DE102016118972A1

DE102016118972A1 - Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016118972A1
Application number: DE102016118972.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Döring
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: Doering Andreas De
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12
Also published as: KR20180038374A; CN107916975A; JP2018059508A; FI20175870A; JP6991820B2

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (1) einer insbesondere mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, mit einem Katalysator (2), der in einem Reaktorraum (3) positioniert ist, mit einer zum Reaktorraum (3) und damit zum Katalysator (2) führenden Abgaszuleitung (4) und mit einer vom Katalysator (3) und damit vom Reaktorraum (3) wegführenden Abgasableitung (5), wobei einem stromabwärtigen Ende (6) der Abgaszuleitung (4), mit dem die Abgaszuleitung (4) in den Reaktorraum (3) mündet, eine Abgasumlenkungseinrichtung (7) zugeordnet ist, welche das über das stromabwärtige Ende (6) der Abgaszuleitung (4) in den Reaktorraum (3) einströmende Abgas mindestens einmal um in etwa 180° oder mindestens einmal um 180° umlenkt, und wobei die Abgasumlenkungseinrichtung (7) eine Entlastungseinrichtung (8) umfasst, die bei einem zu hohen Abgasdruck öffnet, um das Abgas an dem Katalyastor (2) vorbei zu führen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer insbesondere mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung 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 entstehen. Daher sind solchen Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme zugeordnet, die der Reinigung, insbesondere der Entstickung, des die Brennkraftmaschine verlassenden Abgases dienen.
Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas kommen in aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen in erster Linie sogenannte SCR-Katalysatoren zum Einsatz. In einem SCR-Katalysator erfolgt eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, wobei für die Reduktion der Stickoxide Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel benötigt wird. Das Ammoniak (NH₃) bzw. eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, wie zum Beispiel Urea, 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.
Insbesondere dann, wenn es sich bei der Brennkraftmaschine um eine mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine wie zum Beispiel um einen Gasmotor handelt, kann sich in einer zu dem Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere in einer zu einem SCR-Katalysator führenden Abgaszuleitung, ein explosionsfähiges Gemisch ausbilden. Dann, wenn ein derartiges explosionsfähiges Gemisch explodiert, können im Bereich des Katalysators größte Druckspitzen auftreten, wodurch der Katalysator sowie ein den Katalysator aufnehmender Reaktorraum unkontrolliert zerstört werden können. Daher werden die Baugruppen von Abgasnachbehandlungssystemen derart dimensioniert, dass dieselben bei einer Explosion im Abgastrakt entstehende Druckspitzen sicher auffangen können. Dies resultiert in einem großen Materialaufwand, einer großen Masse bzw. einem hohen Gewicht und damit hohen Kosten.
Es besteht Bedarf daran, ein Abgasnachbehandlungssystem für eine insbesondere mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebene Brennkraftmaschine derart auszulegen, dass dann, wenn eine Explosion im Abgastrakt auftritt, hierbei entstehende Druckspitzen kontrolliert abgefangen werden können, um insbesondere den Katalysator keiner erhöhten Belastung auszusetzen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist einem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung, mit dem die Abgaszuleitung in den Reaktorraum mündet, eine Abgasumlenkungseinrichtung zugeordnet ist, welche das über das stromabwärtige Ende der Abgaszuleitung in den Reaktorraum einströmende Abgas stromaufwärts des Katalysators mindestens einmal um in etwa 180° oder mindestens einmal um 180° umlenkt, wobei die Abgasumlenkungseinrichtung eine Entlastungseinrichtung umfasst, die bei einem zu hohen Abgasdruck öffnet, um das Abgas an dem Katalysator vorbei zu führen.
