DE102016224617A1

DE102016224617A1 - Mischvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem, Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016224617A1
Application number: DE102016224617.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Döring; Ingo BADER
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14
Also published as: FI130305B; US10344656B2; KR20180066854A; JP2018105301A; JP6942621B2; CN108223080A; KR102326459B1; FI20176075L; US20180163601A1; CN108223080B

Abstract

Mischvorrichtung für ein(18, 19) für ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, nämlich zum Mischen einer Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels mit Abgas, mit einem Gehäuse (27), wobei das Gehäuse (27) eine Mischkammer und einen Schalldämpfer bereitstellt, wobei das Gehäuse (27) an einer Eintrittsseite (28) einen Eintrittsanschluss (29) für eine Zuleitung, über die Abgas in das Gehäuse (17) einbringbar ist, aufweist, wobei das Gehäuse (27) an einer der Eintrittsseite (28) gegenüberliegenden Austrittsseite (30) einen Austrittsanschluss (31) für eine Ableitung, über die Abgas und mit dem Abgas vermischtes Reduktionsmittel aus dem Gehäuse (27) herausbringbar ist, aufweist, wobei Längsachsen (32, 33) von Eintrittsanschluss (29) und Austrittsanschluss (31) gegeneinander versetzt sind und parallel zueinander verlaufen, wobei das Gehäuse (27) eine Einbringeinrichtung (34) zum Einbringen der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in das Abgas aufnimmt, die an der Eintrittsseite (28) im Bereich der Längsachse (33) des Austrittsanschluss (31) positioniert ist, wobei eine Länge des Gehäuses (27) zwischen der Eintrittsseite (28) und der Austrittsseite (30) des Gehäuses (27) und damit eine Länge der Mischkammer wenigstens das 1,9-fache und maximal das 7-fache des Durchmessers des Eintrittsanschlusses beträgt, wobei eine Breite des Gehäuses (27) zwischen sich zwischen der Eintrittsseite (28) und der Austrittsseite (30) des Gehäuses (28) erstreckenden Seitenwänden (35, 36) des Gehäuses (27) maximal das 3-fache des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem, ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und 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 als Reduktionsmittel Ammoniak (NH₃) benötigt wird. Eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, wie zum Beispiel Urea bzw. Harnstoff, wird hierzu stromaufwärts des SCR-Katalysators in flüssiger Form in das Abgas eingebracht, wobei die Ammoniak-Vorläufersubstanz stromaufwärts des SCR-Katalysators mit dem Abgas vermischt und zum Reduktionsmittel versetzt wird. Hierzu ist nach der Praxis eine Misch- und Zersetzungsstrecke zwischen einer Einbringeinrichtung der Ammoniak-Vorläufersubstanz und dem SCR-Katalysator vorgesehen.
Aus der DE 10 2015 103 303 B3 ist eine als Mixbox bezeichnete Mischvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine bekannt, die dem Einmischen von Additiven in einen Abgasstrom dient. Diese Mischvorrichtung verfügt über ein Gehäuse, welches eine Mischkammer für Abgas und Additive bereitstellt, wobei das Gehäuse an einer Eintrittsseite einen Eintrittsanschluss für eine Zuleitung aufweist, über die Abgas in das Gehäuse einbringbar ist, und wobei das Gehäuse an einer der Eintrittsseite gegenüberliegenden Austrittsseite einen Austrittsanschluss für eine Ableitung aufweist, über die Abgas und mit dem Abgas vermischtes Additiv aus dem Gehäuse herausbringbar ist. Längsachsen von Eintrittsanschluss bzw. Zuleitung und Austrittsanschluss bzw. Ableitung sind gegeneinander versetzt und verlaufen parallel zueinander. Das Gehäuse nimmt eine als Einspritzdüse ausgebildete Einbringeinrichtung zum Einbringen von Additiven in das Abgas auf, die an der Eintrittsseite des Gehäuses im Bereich der Längsachse des Austrittsanschlusses positioniert ist.
