FI123520B - Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori - Google Patents

Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori Download PDF

Info

Publication number
FI123520B
FI123520B FI20105886A FI20105886A FI123520B FI 123520 B FI123520 B FI 123520B FI 20105886 A FI20105886 A FI 20105886A FI 20105886 A FI20105886 A FI 20105886A FI 123520 B FI123520 B FI 123520B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
cylinder
exhaust
valve
suction
exhaust valve
Prior art date
Application number
FI20105886A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20105886L (fi
FI20105886A0 (fi
FI20105886A (fi
Inventor
Vesa Nordman
Original Assignee
Waertsilae Finland Oy
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
Application filed by Waertsilae Finland Oy filed Critical Waertsilae Finland Oy
Priority to FI20105886A priority Critical patent/FI123520B/fi
Publication of FI20105886A0 publication Critical patent/FI20105886A0/fi
Priority to PCT/FI2011/050641 priority patent/WO2012025662A1/en
Priority to KR1020137007218A priority patent/KR101973357B1/ko
Priority to CN201180041028.4A priority patent/CN103080507B/zh
Priority to EP11770824.8A priority patent/EP2609315B1/en
Publication of FI20105886L publication Critical patent/FI20105886L/fi
Publication of FI20105886A publication Critical patent/FI20105886A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI123520B publication Critical patent/FI123520B/fi

Links

Classifications

    • 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
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods 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 water or steam
    • 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
    • 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
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • 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
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0412—Multiple heat exchangers arranged in parallel or in series
    • 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
    • F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0242—Variable control of the exhaust valves only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0269—Controlling the valves to perform a Miller-Atkinson cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0273—Multiple actuations of a valve within an engine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/006—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] using internal EGR
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/03—Adding water into the cylinder or the pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • 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
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32—Miller cycle
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Description

Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori Keksinnön tekninen ala
Esillä oleva keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi, joka moottori käsittää ainakin 5 yhden sylinterin ja sylinterin sisään järjestetyn edestakaisin liikkuvan männän. Esillä oleva keksintö kohdistuu myös patenttivaatimuksen 11 johdanto-osan mukaiseen polttomoottoriin, joka käsittää ainakin yhden sylinterin ja sylinterin sisään järjestetyn edestakaisin liikkuvan männän.
10 Keksinnön tausta Päästöstandardien asettaessa yhä tiukempia vaatimuksia haitalliselle typpioksidille (NOx), hiilimonoksidille (CO), haihtuvalle hiilivedylle (HC), hiukkasille (PM) ja muille polttomoottoreiden päästöille, moottorivalmistajien on löydettävä uusia keinoja vastatakseen näihin vaatimuksiin. Samalla moottorien polttoainetaloutta tulisi parantaa 15 hiilidioksidipäästöjen (CO2) vähentämiseksi ja moottorien pienikulutuksisen toiminnan varmistamiseksi.
Yleensä NOx-päästöjä voidaan vähentää alentamalla palothan lämpötilaa. Tämä voidaan tehdä mm. soveltamalla ns. Miller-työkiertoa, jossa käytetään muunnettua imun 20 sulkemisprosessia. Miller-työkierrosta on kaksi versiota: Ensimmäisessä versiossa imuventtiili suljetaan vasta alakuolokohdan jälkeen, mikä tarkoittaa, että osaa puristustahdista ei käytetä puristukseen. Tätä käytetään usein kipinäsytytysmoottoreissa, o jotta päästään korkeampaan lämpöhyötysuhteeseen ja pienempään oo nakutustaipumukseen. Miller-työkierron toisessa versiossa käytetään imuventtiilin 25 aikaistettua sulkemista. Kun imuventtiili suljetaan ennen kuin mäntä saavuttaa x alakuolokohdan, sylinterin paine ja lämpötila ovat alhaisempia puristustahdin lopussa.
CL
Tätä Miller-työkierron versiota käytetään usein puristussytytysmoottoreissa. 00 Imuventtiilin aikaistetusta sulkemisesta johtuvaa sylinterin pienempää ilmamäärää ^ kompensoidaan tavallisesti sopivalla ahtosuhteella.
(M
30 2
Toinen tapa vähentää polttomoottorin NOx-päästöjä on käyttää pakokaasun takaisinkierrätystä (EGR), jossa osa pakokaasusta ohjataan takaisin sylinteriin. Koska takaisinkierrätetyn pakokaasun lämpökapasiteetti on korkeampi kuin ilman lämpökapasiteetti, sama määrä palamisessa vapautuvaa energiaa aiheuttaa vähäisemmän 5 lämpötilan nousun EGR:llä varustetuissa moottoreissa. Myös pienemmällä happimäärällä sylinterin sisällä ja palamisnopeutta alentamalla päästään vähäisempään lämpötilan nousuun. EGR-järjcstelmät voivat olla joko sisäisiä tai ulkoisia. Ulkoisessa EGR-järjestelmässä pakokaasua kierrätetään pakokaasuputkistosta imuputkistoon, kun taas sisäisessä EGR-jäijestelmässä pakokaasua jää sylinterin sisälle tai käytössä on 10 takaisinvirtaus pakokaasuputkistosta paloillaan. EGR-järjestelmän vaikutusta voidaan parantaa jäähdyttämällä takaisinkierrätettyä pakokaasua. EGR-järjestelmän eräänä epäkohtana on se, että epäpuhtaudet on poistettava pakkokaasusta ennen sen syöttämistä takaisin sylintereihin. Tämä on tilanne erityisesti käytettäessä raskasta polttoöljyä (HFO). Jos epäpuhtauksia ei poisteta takaisinkierrätetystä pakokaasusta, 15 takaisinkierrätys voi vaurioittaa ahtoilman jäähdyttimiä, turboahtimia ja moottorin muita osia. Toisaalta pakokaasupuhdistimet tekevät EGR-järjestelmästä monimutkaisemman.
Japanilaisessa patenttihakemuksessa JP 11223137 A esitetään imu- ja pako venttiilin 20 ohjauslaite Miller-syklimoottorille. Keksinnössä pyritään vähentämään NOx-päästöjä avaamalla tilapäisesti pako venttiili sisäistä EGR:ää varten imutahdin aikana sen jälkeen kun imuventtiili on suljettu ja palotilassa on alhainen paine. Ulkoiseen EGR:ään verrattuna tällaisen sisäisen EGR:n epäkohtana on se, että takaisinkierrätettyä pakokaasua ei voida jäähdyttää ja näin ollen ei päästä parhaaseen mahdolliseen δ 25 vaikutukseen NOx:n vähentämiseksi.
