DE102016112336A1 - Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (3) für eine Brennkraftmaschine (1), mit mindestens einem in einem Reaktorraum (10) angeordneten SCR-Katalysator (9), mit einer zum Reaktorraum (10) führenden Abgaszuleitung (8), mit einer vom Reaktorraum (10) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (12) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas, und mit einer stromabwärts der jeweiligen Einbringeinrichtung (12) angeordneten Mischstrecke (14) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des Reaktorraums (10), wobei in die Abgaszuleitung (8) im Bereich der Mischstrecke (14) ein Ausgleichselement (21) zur Kompensation von Wärmedehnungen und zur Schwingungsentkopplung integriert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen 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 als Reduktionsmittel Ammoniak (NH3) benötigt wird. Das Ammoniak (NH3) 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 einen effektive Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem und eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen, die bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in die Abgaszuleitung im Bereich der Mischstrecke ein Ausgleichselement zur Kompensation von Wärmedehnungen und zur Schwingungsentkopplung integriert. Dies ermöglicht bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung.
  • Vorzugsweise ist das Ausgleichselement als faltbalgartiger Kompensator ausgebildet. Ein faltbalgartiger Kompensator ermöglicht eine besonders kompakte Bauform des Abgasnachbehandlungssystems.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung entspricht ein Abstand des Ausgleichselements von der Einbringeinrichtung des Reduktionsmittels maximal dem 7-fachen, bevorzugt maximal dem 5-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 3-fachen, des Durchmessers der Abgaszuleitung im Bereich der Einbringeinrichtung. Auch diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung schirmt ein Schutzelement das Ausgleichselement strömungsseitig ab. Vorzugsweise ist hierzu das Ausgleichselement in die Abgaszuleitung im Bereich der Mischstrecke derart integriert, dass ein stromaufwärtiges Ende des Ausgleichselements sich an ein stromabwärtiges Ende eines zum Ausgleichselement hinführenden Abschnitts der Abgaszuleitung und eine stromabwärtiges Ende des Ausgleichselements sich an ein stromaufwärtiges Ende eines vom Ausgleichselement wegführenden Abschnitts der Abgaszuleitung anschließt, wobei an dem stromabwärtiges Ende des zum Ausgleichselement hinführenden Abschnitts der Abgaszuleitung das Schutzelement angreift. Auch diese Weiterbildung ermöglicht bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung. Insbesondere wird verhindert, dass im Bereich des Ausgleichselements Harnstoffzersetzungsprodukte, wie z.B. Melamin oder Cyanursäure ablagern, welche die Funktion des Ausgleichselements beeinträchtigen.
  • Dier erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 8 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.
  • Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, so z. B. einer stationären Brennkraftmaschine in einem Kraftwerk oder einer auf einem Schiff zum Einsatz kommenden, nicht-stationären Brennkraftmaschine.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem einer mit Schweröl betriebene Schiffsdieselbrennkraftmaschine, die vorzugsweise als 2-Takt-Schiffsdieselbrennkraftmaschine ausgeführt ist.
  • 1 zeigt eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2 und einem Abgasnachbehandlungssystem 3. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um instationäre oder stationäre Brennkraftmaschine handeln, insbesondere um eine instationär betriebene Schiffsbrennkraftmaschine. Abgas, welches Zylinder 4 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 mindestens einen Abgasturbolader 5 umfasst. Abgas, welches die Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 verlässt, strömt über eine Turbine 6 des Abgasturboladers 5 und wird in derselben entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in einem Verdichter (nicht gezeigt) des Abgasturboladers 5 genutzt wird, um Ladeluft zu verdichten. Vorzugsweise umfasst die Brennkraftmaschine 1 ein zweistufiges Abgasturboaufladungssystem 2 mit einem Hochdruckturbolader und einem Niederdruckturbolader.