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 eine geräuscharme und effektive Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Mischvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem, ein Abgasnachbehandlungssystem und eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen, die bei kompakter Bauform eine geräuscharme und effektive Abgasnachbehandlung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Michvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß stellt ein Gehäuse der Mischvorrichtung eine Mischkammer und einen Schalldämpfer bereitstellt, wobei das Gehäuse an einer Eintrittsseite einen Eintrittsanschluss für eine Zuleitung, über die Abgas in das Gehäuse einbringbar ist, aufweist, wobei das Gehäuse an einer der Eintrittsseite gegenüberliegenden Austrittsseite einen Austrittsanschluss für eine Ableitung, über die Abgas und mit dem Abgas vermischtes Reduktionsmittel aus dem Gehäuse herausbringbar ist, aufweist, wobei Längsachsen von Eintrittsanschluss und Austrittsanschluss gegeneinander versetzt sind und parallel oder im rechten Winkel zueinander verlaufen, wobei das Gehäuse eine Einbringeinrichtung zum Einbringen der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in das Abgas aufnimmt, die an der Eintrittsseite im Bereich der Längsachse des Austrittsanschluss positioniert ist, wobei eine Länge des Gehäuses zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite des Gehäuses und damit eine Länge der Mischkammer wenigstens das 1,9-fache und maximal das 7-fache des Durchmessers des Eintrittsanschlusses oder der Zuleitung beträgt, und wobei eine Breite des Gehäuses zwischen sich zwischen der Eintrittsseite und der Austrittsseite des Gehäuses erstreckenden Wänden des Gehäuses maximal dem 3-fachen des Durchmessers des Eintrittsanschlusses oder der Zuleitung beträgt. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung erlaubt bei kompakten Abmessungen eine effektive Durchmischung der Ammoniak-Vorläufersubstanz mit dem Abgas und daher eine effektive Abgasnachbehandlung. Das die Mischkammer bereitstellende Gehäuse der Mischvorrichtung stellt weiterhin einen Schalldämpfer bereit, um die Abgasnachbehandlung ferner geräuscharm zu gestalten. Bei kompakter Bauform wird eine geräuscharme und effektive Abgasnachbehandlung ermöglicht.
Vorzugsweise beträgt die Länge des Gehäuses wenigstens das 2,2-fache, bevorzugt wenigstens das 3,3-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses oder der Zuleitung. Die Breite des Gehäuses beträgt maximal das 2,5-fache, bevorzugt maximal das 1,8-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses oder der Zuleitung. Diese Merkmale erlauben bei kompakter Abmessung eine effektive und geräuscharme Abgasnachbehandlung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Durchmesser des Austrittsanschlusses oder der Ableitung derart bemessen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Austrittsanschlusses maximal 70 m/s, bevorzugt maximal 60 m/s, besonders bevorzugt wenigstens 50 m/s, beträgt. Diese Merkmale dienen insbesondere der weiteren Geräuschreduzierung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Höhe des Gehäuses derart bemessen, dass der Versatz der Längsachsen von Eintrittsanschluss und Austrittsanschluss wenigstens das 1-fache, bevorzugt wenigstens das 1,5-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 2-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses oder der Zuleitung beträgt. Auch diese Merkmale dienen der Bereitstellung einer kompakten Bauform bei gleichzeitiger effektiver und geräuscharmer Abgasnachbehandlung.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem ist in Anspruch 8 definiert. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 15 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 perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem und einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung;
2 eine Seitenansicht der Brennkraftmaschine der 1,
3 eine Seitenansicht eines Detail der 1 im Bereich der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung;
4 eine Draufsicht des Detail der 3; und
5 eine perspektivische Ansicht eines Detail der 1 im Bereich einer Abgasreinigungsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer solchen Mischvorrichtung und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.
1 und 2 zeigen unterschiedliche Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform einer Brennkraftmaschine 10, wobei die Brennkraftmaschine 10 einen Motorblock 11 mit mehreren Zylindern 12 aufweist, die im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Zylinderbänke 13, 14 bilden. Ferner verfügt die Brennkraftmaschine 10 über ein Abgasnachbehandlungssystem 15, welches der Abgasnachbehandlung des die Zylinder 12 verlassenden Abgases dient.
