[go: up one dir, main page]

FI104108B - Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines - Google Patents

Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines Download PDF

Info

Publication number
FI104108B
FI104108B FI923399A FI923399A FI104108B FI 104108 B FI104108 B FI 104108B FI 923399 A FI923399 A FI 923399A FI 923399 A FI923399 A FI 923399A FI 104108 B FI104108 B FI 104108B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
injection
reducing agent
nozzle
internal combustion
engine
Prior art date
Application number
FI923399A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI923399A (en
FI923399A0 (en
Inventor
Ludwig Maier
Wolfram Lausch
Original Assignee
Man B & W Diesel Ag
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6438187&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=FI104108(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Man B & W Diesel Ag filed Critical Man B & W Diesel Ag
Publication of FI923399A0 publication Critical patent/FI923399A0/en
Publication of FI923399A publication Critical patent/FI923399A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI104108B publication Critical patent/FI104108B/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04Methods 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 other than water or steam only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04Injectors peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

104108104108

Menetelmä ja laite polttomoottorien typpioksidipäästöjen vähentämiseksiMethod and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä sekä patenttivaatimuksen 5 johdannon mukainen laite tämän me-5 netelmän toteuttamiseksi.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a device according to the preamble of claim 5 for carrying out this method.

Tätä tyyppiä olevassa tunnetussa menetelmässä reagoivat pakokaasun sisältämät typpioksidit ja moottorin jälkeen kytketyssä katalysaattorissa oleva pelkistin, johon katalysaattoriin pelkistin ja pakokaasut johdetaan. Tässä tunnetussa menetelmässä (SCR = Selective Catalytic Reduction) tarvittava katalysaat-10 tori vaatii paitsi suuret valmiuskustannukset, myös ison tilan, sillä ylistoikiometri-sesti käytettävien polttomoottorien SCR-katalysaattorit ovat olennaisesti suurempia kuin esim. Otto-moottoreissa käytettävät kolmitiekatalysaattorit. Lisäksi tulee kasvaneet huoltokustannukset. Tässä tapauksessa on lähtöperusteena se, että erityisesti dieselmoottorien pakokaasun sisältämät hiukkaset likaavat katalysaat-15 torin. Siitä seuraa tehon rajoittuminen, mikäli ei pidetä lyhyitä puhdistusvälejä.In a known process of this type, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas and a reducing agent in the catalyst coupled downstream of the engine to which the reducing agent and the exhaust gases are fed. The catalyst required in this known process (SCR = Selective Catalytic Reduction) requires not only high stand-by costs but also large space, since SCR catalysts for superhigh stoichiometric combustion engines are substantially larger than, for example, three-way catalysts for Otto engines. In addition, there will be increased maintenance costs. In this case, the starting point is that particulates contained in the exhaust gas of diesel engines in particular contaminate the catalyst. This results in a power limitation if short cleaning intervals are not maintained.

Siitä huolimatta on SCR-katalysaattorien käyttöikä sangen rajoitettu. Lisäksi vaatii SCR-katalysaattori suhteellisen korkean lämpötilan 280 - 350 °C, jotta saavutettaisiin riittävän suuret typpioksidin muuttumisasteet. Mutta tällöin syntyy kaikissa moottorin käynnistyksissä suhteellisen pitkät käyttöajat, jolloin typpioksidin vähe-20 nemistä ei tapahdu tai se on rajoitettua, mikäli moottorissa ei ole lisänä olevaa moottorinlämmitintä, mutta joka taas synnyttää korkean lisäenergiatarpeen. Toinen haittapuoli on siinä, että katalysaattorista ja pelkistimen annostelusta muodostuva systeemi reagoi varsin hitaasti kuormituksen muutoksissa, siis typpioksidi- ja pakokaasumassavirran muutoksiin, mikä tällaisten muutosten tapauksessa -· - 25 johtaa joko ajoittain kasvaviin typpioksidin jäämäemissioihin tai pakokaasun si sältämään kohonneeseen pelkistinainesisältöön. Haittapuolena on lisäksi se, että katalysaattori aikaansaa huomattavan virtausvastuksen kasvun, joka voi vaikuttaa moottorin jälkeen kytketyn pakokaasuahtimen toimintaan. Tämä pätee erityisesti kaksitahtimoottorien kohdalla, jossa katalysaattorin on oltava tarvittavan korkean 30 lämpötilan johdosta sijoitettuna ennen pakokaasuahdinta. Jotta tällöin pakokaa-: suahtimen vakaa käyttö olisi mahdollista, on usein tarpeellista varustaa moottori apupuhaltimella, joka tasaa ilman läpimenon vaihteluita. Mutta tällaiseen apupu-haltimeen liittyy myöskin suuret valmius- ja käyttökustannukset.Nevertheless, SCR catalysts have a very limited service life. In addition, the SCR catalyst requires a relatively high temperature of 280 to 350 ° C in order to achieve sufficiently high rates of conversion of nitric oxide. But then, all engine starts produce relatively long operating times, with little or no reduction in nitric oxide if the engine does not have an additional engine heater, which again generates a high additional power requirement. Another drawback is that the system consisting of the catalyst and the reductant dosing system responds very slowly to changes in the load, i.e. changes in the nitric oxide and exhaust mass flow, which, in the case of such changes, results in either periodic increases in nitrogen oxide A further disadvantage is that the catalyst provides a significant increase in flow resistance, which can affect the operation of the exhaust gas compressor connected after the engine. This is especially true for two-stroke engines where the catalyst must be positioned before the exhaust supercharger due to the required high temperature. In this case, it is often necessary to equip the engine with an auxiliary fan, which smoothes the airflow without fluctuations in the passage, in order to enable stable operation of the exhaust compressor. But such a helicopter also has high availability and operational costs.

