KR100965321B1 - 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치 - Google Patents

과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100965321B1
KR100965321B1 KR1020047014656A KR20047014656A KR100965321B1 KR 100965321 B1 KR100965321 B1 KR 100965321B1 KR 1020047014656 A KR1020047014656 A KR 1020047014656A KR 20047014656 A KR20047014656 A KR 20047014656A KR 100965321 B1 KR100965321 B1 KR 100965321B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
combustion air
fuel
amount
engine
Prior art date
Application number
KR1020047014656A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040107483A (ko
Inventor
휴플리유하니
파로다니엘
Original Assignee
바르실라 핀랜드 오이
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 바르실라 핀랜드 오이 filed Critical 바르실라 핀랜드 오이
Publication of KR20040107483A publication Critical patent/KR20040107483A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100965321B1 publication Critical patent/KR100965321B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F02M35/04—Air cleaners specially arranged with respect to engine, to intake system or specially adapted to vehicle; Mounting thereon ; Combinations with other devices
    • F02M35/042—Air cleaners specially arranged with respect to engine, to intake system or specially adapted to vehicle; Mounting thereon ; Combinations with other devices combined with other devices, e.g. heaters ; for use other than engine air intake cleaning, e.g. air intake filters arranged in the fuel vapour recovery system
    • 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
    • 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
    • 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
    • F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
    • F02M25/0225—Water atomisers or mixers, e.g. using ultrasonic waves
    • 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
    • F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
    • 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
    • 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
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • 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
    • F02B29/045—Constructional details of the heat exchangers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation, materials, or manufacturing and assembly
    • F02B29/0468—Water separation or drainage means
    • 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
    • F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
    • 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
    • F02M31/00—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture
    • F02M31/02—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating
    • F02M31/04—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture
    • F02M31/10—Apparatus for thermally treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture for heating combustion-air or fuel-air mixture by hot liquids, e.g. lubricants or cooling water
    • 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)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

연소공기의 압력이 과급기(2)에 의해 대기압력 보다도 높은 레벨까지 증가되며, 물이 연료주입과 연결된 것과 동일한 주입장치로 엔진의 연소공간에 에멀션으로서 분사되며, 더욱, 연소공기의 물의 농도가 연소공기를 엔진의 연소공간에 공급하기 전에 증가되는 과급된 피스톤엔진(1) 내의 질소산화물(NOx)을 감소시키는 방법. 또한, 본 발명은 복수 개의 실린더들, 각 실린더와 플로우 연결된 연소공기채널(3)을 통하여 배치된 과급기(2)를 포함하고, 상기 피스톤엔진은 연료-물-에멀션(7')을 공급하기 위한 장치와, 각 실린더에 연료-물-에멀션을 공급하기 위한 실린더에 연결된 노즐(7)들, 및 연소공기흐름방향으로 과급기에 뒤이어 연소공기에 물을 공급하기 위한 연소공기채널에 배치된 노즐장치(4)를 더 포함하여 구성된다.

