred to the gas form. Because a sleeve in gaseous form occupies a significantly larger volume than in liquid form, the evaporation process results in a marked increase in pressure in the exhaust line upstream of the turbine. When the pressure in an exhaust line downstream of the turbine has a substantially constant value, an increase in pressure in the exhaust line upstream of the turbine results in a larger pressure drop being used to drive the turbine in the exhaust line. The energy content of the exhaust gases is related to the pressure and temperature of the exhaust gases. With a turbine, it is essentially only possible to utilize the energy content of the exhaust gas pressure. The arrangement thus enables a liquid-like medium to be supplied and evaporated by the hot exhaust gases upstream of the turbine. The high temperature of the exhaust gases is used here to increase the pressure in the exhaust line. Thus, the turbine can also absorb a part of the temperature-related energy content of the exhaust gases, which thus enables a more efficient absorption of the energy content of the exhaust gases than with conventional technology.
Enligt en töredragen utfóringsforrn av föreliggande uppfinning är insprutningsorganet monterat i en position i avgasledningen så att det sprutar in det vätskeforrniga mediet en sträcka uppströms turbinen med avseende på avgasemas strömningsriktning i av- gasledningen, varvid nämnda sträcka är så anpassad att väsentligen allt tillfört vätske- forrnigt medium ska hinna värmas och törångas av avgaserna innan det når turbinen.According to a preferred embodiment of the present invention, the injector is mounted in a position in the exhaust line so as to inject the liquid medium some distance upstream of the turbine with respect to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust line, said distance being so adapted that substantially all liquid is supplied. medium must have time to be heated and evaporated by the exhaust gases before it reaches the turbine.
Därmed möjliggörs en optimal tryckökning medelst det tillförda vätskeforrniga mediet i avgasledningen uppströms turbinen. Med fördel innefattar arrangemanget en styren- het som är anpassad att styra insprutningsmängden av det vätskeformiga mediet i av- gasledningen. Därmed kan mediet tillföras i en mängd som är så anpassad att allt till- l5 ~ 529 400 satt medium hinner förångas innan det når turbinen under väsentligen alla förbrän- ningsmotorns driftstillstånd.This enables an optimal pressure increase by means of the supplied liquid medium in the exhaust line upstream of the turbine. Advantageously, the arrangement comprises a control unit which is adapted to control the amount of injection of the liquid medium in the exhaust line. Thus, the medium can be supplied in an amount which is so adapted that all the medium added has time to evaporate before it reaches the turbine during essentially all the combustion engine operating conditions.
Enligt en annan föredragen utföringsform innefattar arrangemanget en trycksensor som mäter avgasemas tryck i avgasledningen uppströms turbinen, varvid styrenhet är an- passad att mottaga information från nämnda trycksensor för att styra insprutnings- mängden av det vätskeformiga mediet i avgasledningen. Avgasema som lärrmar för- bränningsmotorn har ett tryck som bl.a. varierar med förbränningsmotoms belastning och varvtal. Det rådande trycket i avgasledningen uppströms turbinen är en väsentlig parameter för att kunna uppskatta den mängden vätskeformigt medium som kan tillfö- ras i avgasledningen. Företrädesvis innefattar arrangemanget även en temperatursen- sor som mäter avgasemas temperatur i avgasledningen uppströms turbinen, varvid styrenheten är anpassad att mottaga information från nämnda temperatursensor för att styra insprutningsmängden av det vätskefonni ga mediet i avgasledningen. Avgasema som länmar förbrärmingsmotom har en temperatur som även varierar med förbrän- ningsmotoms belastning och varvtal. Avgasemas temperatur i avgasledningen upp- ströms turbinen är även en väsentlig parameter för att kunna uppskatta den mängd vätskeformigt medium som kan tillföras i avgasledningen. Arrangemanget kan inne- fatta en pumpanordning medelst vilken styrenheten styr insprutningsmängden av det vätskeformi ga mediet. Pumpanordningen kan transportera mediet i en ledning från en lagringsbehållare för mediet till ett spraymunstycke i avgasledningen med vilket en önskad mängd av mediet sprayas in i avgasledningen.According to another preferred embodiment, the arrangement comprises a pressure sensor which measures