DE-julkaisusta 2 742 609 tosin tunnetaan se, että typpioksidin muo-35 dostumisen pienentämiseksi ruiskutetaan palotilaan lisämäärä CnHn, ensisijassa normaalin polttoaineen muodossa. Tämän ruiskutuksen pitää tapahtua silloin kun 2 104108 palotapahtuma on täydessä käynnissä. Tällöin on kyse vastaavasti polttoaineen jälkiruiskutuksesta varsinaiseen palotapahtumaan. Tämän myötä sidotaan vapaa happi, ennen kuin se reagoi typen kanssa typpioksidiksi. Tässä tunnetussa menetelmässä tapahtuu näin ollen päinvastoin lajinomaisen tekniikan tason suhteen, 5 jossa palamisessa syntyvät typpioksidit pelkistetään jälkikäteen, jolloin estetään jo alusta alkaen typpioksidien syntyminen. Tällöin on todettava se, että täten aikaansaatava vaikutus on vain sangen vähäistä, koska palamisessa syntyvä typpi happeen sitoutuneena on eduksi verrattuna jälkikäteen ruiskutettuun polttoaineeseen. Lisäksi on todettava se, että täysin käynnissä olevaan palotapahtumaan jäl-10 kikäteen ruiskutetusta polttoaineesta palaa ainakin osa, eikä ole siten käytettävissä haluttuun reaktioon. DE^julkaisusta 2 742 609 ei siten saada mitään käyttökelpoista tietoa tekniikan lajinomaisen tason haittapuolien vähentämiseksi.However, it is known from DE 2 742 609 that an additional amount of CnH is injected into the combustion chamber, primarily in the form of normal fuel, to reduce the formation of nitric oxide. This injection must occur when the 2,104,108 fire event is fully running. Accordingly, it is a question of after-injection of fuel to the actual combustion event. With this, free oxygen is bound before it reacts with nitrogen to form nitric oxide. In contrast, this known process thus takes place in contrast to the state of the art, whereby nitrogen oxides from combustion are subsequently reduced, thereby preventing the formation of nitrogen oxides from the outset. In this case, it is to be noted that the effect thus obtained is only negligible, since the nitrogen produced by combustion when bound by oxygen is an advantage over the fuel injected afterwards. In addition, it should be noted that at least a portion of the fuel injected into the fully running combustion event after combustion is burned and thus not available for the desired reaction. DE 2 742 609 thus provides no useful information for reducing the drawbacks of the prior art.

Julkaisusta JP A 63-140862 tunnetaan myös eräs tekniikan tason mukainen ratkaisu.JP A 63-140862 also discloses a prior art solution.

15 Julkaisu JP A 1-318716 esittää polttomoottorin, josta esillä oleva kek sintö lähtee liikkeelle ja josta tunnetaan jo ammoniakin ruiskuttaminen palotilaan NOx-pelkistimeksi ennen pakoventtiilin avaamista. Näin tavoitteena on saavuttaa tehokas palamisessa syntyvien typpioksidien emission pieneneminen.JP A 1-318716 discloses an internal combustion engine from which the present invention starts, and which is already known to inject ammonia into the combustion chamber as an NOx reducer before opening the exhaust valve. Thus, the aim is to achieve an effective reduction of nitrogen oxide emissions from combustion.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on parantaa lisää tätä tekniikan ta-20 son mukaista tekniikkaa yksinkertaisella ja kustannuksiltaan edullisella tavalla niin, että saavutetaan mainittu emission pieneneminen ilman että tarvitaan katalysaattoria. Tällöin pitää varmistaa, ettei pelkistin toisaalta enää pala ja että toisaalta jää riittävästi aikaa typpioksidien reagoimiseksi ja pelkistimen ruiskutuksen säätämiseksi toivotulla tavalla.It is an object of the present invention to further improve this prior art technique in a simple and inexpensive manner such that said emission reduction is achieved without the need for a catalyst. In this case, it must be ensured that the reducing agent, on the one hand, no longer burns and, on the other hand, that there is sufficient time to react with the nitrogen oxides and adjust the spraying of the reducing agent as desired.