Description

과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치{METHOD OF REDUCING NITROGEN OXIDE(NOx) EMISSIONS IN SUPERCHARGED PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE ARRANGEMENT}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 방법과 청구항 11에 따른 피스톤엔진장치에 관한 발명이다
높은 연소온도에서, 질소산화물(NOX)은 피스톤엔진의 실린더에서 생성되어, 배기가스로 공기중에 방출된다. 질소산화물 방출의 환경적인 악영향 때문에, 이것을 줄이기 위해 노력이 기울여지고 있다.
잘 알려진 바와 같이, 연소공정에 연소공기와 함께 물을 첨가하는 것은 질소산화물 방출의 발생을 감소시킨다. 이러한 현상은, 그 중에서도, 물의 냉각효과에 기초한다. 실제적으로, 물을 피스톤엔진의 연소공정에 첨가하는 것은, 물이 엔진의 연소챔버에 직접 공급되거나, 물이 연료 에멀션으로서 연료에 공급되거나, 또는 물의 공급이 흡입공기에 흡입공기채널을 통하여 이루어지는, 주로 세 가지의 대안적인 방법으로 실행된다.
미국특허공보 US 5758606호에서, 과급기에 뒤이어 엔진의 흡입공기에 물을 공급하는 방법은 제시되어 있다. 물은 우선 엔진의 냉각수로 가열되어 별도의 가습타워에 공급되고 증발안개로 분무된 물이 증발된다. 이러한 종류의 장치는, 즉 가습타워를 위한 공간이 필요하고 대형의 가습타워는 고압으로 작동하기 때문에 어떤 안정성의 문제를 야기하므로, 비현실적이다.
그와 같이, 연소공간에 흡입공기와 함께 물을 공급하는 것은 엔진의 샤프트효율을 감소시키지 않는 반면, 어떤 조건에서는 흡입공기의 온도가 고온으로 상승되어야 할 것이며, 그래서 질소산화물의 방출을 감소시키는 관점에서, 결과적으로 공기가습도가 질량흐름율과 공기의 산소농도를 감소시키는, 충분한 레벨에 도달할 수 있다. 그러므로, 연소공간에서 증발된 얻어진 물의 양은 단지, 흡입공기의 압력과 온도조건에서 가스형태로 남아있는 정도의 양이다. 그러므로, 흡입공기와 함께 연소공간에서 얻어진 물의 양은 흡입공기의 조건에서 수증기의 포화에 의해 제한된다. 흡입밸브와 배기밸브가 동시에 개방되는 경우인 실린더의 배기단계 중에 배출되어야 하므로, 흡입공기의 연속적인 가습으로 인해, 물의 일부는 이용될 수 없으므로, 요구되는 물의 양은 상대적으로 높다.
공보 EP 0 683 307 A1호에서, 물을 직접 엔진의 실린더에 공급하는 장치가 엔진의 연소순서에 따라 제시되어 있다. 엔진의 회전속도, 피스톤의 위치 및/또는 엔진의 작동조건을 입력데이터로 사용하는 조절유니트에 의해 제어되는 동안에 물이 분사된다. 이러한 종류의 해결방법에서, 너무 많은 물이 분사되지 않도록 하고, 한편으로 소망의 효과가 얻어질 수 있도록 하는 연소공간에의 최적의 물 분배가 문제가 된다. 더하여, 물을 직접 연소공간에 공급하는 것은 다소 복잡한 장비를 필요로 한다. 물과 연료의 공급은 또한 대안적으로 동일한 노즐로 수행될 수 있다. 또한, EP-A-0916836, US-A-4960080, EP-A-1076169 및 US-A-6082311의 문헌은, 연소공기가 연소챔버에 도입되기 전에, 연소공기의 물의 농도가 증가되는 과급엔진을 개시하고 있다.