the pressure of the exhaust gases in the exhaust line upstream of the turbine, wherein control unit is adapted to receive information from said pressure sensor to control the injection amount of the liquid medium in the exhaust line. The exhaust gases that shield the internal combustion engine have a pressure that i.a. varies with the load and speed of the internal combustion engine. The prevailing pressure in the exhaust line upstream of the turbine is an essential parameter to be able to estimate the amount of liquid medium that can be supplied in the exhaust line. Preferably, the arrangement also comprises a temperature sensor which measures the temperature of the exhaust gases in the exhaust line upstream of the turbine, the control unit being adapted to receive information from said temperature sensor in order to control the injection amount of the liquid medium in the exhaust line. The exhaust gases that feed the internal combustion engine have a temperature that also varies with the load and speed of the internal combustion engine. The temperature of the exhaust gases in the exhaust line upstream of the turbine is also an important parameter for being able to estimate the amount of liquid medium that can be supplied in the exhaust line. The arrangement may comprise a pump device by means of which the control unit controls the injection amount of the liquid medium. The pump device can transport the medium in a line from a storage container for the medium to a spray nozzle in the exhaust line with which a desired amount of the medium is sprayed into the exhaust line.
Enligt en annan föredragen utföringsform innefattar arrangemanget en kompressor som är driven av turbinen. Avgasemas energi omvandlas här av turbinen till mekaniskt arbete för drift av kompressom. Turbinen och kompressorn kan här utgöras av ett kon- i ventionellt turboaggregat. Kompressorn är anpassad att komprimera luft i en inlopps- ledning som leder luft till åtminstone ett förbrärmingsutrymme hos förbrärmingsmo- tom. Eftersom turbinen tillhandahåller en ökad prestanda av det extra trycket i avgas- ledningen uppströms turbinen tillhandahåller kompressom en motsvarande extra kapa- citet för att komprimera luften i inloppsledningen. Därmed tillhandahåller luften som leds till fórbränningsmotorn ett extra övertryck så att luft och bränsle i en större mängd kan tillföras till förbränningsmotonis förbrärmingsutrymmen. I och med det tillhanda- håller förbrärmingsmotom en ökad effekt. . 529 400 Enligt en annan föredragen utföringsfonn är det vätskefonniga mediet ett reduktions- medel som sprutas in i och blandas med avgaserna i en katalysator för att elirninera oönskade ämnen. Katalysatorn är med fördel belägen i avgasledningen i en position nedströms turbinen. För att reducera förekomsten av oönskade ämnen i avgaserna, så- som kväveoxider, är det känt att blanda in reduktionsmedel i avgasledningar hos for- don. Vätskefonniga sådana reduktionsmedel som är avsedda att förångas av de heta avgaserna kan även utnyttjas för att höja trycket i avgasledningen uppströms turbinen.According to another preferred embodiment, the arrangement comprises a compressor driven by the turbine. The energy of the exhaust gases is converted here by the turbine into mechanical work for operation of the compressor. The turbine and compressor can here consist of a conventional turbocharger. The compressor is adapted to compress air in an inlet line which leads air to at least one combustion space of the combustion engine. Since the turbine provides an increased performance of the extra pressure in the exhaust line upstream of the turbine, the compressor provides a corresponding extra capacity to compress the air in the inlet line. Thus, the air led to the combustion engine provides an extra overpressure so that air and fuel in a larger amount can be supplied to the combustion spaces of the combustion motion. As a result, the combustion engine provides an increased power. . According to another preferred embodiment, the liquid medium is a reducing agent which is injected into and mixed with the exhaust gases in a catalyst to eliminate unwanted substances. The catalyst is advantageously located in the exhaust line in a position downstream of the turbine. In order to reduce the presence of undesirable substances in the exhaust gases, such as nitrogen oxides, it is known to mix reducing agents in the exhaust lines of vehicles. Liquid reducing agents which are intended to be vaporized by the hot exhaust gases can also be used to increase the pressure in the exhaust line upstream of the turbine.
