DE102016213279B4 - Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung - Google Patents

Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung Download PDF

Info

Publication number
DE102016213279B4
DE102016213279B4 DE102016213279.2A DE102016213279A DE102016213279B4 DE 102016213279 B4 DE102016213279 B4 DE 102016213279B4 DE 102016213279 A DE102016213279 A DE 102016213279A DE 102016213279 B4 DE102016213279 B4 DE 102016213279B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
catalytic converter
oxidation catalytic
temperature
gas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE102016213279.2A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102016213279A1 (de
Inventor
Klaus Strobl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Energy Solutions SE
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 MAN Energy Solutions SE filed Critical MAN Energy Solutions SE
Priority to DE102016213279.2A priority Critical patent/DE102016213279B4/de
Publication of DE102016213279A1 publication Critical patent/DE102016213279A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102016213279B4 publication Critical patent/DE102016213279B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2340/00Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses
    • F01N2340/06Dimensional characteristics of the exhaust system, e.g. length, diameter or volume of the apparatus; Spatial arrangements of exhaust apparatuses characterised by the arrangement of the exhaust apparatus relative to the turbine of a turbocharger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404Exhaust gas temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602Temperature of exhaust gas apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1631Heat amount provided to exhaust apparatus
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere einer Schiffsbrennkraftmaschine, miteinem Abgasturbolader (11);einem in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers (11) positionierten Oxidationskatalysator (12) zur katalytischen Nachverbrennung von Methan;einem in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers (11) und stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) positionierten Wärmeerzeuger (13), mit Hilfe dessen das Abgas stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) auf eine Temperatur von mindestens 450°C erhitzbar ist;dadurch gekennzeichnet, dassstromabwärts des Abgasturboladers (11) und stromaufwärts des Wärmeerzeugers (13) ein Gas-Gas-Wärmetauscher (14) positioniert ist, über den einerseits den Abgasturbolader (11) verlassendes, noch im Oxidationskatalysator (12) nachzubehandelndes Abgas und andererseits den Oxidationskatalysator (12) verlassendes, im Oxidationskatalysator (12) nachbehandeltes Abgas führbar ist, um die bei der Abgasnachbehandlung im Oxidationskatalysator (12) freiwerdende thermische Energie für die Erhitzung des Abgases stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) auf die Temperatur von mindestens 450°C zu nutzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.
  • Einrichtungen zum Reinigen oder Entgiften des Abgases einer Brennkraftmaschine, bzw. Abgasbehandlungsvorrichtungen und Verfahren zur Abgasbehandlung sind bereits beispielsweise aus der Druckschrift DE 102 21 174 A1 , DE 10 2014 108 152 A1 oder DE 10 2010 029 989 A1 bekannt.
  • Abgasnachbehandlungssysteme für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Schiffsbrennkraftmaschinen wie Gasmotoren oder Dual-Fuel-Motoren, sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. So sind aus der Praxis Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, die einen Abgasturbolader umfassen, um Abgas, welches Zylinder der Brennkraftmaschine verlässt, zu entspannen und hierbei Energie zu gewinnen.
  • Weiterhin ist es bereits bekannt, dass Abgasnachbehandlungssysteme von Brennkraftmaschinen einen Oxidationskatalysator umfassen, welcher der katalytischen Nachverbrennung von Methan dient, um die Emission von Methan über das Abgas zu reduzieren.
  • Die Nachverbrennung von Methan in einem Oxidationskatalysator erfordert eine Temperatur von mindestens 450°C. Daher ist es aus der Praxis bereits bekannt, den Oxidationskatalysator zur katalytischen Nachverbrennung von Methan, in Abgasströmungsrichtung gesehen, stromaufwärts des Abgasturboladers zu positionieren, da stromaufwärts des Abgasturboladers besonders hohe Abgastemperaturen vorliegen. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, dass durch Fehlzündungen der Zylinder der Oxidationskatalysator infolge hoher Drücke und hoher Temperaturen zerstört wird oder verblockt.