Bei der in den 1 und 2 gezeigten Brennkraftmaschine ist jeder Zylinderbank 13, 14 jeweils mindestens ein Abgasturbolader 15 bzw. 16 zugeordnet, wobei Abgas, welches die Zylinder 12 der jeweiligen Zylinderbank 13, 14 verlässt, zunächst über eine Turbine des jeweiligen Abgasturboladers 15, 16 geführt wird, um in der Turbine des jeweiligen Abgasturboladers 15. 16 das Abgas zu entspannen und hierbei Energie zu gewinnen. Diese in der Turbine des jeweiligen Abgasturboladers 15 bzw. 16 gewonnene Energie wird in einem Verdichter des jeweiligen Abgasturboladers 15, 16 genutzt, um der Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft zu verdichten.
Das Abgas, welches den jeweiligen Abgasturbolader 15, 16, nämlich die Turbine desselben, verlässt, wird im Anschluss über weitere Baugruppen des Abgasnachbehandlungssystems 17 geführt, nämlich über Mischvorrichtungen 18, 19 sowie Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21.
Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine 10 der 1 und 2 ist jeder Zylinderbank 13, 14 jeweils eine separate Mischvorrichtung 18 bzw. 19 sowie jeweils eine separate Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 zugeordnet, wobei das Abgas der beiden Zylinderbänke 13, 14, welches über die separaten Mischvorrichtungen 18, 19 sowie separaten Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21 geführt wird, stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21 vereinigt und über einen gemeinsamen Schornstein bzw. Kamin 22 in die Umgebung abgeleitet wird.
1 und 2 kann entnommen werden, dass eine sich zwischen dem jeweiligen Abgasturbolader 15, 16 und der jeweiligen Mischvorrichtung 18, 19 erstreckende Abgasleitung 23 bzw. 24 eine Umlenkung von maximal 180°, vorzugsweise von maximal 150°, besonders bevorzugt von maximal 120°, aufweist.
So wird das die Turbolader 16, 17 der Zylinderbänke 13, 14 verlassende Abgas über die sich zwischen den Zylindern 12 und den Mischvorrichtungen 18, 19 erstreckende Abgasleitung 23, 24 jeweils einmal um in etwa 90° von einer vertikalen Strömungsführung in eine horizontale Strömungsführung und gegebenenfalls nachfolgend in der horizontalen Strömungsführung jeweils mindestens einfach um maximal 60°, bevorzugt um maximal 30°, umgelenkt, um das Abgas, ausgehend von den Abgasturboladern 16, 17 den Mischvorrichtungen 18, 19 zuzuführen.
In 1 und 2 erstrecken sich zwischen den jeweiligen Mischvorrichtungen 18, 19 und den jeweiligen Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21 weitere Abgasleitungen 25, 26 und zwar im bevorzugten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 derart, dass diese sich zwischen der jeweiligen Mischvorrichtung 18, 19 und der jeweiligen Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 erstreckende Abgasleitung 25, 26 umlenkungsfrei ist, alternativ eine Umlenkung von maximal 100°, bevorzugt von maximal 60°, besonders bevorzugt von maximal 30°, aufweist.
Die Länge der Abgasleitungen 25 und 26 ist vorteilhaft so ausgelegt, dass sich zwischen den Mischvorrichtungen 18, 19 und den Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21 eine Lauflänge von λ/4 in Bezug auf die Zündfrequenz oder ihrer Moden ergibt. Durch diese Ausführung können diese Frequenzen gezielt gedämpft werden.
3 und 4 zeigen Details einer Mischvorrichtung 18, 19 des Abgasnachbehandlungssystems 15, wobei es sich bei der Mischvorrichtung um eine Vorrichtung handelt, die dem Mischen einer Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels für eine SCR-Abgasnachbehandlung, nämlich zum Mischen einer Ammoniakvorläufersubstanz wie Harnstoff, mit Abgas dient.
Die Mischvorrichtung 18 bzw. 19 verfügt über ein Gehäuse 27, welches einerseits eine Mischkammer und andererseits einen Schalldämpfer bereitstellt, nämlich bei der Brennkraftmaschine der 1, 2 einen Vorschalldämpfer, der zur Schalldämpfung von Frequenzen ausgelegt ist, die höher als ein Grenzwert sind.
