DE102016205327A1

DE102016205327A1 - Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016205327A1
Application number: DE102016205327.2A
Authority: DE
Inventors: Plamen Toshev; Francis Nana; Andreas Döring
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: Doering Andreas De
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05
Also published as: JP2017187035A; NO20170536A1; FI20175254A; KR20170113337A; CN107269357A; JP6966670B2; CN107269357B

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine, nämlich SCR-Abgasnachbehandlungssystem, mit einem in einem Reaktorraum (10) aufgenommenen SCR-Katalysator (9), mit einer zum Reaktorraum (10) und damit zum SCR-Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8) und mit einer vom Reaktorraum (10) und damit vom SCR-Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas, mit einer von der Abgaszuleitung (8) stromabwärts der Einbringeinrichtung (16) bereitgestellten Mischstrecke (18) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des Reaktorraums (10) bzw. SCR-Katalysators (9), und mit einem Wärmetauscher (25), mit Hilfe dessen thermische Energie des Abgases vom Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators (9) auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators (9) übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem.
Bei Verbrennungsprozessen in stationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel in Kraftwerken zum Einsatz kommen, sowie bei Verbrennungsprozessen in nichtstationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel auf Schiffen zum Einsatz kommen, entstehen Stickoxide, wobei diese Stickoxide typischerweise bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Brennstoffe, wie Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Schweröl oder Dieselkraftstoffen entstehen. Daher sind solchen Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme zugeordnet, die der Reinigung, insbesondere der Entstickung, des die Brennkraftmaschine verlassenden Abgases dienen.
Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas kommen in aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen in erster Linie sogenannte SCR-Katalysatoren zum Einsatz. In einem SCR-Katalysator erfolgt eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, wobei für die Reduktion der Stickoxide Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel benötigt wird. Das Ammoniak 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.
Obwohl mit aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen, die einen SCR-Katalysator umfassen, bereits erfolgreich eine Abgasnachbehandlung, insbesondere eine Stickoxidreduzierung, erfolgen kann, besteht Bedarf daran, die Abgasnachbehandlungssysteme weiter zu verbessern. Insbesondere besteht Bedarf daran, bei einer kompakten Bauform solcher Abgasnachbehandlungssysteme eine effektive Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Wärmetauscher, mit Hilfe dessen thermische Energie des Abgases vom Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators übertragbar ist. Über den Wärmetauscher kann die Abgastemperatur auf ein für die SCR-Behandlung optimales Niveau eingestellt werden. Thermische Energie, die bei der exothermen Reaktion der SCR-Behandlung frei wird und im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators vorliegt, wird auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators übertragen. Hierdurch ist eine effektive Abgasnachbehandlung durch Erhöhung der Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators möglich.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung greifen die Abgaszuleitung und die Abgasableitung an einer gemeinsamen Seite des Reaktorraums an, wobei eine dieser Abgasleitungen die andere dieser Abgasgasleitungen unter Ausbildung des Wärmetauschers abschnittsweise umgibt. Dieser Weiterbildung erlaubt bei einer kompakten und einfachen Bauform eines Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung.
