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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungs-System für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungs-System, und eine Verwendung einer Luftstromdüse.
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Bei Abgasnachbehandlungs-Systemen für Brennkraftmaschinen, die eine Katalysatoreinrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist zur katalytischen Umsetzung von wenigstens einer Abgaskomponente mit einem Reaktionsmittel, ergibt sich die Forderung, dass das Reaktionsmittel in einen Strömungspfad des Abgases eindosiert werden muss. Hierzu ist typischerweise eine Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung entlang eines Strömungspfads des Abgases durch das Abgasnachbehandlungs-System gesehen stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung angeordnet. Für eine effiziente Umsetzung der Abgaskomponente mit dem Reaktionsmittel an der Katalysatoreinrichtung ist es erforderlich, dass das Reaktionsmittel innig mit dem Abgas vermischt, vorzugsweise verdampft, und gegebenenfalls chemisch zu einer dann letztlich an der Katalysatoreinrichtung reagierenden Komponente umgesetzt wird. Hierzu sind speziell im Großmotorenbereich in der Regel lange Dosier- und Gemischaufbereitungsstrecken notwendig, was den für das Abgasnachbehandlungs-System erforderlichen Bauraum vergrößert. Ist in dem Abgasnachbehandlungs-System eine Turbine, beispielsweise von einem Abgasturbolader, vorgesehen, kann diese als Mischer verwendet werden, indem die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung stromaufwärts der Turbine angeordnet wird. Dies verkürzt die Mischstrecke erheblich. Es zeigt sich allerdings, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung typischerweise gegen den Abgasdruck stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung und insbesondere stromaufwärts der Turbine arbeiten muss, wobei insbesondere im letzten Fall ein Druck von ungefähr 5 bis 6 bar in einer Abgasleitung herrschen können, in welche das Reaktionsmittel eindosiert werden soll. Wird ein Druckzerstäuber eingesetzt, benötigt dieser einen Reaktionsmittelvordruck von mindestens 10 bar, vorzugsweise von mehr als 10 bar, um eine für die Reaktionsmittelaufbereitung in Hinblick auf eine effiziente Reaktion an der Katalysatoreinrichtung ausreichende Zerstäubungsqualität zu gewährleisten.
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Dabei hängt die über eine Druckzerstäuberdüse abfallende Druckdifferenz zur Erzeugung einer bestimmten Zerstäubungsqualität quadratisch von dem Durchfluss an Reaktionsmedium durch die Druckzerstäuberdüse, also von einer gewünschten Dosiermenge ab. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines hohen Dynamikbereichs für den Vordruck der Druckzerstäuberdüse. Die insoweit insbesondere benötigten, hohen Drücke sind nur mit vergleichsweise hohem Aufwand erzielbar, was auch mit hohen Kosten verbunden ist. Im Übrigen erzeugen Druckzerstäuber typischerweise ein vergleichsweise grobes Spray, also insbesondere vergleichsweise große Reaktionsmittel-Tröpfchen, sodass zur Gemischaufbereitung lange Aufenthaltszeiten in dem Abgasnachbehandlungs-System erforderlich sind, um das Reaktionsmittel vollständig zu verdunsten und innig mit dem Abgas zu vermischen. Es sind auch Zerstäuberdüsen bekannt, die ein Spray mithilfe von Druckluft erzeugen. Dies bedeutet einen hohen technischen Aufwand, um Druckluft in Form von Druckbehältern und/oder mittels eines Kompressors bereitzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasnachbehandlungs-System, eine Brennkraftmaschine und eine Verwendung einer Luftstromdüse zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Abgasnachbehandlungs-System für eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches eine Katalysatoreinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zur katalytischen Umsetzung von wenigstens einer Abgaskomponente mit einem Reaktionsmittel. Das Abgasnachbehandlungs-System weist außerdem eine entlang eines Strömungspfads des Abgases durch das Abgasnachbehandlungs-System gesehen stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung angeordnete Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung auf. Das Abgasnachbehandlungs-System zeichnet sich dadurch aus, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung wenigstens eine Abgasstromdüse aufweist. Unter einer „Abgasstromdüse“ wird eine Zerstäubereinrichtung verstanden, die als abgasgestützte Zerstäubereinrichtung ausgebildet ist, wobei sie insbesondere eingerichtet ist, um das Reaktionsmittel – insbesondere ausschließlich – mittels des Abgasstroms entlang des Strömungspfads zu zerstäuben. Insbesondere ist die Abgasstromdüse eingerichtet, um – vorzugsweise ausschließlich – aerodynamische Kräfte des Abgasstroms, insbesondere Scherkräfte, zur Zerstäubung des Reaktionsmittels zu nutzen. Auf eine Druckgasquelle, die eingerichtet ist zur Unterstützung des Zerstäubungsvorgangs, insbesondere einen Druckluftbehälter und/oder einen Kompressor, wird bevorzugt verzichtet; die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung weist also bevorzugt keine Druckgasquelle auf, die eingerichtet ist zur Unterstützung des Zerstäubungsvorgangs, oder ist frei von einer solchen Druckgasquelle. Das Abgasnachbehandlungs-System weist Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Insbesondere ist es mit einer Abgasstromdüse möglich, ein sehr feines Spray mit insbesondere kleiner Tröpfchengröße zu erzeugen, sodass eine Mischstrecke stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung – insbesondere aufgrund kurzer Verdunstungszeiten des Sprays – verkleinert werden kann. Hierdurch sinkt der Bauraumbedarf des Abgasnachbehandlungs-Systems. Weiterhin basiert die Funktionsweise einer Abgasstromdüse darauf, dass das Reaktionsmittel im Wesentlichen durch aerodynamische Kräfte des in der Abgasleitung, in welcher die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung angeordnet ist, strömenden Abgases abgeschert und dadurch zerstäubt wird. Die Zerstäubungswirkung beruht also jedenfalls im Wesentlichen nicht auf einer über die Abgasstromdüse abfallenden Druckdifferenz für das Reaktionsmittel, sondern vielmehr auf die in der Abgasleitung wirkenden, aerodynamischen Kräfte und insbesondere auf deren Scherwirkung. Daher ist es bei einer Abgasstromdüse nicht nötig, eine derart hohe Druckdifferenz bereitzustellen, wie dies bei einem Druckzerstäuber nötig ist. Beispielsweise kann der über der Abgasstromdüse abfallende Differenzdruck auf etwa 1 bar reduziert werden, weil er nur noch der Nachförderung von Reaktionsmittel und nicht mehr dessen Zerstäubung dient. Es ist dabei auch weitestgehend möglich, die über der Abgasstromdüse abfallende Druckdifferenz beziehungsweise den Vordruck des Reaktionsmittels stromaufwärts der Abgasstromdüse weitestgehend unabhängig von der gewünschten Dosiermenge, mithin dem Massen- oder Volumenstrom an Reaktionsmittel über die Abgasstromdüse, zu halten. Auch die Sprayqualität ist weitestgehend unabhängig von der Dosiermenge. Das Abgasnachbehandlungs-System kann daher deutlich weniger komplex, einfacher und mit geringerem Aufwand realisierbar und kostengünstiger ausgestaltet sein. Insbesondere können herkömmliche Pumpen zur Förderung des Reaktionsmittels eingesetzt werden. Weiterhin können Druckquellen wie Druckluftbehälter oder Kompressoren zur Unterstützung des Zerstäubungsvorgangs entfallen.
