DE102018002634B4 - Internal combustion engine that works with excess air - Google Patents
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Abstract
Brennkraftmaschine, die mit Luftüberschuss betrieben wird und mit einer Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxyden versehen ist, insbesondere eine im Dieselverfahren arbeitende Brennkraftmaschine, welche Einrichtung wenigstens einen Katalysator und eine Harnstoffeinspritzvorrichtung umfasst, wobei die Brennkraftmaschine über einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und einem Verdichter verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit der Einrichtung (2) an bauliche Gegebenheiten eines Außenbordmotors (8) für Schiffe, Schwimmplattformen oder dgl. angepasst ist und dass einerseits die Abgasturbine (4) mit einer Abgaseinführungsleitung (11) und andererseits mit einer Abgasentweichungsleitung (12) verbunden ist, welche Abgaseinführungsleitung (11) vor der Abgasturbine mit einem Partikelabscheider (11') versehen ist und dass ein Einspritzventil (13) der Harnstoffeinspritzvorrichtung (7) nach der Abgasturbine (4) in die Einrichtung (2) eingegliedert ist, wobei ein Maschinengehäuse (10) der Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgaskanal (14) versehen ist, der an die Abgasentweichungsleitung (12) angeschlossen und zur Aufnahme von einem oder mehreren Katalysatoren (15, 16 und 17) ausgebildet ist.Internal combustion engine that is operated with excess air and is provided with a device for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular an internal combustion engine working in the diesel process, which device comprises at least one catalytic converter and a urea injection device, the internal combustion engine having an exhaust gas turbocharger with an exhaust gas turbine and a compressor , characterized in that the internal combustion engine (1) with the device (2) is adapted to the structural conditions of an outboard motor (8) for ships, swimming platforms or the like, and that on the one hand the exhaust gas turbine (4) is equipped with an exhaust gas inlet line (11) and on the other hand with an exhaust gas escape line (12), which exhaust gas introduction line (11) is provided with a particle separator (11') before the exhaust gas turbine and that an injection valve (13) of the urea injection device (7) is integrated into the device (2) after the exhaust gas turbine (4). is, wherein a machine housing (10) of the internal combustion engine (1) is provided with an exhaust duct (14) which is connected to the exhaust gas escape line (12) and designed to accommodate one or more catalytic converters (15, 16 and 17).
Description
Die Erfindung betrifft nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Brennkraftmaschine, die mit Luftüberschuss betrieben wird und mit einer Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxyden versehen ist, insbesondere eine im Dieselverfahren arbeitende Brennkraftmaschine, welche Einrichtung wenigstens einen Katalysator und eine Harnstoffeinspritzvorrichtung umfasst, wobei die Brennkraftmaschine über einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbine und einen Verdichter verfügt.According to the preamble of
Die selektive katalytische Reduktion -auf Englisch selective catalytic reduction, abgekürzt SCR- ist eine Maßnahme zur Reduktion von Stickoxyden in Abgasen von bspw. Brennkraftmaschinen der Dieselbauart. Die chemische Reaktion die mittels eines SCR Katalysators ist selektiv, was bedeutet, dass vor allem die von einer Dieselbrennkraftmaschine emittierten Stickoxide NO und NO2 reduziert werden. Und unerwünschte Nebenreaktionen wie die Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid werden unterdrückt. Die Reaktion wird durch Ammoniak (NH3) ausgelöst, das dem Abgas der Dieselbrennkraftmaschine beigemengt wird. Aus der Reaktion ergeben sich Wasser (H2O) und Stickstoff (N2).Selective catalytic reduction - in English selective catalytic reduction, abbreviated SCR - is a measure to reduce nitrogen oxides in exhaust gases from, for example, diesel-type internal combustion engines. The chemical reaction by means of an SCR catalytic converter is selective, which means that the nitrogen oxides NO and NO2 emitted by a diesel engine are reduced. And undesirable side reactions such as the oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide are suppressed. The reaction is triggered by ammonia (NH 3 ), which is added to the exhaust gas from the diesel engine. Water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) result from the reaction.
