AT525550B1 - Internal combustion engine system with an ammonia internal combustion engine and exhaust gas purification system connected thereto and operating method therefor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein umfassend einen zumindest überwiegend mit Ammoniak als Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor (1) mit daran angeschlossener Abgasreinigungsanlage (2) zur Reinigung eines vom Verbrennungsmotor (1) abgegebenen Abgases, wobei die Abgasreinigungsanlage (2) einen ersten SCR-Katalysator (14) zur Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist. Erfindungsgemäß weist die Abgasreinigungsanlage (2) zusätzlich einen zweiten SCR-Katalysator (11) zur Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden auf, der dem ersten SCR-Katalysator (14) strömungstechnisch vorgeschaltet ist, der zweite SCR-Katalysator (11) als passiver SCR-Katalysator ausgebildet ist, welcher eine Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden mittels vom Verbrennungsmotor (1) ausgestoßenen Ammoniak und ohne eine Reduktionsmittelzugabe von außen bewirkt. Für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für das Verbrennungsmotorsystem ist vorgesehen, dass Abgas, welches von einem zumindest überwiegend mit Ammoniak als Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor (1) gereinigt wird, wobei im Abgas enthaltene Stickoxide an einem ersten SCR-Katalysator (14) mittels dem Abgas durch einen Injektor (15) zugegebenem Ammoniak reduziert werden, wobei im Abgas enthaltene Stickoxide zusätzlich an einem dem ersten SCR-Katalysator (14) strömungstechnisch vorgeschalteten zweiten SCR-Katalysator (11) mittels vom Verbrennungsmotor (1) abgegebenem Ammoniak reduziert werden.The invention relates to an internal combustion engine (1) which is at least predominantly operated with ammonia as fuel and has an exhaust gas cleaning system (2) connected thereto for cleaning an exhaust gas emitted by the internal combustion engine (1), the exhaust gas cleaning system (2) having a first SCR catalytic converter (14) for Has reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. According to the invention, the exhaust gas cleaning system (2) also has a second SCR catalytic converter (11) for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas, which is upstream of the first SCR catalytic converter (14) in terms of flow, the second SCR catalytic converter (11) as a passive SCR Catalyst is formed, which causes a reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas by means of the internal combustion engine (1) emitted ammonia and without adding a reducing agent from the outside. For the operating method according to the invention for the internal combustion engine system, it is provided that exhaust gas, which is cleaned by an internal combustion engine (1) that is at least predominantly operated with ammonia as the fuel, nitrogen oxides contained in the exhaust gas being transported to a first SCR catalytic converter (14) by means of the exhaust gas through an injector (15) added ammonia are reduced, with nitrogen oxides contained in the exhaust gas additionally being reduced at a second SCR catalytic converter (11) upstream of the first SCR catalytic converter (14) by means of ammonia emitted by the internal combustion engine (1).
Description
VERBRENNUNGSMOTORSYSTEM MIT EINEM AMMONIAK-VERBRENNUNGSMOTOR UND DARAN ANGESCHLOSSENER ABGASREINIGUNGSANLAGE UND BETRIEBSVERFAHREN HIERFÜR INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM WITH AN AMMONIA INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CONNECTED EMISSION CONTROL SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF
[0001] Ammoniak (NH) als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren besitzt den Vorteil, keinerlei CO>»Emissionen zu verursachen. Jedoch entstehen bei der Verbrennung von NH; Stickoxide (NOx). Außerdem können im Abgas von mit NH; betriebenen Verbrennungsmotoren Reste von unverbranntem NHs enthalten sein. Sowohl NOx als auch NHz3 sind Schadstoffe, welche es aus dem Abgas zumindest weitgehend zu entfernen gilt. Ammonia (NH) as a fuel for internal combustion engines has the advantage of not causing any CO>»emissions. However, the combustion of NH; Nitrogen oxides (NOx). In addition, in the exhaust gas with NH; operated internal combustion engines may contain residues of unburned NHs. Both NOx and NHz3 are pollutants that have to be removed from the exhaust gas at least to a large extent.
[0002] Aus der US 2010/0019506 A1 ist es bekannt, zur Abgasreinigung bei einem mit NHz3 betriebenen Verbrennungsmotor einen SCR-Katalysator einzusetzen, der im Abgas enthaltenes NOx mit infolge unvollständiger NHs-Verbrennung im Abgas enthaltenem NH; (NHs-Schlupf) reduzieren kann. Hierfür wird der Verbrennungsmotor so betrieben, dass ein ausreichend hoher NHs-Schlupf entsteht. Jedoch kann es einerseits schwierig sein, den NHs-Schlupf passend einzustellen um sowohl NOx- als auch NHs-Emissionen zu vermeiden. Andererseits ist die absichtliche Erzeugung eines NHs-Schlupfes mit einem unvorteilhaften Kraftstoff-Mehrverbrauch verbunden. From US 2010/0019506 A1 it is known to use an SCR catalyst for exhaust gas purification in an internal combustion engine operated with NHz3, the NOx contained in the exhaust gas with NH contained in the exhaust gas due to incomplete NHs combustion NH; (NHs slip) can reduce. For this purpose, the internal combustion engine is operated in such a way that a sufficiently high NHs slip occurs. However, on the one hand it can be difficult to adjust the NHs slip appropriately to avoid both NOx and NHs emissions. On the other hand, the intentional generation of an NHs slip is associated with an unfavorable increase in fuel consumption.