Vorzugweise umgibt die Abgasableitung die Abgaszuleitung benachbart zu der Seite des Reaktorraums, an der beide Abgasgasleitungen angreifen, abschnittsweise außen, wobei ein Abschnitt der Abgaszuleitung, der in Durchströmungsrichtung der Abgaszuleitung gesehen vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysator umströmt ist, einerseits von der Abgasableitung umgeben ist und andererseits innerhalb des Reaktorraums verläuft. Diese Weiterbildung erlaubt bei einer besonders kompakten und einfachen Bauform eines Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung. Insbesondere können Ablagerungen an Wänden der Abgaszuleitung vermieden werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung beträgt ein Verhältnis zwischen einer Länge des SCR-Katalysators und einer Länge eines Abschnitts der Abgaszuleitung, die vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysator umströmt ist, mindestens 1:5, bevorzugt mindestens 1:8, besonders bevorzugt mindestens 1:10. Diese Weiterbildung erlaubt bei einer besonders kompakten und einfachen Bauform eines Abgasnachbehandlungssystems eine effektive Abgasnachbehandlung.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, den Wärmeübergang durch Anhebung des Druckniveaus des Abgases zu erhöhen. Vorteilhaft wird der Absolutdruck auf mindestens 0,2 MPa, vorteilhaft auf mindestens 0,3 MPa, äußerst vorteilhaft auf mindestens 0,4 MPa angehoben. Um auf separate Verdichter zur Anhebung des Abgasdrucks verzichten zu können, bietet es sich an, den Wärmetauscher und damit auch den SCR-Reaktor stromauf wenigstens einer Abgasturbine anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematisierte, perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
2: ein Detail des Abgasnachbehandlungssystems der 1.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer stationären Brennkraftmaschine in einem Kraftwerk oder einer auf einem Schiff zum Einsatz kommenden, nichtstationären Brennkraftmaschine. Insbesondere kommt das Abgasnachbehandlungssystem an einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine zum Einsatz.
1 zeigt eine Anordnung aus einer abgasaufgeladenen Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2 und einem Abgasnachbehandlungssystem 3. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um instationäre oder stationäre Brennkraftmaschine handeln, insbesondere um eine instationär betriebene Schiffsbrennkraftmaschine. Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, wird im Abgasaufladungssystem 2 genutzt, um aus der thermischen Energie des Abgases mechanische Energie zur Verdichtung von dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführender Ladeluft zu gewinnen.
So zeigt 1 eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2, welches mehrere Abgasturbolader umfasst, nämlich einen ersten, hochdruckseitigen Abgasturbolader 4 und einen zweiten, niederdruckseitigen Abgasturbolader 5. Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, strömt zunächst über eine Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 1 und wird in derselben entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in einem Hochdruckverdichter des ersten Abgasturboladers 4 genutzt wird, um Ladeluft zu verdichten. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist stromabwärts des ersten Abgasturboladers 4 der zweite Abgasturbolader 5 angeordnet, über welchen Abgas, welches bereits die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 durchströmt hat, geführt wird, nämlich über eine Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5. In der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 wird das Abgas weiter entspannt und hierbei gewonnene Energie in einem Niederdruckverdichter des zweiten Abgasturboladers 5 genutzt, um ebenfalls die den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Ladeluft zu verdichten.
Zusätzlich zu dem die beiden Abgasturbolader 4 und 5 aufweisenden Abgasaufladungssystem 2 umfasst die Brennkraftmaschine 1 das Abgasnachbehandlungssystem 3, bei welchem es sich um ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem handelt. Das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 ist vorzugweise zwischen die Hochdruckturbine 6 des ersten Verdichters 5 und die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 geschaltet, sodass demnach Abgas, welches die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 verlässt, zunächst über das SCR-Abgasnachbehandlungssystem 3 geführt werden kann, bevor dasselbe in den Bereich der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 gelangt. Dadurch wird der Wärmetauscher bei einem erhöhten Druckniveau betrieben, wodurch sich der Wärmeübergang verbessert.
1 zeigt eine Abgaszuleitung 8, über die Abgas, ausgehend von der Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 in Richtung auf einen SCR-Katalysator 9 (siehe 2) geführt werden kann, der in einem Reaktorraum 10 angeordnet ist.
Ferner zeigt 1 eine Abgasableitung 11, die der Ableitung des Abgases vom SCR-Katalysator 9 in Richtung auf die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 dient.
Ausgehend von der Niederdruckturbine 7 strömt das Abgas über eine Leitung 21 insbesondere ins Freie.