Die Internet Veröffentlichung „Deer Conference 2005, August 12-25 - SCR Technologie zur NOx Reduction: Series Experience and State of Development“ befasst sich mit einer SCR-Technologie-Einrichtung zur NOx Reduzierung. Gemäß Seite 5 dieser Veröffentlichung weist die Einrichtung in Reihe geschaltet folgende Komponenten auf: einen ersten Katalysator, einen ersten Temperatur Sensor, ein Harnstoffeinspritzventil, einen zweiten Katalysator, einen zweiten Temperatur Sensor, einen Abgassensor und einen dritten Katalysator. Diese Komponenten sind in einem Abgaskanal angeordnet, der sich außerhalb einer Brennkraftmaschine erstreckt.The Internet publication "Deer Conference 2005, August 12-25 - SCR Technology for NOx Reduction: Series Experience and State of Development" deals with an SCR technology device for NOx reduction. According to
Die
Aus der
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Andere Brennkraftmaschinen mit Einrichtungen zur Abgasreinigung sind insbesondere aus der
Aufgabe der Erfindung ist an einer Brennkraftmaschine für einen Außenbordmotor eine Einrichtung vorzusehen, die zu einer Reduktion von Stickoxyden beiträgt, Dabei sollte aber auch sichergestellt werden, dass diese Einrichtung von der Brennkraftmaschine bzw. dem Außenbordmotor funktionsgerecht aufgenommen wird.The object of the invention is to provide a device on an internal combustion engine for an outboard motor that contributes to reducing nitrogen oxides. However, it should also be ensured that this device is functionally accommodated by the internal combustion engine or the outboard motor.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by the features of
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass die Einrichtung zur Reduktion von Stickoxyden von der an sich vorgegebenen, bauraumarmen Konzeption des Außenbordmotors bzw. der Brennkraftmaschine vorbildlich aufgenommen wird. Dabei lässt sich die Einrichtung an die Raumgegebenheiten des Außenbordmotors sinnreich anpassen. Die Brennkraftmaschine trägt bzw. beherbergt nicht nur wesentliche Komponenten der Einrichtung, sondern letztere zeichnet sich beim Betrieb der besagten Brennkraftmaschine durch substanzielle Effizienz aus, wozu die Eingliederung des Partikelabscheiders und des Einspritzventils beiträgt. Hervorzuheben ist, dass die Verlegung der Abgasentweichungsleitung, die von der Abgasturbine weggeführt und an den Abgaskanal zur Aufnahme von einem oder mehreren Katalysatoren angeschlossen ist, eine ausgezeichnete Lösung darstellt. Dies trifft auch für die Abgaszuführungsleitung zu, die zwischen der Abgasturbine und der Abgaskammer des Maschinengehäuses eingesetzt ist.The main advantages achieved with the invention can be seen in the fact that the device for reducing nitrogen oxides is accommodated in an exemplary manner by the design of the outboard motor or the internal combustion engine that requires little installation space. The device can be cleverly adapted to the spatial conditions of the outboard motor. Not only does the internal combustion engine carry or house essential components of the device, but the latter is characterized by substantial efficiency in the operation of said internal combustion engine, to which the incorporation of the particle separator and the injection valve contributes. It should be emphasized that an excellent solution is the routing of the exhaust gas escape line, which leads away from the exhaust gas turbine and is connected to the exhaust gas duct for housing one or more catalytic converters. This also applies to the exhaust gas supply pipe, which is inserted between the exhaust gas turbine and the exhaust gas chamber of the engine housing.
Anders ausgedrückt die Abgaszuführungsleitung ist an die Abgaskammer der Brennkraftmaschine bzw. das Maschinengehäuse angeschlossen, in welche Abgaskammer von über Auslassventile der besagten Brennkraftmaschine austretende Abgase einströmen. Günstig in diesem Zusammenhang ist, dass die Abgaskammer sich entlang einer aufrechten ersten Begrenzungsseite des Maschinengehäuses erstreckt und der Abgasturbolader benachbart einer im Winkel zur aufrechten Begrenzungsseite des Maschinengehäuses verlaufenden Querbegrenzungsseite von letzterem angeordnet und über die Abgaszuführungsleitung der Abgasturbine mit der Abgaskammer verbunden ist.In other words, the exhaust gas supply line is connected to the exhaust gas chamber of the internal combustion engine or the machine housing, into which exhaust gas chamber exhaust gases flowing from the exhaust valves of said internal combustion engine flow. Favorable in this context is that the exhaust gas chamber is erected along a th first boundary side of the machine housing and the exhaust gas turbocharger is arranged adjacent to a running at an angle to the upright boundary side of the machine housing transverse boundary side of the latter and connected via the exhaust gas supply line of the exhaust gas turbine with the exhaust gas chamber.