  • Um dieses Problem zu umgehen, ist es aus der Praxis ebenfalls bereits bekannt, den Oxidationskatalysator zur katalytischen Nachverbrennung von Methan stromabwärts des Oxidationskatalysators zu positionieren. Da jedoch die Abgastemperatur stromabwärts des Oxidationskatalysators unterhalb der benötigten Temperatur von mindestens 450°C liegt, wird bei aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen das Abgas stromaufwärts des Oxidationskatalysators auf eine Temperatur von mindestens 450°C erhitzt, und zwar mit Hilfe eines Wärmeerzeugers, der stromabwärts des Abgasturboladers und stromaufwärts des Oxidationskatalysators positioniert ist. Ein solcher Wärmeerzeuger benötigt relativ viel Energie, um das Abgas auf die zur katalytischen Nachverbrennung von Methan erforderliche Temperatur zu erhitzen. Hierbei geht viel Energie verloren, wodurch der Wirkungsgrad beeinträchtigt wird.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist stromabwärts des Abgasturboladers und stromaufwärts des Wärmeerzeugers ein Gas-Gas-Wärmetauscher positioniert, über den einerseits den Abgasturbolader verlassendes, noch im Oxidationskatalysator nachzubehandelndes Abgas und andererseits den Oxidationskatalysator verlassendes, im Oxidationskatalysator nachbehandeltes Abgas führbar ist, um die bei der Abgasnachbehandlung im Oxidationskatalysator entstehende Wärme bzw. freiwerdende thermische Energie für die Erhitzung des Abgases stromaufwärts des Oxidationskatalysators auf die Temperatur von mindestens 450°C zu nutzen.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, stromaufwärts des Wärmeerzeugers den Gas-Gas-Wärmetauscher zu positionieren. Der Wärmetauscher wird einerseits von dem den Abgasturbolader verlassenden, noch im Oxidationskatalysator nachzubehandelnden Abgas und andererseits von dem den Oxidationskatalysator verlassenden, im Oxidationskatalysator bereits nachbehandelten Abgas durchströmt. Bei der katalytischen Nachverbrennung von Methan im Oxidationskatalysator wird die Abgastemperatur erhöht, insbesondere auf eine Temperatur von mehr als 500°C, wobei die in dem den Oxidationskatalysator verlassenden Abgas enthaltene Energie genutzt wird, um das dem Oxidationskatalysator zuzuführende Abgas auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen. Der Wärmeerzeuger wird lediglich zum Motorstart oder als Ergänzung abhängig von der Leistung der Brennkraftmaschine zur Erhitzung des Abgases auf die im Oxidationskatalysator benötigte Temperatur benötigt. Es kann demnach einerseits effektiv Methan im Abgas reduziert werden, andererseits wird der Wirkungsgrad gesteigert.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erfasst ein Temperatursensor einen Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers, wobei ein Steuergerät abhängig von dem erfassten Istwert der Temperatur des Abgases den Wärmeerzeuger ansteuert. Hierdurch kann der Wärmeerzeuger abhängig von dem Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers gezielt angesteuert und demnach betrieben werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung vergleicht das Steuergerät den Istwert der Temperatur des Abgases mit einem Temperaturgrenzwert, wobei dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases größer als der Temperaturgrenzwert ist oder demselben entspricht, das Steuergerät den Wärmeerzeuger ausschaltet, wohingegen dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases kleiner als der Temperaturgrenzwert ist, das Steuergerät den Wärmeerzeuger einschaltet. Auch diese Details ermöglichen eine gezielte Nutzung des Wärmeerzeugers abhängig von dem Istwert der Abgastemperatur stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist stromabwärts des Abgasturboladers und stromaufwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers ein Bypass-Ventil positioniert, über welches ein erster Abgasteilstrom des den Abgasturbolader verlassenden Abgases über den Gas-Gas-Wärmetauscher, den Wärmeerzeuger und den Oxidationskatalysator führbar ist, und über welches ein zweiter Abgasteilstrom des den Abgasturbolader verlassenden Abgases unter Umgehung des Gas-Gas-Wärmetauschers, des Wärmeerzeugers und des Oxidationskatalysators unmittelbar in Richtung auf einen Abgaskamin führbar ist. Hierdurch ist es möglich, gezielt Emissionsvorschriften für Methangrenzwerte im Abgas einzuhalten. Bei relativ hohen Grenzwerten muss nur ein geringer Teilstrom über den Oxidationskatalysator zur Nachverbrennung von Methan geführt werden. Bei strengeren Methangrenzwerten hingegen muss ein größerer Teilstrom oder Abgasstrom über den Oxidationskatalysator geführt werden. Abhängig von den Emissionsvorschriften ist so ein optimaler Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems möglich.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem ist in Anspruch 6 definiert und das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung ist in Anspruch 7 definiert.
