DE102014016448A1 - Abgasnachbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung - Google Patents
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Abstract
Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (11); mit einer von dem Gehäuse (11) definierten, von Abgas kontinuierlich durchströmten Abgaskammer (12), in die Abgas über einen Einlass (13) einströmt und aus der Abgas über einen Auslass (14) abströmt; mit einer von dem Gehäuse (11) definierten, mit der Abgaskammer (12) gekoppelten Schalldämpfungskammer (15), in der ein Fluid oder ein rieselfähiger Feststoff mit einem Füllstandpegel aufgenommen ist, der von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.
- Aus der Praxis ist es bekannt, dass einer Brennkraftmaschine als Abgasnachbehandlungsbaugruppen sowohl Abgasreinigungseinrichtungen wie Abgaskatalysatoren oder Abgaswäscher als auch Schalldämpfer nachgeordnet sein können. Die Abgaskatalysatoren dienen insbesondere der Entstickung und/oder Entschwefelung des Abgases und damit der Reduktion von Stickoxidemissionen sowie Schwefeloxidemissionen. Die Schalldämpfer dienen der Geräuschreduzierung und damit der Verminderung von Schallemissionen.
- Aus der Praxis bekannte Schalldämpfer sind typischerweise stromabwärts einer Abgasreinigungseinrichtung positioniert und als sogenannte Resonanz- oder Lambda/4-Schalldämpfer ausgeführt, die darauf beruhen, dass Kammern der Schalldämpfer eine an die zu dämpfende Frequenz des Abgasgeräusches angepasste Tiefe bzw. Länge aufweisen. Derartige Schalldämpfer verfügen jedoch über eine schmalbandige Dämpfungswirkung, sodass insbesondere bei Motoren, die mit variabler Drehzahl betrieben werden und daher unterschiedliche Abgasfrequenzen aufweisen, keine ausreichende Abgasschalldämpfung realisiert werden kann.
- Um Schalldämpfer mit breitbandiger Dämpfungswirkung für die Abgasschalldämpfung bereitzustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Schalldämpfer mit mehreren Kammern auszustatten, die über Ventile freigegeben werden, wodurch die Tiefe der Kammern an die Frequenz des zu dämpfenden Abgasschalls angepasst werden kann.
- Derartige Schalldämpfer verfügen jedoch über den Nachteil, dass sich im Abgasstrom bewegliche Teile befinden, die insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine, deren Abgasschall zu dämpfen ist, mit hochschwefelhaltigen Kraftstoffen betrieben wird, zu starker Korrosion neigen. Ferner können auch bei derartigen Schalldämpfern nur mehrere schmalbandige Frequenzbereiche einer effektiven Schalldämpfung unterzogen werden, eine stufenlose Anpassung der Dämpfungswirkung des Schalldämpfers an unterschiedlichste Frequenzbereiche des zu dämpfenden Abgasschalls ist nicht möglich.
- Die
DE 196 11 133 A1 und dieDE 196 19 173 C1 offenbaren jeweils Schalldämpfer mit dem Abgasstrom ausgesetzten, beweglichen Teilen. - Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Abgasnachbehandlungsvorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst ein Gehäuse; eine von dem Gehäuse definierte, von Abgas kontinuierlich durchströmten Abgaskammer, in die Abgas über einen Einlass einströmt und aus der Abgas über einen Auslass abströmt; und eine von dem Gehäuse definierte, mit der Abgaskammer vorzugsweise über mindestens ein Verbindungsmittel gekoppelte Schalldämpfungskammer, in der ein Fluid oder ein rieselfähiger Feststoff mit einem Füllstandpegel aufgenommen ist, der von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängt.
- Bei der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann der Füllstandpegel des Fluids oder des rieselfähigen Feststoffs in der Schalldämpfungskammer, die mit der von Abgas durchströmten Abgaskammer gekoppelt ist, stufenlos eingestellt werden, sodass letztendlich die Schalldämpfungswirkung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung stufenlos eingestellt werden kann. Hierdurch kann die Schalldämpfungswirkung flexibel an unterschiedlichste zu dämpfende Abgasschallfrequenzen angepasst werden. Hiermit ist eine besonders effektive Schalldämpfung selbst bei Brennkraftmaschinen möglich, die mit unterschiedlichsten Motordrehzahlen betrieben werden, und zwar unter Vermeidung der Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Schalldämpfern mit im Abgasstrom beweglichen Bauteilen.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Füllstandpegel des Fluid, bei welchem es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit handelt, oder des rieselfähigen Feststoffs, bei welchem es sich vorzugsweise um ein Granulat handlet, in der Schalldämpfungskammer über einen Zulauf der Schalldämpfungskammer und einen Ablauf der Schalldämpfungskammer einstellbar, wobei vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung abhängig von der zu dämpfenden Frequenz des Abgases den an die zu dämpfenden Frequenz angepassten Füllstandpegel für die Schalldämpfungskammer automatisch ermittelt und über den Zulauf und/oder Ablauf automatisch einstellt. Durch die Steuerungseinrichtung kann automatisch, abhängig von der zu dämpfenden Frequenz des Abgases, der in der Schalldämpfungskammer zur optimalen Schalldämpfung erforderliche Füllstandpegel automatisch ermittelt und eingestellt werden. Dies erlaubt eine effektive Schalldämpfung.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Schalldämpfungskammer im Querschnitt U-förmig ausgebildet und weist zwei in einem unteren Abschnitt derselben gekoppelte Teilkammern auf, wobei eine erste Teilkammer mit dem Zulauf und dem Ablauf der Schalldämpfungskammer kommuniziert, und wobei eine zweite Teilkammer, die mit der ersten Teilkammer gekoppelt ist, entweder oben offen oder oben geschlossen oder schließbar ausgebildet ist. Hiermit kann die Schalldämpfungswirkung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung weiter verbessert werden.
