DE102016205274A1

DE102016205274A1 - Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016205274A1
Application number: DE102016205274.8A
Authority: DE
Inventors: Plamen Toshev; Francis Nana; Andreas Döring
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05
Also published as: NO20170296A1; JP2017187033A; CN107269365A; KR102303371B1; JP6882035B2; FI20175266A; KR20170113151A; CN107269365B

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, nämlich SCR-Abgasnachbehandlungssystem, mit einem SCR-Katalysator (9), mit einer zum SCR-Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8) und mit einer vom SCR-Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas, und mit einer von der Abgaszuleitung (8) stromabwärts der Einbringeinrichtung bereitgestellten Mischstrecke zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), wobei die Abgaszuleitung (8) mit einem stromabwärtigen Ende (15) in einen den SCR-Katalysator (9) aufnehmenden Reaktorraum (10) mündet, und wobei innerhalb des Reaktorraums (10) zwischen dem stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) und dem SCR-Katalysator (9) eine Vorrichtung (25) zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators (9) positioniert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem.
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.
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 Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel benötigt wird. Das Ammoniak bzw. eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, wie zum Beispiel Harnstoff, 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.
Obwohl mit aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen, die einen SCR-Katalysator umfassen, bereits erfolgreich eine Abgasnachbehandlung, insbesondere eine Stickoxidreduzierung, erfolgen kann, besteht Bedarf daran, die Abgasnachbehandlungssysteme weiter zu verbessern. Insbesondere besteht Bedarf daran, bei einer kompakten Bauform solcher Abgasnachbehandlungssysteme eine effektive Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß mündet die Abgaszuleitung mit einem stromabwärtigen Ende in einen den SCR-Katalysator aufnehmenden Reaktorraum, wobei innerhalb des Reaktorraums zwischen dem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung und dem SCR-Katalysator eine Vorrichtung zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators positioniert ist. Mit Hilfe der Vorrichtung zur Erhöhung des Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators wird die Abgasströmung stromaufwärts des SCR-Katalysators gestaut, wodurch erzielt werden kann, dass der SCR-Katalysator gleichmäßig mit dem Abgasstrom beaufschlagt wird, und zwar in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung gesehen. Hierdurch kann bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasreinigung gewährleistet werden. Ferner können sich an der Vorrichtung zur Erhöhung des Abgasgegendrucks Rußpartikel ablagern, die dann nicht mehr in den Bereich des SCR-Katalysators gelangen und denselben verstopfen können. Auch dies dient der Gewährleistung einer effektiven Abgasreinigung bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung zur Erhöhung des Abgasgegendrucks einen freien Strömungsquerschnitt auf, der maximal dem 2-fachen, bevorzugt maximal dem 1-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 0,5-fachen, eines freien Strömungsquerschnitts des SCR-Katalysators entspricht. Diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform eine besonders effektive Abgasnachbehandlung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt ein Verhältnis zwischen der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge der Vorrichtung zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des SCR-Katalysators mindestens 1:50, bevorzugt mindestens 1:100, besonders bevorzugt mindestens 1:200. Diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform eine besonders effektive Abgasnachbehandlung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung beträgt ein Verhältnis zwischen einem Abstand, der dem Abstand zwischen der Vorrichtung zur Erhöhung des Abgasgegendrucks sowie dem SCR-Katalysator in Durchströmungsrichtung gesehen, und der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des SCR-Katalysators maximal 2:1, bevorzugt maximal 1:1, besonders bevorzugt maximal 1:2. Diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform eine besonders effektive Abgasnachbehandlung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist innerhalb des Reaktorraums zwischen der Vorrichtung zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks und dem SCR-Katalysator mindestens eine Blasvorrichtung positioniert, die dem Freiblasen der Vorrichtung zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks und/oder dem Freiblasen des SCR-Katalysators dient. Diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform eine besonders effektive Abgasnachbehandlung.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 14 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: eine schematisierte, perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
2: ein Detail des Abgasnachbehandlungssystems der 1;
3: ein Detail der 2;
4 einen Querschnitt durch das Detail der 3.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer stationären Brennkraftmaschine in einem Kraftwerk oder einer auf einem Schiff zum Einsatz kommenden, nichtstationären Brennkraftmaschine. Insbesondere kommt das Abgasnachbehandlungssystem an einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine zum Einsatz.
