DE102009030927A1 - Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigem Abgas - Google Patents

Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigem Abgas Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion des sauerstoffhaltigen Abgases im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1) vorgeschlagen, mit einem stromabwärts der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Oxidationskatalysator (5) und einem Reduktionskatalysator (6) und einer Einrichtung (7) zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung (8) stromaufwärts des Reduktionskatalysators (6) in einem gasförmigen Aggregatzustand, wobei die Einrichtung (7) mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (14) zur verteilten Einbringung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx Reduktion des sauerstoffhaltigen Abgases im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, mit einem stromabwärts der Brennkraftmaschine vorgesehenen Oxidationskatalysator und einem Reduktionskatalysator und einer Einrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung stromaufwärts des Reduktionskatalysators in einem gasförmigen Aggregatszustand nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Brennkraftmaschinen, die nach dem Prinzip des Magermotors betrieben werden, werden mit Luftüberschuss betrieben und in den sauerstoffhaltigen Abgasen von diesen Brennkraftmaschinen finden sich Stickoxide wieder, die mittels einer selektiven katalytischen Reduktion entfernt werden können, wobei zu diesem Zweck Ammoniak als effizientes Reduktionsmittel eingesetzt werden kann.
  • Bei bekannten Systemen wird Ammoniak durch Hydrolyse aus wässrigem Harnstoff gewonnen, indem der Harnstoff verdampft und über einen Katalysator zur Bildung von Ammoniak geleitet wird. Anhand der US 6,928,806 B2 ist ein System zur Nachbehandlung von Abgasen aus einer Brennkraftmaschine bekannt geworden, welches stromabwärts der Brennkraftmaschine einen Oxidationskatalysator besitzt, stromabwärts dessen ein SCR Katalysator vorgesehen ist und stromabwärts dessen wiederum ein Partikelfilter vorgesehen ist.
  • Bei diesem bekannten System wird Harnstoff über eine Eindüsstelle stromaufwärts des SCR Katalysators eingetragen. Dieses flüssige Medium muss vor der Reaktion in dem SCR Katalysator verdampft werden, wozu eine entsprechend lang ausgebildete Strecke zur Verdampfung notwendig ist.
  • Anhand der auf die Anmelderin zurückgehenden unveröffentlichten Patentanmeldung 10 2009 019 676.5 ist eine Einrichtung bekannt geworden, mit der Ammoniak in gasförmigem Zustand stromaufwärts des Reduktionskatalysators in die Abgasleitung eingebracht werden kann, wobei es sich bei dieser bekannten Einrichtung um eine einfache Düse handelt.
  • Um im Reduktionskatalysator eine möglichst effiziente Umsetzung der sauerstoffhaltigen Abgasen zu erreichen und gleichzeitig den Anteil an Ammoniak im Abgasstrom zu verringern, der die Abgasleitung nach der Umsetzung im Reduktionskatalysator verlässt, soll eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas angestrebt werden.
  • Zu diesem Zweck ist es nach der vorstehend genannten bekannten Einrichtung vorgesehen, stromaufwärts des Reduktionskatalysators eine Mischstrecke mit Drall und/oder Turbulenz erzeugenden Mitteln anzuordnen, die für eine effiziente Durchmischung des Ammoniaks und des Abgases sorgen. Obwohl es sich hier um eine effiziente Anordnung handelt, weist sie trotzdem Raum für Verbesserungen auf dahingehend, dass über eine effiziente Einbringung des Ammoniaks in das Abgas die Vermischung des Ammoniaks und des Abgases verbessert werden kann.
  • Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die bekannte Vorrichtung hinsichtlich des Erreichens der Gleichverteilung des Ammoniaks im Abgas der Brennkraftmaschine zu verbessern.
  • Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
  • Nach der Erfindung ist eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx Reduktion des sauerstoffhaltigen Abgases im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine vorgesehen, mit einem stromabwärts der Brennkraftmaschine vorgesehenen Oxidationskatalysator und einem Reduktionskatalysator und einer Einrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung stromaufwärts des Reduktionskatalysators in einem gasförmigen Aggregatszustand, wobei die Einrichtung mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen zur verteilten Einbringung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom ausgebildet ist.