Dann, wenn der Abgasdruck des Abgases im Bereich der Abgaszuleitung stromaufwärts der Abgasumlenkung z.B. infolge einer Explosion im Abgastrakt steigt, wird die Entlastungseinrichtung geöffnet, um das Abgas an dem Katalysator vorbeizuführen. Die Entlastungseinrichtung ist dabei Bestandteil der Abgasumlenkungseinrichtung, die das Abgas, welches aus dem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung austritt, mindestens einmal um in etwa 180°, vorzugsweise mindestens einmal um 180°, umlenkt. Hierdurch kann vermieden werden, dass bei einer Explosion entstehende Druckspitzen in den Bereich des Katalysators gelangen und den Katalysator beschädigen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Entlastungseinrichtung als selbsttätig öffnende Entlastungseinrichtung ausgebildet, insbesondere als Bersteinrichtung, die bei einem zu hohen Abgasdruck bricht. Diese Ausführung der Entlastungseinrichtung der Abgasumlenkungseinrichtung ist konstruktiv besonders einfach und daher bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Abgasumlenkungseinrichtung die Entlastungseinrichtung, die sich mit einem definierten Abstand zum stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung in etwa senkrecht oder senkrecht zu einer Längsachse der Abgaszuleitung und damit in etwa senkrecht oder senkrecht zu einer Abgaströmung durch die Abgaszuleitung erstreckt, und vorzugsweise ferner angrenzend an die Entlastungseinrichtung ein rohrartiges Strömungsführungselement, welches sich ausgehend von der Entlastungseinrichtung in Richtung auf das stromabwärtige Ende der Abgaszuleitung erstreckt und das das stromabwärtige Ende der Abgaszuleitung außen zumindest abschnittsweise umgibt. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Umlenkung des Abgases mindestens einmal um 180° bzw. mindestens einmal um in etwa 180° bei geschlossener Entlastungseinrichtung möglich. Dann, wenn die Entlastungseinrichtung bei einem zu hohen Abgasdruck öffnet, strömt das Abgas am Katalysator vorbei und wird von der Abgasumlenkungseinrichtung nicht umgelenkt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die Abgaszuleitung einen ersten Strömungsquerschnitt auf, wobei zwischen der Abgaszuleitung und der Abgasumlenkungseinrichtung ein Überstömquerschnitt ausgebildet ist, der vom Durchmesser der Abgaszuleitung im Bereich des stromabwärtigen Endes und vom Abstand zwischen dem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung und der Entlastungseinrichtung der Abgasumlenkungseinrichtung abhängig ist, und wobei die Abgasumlenkungseinrichtung einen zweiten Strömungsquerschnitt definiert, wobei der Überstömquerschnitt größer als der erste Strömungsquerschnitt und/oder der zweite Strömungsquerschnitt größer als der Überstömquerschnitt ist. Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt, um einen Abgasdruck ausgehend von der Abgaszuleitung in Richtung auf den Reaktorraum definiert einzustellen.
Der Abstand zwischen dem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung und der Entlastungseinrichtung der Abgasumlenkungseinrichtung beträgt vorzugsweise zwischen 0,1·U/π und 0,8·U/π, wobei U der Umfang der Abgaszuleitung am stromabwärtigen Ende ist. Dieser Abstand ist bevorzugt, um besonders vorteilhafte die mindestens einfache 180°-Umlenkung des Abgases im Bereich der Abgasumlenkungseinrichtung zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 13 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: ein Detail eines ersten Abgasnachbehandlungssystems;
2: ein Detail eines zweiten Abgasnachbehandlungssystems; und
3: ein Detail eines dritten Abgasnachbehandlungssystems.
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit einem gasförmigen Kraftstoff, wie zum Beispiel Erdgas, betriebenen Brennkraftmaschine. Bei einer solchen Brennkraftmaschine kann es sich zum Beispiel um einen Gasmotor eines Schiffs handeln.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Abgasnachbehandlungssystem 1 im Bereich eines einen Katalysator 2 aufnehmenden Reaktorraums 3. Beim Katalysator 2 kann es sich zum Beispiel um einen SCR-Katalysator handeln.
Zum Reaktorraum 3 führt eine Abgaszuleitung 4, mit Hilfe derer Abgas in Richtung auf den Reaktorraum 2 und damit in Richtung auf den Katalysator 2 geführt werden kann. Von dem Reaktorraum 3 führt eine Abgasableitung 5 weg, die dem Abführen des über den Katalysator 2 geführten Abgases aus dem Reaktorraum 3 dient.
Gemäß 1 mündet die Abgaszuleitung 4 mit einem stromabwärtigen Ende 6 in den Reaktorraum 3. Dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 ist eine Abgasumlenkungseinrichtung 7 zugeordnet, welche das über das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 in den Reaktorraum 3 einströmende Abgas stromaufwärts des Katalysators 2 mindestens einfach bzw. mindestens einmal um in etwa 180° oder mindestens einmal um 180° umlenkt, nämlich in 1 mehrfach, insbesondere zweifach. In etwa 180° bedeutet 180° ± 10°.
