DE102012019947A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Brennkraftmaschine (10), insbesondere mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasturboaufladung und mit einer Abgasreinigung, wobei die Abgasturboaufladung einen oder mehrere Abgasturbolader (11) umfasst, und wobei in der Abgasreinigung einen SCR Katalysator (14) umfasst, wobei der SCR Katalysator mindestens zwei SCR Katalysatorstufen (15, 16) umfasst, wobei eine erste SCR Katalysatorstufe (15) in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts einer Turbine (12) eines Abgasturboladers (11) und eine zweite SCR Katalysatorstufe (16) in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Turbine (12) des Abgasturboladers (11) positioniert ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9.
- Aus der
DE 10 2004 027 593 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasturboaufladung und einer Abgasreinigung bekannt. Die Abgasturboaufladung ist nach diesem Stand der Technik entweder als einstufige oder als zweistufige Abgasturboaufladung mit einem Abgasturbolader oder mit zwei Abgasturboladern ausgeführt. Die Abgasreinigung umfasst einen SCR-Katalysator, der bei der einstufigen Abgasturboaufladung entweder, in Strömungsrichtung des Abgases, stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers oder stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers positioniert ist. Bei einer zweistufigen Abgasturboaufladung mit einem Hochdruck-Abgasturbolader und einem Niederdruck-Abgasturbolader ist der SCR-Katalysator zwischen der Hochdruckturbine des Hochdruck-Abgasturboladers und der Niederdruckturbine des Niederdruck-Abgasturboladers positioniert. - Hievon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Brennkraftmaschine zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird nach durch eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Hiernach umfasst der SCR Katalysator mindestens zwei SCR Katalysatorstufen, wobei eine erste SCR Katalysatorstufe in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers und eine zweite SCR Katalysatorstufe in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers positioniert ist.
- Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, dass der SCR Katalysator mehrere SCR Katalysatorstufen umfasst. Die erste SCR Katalysatorstufe ist dabei, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen, stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers und die zweite SCR Katalysatorstufe ist, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen, stromabwärts dieser Turbine dieses Abgasturboladers positioniert. Hiermit kann die Effektivität der Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine mit einem SCR Katalysator erhöht werden. Insbesondere mit Hilfe der zweiten SCR Katalysatorstufe kann ein sogenannter Reduktionsmittelschlupf des in das Abgas eingebrachten Reduktionsmittels, welches für eine selektive katalytische Reduktion (SCR) erforderlich ist, minimiert werden.
- Dann, wenn die Abgasturboaufladung einstufig ausgebildet ist und einen einzigen Abgasturbolader umfasst, ist die erste SCR Katalysatorstufe stromaufwärts der Turbine des einzigen Abgasturboladers und die zweite SCR Katalysatorstufe stromabwärts der Turbine des einzigen Abgasturboladers positioniert.
- Dann, wenn die Abgasturboaufladung zweistufig ausgebildet ist und einen Hochdruckabgasturbolader einen Niederdruckabgasturbolader umfasst, ist die erste SCR Katalysatorstufe stromaufwärts der Niederdruckdruckturbine des Niederdruckabgasturboladers und die zweite SCR Katalysatorstufe stromabwärts der Niederdruckdruckturbine des Niederdruckabgasturboladers positioniert ist.
- Vorzugsweise ist für beide SCR Katalysatorstufen eine gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung vorgesehen. Durch die Verwendung der gemeinsamen Eindüsung kann eine Mischstrecke für das Reduktionsmittel entfallen. Die Durchmischung erfolgt in einer Turbine eines Abgasturboladers. Hierdurch durch kann eine optimale Durchmischung für das Reduktionsmittel realisiert werden. Letztendlich kann der Verbrauch an Reduktionsmitteln reduziert werden, ebenso wie der sogenannte Reduktionsmittelschlupf.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
- Dabei zeigt:
-
1 eine schematisierte Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
2 eine schematisierte Darstellung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine mit Schweröl betriebene Schiffsdiesel-Brennkraftmaschine.