CM
00
O
Vielä yhtenä keinona vähentää NOx-päästöjä on vesiruiskutus. Vettä voidaan ruiskuttaa x suoraan palotilaan tai imuputkistoon alentamaan palotilan lämpötilaa ja siten vähentämään NOx-päästöjä. Japanilaisessa patenttihakemuksessa JP 9144606 A S 30 esitetään polttomoottori, jossa NOx-päästöjä vähennetään ulkoisella EGR:llä ja suoralla ? vesiruiskutuksella palotilaan. Epäkohtana suorassa vesiruiskutuksessa on se, että se
CM
häiritsee palamista ja johtaa siten heikompaan polttoainetaloudellisuuteen.
3
Keksinnön yhteenveto
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä, jolla vähennetään tehokkaasti polttomoottorin NOx-päästöjä. Esillä olevan keksinnön toisena tavoitteena on aikaansaada polttomoottori, jolla on hyvin alhaiset NOx-päästöt ja korkea 5 polttoainetaloudellisuus. Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet esitetään patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Esillä olevan keksinnön mukaisen polttomoottorin tunnusomaiset piirteet esitetään patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa.
10 Esillä olevan keksinnön mukaisesti menetelmässä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi moottorin käsittäessä ainakin yhden sylinterin, edestakaisin liikkuvan, sylinterin sisälle järjestetyn männän, sylinteriin liitetyn imukanavan imuilman syöttämiseksi sylinteriin, sylinteriin liitetyn pakokanavan pakokaasujen ohjaamiseksi pois sylinteristä, ainakin yhden imuventtiilin imukanavan ja sylinterin välisen yhteyden 15 avaamiseksi ja sulkemiseksi, ja ainakin yhden pakoventtiilin pakokanavan ja sylinterin välisen yhteyden avaamiseksi ja sulkemiseksi, imuventtiili suljetaan imutahdin aikana ensimmäisessä ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa ennen kuin mäntä saavuttaa alakuolokohdan paineen alentamiseksi sylinterissä. Imuventtiilin sulkemisen jälkeen pako venttiili avataan uudelleen toisessa ennalta määritellyssä kämmen 20 kiertokulmassa pakokaasun virtaamisen sallimiseksi sylinteriin pakokanavasta. Ennen kuin pakoventtiili suljetaan pakokaasun sylinteriin virtaamisen estämiseksi, pakokanavaan ruiskutetaan vettä.
Yhdistämällä sisäinen EGR Miller-työkiertoon ja pakokanavaan tapahtuvaan ^ 25 vesiruiskutukseen voidaan päästä hyvin alhaisiin NOx-päästöihin sekä korkeaan § polttoainetaloudellisuuteen. Miller-työkierron käyttö alentaa sylinterin 2^ lämpötilahuippua, koska takaisinkierrätetty pakokaasu auttaa pitämään lämpötilan g alhaisempana koko kierron aikana. Ruiskutettu vesi höyrystyy sylinterissä ja alentaa ^ myös lämpötilaa. Pakokanavaan tapahtuvan ruiskutuksen vuoksi vesi sekoittuu hyvin 00 30 imuilmaan ja pakokaasuun, eikä häiritse palamista. Jopa NOx-päästöille asetetut IMO o o Tier III-vaatimukset pystytään täyttämään ilman selektiivistä katalyyttistä pelkistystä, cv
Ruiskutettu vesi auttaa myös pitämään pakoventtiilit puhtaina. Ulkoisella EGR:llä varustettuun järjestelmään verrattuna menetelmä on yksinkertaisempi ja sillä vältetään 4 pakokaasujen epäpuhtausongelmat. Menetelmää voidaan soveltaa jopa raskaalla polttoöljyllä toimiviin moottoreihin.
