DE102016113380A1 - Method for operating an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgasaufladungssystem (2) und mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3), wobei das Abgasaufladungssystem (2) einen Abgasturbolader (8) mit einer Turbine (10) und einem Verdichter (9) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) einen Katalysator (12), stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (12) positionierte Absperreinrichtungen (14, 15) und einen Bypass (13) mit einer weiteren Absperreinrichtung (16) zum Katalysator (12) aufweist, und wobei zum Leiten einer Abgasströmung über den Bypass (13) die stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (12) positionierten Absperreinrichtungen (14, 15) geschlossen und die weitere Absperreinrichtung (16) des Bypasses (13) geöffnet wird. Dann, wenn die stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (12) positionierten Absperreinrichtungen (14, 15) geschlossen sind und die weitere Absperreinrichtung (16) des Bypasses (13) geöffnet ist, wird der Katalysator (12) mit einem Abgasteilstrom beaufschlagt.Method for operating an internal combustion engine (1) with an exhaust gas charging system (2) and with an exhaust aftertreatment system (3), wherein the exhaust gas charging system (2) comprises an exhaust gas turbocharger (8) with a turbine (10) and a compressor (9), wherein the exhaust aftertreatment system (3) having a catalyst (12), upstream of and downstream of the catalyst (12) positioned shut-off devices (14, 15) and a bypass (13) with a further shut-off device (16) to the catalyst (12), and wherein for conducting an exhaust gas flow via the bypass (13) the upstream and downstream of the catalyst (12) positioned shut-off devices (14, 15) closed and the further shut-off device (16) of the bypass (13) is opened. Then, when the shut-off devices (14, 15) positioned upstream and downstream of the catalyst (12) are closed and the further shut-off device (16) of the bypass (13) is opened, an exhaust gas partial flow is applied to the catalyst (12).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasaufladungssystem und einem Abgasnachbehandlungssystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Brennkraftmaschine, eine Anlage aus mehreren Brennkraftmaschinen und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Anlage. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas charging system and an exhaust gas aftertreatment system. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine, a system of several internal combustion engines and a method for operating such a system.
Bei Verbrennungsprozessen in stationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel in Kraftwerken zum Einsatz kommen, sowie bei Verbrennungsprozessen in nichtstationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel auf Schiffen zum Einsatz kommen, entstehen Stickoxide, wobei diese Stickoxide typischerweise bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Brennstoffe, wie Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Schweröl oder Dieselkraftstoffen entstehen. Daher sind solchen Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme zugeordnet, die der Reinigung, insbesondere der Entstickung, des die Brennkraftmaschine verlassenden Abgases dienen. In combustion processes in stationary internal combustion engines, which are used for example in power plants, as well as combustion processes in non-stationary internal combustion engines, which are used for example on ships, resulting in nitrogen oxides, these nitrogen oxides typically in the combustion of sulfur-containing fossil fuels, such as coal, hard coal , Brown coal, petroleum, heavy fuel oil or diesel fuels. Therefore, such internal combustion engines are assigned exhaust aftertreatment systems that serve the cleaning, in particular the denitrification, of the exhaust gas leaving the internal combustion engine.
Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas kommen in aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen in erster Linie sogenannte SCR-Katalysatoren zum Einsatz. In einem SCR-Katalysator erfolgt eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, wobei für die Reduktion der Stickoxide als Reduktionsmittel Ammoniak (NH3) benötigt wird. Das Ammoniak (NH3) bzw. eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, wie zum Beispiel Urea, wird hierzu stromaufwärts des SCR-Katalysators in flüssiger Form in das Abgas eingebracht, wobei das Ammoniak bzw. die Ammoniak-Vorläufersubstanz stromaufwärts des SCR-Katalysators mit dem Abgas vermischt wird. Hierzu sind nach der Praxis Mischstrecken zwischen der Einbringung des Ammoniaks bzw. der Ammoniak-Vorläufersubstanz und dem SCR-Katalysator vorgesehen. To reduce nitrogen oxides in the exhaust gas, so-called SCR catalysts are used in practice in exhaust gas aftertreatment systems known from practice. In a SCR catalyst, a selective catalytic reduction of nitrogen oxides, wherein for the reduction of nitrogen oxides as a reducing agent ammonia (NH 3 ) is required. The ammonia (NH 3 ) or an ammonia precursor substance, such as urea, for this purpose, is introduced into the exhaust gas upstream of the SCR catalyst in liquid form, wherein the ammonia or the ammonia precursor substance upstream of the SCR catalyst with the exhaust gas is mixed. For this purpose, mixing paths between the introduction of the ammonia or of the ammonia precursor substance and the SCR catalyst are provided according to the practice.