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Der Begriff „Abgaskomponente“ bezeichnet hier und im Folgenden einen chemischen Stoff, der von dem Abgas der Brennkraftmaschine umfasst ist, und der an der Katalysatoreinrichtung katalytisch umgesetzt wird. Dabei kann es sich, muss es aber nicht zwingend um einen chemischen Stoff handeln, der bei einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine entsteht. Vielmehr kann es sich auch um einen chemischen Stoff handeln, der während der Verbrennung nicht oder nicht vollständig umgesetzt wird. Beispielsweise kann es sich bei der Abgaskomponente um Stickoxide oder um Sauerstoff handeln.
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Unter dem Begriff „Reaktionsmittel“ wird ein dem Abgasstrom stromabwärts der Verbrennung zugeführtes Reagens verstanden, welches selbst mit der Abgaskomponente an der Katalysatoreinrichtung umgesetzt wird, oder welches eine Vorläuferkomponente darstellt, die stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung in dem Abgasstrom umgesetzt wird, wobei ein Produkt dieser Umsetzung letztlich an der Katalysatoreinrichtung mit der Abgaskomponente reagiert. Bei dem Reaktionsmittel kann es sich beispielsweise um ein Reduktionmittel, insbesondere um Harnstoff, Ammoniak – gegebenenfalls als Flüssiggas – oder um eine Harnstoff-Wasser-Lösung, oder um einen Kohlenwasserstoff handeln. Unter „Umsetzung mit einem Reaktionsmittel“ wird insofern auch eine katalytische Umsetzung der wenigstens einen Abgaskomponente mit einem aus dem Reaktionsmittel gebildeten Produkt, insbesondere Ammoniak, verstanden.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Abgasnachbehandlungseinrichtung bevorzugt, bei welcher die Katalysatoreinrichtung als Oxidationskatalysator eingerichtet ist. In diesem Fall handelt es sich bei der Abgaskomponente um Sauerstoff, und das Reaktionsmittel ist vorzugsweise ein Kohlenwasserstoff, welcher an dem Oxidationskatalysator mit dem Sauerstoff als Abgaskomponente oxidiert wird.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems, bei welchem die Katalysatoreinrichtung als Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Abgaskomponente ein Stickoxid oder ein Gemisch von Stickoxiden, insbesondere Stickstoffdioxid und/oder Stickstoffmonoxid, wobei das Reaktionsmittel ein Reduktionsmittel, insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung, ist.
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Die Abgasstromdüse ist vorzugsweise als abgasstromgetriebene Luftstromdüse, insbesondere als abgasstromgetriebener Airblast-Zerstäuber, ausgebildet oder weist wenigstens eine solche Luftstromdüse, insbesondere einen solchen Airblast-Zerstäuber, auf. Luftstromdüsen sind allgemein aus dem Flugtriebwerksbau als Zerstäuber für Kraftstoff bekannt. Eine solche Luftstromdüse weist wenigstens einen Filmleger auf, auf den ein Flüssigkeitsfilm aufbringbar ist. Der Flüssigkeitsfilm ist schubspannungsgetrieben an eine Scherkante des Filmlegers transportierbar, wo er durch aerodynamische Scherkräfte eines an dem Filmleger vorbeiströmenden oder den Filmleger umströmenden Gasmassenstroms, hier dem Abgasstrom, zerstäubt wird. Dabei scheren die aerodynamischen Gaskräfte den dünnen Flüssigkeitsfilm an der Scherkante des Filmlegers ab, wobei typischerweise zunächst größere Tropfen entstehen, die sich relativ langsam mit dem Gasstrom bewegen. Auf diese Tropfen wirken auch in dem Gasstrom weiterhin aerodynamische Scherkräfte, was zu einem Sekundärzerfall und letztlich zu einer sehr feinen Zerstäubung führt. Bei einer solchen Luftstromdüse ergibt sich ein sehr hoher Dynamikbereich in der Dosiermenge bei konstanten Sprayeigenschaften.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung eine Turbine vorgesehen ist, vorzugsweise die Turbine eines Turboladers. Die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung ist vorzugsweise stromaufwärts der Turbine angeordnet. Es ist dann möglich, die Turbine als Mischer zu verwenden, was die Mischstrecke für das Reaktionsmittel weiterhin erheblich verkürzt.