  • 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: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zusammen mit einer Brennkraftmaschine; und
    • 2: ein Blockschaltbild eines ersten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems zusammen mit einer Brennkraftmaschine.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 zusammen mit Baugruppen eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems. Die Brennkraftmaschine 10 verfügt über mehrere Zylinder, in welchen Kraftstoff verbrannt wird. Insbesondere handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 10 um eine als Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor ausgebildete Schiffsbrennkraftmaschine. Stromabwärts der Zylinder der Brennkraftmaschine 10 ist ein Abgasnachbehandlungssystem positioniert, über welches Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 verlässt, geführt werden kann.
  • Als erste Baugruppe des Abgasnachbehandlungssystems zeigt 1 einen Abgasturbolader 11, über welchen das die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 verlassende Abgas zur Entspannung sowie zur Erzeugung von Energie geführt wird. Über einen Verdichter des Abgasturboladers 11 kann Ladeluft, die den Zylindern der Brennkraftmaschine 10 zuzuführen ist, verdichtet werden. 1 zeigt lediglich die Abgasströmung durch den Abgasturbolader 11.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem weist einen in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers 11 positionierten Oxidationskatalysator 12 zur katalytischen Nachverbrennung von Methan auf. Ferner weist das Abgasnachbehandlungssystem einen Wärmeerzeuger 13 auf, der in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers 11 und stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 positioniert ist. Mit Hilfe des Wärmeerzeugers 13 kann das Abgas stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 auf eine Temperatur von mindestens 450°C erhitzt werden, die im Oxidationskatalysator 12 zur katalytischen Nachverbrennung von Methan benötigt wird. Um den Wärmeerzeuger 13 nur im äußersten Notfall zu betreiben, also dann, wenn die benötigte Temperatur des Abgases im Oxidationskatalysator 12 nur über den Wärmeerzeuger 13 aufrechterhalten bzw. bereitgestellt werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, stromabwärts des Oxidationskatalysators 11 und stromaufwärts des Wärmeerzeugers 13 einen Gas-Gas-Wärmetauscher 14, der auch als Abgas-Abgas-Wärmetauscher bezeichnet werden kann, zu positionieren.
  • Über diesen Gas-Gas-Wärmetauscher 14 wird einerseits das den Abgasturbolader 11 verlassende, noch im Oxidationskatalysator 12 nachzubehandelnde Abgas und andererseits das den Oxidationskatalysator 12 verlassende, im Oxidationskatalysator 12 bereits nachbehandelte Abgas geführt, um die thermische Energie des Abgases, welches den Oxidationskatalysator 12 verlässt, auf den Abgasstrom zu übertragen, der noch über den Oxidationskatalysator 12 geführt werden muss, und zwar unter Gewährleistung der minimalen Temperatur des Abgases von mindestens 450°C.
  • Gemäß 1 umfasst das Abgasnachbehandlungssystem einen Temperatursensor 15, der in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers 14 und stromaufwärts des Wärmeerzeugers 13 positioniert ist. Über diesen Temperatursensor 15 kann ein Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers 14 erfasst werden, wobei der Temperatursensor 15 diesen Istwert einem Steuergerät 16 bereitstellt, welches abhängig von diesem Istwert der Temperatur des Abgases den Wärmeerzeuger 13 ansteuert.
  • Dabei vergleicht das Steuergerät 16 den vom Temperatursensor 15 erfassten Istwert der Temperatur des Abgases mit einem Temperaturgrenzwert. Dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers 14 größer als der Temperaturgrenzwert ist oder demselben entspricht, schaltet das Steuergerät 16 den Wärmeerzeuger 13 aus bzw. ab. Dann hingegen, wenn der Istwert der Abgastemperatur stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers 14 kleiner als ein Temperaturgrenzwert ist, schaltet das Steuergerät 16 den Wärmeerzeuger 13 ein, um über den Wärmeerzeuger 13 das Abgas weiter zu erhitzen, nämlich zumindest auf den Temperaturgrenzwert.
  • Das Steuergerät 16 kann den Wärmeerzeuger 13 abhängig von der Leistung der Brennkraftmaschine 10 leistungsgeregelt einschalten und ausschalten.
