DE10024657A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von Kühlwasser - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Einspritzen von KühlwasserInfo
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Abstract
Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zum Einspritzen von Kühlwasser in eine Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine an Bord eines Schiffes. Es ist mindestens eine Einspritzdüse, mindestens ein Stellelement zum Einstellen einer Kühlwassermenge und eine Steuerung für das Stellelement vorhanden. Die Steuerung ist mit mindestens einem Sensor verbunden und weist eine Steuerungscharakteristik derart auf, dass eine funktionale Abhängigkeit der Ansteuerung des Stellelementes vom Messsignal des Sensors realisiert ist. Die Abhängigkeit der Einstellung des Stellelementes vom Messsignal ist derart vorgegeben, dass nach einer Durchmischung von austretendem Abgas und Umgebungsluft eine resultierende Luftfeuchtigkeit unterhalb einer Wasserdampfsättigung realisiert ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kühlwasser in einer Abgasleitung
einer Verbrennungsmaschine an Bord eines Schiffes, bei dem durch Verdunstung des
Kühlwassers eine Abkühlung des Abgases erfolgt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kühlwasser in
eine Abgasleitung einer Verbrennungsmaschine an Bord eines Schiffes, die mindestens
eine Einspritzdüse, mindestens ein Stellelement zum Einstellen einer Kühlwassermenge
und eine Steuerung für das Stellelement aufweist.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen werden im Bereich von Abgasanlagen für
Seeschiffe verwendet, um durch Abkühlung der austretenden Abgase eine verminderte
Infrarot-Ortbarkeit zu erreichen.
Die bislang bekannten Verfahren und Vorrichtungen können noch nicht alle
Anforderungen an eine optimierte Abgaskühlung erfüllen, da zusätzlich zu einer
Abkühlung des Abgases dafür zu sorgen ist, dass aus der Austrittsöffnung des Abgases
keine nicht verdunsteten Tropfen des eingespritzten Kühlwassers ausgeblasen werden
und dass eine Wasserdampfkondensation nach einer Durchmischung des austretenden
Abgases mit einer Umgebungsluft noch nicht sicher vermieden werden kann.
Entsprechende Wassertropfen mit gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhter
Temperatur verstärken die Gefahr einer Infrarot-Ortung des Schiffes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der einleitend genannten
Art derart zu verbessern, dass die Infrarot-Ortbarkeit des Schiffes vermindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Menge des eingespritzten
Kühlwassers von einer Steuerung vorgegeben wird, die das Messignal mindestens eines
Sensors derart auswertet, dass die Menge des eingespritzten Kühlwassers derart gewählt
wird, dass im Bereich der Verdampfung eine nur unvollständige Sättigung des Abgases
mit Wasserdampf erreicht wird und dass im Bereich eines Austrittes des Abgases aus der
Abgasleitung und nach einer Durchmischung mit Umgebungsluft das hierbei entstehende
Gasgemisch mit einer im wesentlichen vollständigen Sättigung an Wasserdampf
versehen wird.
Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend
genannten Art derart zu konstruieren, dass die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von
erwärmten Wassertröpfchen in einer Umgebung des Schiffes vermindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuerung mit mindestens
einem Sensor verbunden ist und dass die Steuerung eine Steuerungscharakteristik derart
aufweist, dass eine funktionale Abhängigkeit der Ansteuerung des Stellelementes vom
Messsignal des Sensors derart realisiert ist, dass nach einer Durchmischung von
austretendem Abgas und Umgebungsluft eine resultierende Luftfeuchtigkeit unterhalb
einer Wasserdampfsättigung realisiert ist.
Durch die Steuerung der Kühlwasserzufuhr in Abhängigkeit von den aktuellen
Betriebsbedingungen ist es möglich, einen Ausstoß von Wassertröpfchen aus dem
Abgassystem sowie eine Wasserkondensation nach einer Durchmischung des Abgases
mit der Umgebungsluft zu vermeiden beziehungsweise zumindest erheblich
herabzusetzen. Insbesondere werden durch die Steuerung sowohl aktuelle
Betriebsparameter an Bord des Schiffes als auch Witterungsparameter aus einer
Umgebung des Schiffes berücksichtigt. Durch die parameterabhängige Steuerung der
Kühlwasserzufuhr zum Abgas ist es möglich, eine optimale Herabsetzung der Infrarot-
Ortbarkeit des Schiffes zu erreichen.