Die Abgasumlenkungseinrichtung 7 umfasst eine Entlastungseinrichtung 8 sowie ein an die Entlastungseinrichtung 8 angrenzendes Strömungsführungselement 9, welches sich ausgehend von der Entlastungseinrichtung 8 in Richtung auf das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 erstreckt und welches das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 außen zumindest abschnittsweise umgibt.
Dann, wenn die Entlastungseinrichtung 8 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 geschlossen ist, bewirkt dieselbe im Zusammenspiel mit dem Strömungsführungselement 9 in 1 eine Strömungsumlenkung des aus dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 austretenden Abgases zunächst um 180° sowie nachfolgend eine weitere Strömungsumlenkung des Abgases um wiederum vorzugsweise 180°, bevor das Abgas nachfolgend über den Katalysator 2 strömt und nachfolgend über die Abgasableitung 5 vom Katalysator 2 und Reaktorraum 3 abgeführt wird. Die Abgasströmung bei geschlossener Entlastungseinrichtung 8 ist in 1 durch Pfeile 10 in durchgezogener Linienführung visualisiert.
Dann, wenn der Abgasdruck im Bereich der Abgaszuleitung 4 stromaufwärts der Abgasumlenkung durch die Abgasumlenkungseinrichtung 7 insbesondere infolge einer Explosion im Abgastrakt steigt und demnach der Abgasdruck zu groß wird, öffnet die Entlastungseinrichtung 8, um das Abgas am Katalysator 2 vorbeizuführen, wobei 1 die Abgasströmung bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 mit einem Pfeil 11 in gestrichelter Linienführung visualisiert. Bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 strömt demnach das Abgas aus dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 aus und strömt umlenkungsfrei über einen Bypass 12 in den Bereich der Abgasableitung 5. In 1 durchdringt dabei der Bypass 12 den Katalysator 2 mittig in Verlängerung bzw. in Axialrichtung der Abgaszuleitung 4.
Bei der Entlastungseinrichtung 8 der Abgasumlenkungseinrichtung 7, die im Bereich der Umlenkung des Abgases angeordnet und in geschlossenem Zustand an der Umlenkung beteiligt ist, kann es sich vorzugsweise um eine selbsttätig öffnende Entlastungseinrichtung in Form einer Bersteinrichtung bzw. Berstscheibe handeln, die dann, wenn der Abgasdruck zu groß wird, automatisch bricht und so die Abgasströmung über den Bypass 12 vorbei am Katalysator 2 freigibt. Im Unterschied hierzu kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei der Entlastungseinrichtung 8 um eine aktuatorisch betätigte Entlastungseinrichtung handelt, die dann, wen der Abgasdruck des Abgases zu groß wird, über einen Aktuator geöffnet wird, insbesondere abhängig von einem messtechnisch erfassten Abgasdruck.
Wie 1 weiterhin entnommen werden kann, erstreckt sich die Entlastungseinrichtung 8 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 mit einem definierten Abstand X von dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4. Die Abgaszuleitung 4 ist insbesondere ein im Querschnitt rundes, rohrförmiges Element mit einem Umfang U.
Der Abstand X zwischen der sich mit definiertem Abstand senkrecht zur Längsachse der Abgaszuleitung 4 und damit senkrecht zur Abgasströmung durch die Abgaszuleitung 4 erstreckenden Entlastungseinrichtung 8 und dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 beträgt vorzugsweise zwischen 0,1·U/π und 0,8·U/π.
Die Abgaszuleitung 4 weist im Bereich ihres stromabwärtigen Endes 6 einen Strömungsquerschnitt Q1 auf.
Das Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7, welches das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 außen zumindest abschnittsweise, in 1 radial außen vollständig, umgibt, verfügt über einen dritten Strömungsquerschnitt Q3, wobei unter diesem dritten Strömungsquerschnitt Q3 der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 und dem außen hiervon positionierten Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 zu verstehen ist.
Ferner zeigt 1 einen zweiten Überströmquerschnitt Q2 zwischen dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 und der Abgasumlenkungseinrichtung 7 und die sich somit aus dem Umfang U dieser Leitung und dem Abstand X zwischen der Mündung der Abgasleitung 4 und der Entlastungsvorrichtung 8 ergibt.