연소공간에 직접 물을 공급하는 것은, 또한 에멀션으로서 연료와 함께 물을 공급하는 것으로 공지되어 있다. 이러한 해결방법은 많은 면에서 장점이 있지만, 그 특유의 문제는 설비의 크기가, 조합된 연료와 물 흐름율에 의해 결정되는, 용적면에서 커야 한다는 것이다. 이러한 경우, 특히 부분 로드(load)를 가져, 동작이 최적이지 않다. 공보 EP 0 742 363호에서, 종래의 연료-물-에멀젼 주입의 문제에 관한 해결방법이 제시되어 있다. 그와 같이 사용하여, 연료-물-에멀션의 준비시스템은 상대적으로 복잡할 수 있으며, 그것의 물의 양의 제어는 느리다.
본 발명은 목적은 질소산화물 방출과 과급된 피스톤엔진에서의 스모그형성을 감소시키는 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이것은 연소공정에서 물의 장점을 이용하는 것에 기초하는 것이지만, 선행기술의 단점이 본질적으로 제거된 것이다. 더욱 자세하게, 본 발명의 목적은 공보 EP 0 742 363에 개시된 물-연료 에멀션이 사용되는 방법 및 장치를 제공하는 것이지만, 그러한 시스템과 방법에 있어서 단점이 제거되었다.
본 발명의 목적은 주로 청구항 1 및 11, 더욱 자세하게는 다른 청구항들에 개시된 바에 의해 달성될 수 있다.
과급된 피스톤엔진내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법에 따른 방법에 있어서, 연소공기의 압력은 과급장치에 의해 대기공기의 압력레벨 만큼 높게 증가되며, 여기서 물은 연료주입 중에서와 같은 주입기구로 엔진의 연소공간내로 에멀션으로서 분사된다. 더욱이, 상기 방법에서, 연소공기의 물의 농도는 연소공기를 엔진의 연소공간에 공급하기 전에 증가된다.
본 발명에 따르면, 엔진이 가동 중인 동안에, 물의 공급에 필요한 조건과 공급위치 모두는 엔진의 동작상태 뿐만 아니라 연료공급시스템의 용량 사용 정도(Degree of capacity utilisation)의 측정 및/또는 결과에 기초하여 연속적으로 결정된다. 이러한 방법에서, 분사될 연료-물-에멀션의 양 및 이러한 방법에서 이러한 경로를 거쳐 공급된 물의 양에 대한 연료공급시스템으로부터 얻어진 정확한 정보가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연료의 양은 엔진의 로드(load)에 따라 조절된다; 연료와 함께 공급된 물의 양은 연료공급시스템의 최대용량에 일치하는 연료의 양과 공급될 연료의 양의 차이가 최대가 되도록 조절되며, 연소공기에 공급될 물의 양은 그 양이, 적어도, 소정의 질소산화물의 방출레벨과, 연료와 함께 공급될 물의 양에 의해 기인하는 질소산화물의 방출레벨의 차이를 일정하게 하는 양에 대응하도록 조절된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 연료-물-에멀션의 물의 양은 주로 거의 일정하게 유지된다. 더욱 자세하게, 연소공기에 공급될 물의 양은 엔진의 로드에 따라 조절되며, 바람직하게는 연소공기의 압력에 따라 조절된다. 물을 연소공기에 바람직한 형태로 항상 분사할 수 있도록, 주입은 각 노즐에서의 주입압력이 거의 일정하게 유지되도록 실행된다. 분사될 물의 양은 주어진 시간에 필요한 양의 노즐을 동작되도록 유지시킴에 의해 조절된다. 그러므로, 온-오프 원리에 따라 조절되는 몇몇 노즐이 존재하며, 그 경우 항상 필요한 양의 노즐이 사용되고 있다.
본 발명에 의하면, 연료-물-에멀션은 바람직하게는 연료의 양의 10% 내지 55%를 함유하며, 연소공기와 함께 공급될 물의 양은 공급될 연료의 양의 0.5 ∼ 5배이다. 연료-물-에멀션의 물의 농도는 거의 일정하게 유지되며, 다시 말하면, 엔진의 동적인 빠른 로드변화에 따라 조절되지 않는다.
