DE102020113041A1 - Exhaust turbine and method of operating the same - Google Patents

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Abstract

Abgasturbine (30) zum Entspannen von Abgas, mit einem Turbinengehäuse (33), welches einen Zuströmgehäuseabschnitt (35) für zu entspannendes Abgas und einen Abströmgehäuseabschnitt (36) für entspanntes Abgas aufweist, mit einem vom Turbinengehäuse (33) aufgenommenen Turbinenrotor (34), wobei der Turbinenrotor (34) um eine Rotationsachse drehbar ist, mit einer Dosiereinrichtung (42) für ein Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über die Dosiereinrichtung (42) in das entspannte Abgas einbringbar ist, und mit einem zusammen mit dem Turbinenrotor (34) rotierenden Drallzerstäuber (43) für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über den Drallzerstäuber (43) im entspannten Abgas zerstäubbar ist, wobei der Drallzerstäuber (43) an einem stromabwärtigen, nabenseitigen Abschnitt des Turbinenrotors (34) an dem Turbinenrotor (34) angreift. Stromabwärts des Turbinenrotors (34) in Verlängerung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) ist ein Prallkörper (44) für das in das Abgas eingebrachte und zerstäubte Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz angeordnet ist, wobei ein Abstand des Prallkörpers (44) vom Drallzerstäuber (43) maximal dem 7-fachen eines Durchmessers des Turbinenrotors (34) entspricht.Exhaust gas turbine (30) for expanding exhaust gas, with a turbine housing (33) which has an inflow housing section (35) for exhaust gas to be expanded and an outflow housing section (36) for expanded exhaust gas, with a turbine rotor (34) accommodated by the turbine housing (33), wherein the turbine rotor (34) is rotatable about an axis of rotation, with a metering device (42) for a reducing agent or a precursor substance of a reducing agent, wherein the reducing agent or the precursor substance can be introduced into the expanded exhaust gas via the metering device (42), and together with a with the turbine rotor (34) rotating swirl atomizer (43) for the reducing agent or the precursor substance, wherein the reducing agent or the precursor substance can be atomized via the swirl atomizer (43) in the relaxed exhaust gas, the swirl atomizer (43) on a downstream, hub-side section of the turbine rotor (34) engages the turbine rotor (34). Downstream of the turbine rotor (34) in extension of the axis of rotation of the turbine rotor (34) is an impact body (44) for the reducing agent or the precursor substance introduced and atomized into the exhaust gas, a maximum distance between the impact body (44) and the swirl atomizer (43) corresponds to 7 times a diameter of the turbine rotor (34).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasturbine.The invention relates to an exhaust gas turbine. The invention also relates to a method for operating an exhaust gas turbine.

Aus der DE 10 2016 125 189 A1 ist der grundsätzliche Aufbau eines Abgasturboladers bekannt. Ein Abgasturbolader verfügt über eine Abgasturbine zur Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine, wobei bei der Entspannung des Abgases Energie gewonnen wird. Ferner umfasst der Abgasturbolader einen Verdichter zur Verdichtung von der Brennkraftmaschine zuzuführender Ladeluft, und zwar unter Nutzung der bei der Entspannung des Abgases gewonnenen Energie. Die Abgasturbine verfügt über ein Turbinengehäuse und einen Turbinenrotor. Der Verdichter verfügt über ein Verdichtergehäuse sowie einen Verdichterrotor. Turbinenrotor und Verdichterrotor sind über eine Welle gekoppelt, die in einem Lagergehäuse gelagert ist.From the DE 10 2016 125 189 A1 the basic structure of an exhaust gas turbocharger is known. An exhaust gas turbocharger has an exhaust gas turbine for the expansion of exhaust gas from an internal combustion engine, with energy being obtained when the exhaust gas is expanded. Furthermore, the exhaust gas turbocharger comprises a compressor for compressing charge air to be supplied by the internal combustion engine, to be precise using the energy obtained during the expansion of the exhaust gas. The exhaust gas turbine has a turbine housing and a turbine rotor. The compressor has a compressor housing and a compressor rotor. The turbine rotor and compressor rotor are coupled via a shaft that is mounted in a bearing housing.