Es ist vorgesehen, dass der Überströmquerschnitt Q2 größer gleich dem ersten Strömungsquerschnitt Q1 und/oder der zweite Strömungsquerschnitt Q3 größer gleich dem Überströmquerschnitt Q2 ist.
Insbesondere sind beide Bedingungen erfüllt, insbesondere ist also der Überströmquerschnitt Q2 größer gleich dem ersten Strömungsquerschnitt Q1 und der zweite Strömungsquerschnitt Q3 ist größer gleich dem Überströmquerschnitt Q2.
Es gilt demnach Q3 ≥ Q2 > Q1, Q3 ≥ Q2 ≥ Q1 oder Q3 > Q2 ≥ Q1 oder besonders bevorzugt Q3 > Q2 >Q1.
2 zeigt einen weiteren schematisierten Ausschnitt aus einem zweiten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem 1, welches hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus dem Abgasnachbehandlungssystem 1 der 1 entspricht, weshalb für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 2 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheidet.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist vorgesehen, dass das Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 radial außen vollständig umgibt. Dies ist in 2 nicht der Fall. In 2 umgibt das Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 lediglich abschnittsweise außen und demnach nicht vollständig.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der 2 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 besteht darin, dass beim Ausführungsbeispiel der 2 der Bypass 12, über welchen bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 das Abgas vorbei am Katalysator 2 strömt, nicht in die Abgasableitung 5 mündet und demnach das Abgas nicht in den Bereich der Abgasableitung 5 führt, vielmehr wird in 2 das bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 über den Bypass geführte Abgas in die Umgebung abgelassen. In 2 mündet demnach der Bypass 12 in die Umgebung. In 3 greift der Bypass seitlich am Reaktorraum 3 an.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems 1 zeigt 3. Auch in 3 werden zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet wie in 1 und 2. Es wird wiederum nur auf solche Details eingegangen, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 3 von den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 unterscheidet.
In den 1 und 2 greifen die Abgaszuleitung 4 und die Abgasableitung 5 an gegenüberliegenden Seiten des Reaktorraums 3 an. Dies ist in 3 nicht der Fall. Gemäß 3 greifen die Abgaszuleitung 4 und die Abgasableitung 5 an der gleichen Seite 13 des Reaktorraums 3 an, wobei sich die Abgaszuleitung 4 durch den Katalysator 2 hindurch bis in den Bereich einer gegenüberliegenden Seite 14 des Reaktorraums 3 erstreckt und dort mit ihrem stromabwärtigen Ende 6 in den Reaktorraum 3 mündet. Im Bereich einer Wandung an dieser Seite 14 des Reaktorraums 3 ist dann in 3 die Abgasumlenkungseinrichtung 7 mit der Entlastungseinrichtung 8 und dem Strömungsführungselement 9 ausgebildet, welches, in Übereinstimmung zur 1, das stromabwärtige Ende 6 der Abgaszuleitung 4 wiederum außen vollständig umgibt.
In 3 ist die Entlastungseinrichtung 8 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 Bestandteil einer Wand des Reaktorraums 3 im Bereich der Seite 14 desselben, sodass bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 das Abgas in die Umgebung abgeleitet wird. In 3 ist demnach kein separater Bypass 12 ausgebildet, über den bei geöffneter Entlastungseinrichtung 8 das Abgas am Katalysator 2 vorbeigeführt wird, vielmehr wird dieser Bypass dann unmittelbar durch die geöffnete Wandung des Reaktorraums 3 bereitgestellt.
In 3 wird das Abgas lediglich einmal um 180° von der Abgasumlenkungseinrichtung 7 umgelenkt, nämlich vom Zusammenspiel der geschlossenen Entlastungseinrichtung 8 und dem Strömungsführungselement 9.
In 3 ist zwischen der Abgaszuleitung 4 und der Abgasableitung 5 ein Bypass 15 mit einer in den Bypass 15 integrierten Absperreinrichtung 16 ausgebildet, um bei geöffneter Absperreinrichtung 16 Abgas am Katalysatorraum 3 vorbeizuführen. Dann, wenn die Absperreinrichtung 16 geschlossen ist, wird sämtliches Abgas in Richtung auf den Reaktorraum 3 geführt. Dann hingegen, wenn die Absperreinrichtung 16 des Bypasses 15 geöffnet ist, wird Abgas am Reaktorraum 3 und demnach am Katalysator 2 vorbeigeführt.