[0003] Weitere Verbrennungsmotorsystem mit einem Ammoniak-Verbrennungsmotor sind beispielsweise aus der US 2011264355 A1, der US 2021079826 A1, der CN 110219718 A und der CN 111255560 A bekannt. Other internal combustion engine systems with an ammonia internal combustion engine are known, for example, from US 2011264355 A1, US 2021079826 A1, CN 110219718 A and CN 111255560 A.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbrennungsmotorsystem mit einem Ammoniak-Verbrennungsmotor und daran angeschlossener Abgasreinigungsanlage und ein Betriebsverfahren hierfür bereitzustellen, durch welche eine verbesserte Abgasreinigung ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch ein Verbrennungsmotorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. The object of the present invention is to provide an internal combustion engine system with an ammonia internal combustion engine and an exhaust gas cleaning system connected thereto and an operating method for this, by means of which improved exhaust gas cleaning is made possible. This object is achieved by an internal combustion engine system having the features of claim 1 and an operating method having the features of claim 6. Advantageous developments are specified in the respective dependent claims.
[0005] Das erfindungsgemäße Verbrennungsmotorsystem umfasst einen zumindest überwiegend mit Ammoniak als Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor sowie eine an den Verbrennungsmotor angeschlossene Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases auf. Dabei weist die Abgasreinigungsanlage einen ersten SCR-KataIysator zur Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx auf, sowie erfindungsgemäß einen weiteren, zweiten SCR-Katalysator zur Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx auf, der demersten SCR-Katalysator strömungstechnisch vorgeschaltet ist, wobei der zweite SCR-Katalysator als passiver SCR-Katalysator ausgebildet ist, welcher eine Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden mittels vom Verbrennungsmotor ausgestoßenen Ammoniak und ohne eine Reduktionsmittelzugabe von außen bewirkt. Dadurch, dass zwei voneinander getrennt angeordnete SCR-Katalysatoren vorgesehen sind, kann eine Entfernung von NOx aus dem Abgas verbessert erfolgen. Infolge eines natürlicherweise vorhandenen Temperaturgefälles entlang des Abgasströmungswegs ist der zweite, vorzugsweise motornah verbaute SCR-Katalysator rasch betriebsbereit. Sinkt die katalytische Wirksamkeit infolge zu starker Erhitzung ab, so kann der, vorzugsweise im Unterbodenbereich des entsprechenden Kraftfahrzeugs angeordnete, erste SCR- Katalysator infolge seiner inzwischen einsetzenden Erwärmung die NOx-Entfernung übernehmen. Das Verbrennungsmotorsystem kann in einem PKW, einem Nfz, einem Traktor, einem Schiff oder in einer Lokomotive verbaut sein. The internal combustion engine system according to the invention comprises an internal combustion engine operated at least predominantly with ammonia as fuel and an exhaust gas cleaning system connected to the internal combustion engine for cleaning the exhaust gas emitted by the internal combustion engine. The exhaust gas purification system has a first SCR catalytic converter for reducing NOx contained in the exhaust gas and, according to the invention, a further, second SCR catalytic converter for reducing NOx contained in the exhaust gas, which is upstream of the first SCR catalytic converter in terms of flow, the second SCR Catalyst is designed as a passive SCR catalyst, which causes a reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas by means of ammonia emitted by the internal combustion engine and without adding a reducing agent from the outside. The fact that two SCR catalytic converters arranged separately from one another are provided means that NOx can be removed from the exhaust gas in an improved manner. As a result of a naturally occurring temperature gradient along the exhaust gas flow path, the second SCR catalytic converter, which is preferably installed close to the engine, is quickly ready for operation. If the catalytic effectiveness drops as a result of excessive heating, the first SCR catalytic converter, which is preferably arranged in the underbody area of the corresponding motor vehicle, can take over the NOx removal as a result of its meanwhile starting to heat up. The internal combustion engine system can be installed in a car, a commercial vehicle, a tractor, a ship or in a locomotive.
[0006] Der zum Betrieb des Verbrennungsmotors überwiegend eingesetzte Kraftstoff NHs kann der Verbrennungsluft in einem Saugrohr zugemischt werden oder auch direkt in einen Brennraum in flüssiger Form oder gasförmig eingespritzt werden. Der Kraftstoff NH3 wird dabei einem Kraftstoffvorratsbehälter entnommen, in dem er zumindest überwiegend in flüssiger Form vorliegt. Zur Verbesserung der NH:-Entflammung kann die zusätzliche Zugabe bzw. Einspritzung eines Zündpromotors wie Diesel, Athanol, Diäthyläther oder eines anderen geeigneten Stoffes zum Verbren-The fuel NHs predominantly used to operate the internal combustion engine can be mixed with the combustion air in an intake manifold or injected directly into a combustion chamber in liquid or gaseous form. The NH3 fuel is taken from a fuel tank in which it is at least predominantly in liquid form. To improve the NH: ignition, the additional addition or injection of an ignition promoter such as diesel, ethanol, diethyl ether or another suitable substance for combustion
nungsmotor vorgesehen sein. Die Menge des Zündpromotors ist dabei im Vergleich zur Menge des eigentlichen Kraftstoffs NH jedoch vergleichsweise gering. Vorzugsweise beträgt sie weniger als 20 % oder weniger als 10 % der NHs-Menge. voltage engine be provided. However, the amount of the ignition promoter is comparatively small compared to the amount of the actual NH fuel. Preferably it is less than 20% or less than 10% of the NHs amount.
