DE102017110685A1 - Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine - Google Patents

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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), 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). Das Abgasnachbehandlungssystem (3) weist mehrere Blasvorrichtungen (24) auf, die dem Freiblasen des SCR-Katalysators (9) dienen. Ferner weist das Abgasnachbehandlungssystem (3) einen für die Blasvorrichtungen (24) gemeinsamen Druckspeicher (25) auf, der sich kreisartig oder polygonartig um den SCR-Katalysator (9) und um die Blasvorrichtungen (24) herum erstreckt, wobei die Blasvorrichtungen (24) ausgehend von dem gemeinsamen Druckspeicher (25) mit einem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators (9) versorgbar sind.

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 weist mehrere, vorzugsweise innerhalb des Reaktorraums angeordnete, Blasvorrichtungen auf, die dem Freiblasen des SCR-Katalysators dienen, wobei die Blasvorrichtungen ausgehend von dem gemeinsamen Druckspeicher, der sich kreisartig oder polygonartig um den SCR-Katalysator und um die Blasvorrichtungen herum erstreckt, mit einem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorbar sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein SCR-Katalysator eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, die mit z. B. mit Schweröl oder Rückstandsöl betrieben wird, zu einer Verstopfung neigt. So liegt im Abgas solcher Brennkraftmaschinen ein hoher Ascheanteil bzw. Rußanteil vor, wobei die Asche bzw. der Ruß im Bereich des SCR-Katalysators ausfallen und zu einem Verstopfen des SCR-Katalysators führen kann. Um dem entgegenzuwirken, sind die Blasvorrichtungen vorhanden, die dem Freiblasen des SCR-Katalysators von Asche und Ruß dienen.
  • Gemäß dem Stand der Technik, bei dem die Blasvorrichtungen hintereinander an einer Druckleitung angeschlossen sind, bilden sich je nach Position der jeweiligen Blasvorrichtungen im versorgenden Druckluftsystem unterschiedliche Druckverhältnisse bei deren Aktivierung ein. Dies wird durch unterschiedlich große Gasvolumina und Lauflängen vor den unterschiedlichen Blasvorrichtungen verursacht, wodurch sich unterschiedliche Druckeinbrüche und/oder bei rücklaufenden Wellen unterschiedliche Drucküberhöhungen ergeben. Die Folge davon ist, dass sich über die Blasvorrichtungen deutlich unterschiedliche Reinigungswirkungen erzielen lassen.
  • Demgegenüber können die Blasvorrichtungen erfindungsgemäß von einem gemeinsamen ring- oder polygonförmigen Druckspeicher aus gleichförmig mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorgt werden. Durch diese symmetrische Anordnung sind Druckeinbrüche und Überhöhungen für alle Blasvorrichtungen nahezu identisch, wodurch sie eine identische Reinigungswirkung erzielen. Dies ist zum Freiblasen des SCR-Katalysators von Asche und Ruß besonders vorteilhaft.