·· 25 Tämän tavoitteen menetelmänmukainen ratkaisu ilmenee patenttivaa timuksen 1 tunnusmerkkiosasta.·· 25 A methodical solution to this object is apparent from the characterizing part of claim 1.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä varmistetaan siis, ettei ruiskutettu pelkistin ota osaa enää palamiseen, ilman että pelkistimen ruiskutusajan-kohta ei ole liian myöhäinen, niin ettei NOx:n kanssa tapahtuvaa reaktiota enää 30 voisi tapahtua (esim. kylmän palotilan johdosta), ja että pelkistimen määrä on op- timaalinen. ^Thus, the process of the invention ensures that the injected reducing agent no longer participates in combustion without the injector time of the reducing agent being too late so that no further reaction with NOx can take place (e.g. due to a cold combustion chamber) and the amount of reducing agent is optimal. ^

Keksinnön mukaisen pelkistimen palotilaan tapahtuvan ruiskuttamisen avulla, palamisen ohitettua jo huippupisteen, tapahtuu reaktio pelkistimen ja typ-! pioksidien välillä, ja kuten kokeet osoittavat, edullisesti ilman katalysaattorin 35 käyttöä. Keksinnön mukaisin toimenpitein vältetään siis täysin tekniikan lajinomaisen tason haittapuolet. Pelkistimen palotilaan tapahtuvan ruiskutuksen johdosta 3 104108 jäävät pois katalysaattorin tähän asti aiheuttamat valmistus- ja huoltokustannukset, samoinkuin katalysaattorin aiheuttama tilantarve ja katalysaattorin aikaan-saama virtausvastus. Katalysaattorin aiheuttaman virtausvastuksen poisjäämisen johdosta varmistuu myös se, että moottorin jälkeen kytketylle pakokaasuahtimelle 5 taataan kaikissa oloissa vakaa toiminta. Pelkistimen suoran ruiskutuksen johdosta palotilaan saadaan varmistetuksi myös se, että myöskin pitkien käyttöaikojen myötä säilyy yhtä korkea tehokkuus. Toinen, keksinnön mukaisten toimenpiteiden aivan erikoinen etu on nähtävä siinä, että myös moottorin käynnistyessä on täysi tehokkuus saavutettavissa, ja ilman että tarvittaisiin moottorin lämmitystä sen 10 seistessä. Lisäksi varmentavat keksinnön mukaiset toimenpiteet sen, että pelkistimen ruiskutusmäärien muutokset vaikuttavat heti, mikä mahdollistaa ruiskutus-määrien säädön riippuen kuormituksesta tai kierrosluvusta tms. seikasta.By injection of the reductant according to the invention into the combustion chamber, after the combustion has passed the peak, the reaction takes place with the reducing agent and nitrogen. and, as the experiments show, preferably without the use of catalyst 35. The measures of the invention thus completely avoid the drawbacks of the prior art. Injection of the reductant into the combustion chamber 3,104,108 eliminates the cost of manufacturing and maintaining the catalyst so far, as well as the space requirement of the catalyst and the flow resistance provided by the catalyst. The elimination of the flow resistance caused by the catalyst also ensures that the exhaust gas compressor 5 connected after the engine is guaranteed stable operation under all conditions. The direct injection of the reducing agent into the combustion chamber also ensures that the same high efficiency is maintained even with long operating times. Another particular advantage of the measures of the invention is to see that full efficiency can be achieved when the engine is started, and without the need to heat the engine while it is stationary. Furthermore, the measures according to the invention ensure that changes in the spray rates of the reducing agent are effective immediately, which enables the spray rates to be adjusted depending on the load or speed or the like.

Keksinnön mukaisen menetelmän toteuttavalle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.The device implementing the method according to the invention, in turn, is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 5.

15 Näillä toimenpiteillä aikaansaadaan vahva ja vastaavasti häiriötön jär jestelmä vähäisine tilan- ja energiantarpeineen. Ruiskutuslaitteiston rakenteessa voidaan edullisella tavalla viitata polttoaineenruiskutuslaitteistoihin. Siten varmistuu suuri tehoja pitkä käyttöikä yhdistettynä huokeaan rakenteeseen.15 These measures provide a robust and correspondingly undisturbed system with minimal space and energy requirements. In the design of the injection equipment, it is preferable to refer to the fuel injection equipment. This ensures high performance with a long service life combined with a low cost structure.

Patenttivaatimuksissa 6-8 esitetään edullisia ja tarkoituksenmukaisia 20 suoritusmuotoja. Niinpä paineenkehittämislaitteisto voi olla tarkoituksenmukaisesti rakennettu ruiskutuspumpuksi, jolla aikaansaadaan erityisen yksinkertainen ja huokea rakenne sekä taataan erityisen hyvä kestävyys.Preferred and convenient embodiments are set forth in claims 6-8. Thus, the pressure-generating apparatus may be suitably constructed as an injection pump, which provides a particularly simple and inexpensive design and guarantees particularly good durability.

Toisessa edullisessa toteutuksessa jokainen ruiskutussuutin voi olla rakennettu monireikäsuuttimeksi. Tämä mahdollistaa ruiskutetun pelkistimen hy-25 vän jakauman koko sen vaikutukseen kuuluvaan palotilaan.In another preferred embodiment, each injection nozzle may be constructed as a multi-hole nozzle. This allows for a good distribution of the injected reducing agent over the entire combustion chamber under its influence.