  • Erfindungsgemäß wird demnach ein Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen, bei welchem stromabwärts eines Abgasturboladers 11 ein Oxidationskatalysator 12 zur katalytischen Nachverbrennung von Methan vorhanden ist, wobei stromaufwärts des Oxidationskatalysators 12 und stromabwärts des Abgasturboladers 11 einerseits der Gas-Gas-Wärmetauscher 14 und andererseits das Wärmeerzeuger 13 vorhanden ist.
  • Beim Anfahren der Brennkraftmaschine 10 bei relativ geringen Temperaturen wird der Wärmeerzeuger 13 benötigt, um die Abgastemperatur, die im Oxidationskatalysator 12 benötigt wird, bereitzustellen. Nachfolgend kann die thermische Energie des Abgases, welches den Oxidationskatalysator 12 verlässt, im Gas-Gas-Wärmetauscher 14 genutzt werden, um das Abgas auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen, wobei dann der Wärmeerzeuger 13 ausgeschaltet werden kann. Wärmeverluste werden so auf ein absolutes Minimum begrenzt. Die Brennkraftmaschine bzw. das Abgasnachbehandlungssystem kann mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Sobald also die katalytische Nachverbrennung von Methan im Oxidationskatalysator 12 bei definierter Temperatur erfolgt, kann die Energie des den Oxidationskatalysator 12 verlassenden Abgases genutzt werden, um das dem Oxidationskatalysator 12 zuzuführende Abgas ausreichend zu erhitzen. Eine weitere Erhitzung über den Wärmeerzeuger 13 ist dann nicht mehr erforderlich.
  • Zum Motorstart bzw. beim Anfahren des Motors wird Abgas, welches Zylinder der Brennkraftmaschine 10 verlässt, zunächst über den Abgasturbolader 11 geführt. Die Abgastemperatur stromabwärts des Abgasturboladers 11 beträgt zwischen 290°C und 400°C. Diese Temperatur ist zu gering, um im Oxidationskatalysator 12 eine ordnungsgemäße Nachverbrennung von Methan zu gewährleisten. Die hierfür erforderliche Temperatur liegt bei mindestens 450°C. Daher wird zunächst über den Wärmeerzeuger 13 das Abgas im Bereich des Wärmeerzeugers 13 auf die erforderliche Temperatur von mindestens 450°C erhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur von 500°C.
  • Dieses Einschalten des Wärmeerzeugers 13 bzw. die Ansteuerung des Wärmeerzeugers 13 erfolgt über das Steuergerät 16, dem als Eingangsgröße der vom Temperatursensor 15 erfasste Istwert der Abgastemperatur stromaufwärts des Wärmeerzeugers 13 bereitgestellt wird.
  • Das mit Hilfe des Wärmeerzeugers 13 auf die Temperatur von mindestens 450°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 500°C, erhitzte Abgas wird über den Oxidationskatalysator 12 geführt, wobei es sich bei der Methanverbrennung im Oxidationskatalysator 12 um eine exotherme Reaktion handelt, durch welche die Abgastemperatur weiter angehoben wird, wobei Abgas, welches den Oxidationskatalysator 12 verlässt, eine Temperatur von mehr als 500°C aufweist, insbesondere eine Temperatur von in etwa 520°C. Abgas welches den Oxidationskatalysator 12 verlässt und eine derart hohe Temperatur aufweist, kann über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 geführt werden, um die in dem Abgas enthaltene Energie zu nutzen, nämlich für die Erhitzung desjenigen Abgases, welches noch über den Oxidationskatalysator 12 geführt werden muss. Dabei kann abhängig von der Temperatur des Abgases unmittelbar stromabwärts des Abgas-Abgas-Wärmetauschers 14, die vom Temperatursensor 15 erfasst wird, der Wärmeerzeuger 13 ausgeschaltet werden, falls über den Abgas-Abgas-Wärmetauscher 14 die Temperatur des über Oxidationskatalysator 12 zuführenden Abgases auf die erforderliche Temperatur von mindestens 450°C, vorzugsweise auf eine Temperatur von 500°C, erhitzt werden konnte. Der gesamte Prozess der Abgasnachbehandlung läuft dann autark ab, es wird dann keine zusätzliche externe Energie im Wärmeerzeuger 13 zur Erhitzung des Abgases benötigt. Der Wärmeerzeuger 13 wird dann ausgeschaltet.