[0007] Was die SCR-Katalysatoren betrifft, so sind darunter Katalysatoren zu verstehen, die in der Lage sind, eine Reduktion von NOx zu Stickstoff (N2) mittels NH3 als Reduktionsmittel auch bei Vorliegen eines Sauerstoffüberschusses zu katalysieren. [0007] As regards the SCR catalytic converters, they are to be understood as meaning catalytic converters which are able to catalyze a reduction of NOx to nitrogen (N2) using NH3 as the reducing agent even in the presence of an excess of oxygen.
[0008] In Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasreinigungsanlage genau einen Injektor zur Zugabe von NH; zum Abgas auf, wobei der Injektor zur Zugabe von NHs zum Abgas eingangsseitig des ersten SCR-Katalysators ausgebildet ist. Besagter NHs-Injektor ist somit der einzige NH8s-Injektor der Abgasreinigungsanlage. Vorzugsweise ist er unmittelbar vor der Abgaseintrittsseite des ersten SCR-Katalysators in der Abgasreinigungsanlage angeordnet. Der Injektor kann das NOx-Reduktionsmittel NH3 in flüssiger Form oder gasförmig ins Abgas einspritzen. Vorzugsweise wird es dem Kraftstoffvorratsbehälter entnommen. Der zweite, weiter stromauf angeordnete SCR-Katalysator erhält das NOx-Reduktionsmittel NH3 mit dem zugeführten Abgas, in dem dieses in Form eines infolge unvollständiger Verbrennung vorhandenen NH3-Schlupfes aus dem Verbrennungsmotor enthalten ist. Der zweite SCR-Katalysator ist somit als passiver SCRKatalysator ausgebildet, welcher eine NOx-Reduktion ohne eine Reduktionsmittelzugabe von außen bewirkt. In an embodiment of the invention, the emission control system has exactly one injector for adding NH; to the exhaust gas, the injector for adding NHs to the exhaust gas being designed on the input side of the first SCR catalytic converter. Said NHs injector is thus the only NH8s injector in the emission control system. It is preferably arranged directly in front of the exhaust gas inlet side of the first SCR catalytic converter in the exhaust gas cleaning system. The injector can inject the NOx reducing agent NH3 in liquid or gaseous form into the exhaust gas. It is preferably taken from the fuel tank. The second SCR catalytic converter arranged further upstream receives the NOx reducing agent NH3 with the supplied exhaust gas, in which it is contained in the form of NH3 slip from the internal combustion engine due to incomplete combustion. The second SCR catalytic converter is thus designed as a passive SCR catalytic converter, which brings about a reduction in NOx without the addition of a reducing agent from the outside.
[0009] Typischerweise ist die in Form des NHs-Schlupfes im Abgas vorhandene NHs-Menge geringer als die vom Motor emittierte NOx-Menge. Hinter dem zweiten SCR-Katalysator sind daher noch mehr oder weniger hohe NOx-Anteile im Abgas enthalten. Diese werden dann am stromabwärtigen ersten SCR-Katalysator mittels von außen zugeführtem NH; reduziert. Auf diese Weise können sehr niedrige NOx-Endrohremissionen erzielt werden. Typically, the amount of NHs present in the exhaust gas in the form of NHs slip is less than the amount of NOx emitted by the engine. Downstream of the second SCR catalytic converter, the exhaust gas therefore still contains more or less high levels of NOx. These are then at the downstream first SCR catalytic converter by means of externally supplied NH; reduced. In this way, very low NOx tailpipe emissions can be achieved.
[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasreinigungsanlage einen Partikelfilter zur Ausfilterung von im Abgas enthaltenen Partikeln auf, wobei der Partikelfilter strömungstechnisch vor dem ersten SCR-Katalysator und hinter dem zweiten SCR-Katalysator angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Partikelfilter stromaufwärts von der durch den NHs-Injektor gebildeten NHs3-Zugabestelle im Abgasstrang angeordnet. Obschon durch die NH3-Verbrennung im Motor keine Rußpartikel erzeugt werden, können etwa durch Motoröladditive oder durch Verbrennung eines Zündpromotors verursachte Partikelemissionen entstehen. Die entsprechenden Partikel können durch den Partikelfilter aus dem Abgas entfernt werden. Da die Partikelemissionen typischerweise relativ gering sind, kann der Partikelfilter vergleichsweise klein ausfallen. Das Volumen des Partikelfilters kann deshalb weniger als 70%, weniger als 50 % oder sogar weniger als 30 % des Volumens des ersten bzw. des zweiten SCR-Katalysators betragen. In a further embodiment of the invention, the emission control system has a particle filter for filtering out particles contained in the exhaust gas, the particle filter being arranged upstream of the first SCR catalytic converter and downstream of the second SCR catalytic converter. The particle filter is preferably arranged upstream of the NHs3 addition point formed by the NHs injector in the exhaust system. Although no soot particles are produced by the NH3 combustion in the engine, particle emissions caused by engine oil additives or the combustion of an ignition promoter can occur. The corresponding particles can be removed from the exhaust gas by the particle filter. Since particle emissions are typically relatively low, the particle filter can be comparatively small. The volume of the particle filter can therefore be less than 70%, less than 50% or even less than 30% of the volume of the first or second SCR catalytic converter.