Die zum Reaktorraum 10 und damit zu dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9 führende Abgaszuleitung 8 sowie die vom Reaktorraum 10 und damit vom SCR-Katalysator 9 wegführende Abgasableitung 11 sind über einen Bypass 12 gekoppelt, in den ein Absperrorgan 13 integriert ist. Bei geschlossenem Absperrorgan 13 ist der Bypass 12 verschlossen, sodass über dieselbe kein Abgas strömen kann. Dann hingegen, wenn das Absperrorgan 13 geöffnet ist, kann über den Bypass 12 Abgas strömen, und zwar vorbei am Reaktorraum 10 und demnach vorbei an dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9.
2 verdeutlicht mit Pfeilen 14 die Strömung des Abgases durch das Abgasnachbehandlungssystem 3 bei über das Absperrorgan 13 verschlossenem Bypass 12, wobei 2 entnommen werden kann, dass die Abgaszuleitung 8 in den Reaktorraum 10 mit einem stromabwärtigen Ende 15 mündet, wobei das Abgas im Bereich dieses Endes 15 der Abgaszuleitung 8 eine Strömungsumlenkung um in etwa 180° bzw. annähernd 180° erfährt, und wobei das Abgas nach der Strömungsumlenkung über den SCR-Katalysator 9 geführt wird.
Der Abgaszuleitung 8 des Abgasnachbehandlungssystems 3 ist eine Einbringeinrichtung 16 zugeordnet, über die in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingebracht werden kann, insbesondere Ammoniak oder eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, die benötigt wird, um im Bereich des SCR-Katalysators 9 Stickoxide des Abgases definiert umzusetzen. Bei dieser Einbringeinrichtung 16 des Abgasnachbehandlungssystems 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Einspritzdüse, über welche das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz in den Abgasstrom innerhalb der Abgaszuführleitung 8 eingedüst wird. 2 verdeutlicht mit einem Kegel 17 die Eindüsung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom im Bereich der Abgaszuleitung 8. Die Strecke des Abgasnachbehandlungssystems 3, die in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 liegt, wird als Mischstrecke 18 bezeichnet. Insbesondere stellt die Abgaszuleitung 8 stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 eine Mischstrecke 18 bereit, in welcher das Abgas mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 gemischt werden kann.
Die Abgaszuleitung 8 mündet mit dem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10. Diesem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 ist ein Prallelement 20 zugeordnet, welches relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Prallelement 20 relativ zum Ende 15 der Abgaszuleitung 8, welches in den Reaktorraum 10 mündet, linear verlagerbar.
Das Prallelement 20 ist relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar, um entweder die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 abzusperren oder dieselbe am stromabwärtigen Ende 15 freizugeben. Dann, wenn das Prallelement 20 die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 absperrt, ist vorzugsweise das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 geöffnet, um das Abgas dann vollständig am SCR-Katalysator 9 bzw. an dem den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraum 10 vorbeizuführen.
Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, kann das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 entweder vollständig geschlossen oder auch zumindest teilweise geöffnet sein. Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, ist die Relativposition des Prallelement 20 relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 insbesondere von dem Abgasmassenstrom durch die Abgaszuleitung 8 und/oder von der Abgastemperatur des Abgases in der Abgaszuleitung 8 und/oder von der Menge des über die Einbringeinrichtung 16 in den Abgasstrom eingebrachten Reduktionsmittels abhängig.