Aus der WO 2018/080371 A1 ist eine Abgasturbine eines Abgasturboladers bekannt, die über eine Dosiereinrichtung für Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels verfügt. Über diese Dosiereinrichtung kann das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz in das in der Abgasturbine entspannte Abgas eingebracht werden, wobei die Dosiereinrichtung das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz auf einen Drallzerstäuber richtet, der an einem nabenseitigen Abschnitt des Turbinenrotors am Turbinenrotor angreift und zusammen mit dem Turbinenrotor rotiert. Über den Drallzerstäuber ist das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels im entspannten Abgas zerstäubbar. Das Reduktionsmittel dient der Reduktion von Stickoxiden im Abgas, insbesondere im Bereich eines SCR-Katalysators, der stromabwärts der Abgasturbine angeordnet ist und dem das entspannte Abgas zusammen mit dem im Abgas zerstäubten Reduktionsmittel zugeführt werden kann.From the WO 2018/080371 A1 an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger is known which has a metering device for reducing agent or a precursor substance of a reducing agent. The reducing agent or the precursor substance can be introduced into the exhaust gas expanded in the exhaust gas turbine via this metering device, the metering device directing the reducing agent or the precursor substance to a swirl atomizer which engages the turbine rotor on a hub-side section of the turbine rotor and rotates together with the turbine rotor. The reducing agent or the precursor substance of the reducing agent can be atomized in the expanded exhaust gas via the swirl atomizer. The reducing agent is used to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas, in particular in the area of an SCR catalytic converter which is arranged downstream of the exhaust gas turbine and to which the expanded exhaust gas can be fed together with the reducing agent atomized in the exhaust gas.

Es besteht das Problem, dass sich auf Baugruppen der Abgasturbine, so zum Beispiel auf dem Drallzerstäuber, der Dosiereinrichtung oder auch auf dem Turbinengehäuse Ablagerungen aus festen Bestandteilen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausbilden, wie zum Beispiel Ablagerungen aus Harnstoffzersetzungsprodukten wie Cyanursäure oder Melamin. Dies ist von Nachteil.There is the problem that deposits of solid constituents of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, such as, for example, deposits of urea decomposition products such as cyanuric acid or melamine, form on components of the exhaust gas turbine, for example on the swirl atomizer, the metering device or also on the turbine housing. This is a disadvantage.

Es besteht daher Bedarf an einer Abgasturbine, bei welcher die Gefahr, dass sich auf Bauteilen derselben Ablagerungen aus festen Bestandteilen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausbilden, reduziert ist. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Abgasturbine und ein Verfahren zum Betreiben derselben zu schaffen.There is therefore a need for an exhaust gas turbine in which the risk of deposits of solid constituents of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent forming on components of the same is reduced. Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a novel exhaust gas turbine and a method for operating the same.

Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt durch eine Abgasturbine nach Anspruch 1 gelöst. Hiernach weist die Abgasturbine stromabwärts des Turbinenrotors in Verlängerung der Rotationsachse des Turbinenrotors einen Prallkörper für das in das Abgas eingebrachte und zerstäubte Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz auf, der mit einem definierten Abstand zum Drallzerstäuber angeordnet ist, wobei der definierte Abstand des Prallkörpers vom Drallzerstäuber maximal dem 7-fachen eines Durchmessers des Turbinenrotors entspricht.According to a first aspect, this object is achieved by an exhaust gas turbine according to claim 1. According to this, the exhaust gas turbine has an impact body downstream of the turbine rotor as an extension of the axis of rotation of the turbine rotor for the reducing agent introduced into the exhaust gas and atomized or the precursor substance, which is arranged at a defined distance from the swirl atomizer, the defined distance between the impact body and the swirl atomizer not exceeding the 7th times a diameter of the turbine rotor.