Esillä olevan keksinnön mukainen polttomoottori käsittää ainakin yhden sylinterin, 5 edestakaisin liikkuvan, sylinterin sisälle järjestetyn männän, sylinteriin liitetyn imukanavan imuilman syöttämiseksi sylinteriin, sylinteriin liitetyn pakokanavan pakokaasujen ohjaamiseksi pois sylinteristä, ainakin yhden imuventtiilin imukanavan ja sylinterin välisen yhteyden avaamiseksi ja sulkemiseksi, ainakin yhden pako venttiilin pakokanavan ja sylinterin välisen yhteyden avaamiseksi ja sulkemiseksi, ja välineet 10 imuventtiilin ja pakoventtiilin avaamiseksi ja sulkemiseksi. Imuventtiili on järjestetty sulkeutumaan ensimmäisessä ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa imutahdin aikana ennen kuin mäntä saavuttaa alakuolokohdan ja pakoventtiili on järjestetty uudelleen avautumaan toisessa ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa sen jälkeen kun imuventtiili on suljettu pakokaasun virtaamisen sallimiseksi sylinteriin 15 pakokanavasta. Moottori käsittää välineet veden ruiskuttamiseksi pakokanavaan.
Esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti menetelmässä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi vesiruiskutus aloitetaan ennen pakoventtiilin uudelleenavaamista. Kun vesiruiskutus pakokanavaan tapahtuu aikaisin, vesi sekoittuu 20 ainakin osittain pakokaasuun, kun pakoventtiili avataan uudelleen pakokaasujen takaisinkierrätystä varten, ja näin päästään parempaan sekoittumiseen.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vesiruiskutus aloitetaan 170-10 astetta kämmen kiertokulmaa ennen alakuolokohtaa. Aloituskulma voi vaihdella moottorin 0 25 kuormituksen ja pyörimisnopeuden mukaan. Korkeammalla kuormituksella voidaan g käyttää aikaisempaa vesiruiskutuksen ajoitusta riittävän vesimäärän saamiseksi ^ sylinteriin.
CC
CL
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti vesiruiskutuksen kesto on 10-170 oo °° 30 kämmen kiertokulman astetta. Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaisesti o 5 vesiruiskutuksen kesto on 15-60 kämmen kiertokulman astetta. Vesiruiskutuksen kesto
(M
voi vaihdella moottorin kuormituksen ja pyörimisnopeuden mukaan. Jos moottorin 5 nopeus ja/tai kuormitus on suuri, voidaan käyttää pidempää vesiruiskutuksen kestoa riittävän vesimäärän saamiseksi sylinteriin.
Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti ruiskutetun veden ja polttoaineen 5 massasuhde on 0,7-2,0. Suuremmilla moottorikuormituksilla voidaan sylinteriin ruiskuttaa suurempia vesimääriä.
Esillä olevan keksinnön muiden suoritusmuotojen tunnusomaisia piirteitä esitetään epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.
10
Piirustusten lyhyt kuvaus
Kuvioissa 1A-1D esitetään kaavamaisesti osa esillä olevan keksinnön mukaisen polttomoottorin poisto- ja imutahdeista.
15 Kuviossa 2 esitetään kaavamaisesti kaksivaiheisella turboahtauksella varustettu polttomoottori.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus
Seuraavassa esillä olevan keksinnön joitakin suoritusmuotoja kuvataan 20 yksikohtaisemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin.
Kuviossa 1 esitetään kaavamaisesti osa polttomoottorista 10, joka käsittää sylinterin 1, ^ edestakaisin liikkuvan männän 2, joka on järjestetty sylinterin 1 sisälle, imukanavan 3, o ^ pakokanavan 4, imuventtiilin 5, pakoventtiilin 6 ja vesiruiskutussuuttimen 7. Imuilmaa oo 25 syötetään sylinteriin 1 sylinteriin 1 tavanomaisella tavalla yhteydessä olevan 00 imukanavan 3 kautta. Imukanava 3 voi olla osittain sylinterikannen sisällä ja osa
X
o- imukanavasta voi muodostua erillisestä putkesta. Pakokaasut johdetaan ulos sylinteristä oo 1 sylinteriin 1 yhteydessä olevan pakokanavan 4 kautta. Pakokanava 4 voi olla osittain oo o sylinterikannen sisällä ja osa pakokanavasta voi muodostua erillisestä putkesta.