- Vorzugsweise ist in der von Abgas durchströmten Abgaskammer mindestens eine Abgasreinigungseinrichtung, insbesondere ein Abgaskatalysator und/oder ein Abgaswäscher, angeordnet ist. Dann, wenn in der von Abgas durchströmten Abgaskammer eine Abgasreinigungseinrichtung positioniert bzw. integriert ist, dient die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsvorrichtung nicht nur der Schalldämpfung, sondern auch der Abgasreinigung. Hiermit kann der Bauraumbedarf solcher Abgasnachbehandlungsvorrichtungen reduziert werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung ist in Anspruch 13 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 Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung; -
2 eine schematisierte Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung; -
3 ein Detail einer dritten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung; und -
4 ein Detail einer vierten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung. - Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine. - Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung
10 umfasst ein Gehäuse11 . Das Gehäuse11 definiert einerseits eine von Abgas kontinuierlich durchströmte Abgaskammer12 , in die Abgas über einen Einlass13 einströmt und aus der Abgas über einen Auslass abströmt, sowie andererseits eine Schalldämpfungskammer15 . - Die Schalldämpfungskammer
15 ist mit der Abgaskammer12 gekoppelt. - In der Schalldämpfungskammer
15 ist ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, oder ein rieselfähiger Feststoff, insbesondere ein Granulat, mit einem Füllstandpegel aufgenommen, der von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängt. Ändert sich zum Beispiel infolge einer ändernden Last der Brennkraftmaschine die zu dämpfende Frequenz des Abgasschalls, so kann durch einfache Veränderung des Füllstandpegels des Fluids oder des rieselfähigen Feststoffs in der Schalldämpfungskammer15 die Dämpfungswirkung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 an die sich ändernde Frequenz des Abgasschalls angepasst werden. Hierdurch ist der Dämpfungsbereich bzw. die Dämpfungswirkung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 stufenlos einstellbar. - Bei dem Fluid, welches in der Schalldämpfungskammer
15 mit einem definierten Füllstandpegel aufgenommen ist, handelt es sich vorzugsweise um Wasser. Alternativ zu dem Fluid kann in der Schalldämpfungskammer15 auch der rieselfähige Feststoff, insbesondere Granulat, mit einem von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängigen Füllstandpegel aufgenommen sein. - Gemäß dem Ausführungsbeispiel der
1 ist die Flüssigkeit bzw. der rieselfähige Feststoff der Schalldämpfungskammer15 über einen Zulauf16 zuführbar und von der Schalldämpfungskammer15 über einen Ablauf17 abführbar. Über dem Zulauf16 und dem Ablauf17 zugeordnete Ventile28 ,29 kann der Füllstandpegel der Flüssigkeit bzw. des rieselfähigen Feststoffs innerhalb der Schalldämpfungskammer15 eingestellt werden. - Wie bereits ausgeführt, ist die Schalldämpfungskammer
15 mit der Abgaskammer12 gekoppelt, vorzugsweise über mindestens ein Verbindungsmittel. Gemäß1 sind die Abgaskammer12 und die Schalldämpfungskammer15 durch eine gemeinsame Gehäusewand18 oder einen Gehäusewandabschnitt des Gehäuses11 getrennt, wobei dieselben über mindestens ein als Ausnehmung31 in der Gehäusewand18 ausgebildetes Verbindungsmittel gekoppelt sind. Die Ausnehmung31 ist dabei gemäß1 derart in die Gehäusewand18 eingebracht, dass dieselbe oberhalb des Füllstandpegels der Flüssigkeit oder des Granulats in der Schalldämpfungskammer15 positioniert ist. - In