1 zeigt eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2 und einem Abgasnachbehandlungssystem 3. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um eine instationäre oder stationäre Brennkraftmaschine handeln, insbesondere um eine instationär betriebene Schiffsbrennkraftmaschine. Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, wird im Abgasaufladungssystem 2 genutzt, um aus der thermischen Energie des Abgases mechanische Energie zur Verdichtung von dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführender Ladeluft zu gewinnen.
So zeigt 1 eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2, welches mehrere Abgasturbolader umfasst, nämlich einen ersten, hochdruckseitigen Abgasturbolader 4 und einen zweiten, niederdruckseitigen Abgasturbolader 5. Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, strömt zunächst über eine Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 1 und wird in derselben entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in einem Hochdruckverdichter des ersten Abgasturboladers 4 genutzt wird, um Ladeluft zu verdichten. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist stromabwärts des ersten Abgasturboladers 4 der zweite Abgasturbolader 5 angeordnet, über welchen Abgas, welches bereits die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 durchströmt hat, geführt wird, nämlich über eine Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5. In der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 wird das Abgas weiter entspannt und hierbei gewonnene Energie in einem Niederdruckverdichter des zweiten Abgasturboladers 5 genutzt, um ebenfalls die den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Ladeluft zu verdichten.
Zusätzlich zu dem die beiden Abgasturbolader 4 und 5 aufweisenden Abgasaufladungssystem 2 umfasst die Brennkraftmaschine 1 das Abgasnachbehandlungssystem 3, bei welchem es sich um ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem handelt. Das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 ist zwischen die Hochdruckturbine 6 des ersten Verdichters 5 und die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 geschaltet, sodass demnach Abgas, welches die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 verlässt, zunächst über das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 geführt werden kann, bevor dasselbe in den Bereich der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 gelangt.
1 zeigt eine Abgaszuleitung 8, über die Abgas, ausgehend von der Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 in Richtung auf einen SCR-Katalysator 9 geführt werden kann, der in einem Reaktorraum 10 angeordnet ist.
Ferner zeigt 1 eine Abgasableitung 11, die der Ableitung des Abgases vom SCR-Katalysator 9 in Richtung auf die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 dient. Ausgehend von der Niederdruckturbine 7 strömt das Abgas über eine Leitung 21 insbesondere ins Freie.
Nicht dargestellt ist eine vorteilhafte Anwendung bei einem einstufig aufgeladenen Motor, bei dieser die Positionierung stromauf der Turbine vorgesehen ist.
Die zum Reaktorraum 10 und damit zu dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9 führende Abgaszuleitung 8 sowie die vom Reaktorraum 10 und damit vom SCR-Katalysator 9 wegführende Abgasableitung 11 sind über einen Bypass 12 gekoppelt, in die ein Absperrorgan 13 integriert ist. Bei geschlossenem Absperrorgan 13 ist der Bypass 12 verschlossen, sodass über dieselbe kein Abgas strömen kann. Dann hingegen, wenn das Absperrorgan 13 geöffnet ist, kann über den Bypass 12 Abgas strömen, und zwar vorbei am Reaktorraum 10 und demnach vorbei an dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9. 2 verdeutlicht mit Pfeilen 14 die Strömung des Abgases durch das Abgasnachbehandlungssystem 3 bei über das Absperrorgan 13 verschlossenem Bypass 12, wobei 2 entnommen werden kann, dass die Abgaszuleitung 8 in den Reaktorraum 10 mit einem stromabwärtigen Ende 15 mündet, wobei das Abgas im Bereich dieses Endes 15 der Abgaszuleitung 8 eine Strömungsumlenkung um in etwa 180° bzw. annähernd 180° erfährt, wobei das Abgas nach der Strömungsumlenkung über den SCR-Katalysator 9 geführt wird.