Zur Berücksichtigung der temperaturabhängigen Aufnahmefähigkeit des Abgases für
Feuchtigkeit wird vorgeschlagen, dass die Abgastemperatur gemessen wird.
Eine Anpassung an den auftretenden Volumenstrom von Abgas erfolgt dadurch, dass die
Abgasmenge gemessen wird.
Die Menge des zu kühlenden Abgases kann auch dadurch erfasst werden, dass die
Maschinenleistung ermittelt wird.
Eine Berücksichtigung der Umgebungstemperatur außerhalb des Schiffes erfolgt
dadurch, dass die Temperatur der Umgebungsluft gemessen wird.
Zur Vermeidung einer Kondensation von Feuchtigkeit nach einer Durchmischung von
Abgas und Umgebungsluft erweist es sich ebenfalls als vorteilhaft, dass die Feuchtigkeit
der Umgebungsluft gemessen wird.
Für eine Ansteuerung analoger Stellelemente ist es zweckmäßig, dass von der Steuerung
ein analoges Ausgangssignal bereitgestellt wird.
Ebenfalls ist daran gedacht, dass von der Steuerung ein digitales Ausgangssignal
bereitgestellt wird.
Eine einfache Auswertung der Messsignale kann dadurch erfolgen, dass von der
Steuerung mindestens eine Kennkurve bei der Verarbeitung der Signale der Sensoren
ausgewertet wird.
Zur Berücksichtigung komplexerer Signalzusammenhänge ist es ebenfalls möglich, dass
von der Steuerung bei der Auswertung der Signale der Sensoren mindestens ein
funktionaler Zusammenhang zur Ermittlung des Ausgangssignals ausgewertet wird.
Eine typische Ausführungsform besteht darin, dass die Steuerung unter Verwendung
elektronischer Bauelemente ausgebildet ist.
Eine robuste Realisierung wird dadurch unterstützt, dass das Stellelement als Schaltventil
ausgebildet ist.
Eine exakte Dosierung der Kühlwassermenge wird dadurch unterstützt, dass das
Stellelement als Proportionalventil ausgebildet ist.
Insbesondere ist auch daran gedacht, dass mindestens ein stufenweise ansteuerbares
Schaltventil verwendet ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1 eine teilweise Darstellung eines Abgassystems in einer Umgebung einer
Kühlwassereinspritzung
und
Fig. 2 ein prinzipielles Blockschaltbild der Steuerung für die
Kühlwassereinspritzung.
Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist eine Verbrennungsmaschine (1) eines Schiffes (2)
über eine Abgasleitung (3) an einen Abgaskanal (4) angeschlossen, der das Abgas
vorzugsweise dicht oberhalb der Wasserlinie in eine Umgebung des Schiffes (2) leitet. Im
Bereich eines Überganges der Abgasleitung (3) in den Abgaskanal (4) ist eine
Kühlwassereinspritzung (5) angeordnet.
Die Kühlwassereinspritzung (5) ist über Verbindungsleitungen (6) sowie ein Stellelement
(7) an eine Pumpe (8) angeschlossen. Das Stellelement (7) wird von einer Steuerung (9)
betätigt, die Messsignale von Sensoren (10) auswertet.
Das Stellelement (7) kann beispielsweise als ein Proportionalventil ausgebildet sein, das
im Bereich der Verbindungsleitung (6) angeordnet ist. Es ist aber ebenfalls denkbar, das
Stellelement (7) elektrisch oder elektronisch auszubilden und eine direkte Ansteuerung
der Pumpe (8) zur Regulierung der Förderleistung durchzuführen.
Fig. 2 zeigt in einem prinzipiellen Blockschaltbild die Wirkungsweise der Beeinflussung
der Förderung der Kühlwassermenge. An die Steuerung (9) können beispielsweise eine
Mehrzahl von Sensoren (10) angeschlossen sein. Insbesonders ist daran gedacht,
Sensoren (10) jeweils zur Messung einer Temperatur des Abgases, der Abgasmenge,
einer Umgebungslufttemperatur sowie einer Umgebungsluftfeuchtigkeit zu verwenden.