cn 30 6
Moottori 10 käsittää myös välineet 8, 9 imuventtiilin 5 ja pakoventtiilin 6 avaamiseksi ja sulkemiseksi. Välineet 8, 9 venttiilien avaamiseksi ja sulkemiseksi voivat olla esim. hydraulisia tai sähköisiä toimilaitteita, jotka kykenevät liikuttamaan kaasunvaihtoventtiileitä 5, 6 joko suoraan tai vipukoneiston tai muun järjestelyn 5 välityksellä. Kuviossa esitetään ainoastaan yksi sylinteri 1, mutta on selvää, että moottori 10 voi käsittää minkä tahansa kohtuullisen määrän sylintereitä 1, jotka voidaan järjestää linjaan, V-muodostelmaan tai johonkin muuhun muodostelmaan. Myös kaasunvaihtoventtiilien 5, 6 määrä voi olla erilainen. Yhdessä sylinterissä 1 voi olla esimerkiksi kaksi imuventtiiliä 5 ja kaksi pakoventtiiliä 6. Moottori 10 on edullisesti 10 nelitahtimoottori, mutta se voi käyttää myös kuusitahtisykliä. Keksintöä käytetään edullisesti ahdetun puristussytytyksisen polttomoottorin yhteydessä, mutta sitä voidaan käyttää myös vapaasti hengittävissä moottoreissa ja/tai kipinäsytytysmoottoreissa.
Kuviossa 2 esitetään suoritusmuoto, jossa moottori 10 käsittää neljä sylinteriä 1. 15 Moottorin 10 imuilma ahdetaan matalapaineturboahtimella 11 ja korkeapaineturboahtimella 12. Turboahtausjärjestelmä käsittää myös kaksi ahtoilmajäähdytintä 13, 14.
Kuviossa IA esitetään lähes pakotahdin lopussa esiintyvä tilanne, jossa mäntä 2 20 lähestyy yläkuolokohtaa ja pakoventtiili 6 on edelleen auki sallien pakokaasuvirtauksen pakokanavaan 4. Myös imuventtiili 5 on juuri avautunut parantaen huuhtelua.
Kuviossa IB mäntä 2 on ohittanut yläkuolokohdan ja pakoventtiili 6 on juuri suljettu imuventtiilin 5 ollessa auki ja sylinterin 1 alkaessa täyttyä puhtaalla ilmalla. Tässä o 25 vaiheessa paine sylinterissä 1 on hieman alhaisempi kuin imukanavassa 3 johtuen ob venttiilikanavan virtausvastuksesta, o oo x Kuviossa 1C esitetään kuinka imuventtiili 5 on suljettu imutahdin aikana ennen Q_ alakuolokohtaa. Koska sekä imuventtiili 5 että pakoventtiili 6 ovat kiinni ja mäntä 2 ra 30 liikkuu edelleen alaspäin kohti alakuolokohtaa, paine sylinterissä 1 alkaa laskea.
^ Imuventtiilin aikainen sulkeminen tarkoittaa, että puristussuhde on alhaisempi kuin
C\J
paisuntasuhde ja sylinterin lämpötila laskee puristuksen lopussa. Imuventtiilin sulkemisen optimaalinen ajoitus riippuu useista tekijöistä, kuten moottorin rakenteesta, 7 syöttöpaineesta, moottorin kuormituksesta ja nopeudesta jne. Mitä aikaisemmin imuventtiili 5 suljetaan, sitä enemmän sylinterin lämpötila laskee ja NOx-päästöt vähenevät. Imuventtiilin 5 aikainen sulkeminen tarkoittaa kuitenkin myös alhaisempaa moottorin tehoa, jos imuventtiilin 5 aikaista sulkemista ei kompensoida korkeammalla 5 ahtopaineella. Myöhäisin mahdollinen imuventtiilin 5 sulkemisen ajoitus on riippuvainen imu- ja pakopaineista. Imuventtiili 5 on suljettava riittävän ajoissa sylinteripaineen vähentämiseksi pakopaineen aikana siten, että pakokaasut voivat virrata pakokanavasta 4 sylinteriin 1. Imuventtiili 5 suljetaan tyypillisesti 100-30 kämmen kiertokulman astetta ennen alakuolokohtaa, mutta myös aikaisempi tai myöhempi 10 sulkeminen on mahdollista.