-
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine10 mit einer einstufigen Abgasturboaufladung, die demnach einen einzigen Abgasturbolader11 umfasst. Abgas, welches die Brennkraftmaschine verlässt, kann zur Entspannung einer Turbine12 des Abgasturboladers11 zugeführt werden, wobei hierbei gewonnene Energie genutzt wird, um einen Verdichter13 des Abgasturboladers11 anzutreiben und um der Brennkraftmaschine10 zuzuführende Ladeluft zu verdichten. - Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verfügt über einen SCR Katalysator
14 mit mindestens zwei SCR Katalysatorstufen15 ,16 . - Eine erste SCR Katalysatorstufe
15 ist in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts der Turbine12 des Abgasturboladers11 positioniert, wobei eine zweite SCR Katalysatorstufe16 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Turbine12 des Abgasturboladers11 positioniert ist. - Für beide SCR Katalysatorstufen
15 ,16 des SCR Katalysators14 ist eine gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung17 vorhanden, wobei die gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung17 Reduktionsmittel stromaufwärts der ersten SCR Katalysatorstufe15 in das Abgas eindüst.1 zeigt eine Einrichtung18 , die Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, bereitstellt bzw. generiert. - Durch die Trennung des SCR Katalysators
14 in die beiden SCR Katalysatorstufen15 und16 , wobei die erste SCR Katalysatorstufe15 stromaufwärts der Turbine12 des Abgasturboladers11 und die zweite SCR Katalysatorstufe16 stromabwärts der Turbine12 des Abgasturboladers11 positioniert ist, kann das sogenannte Ansprechverhalten verbessert werden. Durch die Positionierung der gemeinsamen Eindüsung17 in Strömungsrichtung vor dem Abgasturbolader11 und vor der ersten Katalysatorstufe15 wird wegen der hohen Abgastemperatur im Abgaskrümmer die Verdampfungsaffinität des Reduktionsmittels für eine erste NOx-Umsetzung in der Katalysatorstufe15 erhöht. Nicht umgesetztes Ammoniak wird später in der Turbine12 sauber vermischt und reduziert die Stickoxide in der zweiten Katalysatorstufe16 . - Hierdurch kann der benötigte Bauraum für die Brennkraftmaschine
10 reduziert werden. Durch die Durchmischung des Abgases mit dem Reduktionsmittel im Abgasturbolader11 , nämlich in der Turbine12 desselben, kann eine optimale Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas realisiert und dadurch ein Verbrauch des Reduktionsmittels und ein sogenannter Schlupf desselben minimiert werden. Die erste SCR Katalysatorstufe15 , die stromaufwärts der Turbine12 des Abgasturboladers11 angeordnet ist, kann schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden, sodass die erste SCR Katalysatorstufe15 des SCR Katalysators14 über ein gutes Ansprechverhalten verfügt. Insbesondere im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine10 kann eine optimale Abgasreinigung über den mehrstufigen SCR Katalysator14 realisiert werden. - In ein Gehäuse der ersten SCR Katalysatorstufe
15 des SCR Katalysators14 kann ein Oxidationskatalysator und/oder ein Partikelfilter der Abgasreinigung integriert werden. -
2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine10 mit einer zweistufigen Abgasturboaufladung, die demnach zwei Abgasturbolader11a und11b umfasst, nämlich einem Hochdruckabgasturbolader11a und einen Niederdruckabgasturbolader11b . Der Hochdruckabgasturbolader11a umfasst eine Hochdruckturbine12a und einen Hochdruckverdichter13a . Der Niederdruckabgasturbolader11b umfasst eine Niederdruckturbine12b und einen Niederdruckverdichter13b . - Auch die Brennkraftmaschine
10 der2 mit der zweistufigen Abgasturboaufladung verfügt über einen mehrstufigen SCR Katalysator14 mit der ersten SCR Katalysatorstufe15 und der zweiten SCR Katalysatorstufe16 , wobei gemäß2 die erste SCR Katalysatorstufe15 stromaufwärts der Niederdruckturbine12b des Niederdruckabgasturboladers11b und die zweite SCR Katalysatorstufe16 stromabwärts der Niederdruckturbine12b des Niederdruckabgasturboladers11b positioniert ist. - In
2 ist dabei die erste SCR Katalysatorstufe15 des SCR Katalysators14 stromabwärts der Hochdruckturbine12a des Hochdruckabgasturboladers11a positioniert, also zwischen die beiden Turbinen12a und12b der beiden Abgasturbolader11a und11b geschaltet. - Auch im Ausführungsbeispiel der
2 ist wiederum für beide SCR Katalysatorstufen15 und16 eine gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung17 vorhanden, wobei das Reduktionsmittel von der Einrichtung18 bereitgestellt bzw. generiert wird. - In den Ausführungsbeispielen der
1 und2 wird das Reduktionsmittel über die gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung17 jeweils unmittelbar stromaufwärts der ersten SCR Katalysatorstufe15 in das Abgas eindüst. - Die Eindüsung des Reduktionsmittels in das Abgas erfolgt jeweils bezogen auf die erste SCR Katalysatorstufe