Yllä mainittujen toimenpiteiden muut tarkoituksenmukaiset suoritusmuodot ja edulliset kehitelmät ilmenevät erään suoritusmuotoesimerkin seuraava-na esitetystä selityksestä viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää dieselmoottorin leikkausta, jossa on keksinnön mukai-30 nen laitteisto pelkistimen ruiskuttamiseksi, ja : kuvio 2 esittää leikkausta polttoaineen ja pelkistimen kaksoisruiskutus- suuttimesta.Other appropriate embodiments and advantageous developments of the above operations will be apparent from the following description of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 is a sectional view of a diesel engine having a device for injecting a reducing agent; from the nozzle.

Dieselmoottorin periaatteellinen rakenne ja toimintatapa on sisänsä tunnettu, eikä se tarvitse siksi tässä yhteydessä mitään syvempää selvitystä.The principle structure and mode of operation of a diesel engine are known in itself and therefore do not require any further explanation in this context.

35 Kuvion 1 periaatteellisesti esittämään dieselmoottoriin kuuluu normaa listi useita vierekkäin sijoitettuja sylintereitä 1, jotka ovat suljetut niiden päälle 4 104108 asetetun sylinterinkannen 2 avulla. Jokaiseen sylinteriin 1 kuuluu kampiakselin kanssa toiminnassa oleva, käynnissä ylös-alas-liikkuva mäntä 3, joka muodostaa polttoaineen ruiskutuskohteena olevan palotilan 4 liikkeelliset rajat. Sylinterinkan-nessa 2 ovat ilman ja pakokaasun imu- ja poistoventtiilit 5 sekä ruiskutussuutin 6 5 polttoaineen ruiskuttamiseksi. Ruiskutussuutin 6 on liitetty korkeapainejohdon 7 avulla polttoaineen ruiskutuspumppuun 8. Polttoaineen ruiskutus tapahtuu silloin, kun mäntä on tiivistänyt syöttöpuolelta imetyn ilman.The diesel engine shown in principle in Figure 1 includes a plurality of adjacent cylinders 1, which are closed by means of a cylinder head 2 104108 disposed thereon. Each cylinder 1 includes a running up and down piston 3 operable with the crankshaft which defines the movable boundaries of the combustion chamber 4 to which the fuel is injected. The cylinder head 2 has air and exhaust suction and discharge valves 5 and an injection nozzle 6 5 for injecting fuel. Injection nozzle 6 is connected to the fuel injection pump 8 by a high pressure line 7. Fuel injection occurs when the piston has sealed the intake air.

Tämän tapaisia dieselmoottoreita käytetään ilmaylimäärällä (lambda > 1), jolloin syntyy ylistoikiometrinen palaminen, jossa on suuri typpioksidipitoisuus 10 (NOx). Jotta tämän tyyppisissä moottoreissa voitaisiin kuitenkin vähentää typpioksidien emissiota, saatetaan palaessa syntyvä pakokaasu reagoimaan pelkistimen kanssa. Pelkistimeksi sopii ammoniakki ja/tai virtsa-aine tai vastaava, hiilivetyjä sisältämättömät aineet. Pelkistimen reagoidessa pakokaasun sisältämien typpioksidien kanssa syntyy typpeä ja vettä vesihöyryn muodossa ja siten vaarattomia 15 aineita.Diesel engines of this type are operated with an excess of air (lambda> 1), resulting in a superchiometric combustion with a high nitrogen oxide content of 10 (NOx). However, in order to reduce nitrogen oxide emissions in these types of engines, combustion exhaust gas is reacted with a reducing agent. Suitable reducing agents are ammonia and / or urea or similar non-hydrocarbon substances. As the reductant reacts with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, nitrogen and water are formed in the form of water vapor and thus harmless substances.

Pelkistimen reaktio typpioksidien kanssa tapahtuu ko. moottorissa pa-lotilassa 4. Tätä varten ruiskutetaan pelkistintä palotilaan. Sitä vastaavasti on polttoaineen ruiskutuslaitteiston vieressä toinen ruiskutuslaitteisto pelkistintä varten. Näitä kumpaakin ruiskutuslaitteistoa voidaan käyttää toisistaan riippumatta, 20 jolloin polttoaine ja pelkistin voidaan ruiskuttaa toisistaan riippumatta. Jotta pelkistintä voitaisiin ruiskuttaa, käytetään sitä liuoksen muodossa, tarkoituksellisesti vesiliuoksen muodossa. Männän 3 ns. rosoontumisen ja/tai syöpymisen estämiseksi voidaan pelkistimeen lisätä sopivia lisäaineita.The reaction of the reducing agent with nitric oxides takes place at that time. in the engine in combustion chamber 4. For this purpose, the reducing agent is injected into the combustion chamber. Accordingly, there is another injection device for the reducing agent adjacent to the fuel injection system. These two injection devices can be operated independently of each other, whereby the fuel and the reducing agent can be injected independently. In order to inject the reducing agent, it is used in the form of a solution, deliberately in the form of an aqueous solution. The so-called piston 3 suitable additives may be added to the reducing agent to prevent corrosion and / or corrosion.