[0011] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasreinigungsanlage einen Oxidationskatalysator auf, der strömungstechnisch zwischen dem zweiten SCR-Katalysator und dem Partikelfilter angeordnet ist. Durch den Oxidationskatalysator kann der NO»-Anteil des im Abgas enthaltenen NOx angehoben werden, wodurch die NOx-Reduktion im ersten SCR-Katalysator verbessert wird. In a further embodiment of the invention, the emission control system has an oxidation catalyst which is arranged in terms of flow between the second SCR catalyst and the particle filter. The NO » proportion of the NOx contained in the exhaust gas can be increased by the oxidation catalytic converter, as a result of which the NOx reduction in the first SCR catalytic converter is improved.
Alternativ zur Bereitstellung eines separaten Oxidationskatalysators zwischen zweitem SCR-Katalysator und Partikelfilter kann auch eine Ausführung des Partikelfilters mit einer oxidationskataIytischen Beschichtung vorgesehen sein. As an alternative to providing a separate oxidation catalytic converter between the second SCR catalytic converter and the particle filter, the particle filter can also be designed with an oxidation-catalytic coating.
[0012] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbrennungsmotor als kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor ausgebildet. Es entfallen für den Verbrennungsmotor daher Zündmittel wie Zündkerzen zur Zündung des Kraftstoffs in seinen Brennräumen. In a further embodiment of the invention, the internal combustion engine is designed as a compression-ignited internal combustion engine. Therefore, ignition means such as spark plugs for igniting the fuel in its combustion chambers are omitted for the internal combustion engine.
[0013] Für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotorsystems, bei welchem von einem zumindest überwiegend mit Ammoniak als Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor abgegebenes Abgas gereinigt wird, ist vorgesehen, dass im Abgas enthaltenes NOx an einem ersten SCR-Katalysator mittels dem Abgas durch einen Injektor zugegebenem NH; reduziert wird, wobei im Abgas enthaltenes NOx zusätzlich an einem dem ersten SCR-Katalysator strömungstechnisch vorgeschalteten zweiten SCR-Katalysator mittels vom Ver-For the operating method according to the invention for operating an internal combustion engine system, in which exhaust gas emitted by an internal combustion engine operated at least predominantly with ammonia as fuel is cleaned, it is provided that NOx contained in the exhaust gas is added to a first SCR catalytic converter by means of the exhaust gas through an injector NH; is reduced, with the NOx contained in the exhaust gas additionally being converted to a second SCR catalytic converter upstream of the first SCR catalytic converter by means of a
brennungsmotor abgegebenem NH; reduziert wird. Es erfolgt somit eine zweistufige NOx-Reduktion. Dabei fungiert der zweite SCR-Katalysator als erste NOx-Reinigungsstufe, in der im Abgas enthaltenes NOx mittels des in Form eines NHs-Schlupfes vorliegenden, vom Verbrennungsmotor bereitgestellten NH:-Anteils im Abgas reduziert wird. Die zweite NOx-Reinigungsstufe wird durch den stromabwärtigen ersten SCR-Katalysator gebildet. In diesem erfolgt eine Reduktion von im Abgas verbliebenem NOx durch von außen mittels eines Injektors dem Abgas zugesetztem NH. NH emitted by internal combustion engines; is reduced. There is thus a two-stage NOx reduction. The second SCR catalytic converter acts as the first NOx cleaning stage, in which the NOx contained in the exhaust gas is reduced by means of the NH: content in the exhaust gas, which is present in the form of an NHs slip and is provided by the internal combustion engine. The second NOx purification stage is formed by the downstream first SCR catalyst. In this, the NOx remaining in the exhaust gas is reduced by NH added to the exhaust gas from outside by means of an injector.
[0014] In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Abgas enthaltene Partikel mittels eines strömungstechnisch zwischen dem ersten SCR-Katalysator und dem zweiten SCR-Katalysator angeordneten Partikelfilter aus dem Abgas ausgefiltert. Es erfolgt somit eine umfassende Reinigung des Abgases, welche die Einhaltung strengster Grenzwerte für NOx- und Partikelemissionen ermöglicht. In an embodiment of the method according to the invention, particles contained in the exhaust gas are filtered out of the exhaust gas by means of a particle filter arranged in terms of flow between the first SCR catalytic converter and the second SCR catalytic converter. There is thus a comprehensive cleaning of the exhaust gas, which enables compliance with the strictest limit values for NOx and particle emissions.
[0015] In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor zumindest überwiegend mit Luftüberschuss betrieben wird. Dies ermöglicht eine Kraftstoffverbrennung mit hohem mechanischen Wirkungsgrad. In a further embodiment of the method it is provided that the internal combustion engine is at least predominantly operated with excess air. This enables fuel combustion with high mechanical efficiency.
[0016] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und zugehörigen Beispielen näher erläutert. Die einzige Figur zeigt dabei eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotorsystems. The invention is explained in more detail using a drawing and associated examples. The only figure shows an advantageous embodiment of the internal combustion engine system according to the invention.