Eine weitere Funktion des Prallelements 20 bei freigegebenem, stromabwärtigem Ende 15 der Abgaszuleitung 8 besteht darin, dass ggf. im Abgasstrom vorhandene Tropfen flüssigen Reduktionsmittels auf das Prallelement 20 gelangen, dort abgefangen und zerstäubt werden, um zu vermeiden, dass derartige Tropfen flüssigen Reduktionsmittels in den Bereich des SCR-Katalysators 9 gelangen. Über die Relativposition des Prallelements 20 zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 bei freigegebenem stromabwärtigen Ende 15 kann insbesondere festgelegt werden, ob das Abgas, welches im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 im Bereich des Prallelements 20 umgelenkt wird, stärker in Richtung auf radial innen positionierte Sektionen oder stärker in Richtung auf radial außen positionierte Sektionen des SCR-Katalysators 9 geleitet bzw. gelenkt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Abgaszuleitung 8 im Bereich ihres stromabwärtigen Endes 15 unter Ausbildung eines Diffusors trichterförmig aufgeweitet. Hierdurch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 im Bereich des stromabwärtigen Endes 15, wobei, wie insbesondere 2 entnommen werden kann, vorgesehen sein kann, dass sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 der Strömungsquerschnitt derselben zunächst verringert. So zeigt 2, dass der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 für das Reduktionsmittel zunächst in etwa konstant ist, sich dann zunächst allmählich verjüngt und schließlich im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 erweitert. Diese Erweiterung des Strömungsquerschnitts am stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 erfolgt dabei vorzugwseise über einen kürzeren Abschnitt der Abgaszuleitung 8, als derjenige Abschnitt, über den sich die Abgaszuleitung 8 vor dem stromabwärtigen Ende 15 zunächst verjüngt. An derjenigen Axialposition der Abgaszuleitung 8, an welcher sich der Strömungsrichtung derselben zunächst allmählich verjüngt, ist radial außen von der Abgaszuleitung 8 der SCR-Katalysators 9 angeordnet.
Das Prallelement 20 ist vorzugsweise an einer der Abgaszuleitung 8 zugewandten Seite 22 unter Ausbildung einer Strömungsführung für das Abgas gewölbt ist, vorzugsweise glockenartig gewölbt. Die Seite 22 des Prallelements 20, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 zugewandt ist, weist an einem radial inneren Abschnitt des Prallelements 20 einen geringeren Abstand zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 auf als an einem radial äußeren Abschnitt derselben. Das Prallelement 20 ist demnach im Zentrum der Seite 22 in Richtung auf das stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases eingezogen bzw. gewölbt.
Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, greifen die Abgaszuleitung 8 und die Abgasableitung 11 an einer ersten Seite 24 des Reaktorraums 10 gemeinsamen an bzw. münden oder erstrecken sich ausgehend von dieser gemeinsamen Seite 24 in den Reaktorraum 10 hinein.
Dabei erstreckt sich die Abgaszuleitung 8 derart in den Reaktorraum 10 hinein, dass das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 benachbart zu einer der ersten Seite 24 des Reaktorraums 10 gegenüberliegenden zweiten Seite 23 des Reaktorraums 10 positioniert ist, wohingegen die Abgasableitung 11 an der ersten Seite 24 in den Reaktorraum 10 mündet. Über die Abgaszuleitung 8 zugeführtes Abgas wird demnach im Bereich der zweiten Seite 23 des Reaktorraums 10, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 gegenüberliegt, um in etwa 180° umgelenkt, strömt dann über den SCR-Katalysator 9 und anschließend über die zweite Seite 24 in den Bereich der Abgasableitung 11. Zwischen der ersten Seite 24 des Reaktorraums 10 und der gegenüberliegenden zweiten Seite 23 des Reaktorraums 10 erstrecht sich eine im Querschnitt vorzugweise runde Wandung 19 des Reaktorraums 10.
Erfindungsgemäß umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 3 einen Wärmetauscher 25, mit Hilfe dessen thermische Energie des Abgases vom Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 übertragbar ist. Thermische Energie, die bei der exothermen Reaktion der SCR-Behandlung frei wird und im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 vorliegt, wird auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 übertragen. Hierdurch kann die Abgastemperatur auf ein für die SCR-Behandlung optimales Niveau eingestellt und eine effektive Abgasnachbehandlung ermöglicht werden.