Reduktionsmedlet blandas således i detta fall in i avgasledningen före turbinen istället för efter turbinen vilket annars är brukligt. En ytterligare fördel med att tillsätta reduk- tionsmedlet uppströms turbinen är att den roterande turbinen kan utnyttjas för att blan- da reduktionsmedel och avgaser. Därmed tillhandahålls en väsentligen homogen blandning av reduktionsmedel och avgaserna på ett effektivt sätt utan extra kompo- nenter. Katalysatom kan därmed placeras väsentligen direkt efter turbinen. Avgasled- ningens längd kan därmed även reduceras. Det vätskeforrniga mediet är med fördel en urealösning. Urealösningar används konventionellt i fordon för att sänka utsläppen av kväveoxider. Urealösningar kan med fördel även utnyttjas för att höja trycket i avgas- ledningen uppströms turbinen. En urealösning förvaras vanligtvis i en tank i fordon och tillsätts medelst en insprutningssystem som styrs av en elektrisk styrenhet. Hos fordon som är utrustade med SCR (Selective Catalytic Reduction) finns således redan väsentligen all erforderlig utrustning för att tillföra ett vätskeforrnigt medium till en avgasledning. Att tillföra det vätskeforrniga mediet uppströms istället för nedströms turbinen i avgasledningen kan därmed i de flesta fall göras till en relativt ringa kost- nad.The reducing agent is thus mixed in this case into the exhaust line before the turbine instead of after the turbine, which is otherwise usual. An additional advantage of adding the reducing agent upstream of the turbine is that the rotating turbine can be used to mix reducing agents and exhaust gases. Thus, a substantially homogeneous mixture of reducing agent and the exhaust gases is provided in an efficient manner without additional components. The catalyst can thus be placed substantially directly after the turbine. The length of the exhaust line can thus also be reduced. The liquid medium is advantageously a urea solution. Urea solutions are conventionally used in vehicles to reduce emissions of nitrogen oxides. Urea solutions can also be used to advantage to increase the pressure in the exhaust line upstream of the turbine. A urea solution is usually stored in a tank in vehicles and is added by means of an injection system controlled by an electric control unit. In vehicles equipped with SCR (Selective Catalytic Reduction), there is thus already essentially all the equipment required to supply a liquid medium to an exhaust line. Supplying the liquid medium upstream instead of downstream of the turbine in the exhaust line can thus in most cases be done at a relatively low cost.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följ ande beskrivs såsom ett exempel en föredragen utföringsform avuppfinningen med hänvisning till bifogade ritning, på vilken: Fig. 1 visar en dieselmotor som försetts med ett arrangemang enligt föreliggande uppfinning. 529 400 DETALJERAD BESKRIVNING Av EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en fiirbränningsmotor i form av en dieselmotor 1. Dieselrnotorn 1 kan vara avsedd som drivmotor fiör ett tyngre fordon. Avgaserna från dieselrnotoms 1 cylindrar leds, via en avgassamlare 2, till en avgasledning 3. Avgasledningen 3 är försedd med ett turboaggregat som består av en turbin 4 och en kompressor 5. Turbinen 4 är avsedd att omvandla avgasemas energi i avgasledningen 3 till mekaniskt arbete för att driva kompressom 5. Kompressorn 5 är avsedd att komprimera luft som leds in i en in- loppsledning 6 till dieselmotom l. En laddluftkylare 7 är anordnad i inloppsledningen 6 för att kyla den komprimerade luften innan den, via en förgrening 8, till dieselmo- toms 1 respektive förbränningsutrymmen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, a preferred embodiment of the invention is described as an example with reference to the accompanying drawing, in which: Fig. 1 shows a diesel engine provided with an arrangement according to the present invention. 529 400 DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION Fig. 1 shows an internal combustion engine in the form of a diesel engine 1. The diesel engine 1 may be intended as a drive engine for a heavier vehicle. The exhaust gases from the cylinders of the diesel engine 1 are led, via an exhaust collector 2, to an exhaust line 3. The exhaust line 3 is equipped with a turbocharger consisting of a turbine 4 and a compressor 5. The turbine 4 is intended to convert the energy of the exhaust gas in the exhaust line 3 into mechanical work for to drive the compressor 5. The compressor 5 is intended to compress air which is led into an inlet line 6 to the diesel engine 1. A charge air cooler 7 is arranged in the inlet line 6 to cool the compressed air before it, via a branch 8, to the diesel engine. toms 1 and combustion chambers respectively.