  • Damit wird eine möglichst gute Gleichverteilung der gegenüber dem Abgasvolumenstrom geringen Menge des Ammoniaks im Abgas erreicht, da das Ammoniak über die Mehrzahl der Austrittsöffnungen der erfindungsgemäßen Einrichtung bereits verteilt in den Abgasstrom eingetragen wird. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Einrichtung eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen zum Eintragen von Ammoniak in den Abgasstrom aufweist, so dass das Reduktionsmittel nicht zentral an einer Stelle in den Abgasstrom eingebracht wird, wie dies beispielsweise bei einer zentral angeordneten Düse der Fall wäre, sondern an mehreren Stellen in den durch die Abgasleitung strömenden Abgasstrom eingebracht wird.
  • Durch den verteilten Eintrag des Ammoniaks in den Abgasstrom kann in Abhängigkeit von der Zahl der Austrittsöffnungen und deren Anordnung beispielsweise in einer Querschnittsfläche der Abgasleitung die zusätzliche Anordnung von Drall und/oder Turbulenz erzeugender Mittel in der Abgasleitung vermieden werden, was beispielsweise dann von Vorteil ist, wenn aufgrund der Ausgestaltung der Abgasleitung eine solche Anordnung von Mitteln nicht oder nur schwer realisierbar ist. Auch wird durch das Weggelassen dieser Mittel ein Kostenvorteil erzielt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen hinsichtlich ihrer Zahl und/oder Querschnitte in Abhängigkeit der Verteilung des Abgases in der Abgasleitung angeordnet sind derart, dass am Eintritt in den Reduktionskatalysator weit gehend Gleichverteilung des Reduktionsmittels im Abgas gegeben ist. Über eine beispielsweise mittels Sensoren am Prüfstand durchgeführte Erfassung der Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom kann ermittelt werden, in welcher Zahl und/oder mit welchem Querschnitt die Austrittsöffnungen angeordnet werden, um eine möglichst effiziente Gleichverteilung zu erzielen. So ist es beispielsweise möglich, in Bereichen mit höheren Abgasmassenstromdichten in der Abgasanlage eine größere Zahl von Austrittsöffnungen vorzusehen, als etwa in Bereichen mit niedrigeren Abgasmassenstromdichten. Auch kann alternativ hierzu oder zusätzlich die Querschnittsfläche der einzelnen Austrittsöffnungen in den Bereichen mit höheren Abgasmassenstromdichten zum Austritt größerer Massenströme am Reduktionsmittel vergrößert werden.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen zumindest weit gehend senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Eindringtiefe des Reduktionsmittels in den Abgasmassenstrom vergrößert werden.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform ist es aber auch vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen im Winkel zur Strömungsrichtung des Abgasmassenstroms angeordnet sind. So können die Austrittsöffnungen auch so vorgesehen sein, dass durch den Abgasmassenstrom ein Unterdruck im Bereich um die Austrittsöffnungen herum erzeugt wird, was zu einer Beschleunigung des aus den Austrittsöffnungen austretenden Reduktionsmittels führt, und das Reduktionsmittel vom Abgasmassenstrom mitgerissen und intensiv mit diesem verwirbelt wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen an mindestens einer rohrstückförmigen Fluidleitung angeordnet sind, die sich in die Abgasleitung hinein erstreckt. Die Fluidleitung kann verschiedene Querschnittsflächenformen aufweisen, die Querschnittsfläche kann beispielsweise kreisförmig, elliptisch, rechteckförmig ausgebildet sein, auch ist es möglich, dass beispielsweise bei einer rechteckförmigen Ausbildung der Fluidleitung eine Ecke der Fluidleitung in Axiallängsrichtung der Abgasleitung vorne liegt, also der Abgasmassenstrom von der Ecke geteilt wird und in Richtung nach außen beschleunigt wird, so dass stromabwärts der Fluidleitung ein Unterdruck entsteht und das Reduktionsmittel in diesem Unterdruckbereich beschleunigt aus der Fluidleitung ausgetragen wird.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die Fluidleitung eine Außenwand der Abgasleitung durchsetzt und in einem Winkel von weit gehend Null Grad bis weit gehend 180 Grad zur Längsrichtung der Abgasleitung angeordnet ist.
  • Dadurch wird erreicht, dass die Abgasleitung nur an einer Stelle von der Fluidleitung durchsetzt wird und sich die Fluidleitung innerhalb der Abgasleitung in mehrere Segmente aufteilt, die wiederum unterschiedliche Längserstreckungen aufweisen können und beispielsweise eine senkrechte Ausrichtung der Fluidleitung relativ zur Außenwand der Abgasleitung möglich ist oder auch eine in Strömungsrichtung des Abgasstromes geneigte Ausrichtung, wodurch größere Längen als der Durchmesser der Abgasleitung an Segmenten der Fluidleitung möglich sind.
  • Nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Fluidleitung weit gehend parallel zueinander angeordnete rohrstückförmige Segmente aufweist, die mit unterschiedlicher Längserstreckung ausbildbar sind und weit gehend im rechten Winkel zur Längsrichtung der Abgasleitung angeordnet sind. Die Segmente erstrecken sich bei dieser Ausführungsform ähnlich einem Rechen quer über die Breite der Abgasleitung und können beispielsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnete Austrittsöffnungen besitzen.
  • Es ist nach der Erfindung aber auch vorgesehen, dass die Fluidleitung rohrstückförmige Segmente aufweist, die mit sich zumindest entlang eines Teilbereichs der Längserstreckung der Segmente veränderndem Abstand zueinander angeordnet sind und der Abstand in Abhängigkeit der Massenstromdichte des Abgases in der Abgasleitung einstellbar ist. So ist es möglich, dass die Segmente dort einen geringen Abstand zueinander aufweisen, wo die Dichte des Abgasmassenstroms in der Abgasleitung hoch ist und somit pro Volumenelement des Abgases eine hohe Zahl an Austrittsöffnungen gegeben ist und sich die Abstände zwischen den Segmenten in Richtung zu geringeren Abgasmassenstromdichten hin vergrößern.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass die Fluidleitung spiralförmig oder mäanderförmig ausgebildet ist, so dass über eine einzelne Fluidleitung beziehungsweise ein einzelnes Segment der Fluidleitung eine große Länge der Fluidleitung darstellbar ist, die sich beispielsweise quer zur Abgasleitung erstreckt und bezüglich der Fertigungskosten im Vergleich mit einer aus mehreren Segmenten gebildeten Fluidleitung ein Vorteil erreicht werden kann.
  • Ganz allgemein ist es nach der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, dass die Austrittsöffnungen in Bereichen mit turbulentem Abgasstrom innerhalb der Abgasleitung vorgesehen sind, in Strömungsrichtung des Abgases also auch beispielsweise im Strömungsschatten der das Reduktionsmittel führenden Fluidleitung.
  • Schließlich ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass in der Abgasleitung in Strömungsrichtung des Abgases mehrere der vorstehend beschriebenen Einrichtungen vorgesehen sind, wodurch sich die Zahl der Austrittsöffnungen für das Reduktionsmittel deutlich erhöhen lässt.
  • Die Erfindung sieht auch noch vor, dass das Reduktionsmittel gasförmiges Ammoniak ist und stromaufwärts und/oder stromabwärts der Einrichtung eine Mischstrecke mit Drall und/oder Turbulenz erzeugenden Mitteln vorgesehen ist, so dass die Gleichverteilung des Reduktionsmittels im Abgas weiter verbessert werden kann.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit daran angeschlossener Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung und Querschnittsansicht;
  • 3 eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung und Querschnittsansicht
  • 4 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittdarstellung und zwei Querschnittsansichten;
  • 5 eine Detailansicht zum Strömungsverlauf um ein Segment einer Fluidleitung mit kreisförmigem Querschnitt; sowie
  • 6 eine Darstellung ähnlich derjenigen nach 5 mit einem rechteckförmigen Segment der Fluidleitung.
  • Bei der in 1 der Zeichnung dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um einen 6-Zylinder Dieselmotor, der über einen vom Abgas beaufschlagte Turbine 2 angetriebenen Verdichter 3 zwangsbeatmet wird.
  • Im Abgasstrang 4 befindet sich ein Oxidationskatalysator (DOC) stromabwärts der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, dem stromabwärts ein Reduktionskatalysator 6 (SCR) nachgeschaltet ist.
  • Stromaufwärts des Reduktionskatalysators 6 ist eine Einrichtung 7 zur Einbringung eines Reduktionsmittels in der Form von gasförmigem Ammoniak vorgesehen. Die Einrichtung 7 besitzt eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 14, über die Ammoniak aus einem nicht näher dargestellten Behälter in den Abgasstrang 4 eingetragen wird.
  • Der Eintrag von gasförmigem Ammoniak in die Abgasleitung 8 ist dabei so vorgesehen, dass am Eintritt 9 des Reduktionskatalysators weit gehend Gleichverteilung des Ammoniaks im Abgas der Brennkraftmaschine 1 gegeben ist.