Die Abgaszuleitung 8 und die Abgasableitung 11 greifen gemeinsam an der ersten Seite 24 des Reaktorraums 10 an, wobei eine dieser Abgasleitungen 8, 11 die andere dieser Abgasgasleitungen 8, 11 unter Ausbildung des Wärmetauschers 25 abschnittsweise umgibt. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel umgibt die Abgasableitung 11 die Abgaszuleitung 8 benachbart zu der ersten Seite 24 des Reaktorraums 10, an der beide Abgasgasleitungen 8, 11 angreifen, abschnittsweise außen, vorzugsweise konzentrisch.
Hierdurch kann die thermische Energie, die im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 vorliegt, bei kompakter und einfacher Bauform des Abgasnachbehandlungssystems 3 zuverlässig auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 übertragen werden. Es besteht keine Gefahr, dass sich im Bereich der Abgaszuleitung 8 Ablagerungen ausbilden.
Die Abgasableitung 11 umgibt die Abgaszuleitung 8 im Bereich der Mischstrecke 18. Ein Abschnitt der Abgaszuleitung 8, der von einem Abschnitt der Abgasableitung 11 umgeben ist, ist in Durchströmungsrichtung der Abgaszuleitung 8 gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas und demnach im Bereich der Mischstrecke 18 positioniert ist.
Ein Verhältnis zwischen einer in Abgasströmungsrichtung gesehen Länge l1 des SCR-Katalysators 9 und einer Länge l2 eines Abschnitts der Abgaszuleitung 8, die vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysator 9 umströmt ist, beträgt mindestens 1:5 beträgt, bevorzugt mindestens 1:8, besonders bevorzugt mindestens 1:10. Hierdurch kann die thermische Energie, die im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 vorliegt, zuverlässig auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 übertragen.
Der Abschnitt der Abgaszuleitung 8, der vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 umströmt ist, ist einerseits von der Abgasableitung 11 umgeben und verläuft andererseits innerhalb des Reaktorraums 10. Die Länge l2 desjenigen Abschnitts der Abgaszuleitung 8, die vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 umströmt, setzt sich demnach aus einer von der Abgasableitung 11 umgeben Teilabschnittslänge l21 und einer innerhalb des Reaktorraums 10 verlaufenden Teilabschnittslänge l22 zusammen.
Der Reaktorraum 10 und/oder die Abgasableitung 11 und/oder die Abgaszuleitung 8 sind derart konturiert, das sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen ein Strömungsquerschnitt für das Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 verjüngt. Dies wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine konische Konturierung der ersten Seite 24 des Katalysatorraus 10 gewährleistet. Durch diese Verjüngung des Strömungsquerschnitts wird in dem Abschnitt der Abgasableitung 11, der die Abgaszuleitung 8 unter Ausbildung des Wärmetauschers 25 außen umgibt, eine definierte Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, um eine besonders effektiven Übertritt der thermischen Energie, die im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 9 vorliegt, auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 zu übertragen.
Bei der Brennkraftmaschine 1 der 1 ist das Abgasnachbehandlungssystem 3 stehend oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 positioniert. Der Zugang zu den Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ist frei, die Zugänglichkeit der Abgasturbolader 4 und 5 ist jedoch eingeschränkt. Der Reaktorraum 10 kann jedoch bei notwendigen Wartungsarbeiten an den Abgasturboladern 4, 6 einfach demontiert werden. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten stehenden Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 ist auch eine liegende, um 90° gekippte Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 neben dem Abgasaufladungssystem 2 möglich, wobei jedoch bei einer solchen liegenden Anordnung die Länge der Anordnung wächst. Brennkraftmaschine 1 und Abgasaufladungssystem 2 stehen jedoch dann zu Wartungsarbeiten ohne Notwendigkeit der Demontage des Reaktorraums 10 uneingeschränkt zur Verfügung.