Der Abgaszuleitung 8 des Abgasnachbehandlungssystems 3 ist eine Einbringeinrichtung 16 zugeordnet, über die in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingebracht werden kann, insbesondere Ammoniak oder eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, die benötigt wird, um im Bereich des SCR-Katalysators 9 Stickoxide des Abgases definiert umzusetzen. Bei dieser Einbringeinrichtung 16 des Abgasnachbehandlungssystems 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Einspritzdüse, über welche das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz in den Abgasstrom innerhalb der Abgaszuführleitung 8 eingedüst wird. 2 verdeutlicht mit einem Kegel 17 die Eindüsung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom im Bereich der Abgaszuleitung 8.
Die Strecke des Abgasnachbehandlungssystems 3, die in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 liegt, wird als Mischstrecke bezeichnet. Insbesondere stellt die Abgaszuleitung 8 stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 eine Mischstrecke 18 bereit, in welcher das Abgas mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 gemischt werden kann.
Die Abgaszuleitung 8 mündet mit dem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10. Diesem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 ist ein Prallelement 20 zugeordnet, welches relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Prallelement 20 relativ zum Ende 15 der Abgaszuleitung 8, welches in den Reaktorraum 10 mündet, linear verlagerbar. Das Prallelement 20 ist relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar, um entweder die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 abzusperren oder dieselbe am stromabwärtigen Ende 15 freizugeben. Dann, wenn das Prallelement 20 die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 absperrt, ist vorzugsweise das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 geöffnet, um das Abgas dann vollständig am SCR-Katalysator 9 bzw. an dem den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraum 10 vorbeizuführen. Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, kann das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 entweder vollständig geschlossen oder auch zumindest teilweise geöffnet sein.
Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, ist die Relativposition des Prallelements 20 relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 insbesondere von dem Abgasmassenstrom durch die Abgaszuleitung 8 und/oder von der Abgastemperatur des Abgases in der Abgaszuleitung 8 und/oder von der Menge des über die Einbringeinrichtung 16 in den Abgasstrom eingebrachten Reduktionsmittels abhängig.
Eine weitere Funktion des Prallelements 20 bei freigegebenem, stromabwärtigem Ende 15 der Abgaszuleitung 8 besteht darin, dass ggf. im Abgasstrom vorhandene Tropfen flüssigen Reduktionsmittels auf das Prallelements 20 gelangen, dort abgefangen und zerstäubt werden, um zu vermeiden, dass derartige Tropfen flüssigen Reduktionsmittels in den Bereich des SCR-Katalysators 9 gelangen. Über die Relativposition des Prallelements 20 zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 bei freigegebenem stromabwärtigen Ende 15 kann insbesondere festgelegt werden, ob das Abgas, welches im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 im Bereich des Prallelements 20 umgelenkt wird, stärker in Richtung auf radial innen positionierte Sektionen oder stärker in Richtung auf radial außen positionierte Sektionen des SCR-Katalysators 9 geleitet bzw. gelenkt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Abgaszuleitung 8 im Bereich ihres stromabwärtigen Endes 15 unter Ausbildung eines Diffusors trichterförmig aufgeweitet. Hierdurch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 im Bereich des stromabwärtigen Endes 15, wobei, wie insbesondere 2 entnommen werden kann, vorgesehen sein kann, dass sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 der Strömungsquerschnitt derselben zunächst verringert. So zeigt 2, dass der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 für das Reduktionsmittel zunächst in etwa konstant ist, sich dann zunächst allmählich verjüngt und schließlich im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 erweitert.
Diese Erweiterung des Strömungsquerschnitts am stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 erfolgt dabei vorzugwseise über einen kürzeren Abschnitt der Abgaszuleitung 8, als derjenige Abschnitt, über den sich die Abgaszuleitung 8 vor dem stromabwärtigen Ende 15 zunächst verjüngt.