Avgasledningen 3 har här försetts med en katalytisk avgasrening enligt den metod som benämns SCR (Selective Catalytic Reduction). Denna metod innebär att en urealös- ning tillförs till avgaserna i dieselmotorns avgasledning 3. Urealösningen lagras i en tank 9 ocl_ leds, via en ledning 10, till avgasledningen 3. En styrenhet 12, som kan vara en datorenhet med en lämplig programvara 12a, styr tillförseln av urealösningen me- delst aktivering av en pump 11. Pumpen ll transporterar urealösning till en insprut- ningsorgan 13 som sprutar in urealösning i avgasledningen 3. Styrenheten 12 kan med information avseende specifika motorparametrar beräkna den mängd av urealösningen som behöver tillsättas för att halten av kväveoxider i avgaserna ska reduceras optimalt.The exhaust line 3 has here been provided with a catalytic exhaust purification according to the method called SCR (Selective Catalytic Reduction). This method means that a urea solution is supplied to the exhaust gases in the exhaust line 3 of the diesel engine. The urea solution is stored in a tank 9 and is led, via a line 10, to the exhaust line 3. A control unit 12, which may be a computer unit with suitable software 12a, controls the supply of the urea solution by activating a pump 11. The pump IIl transports the urea solution to an injection means 13 which injects urea solution into the exhaust line 3. The control unit 12 can calculate with information regarding specific engine parameters the amount of urea solution that needs to be added to Nitrogen oxides in the exhaust gases must be reduced optimally.
Den tilltörda urealösningen är avsedd att upphettas av avgasema i avgasledningen 3 så att den förångas och omvandlas till ammoniak. Blandningen av ammoniak och avga- sema leds därefter vidare i avgasledningen 3 till en katalysator 14. I katalysatom 14 sker kemiska reaktioner. Kvävet hos kväveoxidema i avgasema reagerar här med kvä- vet i arnmoniaken så att kvävgas bildas. Syret hos kväveoxidema reagerar med vätet i ammoniaken så att vatten bildas. Kväveoxidema i avgasema reduceras således i kata- lysatom 14 till kvävgas och vattenånga, vilket leds ut till omgivande luft.The dried urea solution is intended to be heated by the exhaust gases in the exhaust line 3 so that it evaporates and is converted into ammonia. The mixture of ammonia and the exhaust gases is then passed on in the exhaust line 3 to a catalyst 14. Chemical reactions take place in the catalyst 14. The nitrogen of the nitrogen oxides in the exhaust gases reacts here with the nitrogen in the ammonia so that nitrogen gas is formed. The oxygen of the nitrogen oxides reacts with the hydrogen in the ammonia to form water. The nitrogen oxides in the exhaust gases are thus reduced in the catalyst 14 to nitrogen gas and water vapor, which is discharged to ambient air.