  • Das Steuergerät 16 kann ferner, wie bereits ausgeführt, den Wärmeerzeuger 13 abhängig von der Leistung bzw. Last der Brennkraftmaschine 10 leistungsgeregelt bzw. lastgeregelt ein- und ausschalten. Hierdurch können Lastschwankungen der Brennkraftmaschine 10 und demnach Schwankungen im Abgasstrom kompensiert werden.
  • 1 zeigt weiterhin ein Ventil 17, über welches die Menge des Abgasstroms eingestellt werden kann, der stromabwärts des Oxidationskatalysators 12 über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 geführt wird. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 12 wird demnach das den Oxidationskatalysator 12 verlassende Abgas in zwei Teilströme aufgeteilt, und zwar in einen Teilstrom, der über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 geführt wird, und in einen zweiten Teilstrom, der unmittelbar einem optionalen Abwärmekessel 18 und nachfolgend einem Abgaskamin 19 zugeführt wird. Dasjenige Abgas, welches stromabwärts des Oxidationskatalysators 12 über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 geführt wurde, wird stromabwärts des Ventils 17 mit dem Abgasstrom vereinigt, der nicht über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14 geführt wird.
  • 2 zeigt eine Abwandlung des Abgasnachbehandlungssystems der 1. Für gleiche Baugruppen werden zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen gleiche Bezugsziffern verwendet.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem der 2 unterscheidet sich vom Abgasnachbehandlungssystem der 1 dadurch, dass beim Abgasnachbehandlungssystem der 2 nicht das gesamte Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 10 verlässt und bereits über den Abgasturbolader 11 geführt wurde, über den Oxidationskatalysator 12 geführt wird, sondern lediglich ein Teilstrom dieses Abgasstroms. So wird über ein Bypass-Ventil 20 der Abgasstrom, der über den Abgasturbolader 11 geführt wurde, in zwei Teilströme aufgeteilt, nämlich in einen ersten Teilstrom, der über den Gas-Gas-Wärmetauscher 14, den Wärmeerzeuger 13 und den Oxidationskatalysator 12 geführt wird, sowie in einen zweiten Abgasteilstrom, der unter Umgehung dieser Baugruppen, also unter Umgehung des Gas-Gas-Wärmetauschers 14, des Wärmeerzeugers 13 und des Oxidationskatalysators 12, unmittelbar in Richtung auf den optionalen Abwärmekessel 18 und den Abgaskamin 19 geführt wird. Anstelle des Abwärmekessels 18 oder zusätzlich kann stromabwärts des Oxidationskatalysators 12 auch ein SCR-Katalysator zum Einsatz kommen.
  • Die Ausführung der 2 ist dann von Vorteil, wenn hinsichtlich des zulässigen Methanausstoßes im Abgas relativ hohe Grenzwerte vorliegen, also dann, wenn im Abgas lediglich eine relativ geringe Methanreduktion durch katalytische Nachverbrennung erforderlich ist. In diesem Fall können dann die entsprechenden Baugruppen des Abgasnachbehandlungssystems kleiner dimensioniert werden. Ferner kann Energie eingespart werden. Hierdurch werden Investitionskosten reduziert. Ferner steigt der Wirkungsgrad.