Pelkistimen ruiskutuslaitteistoon kuuluu tässä sylinterinkannen 2 alu-·' 25 eelle sijoitettu ruiskutussuutin 9, joka on liitetty korkeapainejohdon 10 avulla ruis kutuspumppuun 11. Luonnollisesti voitaisiin ajatella sitenkin, että sylinteriin kuuluisi yhden ruiskutuspumpun sijasta useampia, ensisijassa tasaisesti vastakkain sijoitettuja ruiskutussuuttimia. Pelkistintä varten oleva ruiskutuspumppu 11 voi olla kehitetty edelleen rakenteensa ja toimintatapansa suhteen sinänsä tunnettujen 30 polttoainepumppujen rakennetavasta. Pelkistimen ruiskutuspumppu 11 voidaan 1 e rakentaa moottorinrungon kylkeen ja sitä voi käyttää moottorin kampiakselilta käyttövoimansa saava nokka-akseli 12, joka voi ulottua useampien, vierekkäin sijoitettujen ruiskutuspumppujen 11 yli. Ruiskutuspumpun sijaan voitaisiin pelkistin kuljettaa esimerkinomaisesti painesäiliöön ja ruiskutus voitaisiin toteuttaa sähkö-35 tai hydrauliohjattujen venttiilien avulla. Pelkistin ruiskutetaan joka tapauksessa 5 104108 sellaisella paineella, että palotilassa 4 tapahtuu sumuuntuminen ja siten saavutetaan edulliset reagointiolosuhteet.Here, the injection equipment of the reducer comprises an injection nozzle 9 located above the cylinder head 2, which is connected to the injection pump 11 by means of a high pressure line 10. Naturally, it would be conceivable to have several, preferably equally spaced, injection nozzles. The injection pump 11 for the reducing agent may be further developed in its construction and mode of operation by the construction of fuel pumps 30 known per se. The reducer injection pump 11e may be mounted to the side of the engine housing and may be driven by a camshaft 12 powered by the engine crankshaft which may extend over a plurality of adjacent injection pumps 11. By way of example, instead of an injection pump, the reducing agent could be conveyed to a pressure vessel and the injection could be effected by means of electric 35 or hydraulically controlled valves. In any case, the reducing agent is injected at a pressure such that fogging occurs in the combustion chamber 4, thereby achieving favorable reaction conditions.

mm

Koska pelkistimen täytyy reagoida palamisessa syntyvien typpioksidien kanssa, ruiskutetaan pelkistin vasta sitten, kun palaminen on jo ylittänyt 5 huippupisteensä. Tässä esitetyssä tapauksessa ruiskutetaan pelkistin vasta sitten, kun palaminen on jo saavuttanut täydellisyyden ja on siten jo olennaisesti päättynyt. Se tapahtuu useimmilla tämän tapaisilla dieselmoottoreilla 35 - 40° sy-tytysyläkuolokohdan jälkeen. Jotta ruiskutettu pelkistin saataisiin reagoimaan mahdollisuuksien mukaan koko pakokaasumäärän kanssa, sumutetaan pelkistin, 10 kuten edellä jo todettiin, mahdollisimman tasaisesti koko ruiskutuksen vaikutukseen kuuluvaan palotilaan. Ruiskutuspumppu 9 rakennetaan vastaavasti moni-pistesuuttimeksi, jolloin syntyy useita ruiskutussuihkuja. Niiden suihkuasento on asetettu sellaiseksi, että käsillä oleva palotila peittyy täydellisesti.Since the reductant must react with nitrogen oxides from combustion, the reductant is injected only after the combustion has already exceeded its 5 peak points. In the case presented here, the reductant is injected only after the combustion has already reached perfection and is thus substantially completed. It occurs with most diesel engines of this type after the ignition top 35-40 °. In order to react, as far as possible, the injected reducing agent with the total amount of exhaust gas, as stated above, the reducing agent 10 is sprayed as evenly as possible over the entire combustion chamber affected by the injection. Accordingly, the injection pump 9 is constructed as a multi-point nozzle, thereby generating a plurality of injection jets. Their shower position is set so that the fire compartment is completely covered.

Tarpeellinen pelkistinmäärä kasvaa polttoainemäärän mukana ja se on 15 niin ollen kuormituksesta riippuva. Ruiskutuksen alkaminen riippuu ensisijasta moottorin kierrosluvusta ja myöskin kuormituksesta. Kierrosluvun kasvaessa var-hentuu pelkistimen ruiskutuksen alkaminen, jotta haluttuun reaktioon olisi tarpeeksi aikaa käytettävissä. Pelkistimen ruiskutuksen alkaminen ei saisi olla liian aikainen, sillä silloin pelkistin vielä palaa. Yksittäistapauksessa on suoritettava 20 optimointi sopivan ominaiskäyrän määrittämisen avulla.The amount of reducing agent required increases with the amount of fuel and is therefore load dependent. The start of the injection depends on the primary engine speed and also the load. As the RPM increases, the start of the reducing agent injection is delayed so that sufficient time is available for the desired reaction. Injection of the reducing agent should not be too early, since the reducing agent is still on. In an individual case, 20 optimization must be performed by determining the appropriate characteristic.