또한, 본 방법의 조절은, 연소공기에 공급될 물의 양이 이론적으로 공기의 포화에 요구된 물의 양보다 약간 크게 조절될 때, 간략화 되며, 액체형태로 남아있는 물은 엔진의 연소공간 내로 공기를 공급하기 전에 연소공기로부터 분리된다.
본 발명에 따른 피스톤엔진장치는 몇몇 실린더들, 연소공기 채널을 통하여 실린더 각각과 플로우 연결(flow connection)되도록 배치된 과급기 및 연료-물-에멀션을 공급하기 위한 장치로 구성되며, 더하여, 각각의 실린더에는 연료-물-에멀션을 공급하기 위한 실린더와 연결된 노즐들이 있다. 더욱, 본 발명에 따른 피스톤엔진에는, 독립적으로 개폐될 수 있는 많은 노즐로 구성된 노즐장치가 연소공기흐름방향으로 과급기에 뒤이어 물을 연소공기에 공급하기 위하여 연소공기채널에 배치된다.
연소공기채널에 있어서, 엔진의 실린더에 이끌기 전에 연소공기로부터 액체상태인 물을 분리하기 위하여 적어도 하나의 물방울(drop) 분리기가 채용된다. 엔진장치는 더욱 바람직하게 상기 노즐장치에 연결된 물 예열장치로 구성되며, 이러한 경우 물방울분리기는 물 예열장치와 플로우 연결된다.
본 발명에서 훨씬 효율적으로 조합된 배기가스로부터 질소산화물의 감소와 스모그형성의 감소와 같은 몇 가지 장점이 얻어진다. 더욱, 본 발명의 방법에 따른 전체 물의 소비는 또한 공지의 방법으로 저감되며, 또한 연료의 특유의 소비가 본 발명에 따른 방법으로 매우 저감된다. 본 발명에 따른 해결방법에서, 에멀션 의 형태의 물이 연료 중에 증발되어 연료 방울의 분해를 초래할 때, 연료 방울형성과 이러한 방법에서의 연소는 더욱 효율적으로 된다.
본 발명은 첨부도면을 참고로 하여, 예를 들어 아래에 기술될 것이며, 여기서 도 1은 본 발명에 따른 실시예의 개략적인 도시를 나타낸다.
도 1에서, 참고부호 1은 그 자체가 알려진 방식대로 과급기(2)에 연결된 피스톤엔진을 나타낸다. 엔진(1)의 각 실린더와 결합되어, 연료 및 물의 혼합물, 즉 연료-물-에멀션을 엔진에 공급하는 수단인 연료주입노즐(7)이 배치되어 있다. 시스템은 또한 연료-물-에멀션을 공급하는 장치(7')를 구비한다. 연료는 미리 제작된 에멀션으로 얻어질 수 있으며, 이러한 경우 장치(7')는 주로 단지 연료공급장치만으로 구성되지만, 연료-물-에멀션용 장치가 연료-물-에멀션의 생산장치를 더 포함할 수 있다. 연료-물-에멀션의 공급은 엔진의 질소산화물 방출을 상당히 줄일 수 있다. 연료-물-에멀션에서의 물의 양은 바람직하게는 일정하게 유지되며, 물은 일반적으로 연료양의 10% 내지 55%로 구성된다. 연료에 대한 물의 농도는, 연료시스템에 의해 설정된 한계와 사용될 연료를 고려하여 가능한 높게 유지될 수 있다. 물과 연료의 비율이 변한다면, 그것은 바람직하게는 엔진의 로드에 따라 발생한다.
과급기(2)와 엔진을 연결하는 채널(3)에는, 연소공기에 물을 공급하기 위한 라인(12)과 연결된 노즐 장치(4)가 배치되어 있다. 또한, 상기 과급기의 압축기 앞에, 대응하는 노즐장치(4')가 있을 수 있다. 도면에 있어서, 물 시스템은 참고부호(11)로 나타내어진다. 필요에 따라, 예를 들면, 증기발생기 또는 물 예열장치가 구비될 수 있다. 채널(3)에 있어서, 연소공기의 온도를 바꾸기 위한 열교환장치(5)가 배치되어 있다. 채널(3)은 엔진(1)의 공기챔버(8)에 연결되며, 이로부터 공기는 각 엔진의 실린더에 유도된다. 