  • Vorzugsweise erstreckt sich ausgehend vom gemeinsamen Druckspeicher zu jeder Blasvorrichtung eine Versorgungsleitung, über welche die jeweilige Blasvorrichtung mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorgbar ist, wobei vorzugsweise jeder ein schaltbares Ventil zugeordnet ist. Über die Versorgungsleitungen, die sich ausgehend vom gemeinsamen, kreisartigen oder polygonartigen Druckspeicher zu den Blasvorrichtungen erstrecken, können alle Blasvorrichtungen einfach und zuverlässig mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorgt werden, und zwar wiederum unter Gewährleistung eines gleichförmigen Druckabfalls im Bereich jeder Blasvorrichtung.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich der gemeinsame Druckspeicher außerhalb des Reaktorraums um den Reaktorraum herum, wobei sich jede Versorgungsleitung ausgehend vom Druckspeicher durch eine Wandung des Reaktorraums hindurch bis zu der Blasvorrichtung erstreckt. Dann, wenn sich der gemeinsame Druckspeicher auch um den Reaktorraum herum erstreckt, ist derselbe außerhalb des eigentlichen Reaktorraums positioniert, wobei dann die Versorgungsleitungen sich durch die Wandung des Reaktorraums hindurch erstrecken, um die im Reaktorraum angeordneten Blasvorrichtungen mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators zu versorgen.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung erstreckt sich der gemeinsame Druckspeicher in Umlaufrichtung geschlossen um den SCR-Katalysator und um die vorzugsweise im Reaktorraum positionieren Blasvorrichtungen herum, wobei der gemeinsame Druckspeicher vorzugsweise als kreisartiges oder polygonartiges Rohr ausgebildet ist, welches sich in Umlaufrichtung geschlossen um den SCR-Katalysator und um die im Reaktorraum positionieren Blasvorrichtungen sowie vorzugweise in Umlaufrichtung geschlossen um den Reaktorraum herum erstreckt. Über einen in Umlaufrichtung geschlossenen, also einen an keiner Umfangsposition unterbrochenen Druckspeicher, lassen sich alle Blasvorrichtungen besonders vorteilhaft mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorgen.
  • Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 9 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;
    • 3: ein Detail aus dem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
    • 4 ein Detail aus einem abgewandelten erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem.
  • 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 Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasturboaufladungssystem 2 und einem Abgasnachbehandlungssystem 3. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um eine 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 vorzugsweise 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.
  • 1 zeigt eine Abgaszuleitung 8, über die Abgas, ausgehend von der Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 in Richtung auf einen SCR-Katalysator 9 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 die 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, 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 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 Prallelements 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 Prallelements 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.
  • Das Prallelement 20 ist vorzugsweise an einer der Abgaszuleitung 8 zugewandten Seite 20a unter Ausbildung einer Strömungsführung für das Abgas gewölbt ist, vorzugsweise glockenartig gewölbt. So weist die Seite 20a des Prallelements 20, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 zugewandt ist, 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 20a in Richtung auf das stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases eingezogen bzw. gewölbt.
  • Wie bereits ausgeführt, mündet die Abgaszuleitung 8 mit ihrem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10, welcher den SCR-Katalysator 9 aufnimmt. Dabei durchdringt gemäß 2 die Abgaszuleitung 8 eine untere Seite 22 des Reaktorraums 10 und endet mit ihrem stromabwärtigen Ende 15 benachbart zu einer oberen Seite 23 des Reaktorraums 10, wobei, wie bereits ausgeführt, das Abgas, welches die Abgaszuleitung am stromabwärtigen Ende 15 verlässt, um 180° umgelenkt wird, bevor dasselbe nachfolgend über den SCR-Katalysator 9 strömt.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 3 weist mehrere Blasvorrichtungen 24 auf, die vorzugsweise innerhalb des Reaktorraums 10, in welchem der SCR-Katalysator 9 aufgenommen ist, angeordnet sind, und die z.B. Luftdüsen ausgeführt sind. Dabei dient jede der Blasvorrichtungen 24 dem Freiblasen des SCR-Katalysators 9 hinsichtlich der sich auf demselben ablagernden Ruß- und Aschepartikel, um so ein Verblocken des SCR-Katalysators 9 zu vermeiden. Die Blasvorrichtungen 24 sind an einem gemeinsamen Druckspeicher 25 angeordnet. Dieser kann wie hier und in 3 gezeigt um den Reaktorraum 10 heraum angeordnet sein, aber auch, hier nicht dargestellt, unterhalb oder oberhalb des Reaktors. In diesem Fall kann der Durchmesser des Druckspeicherrings 25 verkleinert werden, was zur Folge hat, dass der Gesamtdurchmesser aus Reaktor 10 und Druckspeicherring 25 sinkt. Dabei kann der Druckbehälterring 25 so ausgeführt werden, dass dessen Durchmesser nicht größer als der Durchmesser des Reaktors 10, insbesondere inklusive der notwendigen thermischen Isolierung des Reaktors ist. Dadurch wird bzgl. des Durchmessers kein zusätzlicher Bauraum für den Druckbehälterring benötigt. Die Zuführung 26 zu den Blasvorrichtungen 24 erfolgt dann sinnvollerweise von oben bzw. von unten über die untere Seite 22 bzw. obere Seite 23 des Reaktorgehäuses um ein Auftrag auf den Durchmesser zu vermeiden. Der Druckbehälterring 25 ist dabei vorteilhaft parallel zu den durch die Katalyatoren 9 ausgebildeten Ebene angeordnet.