[0017] Das in der Figur lediglich beispielhaft und schematisch dargestellte Verbrennungsmotorsystem umfasst einen Verbrennungsmotor 1 und eine daran angeschlossene Abgasreinigungsanlage 2. Dem Verbrennungsmotor 1 wird seine zur Kraftstoffverbrennung erforderliche Verbrennungsluft über eine Luftzufuhrleitung 3 zugeführt, die in ein Saugrohr 4 des Verbrennungsmotors 1 stromab eines in der Luftzufuhrleitung 3 angeordneten Turboladerverdichters 5 einmündet. Der Verbrennungsmotor 1 ist als ein überwiegend mit Luftüberschuss betriebener Verbrennungsmotor nach dem Dieselprinzip, also als Kompressionszünder nach Hubkolbenbauart ausgebildet. Als Kraftstoff wird NH3 eingesetzt, welcher vorliegend einem Tank 7 entnommen wird und über eine erste NHs-Zufuhrleitung 6 der Verbrennungsluft eingangsseitig des Saugrohrs 4 zugeführt wird. Eine hierfür eingesetzte Förderpumpe und ein Regelventil zur Mengenregelung der zugeführten NHs-Menge sind dabei nicht gesondert dargestellt. NH3 kann natürlich auch direkt dem Saugrohr 4 zugeführt werden. Ebenfalls möglich ist eine NHs-Direkteinspritzung in die einzelnen, hier ebenfalls nicht gesondert dargestellten Brennräume des Verbrennungsmotors 1. Zur Verbesserung einer Zündung des Kraftstoffs NH3 kann eine Pilot- oder Voreinspritzung eines als Zündpromotors wirkenden Stoffes wie Dieselkraftstoff, Athanol, Dimethyläther, Aceton oder ein anderer zündwilliger Stoff vorgesehen sein. Auf die Darstellung entsprechender Zufuhrmittel wurde aus Gründen der Ubersichtlichkeit verzichtet. Die Menge des eingesetzten Zündpromotors ist dabei relativ gering gegenüber der Menge des eigentlichen Kraftstoffs NH3 und beträgt vorzugsweise weniger als 10 %, weniger als 5 % oder weniger als 2 %. The internal combustion engine system shown only as an example and schematically in the figure includes an internal combustion engine 1 and an exhaust gas cleaning system 2 connected to it the air supply line 3 arranged turbocharger compressor 5 opens. The internal combustion engine 1 is designed as an internal combustion engine operated predominantly with excess air according to the diesel principle, ie as a compression igniter of the reciprocating piston type. NH3 is used as the fuel, which in the present case is taken from a tank 7 and is supplied to the combustion air on the inlet side of the intake manifold 4 via a first NHs supply line 6 . A feed pump used for this purpose and a control valve for controlling the amount of NHs supplied are not shown separately. Of course, NH3 can also be fed directly to the intake manifold 4 . Also possible is NHs direct injection into the individual combustion chambers of the internal combustion engine 1, which are also not shown separately here. To improve ignition of the NH3 fuel, a pilot or pre-injection of a substance that acts as an ignition promoter, such as diesel fuel, ethanol, dimethyl ether, acetone or another, can be used be provided flammable substance. Corresponding supply means are not shown for reasons of clarity. The amount of ignition promoter used is relatively small compared to the amount of the actual fuel NH3 and is preferably less than 10%, less than 5% or less than 2%.
[0018] Bei der Kraftstoffverbrennung entstehendes Abgas wird über einen Abgaskrümmer 8 und eine daran angeschlossene Abgasleitung 9 aus dem Verbrennungsmotor 1 abgeführt und der Abgasreinigungsanlage 2 zugeführt. Dabei wird eine in der Abgasleitung 9 angeordnete Turboladerturbine angetrieben, welche ihrerseits über eine nicht dargestellte Welle den Turboladerverdichter 5 antreibt. Exhaust gas produced during fuel combustion is discharged from the internal combustion engine 1 via an exhaust manifold 8 and an exhaust pipe 9 connected thereto and fed to the exhaust gas cleaning system 2 . In this case, a turbocharger turbine arranged in the exhaust gas line 9 is driven, which in turn drives the turbocharger compressor 5 via a shaft (not shown).
[0019] Die Abgasreinigungsanlage 2 weist vorliegend in Richtung der Abgasströmung gesehen hintereinander angeordnet in der Abgasleitung 9 folgende reinigungsaktiven Komponenten auf. Einen hier als zweiten SCR-Katalysator 11 bezeichneten Stickoxidreduktionskatalysator, einen Oxidationskatalysator 12, einen Partikelfilter 13 sowie einen, hier als ersten SCR-Katalysator 14 bezeichneten weiteren Stickoxidreduktionskatalysator. The exhaust gas cleaning system 2 in the present case has the following active cleaning components, seen in the direction of the exhaust gas flow, arranged one behind the other in the exhaust pipe 9 . A nitrogen oxide reduction catalytic converter, referred to here as the second SCR catalytic converter 11 , an oxidation catalytic converter 12 , a particulate filter 13 and a further nitrogen oxide reduction catalytic converter, referred to here as the first SCR catalytic converter 14 .