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Die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung ist bevorzugt nah, besonders bevorzugt so nah wie möglich, an der Turbine angeordnet. Dabei wirken sich auf die Zerstäubungseigenschaften der Abgasstromdüse besonders günstig die hohen Strömungsgeschwindigkeiten aus, welche nahe an einem Einlass der Turbine wirken. In diesem Bereich wirken auch besonders hohe aerodynamische Kräfte, welche ebenfalls günstig für die Zerstäubungseigenschaften der Abgasstromdüse sind. Dagegen wirkt sich der in diesem Bereich vergleichsweise hohe Druck in der Abgasleitung nicht negativ aus, da die Abgasstromdüse nicht auf einen hohen Reaktionsmittel-Überdruck für die effiziente Zerstäubung des Reaktionsmittels angewiesen ist.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung in oder an einem Einlassabschnitt der Turbine angeordnet oder in den Einlassabschnitt integriert ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung besonders nah an der Turbine anzuordnen. Besonders bevorzugt ist die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung integral mit der Turbine ausgebildet. Die Turbine und die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung können so als ein Bauteil gehandhabt und verbaut werden, was logistisch besonders günstig und mit möglichst geringem Aufwand sowie geringen Kosten verbunden ist.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung in einem Abgasrohr des Abgasnachbehandlungssystems, vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine, angeordnet ist. Bevorzugt wird insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung in dem einem Abgaskrümmer oder Abgassammler, vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine, angeordnet ist.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Abgasstromdüse wenigstens einen Filmleger aufweist. Der Filmleger umgreift vorzugsweise – in Umfangsrichtung gesehen – eine Hauptströmungsrichtung des Abgases in einem Leitungsabschnitt des Abgasnachbehandlungs-Systems umlaufend konzentrisch. Der Filmleger ist dabei vorzugsweise – bevorzugt an seinem stromaufwärtigen Ende – mit einem konzentrisch umlaufenden Ringkanal zur Versorgung mit Reaktionsmittel fluidverbunden. Der Ringkanal kann auch in einer anderen Position relativ zu dem Filmeleger angeordnet sein, beispielsweise – in Hauptströmungsrichtung – mittig an diesem. Insbesondere ist es möglich, dass der Filmleger quasi rohrförmig oder rohrabschnittsförmig ausgebildet ist, wobei er bevorzugt konzentrisch in dem Leitungsabschnitt angeordnet ist. Der Filmleger und/oder der Leitungsabschnitt kann/können bevorzugt konisch ausgebildet sein. Der Ringkanal ist bevorzugt an dem stromaufwärtigen Ende des Filmlegers angeordnet, sodass die Strömungsrichtung des Reaktionsmittels auf dem Filmleger der Hauptströmungsrichtung des Abgases in dem Leitungsabschnitt entspricht. Somit kann die Abgasströmung zusätzlich zur Förderung des Reaktionsmittels entlang des Filmlegers bis zu dessen Scherkante beitragen. An der Scherkante des Filmlegers wird das Reaktionsmittel durch die aerodynamischen Kräfte des Abgasstroms abgeschert. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung des Filmlegers, seiner Befestigungen und Zuleitungen ist besonders unkompliziert und einfach herzustellen, insbesondere durch einfache Montage oder in einem generativen Fertigungsverfahren, beispielsweise 3D-Drucken. Sie ist weiterhin kostengünstig.
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Der Filmleger wird bevorzugt durch wenigstens einen Steg in dem Leitungsabschnitt gehalten, wobei der wenigstens eine Steg bevorzugt einerseits an einer Wandung des Leitungsabschnitts und andererseits an dem Ringkanal festgelegt ist, wobei der Filmleger selbst seinerseits an dem Ringkanal angeordnet ist. Insbesondere trägt der Ringkanal vorzugsweise den Filmleger. Vorzugsweise ist der wenigstens eine Steg auch eingerichtet zur Versorgung des Ringkanals mit Reaktionsmittel, wobei er eine Durchgangsbohrung aufweist, welche den Ringkanal insbesondere mit einer Versorgungsleitung außerhalb des Leitungsabschnitts verbindet. Besonders bevorzugt ist eine Mehrzahl von Stegen vorgesehen, welche den Filmleger und den Ringkanal konzentrisch in dem Leitungsabschnitt halten, und welche vorzugsweise in gleichen Winkelabständen zueinander, also rotationssymmetrisch um den Filmleger und den Ringkanal herum angeordnet sind. Insbesondere wird ein Ausführungsbeispiel mit drei Stegen bevorzugt.
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Es ist möglich, dass jeder Steg eine Durchgangsbohrung für Reaktionsmittel aufweist. Der Ringkanal ist bevorzugt in eine Mehrzahl separater Kammern, insbesondere drei Kammern, unterteilt, wobei vorzugsweise jede der Kammern mit jeweils einem der Stege in Fluidverbindung ist. Auf diese Weise kann eine separate Versorgung der Kammern des Ringkanals mit Reaktionsmittel über die Stege vorgesehen sein. Dies erleichtert eine Dosierung des Reaktionsmittels.
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Besonders bevorzugt sind die derart gebildeten Reaktionsmittel-Zuleitungen schaltbar ausgebildet, wobei insbesondere stromaufwärts der Stege oder in die Stege integriert ansteuerbare Ventileinrichtungen vorgesehen sind, durch welche die über die Stege zu dem Ringkanal führenden Fluidpfade öffenbar und schließbar sind. Auf diese Weise kann eine sehr einfache Anpassung einer Dosierung des Reaktionsmittels erfolgen.
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Es ist möglich, dass an dem Filmleger und/oder an dem Ringkanal ein Drallerzeugungsmittel, insbesondere ein Drallgitter, angeordnet ist, um dem Abgasstrom, welcher den Filmleger umströmt und durch den Filmleger strömt, einen Drall zu vermitteln. Dies erhöht die Effizienz der Zerstäubung durch die Abgasstromdüse.