Insprutriingsorganet 13 är monterat i en position 3a i avgasledningen 3 så att det sprutar in urealösningen uppströms turbinen 4 med avseende på avgasemas ström- ningsriktning i avgasledningen 3. Insprutningsorganet 13 sprutar in det vätskeformiga mediet en sträcka L uppströms turbinen 4. Sträckan L är så anpassad att väsentligen allt tillförd urealösning ska hinna värmas och förångas av avgasema innan de når tur- binen 4. En trycksensor 15 är anordnad i avgasledningen 3 för att mäta avgasemas 529 400 tryck uppströms turbinen 4. Trycksensorn 15 är avsedd att skicka signaler till styrenhet 12 avseende avgasemas tryck i avgasledningen 3 uppströms turbinen 4. En temperatur- sensor 16 är anordnad i avgasledningen 3 för att mäta avgasemas temperatur upp- ströms turbinen 4. Temperatursensom 15 är avsedd att skicka signaler till styrenhet 12 avseende avgasemas temperatur i avgasledningen 3 uppströms turbinen 4.The injection means 13 is mounted in a position 3a in the exhaust line 3 so that it injects the urea solution upstream of the turbine 4 with respect to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust line 3. The injection means 13 injects the liquid medium a distance L upstream of the turbine 4. The distance L is so adapted that substantially all urea solution supplied must have time to be heated and evaporated by the exhaust gases before they reach the turbine 4. A pressure sensor 15 is arranged in the exhaust line 3 to measure the exhaust gases 529,400 upstream of the turbine 4. The pressure sensor 15 is intended to send signals to control unit 12 the pressure of the exhaust gases in the exhaust line 3 upstream of the turbine 4. A temperature sensor 16 is arranged in the exhaust line 3 to measure the temperature of the exhaust gases upstream of the turbine 4. The temperature sensor 15 is intended to send signals to control unit 12 regarding the exhaust gas temperature in the exhaust line 3 upstream of the turbine 4.
Under drift av dieselmotom 1 mottar styrenheten 12 väsentligen kontinuerligt infor- mation avseende, exempelvis, aktuell bränsleförbrukning, avgasemas tryck från tryck- sensorn 15 och avgasemas temperatur från temperatursensorn 16. Med, exempelvis, sådan information kan styrenheten 12 beräkna den mängd av urealösningen som behö- ver tillsättas för att halten av kväveoxider i avgaserna ska reduceras väsentligen opti- malt. Styrenheten 12 kan därvid även uppskatta den maximala mängd av urealösningen som kan tillföras för att väsentligen all urealösning ska hinna värmas och förångas av avgaserna under sträckan L innan turbinen 4. Styrenheten 12 kan även uppskatta den maximala mängd urealösning som kan tillföras utan att avgaserna får en så låg tempe- ratur i avgasledningen 3 efter turbinen 4 att ämnen i avgaserna riskerar att kondensera.During operation of the diesel engine 1, the control unit 12 receives substantially continuous information regarding, for example, current fuel consumption, the exhaust gas pressure from the pressure sensor 15 and the exhaust gas temperature from the temperature sensor 16. With, for example, such information, the control unit 12 can calculate the amount of urea solution needed. - ver is added so that the content of nitrogen oxides in the exhaust gases is significantly reduced optimally. The control unit 12 can also estimate the maximum amount of urea solution that can be supplied so that substantially all urea solution has time to be heated and evaporated by the exhaust gases during section L before the turbine 4. The control unit 12 can also estimate the maximum amount of urea solution that can be supplied without such a low temperature in the exhaust line 3 after the turbine 4 that substances in the exhaust gases risk condensing.
I första hand är styrenheten 12 dock anpassad att styra insprutningsmängden av urea- lösningen så att halten av kväveoxider i avgasema reduceras väsentligen optimalt. Un- der vissa driftsförhållanden kan styrenheten 12 dock begränsa den beräknade mängden urealösning om den överskrider något av de ovan nämnda maximala mängderna.In the first instance, however, the control unit 12 is adapted to control the amount of injection of the urea solution so that the content of nitrogen oxides in the exhaust gases is substantially optimally reduced. Under certain operating conditions, however, the control unit 12 may limit the calculated amount of urea solution if it exceeds any of the above-mentioned maximum amounts.