  • Zusätzlich zu dem Abgasaufladungssystem 2 umfasst die Brennkraftmaschine 1 das Abgasnachbehandlungssystem 3, bei welchem es sich um ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem handelt. Das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 ist vorzugsweise zwischen die Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 und das Abgasaufladungssystem 2 geschaltet, sodass demnach Abgas, welches die Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 verlässt, zunächst über das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 und erst anschließend über das Abgasaufladungssystem 2 geführt wird.
  • 1 zeigt eine Abgaszuleitung 8, über die Abgas, ausgehend von den Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 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 Turbine 6 des Abgasturboladers 5 dient.
  • Die Brennkraftmaschine 1 der 1 weist einen für alle Zylindern 4 gemeinsamen Abgassammler 7 auf. Abgas, welches die Zylindern 4 der Brennkraftmaschine 1 verlässt, ist ausgehend vom Abgassammler 7 über die Abgaszuleitung 8 in Richtung auf das Abgasnachbehandlungssystem 3, nämlich den jeweiligen Reaktorraum 10 und den jeweiligen SCR-Katalysator 9, und stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems 3 über den Abgasturbolader 5 des Abgasaufladungssystems 2 führbar.
  • 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 oder der Abgassammler 4 und die Abgasableitung 11 sind vorzugsweise über einen Bypass (nicht gezeigt) gekoppelt, in den ein Absperrorgan integriert ist. Bei geschlossenem Absperrorgan ist der Bypass verschlossen, sodass über den Bypass kein Abgas strömen kann. Dann hingegen, wenn das Absperrorgan geöffnet ist, kann über den Bypass Abgas strömen, und zwar unmittelbar von der Abgaszuleitung 8 in die Abgasableitung 11 unter Umgehung des Reaktorraums 10 und des im Reaktorraum positionierten SCR-Katalysators 9.
  • Der Abgaszuleitung 8 des Abgasnachbehandlungssystems 3 ist eine Einbringeinrichtung 12 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 12 des Abgasnachbehandlungssystems 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Einspritzdüse, über welche das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz, wie z.B. Harnstoff oder eine Harnstoffwasserlösung, in den Abgasstrom innerhalb der Abgaszuführleitung 8 eingedüst wird. 2 verdeutlicht mit einem Kegel 13 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 12 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 liegt, wird als Mischstrecke 14 bezeichnet. Insbesondere stellt die Abgaszuleitung 8 stromabwärts der Einbringeinrichtung 12 die Mischstrecke 14 bereit, in welcher das Abgas mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 gemischt werden kann.
  • Der Abgassammler 7 und die Mischstrecke 14 der Brennkraftmaschine 1 sind vorzugsweise zusammen mit der Abgaszuleitung 8 zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst. Dabei ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Abgaszuleitung 8, welche die Mischstrecke 14 zumindest abschnittsweise ausbildet, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen koaxial hinter dem Abgassammler 7 positioniert.
  • Gemäß 1 ist die jeweilige Baugruppe der Brennkraftmaschine 1, welche den Abgassammler 7, die Mischstrecke 14 und die Abgaszuleitung 8 ausgebildet, derart ausgebildet, dass das Abgas ausgehend vom jeweiligen Abgassammler 7 der jeweiligen Mischstrecke 14 umlenkungsfrei zuführbar ist. In 1 erfährt das Abgas demnach nur beim Eintritt in den Abgassammler 7 im Bereich zylinderseitiger Abgasmündungsstellen 16 und beim Eintritt in den Reaktorraum 10 im Bereich eines stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 eine Umlenkung. Dies ist von Vorteil, um bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung zu gewährleisten.
  • 1, 2 verdeutlichen mit Pfeilen 17 die Strömung des Abgases. 1 kann entnommen werden, dass das Abgas 7 im Bereich der zylinderseitigen Abgasmündungsstellen 16 um in etwa 90° bzw. annähernd 90° umgelenkt wird und in den Abgassammler 7 einströmt. Ausgehend vom Abgassammler 7 strömt das Abgas umlenkungsfrei durch die Abgaszuleitung 8 bis zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8, die im Bereich des Reaktorraums 10 mündet. Im Bereich dieses Endes 15 der Abgaszuleitung 8 erfährt das eine Strömungsumlenkung um in etwa 180° bzw. annähernd 180°, wobei das Abgas nach dieser Strömungsumlenkung über den SCR-Katalysator 9 geführt wird.