  • Es ist dabei vorgesehen, dass die Gleichverteilung beispielsweise während eines Prüfstandslaufs der Brennkraftmaschine 1 bei der Abstimmung der Brennkraftmaschine im Werk verifiziert wird. Zu diesem Zweck können am Motorenprüfstand eine für die spätere Serienfertigung vorgesehene Brennkraftmaschine 1 und ein für die spätere Serienfertigung vorgesehener Abgasstrang 4 im Bereich des Eintritts 9 des SCR Katalysators 6 mit über die Fläche des Eintritts 9 verteilt angeordneten Sensoren zur Detektion von Ammoniak im Gemisch aus Ammoniak und Abgas appliziert werden, so dass die Ammoniakverteilung im Abgas bestimmt werden kann.
  • Da es sich bei der Brennkraftmaschine 1 und dem Abgasstrang 4 ansonsten um für die Serienfertigung vorgesehene Bauteile handelt, ist nach dem Prüfstandslauf eine Anordnung getroffen worden, die für die spätere Serienfertigung übernommen werden kann und bei der dann auch nach dem Einbau der Brennkraftmaschine 1 und dem Abgasstrang 4 in das Fahrzeug am Eintritt 9 des SCR Katalysators 6 zumindest weit gehend Gleichverteilung des Reduktionsmittels im Abgas vorliegt.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform befindet sich die Einrichtung 7 für den Eintrag des Ammoniaks in die Abgasleitung 8 an einer Stelle der Abgasleitung 8 angeordnet, an der in der Abgasleitung 8 eine turbulente Strömung vorliegt. Auf diese Weise kann die für die Vermischung des Ammoniaks im Abgas vorgesehene Mischstrecke 11 hinsichtlich ihrer Längserstreckung reduziert werden, so dass sich das die Brennkraftmaschine 1 verlassende Abgas bis zum Eintritt in den SCR Katalysator 6 nicht so weit abgekühlt hat, wie dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Dies wiederum trägt dazu bei, dass die Umsetzung im SCR Katalysator 6 früher einsetzt, als dies bei der bekannten Vorrichtung der Fall ist, so dass auch entsprechend früher der Austrag von Stickoxiden aus dem Ende der Abgasleitung 8 endet.
  • Wie es darüber hinaus die Zeichnung auch zeigt, können im Bereich der Abgasleitung 8 auch Mittel 10 vorgesehen sein, die Drall und/oder Turbulenz im Abgasstrom erzeugen, so dass die Verteilung des Ammoniaks im Abgas weiter in Richtung zur angestrebten Gleichverteilung hin optimiert werden kann. Diese Mittel 10 befinden sich dabei in einer Mischstrecke 11 angeordnet und kommen dann zum Einsatz, wenn am Prüfstandslauf festgestellt wird, dass die angestrebte Gleichverteilung am Eintritt 9 des SCR Katalysators 6 ohne die Mittel 10 nicht in der gewünschten Weise erreicht wird. Die Applikation der Mittel 10 hängt dabei von der gewählten Konfiguration der Abgasleitung 8 sowie der Brennkraftmaschine 1 ab, so dass sich bei einer Kombination aus Brennkraftmaschine 1 und Abgasleitung 8die Applikation der Mittel 10 zur Erzeugung von Drall und/oder Turbulenz als notwendig herausstellen kann, während bei einer anderen Kombination aus einer anderen Brennkraftmaschine 1 und einer anderen Abgasleitung 8 die Mittel 10 entbehrlich sind, da die angestrebte Gleichverteilung des Reduktionsmittels im Abgas am Eintritt 9 des Reduktionskatalysators 6 in der angestrebten Weise auch ohne die Applikation der Mittel 10 erreicht wird.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform ist stromabwärts des SCR Katalysators 6 ein Dieselpartikelfilter 12 vorgesehen, mit dem Rußpartikel aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 entfernt werden können. Stromaufwärts des Dieselpartikelfilters 12 kann optional eine Einrichtung 13 zum Eintrag von Wärme in das Abgas vor dem Dieselpartikelfilter 12 vorgesehen sein, um die die für die Regeneration des Dieselpartikelfilters 12 erforderliche Temperatur bereitzustellen.