Das Prallelement 20 ist vorzugsweise an einer der Abgaszuleitung 8 zugewandten Seite 22 unter Ausbildung einer Strömungsführung für das Abgas gewölbt ist, vorzugsweise glockenartig gewölbt. So weist die Seite 22 des Prallelements 20, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 zugewandt ist, an einem radial inneren Abschnitt des Prallelements 20 einen geringeren Abstand zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 auf als an einem radial äußeren Abschnitt derselben. Das Prallelement 20 ist demnach im Zentrum der Seite 24 in Richtung auf das stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases eingezogen bzw. gewölbt.
Wie bereits ausgeführt, mündet die Abgaszuleitung 8 mit ihrem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10, welcher den SCR-Katalysator 9 aufnimmt. Dabei durchdringt gemäß 2 die Abgaszuleitung 8 eine untere Seite 22 des Reaktorraums 10 und endet mit ihrem stromabwärtigen Ende 15 benachbart zu einer oberen Seite 23 des Reaktorraums 10, wobei, wie bereits ausgeführt, das Abgas, welches die Abgaszuleitung am stromabwärtigen Ende 15 verlässt, um 180° umgelenkt wird, bevor dasselbe nachfolgend über den SCR-Katalysator 9 strömt.
Wie insbesondere 3 entnommen werden kann, ist zwischen dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 und dem SCR-Katalysator 9 eine Vorrichtung 25 zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 positioniert. Bei dieser Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks kann es sich zum Beispiel um ein Gitter, ein Lochblech oder dergleichen handeln. Mit Hilfe der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 wird die Abgasströmung stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 gestaut, wodurch erzielt werden kann, dass der SCR-Katalysator 9 gleichmäßig mit dem Abgasstrom beaufschlagt wird, und zwar in Umfangsrichtung als auch in Radialrichtung gesehen. Hierdurch kann bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasreinigung gewährleistet werden.
Die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks verfügt ferner über den Vorteil, dass sich an derselben Rußpartikel, die im Abgas enthalten sind, ablagern können. Diejenigen Rußpartikel, die sich auf der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks ablagern, können nicht mehr in den Bereich des SCR-Katalysators 9 gelangen und denselben nicht verstopfen. Auch hierdurch kann bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung gewährleistet werden.
Die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks weist einen freien Strömungsquerschnitt auf, der maximal dem 2-fachen, bevorzugt maximal dem 1-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 0,5-fachen, des freien Strömungsquerschnitts des SCR-Katalysators 9 entspricht. Hiermit kann einerseits eine Vergleichmäßigung der Abgasströmung über den SCR-Katalysator 9 gewährleistet werden, andererseits kann gewährleistet werden, dass sich Rußpartikel bereits im Bereich der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks ablagern und nicht mehr in den Bereich des SCR-Katalysators 9 gelangen.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis zwischen der in Durchströmungsrichtung bzw. Abgasströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und der in Durchströmungsrichtung bzw. Abgasströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des SCR-Katalysators 9 mindestens 1:50, bevorzugt mindestens 1:100, besonders bevorzugt mindestens 1:200. Auch dies dient der Bereitstellung einer effektiven Abgasnachbehandlung bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems 3.
Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis zwischen dem Abstand, der dem Abstand zwischen der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks sowie dem SCR-Katalysator 9 in Durchströmungsrichtung bzw. in Abgasströmungsrichtung gesehen entspricht, und der in Durchströmungsrichtung bzw. in Abgasströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des SCR-Katalysators 9 maximal 1:6, bevorzugt maximal 1:5, besonders bevorzugt maximal 1:4. Auch hiermit kann bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung gewährleistet werden.
Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei der Vorrichtung 15 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks insbesondere um ein Lochblech oder um ein Gitter, vorzugsweise um ein relativ feinmaschiges Gitter mit einer Gitterweite von insbesondere maximal 6 mm, bevorzugt maximal 4 mm, besonders bevorzugt maximal 1,5 mm.