도면에서, 바람직하게는 장치에 사용된 물방울 분리기(6)가 도시되어 있다. 물방울 분리기(6)로부터, 채널(13)은 물시스템(11)으로 배치되며, 이것은 연소공기로부터 분리된 물의 재순환과 재사용을 가능하게 한다. 이러한 방법에 있어서, 필요하다면, 이론적으로 공기를 포화시키기에 충분한 양보다 더욱 많은 물이 연소공기에 공급될 수 있다. 노즐장치(4, 4')로, 연소공기 물 농도는 연소공기를 엔진의 연소공간으로 공급하기 전에 증가된다. 공기에 공급되는 물의 양은 공기가 본질적으로 포화될 정도로, 바람직하게는 매 시간 선택된다. 전형적으로, 연소공기와 동반하는 물의 양은 공급된 연료의 양의 약 0.5 ∼ 5배이다. 각 경우에 근거하여, 물은 액체상태로 또는 증기로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 실현하기 위해, 엔진의 제어시스템(9)은 엔진의 몇몇 다른 위치로부터 정보를 수집할 수 있도록 배치된다. 엔진의 연소공기의 상태는 압축기(compressor) 앞에 배치된 측정요소(3.1)로 정해진다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기 뒤에 위치한 추가적인 측정요소(3.3)가 있을 수 있다. 또한, 소위 과급 압력의 상태뿐만 아니라, 연소공기의 상태는 엔진(1)의 연소공기챔버(8)와 연결되어 배치된 측정요소(3.2)의 수단에 의해 결정된다. 엔진의 배기가스의 상태는 측정요소(10)의 측정데이터에 따라 결정된다. 또한 엔진의 동작은 측정요소(1.1 및 1.2)의 측정에 의해 계속된다. 이러한 것들 중에, 특히 측정요소(1.2)는 엔진의 로드와 회전속도를 측정하도록 배치된다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 물을 연소공정에 공급하는 것은 연료와 연소공기와 함께 결합된 방식으로 일어난다. 이러한 방식에서, 두 개의 분리된 시스템을 사용함에 의해, 물의 양의 조절은, 바람직하게는 연료-물-에멀션 중의 물의 농도를 대략 일정하게 하고, 그리고 연소공기에 공급될 물의 양을 제어하고 조절함에 의해 필요한 전체 물의 양이 조절되도록 수행된다. 연소공기에 공급될 물의 양은 바람직하게는 엔진의 로드에 따라 조절되며, 예를 들면 연소공기압력이 그 적절한 지표일 수 있다. 연소공기에 공급될 물의 양은, 주어진 시간의 필요에 따라, 적절한 수의 물 주입노즐을 개폐함에 의해 조절되며, 주입압력은 노즐의 각각에서 거의 일정하다. 이러한 방식에서, 바람직한 물방울 형성 또는 물의 분무작용(Atomisation) 및, 동시에 연소공기에 대한 물의 올바른 양이 제공된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 연료-물-에멀션이 일정한 양의, 전형적으로는 연료양의 10% 내지 55%의 물을 함유하도록 구현되며, 물의 소스(source)에서 미리 가열된 액체상태인 물은 연소가스를 가습하기 위해 사용된다. 결과적으로, 필요한 전체 양의 물은, 공기에 공급될 물의 양이 이론적으로 공기의 포화에 필요한 물의 양을 항상 초과하도록, 연소가스에 공급될 물의 양을 조절함에 의해 조절된다. 이러한 방법에서, 액체형태의 물은 엔진의 연소공간에 도입되기 전에 연소공기로부터 더 분리되며, 분리된 물은 재사용될 물의 소스(source)에 재순환된다.
본 발명은 도시된 실시예에 의해 제한되지 않으며, 첨부된 청구항의 범위내에서 다양한 수정이 가능하다.