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Es ist auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems möglich, bei welchem wenigstens ein ebener Filmleger – insbesondere in Form eines ebenen Flügels – der Abgasstromdüse in einem Leitungsabschnitt des Abgasnachbehandlungs-Systems angeordnet ist. Vorzugsweise ist der wenigstens eine ebene Filmleger mittig in dem Leitungsabschnitt angeordnet.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung eine Mehrzahl von Abgasleitelementen aufweist, die insbesondere – in Umfangsrichtung gesehen – voneinander beabstandet an einer Drallerzeugungseinrichtung für das Abgas angeordnet sind, wobei wenigstens eines der Abgasleitelemente als Filmleger ausgebildet ist. Die Drallerzeugungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um das Abgas bereichsweise radial umzulenken. Dabei wird hier unter eine Axialrichtung insbesondere eine Hauptströmungsrichtung des Abgases entlang eines Leitungsabschnitts des Abgasnachbehandlungs-Systems, in welchem die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung angeordnet ist, verstanden, wobei eine radiale Richtung senkrecht auf der Axialrichtung steht. Eine Umfangsrichtung umgreift die Axialrichtung konzentrisch. Die Abgasleitelemente sind vorzugsweise eingerichtet, um dem sie radial umströmenden oder radial zwischen ihnen strömenden Abgas einen Drall zu vermitteln.
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Vorzugsweise ist eine Mehrzahl der Abgasleitelemente, besonders bevorzugt sind alle Abgasleitelemente, als Filmleger ausgebildet. Insoweit wird insbesondere auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung eine Mehrzahl von Filmlegern aufweist, die insbesondere als – in Umfangsrichtung gesehen – voneinander beabstandete Abgasleitelemente an einer Drallerzeugungseinrichtung für das Abgas angeordnet sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Leitungsabschnitt eine Verengung auf, die durch eine sich ausgehend von einer Innenwandung des Leitungsabschnitts radial einwärts erstreckende Montageplatte gebildet wird, wobei die Montageplatte eine zentrale Ausnehmung aufweist, durch die Abgas strömen kann. Die Abgasleitelemente und/oder Filmleger sind vorzugsweise auf der Montageplatte angeordnet, wobei auf den Abgasleitelementen und/oder Filmlegern wiederum – durch die Abgasleitelemente und/oder Filmleger in Axialrichtung von der Montageplatte beabstandet – eine Stauplatte angeordnet ist. Die Stauplatte bildet ein stromaufwärtiges Ende der Drallerzeugungseinrichtung, wobei die Montageplatte ein stromabwärtiges Ende der Drallerzeugungseinrichtung bildet. Von stromaufwärts heranströmendes Abgas wird durch die Stauplatte radial nach außen geleitet, und strömt zwischen den Abgasleitelementen und/oder Filmlegern hindurch zu der Ausnehmung, wo es wiederum in axialer Richtung umgelenkt wird und durch die Ausnehmung der Montageplatte axial weiterströmt. Die Abgasleitelemente und/oder Filmleger wirken dabei als Leitschaufeln, welche dem radial zwischen ihnen strömenden Abgas einen Drall versetzen. Hierzu weisen sie bevorzugt eine geeignete, aerodynamische Geometrie auf.
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Die Stauplatte weist bevorzugt eine dem heranströmenden Abgas zugewandte, konvexe oder bombierte Stirnseite auf, welche in besonders effizienter Weise das heranströmende Abgas radial nach außen leitet. Die Stirnseite kann aber auch eben ausgebildet sein. An einer stromabwärtigen Endfläche, auf der die Filmleger angeordnet sind, weist die Stauplatte vorzugsweise eine Strömungsleitgeometrie, vorzugsweise einen zentralen Dom oder Wulst, auf, welche mittig angeordnet und insoweit konzentrisch von den Filmlegern umgeben ist. Diese Strömungsleitgeometrie dient einer effizienten Umlenkung des Abgases, welches zwischen den Filmlegern heranströmt, in axialer Richtung und damit einer Durchleitung des Abgases durch die Ausnehmung in der Montageplatte. Die Strömungsleitgeometrie kann aber auch in beliebiger anderer Form, insbesondere konvex, konkav, oder auch als Bohrung, insbesondere auch als Durchgangsbohrung, durch welche Abgas durchströmen kann, ausgebildet sein.
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In der Montageplatte ist vorzugsweise wenigstens eine Ringnut zur Versorgung der Filmleger mit Reaktionsmittel angeordnet. Vorzugsweise weist die Montageplatte wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, separate Ringnuten auf, wobei verschiedene Filmleger, insbesondere unmittelbar einander benachbarte Filmleger, mit verschiedenen Ringnuten in Fluidverbindung sind. Die über die Ringnuten gebildeten Zuleitungen für das Reaktionsmittel sind vorzugsweise schaltbar, besonders bevorzugt bezüglich ihres Durchströmquerschnitts einstell-, steuer- und/oder regelbar, insbesondere ist bevorzugt jeder Ringnut ein ansteuerbares Ventil zugeordnet.
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Es ist möglich, dass an der stromaufwärtigen Stirnseite der Stauplatte ein zusätzliches Drallerzeugungsmittel angeordnet ist, welches zusätzlich dem heranströmenden Abgas einen Drall vermittelt. Dieses kann beispielsweise eine Mehrzahl von Leitflügeln aufweisen, die an der Stirnfläche angeordnet sind.