Besonders bevorzugt kommt die Erfindung bei zweistufig aufgeladenen Viertaktmotoren oder bei Zweitaktmotoren zum Einsatz, bei welchen die Abgastemperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators bei weniger als 300°C liegt. Bei solchen Motoren kann mit der Erfindung die Abgastemperatur auf ein für die SCR-Behandlung optimales Niveau eingestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Abgasaufladungssystem
3: Abgasnachbehandlungssystem
4: Abgasturbolader
5: Abgasturbolader
6: Hochdruckturbine
7: Niederdruckturbine
8: Abgaszuleitung
9: SCR-Katalysator
10: Reaktorraum
11: Abgasableitung
12: Bypass
13: Absperrorgan
14: Abgasführung
15: Ende
16: Einbringeinrichtung
17: Einspritzkegel
18: Mischstrecke
19: Wandung
20: Prallelement
21: Leitung
22: Seite
23: Seite
24: Seite
25: Wärmetaucher

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine, nämlich SCR-Abgasnachbehandlungssystem, mit einem in einem Reaktorraum (10) aufgenommenen SCR-Katalysator (9), mit einer zum Reaktorraum (10) und damit zum SCR-Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8) und mit einer vom Reaktorraum (10) und damit vom SCR-Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas, und mit einer von der Abgaszuleitung (8) stromabwärts der Einbringeinrichtung (16) bereitgestellten Mischstrecke (18) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des Reaktorraums (10) bzw. SCR-Katalysators (9), gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (25), mit Hilfe dessen thermische Energie des Abgases vom Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators (9) auf das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators (9) übertragbar ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Wärmetauscher mindestens 0,2 MPa, vorteilhaft mindestens 0,3 MPa, äußerst vorteilhaft mindestens 0,4 MPa absolut beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher stromauf wenigstens einer Turbine einer abgasaufgeladenen Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuleitung (8) und die Abgasableitung (11) gemeinsam an einer Seite (24) des Reaktorraums (10) angreifen, wobei eine dieser Abgasleitungen die andere dieser Abgasgasleitungen unter Ausbildung des Wärmetauschers (25) abschnittsweise umgibt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasableitung (11) die Abgaszuleitung (8) benachbart zu der Seite (24) des Reaktorraums (10), an der beide Abgasgasleitungen (8, 11) angreifen, abschnittsweise außen umgibt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasableitung (11) die Abgaszuleitung (8) abschnittsweise konzentrisch umgibt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasableitung (11) die Abgaszuleitung (8) im Bereich der Mischstrecke (18) außen umgibt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Abgaszuleitung (8), der von einem Abschnitt der Abgasableitung (11) umgeben ist, in Durchströmungsrichtung der Abgaszuleitung (8) gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas positioniert ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einer Länge des SCR-Katalysators (9) und einer Länge eines Abschnitts der Abgaszuleitung (8), die vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysator (9) umströmt ist, mindestens 1:5 beträgt, bevorzugt mindestens 1:8 beträgt, besonders bevorzugt mindestens 1:10 beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Abgaszuleitung (8), der vom Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysator (9) umströmt ist, einerseits von der Abgasableitung (11) umgeben ist und andererseits innerhalb des Reaktorraums (10) verläuft.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorraum (10) und/oder die Abgasableitung (11) und/oder die Abgaszuleitung (8) derart konturiert sind, das sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen ein Strömungsquerschnitt für das Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators (9) verjüngt.
Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einem Dieselkraftstoff oder mit einem Schwerölkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein Abgasaufladungssystem (2) mit mindestens einem Abgasturbolader (4) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) zwischen Zylinder der Brennkraftmaschine und das Abgasaufladungssystems (2) geschaltet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein mehrstufiges Abgasaufladungssystem (2) mit einem eine Hockdruckturbine (6) umfassenden ersten Abgasturbolader (4) und einem eine Niederdruckturbine (7) umfassenden zweiten Abgasturbolader (5) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) zwischen die Hockdruckturbine (6) und die Niederdruckturbine (7) geschaltet ist.