[0020] Die Katalysatoren 11, 12 und 14 sind dabei bevorzugt als insbesondere keramische Wabenkörper mit durchgehenden, parallelen Kanälen ausgebildet. Dabei sind die mit dem Abgas in Kontakt kommenden Kanalwände mit der jeweiligen spezifischen katalytisch wirksamen Substanz beschichtet. Bei den SCR-Katalysatoren 11, 14 kann es sich dabei beispielsweise um einen The catalysts 11, 12 and 14 are preferably designed in particular as ceramic honeycomb bodies with continuous, parallel channels. The duct walls that come into contact with the exhaust gas are coated with the respective specific catalytically active substance. The SCR catalytic converters 11, 14 can be, for example, one
mit Eisen und/oder Kupfer ausgetauschten Zeolith als katalytisch wirksame Substanz handeln. Die katalytisch wirksamen Substanzen ermöglichen eine selektive Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx mit dem hier als Reduktionsmittel eingesetzten NHs auch unter oxidierenden Bedingungen. act with iron and / or copper-exchanged zeolite as a catalytically active substance. The catalytically active substances enable a selective reduction of NOx contained in the exhaust gas with the NHs used here as a reducing agent, even under oxidizing conditions.
[0021] Als katalytisch wirksame Substanz des Oxidationskatalysators kann es sich um ein fein dispergiertes Metall der Platingruppe wie Platin, Palladium und/oder Rhodium handeln. Der Partikelfilter 13 ist vorzugsweise als wanddurchströmter Wabenkörper mit eingangs- und ausgangsseitig abwechselnd verschlossenen, parallel verlaufenden Kanälen ausgebildet. The catalytically active substance of the oxidation catalyst can be a finely dispersed metal from the platinum group such as platinum, palladium and/or rhodium. The particle filter 13 is preferably designed as a honeycomb body through which air flows through the wall, with parallel channels that are alternately closed on the inlet and outlet sides.
[0022] Was den zweiten SCR-Katalysator 11 betrifft, so ist dieser erfindungsgemäß als sogenannter passiver SCR-Katalysator ausgebildet. Darunter ist zu verstehen, dass dem zweiten SCR-Katalysator 11 das zur NOx-Reduktion erforderliche Reduktionsmittel NH3 nicht durch eine separate Zuführvorrichtung von außen zugeführt wird. Vielmehr dient als Reduktionsmittel zur selektiven NOx-Reduktion vom Verbrennungsmotor 1 ausgestoßenes NHs:. Dieser sogenannte NHs-Schlupf des Verbrennungsmotors 1 ist Folge einer unvollständigen Verbrennung des Kraftstoffs NHs im Verbrennungsmotor 1. Quelle des Reduktionsmittels NH3 zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion im zweiten SCR-Katalysator ist somit ausschließlich der NHs-Schlupf des Verbrennungsmotors 1. As far as the second SCR catalyst 11 is concerned, this is designed according to the invention as a so-called passive SCR catalyst. This means that the reducing agent NH3 required for NOx reduction is not supplied to the second SCR catalytic converter 11 from outside by a separate supply device. Instead, NHs: emitted by the internal combustion engine 1 serves as a reducing agent for selective NOx reduction. This so-called NHs slip of internal combustion engine 1 is the result of incomplete combustion of the fuel NHs in internal combustion engine 1. The source of the reducing agent NH3 for selective catalytic NOx reduction in the second SCR catalytic converter is therefore exclusively the NHs slip of internal combustion engine 1.
[0023] Je nach Verhältnis von NH3-Schlupf und NOx-Gehalt im Abgas, bzw. auch abhängig vom Umsatzvermögen des zweiten SCR-Katalysators 11, können Restmengen von NOx oder NHes in dem aus dem zweiten SCR-Katalysator 11 ausströmenden Abgas vorhanden sein. Diese werden mit der Abgasströmung in den nachgeschalteten Oxidationskatalysator 12 eingetragen. Sind Restmengen von NOx im Abgas enthalten, so erfolgt dort eine zumindest teilweise Oxidation des NOx-Bestanadteils Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO») mit dem im Abgas enthaltenen Sauerstoff des mager betriebenen Verbrennungsmotors 1. Angestrebt ist dabei ein NO-NO2-Verhältnis von etwa 1:1, was die katalytische NOx-Reduktion im weiter stromab angeordneten ersten SCR-Katalysator 14 verbessert bzw. erleichtert. Ist eine Restmenge von NH3 im Abgas enthalten, so wird dieses NH3 zumindest teilweise zu NO bzw. NO» oxidiert. Jedenfalls ist davon auszugehen, dass das aus dem Oxidationskatalysator 12 ausströmende Abgas NOx aufweist, welches im weiter straomab angeordneten ersten SCR-Katalysator 14 zumindest weitgehend reduziert wird. Depending on the ratio of NH3 slip and NOx content in the exhaust gas, or also depending on the conversion capacity of the second SCR catalytic converter 11, residual amounts of NOx or NHes can be present in the exhaust gas flowing out of the second SCR catalytic converter 11. These are introduced into the downstream oxidation catalytic converter 12 with the exhaust gas flow. If there are residual amounts of NOx in the exhaust gas, the NOx component nitrogen monoxide (NO) is at least partially oxidized there to form nitrogen dioxide (NO») with the oxygen contained in the exhaust gas of lean-burn internal combustion engine 1. The aim here is an NO/NO2 ratio of about 1:1, which improves or facilitates the catalytic NOx reduction in the further downstream arranged first SCR catalyst 14 . If there is a residual amount of NH3 in the exhaust gas, this NH3 is at least partially oxidized to NO or NO». In any case, it can be assumed that the exhaust gas flowing out of the oxidation catalytic converter 12 contains NOx, which is at least largely reduced in the first SCR catalytic converter 14 arranged further downstream.