Innerhalb der Steuerung (9) sind geeignete Kennkurven und/oder funktionale
Zusammenhänge abgespeichert, um aus den Messignalen der Sensoren (10) die
erforderliche Kühlwassermenge, beziehungsweise das zugehörige Stellsignal für das
Stellelement (7) zu bestimmen. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung reguliert das
Stellelement (7) in Form eines Ventils eine von der Pumpe (8) zur Kühlwassereinspritzung
(5) geförderte Kühlwassermenge. Wie bereits erwähnt, wäre es aber auch denkbar, im
Rahmen einer Antriebssteuerung die Fördermenge der Pumpe (8) zu beeinflussen.
Grundsätzlich kann die Steuerung wahlweise sowohl analog als auch digital realisiert
werden. Ebenfalls ist es wahlweise vorgebbar, ob von der Steuerung (9) ein analoges
Ausgangssignal oder ein digitales Ausgangssignal bereitgestellt wird. Bei einer
Ansteuerung von Proportionalventilen erweist sich ein analoges Ausgangssignal als
zweckmäßig, bei einer Ansteuerung von stufenweise aktivierbaren Schaltventilen wird ein
digitales Ausgangssignal bevorzugt.
Claims (17)
1. Verfahren zum Einspritzen von Kühlwasser in eine Abgasleitung einer
Verbrennungsmaschine an Bord eines Schiffes, bei dem durch Verdunstung des
Kühlwassers eine Abkühlung des Abgases erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Menge des eingespritzten Kühlwassers von einer Steuerung (9)
vorgegeben wird, die das Messsignal mindestens eines Sensors (10) derart
auswertet, dass die Menge des eingespritzten Kühlwassers derart gewählt wird,
dass im Bereich der Verdampfung eine nur unvollständige Sättigung des Abgases
mit Wasserdampf erreicht wird und dass im Bereich eines Austrittes des Abgases
aus der Abgasleitung und nach einer Durchmischung mit Umgebungsluft das
hierbei entstehende Gasgemisch mit einer im wesentlichen vollständigen
Sättigung an Wasserdampf versehen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abgastemperatur gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abgasmenge ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Maschinenleistung ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Temperatur der Umgebungsluft gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Feuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Steuerung (9) ein analoges Ausgangssignal bereitgestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Steuerung (9) ein digitales Ausgangssignal bereitgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Steuerung (9) mindestens eine Kennkurve bei der Verarbeitung der
Signale der Sensoren (10) ausgewertet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass von der Steuerung (9) bei der Auswertung der Signale der Sensoren (10)
mindestens ein funktionaler Zusammenhang zur Ermittlung des Ausgangssignals
ausgewertet wird.
11. Vorrichtung zum Einspritzen von Kühlwasser in eine Abgasleitung einer
Verbrennungsmaschine an Bord eines Schiffes, die mindestens eine
Einspritzdüse, mindestens ein Stellelement zum Einstellen einer
Kühlwassermenge und eine Steuerung für das Stellelement aufweist, dadurch
gekennzeichnet,
dass die Steuerung (9) mit mindestens einem Sensor (10) verbunden ist und dass
die Steuerung (9) eine Steuerungscharakteristik derart aufweist, dass eine
funktionale Abhängigkeit der Ansteuerung des Stellelementes (7) vom Messsignal
des Sensors (10) derart realisiert ist, dass nach einer Durchmischung von
austretendem Abgas und Umgebungsluft eine resultierende Luftfeuchtigkeit
unterhalb einer Wasserdampfsättigung realisiert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (9) unter Verwendung elektronischer Bauelemente
ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (9) einen Kennkurvenspeicher aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung (9) einen Funktionsspeicher aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (7) als Proportionalventil ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellelement (7) als Schaltventil ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein stufenweise ansteuerbares Schaltventil verwendet ist.
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Cited By (1)
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2000
- 2000-05-18 DE DE10024657A patent/DE10024657B4/de not_active Expired - Lifetime
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