  • 2 der Zeichnung zeigt in der rechten Darstellung eine Querschnittsansicht durch die Abgasleitung 8 und in der linken Darstellung einen Schnitt A-A mit einer Fluidleitung 15, die sich in mehrere parallel zueinander angeordnete Segmente 16 mit einer Vielzahl von weit gehend senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases angeordneten Austrittsöffnungen 14 aufteilt. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Fluidleitung 15 drei Segmente auf, wobei das mittlere Segment die größte Längserstreckung besitzt. Die in der rechten Darstellung innerhalb der Abgasleitung 8 vorgesehenen Pfeile zeigen die Austrittsrichtung des Reduktionsmittels in das Abgas an.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform sind sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Fluidleitung 15 Mittel 10 zur Erzeugung von Turbulenz beziehungsweise Drall vorgesehen, wobei diese Darstellung lediglich der Erläuterung dient und andere Ausführungsformen möglich sind, die ohne solche Mittel 10 arbeiten.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt der Einrichtung 7 eine Verteilungsleitung 17, über die Ammoniak zu den einzelnen Segmenten 16 zugeführt wird, wobei es anhand der Zeichnung ersichtlich ist, dass diese Verteilungsleitung 17 sowohl innerhalb als auch außerhalb der Abgasleitung 8 angeordnet sein kann, wie es durch die zwei dargestellten Verteilungsleitungen 17 angedeutet wird, wobei einer tatsächlichen Ausführungsform nur eine Verteilungsleitung 17 erforderlich ist.
  • 3 der Zeichnung zeigt eine modifizierte Ausführungsform der Einrichtung 7, wiederum in zwei Darstellungen, nämlich in der rechten Darstellung einer Querschnittsansicht und in der linken Darstellung in einem Schnitt A-A. Bei dieser Darstellung befindet sich die Verteilungsleitung 17 außerhalb der Abgasleitung 8 angeordnet, die Fluidleitung 15 weist bei dieser Ausführungsform fünf Segmente 16 auf, deren Abstand zueinander sich in Abhängigkeit der Abgasmassenstromdichten innerhalb der Abgasleitung 8 verändert. In einem Bereich mit hoher Abgasmassenstromdichte, der in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist, ist der Abstand zwischen den Segmenten 16 kleiner als in dem Bereich außerhalb des gestrichelten Bereichs, da auf diese Weise dort, wo hohe Abgasmassenstromdichten auftreten, mehr Ammoniak zudosiert werden kann, während in den Bereichen mit weniger hohen Abgasmassenstromdichten weniger Ammoniak eingetragen wird, insgesamt also eine gute gleichförmige Verteilung, nämlich Maße Ammoniak pro Maße Abgas, erreicht werden kann.
  • Eine ähnliche Wirkung kann auch erreicht werden, wenn die Zahl der Austrittsöffnungen in den Bereichen mit kleineren Abgasmassenstromdichten verringert wird oder die Austrittsöffnungen verkleinert werden und demgemäß in den Bereichen mit hohen Abgasmassenstromdichten die Zahl der Austrittsöffnungen vergrößert wird beziehungsweise die Querschnitte der Austrittsöffnungen vergrößert werden.
  • In der linken Zeichnungshälfte der 3 tritt das Abgas wieder stromaufwärts der Fluidleitung 15 in die Abgasleitung 8 ein, wird dort mit dem aus der Fluidleitung 15 austretenden Ammoniak vermischt, wobei durch die größere Zahl der Stromfäden 18 in der oberen Hälfte als in der unteren Hälfte der Abgasleitung 8 die höhere Abgasmassenstromdichte symbolisiert werden soll, wie dies anhand der Querschnitts Darstellung der 3 ersichtlich ist. In dem Bereich mit mir Stromfäden 18 sind auch mehr Austrittsöffnungen 14 vorgesehen.
  • 4 zeigt in der linken Darstellung wieder einen Schnitt A-A mit optional vorgesehenen Mitteln 10 zur Erzeugung von Drall und/oder Turbulenz und einer Fluidleitung 15. Hierbei kann es sich um die in der mittleren Darstellung der 4 gezeigte spiralförmige Fluidleitung 15 handeln oder um die in der rechten Darstellung der 4 ersichtliche mäanderförmige Fluidleitung 15.
  • Sowohl die spiralförmige als auch die mäanderförmige Fluidleitung 15 besitzen eine Vielzahl von in 4 nicht näher dargestellten Austrittsöffnungen, über die Ammoniak in den Abgasstrom eingetragen werden kann, um am Eintritt 9 vor den SCR Katalysator 6 eine möglichst gleichförmige Verteilung des Ammoniak im Abgas zu erreichen.