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Indem die Filmleger als Abgasleitelemente einer Drallerzeugungseinrichtung dienen, kann die Zerstäubung besonders effizient erfolgen, weil das einen Drall aufweisende Abgas besonders hohe aerodynamische Scherkräfte an den Filmlegern erzeugt. Weiterhin ist es möglich, dass von einem Filmleger abgelöste, größere Tropfen auf einen – in Umfangsrichtung gesehen – benachbarten Filmleger aufprallen und dort einen weiteren Flüssigkeitsfilm bilden, der seinerseits wiederum durch Scherkräfte des Abgasstroms zerstäubt wird.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, bei welchem wenigstens ein Filmleger, bevorzugt eine Mehrzahl von Filmlegern, an einer Umfangswandung eines Leitungsabschnitts angeordnet ist/sind, vorzugsweise zwischen ebenfalls an der Umfangswandung angeordneten Leitschaufeln, welche dem Abgasstrom einen Drall vermitteln und/oder diesen radial umlenken. Dabei tragen die durch das Abgas erhitzten Leitschaufeln dazu bei, dass das an den Scherkanten der Filmleger zerstäubte Reaktionsmittel besonders schnell verdunstet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Filmleger temperierbar, insbesondere kühlbar, ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass der wenigstens eine Filmleger mit einer Kühlleitung fluidverbunden ist, über welche dem Filmleger ein Kühlmedium zuführbar ist. Alternativ oder zusätzlich kommt auch eine Kühlung des wenigstens einen Filmlegers über ein thermoelektrisches Element, beispielsweise ein Peltier-Element, oder in anderer geeigneter Weise infrage. Eine Kühlung des Filmlegers hat den Vorteil, dass das typischerweise hitzeempfindliche Reaktionsmittel auf dem Filmleger stabilisiert werden kann, sodass es nicht vorzeitig altert, zerfällt oder zersetzt wird. Es ist auch möglich, dass der wenigstens eine Filmleger – elektrisch oder durch Beaufschlagen mit einem Heizmedium – beheizbar ist. Dies kann insbesondere in einer Startphase einer Brennkraftmaschine günstig sein, um schnell eine Zieltemperatur an der Scherkante des Filmlegers zu erreichen. Durch Temperieren des Filmlegers ist die Scherkante in einem vorbestimmten Zieltemperaturbereich – vorzugsweise gesteuert oder geregelt – haltbar.
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Bevorzugt ist zusätzlich oder alternativ wenigstens eine der Leitschaufeln temperierbar, insbesondere kühlbar.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung wenigstens eine Zuleitung für Reaktionsmittel zu dem wenigstens einen Filmleger aufweist, wobei die wenigstens eine Zuleitung vorzugsweise schaltbar ist. Insbesondere ist in der Zuleitung vorzugsweise ein schaltbares oder ansteuerbares Ventil angeordnet, durch welches die Zuleitung für das Reaktionsmittel sperrbar und freigebbar ist. Bevorzugt ist ein variabel ansteuerbares Ventil vorgesehen, mittels dem – insbesondere gesteuert oder geregelt – eine variable Steuerung eines Reaktionsmittelstroms durch die Zuleitung verwirklichbar ist. Vorzugsweise weist die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung eine Mehrzahl von Zuleitungen zu einer Mehrzahl von Filmlegern auf, wobei bevorzugt jedem Filmleger eine Zuleitung zugeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass mehreren Filmlegern eine gemeinsame Zuleitung zugeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass mindestens zwei Gruppen von Filmlegern existieren, wobei verschiedenen Gruppen von Filmlegern verschiedene Zuleitungen zugeordnet sind. Die verschiedenen Zuleitungen sind vorzugsweise separat schalt- oder ansteuerbar, wobei sie besonders bevorzugt separat schalt- oder ansteuerbare Ventile aufweisen.
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Über die Zuleitung und insbesondere über eine schalt- oder ansteuerbare Zuleitung ist es besonders einfach und vorzugsweise zugleich feinfühlig möglich, eine dem Abgas zuzudosierende Reaktionsmittelmenge zu beeinflussen, insbesondere zu steuern oder zu regeln.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung wenigstens ein Drallerzeugungsmittel aufweist, das eingerichtet ist, um durch die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung oder um die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung strömendem Abgas einen Drall zu vermitteln. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Drallgitter, um Leitschaufeln, Leitbleche oder andere geeignete Elemente handeln. Das Drallerzeugungsmittel ist vorzugsweise an einem stromaufwärtigen Ende der Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung angeordnet, sodass das Abgas die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung bereits mit Drall passiert. Hierdurch kann die Qualität der Zerstäubung durch die Abgasstromdüse bei gleichzeitig optimiertem Gesamtdruckverlust weiter verbessert werden.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems bevorzugt, welches sich durch eine Spüleinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zum Spülen der wenigstens einen Zuleitung. Die Spüleinrichtung weist vorzugsweise eine Fluidverbindung auf, die eingerichtet ist zur Verbindung der Zuleitung mit einer Druckluftquelle, insbesondere einem Ladeluftstrang einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise stromabwärts eines Verdichters, oder mit einer anderen Druckluft- oder Druckgasquelle zum Spülen, und zugleich zum Trennen der Zuleitung von einem Reaktionsmittel-Reservoir. Mittels der Spüleinrichtung ist die wenigstens eine Zuleitung – insbesondere vor ihrer Deaktivierung – entleerbar, sodass eine thermische Schädigung, insbesondere eine Zersetzung von in der Zuleitung angeordnetem Reaktionsmittel vermieden werden kann.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Abgasnachbehandlungs-System nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Abgasnachbehandlungs-System erläutert wurden.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine, welche einen Abgasturbolader aufweist, wobei in dem Abgasnachbehandlungs-System eine Turbine des Turboladers angeordnet ist. Dabei ist die Turbine vorzugsweise stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung des Abgasnachbehandlungs-Systems angeordnet, wobei die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung bevorzugt stromaufwärts der Turbine, insbesondere nah an der Turbine, vorzugsweise so nah wie möglich an der Turbine und besonders bevorzugt in oder an einem Einlassabschnitt der Turbine angeordnet oder in den Einlassabschnitt integriert ist. Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, bei welchem die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung integral mit der Turbine ausgebildet ist. Dabei ergeben sich sowohl besonders günstige Zerstäubungsqualitäten als auch eine besonders kurze Mischstrecke für das Reaktionsmittel.
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Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet.
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Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems oder der Brennkraftmaschine bevorzugt, bei welchem vorgesehen ist, dass die Katalysatoreinrichtung eingerichtet ist als Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator). Die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung ist dabei bevorzugt eingerichtet zur Eindosierung eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Harnstoff-Wasser-Lösung, in den Abgasstrom des Abgasnachbehandlungs-Systems.