Dann, wenn eine derartige Brennkraftmaschine mit einem Abgasaufladungssystem und einem Abgasnachbehandlungssystem zum Beispiel auf einem Schiff eingesetzt wird, wird die Brennkraftmaschine in Gebieten mit unterschiedlichen Emissionsgesetzgebungen und damit unterschiedlich einzuhaltenden Emissionsgrenzwerten betrieben. Wird zum Beispiel eine Brennkraftmaschine eines Schiffs in Gebieten mit niedrigen Stickoxid-Emissionsanforderungen, wie zum Beispiel auf hoher See, betrieben, so können die einzuhaltenden Stickoxidgrenzwerte bereits durch rein motorische Maßnahmen eingehalten werden, sodass das Abgas zur Einhaltung der Emissionsgrenzwerte nicht über einen SCR-Katalysator geführt werden muss. In diesem Fall kann dann das Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere ein SCR-Katalysator des Abgasnachbehandlungssystems, deaktiviert werden. Then, when such an internal combustion engine is used with an exhaust gas charging system and an exhaust aftertreatment system, for example, on a ship, the internal combustion engine is operated in areas with different emission legislations and emission limits to be observed differently. If, for example, an internal combustion engine of a ship is operated in regions with low nitrogen oxide emission requirements, such as on the high seas, the nitrogen oxide limit values to be observed can already be met by purely engine measures so that the exhaust gas does not have an SCR catalytic converter to comply with the emission limit values must be led. In this case, the exhaust aftertreatment system, in particular an SCR catalytic converter of the exhaust aftertreatment system, can then be deactivated.
Um bei deaktivierten Katalysatoren eine Alterung der Katalysatoren zu vermeiden, werden Katalysatoren in diesem Fall über stromaufwärts sowie stromabwärts des Katalysators positionierte Absperreinrichtungen vom Abgasstrom getrennt bzw. abgesperrt, um dann das Abgas vorbei am Katalysator über einen Bypass zu leiten. Da derartige Absperreinrichtungen jedoch nicht immer vollständig schließen, kann es zu einer unkontrollierten Abgasleckage in den Katalysator hinein kommen. Insbesondere dann, wenn in der Brennkraftmaschine stark schwefelhaltige Kraftstoffe, wie zum Beispiel Schweröl oder Rückstandöl, verbrannt werden, kann durch eine in den Katalysator einströmende, unkontrollierten Abgasleckage derselbe beschädigt werden, insbesondere dadurch, dass im Abgas enthaltene Schwefelsäure kondensiert und Korrosion im Katalysator verursacht. Dies ist von Nachteil. In this case, in order to avoid aging of the catalysts when the catalysts are deactivated, in this case catalysts are shut off from the exhaust gas stream via shut-off devices positioned upstream and downstream of the catalyst, and then bypass the exhaust gas past the catalyst. However, since such shut-off devices do not always close completely, uncontrolled exhaust gas leakage into the catalytic converter can occur. In particular, when heavily sulfur-containing fuels, such as heavy oil or residual oil, are burned in the engine, the same can be damaged by an uncontrolled exhaust gas leakage into the catalyst, in particular by condensing sulfuric acid contained in the exhaust gas and causing corrosion in the catalyst. This is a disadvantage.
Aus der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasaufladungssystem und einem Abgasnachbehandlungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage aus mehreren solchen Brennkraftmaschinen, eine solche Brennkraftmaschine sowie eine Anlage aus mehreren solchen Brennkraftmaschinen zu schaffen. Proceeding from this, the present invention has the object, a novel method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas charging system and an exhaust aftertreatment system and a method for operating a system of several such internal combustion engines, such an internal combustion engine and to create a system of several such internal combustion engines.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird dann, wenn die stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators positionierten Absperreinrichtungen geschlossen sind und die weitere Absperreinrichtung des Bypasses geöffnet ist, der Katalysator mit einem Abgasteilstrom beaufschlagt. This object is achieved by a method for operating an internal combustion engine according to claim 1. According to the invention, when the shut-off devices positioned upstream and downstream of the catalytic converter are closed and the further shut-off device of the bypass is opened, the exhaust gas partial flow is applied to the catalytic converter.