Das Gehäuse 27 weist an einer Eintrittsseite 28 einen Eintrittsanschluss 29 für eine Zuleitung auf, nämlich für eine der Abgasleitungen 23 bzw. 24. Über den Eintrittsanschluss 29 der Eintrittsseite 28 kann Abgas in das Gehäuse der Mischvorrichtung 18, 19 eingebracht werden. Ferner weist das Gehäuse 27 an einer der Eintrittsseite 28 gegenüberliegenden Austrittsseite 30 einen Austrittsanschluss 31 für eine Ableitung, nämlich für eine der Abgasleitungen 25, 26 auf, wobei über den Austrittsanschluss 31 aus dem Gehäuse 27 Abgas und mit dem Abgas vermischtes Reduktionsmittel aus dem Gehäuse 27 herausgeführt werden kann. Eine Längsmittelachse 32 des Eintrittsanschlusses 29 bzw. der jeweiligen Zuleitung und eine Längsmittelachse 33 des jeweiligen Austrittsanschlusses 31 bzw. der jeweiligen Ableitung 25 bzw. 26 sind um den Betrag ΔX gegeneinander versetzt und verlaufen parallel zueinander.
Das Gehäuse 28 nimmt an der Eintrittsseite 28 eine Einbringeinrichtung 34 auf, die dem Einbringen der Vorläufersubstanz des SCR-Reduktionsmittels in das Abgas dient, wobei diese Einbringeinrichtung 34 vorzugsweise als Einspritzdüse ausgebildet ist, die an der Eintrittsseite 28 im Bereich der Längsachse 33 des Austrittsanschlusses 31 positioniert ist bzw. auf dieser Längsachse 33 liegt.
Das Gehäuse 27 der Mischvorrichtung 18 bzw. 19 weist zwischen der Eintrittsseite 28 und der Austrittsseite 30 des Gehäuses 27 eine Länge I auf, die wenigstens dem 1,9-fachen und maximal dem 7-fachen des Durchmessers des Eintrittsanschlusses 29 oder der mit dem Eintrittsanschluss 29 verbundenen Zuleitung, nämlich dem Durchmesser der Abgasleitung 23 bzw. 24 im Bereich des Eintrittsanschlusses 29, beträgt. Eine Breite b des Gehäuses 27 zwischen sich zwischen der Eintrittsseite 28 und der Austrittsseite 30 erstreckenden Wänden, nämlich Seitenwänden 35, 36 des Gehäuses 27, beträgt maximal das 3-fache, bevorzugt maximal das 2,5-fache, besonders bevorzugt maximal das 1,8-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses 29. Vorzugsweise beträgt die Länge I des Gehäuses wenigstens das 2,2-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 3-fache, und maximal das 7-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses 29. Unter Verwendung dieser Parameter kann bei kompakter Bauform eine effektive Vermischung der Vorläufersubstanz des SCR-Reduktionsmittels mit dem Abgas und Zersetzung und damit letztendlich eine effektive Abgasnachbehandlung gewährleistet werden.
Wie bereits ausgeführt, wirkt dabei das Gehäuse 27 nicht nur als Mischkammer, sondern auch als Vorschalldämpfer zur Dämpfung von Frequenzen, die höher als ein definierter Grenzwert sind. Die Schalldämpfung kann dadurch bereitgestellt werden, dass im Gehäuse 27 mindestens eine Schalldämpfungskammer ausgebildet ist, und zwar derart, dass dieselbe einen Helmholtz-Resonator oder einen Lambda/4-Resonator oder einen Absorptions-Resonator oder einen Reflexionsschalldämpfer ausbildet.
Eine Höhe h des Gehäuses 27 zwischen einer Unterseite 37 und einer Oberseite 38 des Gehäuses 27 ist derart bemessen, dass der Versatz ΔX zwischen den Längsachsen 32, 33 von Eintrittsanschluss 29 und Austrittsanschluss 31 wenigstens das 1-fache, bevorzugt das wenigstens 1,5-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 2-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses 29 beträgt. Auch diese Merkmale dienen der Bereitstellung einer effektiven Abgasnachbehandlung bei kompakter Bauform und geringer Geräuschentwicklung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Eintrittsanschlusses 29 und ggf. auch der Durchmesser des Austrittsanschlusses 31 mindestens 160 mm, bevorzugt mindestens 190 mm, besonders bevorzugt mindestens 200 mm, beträgt. Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Austrittsanschlusses 31 derart bemessen ist, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Bereich des Austrittsanschlusses 31 maximal 70 m/s, bevorzugt maximal 60 m/s, besonders bevorzugt maximal 50 m/s, beträgt. Hiermit kann Strömungsrauschen vermieden und so geräuscharme Abgasnachbehandlung gewährleistet werden.