1 ist eine Steuerungseinrichtung26 gezeigt, die abhängig von der Frequenz des zu dämpfenden Abgasschalls den für die Schalldämpfung optimalen Füllstandpegel für die Flüssigkeit bzw. den rieselfähigen Feststoff innerhalb der Schalldämpfungskammer15 automatisch ermittelt und durch Ansteuerung der Ventile28 ,29 automatisch einstellt. Die zu dämpfende Frequenz des Abgasschalls kann dabei von der Steuerungseinrichtung26 zum Beispiel rechnerisch über ein Modell ermittelt werden, andererseits ist es möglich, mit Hilfe einer Messeinrichtung30 die Frequenz des zu dämpfenden Abgasschalls messtechnisch zu erfassen und der Steuerungseinrichtung26 einen entsprechenden Messwert bereitzustellen. Bei der Messeinrichtung30 kann es sich zum Beispiel um ein Mikrofon oder auch um einen der Abgaskammer12 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 zugeordneten Dehnungsmessstreifen handeln. - Im in
1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist innerhalb der Abgaskammer12 des Gehäuses11 , die kontinuierlich von Abgas durchströmt ist, eine Abgasreinigungseinrichtung27 angeordnet, bei welcher es sich zum Beispiel um einen Abgaskatalysator oder auch um einen Abgaswäscher handeln kann. Es können eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen27 in der Abgaskammer12 angeordnet sein. - Dann, wenn in der Abgaskammer
12 des Gehäuses11 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 ein Abgaswäscher integriert ist, ist die Schalldämpfungskammer15 des Gehäuses11 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 insbesondere mit Wasser gefüllt, um die Schalldämpfungswirkung bereitzustellen. In diesem Fall liegen nämlich Abgastemperaturen deutlich unterhalb des Siedepunkts des in der Schalldämpfungskammer15 aufgenommenen Wassers, sodass die sich bei höheren Abgastemperaturen einstellende Verdunstung bzw. Verdampfung des Wassers in der Schalldämpfungskammer15 von untergeordneter Bedeutung ist. Bei hohen Abgastemperaturen kommt in der Schalldämpfungskammer15 vorzugsweise ein rieselfähiger Feststoff, insbesondere Granulat, zum Einsatz, um über den Füllstandpegel in der Schalldämpfungskammer15 die gewünschte Schalldämpfungswirkung im gewünschten Frequenzbereich bereitzustellen. - Zur Erhöhung der Schalldämpfungswirkung können die Kammern, nämlich die Abgaskammer
12 und/oder die Schalldämpfungskammer15 , bzw. dieselben begrenzende Gehäusewände des Gehäuses innen und/oder außen mit einem Absorptionsmittel versehen bzw. verkleidet sein. -
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Nachfolgend wird nur auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbespielen der1 und2 eingegangen. - Im Ausführungsbeispiel der
2 umfasst die Schalldämpfungskammer15 zwei Teilkammern19 ,20 , die in unteren Bereichen21 ,22 unter Ausbildung einer im Querschnitt U-förmigen Schalldämpfungskammer15 gekoppelt sind. Die erste Teilkammer20 der Schalldämpfungskammer15 kommuniziert dabei mit dem Zulauf16 und dem Ablauf17 und ist über mindestens eine Ausnehmung31 in der Gehäusewand18 , welche die erste Teilkammer20 von der Abgaskammer12 trennt, mit der Abgaskammer12 gekoppelt. Die zweite Teilkammer19 , die mit der ersten Teilkammer20 im unteren Abschnitt21 gekoppelt ist, ist in2 am oberen Ende23 offen ausgebildet. Dann, wenn in2 in der Schalldämpfungskammer15 eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, aufgenommen ist, bildet sich in beiden Teilkammern19 ,20 der Schalldämpfungskammer15 ein Füllstandpegel aus. Abgas, welches die Abgaskammer12 des Gehäuses11 durchströmt, regt die Flüssigkeit in der Schalldämpfungskammer15 zu Schwingungen an, wobei die in der zweiten Teilkammer19 befindliche Flüssigkeitssäule frei gegen Atmosphäre schwingen kann, da die zweite Teilkammer19 der Strömungskammer15 im Ausführungsbeispiel der2 oben offen ausgebildet ist. - Durch die schwingende Flüssigkeitssäule wird der schwingenden Abgassäule kinetische Energie entzogen und dadurch die Schallemission reduziert.