  • Die Erfindung kann bei einer Vielzahl unterschiedlicher Brennkraftmaschinen genutzt werden. Insbesondere kommt die Erfindung bei Schiffsbrennkraftmaschinen zum Einsatz, so zum Beispiel bei Gasmotoren. Ferner kann die Erfindung bei sogenannten Dual-Fuel-Motoren zum Einsatz kommen. Mit der Erfindung kann auf kostengünstige und effiziente Art und Weise Methan im Abgas nachverbrannt werden, um so Emissionswerte für Methan einzuhalten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch Schmieröl oder Zündöl im Abgas effektiv verbrannt werden, was ebenfalls positiven Einfluss auf Partikelemissionen hat.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Brennkraftmaschine
    11
    Abgasturbolader
    12
    Oxidationskatalysator
    13
    Wärmeerzeuger
    14
    Gas-Gas-Wärmetauscher
    15
    Temperatursensor
    16
    Steuergerät
    17
    Ventil
    18
    Abwärmekessel
    19
    Abgaskamin
    20
    Bypass-Ventil

Claims (11)

  1. Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere einer Schiffsbrennkraftmaschine, mit einem Abgasturbolader (11); einem in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers (11) positionierten Oxidationskatalysator (12) zur katalytischen Nachverbrennung von Methan; einem in Abgasströmungsrichtung gesehen stromabwärts des Abgasturboladers (11) und stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) positionierten Wärmeerzeuger (13), mit Hilfe dessen das Abgas stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) auf eine Temperatur von mindestens 450°C erhitzbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Abgasturboladers (11) und stromaufwärts des Wärmeerzeugers (13) ein Gas-Gas-Wärmetauscher (14) positioniert ist, über den einerseits den Abgasturbolader (11) verlassendes, noch im Oxidationskatalysator (12) nachzubehandelndes Abgas und andererseits den Oxidationskatalysator (12) verlassendes, im Oxidationskatalysator (12) nachbehandeltes Abgas führbar ist, um die bei der Abgasnachbehandlung im Oxidationskatalysator (12) freiwerdende thermische Energie für die Erhitzung des Abgases stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) auf die Temperatur von mindestens 450°C zu nutzen.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (15) einen Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers (14) erfasst, und dass ein Steuergerät (16) abhängig von dem erfassten Istwert der Temperatur des Abgases den Wärmeerzeuger (13) ansteuert.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) den Istwert der Temperatur des Abgases mit einem Temperaturgrenzwert vergleicht, wobei dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases größer als der Temperaturgrenzwert ist oder demselben entspricht, das Steuergerät (16) den Wärmeerzeuger (13) ausschaltet, wohingegen dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases kleiner als der Temperaturgrenzwert ist, das Steuergerät (16) den Wärmeerzeuger (13) einschaltet.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) den Wärmeerzeuger (13) abhängig von der Leistung der Brennkraftmaschine (10) leistungsgeregelt einschaltet und ausschaltet.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Abgasturboladers (11) und stromaufwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers (14) ein Bypass-Ventil (20) positioniert ist, an diesem ein erster Abgasteilstrom des den Abgasturbolader (11) verlassenden Abgases über den Gas-Gas-Wärmetauscher (14), den Wärmeerzeuger (13) und den Oxidationskatalysator (12) vorbei führbar ist, und über welches ein zweiter Abgasteilstrom des den Abgasturbolader (11) verlassenden Abgases unter Umgehung des Gas-Gas-Wärmetauschers (14), des Wärmeerzeugers (13) und des Oxidationskatalysators (12) unmittelbar in Richtung auf einen Abgaskamin (19) führbar ist.
  6. Brennkraftmaschine (10), mit einem Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Verfahren zur Abgasnachbehandlung an einer Brennkraftmaschine (10), insbesondere an einer Schiffsbrennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine (10) verlassendes Abgas über einen Abgasturbolader (11) geführt wird; den Abgasturbolader (11) verlassendes Abgas über einen Oxidationskatalysator (12) zur katalytischen Nachverbrennung von Methan geführt wird; das den Abgasturbolader (11) verlassende Abgas stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) über einen Wärmeerzeuger (13) geführt wird, mit Hilfe dessen das Abgas auf eine Temperatur von mindestens 450°C erhitzbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass den Abgasturbolader (11) verlassendes Abgas stromaufwärts des Wärmeerzeugers (13) über einen Gas-Gas-Wärmetauscher (14) geführt wird, über den einerseits den Abgasturbolader (11) verlassendes, noch im Oxidationskatalysators (12) nachzubehandelndes Abgas und andererseits den Oxidationskatalysator (12) verlassendes, im Oxidationskatalysator (12) nachbehandeltes Abgas geführt wird, um die bei der Abgasnachbehandlung im Oxidationskatalysator (12) freiwerdende thermische Energie für die Erhitzung des Abgases stromaufwärts des Oxidationskatalysators (12) auf die Temperatur von mindestens 450°C zu nutzen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Istwert der Temperatur des Abgases stromabwärts des Gas-Gas-Wärmetauschers (14) erfasst wird, und dass abhängig von dem erfassten Istwert der Temperatur des Abgases der Wärmeerzeuger (13) angesteuert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeerzeuger (13) abhängig von der Leistung der Brennkraftmaschine leistungsgeregelt eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Istwert der Temperatur des Abgases mit einem Temperaturgrenzwert verglichen wird, wobei dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases größer als der Temperaturgrenzwert ist oder demselben entspricht, der Wärmeerzeuger (13) ausgeschaltet, wohingegen dann, wenn der Istwert der Temperatur des Abgases kleiner als der Temperaturgrenzwert ist, der Wärmeerzeuger (13) eingeschaltet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich ein erster Abgasteilstrom des den Abgasturbolader (11) verlassenden Abgases über den Gas-Gas-Wärmetauscher (14), den Wärmeerzeuger (13) und den Oxidationskatalysator (12) geführt wird, und dass ein zweiter Abgasteilstrom des den Abgasturbolader (11) verlassenden Abgases unter Umgehung des Gas-Gas-Wärmetauschers (14), des Wärmeerzeugers (13) und des Oxidationskatalysators (12) unmittelbar in Richtung auf einen Abgaskamin (19) geführt wird.