  • 3 zeigt dabei die bevorzugte Ausrichtung der Blasvorrichtungen 24, die vorzugsweise derart ausgerichtet sind, dass eine Wirbelströmung oder eine Drallströmung innerhalb des Reaktorraums 10 erzeugt wird, und zwar an einer quer zur Durchströmungsrichtung bzw. Abgasströmungsrichtung verlaufenden Oberfläche des SCR-Katalysators 9. Durch eine derartige Wirbelströmung oder Drallströmung kann das Abblasen von Ruß- und Aschepartikeln vom SCR-Katalysator 9 besonders effektiv erfolgen. Dabei zeigt 3, dass der Reaktorraum 10, in dem der SCR-Katalysator 9 aufgenommen ist, vorzugsweise eine im Querschnitt kreisförmige Wandung 19 aufweist, die sich zwischen der unteren Seite 22 und der oberen Seite 23 des Reaktorraums 10 erstreckt. Durch eine derartige Wandung 19 in Kombination mit der Ausrichtung der Blasvorrichtungen 24 kann die Wirbelströmung oder Drallströmung besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
  • Die in 3 gezeigten Blasvorrichtungen 24 sind ausgehend von einem für alle Blasvorrichtungen 24 gemeinsamen Druckspeicher 25 mit einem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 versorgbar, wobei sich der für alle Blasvorrichtungen 24 gemeinsame Druckspeicher 25 im Ausführungsbeispiel der 3 kreisartig oder ringartig um den SCR-Katalysator 9 sowie um die Blasvorrichtungen 24 herum erstreckt. Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 der Druckspeicher 25 außerhalb des Reaktorraums 10 positioniert, sodass sich demnach in 3 der gemeinsame Druckspeicher 25 auch um den Reaktorraum 10 herum kreisartig oder ringartig erstreckt. Wie bereits bei 1 ausgeführt, kann dieser Druckspeicher 25 auch ober- oder unterhalb des Reaktorraums 10 positioniert werden, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, den Durchmesser des Druckspeicherrings 25 zu verringern.
  • Ausgehend vom gemeinsamen Druckspeicher 25 kann jede der Blasvorrichtungen 24 über eine Versorgungsleitung 26 mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 versorgt werden, wobei sich im Ausführungsbeispiel der 3 die jeweilige Versorgungsleitung 26 ausgehend vom gemeinsamen Druckspeicher 25 in Richtung auf die jeweilige Blasvorrichtung 24 und damit in den Reaktorraum 10 hinein erstreckt und hierbei die Wandung 19 des Reaktorraums 10 durchdringt.
  • Obwohl in 3 nicht gezeigt, ist es auch möglich, den Druckspeicher 25 innerhalb des Reaktorraums 10 zu positionieren, sodass dann die vom Druckspeicher 25 zu den Blasvorrichtungen 24 verlaufenden Versorgungsleitungen 26 die Wandung 19 des Reaktorraums 10 nicht durchdringen müssen.
  • Wie 3 entnommen werden kann, ist jeder Versorgungsleitung 26 ein schaltbares Ventil 27 zugeordnet. Über jedes der schaltbaren Ventile 27 kann jede der Blasvorrichtungen 24 individuell mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 versorgt werden. Dabei ist es möglich, entweder alle Blasvorrichtungen 24 zeitgleich durch entsprechende Ansteuerung der Ventile 27 mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 zu versorgen. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, die ansteuerbaren Ventile 27 jeweils getaktet zeitlich nacheinander zu öffnen, um immer nur eines der Blasvorrichtungen 24 mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 zu versorgen.