- An das Gehäuse
11 können mehrere Schalldämpferkammern15 angekoppelt sein und die freie Weglänge kann oberhalb des Fluids oder des Granulats in den einzelnen Kammern15 unterschiedlich sein. So können mehrere Frequenzen gedämpft werden. - In
1 ist die Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgaskammer12 von unten nach oben gerichtet, wobei in2 dieselbe von oben nach unten gerichtet ist. In1 ist die Ausnehmung31 , welche die Schalldämpfungskammer15 mit der Abgaskammer12 koppelt, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung27 positioniert. In2 ist diese Ausnehmung31 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung27 positioniert. -
3 und4 zeigen Abwandlungen des Ausführungsbeispiels der2 , in welcher die zweite Teilkammer19 am oberen Ende23 geschlossen ausgebildet ist, wobei in3 die Flüssigkeitssäule in der zweiten Teilkammer19 gegen eine in der zweiten Teilkammer19 eingeschlossene Gasblase und in3 gegen einen durch eine Federelement25 beaufschlagten Schwimmer24 arbeitet. Dadurch kann der schwingenden Abgassäule noch mehr kinetische Energie entzogen werden. Hierdurch kann die Dämpfung weiter erhöht werden. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 11
- Gehäuse
- 12
- Abgaskammer
- 13
- Einlass
- 14
- Auslass
- 15
- Schalldämpfungskammer
- 16
- Zulauf
- 17
- Ablauf
- 18
- Gehäusewand
- 19
- Teilkammer
- 20
- Teilkammer
- 21
- Abschnitt
- 22
- Abschnitt
- 23
- Ende
- 24
- Schwimmer
- 25
- Federelement
- 26
- Steuerungseinrichtung
- 27
- Abgasreinigungseinrichtung
- 28
- Ventil
- 29
- Ventil
- 30
- Messeinrichtung
- 31
- Ausnehmung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19611133 A1 [0006]
- DE 19619173 C1 [0006]
Claims (14)
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung (
10 ) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, mit einem Gehäuse (11 ); mit einer von dem Gehäuse (11 ) definierten, von Abgas kontinuierlich durchströmten Abgaskammer (12 ), in die Abgas über einen Einlass (13 ) einströmt und aus der Abgas über einen Auslass (14 ) abströmt; mit einer von dem Gehäuse (11 ) definierten, mit der Abgaskammer (12 ) gekoppelten Schalldämpfungskammer (15 ), in der ein Fluid oder ein rieselfähiger Feststoff mit einem Füllstandpegel aufgenommen ist, der von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängt. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandpegel in der Schalldämpfungskammer (
15 ) über einen Zulauf (16 ) der Schalldämpfungskammer (15 ) und einen Ablauf (17 ) der Schalldämpfungskammer (15 ) einstellbar ist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (
27 ) abhängig von der zu dämpfenden Frequenz den an die zu dämpfenden Frequenz angepassten Füllstandpegel für die Schalldämpfungskammer (15 ) automatisch ermittelt und über den Zulauf (16 ) und/oder Ablauf (17 ) automatisch einstellt. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskammer (
12 ) und die Schalldämpfungskammer (15 ) über mindestens ein Verbindungsmittel gekoppelt sind. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskammer (
12 ) und die Schalldämpfungskammer (15 ) durch eine gemeinsame Gehäusewand (18 ) oder einen Gehäusewandabschnitt getrennt und über mindestens eine Ausnehmung (31 ) in der Gehäusewand (18 ) oder dem Gehäusewandabschnitt gekoppelt sind. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalldämpfungskammer (
15 ) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und zwei in einem unteren Abschnitt (21 ,22 ) derselben gekoppelte Teilkammern (19 ,20 ) aufweist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Teilkammer (
20 ) mit dem Zulauf (16 ) und dem Ablauf (17 ) der Schalldämpfungskammer (15 ) kommuniziert. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilkammer (
20 ) der Schalldämpfungskammer (15 ) mit der Abgaskammer (12 ) gekoppelt ist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Teilkammer (
19 ), die mit der ersten Teilkammer (20 ) gekoppelt ist, oben offen ausgebildet ist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Teilkammer (
19 ), die mit der ersten Teilkammer (20 ) gekoppelt ist, oben geschlossen ausgebildet ist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstandpegel in der zweiten Teilkammer (
19 ) gegen einen von einem Federelement (25 ) beaufschlagten Schwimmer (24 ) schwingt. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der von Abgas durchströmten Abgaskammer (
12 ) mindestens eine Abgasreinigungseinrichtung (27 ), insbesondere ein Abgaskatalysator und/oder ein Abgaswäscher, angeordnet ist. - Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an das Gehäuse (
11 ) mehrere Schalldämpferkammern (15 ) angekoppelt sind und die freie Weglänge oberhalb des Fluids oder des Granulats sich in den einzelnen Kammern (15 ) unterscheidet. - Verfahren zur Abgasnachbehandlung, insbesondere unter Verwendung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Abgaskammer (
12 ) von Abgas kontinuierlich durchströmt wird, und wobei eine Schalldämpfungskammer (15 ), die mit der Abgaskammer (12 ) gekoppelt ist, derart mit einem Fluid oder einem rieselfähigem Feststoff befüllt wird, dass ein Füllstandpegel in der Schalldämpfungskammer (15 ) von der zu dämpfenden Frequenz des Abgasschalls abhängt.
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