  • Die Abgaszuleitung 8 mündet mit dem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10. Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Abgaszuleitung 8 im Bereich ihres stromabwärtigen Endes 15 unter Ausbildung eines Diffusors 18 trichterförmig aufgeweitet. Hierdurch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 im Bereich des stromabwärtigen Endes 15, wobei vorgesehen sein kann, dass sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des Diffusors 18 des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 der Strömungsquerschnitt derselben zunächst verringert.
  • Die Abgaszuleitung 8 und die Abgasableitung 11 greifen an einer gemeinsamen ersten Seite 19 des Reaktorraums 10 an. Dabei erstreckt sich die Abgaszuleitung 8 ausgehend von dieser ersten Seite 19 derart in den Reaktorraum 10 hinein, dass das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 benachbart zu einer der ersten Seite 19 des Reaktorraums 10 gegenüberliegenden zweiten Seite 20 des Reaktorraums 10 positioniert ist. Die Abgasableitung 11 mündet an der ersten Seite 19 in den Reaktorraum 10. Über die Abgaszuleitung 8 zugeführtes Abgas wird im Bereich der zweiten Seite 20 des Reaktorraums 10, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 gegenüberliegt, umgelenkt, strömt dann über den SCR-Katalysator 9 und anschließend über die erste Seite 19 in den Bereich der Abgasableitung 11. Die Abgasableitung 11 umgibt die Abgaszuleitung 8 benachbart zur ersten Seite 19 des Reaktorraums 10 abschnittsweise außen, vorzugsweise konzentrisch.
  • In die Abgaszuleitung 8 ist im Bereich der Mischstrecke 14, also stromabwärts der Einbringeinrichtung 12 für das Reduktionsmittel und stromaufwärts des Reaktorraums 10 und damit stromaufwärts des SCR-Katalysators 9, ein Ausgleichselement 21 integriert, welches der Kompensation von Wärmedehnungen sowie der Schwingungsentkopplung dient.
  • Wärmeausdehnungen im Bereich der Abgaszuleitung 8 sowie Schwingungen im Bereich der Abgaszuleitung 8, die sich bei Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 3 bei laufender Brennkraftmaschine 1 sowie laufendem Abgasaufladungssystem 2 der Brennkraftmaschine 1 ausbilden können, können kompensiert werden.
  • Über die Integration eines solchen Ausgleichselements 21 in die Abgaszuleitung 8 im Bereich der Mischstrecke 14 kann bei kompakter Bauform des Abgasnachbehandlungssystems und demnach letztendlich der Brennkraftmaschine eine effektive Abgasnachbehandlung gewährleistet werden.
  • Bei dem Ausgleichselement 21 handelt es sich vorzugsweise um einen faltenbalgartigen Kompensator.
  • Das Ausgleichselement 21 ist derart in die Abgaszuleitung 8 im Bereich der Mischstrecke 14 integriert, dass ein stromaufwärtiges Ende 21a des Ausgleichselements 21 an einem stromabwärtigen Ende 22a eines zum Ausgleichselement 21 hinführenden Abschnitts 8a der Abgaszuleitung 8 angreift, wohingegen ein stromabwärtiges Ende 21b des Ausgleichselements 21 an einem stromaufwärtigen Ende 23 eines vom Ausgleichselement 21 wegführenden Abschnitts 8b der Abgaszuleitung 8 angreift.