Kuviossa ID mäntä 2 lähestyy alakuolokohtaa ja pakoventtiili 6 on avattu. Se kämmen kiertokulma, jolloin pakoventtiili 6 avataan, riippuu useista eri tekijöistä. Sylinterin 1 paineen tulee olla alhaisempi kuin pakokanavan 4 paineen, kun pakoventtiili 6 avataan, 15 muutoin pakokaasu ei virtaa sylinteriin 1. Pako venttiilin avaamisen optimaalinen ajoitus riippuu useista tekijöistä, kuten halutusta takaisinkierrätetyn pakokaasun määrästä, sylinterin paineesta, pakokaasun paineesta ja venttiilin rakenteesta. Se kämmen kiertokulman alue, jolla pako venttiiliä 6 pidetään auki, riippuu samankaltaisista tekijöistä. Tyypillisesti pakoventtiili 6 avataan 90-10 astetta ennen alakuolokohtaa ja 20 sitä pidetään auki 10-90 kämmen kiertokulman astetta. Joissakin tapauksissa voi kuitenkin olla mahdollista avata pakoventtiili 6 alakuolokohdan jälkeen.
Kun pakoventtiili 6 on avattu, sylinterin 1 paineen tulee olla alhaisempi kuin pakokanavan 4 paineen. Johtuen pakokanavan 4 ja sylinterin 1 välisestä paine-erosta o 25 pakokaasu virtaa sylinteriin 1. Tällä takaisinkierrätetyllä pakokaasulla on korkeampi g lämpökapasiteetti kuin ilmalla, ja tämän vuoksi tietyn polttoainemäärän palaminen i ^ aikaansaa pienemmän lämpötilan nousun kuin mitä tilanne on ilman pakokaasun x takaisinkierrätystä. Pakoventtiili 6 voidaan pitää auki jopa puristustahdin alussa. Jos
CL
imuventtiili 5 suljetaan hyvin aikaisin imutahdin aikana, esim. 50-90 kämmen oo g 30 kiertokulman astetta ennen alakuolokohtaa, sylinterin 1 paine on alhaisempi kuin o q pakokanavan 4 paine suhteellisen kauan sen jälkeen kun mäntä 2 on ohittanut
CM
alakuolokohdan. Näin pakokaasut voivat virrata pakokanavasta 4 sylinteriin 1 puristustahdin alussa, jos pakoventtiili 6 pidetään auki.
8
Ennen kuin pakoventtiili 6 suljetaan uudelleen, pakokanavaan 4 ruiskutetaan vettä vesiruiskutussuuttimen 7 kautta. Suutin 7 sijaitsee pako venttiilin 6 alavirran puolella pakokaasujen normaalissa virtaussuunnassa. Suutin 7 on pako venttiilin 6 läheisyydessä 5 ja osoittaa kohti sylinteriä 1. Kuviossa 2 esitetään säiliö 15 veden varastoimiseksi ja syöttökanava 16 ja -pumppu 17 veden syöttämiseksi suuttimille 7. Veden ruiskutus voidaan aloittaa jo ennen pakoventtiilin 6 avaamista. Näin voidaan käyttää pidempiä ruiskutuksen kestoaikoja. Se kämmen kiertokulma, jolla vesiruiskutus aloitetaan, riippuu niistä kämmen kiertokulmista, joilla pakoventtiili 6 avataan ja suljetaan. Myös 10 moottorin kuormitus ja nopeus ja vesiruiskutussuuttimen 7 tyyppi vaikuttavat optimaaliseen kämmen kiertokulmaan ruiskutuksen aloittamiseksi ja siihen kämmen kiertokulma-alueeseen, jolla vesi ruiskutetaan. Jos ruiskutussuuttimen 7 teho on alhainen, tarvitaan pidempi ruiskutuksen kestoaika. Korkea moottorikuormitus edellyttää myös pitempää ruiskutuksen kestoaikaa kuin alhaisemmat 15 moottorikuormitukset. Vesiruiskutus aloitetaan tyypillisesti 170-10 astetta ennen alakuolokohtaa. Se kämmen kiertokulma-alue, jolla vesi ruiskutetaan pakokanavaan 4, on tyypillisesti 10-170 astetta ja sopivammin 15-60 astetta. Ruiskutetun veden ja polttoaineen massasuhde on tyypillisesti 0,7-2,0. Vesiruiskutuksen ei tarvitse tapahtua kokonaan imutahdin aikana, vaan se voi jatkua puristustahdin alkuun saakka. Siinä 20 tapauksessa myös pakoventtiili 6 on pidettävä auki yli alakuolokohdan.
Ruiskutettu vesi virtaa yhdessä pakokaasun kanssa sylinteriin 1 pakoventtiilin 1 ohi ja sekoittuu pakokaasuun. Veden höyrystyessä se alentaa takaisinkierrätetyn pakokaasun lämpötilaa ja auttaa pitämään sylinterin lämpötilan alhaisempana. Lisäksi ruiskutettu ° 25 vesi pitää pakoventtiilin 6 puhtaana karstasta. Koska vesi ruiskutetaan pakokanavaan 4 § eikä suoraan imukanavaan 3 tai sylinteriin 1 samanaikaisesti polttoaineen ruiskutuksen ^ kanssa, vesi sekoittuu tehokkaasti puhtaaseen ilmaan ja takaisinkierrätettyyn pakokaasuun eikä häiritse palamista.
CL
CO
00 00
LO
o δ C\l