15 des SCR Katalysators14 überstöchiometrisch. - Obwohl nicht in einer separaten Figur gezeigt, ist es auch möglich, die erste SCR Katalysatorstufe
15 stromaufwärts zur Hochdruckturbine12a des Hochdruckabgasturboladers11a zu positionieren. In diesem Fall kann dann die zweite SCR Katalysatorstufe16 des SCR Katalysators14 , wie in2 gezeigt, stromabwärts der Niederdruckturbine12 des Niederdruckabgasturboladers11 positioniert sein, oder alternativ zwischen die beiden Turbinen12a und12b der beiden Abgasturbolader11a und11b geschaltet sein. - Ebenso ist es möglich, dass im Ausführungsbeispiel der
2 drei SCR Katalysatorstufen vorhanden sind, und zwar zusätzlich zu den beiden SCR Katalysatorstufen15 und16 eine weitere, nicht gezeigte SCR Katalysatorstufe, die stromaufwärts der Hochdruckturbine12a angeordnet ist, wobei dann die gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung17 stromaufwärts dieser zusätzlichen, nicht gezeigten SCR Katalysatorstufe erfolgt. - Mit der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine können in allen Ausführungsvarianten verschiedene Vorteile erzielt werden. Durch die gemeinsame Eindüsung des Reduktionsmittels kann auf eine separate Mischstrecke für die zweite Katalysatorstufe verzichtet werden, sodass Bauraum reduziert werden kann. Über die Durchmischung des Reduktionsmittels und des Abgases in einer Turbine eines Abgasturboladers wird eine optimale Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas realisiert, wodurch der Verbrauch und Schlupf an Reduktionsmittel reduziert werden kann. Insbesondere die erste SCR Katalysatorstufe verfügt über ein gutes Ansprechverhalten, da dieselbe mittels Reduktionsmittel schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden kann. Auf separate Aufheizeinrichtungen zur Vorheizung des SCR Katalysators kann verzichtet werden. Das Bauvolumen des SCR Katalysators kann insgesamt verringert werden. Durch das hohe Druckniveau in der ersten SCR Katalysatorstufe steigt die Effektivität des SCR Katalysators.
- In ein Gehäuse der ersten SCR Katalysatorstufe
15 kann in beiden Ausführungsvarianten sowohl ein Oxidationskatalysator als auch ein Partikelfilter integriert werden. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Brennkraftmaschine
- 11
- Abgasturbolader
- 11a
- Abgasturbolader
- 11b
- Abgasturbolader
- 12
- Turbine
- 12a
- Turbine
- 12b
- Turbine
- 13
- Verdichter
- 13a
- Verdichter
- 13b
- Verdichter
- 14
- SCR Katalysator
- 15
- SCR Katalysatorstufe
- 16
- SCR Katalysatorstufe
- 17
- Reduktionsmitteleindüsung
- 18
- Einrichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004027593 A1 [0002]
Claims (7)
- Brennkraftmaschine, insbesondere mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einer Abgasturboaufladung und mit einer Abgasreinigung, wobei die Abgasturboaufladung einen oder mehrere Abgasturbolader (
11 ,11a ,11b ) umfasst, und wobei in der Abgasreinigung einen SCR Katalysator (14 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der SCR Katalysator (14 ) mindestens zwei SCR Katalysatorstufen (15 ,16 ) umfasst, wobei eine erste SCR Katalysatorstufe (15 ) in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts einer Turbine (12 ,12b ) eines Abgasturboladers (11 ,11b ) und eine zweite SCR Katalysatorstufe (16 ) in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Turbine (12 ,12b ) des Abgasturboladers (11 ,11b ) positioniert ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturboaufladung einstufig ausgebildet ist und einen einzigen Abgasturbolader (
11 ) umfasst, wobei die erste SCR Katalysatorstufe (15 ) stromaufwärts der Turbine (12 ) des Abgasturboladers (11 ) und die zweite SCR Katalysatorstufe (16 ) stromabwärts der Turbine (12 ) des Abgasturboladers (11 ) positioniert ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasturboaufladung zweistufig ausgebildet ist und einen Hochdruckabgasturbolader (
11a ) einen Niederdruckabgasturbolader (11b ) umfasst, wobei die erste SCR Katalysatorstufe (15 ) stromaufwärts der Niederdruckdruckturbine (12b ) des Niederdruckabgasturboladers (11b ) und die zweite SCR Katalysatorstufe (16 ) stromabwärts der Niederdruckdruckturbine (12b ) des Niederdruckabgasturboladers (11b ) positioniert ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste SCR Katalysatorstufe (
15 ) stromabwärts der Hochdruckturbine (12a ) des Hochdruckabgasturboladers (11a ) positioniert ist. - Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für beide SCR Katalysatorstufen (
15 ,16 ) eine gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung (17 ) vorgesehen ist. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung (
17 ) Reduktionsmittel stromaufwärts der ersten SCR Katalysatorstufe (15 ) in das Abgas eindüst. - Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Reduktionsmitteleindüsung (
17 ) Reduktionsmittel bezogen auf die erste SCR Katalysatorstufe (15 ) überstöchiometrisch in das Abgas eindüst.
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