Claims (14)

  1. 과급된 피스톤엔진(1) 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법에 있어서,
    연소공기의 압력이 과급기(2)에 의해 대기압력보다도 높은 레벨까지 증가되며, 같은 주입장치로 연료주입과 함께 물이 엔진의 연소공간에 에멀션으로서 분무되고, 추가적으로 연소공기를 엔진의 연소공간으로 공급하기 전에, 연소공기에 물을 공급함에 의해 연소공기의 물의 농도가 증가되며, 필요한 전체 물의 양은 연소공기에 공급된 물의 양을 조절함에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진이 동작되는 동안, 물의 공급 조건과 공급위치의 양자가 엔진의 동작상태의 측정 및 결과와 연료공급시스템의 용량 사용의 정도에 기초하여 연속적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 상기 연료의 양이 엔진의 로드에 따라 조절되는 단계와,
    - 연료와 함께 공급될 물의 양은 연료공급시스템의 최대용량에 일치하는 연료양과 공급될 연료양의 차가 최대가 되도록 조절되는 단계와,
    - 연소공기에 공급될 물의 양은, 그 양이 적어도, 정해진 질소산화물 방출레벨과, 연료와 함께 공급될 물의 양에 의한 질소산화물 방출레벨과의 차이를 일정하도록 조절하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 연료-물-에멀션 중 연료에 대한 물의 양의 비율이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 연소공기에 공급될 물의 양이 엔진의 로드에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 연소공기에 공급될 물의 양은 연소공기압력에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 연료-물-에멀션은 연료양의 10% 내지 55%의 물을 함유하며, 연소공기와 함께 공급될 물의 양은 공급된 연료의 양의 0.5 ∼ 5배인 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 연소공기의 물의 농도는 연소공기에 액체상태의 물을 분사함에 의해 증가하는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 연소공기의 물의 농도가 연소공기에 수증기를 분사함에 의해 증가하는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  10. 제 4 항에 있어서, 연소공기에 공급될 물의 양은 이론적으로 공기의 포화에 필요한 물의 양 보다 많도록 조절되며, 액체상태의 물은 공기가 엔진의 연소공간에 공급되기 전에 연소공기로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물(NOX)을 감소시키는 방법.
  11. 복수의 실린더들과, 상기 실린더들의 각각과 플로우 연결된 연소공기채널(3)을 통하여 배치된 과급기(2)와, 연료-물-에멀션을 공급하는 장치(7') 및 각 실린더에 연료-물-에멀션을 공급하기 위하여 실린더와 연결된 노즐(7)들로 구성된 피스톤엔진장치(1)로서,
    상기 피스톤엔진장치는, 연소공기의 흐름방향으로 상기 과급기에 뒤이어 물을 연소공기에 공급하기 위한 연소공기채널(3)에 배치된, 독립적으로 개폐될 수 있는 복수개의 노즐을 구비한 노즐장치(4)를 더 포함하여 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤엔진장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 엔진(1)의 실린더로 연소공기를 공급하기 전에 연소공기로부터 액체상태의 물을 분리하기 위한 적어도 하나의 물방울분리기(6)가 연소공기채널(3)에 배치된 것을 특징으로 하는 피스톤엔진장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 노즐장치에 연결된 물 시스템(11)을 포함하여 구성되며, 물방울분리기(6)가 물 시스템(11)과 통하도록 연결된 것을 특징으로 하는 피스톤엔진장치.
  14. 삭제
KR1020047014656A 2002-03-20 2003-03-13 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치 KR100965321B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20020537A FI116157B (fi) 2002-03-20 2002-03-20 Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
FI20020537 2002-03-20
PCT/FI2003/000193 WO2003078819A1 (en) 2002-03-20 2003-03-13 METHOD OF REDUCING NITROGEN OXIDE (NOx) EMISSIONS IN SUPERCHARGED PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE ARRANGEMENT