3 zeigt weiterhin eine Einbringeinrichtung 17, die der Abgaszuleitung 4 zugeordnet ist, und die dem Einbringen eines Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts des Katalysators 2 dient. Dann, wenn es sich beim Katalysator 2 um einen SCR-Katalysator handelt, handelt es sich bei dem mit Hilfe der Einbringeinrichtung 17 in das Abgas im Bereich der Abgaszuleitung 4 eingebrachten Reduktionsmittel um Ammoniak oder um eine Ammoniakvorläufersubstanz, wie zum Beispiel Urea, die dann im Abgas zu Ammoniak zersetzt wird. Ein derartiges Reduktionsmittel ist für eine effektive Abgasreinigung im Bereich eines SCR-Katalysators erforderlich. Für den Fall, dass die Entlastungseinrichtung 8 geöffnet ist, wird dies, beispielsweise über eine elektrischen Kontakt, detektiert und mit Hilfe einer elektronischen Kontrolleinheit die Zuführung von Reduktionsmittel gestoppt, um ein ungewolltes Austreten von Ammoniak in die Umgebung zu vermeiden.
Allen Ausführungsbeispielen ist demnach gemeinsam, dass das Abgas, welches im Bereich eines stromabwärtigen Endes 6 einer Abgaszuleitung 4 stromaufwärts eines Katalysators 2 austritt und stromaufwärts des Katalysators 2 in einen den Katalysator 2 aufnehmenden Reaktorraum 3 eintritt, über eine Abgasumlenkungseinrichtung 7 mindestens einmal um vorzugsweise 180° scharf umgelenkt wird, wobei diese Abgasumlenkungseinrichtung 7 eine Entlastungseinrichtung 8 aufweist, die dann, wenn ein Abgasdruck des Abgases zum Beispiel infolge einer Explosion des Abgases im Abgastrakt zu groß wird, öffnet, um dann das Abgas am Katalysator 2 vorbeizuführen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Entlastungseinrichtung 8 dabei um eine selbsttätig infolge eines Überdrucks öffnende Berstscheibe. Die Entlastungseinrichtung 8 ist im Bereich der Umlenkung des Abgases angeordnet, Bestandteil der Abgasumlenkungseinrichtung 7 und in geschlossenem Zustand an der Umlenkung des Abgases durch die Abgasumlenkungseinrichtung 7 beteiligt.
Zwischen dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 und der Entlastungseinrichtung 8 der Abgasumlenkungseinrichtung 7, die sich jeweils senkrecht zur Längsrichtung der Abgaszuleitung 4 und damit senkrecht zur Abgasströmung durch die Abgaszuleitung 4 erstreckt, ist ein definierter Abstand X eingehalten, der vorzugsweise zwischen 0,1·U/π und 0,8·U/π beträgt, wobei U der Umfang der Abgaszuleitung 4 im Bereich des stromabwärtigen Endes 6 ist.
Ferner werden bevorzugt definierte Größenverhältnisse bzw. Flächenverhältnisse zwischen den Strömungsquerschnitten Q1, Q2 und Q3 eingehalten, wobei insbesondere gilt:
Q3 ≥ Q2 ≥ Q1
oder bevorzugt
Q3 > Q2 ≥ Q1 oder Q3 ≥ Q2 > Q1
oder besonders bevorzugt
Q3 > Q2 > Q1.
wobei Q1 der erste Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 4 im Bereich des stromabwärtigen Endes 6 ist, wobei Q2 der Überströmquerschnitt zwischen dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 und der Abgasumlenkungseinrichtung 7 ist, und wobei Q3 der freie Strömungsquerschnitt zwischen dem Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 und dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 ist.