Vorteilhaft ist, dass die Abgasentweichungsleitung der Abgasturbine mit einem ersten Kanalabschnitt eines aufrechten Abgaskanals Brennkraftmaschine bzw. des Maschinengehäuses verbunden ist, welcher Abgaskanal sich benachbart einer zweiten Begrenzungsseite des Maschinengehäuses erstreckt, die mit Abstand zur ersten Begrenzungsseite verläuft. Unterstützt wird dies auch dadurch, dass in dem ersten Kanalabschnitt der erste Katalysator und ein zweiter Katalysator angeordnet sind. Und der Abgaskanal ist in einem an das Maschinengehäuse anschließenden Antriebswellengehäuse mit einem zweite Kanalabschnitt fortgeführt, der sich unterhalb einer ersten Eben erstreckt, welche Ebene rechtwinkelig zur Abgaskammer und zum Abgaskanal verläuft.It is advantageous that the exhaust gas escape line of the exhaust gas turbine is connected to a first duct section of an upright exhaust gas duct of the internal combustion engine or the machine housing, which exhaust gas duct extends adjacent to a second boundary side of the machine housing, which runs at a distance from the first boundary side. This is also supported by the fact that the first catalytic converter and a second catalytic converter are arranged in the first channel section. And the exhaust gas duct is continued in a drive shaft housing adjoining the machine housing with a second duct section which extends below a first plane, which plane runs at right angles to the exhaust gas chamber and the exhaust gas duct.
Optimiert wird die die Einrichtung dadurch, dass in dem zweiten Kanalabschnitt oberhalb einer Wasserlinie ein dritter Katalysator eingebaut ist, wobei unterhalb der Wasserlinie in dem zweite Kanalabschnitt eine Wasserdrossel gegen Rückströmen von Wasser in besagten dritten Katalysator vorgesehen ist. Zusätzlich förderlich ist, dass der Abgaskanal mit einem dritten Kanalabschnitt versehen ist, der in einem Getriebegehäuse angeordnet ist, welches Getriebegehäuse sich unterhalb einer zweiten Ebene erstreckt, die mit parallelem Abstand zur ersten Ebene des Maschinengehäuses verläuft, wobei über den dritten Kanalabschnitt weitgehend gereinigtes Medium in ins Wasser gelangt. Ergänzt wird letzteres dadurch, dass der dritte Kanalabschnitt von einem aufrechten Teilabschnitt über einen Bogenabschnitt in einen horizontalen Teilabschnitt übergeht und der horizontale Teilabschnitt des dritten Kanalabschnitts eine Austrittsöffnung für das gereinigte Medium aufweist. Überdies wird die Einrichtung dadurch bereichert, dass die Austrittsöffnung benachbart einer Schiffsschraube des Außenbordmotors angebracht ist und dass das Einspritzventil der Harnstoffeinblasevorrichtung in Richtung erster Kanalabschnitt des Abgaskanals wirksam ist.The device is optimized in that a third catalytic converter is installed in the second channel section above a waterline, with a water throttle being provided below the waterline in the second channel section to prevent water from flowing back into said third catalytic converter. It is also beneficial that the exhaust gas duct is provided with a third duct section, which is arranged in a transmission housing, which transmission housing extends below a second level, which runs at a parallel distance from the first level of the machine housing, with the medium being largely cleaned via the third duct section in got into the water. The latter is supplemented by the fact that the third channel section transitions from an upright section via a curved section into a horizontal section and the horizontal section of the third channel section has an outlet opening for the cleaned medium. Moreover, the device is enriched in that the outlet opening is attached adjacent to a ship's propeller of the outboard motor and that the injection valve of the urea injection device is effective in the direction of the first channel section of the exhaust gas channel.
Schließlich werden Maßstäbe dadurch gesetzt, dass zumindest die Katalysatoren als Einschubelemente in den Abgaskanal ausgebildet sind die mittels form- und/oder kraftschlüssige Halteeinrichtungen in Lage gehalten werden.Finally, standards are set by the fact that at least the catalytic converters are designed as insertion elements in the exhaust gas duct, which are held in position by means of positive and/or non-positive holding devices.
In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, die nachstehend näher beschrieben.In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown, which are described in more detail below.
Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine für einen Außenbordmotor mit einer Einrichtung zur Reduktion von Stickoxyden, -
2 eine Schrägansicht von oben auf die Brennkraftmaschine mit einem Partikelabscheider der Einrichtung und einem Abgasturbolader. -
3 eine schematische Darstellung des Partikelabscheiders gemäß2 , -
4 eine Schemadarstellung der Einrichtung nach1 , -
5 einen schematischen Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine mit zwei Kurbelwellen.