In den Eintrittsanschluss 29 sowie in den Austrittsanschluss 31 kann sich ein gelochtes oder geschlitztes Rohr hinein erstrecken, um im Bereich des Eintrittsanschlusses 29 über dieses gelochte oder geschlitzte Rohr das Abgas in das Gehäuse 27 eintreten und im Bereich des Austrittsanschlusses 21 über das entsprechende gelochte oder geschlitzte Rohr das Abgas aus dem Gehäuse heraus austreten zu lassen. Durch diese Querschnittssprünge wirkt die Mischvorrichtung als Reflexionsschalldämpfer, wodurch eine weitere Geräuschreduzierung realisiert werden kann. Die freien Querschnitte dieser einzelnen gelochten oder geschlitzten Durchbrüche betragen maximal 20%, bevorzugt maximal 10%, äußerst bevorzugt maximal 5% des freien Querschnitts des Eintrittsanschlusses 29.
Wie bereits ausgeführt, dient die Mischvorrichtung 18, 19 einerseits der Mischung der Vorläufersubstanz des SCR-Reduktionsmittels mit dem Abgas und andererseits der Bereitstellung einer Vorschalldämpfung für Frequenzen, die größer als ein Grenzwert sind. Im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist das über die Mischvorrichtung 18, 19 geführte Abgas zusammen mit dem mit dem Abgas vermischten und im Abgas zersetzten Reduktionsmittel über die Abgasleitungen 25, 26 der jeweiligen Abgasreinigungsvorrichtung 20 bzw. 21 zuführbar, wobei die jeweilige Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 ein Gehäuse 39 aufweist, welches einerseits eine Reaktorkammer zur Aufnahme mindestens eines SCR-Katalysators 40 ausbildet und die weiterhin einen Hauptschalldämpfer bereitstellt. Ein solcher Hauptschalldämpfer ist dann auf die Schalldämpfung von Frequenzen ausgelegt, die unterhalb des Grenzwerts liegen.
5 zeigt ein Detail einer Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21, wobei in 5 insgesamt vorzugsweise vier SCR-Katalysatoren 40 im Gehäuse 39 der Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 aufgenommen sind, die parallel zueinander ausgerichtet sind und im Querschnitt kreisrund ausgeführt sind. Es können auch zwei oder drei SCR-Katalysatoren 40 im Gehäuse 39 der Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 aufgenommen sein.
Zur Bereitstellung des Hauptschalldämpfers kann das Gehäuse 29 wiederum mindestens eine Schalldämpfungskammer aufweisen, die einen Helmholtz-Resonator oder einer Lambda/4-Resonator oder einen Absorptions-Resonator oder einen Reflexionsschalldämpfer ausbildet. Diese Schalldämpferkammern im Gehäuse 39 der Abgasreinigungsvorrichtungen 20, 21 sind vorzugsweise zwischen den parallel zueinander verlaufenden SCR-Katalysatoren 40 ausgeführt.
Über die Auslegung der Schalldämpfungskammer der Mischvorrichtung 18, 19 wird an Mischvorrichtung 18, 19 eine Einfügungsdämpfung von mindestens 10%, bevorzugt von mindestens 20%, besonders bevorzugt von mindestens 30%, der Einfügungsdämpfung des von der Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 bereitgestellten Hauptschalldämpfers eingestellt. Die Berechnung der Einfügungsdämpfung erfolgt dabei gemäß ISO 11820.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Abstand zwischen der Eintrittsseite 28 des Gehäuses 27 der Mischvorrichtung 18 bzw. 19 und einer Eintrittsstirnfläche des oder jedes im Gehäuse 39 der Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 aufgenommenen SCR-Katalysators 40 wenigstens das 3-fache, bevorzugt wenigstens das 4-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 7-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses 29 des Gehäuses 27 der Mischvorrichtung 18, 19 beträgt. Dieser Abstand wird einerseits durch die Länge I des Gehäuses 27 der Mischvorrichtung 18 bzw. 19 sowie durch die Länge der zwischen der Mischvorrichtung 18, 19 und der Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 erstreckenden Abgasleitung 25 bzw. 26 definiert.