Claims (13)

1. Menetelmä polttomoottorin (10) päästöjen vähentämiseksi, joka moottori käsittää ainakin yhden sylinterin (1), 5. edestakaisin liikkuvan, sylinterin (1) sisälle j ärj estetyn männän (2), sylinteriin (1) liitetyn imukanavan (3) imuilman syöttämiseksi sylinteriin (1), - sylinteriin (1) liitetyn pakokanavan (4) pakokaasujen ohjaamiseksi pois sylinteristä (1), ainakin yhden imuventtiilin (5) imukanavan (3) ja sylinterin (1) välisen 10 yhteyden avaamiseksi j a sulkemiseksi, j a ainakin yhden pakoventtiilin (6) pakokanavan (4) ja sylinterin (1) välisen yhteyden avaamiseksi ja sulkemiseksi, jossa menetelmässä ennen kuin mäntä (2) saavuttaa alakuolokohdan imutahdin aikana imuventtiili 15 (5) suljetaan ensimmäisessä ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa paineen alentamiseksi sylinterissä (1), ja - imuventtiilin (5) sulkemisen jälkeen pakoventtiili (6) avataan uudelleen toisessa ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa pakokaasun virtaamisen sallimiseksi sylinteriin (1) pakokanavasta (4), 20 tunnettu siitä, että ennen kuin pakoventtiili (6) suljetaan pakokaasun sylinteriin (1) virtaamisen estämiseksi, pakokanavaan (4) ruiskutetaan vettä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että veden ruiskutus ^ aloitetaan ennen pakoventtiilin (6) uudelleen avaamista, o ^ 25 oo
? 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 00 vesiruiskutus aloitetaan 170-10 astetta kämmen kiertokulmaa ennen alakuolokohtaa. X cc CL co
4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että LO o 30 vesiruiskutuksen kesto on 10-170 kämmen kiertokulman astetta. δ CM
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesiruiskutuksen kesto on 15-60 astetta.
6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 ruiskutetun veden ja polttoaineen massasuhde on 0,7-2,0.
7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pakoventtiili (6) pidetään auki 20-90 kämmen kiertokulman astetta.
8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pakoventtiili (6) avataan uudelleen 90-10 astetta ennen alakuolokohtaa.
9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imuventtiili (5) suljetaan 100-30 astetta ennen alakuolokohtaa. 15
10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että imuilma on ahdettua.
11. Polttomoottori (10), joka käsittää 20. ainakin yhden sylinterin (1), - edestakaisin liikkuvan, sylinterin (1) sisälle j ärj estetyn männän (2), sylinteriin (1) liitetyn imukanavan (3) imuilman syöttämiseksi sylinteriin (1), sylinteriin (1) liitetyn pakokanavan (4) pakokaasujen ohjaamiseksi pois sylinteristä (1), cm 25 - ainakin yhden imuventtiilin (5) imukanavan (3) ja sylinterin (1) välisen i o yhteyden avaamiseksi j a sulkemiseksi, cö - ainakin yhden pako venttiilin (6) pakokanavan (4) ja sylinterin (1) välisen | yhteyden avaamiseksi j a sulkemiseksi, j a cd - välineet (8, 9) imuventtiilin (5) ja pakoventtiilin (6) avaamiseksi ja sulkemiseksi, 00 g 30 imuventtiilin (5) ollessa järjestetty sulkeutumaan imutahdin aikana ensimmäisessä o ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa ennen kuin mäntä (6) saavuttaa alakuolokohdan ja pakoventtiilin (6) ollessa jäljestetty avautumaan uudelleen toisessa ennalta määritellyssä kämmen kiertokulmassa sen jälkeen kun imuventtiili (5) on suljettu pakokaasun virtaamisen sallimiseksi sylinteriin (1) pakokanavasta (4), tunnettu siitä, että moottori (10) käsittää välineet veden ruiskuttamiseksi pakokanavaan (4).
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen polttomoottori (10), tunnettu siitä, että 5 välineet veden ruiskuttamiseksi pakokanavaan käsittävät suuttimen (7), joka sijaitsee pakoventtiilin (6) alavirran puolella pakoventtiilin (6) läheisyydessä osoittaen kohti sylinteriä (1).
13. Patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen polttomoottori (10), tunnettu siitä, että 10 moottori (10) käsittää välineet (11, 12) imuilman ahtamiseksi. δ CM 00 O δ X cc CL CD 00 00 LO o δ CM
FI20105886A 2010-08-26 2010-08-26 Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori FI123520B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105886A FI123520B (fi) 2010-08-26 2010-08-26 Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori
PCT/FI2011/050641 WO2012025662A1 (en) 2010-08-26 2011-07-07 Method for reducing emissions of an internal combustion engine and internal combustion engine
KR1020137007218A KR101973357B1 (ko) 2010-08-26 2011-07-07 내연 기관의 배출을 감소시키는 방법 및 내연 기관
CN201180041028.4A CN103080507B (zh) 2010-08-26 2011-07-07 用于减少内燃机的排放的方法以及内燃机
EP11770824.8A EP2609315B1 (en) 2010-08-26 2011-07-07 Method for reducing emissions of an internal combustion engine and internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20105886A FI123520B (fi) 2010-08-26 2010-08-26 Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori
FI20105886 2010-08-26