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1 a longitudinal section through an internal combustion engine for an outboard motor with a device for reducing nitrogen oxides, -
2 an oblique view from above of the internal combustion engine with a particle separator of the device and an exhaust gas turbocharger. -
3 a schematic representation of the particle separator according to FIG2 , -
4 a schematic of thefacility 1 , -
5 a schematic partial cross section of an internal combustion engine with two crankshafts.
Eine Brennkraftmaschine 1 der Hubkolbenbauart, die mit Luftüberschuss betrieben wird und mit einer Einrichtung 2 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxyden versehen ist. Besagte Brennkraftmaschine 1 arbeitet im Dieselverfahren und verfügt über einen Abgasturbolader 3 mit einer Abgasturbine 4 und einem Verdichter 5. Die Einrichtung 2 umfasst ein Katalysatorsystem 6 und eine Harnstoffeinspritzvorrichtung 7 (
Die Brennkraftmaschine 1 ist Bestandteil eines Außenbormotors 8 für Schiffe, Schwimmplattformen oder dergl., und sie wird. Zumindest im Bereich dieser Brennkraftmaschine 1 von einer Abdeckhaube 9 vorgesehen. Und die Einrichtung 2 ist an die baulichen Gegebenheiten der Brennkraftmaschine 1 und des Außenbordmotors 8 angepasst, welche Gegebenheiten vor allem durch ein Maschinengehäuse 10 der Brennkraftmaschine 1 und die Abdeckhaube 9 des Außenbordmotors 8 dominiert werden.The
Die Abgasturbine 4 ist einerseits mit einer Abgaseinführungsleitung 11 und andererseits mit einer Abgasentweichungsleitung 12 ausgestattet. Die Abgaseinführungsleitung 11 verläuft in Richtung der Abgasturbine 4 und ist mit vor der Abgasturbine 4 liegenden Partikelabscheider 11', auch Rußfilter genannt, versehen. Nach der Abgasturbine 4 ist in die Abgasentweichungsleitung 12 der Einrichtung 2 ein Einspritzventil 13 der Harnstoffeinspritzvorrichtung 7 eingegliedert. Darüber hinaus ist in das Maschinengehäuse 10 ein Abgaskanal 14 eingearbeitet, der an die Abgasentweichungsleitung 12 angeschlossen ist und zur Aufnahme von einem oder mehreren Katalysatoren 15, 16, 17 des Katalysatorsystems 6 angeschlossen ist.The
Die Abgaszuführungsleitung 11 ist mit einer Abgaskammer 18 der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Maschinengehäuses 10 gekoppelt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 strömt von über Auslassventile 19, 20 der letzteren austretenden Abgase in besagte Abgaskammer 18. Die Abgase werden von Hubkolben 21, 22 bewegt, die in liegenden Zylindern 23, 24 hin und her bewegt werden und mit einer Kurbelwelle 25 in Wirkverbindung stehen. Die Abgaskammer 18 erstreckt sich entlang einer aufrechten ersten Begrenzungsseite 26.The exhaust
Der Abgasturbolader 3 ist benachbart einer etwa im rechten Winkel zur aufrechten ersten Begrenzungsseite 26 des Maschinengehäuses 10 verlaufenden oberen Querbegrenzungsseite 27 von letzterem angeordnet und über die Abgaseinführungsleitung 11 der Abgasturbine 4 mit der Abgaskammer 18 verbunden. Die Abgasentweichungsleitung 12 der Abgasturbine 4 ist mit einem ersten Kanalabschnitt 28 eines aufrechten Abgaskanals 29 der Brennkraftmaschine 1 bzw. des Maschinengehäuses 10 verbunden. Der Abgasanal 29 verläuft benachbart einer aufrechten zweiten Begrenzungsseite 30 des Maschinengehäuses 10, die einen definierten Abstand zur ersten Begrenzungsseite 26 aufweist. Der erste Kanalabschnitt 28 ist zur Aufnahme mindesten des ersten Katalysators 15 ausgebildet. Es besteht aber auch sie Möglichkeit in besagtem ersten Kanalanschnitt 28 des Maschinengehäuses 10 den ersten Katalysator 15 und den zweiten Katalysator 16 unterzubringen.The