  • Anhand von 5 der Zeichnung ist eine Abgasleitung 8 mit einer Fluidleitung 15 mit Austrittsöffnungen 14 ersichtlich und die rechte Darstellung der 5 zeigt einen Schnitt A-A der linken Darstellung der 5. Die Stromfäden 18 umströmen das Segment 16, an dem weit gehend senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases die Austrittsöffnungen 14 vorgesehen sind. Beim Umströmen des Segments 16 wird im Bereich des Strömungsschattens 19 ein leichter Unterdruck erzeugt, der dass Ausströmen von Ammoniak aus den Austrittsöffnungen 14 unterstützt, darüber hinaus können durch eine Anordnung der Austrittsöffnungen weit gehend senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung 9 die größten Eindringtiefen des Ammoniaks in den Abgasstrom erreicht werden.
  • Anhand von 6 schließlich wird ersichtlich, dass das Segment 16, welches in 5 kreisringförmig vorgesehen ist, nicht notwendigerweise kreisringförmig ausgebildet sein muss. Das in 6 dargestellte Segment 16 ist rechteckförmig, insbesondere rautenförmig ausgebildet, wobei durch diese Ausbildung eine gezielte Turbulenzbildung stromabwärts des Segments 16 erreicht werden kann. Die stärkere Umlenkung der Strömung durch den rautenförmigen Querschnitt lässt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in diesem Bereich ansteigen und unterstützt auf diese Weise die Verteilung des Ammoniaks im Abgas. Zudem nimmt der turbulente Bereich aufgrund der scharfen Abrisskante an den Ecken der Raute zu. Schließlich zeigt 6 in der rechten Darstellung auch noch einen als Winglet bezeichnetes Strömungsbauteil, mit dem an den Segmenten 16 gezielt Turbulenz erzeugt werden kann, um die Gleichverteilung des Ammoniaks im Abgas weiter zu unterstützen.
  • Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Turbine
    3
    Verdichter
    4
    Abgasstrang
    5
    Oxidationskatalysator
    6
    SCR Katalysator
    7
    Einrichtung
    8
    Abgasleitung
    9
    Eintritt
    10
    Mittel
    11
    Mischstrecke
    12
    Dieselpartikelfilter
    13
    Einrichtung zur Temperaturerhöhung
    14
    Austrittsöffnungen
    15
    Fluidleitung
    16
    Segment
    17
    Verteilungsleitung
    18
    Stromfäden
    19
    Winglet
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6928806 B2 [0003]

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx Reduktion des sauerstoffhaltigen Abgases im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (1), mit einem stromabwärts der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Oxidationskatalysator (5) und einem Reduktionskatalysator (6) und einer Einrichtung (7) zur Einbringung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung (8) stromaufwärts des Reduktionskatalysators (6) in einem gasförmigen Aggregatszustand, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (7) mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (14) zur verteilten Einbringung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (14) hinsichtlich ihrer Anzahl und/oder Querschnitte in Abhängigkeit der Verteilung des Abgases in der Abgasleitung (8) angeordnet sind derart, dass am Eintritt in den Reduktionskatalysator (6) weitgehend Gleichverteilung des Reduktionsmittels im Abgas gegeben ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (14) zumindest weitgehend senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (14) im Winkel zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (14) an mindestens einer rohrstückförmigen Fluidleitung (15) angeordnet sind, die sich in die Abgasleitung (8) hinein erstreckt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (15) eine Außenwand der Abgasleitung (8) durchsetzt und in einem Winkel von weitgehend Null Grad bis weitgehend 180 Grad zur Längsrichtung der Abgasleitung (8) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (15) weitgehend parallel zueinander angeordnete rohrstückförmige Segmente (16) aufweist, die mit unterschiedlicher Längserstreckung ausbildbar sind und weitgehend im rechten Winkel zur Längsrichtung der Abgasleitung (8) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (15) rohrstückförmige Segmente (16) aufweist, die mit sich zumindest entlang eines Teilbereichs der Längserstreckung der Segmente (16) veränderndem Abstand zueinander angeordnet sind und der Abstand in Abhängigkeit der Massenstromdichte des Abgases in der Abgasleitung (8) einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (15) eine spiralförmige oder mäanderförmige Konfiguration aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (15) eine im Querschnitt kreisförmige oder von einer solchen kreisförmigen Konfiguration abweichende Konfiguration aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittsöffnungen (14) in Bereichen mit turbulentem Abgasstrom innerhalb der Abgasleitung (8) vorsehbar sind.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Axiallängsrichtung der Abgasleitung (8) mindestens eine Einrichtung (7) mit Austrittsöffnungen (14) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel gasförmiges Ammoniak ist und stromaufwärts und/oder stromabwärts der Einrichtung eine Mischstrecke (11) mit Drall und/oder Turbulenz erzeugenden Mitteln (10) vorgesehen ist.
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