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Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Verwendung einer Luftstromdüse geschaffen wird, wobei die Luftstromdüse in einer Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung oder als Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung für ein Abgasnachbehandlungs-System, insbesondere für ein Abgasnachbehandlungs-System nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, insbesondere als Abgasstromdüse verwendet wird. Durch die Verwendung einer Luftstromdüse als Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung oder in einer Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung und insbesondere als Abgasstromdüse werden insbesondere die Vorteile erzielt, die bereits in Zusammenhang mit dem Abgasnachbehandlungs-System und/oder der Brennkraftmaschine erläutert wurden.
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Bevorzugt wird eine als Airblast-Zerstäuber ausgebildete Luftstromdüse verwendet, oder eine Luftstromdüse, welche wenigstens einen Airblast-Zerstäuber aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungs-System;
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2 verschiedene Detailansichten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungs-Systems;
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3 verschiedene Detailansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungs-Systems, und
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4 eine Detailansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungs-Systems.
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1 zeigt eine Detail-Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1, die ein Abgasnachbehandlungs-System 3 aufweist. Dieses weist eine hier nur schematisch angedeutete Katalysatoreinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist zur katalytischen Umsetzung von wenigstens einer Abgaskomponente mit einem Reaktionsmittel. Dabei ist die Katalysatoreinrichtung 5 hier bevorzugt als Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) ausgebildet, wobei als Abgaskomponente Stickoxide, insbesondere Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid, mit einem Reduktionsmittel, insbesondere mit aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung freigesetztem Ammoniak, als Reaktionsmittel an dem Katalysator umgesetzt werden.
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Entlang eines Strömungspfads des Abgases durch das Abgasnachbehandlungs-System 3 gesehen stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung 5 ist eine Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 angeordnet, welche wenigstens eine, hier genau eine Abgasstromdüse 9 aufweist. Es ist mittels der Abgasstromdüse 9 möglich, ein sehr feines Spray zu erzeugen, ohne dass ein hoher Differenzdruck über der Abgasstromdüse 9 ausgebildet werden muss. Die Abgasstromdüse ist daher sehr effizient und zugleich einfach aufgebaut und kostengünstig bereitstellbar.
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Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 1 weist einen Turbolader 11 auf, wobei eine Turbine 13 des Turboladers 11 in dem Abgasnachbehandlungs-System 3 stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung 5 angeordnet ist. Die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 ist wiederum stromaufwärts der Turbine 13 angeordnet. Die Turbine 13 treibt über eine Welle einen Verdichter 15 an, welcher in einem nicht näher dargestellten Ladepfad der Brennkraftmaschine 1 zur Verdichtung von Verbrennungsluft oder einem Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch vorgesehen ist.
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Die Abgasstromdüse 9 ist hier insbesondere in einem Einlassabschnitt 17 der Turbine 13 angeordnet, wobei es möglich ist, dass sie in den Einlassabschnitt 17 integriert und/oder mit der Turbine 13 integral ausgebildet ist.
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Abgas strömt aus Brennräumen der Brennkraftmaschine in einen Abgassammler 19, der als Abgaskrümmer ausgebildet sein kann. Von dem Abgassammler 19 gelangt das Abgas über den Einlassabschnitt 17 und somit auch über die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 in die Turbine 13 und von dieser wiederum zu der Katalysatoreinrichtung 5. Von der Katalylsatoreinrichtung 5 aus strömt das Abgas weiter, wobei es möglich ist, dass wenigstens eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente von dem Abgasnachbehandlungs-System 3 umfasst ist, oder dass das Abgas direkt zu einem Auslass des Abgasnachbehandlungs-Systems 3, insbesondere zu einem Auspuff der Brennkraftmaschine 1 strömt. Es ist auch möglich, dass stromaufwärts der hier dargestellten Katalysatoreinrichtung 5 wenigstens eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente vorgesehen ist.
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Die Turbine 13 dient als Teil einer Mischstrecke zur innigen Durchmischung des Reaktionsmittels mit dem Abgas. Da eine solche Durchmischung in der Turbine 13 sehr effizient geschieht, kann die Länge der Mischstrecke insgesamt deutlich reduziert werden. Zugleich zeigt sich, dass in dem Einlassabschnitt 17 der Turbine 13 eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, sodass hohe aerodynamische Scherkräfte an der Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 auftreten, welche eine effiziente Spraybildung mit sehr guten Sprayeigenschaften fördern.
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2 zeigt in mehreren Detailansichten ein erstes Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungs-Systems 3, hier insbesondere ein erstes Ausführungsbeispiel der Reaktionsmitteldosiereinrichtung 7, und insbesondere das Ausführungsbeispiel, welches auch in 1 dargestellt ist. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Abgasstromdüse 9 weist gemäß 2a) einen Filmleger 21 auf, wobei dieser bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel – in Umfangsrichtung gesehen – umlaufend konzentrisch um eine durch einen Pfeil P dargestellte Hauptströmungsrichtung des Abgases in einem hier von der Reaktionsmitteldosiereinrichtung 7 gebildeten Leitungsabschnitt 23 des Abgasnachbehandlungs-Systems 3 angeordnet ist. Das Abgas strömt dabei im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 durch einen von dem Filmleger 21 umgriffenen, radial inneren Bereich, wobei es den Filmleger 21 zugleich in einem radial äußeren Bereich umströmt. Der Filmleger 21 umgreift nämlich einerseits eine zentrale Ausnehmung 25, durch welche Abgas strömen kann, wobei er mit radialem Abstand von einer Innenwandung 27 des Leitungsabschnitts 23 in diesem angeordnet und insbesondere gehalten ist.
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Der Filmleger 21 ist an seinem stromaufwärts ausgerichteten Ende mit einem konzentrisch umlaufenden Ringkanal 29 zur Versorgung mit Reaktionsmittel in Fluidverbindung. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Ringkanal 29 den Filmleger 21 trägt.
