Stickoxid-Grenzwerte bei Verbrennungsmotoren werden eingehalten

März 2018

 

Die Einhaltung vorgeschriebener Abgaswerte betrifft praktisch alle Bereiche in denen Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen. Dabei sind unterschiedliche Konzepte für Magermotoren und Lambda-1-Motoren erforderlich. Flexible Steuerungssysteme von HEINZMANN lösen diese Probleme nachhaltig. Auf Basis des modularen Systems XIOS bietet HEINZMANN die Regelung einer AdBlue-Einspritzung zur Schadstoffreduktion für Magermotoren an, für die Lambda-1-Regelung das System E-LES LC. Beide Regelungslösungen werden vom 23. – 27. April auf der Hannover Messe präsentiert: Stand K42/2, Halle 27.

XIOS-Controller regelt AdBlue-Einspritzung zur Schadstoffreduktion

Für die Bewältigung vielfältiger applikationsspezifischer Steuerungsaufgaben bei Spezial- und Schienenfahrzeugen, Baumaschinen, Schiffen und stationären Anlagen entwickelte HEINZMANN die modular aufgebaute Hardwareplattform XIOS.
Das skalierbare Grundmodul bietet neben dem leistungsstarken Rechnerkern zahlreiche Ein- und Ausgänge und kann außerdem mit bis zu 11 steckbaren I/O-Modulen erweitert werden. Die Bandbreite der verschiedenen I/O-Module reicht dabei von Eingängen für Temperatursensoren bis zur 4Q-Ansteuerung für Aktuatoren. Sollte das für umfangreichere Aufgaben nicht genügen, können mehrere Controller im Master-Slave-Betrieb zusammengefasst werden. So kann der zur Verfügung stehende I/O-Umfang flexibel erweitert und angepasst werden. Alternativ zu den bestehenden Softwareanwendungen von HEINZMANN können Anwender je nach Bedarf und speziellen Applikationsanforderungen eigene Funktionen und Konfigurationen auf Basis von CODESYS oder MATLAB®/Simulink® für Steuerungs- und Überwachungsaufgaben entwickeln. Als Kommunikationsschnittstellen bietet der Controller 2 x Ethernet, 2 x CAN, USB, RS-232 und RS-485.

Auf Basis der XIOS-Plattform hat HEINZMANN ein SCR-Regelsystem entwickelt, das dabei hilft, die immer strengeren Abgasgrenzwerte für NOx bei mager betriebenen Gasmotoren und Dieselmotoren einzuhalten. Die selektive katalytische Reduktion (SCR) der Stickoxide im Abgas per Harnstoffeinspritzung in Form von AdBlue ist heute Stand der Technik. Der XIOS-Controller sorgt für die optimale Dosierung der Harnstofflösung in jedem Betriebspunkt. Diese Anwendung wurde gezielt für den Einsatz in Spezial- und Schienenfahrzeugen, Schiffen und auf stationären Industriemotoren entwickelt. Besonderes Augenmerk bei der Umsetzung wurde sowohl auf die Minimierung der initialen Investitionen als auch auf die Reduktion der laufenden Betriebskosten gelegt.

Das Steuergerät kann wahlweise ein oder zwei SCR-Systeme ansteuern und überwachen. Dazu werden unter anderem über CAN-Bus Daten von bis zu vier NOx-Sensoren, vier Abgastemperatursensoren sowie weitere Motordaten wie Lade- und Abgasdruck, Temperatur, Öldruck, Drehzahl, etc. erfasst und ausgewertet. Mit dem Ergebnis lassen sich dann, wenn erforderlich gleichzeitig bis zu zwei AdBlue-Einspritzsysteme ansteuern. Umfangreiche Über¬wachungs¬funktionen in der Steuerung kontrollieren Motor und Katalysatorsystem um Schäden vorzubeugen. In einem nächsten Schritt wird eine Gemischregelung für Gasmotoren in das SCR-Regelsystem integriert, um über die ohnehin vorhandenen NOx-Sensoren die Motorrohemissionen gezielt und möglichst präzise auf die gewünschten Werte zu regeln. Der in das XIOS integrierte Datenlogger zeichnet parallel dazu alle systemrelevanten Messwerte auf. Ein Tankmanagement erfasst zudem den Füllstand und die AdBlue-Temperatur, um die Abgasreinigung zuverlässig über die Aggregatbetriebszeit sicherzustellen.

E-LES LC - Gasregelventil mit integrierter Lambda-1-Regelung 

Um den gestiegenen Anforderungen des Marktes in Bezug auf Bauraum, Kosten und Emissionen gerecht zu werden, wurde die bewährte Regelstrategie für Industriegasmotoren mit stöchiometrischer Verbrennung aus dem bekannten KRONOS 20 Steuergerät in das Gasregelventil E-LES LC integriert. Künftig werden alle für die Lambdaregelung benötigten Sensoren direkt von dem Steuergerät des E-LES LC eingelesen, wodurch der Platz für das bisher zusätzlich notwendige Steuergerät im Schaltschrank eingespart werden kann.

Die auf physikalischen Berechnungen beruhende Vorsteuerung berücksichtigt neben motorspezifischen Daten die Gaszusammensetzung, sowie diverse Sensormesswerte. Die Software regelt auf die Sondenspannung der Sprungsonde, was den langzeitstabilen Motorbetrieb im Lambdafenster sicherstellt, für den das KRONOS 20 System seit vielen Jahren bekannt ist.

Die schnelle und äußerst präzise Regelung der Gemischzusammensetzung und damit der Abgasemissionen verdankt das System nicht zuletzt der einzigartigen Ventilgeometrie des
E-LES LC. Dieses ist in unterschiedlichen Baugrößen erhältlich und verfügt über mehrere, in einen Zylinder eingebrachte Dreiecksflächen, die durch einen axial geführten Kolben variabel freigegeben werden. Diese Öffnungsquerschnitte wurden für die unterschiedlichen Motorbaugrößen soweit optimiert, dass im jeweiligen Lastbereich der Gasdurchfluss präzise angepasst ist und gleichzeitig ausreichend schnell auf geänderte Durchflussanforderungen reagiert werden kann. In Kombination mit den Venturi-Gasmischern von HEINZMANN bietet das System bei Leistungsbereichen von 5 – 1750 kW in jedem Anwendungsfall die ideale Lösung für optimale Gemischaufbereitung und zuverlässige Abgasnachbehandlung.

 

XIOS controller HEINZMANN Der kompakte XIOS-Controller bildet die Plattform eines SCR-Regelsystem für mager betriebene Diesel- und Gasmotoren.
 XIOS platform SCR Der modulare XIOS-Controller eignet sich für die Steuerung und Überwachung der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren im stationären und mobilen Einsatz.
 HEINZMANN Gasregelventil E-LES 50 LC Das Gasregelventil E-LES 50 LC ist mit seiner integrierten Lambda-1-Regelung prädestiniert für den Einsatz in Lambda-1-Motoren.

 

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