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DE4408826C1 - Abgasanlage mit Wärmetauscher - Google Patents

Abgasanlage mit Wärmetauscher

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DE4408826C1
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Hans Sudmanns
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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage mit Wärmetauscher für Motorprüf­ stände gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Aus der Offenlegungsschrift DE 39 09 932 A1 ist ein Verfahren zur Re­ generation eines in einer Abgasleitung einer aufgeladenen Brenn­ kraftmaschine stromab von deren Abgasturbolader angeordneten Rußparti­ kelfilters mittels Abgastemperaturerhöhung bekannt. Ein Abgashaupt­ strom wird in einem unteren bis mittleren Lastbereich der Brennkraft­ maschine am Abgasturbolader vorbeigeführt und vom mittleren Lastbe­ reich bis zu einer Vollast ein betriebspunktabhängig bemessener Ab­ gasteilstrom an dem Abgasturbolader vorbeigeführt. Die Verbrennungs­ prozeßtemperatur der Brennkraftmaschine kann mittels Ansaugluftvorwär­ mung durch einen Wärmetauscher am Abgashauptstrom angehoben werden, so daß eine für eine Regeneration des Rußpartikelfilters ausreichend hohe Temperatur des in den Rußpartikelfilter gelangenden Abgasstroms er­ reicht wird. Dieses bekannte Verfahren ist nicht geeignet für das Rei­ nigen von Rußpartikelfiltern in der Abgasleitung von Motorprüfständen, die Abgas mit niederer Temperatur emittieren, und dieses bekannte Ver­ fahren führt beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu erhöhten Verbren­ nungsprozeßtemperaturen, die zu erhöhtem Verschleiß und zu erhöhten Anteilen einiger Schadstoffe im Abgas der Brennkraftmaschine führen. Einen Hinweis auf einen Katalysator ist diesem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
Aus der DE 38 03 100 A1 ist zwar ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von Rußfiltern bekannt, bei dem der Abgasstrom in Teilströme aufgeteilt wird und aufgrund der gesteuerten Aufteilung die Wärmeverluste gering gehalten werden. Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielbare, obengenannte Vorteil, insbesondere der geringe Energieaufwand, ist mit der vorbenannten Einrichtung aber nicht erreichbar.
Aus der DE 38 21 138 A1 ist ein Heizsystem für Fahrzeuge bekannt, bei dem unter anderem auch ein Partikelfilter für das Abgas vorgesehen ist. Bei dem bekannten Heizsystem wird den heißen Brenngasen in Wärmetauschern Wärme entzogen. Schließlich wird in der nicht vorveröffentlichten DE 43 03 626 A1 ein Verfahren zur Steuerung von Partikelfiltersystemen vorgeschlagen, bei dem der Mengenstrom von über die Partikelfilter geführten Abgasen von Dieselbrennkraftmaschinen regelbar ist. Auf die erfindungsgemäße Ausgestaltung finden sich jedoch auch in dieser Druckschrift keine Hinweise.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasanlage mit Wärmetauscher für Motorprüfstände zu schaffen, die eine zur Regeneration ausreichend hohe Temperatur des in einen Partikelfilter der Abgasanlage gelang­ enden Abgasstroms gewährleistet, ohne die Temperatur im Motorprüf­ stand zu erhöhen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einer Abgasanlage mit Wärmetauscher für Motorprüfstände mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen dargestellt.