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040107483A KR20040107483A (ko) 2004-12-20
KR100965321B1 true KR100965321B1 (ko) 2010-06-22

Family

ID=8563613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020047014656A KR100965321B1 (ko) 2002-03-20 2003-03-13 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치

Country Status (11)

Country Link
US (1) US7178486B2 (ko)
EP (1) EP1485604B1 (ko)
JP (1) JP4203422B2 (ko)
KR (1) KR100965321B1 (ko)
CN (1) CN100394013C (ko)
AT (1) ATE384867T1 (ko)
AU (1) AU2003209806A1 (ko)
DE (1) DE60318821T2 (ko)
DK (1) DK1485604T3 (ko)
FI (1) FI116157B (ko)
WO (1) WO2003078819A1 (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI119119B (fi) 2003-10-15 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
US7051720B2 (en) * 2004-10-01 2006-05-30 Electro-Motive Diesel, Inc. Engine with charge air-cooling system with water fumigation
FI119117B (fi) 2005-06-02 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ja järjestely turboahdetun mäntämoottorin yhteydessä
SE531841C2 (sv) * 2007-12-07 2009-08-25 Scania Cv Ab Arrangemang och förfarande för återcirkulation av avgaser hos en förbränningsmotor
KR20110044855A (ko) * 2008-06-26 2011-05-02 캠브리언 에너지 디벨롭먼트 엘엘씨 비연료 유체 분사에 의해 엔진을 작동시키기 위한 장치 및 방법
KR102261770B1 (ko) * 2011-04-11 2021-06-07 노스트럼 에너지 피티이. 리미티드 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관
CN102269081B (zh) * 2011-08-16 2013-04-03 天津大学 发动机进气管喷水***
EP2902612A4 (en) * 2012-09-28 2015-08-05 Asahi Kasei Chemicals Corp METHOD FOR CONTROLLING A COMBUSTION ENGINE AND AIR INTAKE DEVICE
CN109083770B (zh) * 2013-01-17 2021-01-26 尼马尔·穆利 操作内燃机的方法
JP5713088B1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の水供給制御装置
JP5704220B1 (ja) 2013-11-15 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の凝縮水供給制御装置
CN103867344A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种高加湿效率的柴油机进气加湿***
CN103867345A (zh) * 2014-04-02 2014-06-18 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种船用柴油机的进气加湿***
CN103939241A (zh) * 2014-04-02 2014-07-23 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 一种用于柴油机的进气加湿***
DE102017200298A1 (de) * 2017-01-10 2018-07-12 Robert Bosch Gmbh Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer solchen Wassereinspritzvorrichtung
DE102018123871A1 (de) * 2018-09-27 2020-04-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Mehrstufig aufgeladene Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitseinspritzung in den Frischgasstrang zwischen zwei Verdichtern
DE102018126095A1 (de) * 2018-10-19 2020-04-23 Exomission Umwelttechnik GmbH Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5119233A (ko) 1974-08-09 1976-02-16 Toyo Tire & Rubber Co
US4960080A (en) 1989-02-28 1990-10-02 Cummins Engine Company, Inc. Pollution control apparatus and method for a turbodiesel motor-generator set
EP0916836A2 (de) 1997-11-13 1999-05-19 Munters Euroform GmbH Vorrichtung zur Zuführung von Dampf zur Einlassluft einer Brennkraftmaschine
JP2001500588A (ja) 1996-09-09 2001-01-16 ラーシュ・コリン・コンスル・アクチェボラーグ エンジン及び内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ量を低減するための方法