  • Ein Abstand des Ausgleichselements 21 von der Einbringeinrichtung 12 für das Reduktionsmittel entspricht maximal dem 7-fachen, bevorzugt maximal dem 5-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 3-fachen, des Durchmessers der Abgaszuleitung 8 im Bereich der Einbringeinrichtung 12, also des Durchmessers des zum Ausgleichselement 21 hinführenden Abschnitts 8a der Abgaszuleitung 8 im Bereich der Einbringeinrichtung 12 für das Reduktionsmittel. Dies ist zur optimalen Kompensation von Wärmedehnungen sowie zur optimalen Schwingungsentkopplung bei kompakter Bauform unter Gewährleistung einer effektiven Abgasnachbehandlung besonders bevorzugt.
  • Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass das Ausgleichselement 21 insbesondere dann, wenn der Reaktorraum 10 und damit der SCR-Katalysator 9 wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, stromaufwärts eines Abgasturboladers 5 angeordnet ist, zusätzlich Schubkräfte kompensiert, insbesondere zum Ausgleich von durch einen erhöhten Druck auftretenden Gaskräften.
  • Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das in die Abgaszuleitung 8 integrierte Ausgleichselement 21 von der Abgasströmung durch ein Schutzelement 24 abgedeckt ist. Das Schutzelement 24 greift dabei an dem zum Ausgleichselement 21 hin führenden Abschnitt 8a der Abgaszuleitung 8 an und erstreckt sich ausgehend von diesem Abschnitt 8a der Abgaszuleitung 8, nämlich ausgehend vom stromabwärtigen Ende 22 des Abschnitts 8a der Abgaszuleitung 8, in Durchströmungsrichtung gesehen in Richtung auf den vom Ausgleichselement 21 wegführenden Abschnitt 8b der Abgaszuleitung 8, und deckt hierbei das Ausgleichselement 21 von der Abgasströmung ab. Auf der Zuströmseite des Ausgleichselements 21 ist dasselbe vom dort geschlossenen Schutzelement 24 vollständig abgedeckt. An der Abströmseite des Ausgleichselements 21 ist dasselbe über das dort offene Schutzelement 24 zugänglich. Durch das Schutzelement 24 kann eine uneingeschränkte Funktion des Ausgleichselements 21 zur Kompensation von Wärmedehnungen sowie zur Schwingungsentkopplung gewährleistet werden, andererseits wird verhindert, dass sich Reduktionsmittelzersetzungsprodukte an dem Ausgleichselement 21 ablagern und dessen Funktion beeinträchtigen.
  • Wie bereits ausgeführt, kann durch das Ausgleichselement 21 bei besonders kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung von die Zylinder 4 der Brennkraftmaschine 1 verlassendem Abgas gewährleistet werden.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die gemeinsame Baugruppe, welche den Abgassammler 7, die Mischstrecke 14, die Abgaszuleitung 8 und zusätzlich auch das in die Abgaszuleitung 8 integrierte Ausgleichselement 21 bereitstellt, derart ausgeführt, dass das Abgas ausgehend vom Abgassammler 7 der jeweiligen Mischstrecke 14 umlenkungsfrei zuführbar ist. Dies ist, wie bereits oben ausgeführt, bevorzugt. Demgegenüber sind auch Ausführungsbeispiele möglich, bei welchen das Abgas bei seiner Strömung ausgehend vom Abgassammler 7 in den Bereich der Mischstrecke 14 und damit in den Bereich der Abgaszuleitung 8 eine einfache Umlenkung erfährt, also einmal umgelenkt wird, und zwar vorzugsweise um maximal 90°, und zwar beim Übertritt aus dem Abgassammler 7 in die Abgaszuleitung 8 und demnach in den Bereich der Mischstrecke 14. Sollte aus Bauraumgründen an der Brennkraftmaschine eine mehrfache Umlenkung des Abgases erforderlich sein, so ist im Sinne der Erfindung vorgesehen, dass die Baugruppe, welche den Abgassammler 7, die Abgaszuleitung 8, die Mischstrecke 14 und das Ausgleichselement 21 bereitstellt, derart ausgebildet ist, dass das Abgas ausgehend vom Abgassammler 7 der Mischstrecke 14 mit einer maximal 3-fachen Umlenkung bzw. einer Umlenkung des Abgases zwischen Abgassammler 7 und Mischstrecke 14 von maximal 270°, vorzugsweise mit einer maximal 2-fachen Umlenkung bzw. einer Umlenkung des Abgases zwischen Abgassammler 7 und Mischstrecke 14 von maximal 180°, der Mischstrecke 14 zugeführt wird. Eine Umlenkung des Abgases zwischen Abgassammler 7 und Mischstrecke 14 von maximal 90° ist jedoch bevorzugt, höchstbevorzugt ist die umlenkungsfreie Zuführung des Abgases ausgehend vom Abgassammler 7 in Richtung auf die Mischstrecke 14. Auch diese Details ermöglichen bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung.