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage mit Wärmetauscher für Motorprüfstände führt Abgase mit niederer Temperatur, z. B. einer Abgastemperatur von 55°C, durch eine Abgasleitung gereinigt der Umgebung zu. Die Tempera­ tur der Abgase in der Abgasleitung wird mit einem Brenner auf Be­ triebstemperaturen von z. B. 450°C erhöht und ein Teil der erhitzten Abgase dem Partikelfilter und dem Katalysator zugeführt. Die Abgas­ leitung weist mehrere Leitungsabschnitte auf. Ein erster Leitungsab­ schnitt führt Abgase vom Motorprüfstand einem Wärmetauscher, ein zwei­ ter Leitungsabschnitt die im Wärmetauscher erhitzten Abgase einem Brenner, und ein dritter Leitungsabschnitt die im Brenner erhitzten Abgase wiederum dem Wärmetauscher zu. Die Abgase, die in den Partikel­ filter und einen Reaktor mit den Katalysatoren gelangen, werden ge­ reinigt, wobei die hohe Abgastemperatur die Selbstregeneration des Partikelfilters unterstützt und der Reaktor rasch auf Betriebstempera­ tur gebracht oder auf Betriebstemperatur gehalten wird. Die erfindungs­ gemäße Anordnung des Wärmetauschers in der Abgasleitung reduziert die erforderliche Energie, um den Partikelfilter zu regenerieren und den Reaktor auf Betriebstemperatur zu bringen oder zu halten, und führt daher zu kostengünstigem Betrieb der Abgasanlage bei reduziertem Wartungsaufwand.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Partikelfilter und Reaktor ein Wärmespeicher und eine Ammoniakzufuhr angeordnet. Der Wärmespeicher hält die Abgase innerhalb eines Tempera­ turbereichs, in dem das zugeführte Ammoniak im selektiv wirkenden Ka­ talysator, der im Reaktor untergebracht ist, einen Teil der Schad­ stoffe im Abgas deutlich reduziert. Vorzugsweise werden weitere Schad­ stoffe im Abgas durch einen ebenfalls im Reaktor enthaltenen Oxida­ tionskatalysator deutlich vermindert.
Zur Optimierung des Volumens der Abgase, die durch die Leitung mit dem Partikelfilter und den Reaktor fließen, ist gemäß der Erfindung die Abgasleitung mit Drosseln, die vorzugsweise verstellbar sind, und die Leitung mit dem Partikelfilter und dem Reaktor mit einem Um­ wälzventilator versehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dar­ gestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schaltplan der Anlage mit Wärmetauscher.
Fig. 1: Ein Motorprüfstand 1, insbesondere ein Prüfstand für Diesel­ motoren, ist an einen ersten Leitungsabschnitt 2 einer Abgasleitung angeschlossen. Der erste Leitungsabschnitt 2 der Abgasleitung führt vom Motorprüfstand 1 zu einem Wärmetauscher 3. Ein zweiter Leitungsab­ schnitt 2b der Abgasleitung führt die Abgase vom Wärmetauscher 3 über verstellbaren Drosseln 4, 5 zu einem Brenner 6. Ein dritter Leitungs­ abschnitt 2a der Abgasleitung führt die Abgase vom Brenner 6 wiederum zu dem Wärmetauscher 3 bevor das Abgas durch einen Auslaß 13 der Umge­ bung zugeführt wird.
Eine Leitung 7 zweigt von dem dritten Leitungsabschnit 2a der Abgas­ leitung ab und mündet in einen Dieselpartikelfilter 8. In der Leitung 7 sind nach dem Dieselpartikelfilter 8 ein Wärmespeicher 9, ein Um­ wälzventilator 10 eine Düse 11 für die Zufuhr von Ammoniak, und ein Reaktor 12 mit Katalysatoren in der Leitung hintereinander angeordnet. Die Leitung 7 mündet zwischen der Drossel 4 und der Drossel 5 in den zweiten Leitungsabschnitt 2b der Abgasleitung.
Ein Auslaß 13 führt die Abgase vom Wärmetauscher 3 ab.
Der Betrieb der Abgasanlage wird nachfolgend beschrieben. Abgas von Motoren vermischt mit Luft wird aus dem Motorprüfstand 1, mit einer Temperatur von beispielsweise ca. 55° dem ersten Leitungsab­ schnitt 2 der Abgasleitung zugeführt. Das Abgas wird durch den Wärme­ tauscher 3 geleitet und mit erhöhter Temperatur durch den zweiten Lei­ tungsabschnitt 2b der Abgasleitung über die verstellbaren, Drosseln 4, 5 in den Brenner 6 geleitet. Im Brenner 6 wird die Temperatur des Ab­ gases auf ca. 450°C erhöht.