Über die im Reaktorraum 10 zwischen dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 und dem SCR-Katalysator 9 positionierte Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks kann eine gleichmäßige Beaufschlagung des SCR-Katalysators 9 mit Abgas gewährleistet werden. Durch die Erhöhung des Abgasgegendrucks wird die Abgasströmung aufgestaut und hierdurch eine gleichmäßige Verteilung des Abgases über den SCR-Katalysator 9 gewährleistet. Hierdurch kann bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung ermöglicht werden.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks besteht darin, dass dieselbe ebenfalls die Funktion eines Vorabscheiders übernimmt, an dem sich Rußpartikel, die im Abgas enthalten sind, ablagern können. Hierdurch kann verhindert werden, dass die Rußpartikel ungehindert auf den SCR-Katalysator 9 gelangen und denselben verstopfen. Auch hierdurch kann bei kompakter Bauform eine effekte Abgasnachbehandlung ermöglicht werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass innerhalb des Reaktorraums 10, in welchem der SCR-Katalysator 9 aufgenommen ist, und in welchem weiterhin die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks aufgenommen ist und das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 mündet, mindestens eine Blasvorrichtung 24, z.B. eine Luftdüse, positioniert ist, wobei die oder jede Blasvorrichtung 24 zwischen der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und dem SCR-Katalysator 9 angeordnet ist.
Dabei dient die oder jede Blasvorrichtung 24 dem Freiblasen der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und/oder dem Freiblasen des SCR-Katalysators 9 hinsichtlich der sich auf demselben ablagernden Rußpartikel, um so ein Verblocken des SCR-Katalysators 9 und/oder der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks zu vermeiden. Durch die Anordnung der Blaseinrichtung zwischen der Vorrichtung 25 und dem Katalysator kann die Vorrichtung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases freigeblasen werden.
4 zeigt dabei die bevorzugte Ausrichtung der oder jeder Blasvorrichtung 24, die vorzugsweise derart ausgerichtet ist bzw. sind, dass eine Wirbelströmung oder eine Drallströmung innerhalb des Reaktorraums 10 erzeugt wird, und zwar an einer quer zur Durchströmungsrichtung bzw. Abgasströmungsrichtung verlaufenden Oberfläche der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und/oder an einer entsprechenden Oberfläche des SCR-Katalysators 9. Durch eine derartige Wirbelströmung oder Drallströmung kann das Abblasen von Rußpartikeln vom SCR-Katalysator 9 sowie von der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks besonders effektiv erfolgen. Dabei zeigt 4, dass der Reaktorraum 10, in dem der SCR-Katalysator 9 sowie die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks aufgenommen sind, vorzugsweise eine im Querschnitt kreisförmige Wandung 19 aufweist, die sich zwischen der unteren Seite 22 und der oberen Seite 23 des Reaktorraums 10 erstreckt. Durch eine derartige Wandung 27 in Kombination mit der Ausrichtung der oder jeder Blasvorrichtung 24 kann die Wirbelströmung oder Drallströmung besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
Die Erfindung ermöglicht bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung. Hierzu ist im Reaktorraum 10, in dem der SCR-Katalysator 9 aufgenommen ist und in den das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 mündet, zumindest die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 positioniert. Eine weitere Effektivitätssteigerung der Abgasnachbehandlung kann dadurch erzielt werden, dass zwischen der Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und dem SCR-Katalysator 9 mindestens eine Blasvorrichtung 24 angeordnet ist, um die Vorrichtung 25 zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und/oder den SCR-Katalysator 9 hinsichtlich sich auf denselben ablagernder Rußpartikel freizublasen.
Bei der Brennkraftmaschine 1 der 1 ist das Abgasnachbehandlungssystem 3 stehend oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 positioniert. Der Zugang zu den Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ist frei, die Zugänglichkeit der Abgasturbolader 4 und 5 ist jedoch eingeschränkt. Der Reaktorraum 10 kann jedoch bei notwendigen Wartungsarbeiten an den Abgasturboladern 4, 6 einfach demontiert werden.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten stehenden Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 ist auch eine liegende, um 90° gekippte Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 neben dem Abgasaufladungssystem 2 möglich, wobei jedoch bei einer solchen liegenden Anordnung die Länge der Anordnung wächst. Brennkraftmaschine 1 und Abgasaufladungssystem 2 stehen jedoch dann zu Wartungsarbeiten ohne Notwendigkeit der Demontage des Reaktorraums 10 uneingeschränkt zur Verfügung.