Die Erfindung nutzt zum Schutz des Katalysators Abgas. Abgas mit entsprechend hohen Temperaturen ist ohnehin vorhanden. Daher sind keine Druckluftquelle und keine Heizeinrichtung erforderlich. Die Erfindung ermöglicht es auf besonders vorteilhafte Art und Weise mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand Katalysatoren vor einer Alterung zu schützen, nämlich dann, wenn dieselben deaktiviert sind und an sich Abgas an denselben über den Bypass vorbeigeleitet wird. Die Katalysatoren werden dann mit einem Abgasteilstrom gespült. The invention uses exhaust gas to protect the catalyst. Exhaust gas with correspondingly high temperatures is available anyway. Therefore, no compressed air source and no heater are required. The invention makes it possible to protect catalysts from aging in a particularly advantageous manner with a low outlay in terms of apparatus, namely when they are deactivated and exhaust gas is routed past them via the bypass. The catalysts are then flushed with a partial exhaust stream.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird der über den Katalysator geführte Abgasteilstrom derart geregelt, dass die Temperatur im Katalysator mindestens 120°C, bevorzugt mindestens 130°C, besonders bevorzugt mindestens 200°C, beträgt. Hiermit kann der Katalysator besonders effektiv vor Alterung geschützt werden. According to an advantageous development, the partial exhaust gas stream conducted over the catalyst is regulated in such a way that the temperature in the catalyst is at least 120 ° C., preferably at least 130 ° C., particularly preferably at least 200 ° C. Hereby, the catalyst can be particularly effectively protected from aging.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Anlage aus mehreren Brennkraftmaschinen ist in Anspruch 5 definiert. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 7 und die erfindungsgemäße Anlage aus Brennkraftmaschine ist in Anspruch 12 definiert. The inventive method for operating a system of several internal combustion engines is defined in
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: Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
Das Abgasaufladungssystem
Das Abgasnachbehandlungssystem
Stromaufwärts des Katalysators
Bei der Brennkraftmaschine
Da die stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators
Im Ausführungsbeispiel der
In dem oben unter Bezugnahme auf
Demgegenüber zeigt
Dann, wenn im Ausführungsbeispiel der
Sind die beiden Absperreinrichtungen
Auch im Ausführungsbeispiel der
Ferner wird abhängig von der mit Hilfe des Temperatursensors
In den Ausführungsbeispielen der
Dann, wenn beide Brennkraftmaschinen
Dann, wenn eine der Brennkraftmaschinen
Dann, wenn also die Brennkraftmaschine
In
Die Regelung des über Leitungen
Das unter Bezugnahme auf
Die Erfindung wird insbesondere bei mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschinen genutzt, vorzugsweise bei mit Schweröl oder Rückstandöl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschinen. The invention is used in particular in internal combustion engines operated with excess air, preferably in marine diesel engines operated with heavy oil or residual oil.
Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit SCR-Katalysatoren beschrieben wurde, können die Abgasnachbehandlungssysteme
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1, 1a, 1b 1, 1a, 1b
- Brennkraftmaschine Internal combustion engine
- 2, 2a, 2b 2, 2a, 2b
- Abgasaufladungssystem Turbocharging System
- 3, 3a, 3b 3, 3a, 3b
- Abgasnachbehandlungssystem aftertreatment system
- 4, 4a, 4b 4, 4a, 4b
- Zylinder cylinder
- 5, 5a, 5b 5, 5a, 5b
- Kraftstoff fuel
- 6, 6a, 6b 6, 6a, 6b
- Ladeluft charge air
- 7, 7a, 7b 7, 7a, 7b
- Abgas exhaust
- 8, 8a, 8b 8, 8a, 8b
- Abgasturbolader turbocharger
- 9, 9a, 9b 9, 9a, 9b
- Verdichter compressor
- 10, 10a, 10b 10, 10a, 10b
- Turbine turbine
- 11, 11a, 11b 11, 11a, 11b
- Ladeluftkühler Intercooler
- 12, 12a, 12b 12, 12a, 12b
- Katalysator catalyst
- 13, 13a, 13b 13, 13a, 13b
- Bypass bypass
- 14, 14a, 14b 14, 14a, 14b
- Absperreinrichtung shut-off
- 15, 15a, 15b 15, 15a, 15b
- Absperreinrichtung shut-off
- 16, 16a, 16b 16, 16a, 16b
- Absperreinrichtung shut-off
- 17, 17a, 17b 17, 17a, 17b
- Leitung management
- 18, 18a, 18b 18, 18a, 18b
- Drucksensor pressure sensor
- 19 19
- Leitung management
- 20 20
- Absperreinrichtung shut-off
- 21 21
- Drossel throttle
- 22 22
- Leitung management
- 23 23
- Absperreinrichtung shut-off
- 24, 24a, 24b 24, 24a, 24b
- Temperatursensor temperature sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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