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Der Ringkanal 29 wird seinerseits hier von drei – in Umfangsrichtung gesehen – mit gleichem Winkelabstand zueinander, also insbesondere rotationssymmetrisch, angeordneten Stegen 31 in seiner mittigen Position in dem Leitungsabschnitt 23 gehalten, wobei jeder der Stege 31 hier eine Durchgangsbohrung 33 aufweist, die zur Versorgung des Ringkanals 29 mit Reaktionsmittel dient. Der Ringkanal 29 ist bevorzugt in drei separate Kammern unterteilt, wobei jedem der Stege 31 eine Kammer zugeordnet ist. Die Kammern sind fluidisch voneinander getrennt, sodass jede Kammer separat über den ihr zugeordneten Steg 31 mit Reaktionsmittel versorgt werden kann.
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Insoweit sind Zuleitungen 35 für Reaktionsmittel zu dem wenigstens einen Filmleger 21 vorgesehen, welche die Durchgangsbohrungen 33 umfassen. Wenigstens eine der Zuleitungen 35 ist bevorzugt schaltbar ausgebildet. Besonders bevorzugt ist jede der Zuleitungen 35 schaltbar ausgebildet. Eine schaltbare Zuleitung 35 – vorzugsweise jede schaltbare Zuleitung 35 – weist vorzugsweise ein ansteuerbares Ventil auf, durch welche die Zuleitung 35 sperrbar und freigebbar ist. Besonders bevorzugt ist eine – insbesondere kontinuierliche – Veränderung eines Durchströmquerschnitts der schaltbaren Zuleitung 35 möglich. Diese ist dann insbesondere steuer- oder regelbar ausgebildet. Auf diese Weise ist eine sehr einfache Dosierung des Reaktionsmittels möglich. Insbesondere kann bevorzugt jeder der drei Kammern des Ringkanals 29 separat Reaktionsmittel zugeführt werden, oder eine Zuleitung zu der Kammer kann auch gesperrt werden.
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2b) zeigt eine schematische Schnittansicht durch die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 gemäß 2a). Dabei sind hier insbesondere der Filmleger 21, der Ringkanal 29, einer der Stege 31 sowie die in dem Steg 31 ausgebildete Durchgangsbohrung 33 und somit auch die Zuleitung 35 erkennbar. Mit dem Buchstaben D ist ein Detailausschnitt bezeichnet, der in 2c) näher erläutert ist.
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2c) zeigt den Detailausschnitt D gemäß 2b) in vergrößerter Darstellung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich, dass der Filmleger 21 hier in den Ringkanal 29 eingesteckt ist, wobei er sich insbesondere mit einer Zunge 37 in den Ringkanal 29 hinein erstreckt und dort gehalten, vorzugsweise geklemmt ist. Es ist auch möglich, dass die Zunge 37 lediglich einer Ausrichtung des Filmlegers 21 relativ zu dem Ringkanal 29 dient. Jedenfalls ist es möglich, dass der Filmleger 21 zusätzlich oder alternativ formschlüssig, reibschlüssig, stoffschlüssig und/oder durch geeignete Verbindungsmittel mit dem Ringkanal 29 verbunden und insbesondere an diesem befestigt ist, sodass der Ringkanal 29 den Filmleger 21 trägt. Die Zunge 37 ist vorzugsweise an vorbestimmten Positionen – in Umfangsrichtung gesehen – mit Bohrungen versehen, sodass Reaktionsmittel durch die Stege 31 in ein Inneres 39 des Ringkanals 29, insbesondere in Kammern des Ringkanals 29, einströmen kann. Bevorzugt sind drei Bohrungen in der Zunge 37 vorgesehen, welche in montiertem Zustand mit den Durchgangsbohrungen 33 fluchten. Es ist auch möglich, einen solchen Filmleger 21 mit Ringkanal 29 und gegebenenfalls mit seinen Befestigungen und Zuleitungen einstückig in einem generativen Fertigungsverfahren, beispielsweise durch 3D-Drucken, herzustellen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbleibt in montiertem Zustand zwischen dem Ringkanal 29 und dem Filmleger 21 an einer Innenseite, welcher einer gedachten Mittelachse der Hauptströmungsrichtung des Abgases zugewandt ist, ein Spalt 41, durch welchen Reaktionsmittel auf eine Filmlegefläche 43 des Filmlegers 21 ausströmen kann. Auf dieser Filmlegefläche 43 gelangt das Reaktionsmittel zu einer Scherkante 45 des Filmlegers 21, die in 2b) dargestellt ist. Hier wird das Reaktionsmittel durch die aerodynamischen Kräfte des Abgases abgeschert und zerstäubt. Alternativ oder zusätzlich zu dem Spalt 41 ist/sind auch eine Reihe oder ein Array von Bohrungen möglich.
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Der Spalt 41 ist hier radial innen ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass der Spalt 41 radial außen ausgebildet ist, sodass die Filmlegefläche 43 als Außenfläche des Filmlegers 21 ausgebildet ist.
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3 zeigt eine Mehrzahl von Detaildarstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels des Abgasnachbehandlungs-Systems 3 und insbesondere eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Dabei zeigt sich insbesondere in 3a) und 3c), dass die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 eine Mehrzahl von Filmlegern 21 aufweist, die als – in Umfangsrichtung gesehen – voneinander beabstandete Abgasleitelemente an einer Drallerzeugungseinrichtung 47 für das Abgas angeordnet sind. Die Drallerzeugungseinrichtung 47 ist dabei eingerichtet, um das Abgas bereichsweise radial umzulenken. Die Filmleger 21 sind dabei eingerichtet, um dem radial zwischen ihnen strömenden Abgas einen Drall zu vermitteln. Insbesondere sind die Filmleger als Leitschaufeln für das Abgas ausgebildet.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 weist der Leitungsabschnitt 23 eine Verengung 49 auf, welche durch eine von der Innenwandung 27 radial einwärts ragende Montageplatte 51 gebildet wird, welche eine zentrale Ausnehmung 53 aufweist. Die Filmleger 21 sind hier zwischen der Montageplatte 51 und einer Stauplatte 55 angeordnet, wobei die Filmleger 21 insbesondere von der Montageplatte 51 getragen werden, wobei die Filmleger 21 ihrerseits die Stauplatte 55 tragen. Die Stauplatte 55 weist eine dem heranströmenden Abgasstrom zugewandte, hier konvex, insbesondere bombiert, ausgestaltete Stirnseite 57 auf. An einer der Stirnseite 57 und damit dem heranströmenden Abgas abgewandten Endfläche weist die Stauplatte 55 einen zentralen Wulst 59 auf, welcher einer zweiten Umlenkung des Abgases, diesmal in axialer Richtung, dient.