Ko. tyyppisen ominaiskäyrän muuttamiseksi käytäntöön voi laitteessa olla säätölaitteista 13, jossa on säädin 14, johon ominaiskäyrä on ohjelmoitu, ja jonka avulla laitteistot ruiskutusmäärän muuttamiseksi ja ruiskutuksen alkamisen muuttamiseksi ovat säädettävissä. Tämän tyyppiset laitteistot ovat sinänsä tun- « 25 nettuja polttoainepumppujen pohjalta. Ruiskutuksen alkamisen muuttamiseksi säädetään nokka-akselia 12. Ruiskutusmäärän muuttamiseksi kierretään ruisku-tuspumpun kehänpuoleisin ohjausreunoin varustettuja mäntiä, kuten laitteiston 15 avulla esitetään.Ko. For converting a type of characteristic curve into practice, the device may comprise adjusting devices 13 having a controller 14, in which the characteristic curve is programmed, by means of which the means for changing the amount of injection and changing the start of the injection are adjustable. Equipment of this type is known per se based on fuel pumps. The camshaft 12 is adjusted to change the start of the injection. The pistons having the peripheral guide edges of the injection pump are rotated to change the amount of injection, as shown by the apparatus 15.

Kuvion 1 mukaiseen järjestelmään kuuluu palotilan uloimmaiseen reu-30 naan sijoitettu pelkistimen ruiskutussuutin 9. Mutta ilman muuta voitaisiin ajatella Ψ '·. myös niin, että tässä olisi lisäksi tai vaihtoehtoisesti keskelle sijoitettu pelkistimen ruiskutussuutin.The system of Figure 1 includes a reduction injector nozzle 9 located at the outermost edge of the combustion chamber. But of course one could think of Ψ '·. also so that there is, in addition to or alternatively, a central nozzle injection nozzle.

Tämän tyyppinen pelkistimen ruiskutussuutin voidaan yhdistää polttoaineen ruiskutussuuttimen kanssa kaksoissuuttimeksi 16 kuvion 2 perustana ole-35 valta pohjalta. Kuvion 2 perustana olevaan kaksoissuuttimeen 16 kuuluu kaksi suutinneulaa 17, 18, ja joista kumpikin säätää omaa ruiskutuskanavaa 19, 20, 6 104108 joista toinen, tässä vasemmalle piirretty ruiskutuskanava 19 on paineistettavissa pelkistimellä ja toinen, tässä oikealle piirretty ruiskutuskanava 20 on paineistettavissa polttoaineella. Tässä vierekkäin sijoitetut ruiskutuskanavat 19, 20 ja niihin sijoitetut suutinneulat 17,18 voisivat olla myös koaksiaalisesti toistensa suhteen.This type of reduction injector nozzle may be combined with a fuel injection nozzle into a dual nozzle 16 on the basis of Figure 35. The dual nozzle 16 underlying Figure 2 comprises two nozzle needles 17, 18, each adjusting its own injection channel 19, 20, 6 104108, one of which, shown here to the left, is pressurized by a reducing agent and the other, shown here to the right, is fueled. Here, the injected injection channels 19, 20 and the nozzle needles 17, 18 placed therein could also be coaxial with respect to each other.

5 Tässä on vain varmistettava se, että kummatkin ruiskutusjärjestelmät ovat toisistaan täysin riippumattomat. Pelkistimelle järjestetty ruiskutuskanava 19 päätyy useamman suutinreiän 21 muodossa palotilaan, mikä parantaa jakaantuman tasaisuutta, kuten edellä on jo mainittu. Vastaava monireikäasetelma voi olla myös polttoainepuolella.5 All you have to do is make sure that both spraying systems are completely independent of each other. The injection channel 19 provided on the reducer, in the form of a plurality of nozzle holes 21, enters the combustion chamber, which improves the uniformity of distribution as already mentioned above. The corresponding multiple hole arrangement may also be on the fuel side.

10 Edellä on selitetty lähemmin vain erästä edullista keksinnön käyttö esimerkkiä, mutta ilman että se rajoittaisi keksintöä mitenkään. Luonnollisestikin on mahdollista ilman muuta käyttää keksinnön mukaista menetelmää ei vain dieselmoottorien yhteydessä, vaan myös kaasumoottorien sekä dieselkaasu-moottorien ja vaihtoehtoisilla polttoaineilla toimivien moottorien yhteydessä.Only one preferred embodiment of the invention is described in greater detail above, without, however, limiting the invention in any way. Of course, it is possible to use the method according to the invention, of course, not only in the case of diesel engines, but also in the case of gas engines, diesel gas engines and alternative fuel engines.