Styrenheten 12 tillför den beräknade mängden urealösning medelst pumpen 11 som transporterar urealösningen från tanken 9, via ledningen 10, till insprutningsorganet 13. Insprutningsorganet 13 sprutar in den beräknade mängden urealösning i fintörde- lad form i en position 3a i avgasledningen en sträcka L uppströms turbinen 4. Den finfördelade urealösningen värms snabbt upp och förångas av de heta avgasema i av- gasledningen 3. Förångningen innebär att urealösning övergår i gasforrn i form av bl.a. ammoniak. Eftersom ämnen i gasform upptar en betydligt större volym än i vätske- form resulterar förångningsprocessen i att en markant tryckökning uppkommer i av- gasledningen 3 uppströms turbinen. Då trycket i en avgasledning 3 nedströms turbinen 4 har ett väsentligen konstant värde resulterar tryckökningen i avgasledningen 3 upp- ströms turbinen 4 i att ett större tryckfall kan utnyttjas för att driva turbinen 4.The control unit 12 supplies the calculated amount of urea solution by means of the pump 11 which transports the urea solution from the tank 9, via the line 10, to the injection means 13. The injection means 13 injects the calculated amount of urea solution in disturbed form in a position 3a in the exhaust line a distance L upstream of the turbine The distributed urea solution is rapidly heated and evaporated by the hot exhaust gases in the exhaust line 3. The evaporation means that the urea solution is transferred to the gas form in the form of e.g. ammonia. Since substances in gaseous form occupy a much larger volume than in liquid form, the evaporation process results in a marked increase in pressure in the exhaust line 3 upstream of the turbine. When the pressure in an exhaust line 3 downstream of the turbine 4 has a substantially constant value, the increase in pressure in the exhaust line 3 upstream of the turbine 4 results in a larger pressure drop being used to drive the turbine 4.
Avgasemas energi omvandlas av turbinen 4 till mekaniskt arbete som driver kompres- som 5. Eftersom turbinen 4 tillhandahåller en ökad prestanda av det extra trycket i av- gasledningen 3 tillhandahåller kompressom 5 en motsvarande extra kapacitet för att 529 400 7 komprimera luften i inloppsledningen 6. Därmed tillhandahåller luften som leds till forbränningsmotom 1 ett extra övertryck så att luft och bränsle kan tillföras i en större mängd till förbränningsmotorn 1 som därmed tillhandahåller en ökad effekt.The energy of the exhaust gases is converted by the turbine 4 into mechanical work that drives the compressor 5. Since the turbine 4 provides an increased performance of the extra pressure in the exhaust line 3, the compressor 5 provides a corresponding extra capacity to compress the air in the inlet line 6. Thus, the air which is led to the internal combustion engine 1 provides an extra overpressure so that air and fuel can be supplied in a larger amount to the internal combustion engine 1 which thereby provides an increased power.
Den roterande turbinen 4 avger en väsentligen homogen blandning av ammoniak och avgaserna. Katalysatorn 14 kan därmed placeras relativt nära turbinen 4 i avgasled- ningen 3. Blandningen av ammoniak och avgasema leds därefter genom katalysatom 14 där kvävet hos kväveoxidema i avgasema reagerar med kvävet i arnmoniaken så att kvävgas bildas. Syret hos kväveoxiderna reagerar med vätet i ammoniaken så att vat- ten bildas. Kväveoxidema i avgasema reduceras därmed i katalysatom till kvävgas och vattenånga. Med en korrekt dosering av urea kan dieselmotoms 1 utsläpp av kväveoxi- der i en stor utsträckning reduceras.The rotating turbine 4 emits a substantially homogeneous mixture of ammonia and the exhaust gases. The catalyst 14 can thus be placed relatively close to the turbine 4 in the exhaust line 3. The mixture of ammonia and the exhaust gases is then passed through the catalyst 14 where the nitrogen of the nitrogen oxides in the exhaust gases reacts with the nitrogen in the ammonia to form nitrogen gas. The oxygen of the nitrogen oxides reacts with the hydrogen in the ammonia to form water. The nitrogen oxides in the exhaust gases are thus reduced in the catalyst to nitrogen gas and water vapor. With the correct dosage of urea, the diesel engine's 1 emissions of nitrogen oxides can be greatly reduced.