Unter Umständen kann auf die Abgasleitungen 25, 26 vollständig verzichtet werden, sodass dann der Austrittsanschluss 31 des Gehäuses 27 der jeweiligen Mischvorrichtung 18, 19 unmittelbar an einen entsprechenden Eintrittsanschluss des Gehäuses 39 der jeweiligen Abgasreinigungsvorrichtung 20, 21 angebunden ist.
In der Mischvorrichtung 18, 19 sind vorzugsweise keinerlei Katalysatoren angeordnet. Dann wenn, auf die Abgasleitungen 25, 26 vollständig verzichtet wird, kann sich ein Katalysator unter Umständen in den Bereich der Mischvorrichtung 18, 19 hinein erstrecken, nimmt dann aber maximal 10% des Volumens der Mischvorrichtung 18, 19 ein.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
11: Motorblock
12: Zylinder
13: Zylinderbank
14: Zylinderbank
15: Abgasnachbehandlungssystem
16: Abgasturbolader
17: Abgasturbolader
18: Mischvorrichtung
19: Mischvorrichtung
20: Abgasreinigungsvorrichtung
21: Abgasreinigungsvorrichtung
22: Schornstein
23: Abgasleitung
24: Abgasleitung
25: Abgasleitung
26: Abgasleitung
27: Gehäuse
28: Eintrittsseite
29: Eintrittsanschluss
30: Austrittsseite
31: Austrittsanschluss
32: Längsachse
33: Längsachse
34: Einbringeinrichtung
35: Seitenwand
36: Seitenwand
37: Unterseite
38: Oberseite
39: Gehäuse
40: SCR-Katalysator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015103303 B3 [0004]

Claims

Mischvorrichtung (18, 19) für ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, nämlich zum Mischen einer Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Ammoniak-Vorläufersubstanz wie Harnstoff, mit Abgas, mit einem Gehäuse (27), wobei das Gehäuse (27) eine Mischkammer und einen Schalldämpfer bereitstellt, wobei das Gehäuse (27) an einer Eintrittsseite (28) einen Eintrittsanschluss (29) für eine Zuleitung, über die Abgas in das Gehäuse (17) einbringbar ist, aufweist, wobei das Gehäuse (27) an einer der Eintrittsseite (28) gegenüberliegenden Austrittsseite (30) einen Austrittsanschluss (31) für eine Ableitung, über die Abgas und mit dem Abgas vermischtes Reduktionsmittel aus dem Gehäuse (27) herausbringbar ist, aufweist, wobei Längsachsen (32, 33) von Eintrittsanschluss (29) und Austrittsanschluss (31) gegeneinander versetzt sind und parallel oder unter einem rechten Winkel zueinander verlaufen, wobei das Gehäuse (27) eine Einbringeinrichtung (34) zum Einbringen der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in das Abgas aufnimmt, die an der Eintrittsseite (28) im Bereich der Längsachse (33) des Austrittsanschluss (31) positioniert ist, wobei eine Länge des Gehäuses (27) zwischen der Eintrittsseite (28) und der Austrittsseite (30) des Gehäuses (27) und damit eine Länge der Mischkammer wenigstens das 1,9-fache und maximal das 7-fache des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung beträgt, wobei eine Breite b des Gehäuses (27) zwischen sich zwischen der Eintrittsseite (28) und der Austrittsseite (30) des Gehäuses (28) erstreckenden Seitenwänden (35, 36) des Gehäuses (27) maximal das 3-fache, bevorzugt maximal das 2,5-fache, besonders bevorzugt maximal das 1,8-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung beträgt.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Gehäuses (27) wenigstens das 2,2-fache, bevorzugt wenigstens das 3,3-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (28) oder der Zuleitung beträgt.
Mischvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Gehäuses (27) maximal das 2,5-fache, bevorzugt maximal das 1,8-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung beträgt.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung wenigstens 160 mm, bevorzugt wenigstens 190 mm, besonders bevorzugt wenigstens 200 mm, beträgt.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Austrittsanschlusses (31) oder der Ableitung derart bemessen ist, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Bereich des Austrittsanschlusses (31) maximal 70 m/s, bevorzugt maximal 60 m/s, besonders bevorzugt maximal 50 m/s, beträgt.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des Gehäuses (27) derart bemessen ist, dass der Versatz der Längsachsen (32, 33) von Eintrittsanschluss (29) und Austrittsanschluss (31) wenigstens das 1-fache, bevorzugt wenigstens das 1,5-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 2-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung beträgt.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Gehäuse ausgebildete Schalldämpfer als Helmholz-Resonator oder einen λ/4-Resonator oder einen Absorptions-Resonator oder einen Relexionsschalldämpfer ausgebildet ist.
Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom Eintrittsanschluss 29 und/oder in den Austrittsanschluss 31 ein gelochtes oder geschlitztes Rohr hinein erstreckt, um im Bereich des Eintrittsanschlusses 29 über dieses gelochte oder geschlitzte Rohr das Abgas in das Gehäuse 27 eintreten und im Bereich des Austrittsanschlusses 21 über das entsprechende gelochte oder geschlitzte Rohr das Abgas aus dem Gehäuse heraus austreten zu lassen und die freien Querschnitte dieser einzelnen gelochten oder geschlitzten Durchbrüche maximal 20%, bevorzugt maximal 10%, äußerst bevorzugt maximal 5% des freien Querschnitts des Eintrittsanschlusses 29 betragen.
Abgasnachbehandlungssystem (15) für eine Brennkraftmaschine (10), insbesondere SCR-Abgasnachbehandlungssystem für eine mit Schweröl oder Rückstandöl betriebene Brennkraftmaschine, mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (20, 21), deren Gehäuse (39) einen Reaktorkammer zur Aufnahme mindestens eines SCR-Katalysators (40) und einen Hauptschalldämpfer bereitstellt, mit einer stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung (20, 21) positionierten Mischvorrichtung (18, 19) zum Mischen einer Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels, insbesondere einer Ammoniak-Vorläufersubstanz wie Harnstoff, deren Gehäuse (27) eine Mischkammer und einen Vorschalldämpfer bereitstellt, wobei die Mischvorrichtung (18, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptschalldämpfer Frequenzen unterhalb eines Grenzwerts besser dämpft als die Mischvorrichtung (18,19) und/oder der Vorschalldämpfer Frequenzen oberhalb des Grenzwerts dämpft besser dämpft als der Hauptschalldämpfer.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einfügungsdämpfung des Vorschalldämpfers mindestens 10%, bevorzugt mindestens 20%, besonders bevorzugt mindestens 30%, der Einfügungsdämpfung des Hauptschalldämpfers beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Eintrittsseite des Gehäuses (27) der Mischvorrichtung (18, 19) und einer Eintrittsstirnfläche des oder jedes SCR-Katalysators (40) wenigstens das 3-fache, bevorzugt wenigstens das 4-fache, besonders bevorzugt wenigstens das 5-fache, des Durchmessers des Eintrittsanschlusses (29) oder der Zuleitung beträgt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich zwischen der Mischvorrichtung (18, 19) und der Abgasreinigungsvorrichtung (20, 21) erstreckende Abgasleitung (25, 26) umlenkungsfrei ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich zwischen der Mischvorrichtung (18, 19) und der Abgasreinigungsvorrichtung (20, 21) erstreckende Abgasleitung (25, 26) eine maximale Umlenkung von 100°, bevorzugt von 60°, besonders bevorzugt von 30°, aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich zwischen Turboladern und der Mischvorrichtung (18, 19) erstreckende Abgasleitung (23, 24) eine maximale Umlenkung von 180°, bevorzugt von 150°, besonders bevorzugt von 120°, aufweist.
Brennkraftmaschine (10), mit mehreren Zylindern (12), die mehrere Zylinderbänke (13, 14) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas jeder Zylinderbank über jeweils mindestens eine separate Mischvorrichtung (18, 19) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 führbar ist oder über jeweils ein separates Abgasnachbehandlungssystem (15) nach einem der Ansprüche 8 bis 14 leitbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas jeder Zylinderbank stromabwärts der jeweiligen Mischvorrichtung (18, 19) oder stromabwärts der jeweiligen Abgasreinigungsvorrichtung (20, 21) vereinigbar und über einen gemeinsamen Kamin (22) leitbar ist.