DE102016213279.2A 2016-07-20 2016-07-20 Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung Active DE102016213279B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016213279.2A DE102016213279B4 (de) 2016-07-20 2016-07-20 Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016213279.2A DE102016213279B4 (de) 2016-07-20 2016-07-20 Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102016213279A1 DE102016213279A1 (de) 2018-01-25
DE102016213279B4 true DE102016213279B4 (de) 2022-10-13

Family

ID=60890302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016213279.2A Active DE102016213279B4 (de) 2016-07-20 2016-07-20 Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016213279B4 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10221174A1 (de) 2002-05-13 2004-01-08 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Dieselmotoren, die einen Partikelfilter aufweist
DE102010029989A1 (de) 2010-06-11 2011-12-15 Abb Turbo Systems Ag Wärmetauscher im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
DE102014108152A1 (de) 2014-06-10 2015-12-17 Thyssenkrupp Ag Abgasbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasbehandlung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10221174A1 (de) 2002-05-13 2004-01-08 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für Dieselmotoren, die einen Partikelfilter aufweist
DE102010029989A1 (de) 2010-06-11 2011-12-15 Abb Turbo Systems Ag Wärmetauscher im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
DE102014108152A1 (de) 2014-06-10 2015-12-17 Thyssenkrupp Ag Abgasbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasbehandlung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016213279A1 (de) 2018-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018129955B4 (de) Abgasanlage mit Vorkonditionierung
DE102015212846A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine
EP0688941B1 (de) Brennkraftmaschine mit Zylinderabschaltung und Abgaskatalysatoren
WO2010052055A1 (de) Brennkraftmaschine mit turbolader und oxidationskatalysator
DE102009027639A1 (de) Abgasanlage mit Abgasrückführung
DE102009004418A1 (de) Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges sowie Abgasnachbehandlungsvorrichtung
WO2014114443A1 (de) Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung sowie entsprechende antriebseinrichtung
DE102020006467A1 (de) Abgasstranganordnung für einen Verbrennungsmotor zur Steigerung der Effizienz einer Abgasnachbehandlungskomponente bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors
DE102016213279B4 (de) Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verfahren zur Abgasnachbehandlung
EP3770386A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
DE102020100434A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102021209417A1 (de) Verfahren, Recheneinheit und Computerprogramm zum Ermitteln einer mittels einer elektrischen Luftpumpe in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bereitgestellten Luftmenge
DE102018127624B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Standheizungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs
DE102019203849A1 (de) Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung
DE102017217001A1 (de) Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
DE102018203495A1 (de) Anordnung mit einem Dual-LNT-Katalysator und deren Verwendung, Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Behandlung eines Abgasstroms
DE102018123149B4 (de) Verfahren und Steuerungseinrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102018122843A1 (de) Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters
EP1451454B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine
DE102022108338B3 (de) Brennkraftmaschine und zugehöriges Betriebsverfahren
WO2014000859A1 (de) Betriebsverfahren einer einen brennraum umfassenden brennkraftmaschine
DE102019104511B4 (de) Verfahren für den Betrieb einer Abgasreinigungsvorrichtung und Abgasreinigungsvorrichtung
DE102020127506B4 (de) Verbrennungsmotor
DE102019120234B4 (de) Abgasrückführungsanordnung einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Abgasrückführungsanordnung
DE102009051028A1 (de) Antriebsaggregat sowie Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R163 Identified publications notified
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: MAN ENERGY SOLUTIONS SE, DE

Free format text: FORMER OWNER: MAN DIESEL & TURBO SE, 86153 AUGSBURG, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final