  • Die gemeinsame Baugruppe, welche den Abgassammler 7, die Mischstrecke 14, das Ausgleichselement 21 und die Abgaszuleitung 8 ausgebildet, ist vorzugsweise derart ausgebildet, das ein Abstand zwischen einer vom SCR-Katalysator 9 oder Reaktorraum 10 am entferntesten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle 16 in den jeweiligen Abgassammler 7 und dem SCR-Katalysator 9 oder Reaktorraum 10 maximal das 6-fache, bevorzugt das maximal 4-fache, besonders bevorzugt das maximal 2-fache, des Abstands zwischen der vom SCR-Katalysator 9 oder Reaktorraum 10 am entferntesten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle 16 in den Abgassammler 7 und einer vom SCR-Katalysator 9 oder Reaktorraum 10 am nächsten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle 16 in den Abgassammler 7 entspricht. Auch dies ist von Vorteil, um bei kompakter Bauform und effektiver Abgasnachbehandlung einen effektiven Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten und die Länge des Ausgleichselements minimal zu halten.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Reaktorraum 10 und damit der SCR-Katalysator 9 abgasströmungsseitig stromaufwärts eines Abgasturboladers 5 angeordnet. Es ist auch möglich, dass der Reaktorraum 10 und damit der SCR-Katalysator 9 abgasströmungsseitig stromabwärts eines Abgasturboladers angeordnet sind. Ferner ist es möglich, dass der Reaktorraum 10 und damit der SCR-Katalysator 9 abgasströmungsseitig zwischen einen Hochdruckabgasturbolader und einen Niederdruckabgasturbolader geschaltet sind.
  • Die obigen Details eignen sich insbesondere zur Anwendung bei 2-Takt-Brennkraftmaschinen, die mit Rückstandöl bzw. mit Schweröl oder auch mit Erdgas betrieben werden. Die Erfindung kann jedoch auch bei 4-Takt-Brennkraftmaschinen zum Einsatz kommen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Abgasaufladungssystem
    3
    Abgasnachbehandlungssystem
    4
    Zylinder
    5
    Abgasturbolader
    6
    Turbine
    7
    Abgassammler
    8
    Abgaszuleitung
    8a
    Abschnitt
    8b
    Abschnitt
    9
    SCR-Katalysator
    10
    Reaktorraum
    11
    Abgasableitung
    12
    Einbringeinrichtung
    13
    Einspritzkegel
    14
    Mischstrecke
    15
    Ende
    16
    Abgasmündungsstelle
    17
    Strömung
    18
    Diffusor
    19
    Seite
    20
    Seite
    21
    Ausgleichselement
    21a
    Ende
    21b
    Ende
    22
    Ende
    23
    Ende
    24
    Schutzelement

Claims (12)

  1. Abgasnachbehandlungssystem (3) für eine Brennkraftmaschine (1), mit mindestens einem in einem Reaktorraum (10) angeordneten SCR-Katalysator (9), mit einer zum Reaktorraum (10) führenden Abgaszuleitung (8), mit einer vom Reaktorraum (10) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (12) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas, und mit einer stromabwärts der jeweiligen Einbringeinrichtung (12) angeordneten Mischstrecke (14) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des Reaktorraums (10), dadurch gekennzeichnet, dass in die Abgaszuleitung (8) im Bereich der Mischstrecke (14) ein Ausgleichselement (21) zur Kompensation von Wärmedehnungen und zur Schwingungsentkopplung integriert ist.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (21) als faltbalgartiger Kompensator ausgebildet ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des Ausgleichselements (21) von der Einbringeinrichtung (12) maximal dem 7-fachen des Durchmessers der Abgaszuleitung (8) im Bereich der Einbringeinrichtung (12) entspricht.