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Heranströmendes Abgas wird durch die bombierte Stauplatte 55 radial nach außen gelenkt, wo es dann durch die Verengung 49 radial umgelenkt wird und zwischen den Filmlegern 21 hindurchströmt, die dem Abgas einen Drall vermitteln. Durch den Wulst 59 unterstützt wird das Abgas wiederum in axialer Richtung umgelenkt und durchströmt die Ausnehmung 53. Dabei dienen die Filmleger 21 als Leitschaufeln für das Abgas.
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3b) zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Filmlegers 21. Dabei ist erkennbar, dass jeder der Filmleger 21 hier vorzugsweise einen Spalt 41 zur Versorgung der Filmlegefläche 43 mit Reaktionsmittel aufweist, wobei hier eine Druckgegenfläche 61 der Filmleger 21 als Filmlegefläche 43 ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass eine Druckfläche 63 der Filmleger 21 als Filmlegefläche 43 ausgebildet ist, wobei dann in der Druckfläche 63 einen Spalt 41 vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass nicht jedes der Abgasleitelemente als Filmleger ausgebildet ist. Der Spalt 41 ist bei einem nicht als Filmleger ausgebildeten Abgasleitelement nicht vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Spalt 41 ist/sind auch eine Reihe oder ein Array von Bohrungen möglich.
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3c) zeigt eine schematische Draufsicht auf den Zusammenbau der Stauplatte 55 mit den Filmlegern 21. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei zeigt sich hier insbesondere Folgendes: Wird die Druckgegenfläche 61 als Filmlegefläche 43 genutzt, prallen insbesondere größere Tropfen des Reaktionsmittels, die von der Scherkante 45 abgelöst werden, auf eine gegenüberliegende Druckfläche 63 eines benachbarten Filmlegers 21 und benetzen diese. Auf diese Weise wirkt die gegenüberliegende Druckfläche 63 ihrerseits wiederum als Filmlegefläche, wobei die derart aufgeprallten Tropfen wiederum an der Scherkante 45 – und diesmal feiner – zerstäubt werden. Auf diese Weise können die Sprayeigenschaften der Abgasstromdüse 9 noch verbessert werden.
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3d) zeigt eine weitere Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei sind hier zwei Zuleitungen 35 für Reaktionsmittel erkennbar. Diese sind mit zwei fluidisch voneinander getrennten, in der Montageplatte 51 angeordneten Nuten 65 fluidverbunden, wobei jede der Nuten 65 eine bestimmte Anzahl oder Gruppe von Filmlegern 21 mit Reaktionsmedium versorgt. Dabei werden einander unmittelbar benachbarte Filmleger 21 von verschiedenen Nuten 65 mit Reaktionsmittel versorgt. Dabei versorgt von den insgesamt hier vorhandenen acht Filmlegern jede der Nuten 65 jeweils vier Filmleger mit Reaktionsmittel. Die Versorgung erfolgt – wie bereits angedeutet – in Umfangsrichtung gesehen – alternierend durch die verschiedenen Nuten 65.
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3e) zeigt eine schematische Darstellung einer Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels der Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7. Dabei ist hier auf der Stirnseite 57 der Stauplatte 55 ein Drallerzeugungsmittel 67 mit einer Mehrzahl von Leitschaufeln angeordnet, von denen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine mit dem Bezugszeichen 69 bezeichnet ist. Die Leitschaufeln 69 bewirken eine besonders effiziente Ablenkung des Abgases radial nach außen im Bereich der Stirnseite 57 und vermitteln dem Abgas zudem bereits einen Drall, bevor dieses in die Drallerzeugungseinrichtung 47 einströmt und durch die Filmleger 21 einen Drall erhält.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Abgasnachbehandlungs-Systems 3 und insbesondere einer Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei weist auch hier die Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 eine Mehrzahl von Filmlegern 21 auf, die auch als – in Umfangsrichtung gesehen – voneinander beabstandete Abgasleitelemente an einer Drallerzeugungseinrichtung 47 für das Abgas angeordnet sind, wobei die Drallerzeugungseinrichtung 47 eingerichtet ist, um das Abgas bereichsweise radial umzulenken, und wobei die Filmleger 21 eingerichtet sind, um dem radial zwischen ihnen strömenden Abgas einen Drall zu vermitteln. Die Filmleger 21 sind hier allerdings an der Innenwandung 27, die eine innere Umfangswandung des Leitungsabschnitts 23 ist, angeordnet, vorzugsweise dort befestigt, wobei die Filmleger 21 zwischen Leitschaufeln 69 angeordnet sind. Die Filmleger 21 sind auch selbst als Leitschaufeln ausgebildet, allerdings sind hier die zwischen den Filmlegern angeordneten Leitschaufeln 69 bevorzugt größer ausgebildet als die Filmleger 21.
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Vorzugsweise werden die Filmleger 21 über eine Wandung 71 des Leitungsabschnitts 23 mit Reaktionsmittel versorgt.
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Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Abgasnachbehandlungs-Systems 3 und der Brennkraftmaschine und insbesondere mithilfe der als Abgasstromdüse 9 ausgebildeten Reaktionsmittel-Dosiereinrichtung 7 eine sehr effiziente, zuverlässige Zerstäubung eines Reaktionsmittels bei vergleichsweise geringem Aufwand und in kostengünstiger Weise verwirklicht werden kann.