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1219732B (de) * 1958-07-12 1966-06-23 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit kontinuierlicher Verbrennung, beispielsweise einer Gasturbine
US3224186A (en) * 1962-04-23 1965-12-21 Continental Aviat & Eng Corp Binary internal combustion engine
US4438731A (en) * 1982-01-26 1984-03-27 Mercor Corporation Flow control system
JPS6149128A (ja) * 1984-08-14 1986-03-11 Toyo Radiator Kk エンジンにおける給気温度制御式過給装置
US4958598A (en) * 1989-10-10 1990-09-25 Midwest Power Concepts, Ltd. Engine emissions control apparatus and method
GB2259326B (en) * 1991-08-23 1994-09-07 Robert Joel English Water injection system for supercharged engines having charge intercoolers
DE4137179C2 (de) * 1991-11-12 1997-02-27 Hdc Ag Vorrichtung zum Erzeugen einer Wasser-in-Öl Emulsion und Verwendung der Vorrichtung an einem Dieselmotor
US6564556B2 (en) * 1992-10-27 2003-05-20 J. Lyell Ginter High efficiency low pollution hybrid brayton cycle combustor
US6289666B1 (en) * 1992-10-27 2001-09-18 Ginter Vast Corporation High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor
DK170217B1 (da) * 1993-06-04 1995-06-26 Man B & W Diesel Gmbh Stor trykladet forbrændingsmotor og fremgangsmåde til drift af en køler til afkøling af en sådan motors indsugningsluft.
DK170218B1 (da) * 1993-06-04 1995-06-26 Man B & W Diesel Gmbh Stor trykladet dieselmotor
SE502452C2 (sv) * 1994-02-25 1995-10-23 Rosen Sätt att tillföra ånga till insugsluften till en förbränningsmotor och en anordning därtill
JPH08109853A (ja) * 1994-10-11 1996-04-30 Hitachi Zosen Corp ディーゼル機関におけるｎｏｘ 低減化装置
DE59508565D1 (de) * 1995-05-10 2000-08-17 Waertsilae Nsd Schweiz Ag Wint Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Fördern einer Emulsion für eine Dieselbrennkraftmaschine
US5682842A (en) * 1996-09-24 1997-11-04 Caterpillar Inc. Fuel control system for an internal combustion engine using an aqueous fuel emulsion
US6035834A (en) * 1997-02-10 2000-03-14 Industrial Power Generating Corporation Nitrogen oxides reducing aftercooler for turbocharged engines
US6196165B1 (en) * 1998-11-12 2001-03-06 Munters Euroform Gmbh Device for supplying vapor to the intake air of an internal combustion engine
JP2000161096A (ja) 1998-11-25 2000-06-13 Daihatsu Diesel Mfg Co Ltd ディーゼル機関
DE19938292A1 (de) * 1999-08-12 2001-02-15 Munters Euroform Gmbh Carl Vorrichtung zur Befeuchtung der Einlaßluft von Brennkraftmaschinen mit Turbolader
FI112692B (fi) * 2000-11-03 2003-12-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ja järjestely ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi
DE10211167A1 (de) * 2001-03-20 2002-09-26 Munters Euroform Gmbh Carl Vorrichtung zur Befeuchtung der Einlassluft einer einen Turbolader aufweisenden Brennkraftmaschine mit Vorerwärmung durch Wasserkreis
CA2469401A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-19 Lawrence G. Clawson High efficiency otto cycle engine with power generating expander
US6912978B2 (en) * 2003-02-22 2005-07-05 Wartsila Technology Oy Ab Air feeding arrangement for piston engine
FI119119B (fi) * 2003-10-15 2008-07-31 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5119233A (ko) 1974-08-09 1976-02-16 Toyo Tire & Rubber Co
US4960080A (en) 1989-02-28 1990-10-02 Cummins Engine Company, Inc. Pollution control apparatus and method for a turbodiesel motor-generator set
JP2001500588A (ja) 1996-09-09 2001-01-16 ラーシュ・コリン・コンスル・アクチェボラーグ エンジン及び内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ量を低減するための方法
EP0916836A2 (de) 1997-11-13 1999-05-19 Munters Euroform GmbH Vorrichtung zur Zuführung von Dampf zur Einlassluft einer Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
US7178486B2 (en) 2007-02-20
FI20020537A0 (fi) 2002-03-20
US20050161009A1 (en) 2005-07-28
DE60318821D1 (de) 2008-03-13
FI116157B (fi) 2005-09-30
CN100394013C (zh) 2008-06-11
EP1485604B1 (en) 2008-01-23
EP1485604A1 (en) 2004-12-15
AU2003209806A1 (en) 2003-09-29
DK1485604T3 (da) 2008-03-25
CN1643244A (zh) 2005-07-20
JP2005520965A (ja) 2005-07-14
DE60318821T2 (de) 2008-05-21
WO2003078819A1 (en) 2003-09-25
ATE384867T1 (de) 2008-02-15
FI20020537A (fi) 2003-09-21
KR20040107483A (ko) 2004-12-20
JP4203422B2 (ja) 2009-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100965321B1 (ko) 과급된 피스톤엔진 내의 질소산화물을 감소시키는 방법 및 피스톤엔진장치
US5937799A (en) Cylinder water injection engine
US7225762B2 (en) Spraying method and apparatus
JP5504226B2 (ja) 過給式大型内燃機関
US7231893B2 (en) Method and apparatus for reducing combustion engine emissions
US6912977B2 (en) Hydrogen assisted combustion
EP1205659B1 (en) Method of reducing nitrogen oxide (NOX) emissions of super-charged piston engine
US6196165B1 (en) Device for supplying vapor to the intake air of an internal combustion engine
EP1680590B1 (en) A method of reducing the nitrogen oxide emissions (nox) of a supercharged piston engine and a piston engine arrangement
US6912978B2 (en) Air feeding arrangement for piston engine
US7096829B2 (en) Spraying head
SU1490311A1 (ru) Способ охлаждени и вентил ции отсека газотурбинного двигател газоперекачивающего агрегата
KR100535553B1 (ko) 증발가스를 이용한 연료무화 촉진장치
KR100545450B1 (ko) 내연기관용 과급공기 가습 장치
SU787698A1 (ru) Способ питани дизел
MXPA97001886A (es) Motor de inyeccion de agua en el cilindro
JPH06200837A (ja) Ｅｇｒ装置を備えたアルコールエンジン
JPH06147060A (ja) 多気筒内燃機関の燃料供給装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130521

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140516

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150527

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160531

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170525

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180518

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190530

Year of fee payment: 10