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI20105886A0 FI20105886A0 (fi) 2010-08-26
FI20105886L FI20105886L (fi) 2012-02-27
FI20105886A FI20105886A (fi) 2012-02-27
FI123520B true FI123520B (fi) 2013-06-14

Family

ID=42669390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20105886A FI123520B (fi) 2010-08-26 2010-08-26 Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2609315B1 (fi)
KR (1) KR101973357B1 (fi)
CN (1) CN103080507B (fi)
FI (1) FI123520B (fi)
WO (1) WO2012025662A1 (fi)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5772762B2 (ja) 2012-08-21 2015-09-02 株式会社デンソー 内燃機関
US8960133B2 (en) 2013-01-23 2015-02-24 Ford Global Technologies, Llc Liquid injection for scavenging
CN105840357A (zh) * 2016-05-06 2016-08-10 哈尔滨工程大学 柴油机自净化egr装置
CN109973258A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 Egr***及包括egr***的内燃机
US11047341B2 (en) 2018-11-13 2021-06-29 Caterpillar Inc. Prechamber fluid injection

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR573422A (fr) * 1923-02-01 1924-06-23 Perfectionnements dans les moteurs à combustion interne
DE2638651A1 (de) * 1976-08-27 1978-03-02 Franc Lopic Explosionsmotor mit einer drehbaren nockenwelle
JP3449080B2 (ja) 1995-11-20 2003-09-22 三菱ふそうトラック・バス株式会社 燃料及び水噴射エンジン
DE19751664C1 (de) * 1997-11-21 1999-04-01 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einem Dekompressionsventil
JP3879227B2 (ja) 1998-02-06 2007-02-07 日産自動車株式会社 ミラーサイクルエンジンの吸・排気弁制御装置
WO2002081882A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-17 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method of operating internal combustion engine injected with critical water
JP2003201922A (ja) * 2002-01-07 2003-07-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 内燃機関の排気再循環方法および排気再循環装置
JP2004100561A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の動弁装置
JP2005315234A (ja) * 2004-04-30 2005-11-10 Toyota Motor Corp 内燃機関及び内燃機関の制御装置
DE102005031241A1 (de) * 2005-07-01 2007-01-04 Fev Motorentechnik Gmbh Variabler Ventiltrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine
JP4538574B2 (ja) * 2006-05-09 2010-09-08 有限会社Ｓｇｇ研究所 ６行程ガソリンエンジン
JP2008151059A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Toyota Motor Corp 可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置
US20080202454A1 (en) * 2007-02-27 2008-08-28 Scuderi Group. Llc. Split-cycle engine with water injection

Also Published As

Publication number Publication date
EP2609315B1 (en) 2015-04-01
EP2609315A1 (en) 2013-07-03
CN103080507A (zh) 2013-05-01
WO2012025662A1 (en) 2012-03-01
FI20105886L (fi) 2012-02-27
KR20130143017A (ko) 2013-12-30
CN103080507B (zh) 2015-12-02
KR101973357B1 (ko) 2019-04-29
FI20105886A0 (fi) 2010-08-26
FI20105886A (fi) 2012-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202181956U (zh) 涡轮增压内燃发动机的***
US7753037B2 (en) Engine
US9695723B2 (en) Combustion system including a piston crown and fuel injector
US20110146267A1 (en) Methods and Systems for Emission System Control
CN105683541B (zh) 压缩点火式发动机的控制装置
EP2179158B1 (en) Control apparatus and control method for internal combustion engine
FI123520B (fi) Menetelmä polttomoottorin päästöjen vähentämiseksi ja polttomoottori
US20180355824A1 (en) Methods and systems for a blow-off line
CN104471221B (zh) 用于发动机的方法和***
US9021785B2 (en) Engine system for increasing available turbocharger energy
CN110418887B (zh) 内燃机和用于控制这种内燃机的方法
US8931256B2 (en) Engine system with passive regeneration of a filter in EGR loop
JP2006299890A (ja) 内燃機関
US9644528B2 (en) Engine system with EGR over-pressure protection
US8234855B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
CN203769966U (zh) 机械增压的内燃发动机
RU2699856C2 (ru) Система сгорания для двигателя (варианты) и головка блока цилиндров для использования в этой системе
GB2522848A (en) Exhaust gas recirculation system for internal combustion engines
KR20190043388A (ko) 엔진 시스템
KR100488777B1 (ko) 자동차용 디젤 엔진의 고압 공기 공급시스템
JP2013133708A (ja) 内燃機関
JP4760697B2 (ja) 内燃機関の制御装置
CN111051668B (zh) 内燃机和用于控制这种内燃机的方法
JP2013083204A (ja) ディーゼルエンジン
JP6032802B2 (ja) Ｅｇｒ装置

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 123520

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B