[0024] Bevor durch die Abgasleitung 9 strömendes Abgas in den ersten SCR-Katalysator 14 gelangt, wird es von Partikeln zumindest weitgehend durch Ausfilterung im Partikelfilter 13 befreit. Der erste SCR-Katalysator 14 erhält das zur selektiven NOx-Reduktion erforderliche Reduktionsmittel NH3 durch Zugabe über einen vorgeschalteten Injektor 15. Dieser ist über eine zweite NHsZufuhrleitung 16 mit dem Tank 7 verbunden ist. Eine vorzugsweise vorgesehene Förderpumpe ist dabei nicht gesondert dargestellt. NH3 kann in flüssiger Form oder gasförmig dem Tank 7 entnommen werden und durch den Injektor 15 eingangsseitig des ersten SCR-Katalysators 14 in das Abgas eingespritzt werden. Bei Zugabe von flüssigem NH3 verdampft dieses im heißen Abgas, weshalb in jedem Fall dem SCR-Katalysator 14 NHs zumindest überwiegend in gasförmiger Form zugeführt wird. Dadurch ist eine gleichmäßige NH3-Verteilung im Abgas sichergestellt, weshalb auf einen Mischer verzichtet werden kann. Da im Gegensatz zum ersten SCR-Katalysator 14 der zweite SCR-Katalysator 11 seinen NOx-Reduktionsmittelbedarf nicht durch Zugabe zum Abgas durch einen Injektor, sondern durch NHs-Schlupf aus dem Verbrennungsmotor 1 deckt, bedarf es neben dem Injektor 15 keiner weiteren NOx-Reduktionsmittelzugabevorrichtung für die Abgasreinigungsanlage 2. Der Injektor 7 ist deshalb die einzige NOx-Reduktionsmittelzugabevorrichtung der Abgasreinigungsanlage 2. Before the exhaust gas flowing through the exhaust gas line 9 reaches the first SCR catalytic converter 14 , it is at least largely freed from particles by being filtered out in the particle filter 13 . The first SCR catalytic converter 14 receives the reducing agent NH3 required for selective NOx reduction by adding it via an upstream injector 15. This is connected to the tank 7 via a second NHs supply line 16. A feed pump that is preferably provided is not shown separately. NH3 can be taken from the tank 7 in liquid form or in gaseous form and injected into the exhaust gas by the injector 15 on the inlet side of the first SCR catalytic converter 14 . When liquid NH3 is added, it evaporates in the hot exhaust gas, which is why the SCR catalytic converter 14 NHs is supplied at least predominantly in gaseous form in any case. This ensures an even NH3 distribution in the exhaust gas, which is why a mixer can be dispensed with. Since, in contrast to the first SCR catalytic converter 14, the second SCR catalytic converter 11 does not cover its NOx reducing agent requirement by adding it to the exhaust gas through an injector, but rather by NHs slip from the internal combustion engine 1, no further NOx reducing agent adding device is required in addition to the injector 15 for the exhaust gas cleaning system 2. The injector 7 is therefore the only NOx reducing agent addition device of the exhaust gas cleaning system 2.
[0025] Eine bedarfsgerechte Steuerung der NH3-Zugabe ins Abgas durch den Injektor 15 zur angestrebten möglichst vollständigen Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx erfolgt mittels von NOx-Sensoren 17, 18 bereitgestellten Signalen, welche von einem nicht dargestellten Steuergerät entsprechend ausgewertet werden. Dabei ist ein erster NOx-Sensor 17 zur Erfassung des NOx-Gehaltes im Abgas ausgangsseitig des Oxidationskatalysators 12 bzw. zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und dem Partikelfilter 13 vorgesehen. Dieser ermöglicht die Ermittlung des Needs-based control of the addition of NH3 to the exhaust gas by the injector 15 for the desired complete reduction of NOx contained in the exhaust gas is carried out using signals provided by NOx sensors 17, 18, which are evaluated accordingly by a control unit, not shown. A first NOx sensor 17 for detecting the NOx content in the exhaust gas is provided on the outlet side of the oxidation catalytic converter 12 or between the oxidation catalytic converter 12 and the particle filter 13 . This enables the determination of
NOx-Gehalt des in den ersten SCR-Katalysator 14 einströmenden Abgases. Aus dem ermittelten NOx-Gehalt des Abgases kann wiederum der NH3-Bedarf zur Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx im ersten SCR-Katalysator 14 ermittelt und der Injektor 15 entsprechend angesteuert werden. Sofern Oxidationskatalysator 12 und Partikelfilter 13 zu einem integralen gemeinsamen Bauteil zusammengefasst sind, so ist der erste NOx-Sensor 17 vorzugsweise ausgangsseitige dieses Bauteils angeordnet. NOx content of the exhaust gas flowing into the first SCR catalytic converter 14 . The NH3 requirement for reducing NOx contained in the exhaust gas in the first SCR catalytic converter 14 can in turn be determined from the determined NOx content of the exhaust gas and the injector 15 can be activated accordingly. If the oxidation catalytic converter 12 and particle filter 13 are combined to form an integral common component, the first NOx sensor 17 is preferably arranged on the output side of this component.