  • Im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gemeinsame Druckspeicher 25 als geschlossener, kreisartiger Druckspeicher in Form eines kreisartigen bzw. ringartigen Rohrs ausgebildet, wobei geschlossen bedeutet, dass der Druckspeicher 25 in Umlaufrichtung oder Umfangsrichtung gesehen vollständig umläuft und demnach in Umlaufrichtung oder Umfangsrichtung nicht unterbrochen ist. In Umlaufrichtung oder Umfangsrichtung gesehen ist derselbe demnach vollständig mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 befüllt, dieses Medium kann innerhalb des Druckspeichers 25 in Umlaufrichtung oder Umfangsrichtung frei strömen.
  • 3 zeigt weiterhin eine Anschlussleitung 28 für den für alle Blasvorrichtungen 24 gemeinsamen Druckspeicher 25, über welchen der Druckspeicher 25, ausgehend von einer Quelle für das Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 mit diesem Medium versorgt werden kann.
  • 4 zeigt eine Variante eines Abgasnachbehandlungssystems, bei welchem der SCR-Katalysator 9 im Katalysatorraum 10 positioniert ist, dessen Wandung 19 im Querschnitt nicht kreisrund konturiert ist, sondern vielmehr polygonartig, insbesondere, wie im Ausführungsbeispiel der 4 gezeigt, rechteckartig. Auch in diesem Fall sind wiederum mehrere Blasvorrichtungen 24 vorhanden, die dem Freiblasen des SCR-Katalysators 9 dienen, wobei die Blasvorrichtungen 24 wiederum ausgehend von einem gemeinsamen Druckspeicher 25 über zu den Blasvorrichtungen 24 führende und vom gemeinsamen Druckspeicher 25 abzweigende Versorgungsleitungen 26 mit in den Versorgungsleitungen 26 angeordneten schaltbaren Ventilen 27 mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 versorgbar sind. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist der gemeinsame Druckspeicher 25 ebenso wie die Wandung 19 des Reaktorraums 10 polygonartig konturiert, nämlich als polygonartiges Rohr aus mehreren Rohrsegmenten zusammengesetzt, welches sich um den SCR-Katalysator 9 sowie um die Blasvorrichtungen 24 herum erstreckt, insbesondere auch um den Reaktorraum 10 herum. Dabei sind im Ausführungsbeispiel der 4 die Blasvorrichtungen 24 nicht innerhalb des Reaktorraums 10 positioniert, vielmehr münden lediglich Sprühöffnungen der Blasvorrichtungen 24 im Bereich der Wandung 19 des Reaktorraums 10, sodass die Blasvorrichtungen 24 das Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 über den SCR-Katalysator 9 blasen können.
  • Die Länge der Versorgungsleitungen 26 beträgt maximal 1,5 m, bevorzugt maximal 1 m, besonders bevorzugt maximal 0,5 m.
  • Über die Blasvorrichtungen 24 wird eine in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärtige Stirnfläche des SCR-Katalysators 9 von Asche und Ruß freigeblasen, sodass sich demnach die Blasrichtung der Blasvorrichtungen 24 im Wesentlichen senkrecht zur Durchströmungsrichtung des Abgases durch den SCR-Katalysator 9 erstreckt.
  • Auch der in 4 gezeigte Druckspeicher 25 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er einen im Umlaufrichtung um den Reaktorraum 10 geschlossenen Strömungskanal für das Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators 9 bereitstellt, derselbe ist demnach an keiner Position unterbrochen, sodass das Medium innerhalb des Druckspeichers 25 frei strömen bzw. sich ungehindert verteilen kann.
  • Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems, in welchem der für die Blasvorrichtungen 24 gemeinsame Druckspeicher 25 ein definiertes Druckspeichervolumen aufweist, wobei für das Druckspeichervolumen vorzugsweise folgende Bedingung gilt: V = K * ( 273 + T ) / ( 273 * Δ p )
    Figure DE102017110685A1_0001
    wobei V der Betrag des Druckspeichervolumens in Litern ist, wobei K zwischen 200 und 6000 beträgt, wobei T der Betrag der Temperatur des Blasmediums in °C ist, und wobei Δp der Betrag der Druckdifferenz zwischen einem Druck im Druckspeicher 25 und einem Druck im Reaktorraum 10 in bar ist.
  • Dann, wenn der Druckspeicher 25 ein derartiges Druckspeichervolumen aufweist, können die Blasvorrichtungen 24 besonders bevorzugt mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators versorgt werden, um demnach Ruß und Asche effektiv vom SCR-Katalysator 9 zu entfernen.
  • Bei der Brennkraftmaschine 1 der 1 ist das Abgasnachbehandlungssystem 3 stehend oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 positioniert. Der Zugang zu 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.
  • 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
    Blasvorrichtung
    25
    Druckspeicher
    26
    Versorgungsleitung
    27
    Ventil
    28
    Anschlussleitung

Claims (10)

  1. Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine, nämlich SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, mit einem in einem Reaktorraum (10) aufgenommenen SCR-Katalysator (9), mit einer zum Reaktorraum (10) und damit zum SCR-Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8), 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, gekennzeichnet durch mehrere Blasvorrichtungen (24), die dem Freiblasen des SCR-Katalysators (9) dienen, einen für die Blasvorrichtungen (24) gemeinsamen Druckspeicher (25), der kreisartig oder polygonartig ausgebildet ist wobei die Blasvorrichtungen (24) ausgehend von dem gemeinsamen Druckspeicher (25) mit einem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators (9) versorgbar sind.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der gemeinsame Druckspeicher (25) außerhalb des Reaktorraums (10) um den Reaktorraum (10) herum erstreckt oder unterhalb oder oberhalb des Reaktorraums (10) angeordnet ist.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend vom gemeinsamen Druckspeicher (25) zu jeder Blasvorrichtung (24) eine Versorgungsleitung (26) abgeht, über welche die jeweilige Blasvorrichtung (24) mit dem Medium zum Freiblasen des SCR-Katalysators (9) versorgbar ist und jeder Versorgungsleitung (26) ein schaltbares Ventil (27) zugeordnet ist.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede Versorgungsleitung (26) ausgehend vom Druckspeicher (25), der außerhalb des Reaktorraums (10) positioniert ist, durch eine Wandung des Reaktorraums (10) hindurch bis zu der jeweiligen im Reaktorraum (10) angeordneten Blasvorrichtung (24) erstreckt und jeder Versorgungsleitung (26) ein schaltbares Ventil (27) zugeordnet ist.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Druckspeicher (25) sich in Umlaufrichtung geschlossen um den Reaktor (10) und/oder um die Blasvorrichtungen (24) herum erstreckt.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsam Druckspeicher (25) auf der Unterseite (22) oder der Oberseite (23) des Reaktors (10) angebracht ist.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungen (26) zu den Blasvorrichtungen (24) vom gemeinsamen Druckspeicher (25) ausgehend durch die Unterseite (22) oder der Oberseite (23) des Reaktors (10) erfolgen.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Druckspeicher (25) als kreisartiges oder polygonartiges Rohr ausgebildet ist, welches sich geschlossen um den Reaktor (10) und um die Blasvorrichtungen (24) herum erstreckt.
  9. Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Druckspeicher (25) eine Druckspeichervolumen aufweist, wobei für das Druckspeichervolumen gilt: V=K* ( 273 + T ) / ( 273 * Δ p )
    Figure DE102017110685A1_0002
    wobei V der Betrag des Druckspeichervolumens in Litern ist, wobei K zwischen 200 und 6000 beträgt, wobei T der Betrag der Temperatur des Blasmediums in °C ist, und wobei Δp der Betrag der Druckdifferenz zwischen einem Druck im Druckspeicher (25) und einem Druck im Reaktorraum (10) in bar ist.
  10. Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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.
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