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Ausgleichselements (21) von der Einbringeinrichtung (12) maximal dem 5-fachen des Durchmessers der Abgaszuleitung (8) im Bereich der Einbringeinrichtung (12) entspricht.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Ausgleichselements (21) von der Einbringeinrichtung (12) maximal dem 3-fachen des Durchmessers der Abgaszuleitung (8) im Bereich der Einbringeinrichtung (12) entspricht.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzelement (24) das Ausgleichselement (21) strömungsseitig abschirmt.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichselement (21) in die Abgaszuleitung (8) im Bereich der Mischstrecke (14) derart integriert ist, dass ein stromaufwärtiges Ende (21a) des Ausgleichselements (21) sich an ein stromabwärtiges Ende (22) eines zum Ausgleichselement (21) hinführenden Abschnitts (8a) der Abgaszuleitung (8) und ein stromabwärtiges Ende (21b) des Ausgleichselements (21) sich an ein stromaufwärtiges Ende (23) eines vom Ausgleichselement (21) wegführenden Abschnitts (8b) der Abgaszuleitung (8) anschließt, wobei an dem stromabwärtigen Ende (22) des zum Ausgleichselement (21) hinführenden Abschnitts (8a) der Abgaszuleitung (8) das Schutzelement (24) angreift, welches das Ausgleichselement (21) strömungsseitig abschirmt.
  8. Brennkraftmaschine (1), mit mehreren Zylindern (4), mit mindestens einem für eine Gruppe von Zylindern (4) gemeinsamen Abgassammler (7), und mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abgas ausgehend vom jeweiligen Abgassammler (7) über das Abgasnachbehandlungssystem (3) und stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems (3) über mindestens einen Abgasturbolader (5) eines Abgasaufladungssystems (2) der Brennkraftmaschine (1) führbar ist.
  9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Abgassammler (7), die jeweilige Mischstrecke (14) und das jeweilige Ausgleichselement (21) zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst sind.
  10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige gemeinsame Baugruppe derart ausgebildet ist, das ein Abstand zwischen einer vom jeweiligen SCR-Katalysator (9) oder jeweiligen Reaktorraum (10) am entferntesten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle (16) in den jeweiligen Abgassammler (7) und dem jeweiligen SCR-Katalysator (9) oder jeweiligen Reaktorraum (10) maximal das 6-fache, bevorzugt das maximal 4-fache, besonders bevorzugt das maximal 2-fache, des Abstands zwischen der vom jeweiligen SCR-Katalysator (9) oder jeweiligen Reaktorraum (10) am entferntesten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle (16) in den jeweiligen Abgassammler (7) und einer vom jeweiligen SCR-Katalysator (9) oder jeweiligen Reaktorraum (10) am nächsten liegenden zylinderseitigen Abgasmündungsstelle (16) in den jeweiligen Abgassammler (4) entspricht.
  11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas ausgehend vom jeweiligen Abgassammler (7) der jeweiligen Mischstrecke (14) mit einer maximal 3-fachen Umlenkung, bevorzugt mit einer maximal 2-fachen Umlenkung, besonders bevorzugt mit einer maximal 1-fachen Umlenkung, zuführbar ist.
  12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas ausgehend vom jeweiligen Abgassammler (7) der jeweiligen Mischstrecke (17) mit einer Umlenkung von maximal 270°, bevorzugt mit einer Umlenkung von maximal 180°, besonders bevorzugt mit einer Umlenkung von maximal 90°, zuführbar ist.
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