Uppfinningen är inte begränsad till den ovan beskrivna utfóringsformen utan den kan varieras fritt inom patentkravens ramar. I det ovan beskrivna exemplet utnyttjas en urealösning för att tillhandahålla ett extra tryck i avgasledningen 3 uppströms turbinen 4. Den tillsatta mängden urealösning är här styrd så att kväveoxiderna i avgasema re- duceras optimalt. Dock tillhandahålls här ett extra tryck i avgasledningen 3 av en stor- lek som är relaterad till den tillsatta mängden urealösning. Det vätskeforrniga mediet behöver dock inte vara en urealösning utan det kan vara ett väsentligen godtyckligt vätskeforrni gt medium som har en lämplig förångningstemperatur. Används ett sådant vätskeformi gt medium enbart i syfte att öka trycket i avgasledningen 3 uppströms tur- binen 4 kan styrenheten 12 relativt fritt styra den mängden vätskeformigt medium som tillförs avgasledningen 3. Styrenheten 12 bör dock maximalt tillföra en mängd av det vätskeforrniga mediet så att väsentligen allt medium hinner värmas och förångas av avgasema under sträckan L innan turbinen 4. Styrenheten 12 bör även maximalt tillfö- ra en mängd av det vätskeformiga mediet så att avgasema efter turbinen 4 inte får en så låg temperatur att ärnnen i avgaserna riskerar att kondensera i avgasledningen 3.The invention is not limited to the embodiment described above, but it can be varied freely within the scope of the claims. In the example described above, a urea solution is used to provide an extra pressure in the exhaust line 3 upstream of the turbine 4. The added amount of urea solution is controlled here so that the nitrogen oxides in the exhaust gases are optimally reduced. However, an extra pressure is provided here in the exhaust line 3 of a size that is related to the added amount of urea solution. However, the liquid medium need not be a urea solution but may be a substantially arbitrary liquid medium having a suitable evaporation temperature. If such a liquid medium is used only for the purpose of increasing the pressure in the exhaust line 3 upstream of the turbine 4, the control unit 12 can relatively freely control the amount of liquid medium supplied to the exhaust line 3. However, the control unit 12 should supply a maximum amount of the liquid medium. all medium has time to be heated and evaporated by the exhaust gases during section L before the turbine 4. The control unit 12 should also supply a maximum amount of the liquid medium so that the exhaust gases after the turbine 4 do not reach such a low temperature that the exhaust gases condense in the exhaust line. 3.
Claims (6)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0502738A SE529400C2 (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Arrangement of an internal combustion engine |
| PCT/SE2006/050525 WO2007069994A1 (en) | 2005-12-13 | 2006-11-30 | Arrangement for a combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE0502738A SE529400C2 (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Arrangement of an internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE0502738L SE0502738L (en) | 2007-06-14 |
| SE529400C2 true SE529400C2 (en) | 2007-07-31 |
Family
ID=38163202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE0502738A SE529400C2 (en) | 2005-12-13 | 2005-12-13 | Arrangement of an internal combustion engine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE529400C2 (en) |
| WO (1) | WO2007069994A1 (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7040094B2 (en) * | 2002-09-20 | 2006-05-09 | The Regents Of The University Of California | Staged combustion with piston engine and turbine engine supercharger |
| EP3473825A1 (en) | 2008-06-27 | 2019-04-24 | Umicore Ag & Co. Kg | Method and device for cleaning diesel exhaust gases |
| US8347611B2 (en) | 2009-12-23 | 2013-01-08 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and systems for emission system control |
| EP2415988A1 (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-08 | Caterpillar Motoren GmbH & Co. KG | Two-stage turbocharged engine |
| SE535773C2 (en) * | 2010-08-13 | 2012-12-11 | Scania Cv Ab | Arrangement for injecting a reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine |
| FI20105895A (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-01 | Waertsilae Finland Oy | Exhaust system and method for selective catalytic reduction |
| GB2497775A (en) * | 2011-12-21 | 2013-06-26 | Nissan Motor Mfg Uk Ltd | Reducing turbo lag in a compression ignition engine by combusting a secondary fuel in the exhaust system upstream of the turbine |
| DE102013005192B4 (en) | 2013-03-20 | 2015-06-18 | Audi Ag | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and method for operating an exhaust system |
| CN104912602A (en) * | 2015-05-25 | 2015-09-16 | 哈尔滨工程大学 | Supercharger turbine with water spraying device |
| CN108590840B (en) * | 2018-04-19 | 2020-05-08 | 浙江吉利控股集团有限公司 | Turbocharger cooling system of automobile engine |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3126678A1 (en) * | 1981-07-07 | 1983-01-27 | M.A.N. Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG, 8900 Augsburg | Supercharged internal combustion engine subjected to strong load fluctuations and method for its operation |
| DE3526631A1 (en) * | 1985-07-25 | 1987-02-05 | Audi Ag | Internal combustion engine with exhaust turbocharger |
| US5653101A (en) * | 1995-06-19 | 1997-08-05 | Caterpillar Inc. | Method for treating an exhaust gas stream for the removal on NOx |
| US5968464A (en) * | 1997-05-12 | 1999-10-19 | Clean Diesel Technologies, Inc. | Urea pyrolysis chamber and process for reducing lean-burn engine NOx emissions by selective catalytic reduction |
-
2005
- 2005-12-13 SE SE0502738A patent/SE529400C2/en unknown
-
2006
- 2006-11-30 WO PCT/SE2006/050525 patent/WO2007069994A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SE0502738L (en) | 2007-06-14 |
| WO2007069994A1 (en) | 2007-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE529400C2 (en) | Arrangement of an internal combustion engine | |
| US8904788B2 (en) | Arrangement for injecting a reductant into an exhaust line of an internal combustion engine | |
| US8112986B2 (en) | Managing reductant slip in an internal combustion engine | |
| US9261053B2 (en) | Self-igniting internal combustion engine with ether fumigation of the combustion air for vehicles and a method for ether fumigation of the combustion air in a self-igniting internal combustion engine for vehicles | |
| KR101671271B1 (en) | A large turbocharged two-stroke diesel engine with exhaust gas purification | |
| SE528119C2 (en) | Arrangement for supplying a medium to an exhaust line of an internal combustion engine | |
| US8371278B2 (en) | High flow EGR system | |
| US20120036825A1 (en) | Engine | |
| US20050129599A1 (en) | Ammonia storage and injection in NOx control | |
| CN103256127A (en) | Method for operating a self-igniting combustion engine | |
| US10450923B2 (en) | Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine and control method for exhaust gas control apparatus | |
| US20090320774A1 (en) | Operating method for an internal combustion engine which can be selectively operated by means of a liquid fuel and a gaseous fuel, and fuel supply system | |
| FI114112B (en) | Method for Purifying Exhaust Gas from Internal Combustion Engine and Applying Damp Air to Internal Combustion Engine | |
| SE530582C2 (en) | Arrangement and method of a supercharged internal combustion engine | |
| WO2006092887A9 (en) | Fuel injection unit of diesel engine | |
| FI116157B (en) | Method for reducing nitrogen oxide (NOx) emissions from a supercharged piston engine and piston engine arrangement | |
| CN103362606B (en) | Exhaust aftertreatment and exhaust gas recycling system | |
| EP3135878A1 (en) | Treatment of emissions in power plants | |
| US20080196407A1 (en) | Method and an Arrangement in Connection with a Turbocharged Piston Engine | |
| CN103732873A (en) | Exhaust purification device of internal combustion engine | |
| KR20190042728A (en) | A multiple bank exhaust system including a reducing agent supply system disposed upstream of the turbine | |
| SE1350391A1 (en) | Arrangements for the recovery of heat energy from exhaust gases from a combustion engine | |
| US8980208B2 (en) | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment | |
| CN103998733B (en) | Gas extraction system and selective catalytic reduction method | |
| CN103807040B (en) | NOx emission limiting method |