Die Erfindung kann natürlich nicht nur bei SCR-Katalysatoren, sondern auch bei CH4- und HCHO-Oxidationskatalysatoren verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abgasaufladungssystem
3: Abgasnachbehandlungssystem
4: Abgasturbolader
5: Abgasturbolader
6: Hochdruckturbine
7: Niederdruckturbine
8: Abgaszuleitung
9: SCR-Katalysator
10: Reaktorraum
11: Abgasableitung
12: Bypass
13: Absperrorgan
14: Abgasführung
15: Ende
16: Einbringeinrichtung
17: Einspritzkegel
18: Mischstrecke
19: Wandung
20: Prallelemnet
21: Leitung
22: Seite
23: Seite
24: Blasvorrichtung
25: Vorrichtung

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine, mit einem Katalysator (9) und mit einer zum Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuleitung (8) mit einem stromabwärtigen Ende (15) in einen den Katalysator (9) aufnehmenden Reaktorraum (10) mündet, und dass innerhalb des Reaktorraums (10) zwischen dem stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) und dem Katalysator (9) eine Vorrichtung (25) zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks stromaufwärts des Katalysators (9) positioniert ist.
Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem als SCR-Katalysator (9) ausgeführt ist, mit einer vom SCR-Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas, und mit einer von der Abgaszuleitung (8) stromabwärts der Einbringeinrichtung (16) bereitgestellten Mischstrecke (18) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (9).
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks einen freien Strömungsquerschnitt aufweist, der maximal dem 2-fachen eines freien Strömungsquerschnitts des Katalysators (9) entspricht.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Strömungsquerschnitt der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks maximal dem 1-fachen des freien Strömungsquerschnitts des Katalysators (9) entspricht.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Strömungsquerschnitt der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks maximal dem 0,5-fachen des freien Strömungsquerschnitts des Katalysators (9) entspricht.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des Katalysators (9) mindestens 1:50 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Dicke oder Länge der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und der Dicke oder Länge des Katalysators (9) mindestens 1:100 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Dicke oder Länge der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und der Dicke oder Länge des Katalysators (9) mindestens 1:200 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem Abstand, der dem Abstand zwischen der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks sowie dem Katalysator (9) in Durchströmungsrichtung gesehen entspricht, und der in Durchströmungsrichtung gesehen Dicke oder Länge des Katalysators (9) maximal 2:1 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen diesem Abstand und der Dicke oder Länge des Katalysators (9) maximal 1:1 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen diesem Abstand und der Dicke oder Länge des SCR-Katalysators (9) maximal 1:2 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (25) zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks als Gitterstruktur ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungssystem einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Reaktorraums (10) zwischen der Vorrichtung (25) zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks und dem Katalysator (9) mindestens eine Blasvorrichtung (24) positioniert ist, die dem Freiblasen der Vorrichtung (25) zur Erhöhung eines Abgasgegendrucks und/oder dem Freiblasen des Katalysators (9) dient.
Abgasnachbehandlungssystem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Blasvorrichtung (24) derart ausgerichtet ist, dass dieselbe eine Wirbelströmung oder Drallströmung an einer quer zur Durchströmungsrichtung verlaufenden Oberfläche der Vorrichtung (25) zur Erhöhung des Abgasgegendrucks und/oder des Katalysators (9) bewirkt.
Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einem Dieselkraftstoff oder mit einem Schwerölkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein mehrstufiges Abgasaufladungssystem (2) mit einem eine Hockdruckturbine (6) umfassenden ersten Abgasturbolader (4) und einem eine Niederdruckturbine (7) umfassenden zweiten Abgasturbolader (5) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) zwischen die Hockdruckturbine (6) und die Niederdruckturbine (7) geschaltet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einstufig aufgeladenen Brennkraftmaschine das Abgasnachbehandlungssystem stromauf der Turbine angeordnet ist.