Der Abgaskanal 29 ist in einem rechtwinkelig zur Abgaskammer 18 und zum Abgaskanal 14 ausgerichteten ersten Ebene 31 an einer Unterseite 32 des Maschinengehäuses 10 anschließenden Antriebswellengehäuse 33 mit einem bspw. durch einen Rohrkörper dargestellten zweiten Kanalabschnitt 34 fortgeführt. Oberhalb einer Wasserlinie 35 ist in dem zweiten Kanalabschnitt 34 des Abgaskanals 29 der dritte Katalysator 17 des Katalysatorsystems 6 untergebracht. Und unterhalb der Wasserlinie 35 ist im zweiten Kanalabschnitt 34 eine Wasserdrossel 36 vorgesehen, die einem Rückstrom von Wasser in den besagten dritten Katalysator 17 entgegenwirkt.The exhaust gas duct 29 is continued in a
Der Abgaskanal 29 ist mit einem ebenfalls als Rohrkörper ausgebideten dritten Kanalabschnitt 37 versehen, der in einem Getriebegehäuse 38 unterhalb einer zweiten Ebene untergebracht ist, wobei letztere Ebene mit parallelem Abstand zur ersten Ebene 31 sich hinzieht. Über den dritten Kanalabschnitt 37 gelangt weitgehend gereinigtes Abgasmedium ins Wasser gelangt. Der dritte Kanalabschnitt 37, geht von einem aufrechten Teilkanalabschnitt 39 über einen Bogenabschnitt 40 in einen horizontalen Teilkanalabschnitt 41 übergeht. Letzterer weist eine Austrittsöffnung 42 für das gereinigte Abgasmedium auf. Die Austrittsöffnung 42 ist benachbart einer Schiffsschraube 43 des Außenbordmotors 8 vorgesehen.The exhaust gas duct 29 is provided with a
Das Einspritzventil 13 der Harnstoffeinspritzvorrichtung 7 ist im Bereich des ersten Kanalabschnitts 28 des Abgaskanals 29 wirksam, wobei besagtes Einspritzventil 13 im Ausführungsbeispiel nahe an einer Eintrittsöffnung 44 des ersten Kanalabschnitts eingebaut ist.The
Des Weiteren sind die Katalysatoren 15, 16 und 17 und auch die Wasserdrossel 37 als Einschubelemente in den Abgaskanal 29 ausgeführt, die mittels form- und/oder kraftschlüssiger Halteelemente (nicht gezeigt) in Lage gehalten werden.Furthermore, the
In
Die
Nach
Die Erfindung ist nicht auf eine im Dieselverfahren arbeitende Brennkraftmaschine beschränkt. Es besteht auch die Möglichkeit besagte Erfindung bei einem Ottomotor einzusetzen, dessen Luft/Kraftstoffgemisch im mageren Bereich gehalten wird.The invention is not limited to an internal combustion engine operating in the diesel process. There is also the possibility of using said invention in a gasoline engine whose air/fuel mixture is kept in the lean range.
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DE102018002634.6A Active DE102018002634B4 (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Internal combustion engine that works with excess air |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4038169A1 (en) | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Daimler Benz Ag | Exhaust system for IC engine - has cleaning element in engine housing in path of exhaust gases |
EP1054722B1 (en) | 1998-02-06 | 2001-12-05 | Johnson Matthey Public Limited Company | System for nox reduction in exhaust gases |
DE102004051891A1 (en) | 2004-10-26 | 2006-05-04 | Daimlerchrysler Ag | Internal combustion engine e.g. petrol engine, for e.g. passenger car, has housing wall firmly connected with exhaust gas purification unit and directly formed in fluid, where wall is produced by direct heat exchange connection |
DE102011104496B4 (en) | 2011-06-17 | 2014-02-13 | Neander Motors Ag | Reciprocating internal combustion engine |
-
2018
- 2018-03-29 DE DE102018002634.6A patent/DE102018002634B4/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE4038169A1 (en) | 1990-11-30 | 1992-06-04 | Daimler Benz Ag | Exhaust system for IC engine - has cleaning element in engine housing in path of exhaust gases |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HESSER, Manuel; LÜDERS, Hartmut; HENNING, Ruben-Sebastian: SCR Technology for NOx Reduction: Series Experience and State of Development. In: DEER Conference 2005, August 21 – 25,. 2005, S. 1-29. URL: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f9/2005_deer_hesser.pdf [abgerufen am 2018-11-13]. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102018002634A1 (en) | 2019-10-02 |
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