Bezugszeichenliste

1: Abgasnachbehandlungssystem
2: Katalysator
3: Reaktorraum
4: Abgaszuleitung
5: Abgasableitung
6: Ende
7: Abgasumlenkungseinrichtung
8: Entlastungseinrichtung
9: Strömungsführungselement
10: Abgasströmung
11: Abgasströmung
12: Bypass
13: Seite
14: Seite
15: Bypass
16: Absperreinrichtung
17: Einbringeinrichtung

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (1) einer insbesondere mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, mit einem Katalysator (2), der in einem Reaktorraum (3) positioniert ist, mit einer zum Reaktorraum (3) und damit zum Katalysator (2) führenden Abgaszuleitung (4) und mit einer vom Katalysator (3) und damit vom Reaktorraum (3) wegführenden Abgasableitung (5), dadurch gekennzeichnet, dass einem stromabwärtigen Ende (6) der Abgaszuleitung (4), mit dem die Abgaszuleitung (4) in den Reaktorraum (3) mündet, eine Abgasumlenkungseinrichtung (7) zugeordnet ist, welche das über das stromabwärtige Ende (6) der Abgaszuleitung (4) in den Reaktorraum (3) einströmende Abgas mindestens einmal um in etwa 180° oder mindestens einmal um 180° umlenkt, und dass die Abgasumlenkungseinrichtung (7) eine Entlastungseinrichtung (8) umfasst, die bei einem zu hohen Abgasdruck öffnet, um das Abgas an dem Katalyastor (2) vorbei zu führen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (8) dann öffnet, wenn der Abgasdruck stromaufwärts der Strömungsumlenkung größer als ein Grenzwert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (8) als selbsttätig öffnende Entlastungseinrichtung ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die selbsttätig öffnende Entlastungseinrichtung (8) als Bersteinrichtung ausgebildet ist, die bei einem zu hohen Abgasdruck bricht.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (8) als über einen Aktuator aktiv zu öffnende Entlastungseinrichtung ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (8) der Abgasumlenkungseinrichtung (7) sich mit einem definierten Abstand (X) zum stromabwärtigen Ende (6) der Abgaszuleitung (4) in etwa senkrecht oder senkrecht zu einer Längsachse der Abgaszuleitung (4) und damit in etwa senkrecht oder senkrecht zu einer Abgasströmung durch die Abgaszuleitung (4) erstreckt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (X) zwischen dem stromabwärtigen Ende (6) der Abgaszuleitung (4) und der Entlastungseinrichtung (8) der Abgasumlenkungseinrichtung (7) zwischen 0,1·U/π und 0,8·U/π beträgt, wobei U der Umfang der Abgaszuleitung (4) am stromabwärtigen Ende (6) ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasumlenkungseinrichtung (7) angrenzend an die Entlastungseinrichtung (8) ein Strömungsführungselement (9) umfasst, welches sich ausgehend von der Entlastungseinrichtung (8) in Richtung auf das stromabwärtige Ende (6) der Abgaszuleitung (4) erstreckt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsführungselement (9) das stromabwärtige Ende (6) der Abgaszuleitung (4) außen zumindest abschnittsweise umgibt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffneter Entlastungseinrichtung (8) das Abgas an dem Katalyastor (2) vorbei in einen Bypass (12) und über den Bypass (12) entweder in die Umgebung oder in die vom Reaktorraum (3) wegführende Abgasableitung (5) strömt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungseinrichtung (8) Bestandteil einer Außenwand des Reaktorraums (3) ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuleitung (4) einen ersten Strömungsquerschnitt (Q1) aufweist, dass zwischen der Abgaszuleitung (4) und der Abgasumlenkungseinrichtung (7) ein zweiter Überstömquerschnitt (Q2) ausgebildet ist, der sich aus dem Durchmesser der Abgaszuleitung (4) im Bereich des stromabwärtigen Endes (6) und vom Abstand zwischen dem stromabwärtigen Ende (6) der Abgaszuleitung (4) und der Entlastungseinrichtung (8) der Abgasumlenkungseinrichtung X (7) ergibt, und dass die Abgasumlenkungseinrichtung (7) einen dritten Strömungsquerschnitt (Q3) definiert, der sich aus dem freien Strömungsquerschnitt zwischen dem stromabwärtigen Ende 6 der Abgaszuleitung 4 und dem außen hiervon positionierten Strömungsführungselement 9 der Abgasumlenkungseinrichtung 7 ergibt, wobei der Überstömquerschnitt (Q2) größer gleich dem ersten Strömungsquerschnitt (Q1) und/oder der dritte Strömungsquerschnitt (Q3) größer gleich dem Überströmquerschnitt (Q2) ist.
Brennkraftmaschine (1), mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.