[0026] Ein zweiter NOx-Sensor 18 ist ausgangsseitig des ersten SCR-Katalysators 14 angeordnet und ermöglicht eine Ermittlung von gegebenenfalls durch den ersten SCR-Katalysator 14 schlüpfendem NOx. In diesem Fall kann die durch den Injektor 15 bewirkte Anreicherung des Abgases mit dem Reduktionsmittel NHs angepasst werden. A second NOx sensor 18 is arranged on the output side of the first SCR catalytic converter 14 and makes it possible to determine any NOx that may have slipped through the first SCR catalytic converter 14 . In this case, the enrichment of the exhaust gas caused by the injector 15 with the reducing agent NHs can be adjusted.
[0027] Es sei angemerkt, dass einer oder beide der hier als NOx-Sensoren bezeichneten Sensoren 17, 18 auch als kombinierte NOx/NHs-Sensoren ausgebildet sein können. Dadurch können neben den NOx-Gehalten im Abgas stromauf bzw. stromab des ersten SCR-Katalysators 14 auch die korrespondierenden NH:-Gehalte ermittelt werden, was gegebenenfalls die Genauigkeit der NHs-Dosierung verbessern kann. It should be noted that one or both of the sensors 17, 18 referred to here as NOx sensors can also be designed as combined NOx/NHs sensors. As a result, in addition to the NOx contents in the exhaust gas upstream and downstream of the first SCR catalytic converter 14, the corresponding NH: contents can also be determined, which can improve the accuracy of the NHs dosing if necessary.
[0028] Insgesamt ist durch das erfindungsgemäße Verbrennungsmotorsystem ein äußerst umweltfreundlicher Betrieb eines entsprechenden Fahrzeugs ermöglicht. Es werden nicht nur Emissionen von klimaschädlichem CO» zumindest weitgehend vermieden, sondern auch zumindest weitestgehend die Emissionen von Kohlenwasserstoffen NOx, NHs und Partikeln. Overall, an extremely environmentally friendly operation of a corresponding vehicle is made possible by the internal combustion engine system according to the invention. Not only emissions of climate-damaging CO are at least largely avoided, but also at least largely the emissions of hydrocarbons NOx, NHs and particles.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
1 Verbrennungsmotor 1 combustion engine
2 Abgasnachbehandlungsanlage 3 Luftzufuhrleitung 2 Exhaust aftertreatment system 3 Air supply line
4 Saugrohr 4 intake manifold
5 Turbolader-Verdichter 5 turbocharger compressors
6 Erste NH3-Zufuhrleitung 7 Tank 6 First NH3 supply line 7 Tank
8 Abgaskrümmer 8 exhaust manifold
9 Abgasleitung 9 exhaust pipe
10 Turbolader- Turbine 10 turbocharger turbine
11 Zweiter SCR-Katalysator 12 Oxidationskatalysator 11 Second SCR catalyst 12 Oxidation catalyst
13 Partikelfilter 13 particle filter
14 Erster SCR-Katalysator 15 Injektor 14 First SCR catalytic converter 15 injector
16 Zweite NH3-Zufuhrleitung 17 Erster NOx-Sensor 16 Second NH3 supply line 17 First NOx sensor
18 Zweiter NOx-Sensor 18 Second NOx sensor
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110264355A1 (en) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
CN110219718A (en) * | 2019-07-16 | 2019-09-10 | 潍柴动力股份有限公司 | The after-treatment system and its control method that urea sprays before a kind of whirlpool |
CN111255560A (en) * | 2020-01-15 | 2020-06-09 | 北京工业大学 | Hydrogen-ammonia dual-fuel piston machine and control method |
US20210079826A1 (en) * | 2018-02-19 | 2021-03-18 | Basf Corporation | Exhaust gas treatment system with upstream scr catalyst |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100019506A1 (en) | 2008-07-22 | 2010-01-28 | Caterpillar Inc. | Power system having an ammonia fueled engine |
-
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2022
- 2022-12-09 CN CN202280070931.1A patent/CN118140041A/en active Pending
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- 2022-12-09 WO PCT/AT2022/060433 patent/WO2023102590A1/en unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110264355A1 (en) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system of internal combustion engine |
US20210079826A1 (en) * | 2018-02-19 | 2021-03-18 | Basf Corporation | Exhaust gas treatment system with upstream scr catalyst |
CN110219718A (en) * | 2019-07-16 | 2019-09-10 | 潍柴动力股份有限公司 | The after-treatment system and its control method that urea sprays before a kind of whirlpool |
CN111255560A (en) * | 2020-01-15 | 2020-06-09 | 北京工业大学 | Hydrogen-ammonia dual-fuel piston machine and control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN118140041A (en) | 2024-06-04 |
AT525550A4 (en) | 2023-05-15 |
DE112022003897A5 (en) | 2024-05-23 |
WO2023102590A1 (en) | 2023-06-15 |
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