• < . ^• <. ^

TT

Claims (8)

1. Menetelmä polttomoottorien typpioksidipäästöjen vähentämiseksi, erityisesti itsesytyttävissä, ilmaylimäärää käyttävissä polttomoottoreissa, ensisi-5 jassa dieselmoottoreissa, joissa käytetään hiilivetyjä sisältämätöntä pelkistintä, ensisijassa ammoniakin ja/tai virtsa-aineen muodossa olevaa liuosta ja jota ruiskutetaan suoraan palotilaan polttoaineesta riippumattomasti, sen jälkeen kun polttoaineen palaminen on jo ohittanut huippupisteensä, tai jo lakkaavaan palamiseen, ja pelkistimen ruiskutuksen alkaessa aikaisintaan kampiakselin kulmassa 10 35° sytytysyläkuolokohdan jälkeen, jolloin pelkistin ruiskutettaessa hajoaa ja jakaantuu tasaisesti ruiskutukseen tarkoitettuun palotilaan, tunnettu siitä, että ruiskutetun pelkistimen määrä sovitetaan moottorintehon mukaan, ja että pelkistimen ruiskutuksen alkaminen muuttuu kuormituksesta ja/tai kierrosluvusta ja/tai ympäristöolosuhteista riippuen.1. A method for reducing nitrous oxide emissions from internal combustion engines, in particular self-igniting, air-fueled internal combustion engines, primarily hydrocarbon-free reducing agents, primarily from ammonia and / or urea-fueled combustion, has already passed its climax, or has already ceased combustion, and at the start of injector reduction at the earliest angle of the crankshaft 10 35 ° after the ignition head, whereupon the injector disintegrates and distributes uniformly in the injector varies with load and / or RPM and / or environmental conditions. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistin ruiskutetaan vesiliuoksen muodossa.Process according to Claim 1, characterized in that the reducing agent is injected in the form of an aqueous solution. 3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pelkistimeen lisätään lisäaine, jolla on voitelevat ja/tai korroosiota estävät ominaisuudet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an additive having lubricating and / or corrosion inhibiting properties is added to the reducing agent. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että pelkistimen ruiskutus tapahtuu sumutuspaineella.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reducing agent is sprayed at spray pressure. 5. Laite jonkin edellämainitun patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän toteuttamiseksi polttomoottorissa, erityisesti itsesytyttävässä, ilmaylimäärää käyttävässä polttomoottorissa, ensisijassa dieselmoottorissa, jossa on ruis- 25 kutettavalla pelkistimellä paineistettava ruiskutuslaitteisto, jossa on ainakin yksi palotilaan (4) päätyvä ruiskutussuutin (9) ja korkeapainejohdon (10) avulla siihen liitetty moottorin tahdissa toimiva paineenkehittämislaitteisto, jolloin ruiskutussuutin tai -suuttimet (9) on/ovat sijoitetut sylinterinkanteen (2), ruiskutussuuttimella tai -suuttimilla (9) on sellainen suihkuasento, että ruiskutuksessa käsillä oleva palo-μ 30 tila (4) peittyy täydellisesti, ja pelkistimen ruiskutuslaitteistossa on säätölaitteisto (13), joka sisältää säätimen (14), tunnettu siitä, että säätimeen (14) on ohjelmoitu sopivat ominaiskäyrät, joiden avulla ruiskutusmäärä ja pelkistimen i kuormituksesta ja/tai kierrosluvusta ja/tai ympäristön olosuhteista riippuva ruiskutuksen alkaminen on muutettavissa.Apparatus for carrying out the method according to any one of the preceding claims, in a combustion engine, in particular a self-igniting, air-powered internal combustion engine, in particular a diesel engine having an injectable reduct an engine-driven pressure-generating device connected thereto, wherein the injection nozzle or nozzles (9) are / are located on the cylinder head (2), the nozzle or nozzles (9) having a jet position such that the fire-µ 30 space (4) and the regulator spraying apparatus has a regulating apparatus (13) including a regulator (14), characterized in that the regulator (14) is programmed with appropriate characteristics for the injection rate and / or speed and / or ambient of the regulator i Depending on the circumstances, the onset of spraying can be varied. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että paineenkehittämislaitteisto on rakennettu ruiskutuspumpuksi (11). 104108Apparatus according to claim 5, characterized in that the pressure generating apparatus is constructed as an injection pump (11). 104108 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ruiskutussuutin tai -suuttimet (9) on/ovat rakennetut monireikäsuuttimeksi tai -suuttimiksi.Apparatus according to Claim 5 or 6, characterized in that the injection nozzle (s) (9) are / are constructed as multi-hole nozzle (s). 7 1041087 104108 8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että 5 laitteessa on ainakin yksi keskelle sijoitettu ruiskutussuutin (16), jossa on kaksi suutinneulaa (17, 18), joista toinen on sijoitettu polttoaineen ruiskutusjärjestel-. mään ja toinen on sijoitettu pelkistimen laskutusjärjestelmään. • * ψ : · i: r 104108Device according to Claim 5 or 6, characterized in that the device 5 has at least one central injection nozzle (16) having two nozzle needles (17, 18), one of which is located in the fuel injection system. and one is placed in the billing system of the reducer. • * ψ: · i: r 104108
FI923399A 1991-08-13 1992-07-28 Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines FI104108B (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4126705A DE4126705C2 (en) 1991-08-13 1991-08-13 Method and device for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines
DE4126705 1991-08-13

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI923399A0 FI923399A0 (en) 1992-07-28
FI923399A FI923399A (en) 1993-02-14
FI104108B true FI104108B (en) 1999-11-15