Das erhitzte Abgas strömt vom dritten Leitungsabschnitt 2a der Abgas­ leitung entweder in die Leitung 7 oder wiederum zum Wärmetauscher 3. Im Wärmetauscher 3 gibt das erhitzte Abgas Wärme an das Abgas im er­ sten Leitungsabschnitt 2 der Abgasleitung ab, so daß, wie oben gesagt, die Temperatur des Abgases im zweiten Leitungsabschnitt 2b der Abgas­ leitung erhöht wird.
Die Stellung der Drosseln 4, 5 steuert das Abgasvolumen, das durch die Leitung 7 fließt. Der Dieselpartikelfilter 8 in der Leitung 7 wird von den Abgasen mit der Temperatur von 450°C beaufschlagt, so daß er sich im Betrieb regeneriert. Der Wärmespeicher 9 stromabwärts des Diesel­ partikelfilters 8 hält das Abgas in der Leitung 7 in einem engen Temperaturbereich, in dem das Abgas im selektiv wirkenden Katalysa­ tor mit Ammoniak reagieren kann. Der Umwalzventilator 10 steuert das Abgasvolumen in der Leitung 7. Die Düse 11 führt dem Abgas in der Lei­ tung 7 Ammoniak zu, das im selektiv wirkenden Katalysator mit Schad­ stoffanteilen im Abgas reagiert und einen Teil der Schadstoffe im Ab-
gas reduziert. Die an der Düse 11 mit Ammoniak angereicherten Abgase münden in den Reaktor mit Katalysatoren 12, der das Abgas katalytisch reduziert und oxidiert. Die Abgase mit der Temperatur von ca. 450°C bringen oder halten den Reaktor mit Katalysatoren 12 auf Betriebstemperatur. Die Leitung 7 mündet nach dem Reaktor mit Katalysatoren 12 und zwischen den Drosseln 4 und 5 in den zweiten Leitungsabschnitt 2b der Abgasleitung und das gereinigte Abgas aus Leitung 7 wird über Brenner 6 und dritten Leitungsabschnitt 2a der Abgasleitung dem Wärmetauscher 3 zugeführt.
Das im Wärmetauscher 3 auf ca. 55°C abgekühlte Abgas der Abgasleitung wird über einen Auslaß 13 der Umgebung zugeführt.

Claims (5)

1. Abgasanlage mit Wärmetauscher (3) für Motorprüfstände (1), mit einer Abgasleitung und einem Partikelfilter (8), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem zweiten und dritten Leitungsabschnitt 2b, 2a der Abgasleitung ein Brenner (6) angeordnet ist, eine Leitung (7), von dem dritten Leitungsabschnitt (2a) der Abgasleitung abzweigt und in den zweiten Leitungsabschnitt (2b) der Abgasleitung mündet, die Leitung (7) den Partikelfilter (8) und einen Reaktor mit Katalysatoren (12) enthält, und der erste und der dritte Leitungsabschnitt (2, 2a) der Abgasleitung mit dem Wärmetauscher (3) in Wirkverbindung stehen.
2. Abgasanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmespeicher (9) und eine Düse (11) für die Zufuhr von Ammoniak in der Leitung (7) enthalten sind und ein Teil des Katalysators (12) in der Leitung (7) selektiv katalytisch reduziert.
3. Abgasanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Reaktor mit Katalysatoren (12) in der Leitung (7) katalytisch oxidiert.
4. Abgasanlage gemäß Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im zweiten Längsabschnitt (2b) der Abgasleitung Dros­ seln (4, 5), und in der Leitung (7) ein Umwälzventilator (10) ent­ halten sind.
5, Abgasanlage gemäß Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drosseln (4, 5) und /oder der Um­ wälzventilator (10) einstellbar sind.
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