Family

ID=6438187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI923399A FI104108B (en) 1991-08-13 1992-07-28 Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0527362B2 (en)
JP (1) JP3431644B2 (en)
DE (2) DE4126705C2 (en)
FI (1) FI104108B (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4423003C2 (en) * 1993-07-06 1999-01-21 Ford Werke Ag Method and device for reducing NO¶x¶ in exhaust gases from automotive internal combustion engines
FI101738B (en) * 1996-01-30 1998-08-14 Waertsilae Nsd Oy Ab Injector device
DE19646643C1 (en) * 1996-11-12 1998-02-12 Daimler Benz Ag Jet discharge process for reducing nitrogen oxide in automotive engine exhausts
DE19719998C2 (en) * 1997-05-13 2003-10-30 Daimler Chrysler Ag Method and device for nitrogen oxide reduction in the exhaust gas of a combustion device
DE19721573A1 (en) * 1997-05-23 1998-11-26 Werner Posselt Method for operating an internal combustion engine
EP1028248A1 (en) * 1999-02-09 2000-08-16 von Görtz &amp; Finger Techn. Entwicklungs Ges.m.b.H. Fourstroke engine using two fluids
US6786194B2 (en) 2002-10-31 2004-09-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Variable fuel delivery system and method
DE102004053041A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Daimlerchrysler Ag Method for operating an internal combustion engine with an SCR catalytic converter
EP2235344A1 (en) * 2007-12-20 2010-10-06 Renault Trucks Six-stroke internal combustion engine, method of operation of such an engine and vehicle equipped with such an engine
JP5618803B2 (en) * 2010-12-09 2014-11-05 日立造船株式会社 2-stroke engine and 4-stroke engine
JP5839801B2 (en) * 2011-01-11 2016-01-06 日立造船株式会社 2-stroke engine and 4-stroke engine
DE102019203660A1 (en) * 2019-03-19 2020-04-30 Audi Ag Method for operating a drive device, corresponding drive device and use of an aqueous urea solution for operating a drive device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2742609A1 (en) * 1977-09-22 1979-04-05 Erich Baentsch Preventing excessive nitrogen oxide formation during combustion - by adding oxygen binding agent, pref. extra fuel after initiation
SE8105054L (en) * 1980-08-27 1982-02-28 Dal David John Van DEVICE OF COMBUSTION ENGINE
US4425937A (en) * 1981-06-02 1984-01-17 Myron Stein Fluid injection system
DE3438626A1 (en) * 1984-10-22 1986-04-24 Erich A. 7406 Mössingen Dolderer Devices for reducing pollutants in the exhaust gases of gas-driven internal combustion engines
JPS63140862A (en) * 1986-12-02 1988-06-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel injection device for diesel engine
JPH01318716A (en) * 1988-06-17 1989-12-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Denitration method for exhaust of internal combustion engine
JP2772114B2 (en) * 1990-05-23 1998-07-02 三菱重工業株式会社 Water injection diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05195801A (en) 1993-08-03
DE59203550D1 (en) 1995-10-12
FI923399A (en) 1993-02-14
DE4126705C2 (en) 1994-08-04
FI923399A0 (en) 1992-07-28
JP3431644B2 (en) 2003-07-28
EP0527362A1 (en) 1993-02-17
EP0527362B1 (en) 1995-09-06
DE4126705A1 (en) 1993-02-18
EP0527362B2 (en) 2000-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8176729B2 (en) Perturbation control strategy for low-temperature urea SCR NOx reduction
FI104108B (en) Method and apparatus for reducing nitrogen oxide emissions from internal combustion engines
US9316137B2 (en) Method of operating a diesel engine system having LNT and SCR aftertreatment devices
WO2011086129A1 (en) Compression-ignition engine with exhaust system
US10760504B2 (en) Method for controlling an internal combustion engine
JP2650669B2 (en) Two-cycle spark ignition internal combustion engine and method of operating the same
GB2396834A (en) Reductant injection controlled by engine acceleration
US10443521B2 (en) Exhaust emission control system of engine
EP2927448A1 (en) Exhaust purification system of internal combustion engine
US5787708A (en) Combustion exhaust purification system and method via high sac volume fuel injectors
EP2857647B1 (en) Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine
US20070068142A1 (en) Engine system with low and high NOx generation algorithms and method of operating same
CN112302769B (en) Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment of a combustion engine
US10746071B2 (en) Engine aftertreatment system
JP4787861B2 (en) Operation method of compression ignition engine
JP2013213489A (en) Limiting nox emission
CN101514651A (en) Method for preserving or rising temperature of tail gas of internal combustion engine and device thereof
US11143078B2 (en) Aftertreatment system and method
US20090308056A1 (en) Procedure and device for the purification of exhaust gas
EP1653069B1 (en) Method and combustion system for improving combustion characteristics for a direct injected compression ignition engine
EP3246548A1 (en) Exhaust emission control method for an internal combustion engine
US11519317B1 (en) Engine systems with exhaust air injection after three-way catalytic converters for non stoichiometric rich operation
US20240328336A1 (en) Exhaust gas after-treatment device and propulsion system including the device
CN115822787B (en) Ammonia supply system for ammonia-diesel engine after-treatment and control method
KR102664555B1 (en) Injection apparatus for reducing agent

Legal Events

Date Code Title Description
MA Patent expired