Durch das Vorsehen des Prallkörpers stromabwärts des Turbinenrotors in Verlängerung der Rotationsachse des Turbinenrotors mit einem definierten Abstand zwischen dem Prallkörper und dem Drallzerstäuber in Richtung der Rotationsachse kann eine effektive Zerstäubung des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels im entspannten Abgas gewährleistet werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich Ablagerungen aus festen Bestandteilen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz auf dem Drallzerstäuber, der Dosiereinrichtung sowie dem Turbinengehäuse ausbilden.By providing the impact body downstream of the turbine rotor as an extension of the axis of rotation of the turbine rotor with a defined distance between the impact body and the swirl atomizer in the direction of the axis of rotation, effective atomization of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent in the relaxed exhaust gas can be ensured, thereby reducing the risk is that deposits of solid components of the reducing agent or the precursor substance form on the swirl atomizer, the metering device and the turbine housing.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts entspricht der in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors gesehene Abstand des Prallkörpers vom Drallzerstäuber maximal dem 6-fachen, bevorzugt maximal dem 5-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 4-fachen, des Durchmessers des Turbinenrotors. Dieser Abstand zwischen dem Prallkörper und dem Drallzerstäuber ist besonders vorteilhaft.According to an advantageous development of the first aspect, the distance between the impact body and the swirl atomizer, viewed in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor, corresponds to a maximum of 6 times, preferably a maximum of 5 times, particularly preferably a maximum of 4 times, the diameter of the turbine rotor. This distance between the impact body and the swirl atomizer is particularly advantageous.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des ersten Aspekts ist der Prallkörper von dem Turbinengehäuse thermisch entkoppelt. Vorzugsweise ist der Prallkörper an einer ersten Seite von in der Abgasturbine entspanntem Abgas mit dem im entspannten Abgas zerstäubten Reduktionsmittel oder der Vorläufersubstanz und an einer gegenüberliegenden zweiten Seite von in der Abgasturbine nicht entspanntem Abgas angeströmt. Durch die thermische Entkopplung von Prallkörper und Turbinengehäuse wird die Gefahr reduziert, dass sich Ablagerungen aus festen Bestandteilen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz auf dem Prallkörper ausbilden. Dann, wenn der Prallkörper an der zweiten Seite mit nicht entspanntem und demnach relativ heißem Abgas angeströmt ist, können sich derartige gegebenenfalls auf der ersten Seite des Prallkörpers ausbildende Ablagerungen effektiv thermisch zersetzt werden.According to an advantageous development of the first aspect, the impact body is thermally decoupled from the turbine housing. The impact body is preferably exposed to the reducing agent or the precursor substance atomized in the expanded exhaust gas on a first side of the exhaust gas which has been expanded in the exhaust gas turbine and an opposite second side of exhaust gas not expanded in the exhaust gas turbine. The thermal decoupling of the impact body and turbine housing reduces the risk of deposits of solid constituents of the reducing agent or the precursor substance forming on the impact body. When the impact body has flown against it on the second side with non-relaxed and therefore relatively hot exhaust gas, such deposits, which may possibly form on the first side of the impact body, can be effectively thermally decomposed.

Diese Aufgabe wird nach einem zweiten Aspekt durch eine Abgasturbine nach Anspruch 11 gelöst. Hiernach weist der Drallzerstäuber einen Hohlraum und an eine den Hohlraum begrenzenden Wand, die sich parallel zur Rotationsachse des Turbinenrotors oder mit einem spitzen Winkel von maximal 40° zur Rotationsachse des Turbinenrotors erstrecken, Öffnungen auf, über die das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz aus dem Hohlraum heraus in das entspannte Abgas eintritt. Durch diese Ausgestaltung des Drallzerstäubers kann ebenfalls die Gefahr reduziert werden, dass sich auf Baugruppen der Abgasturbine Ablagerungen aus festen Bestandteilen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausbilden. Diese Ausgestaltung ist ferner für eine effektive Zerstäubung des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz desselben besonders bevorzugt.According to a second aspect, this object is achieved by an exhaust gas turbine according to claim 11 solved. According to this, the swirl atomizer has a cavity and, on a wall delimiting the cavity, which extend parallel to the axis of rotation of the turbine rotor or at an acute angle of a maximum of 40 ° to the axis of rotation of the turbine rotor, openings through which the reducing agent or the precursor substance emerges from the cavity enters the relaxed exhaust gas. This configuration of the swirl atomizer can also reduce the risk of deposits of solid constituents of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent forming on assemblies of the exhaust gas turbine. This configuration is also particularly preferred for effective atomization of the reducing agent or the precursor substance thereof.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des zweiten Aspekts sind die Öffnungen in mindestens zwei in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors gesehen versetzten Ebenen angeordnet, wobei vorzugsweise zwischen den versetzten Ebenen nach innen in den Drallzerstäuber hineinragende Trennwände angeordnet sind. Diese Weiterbildung erlaubt eine besonders effektive Zerstäubung der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels bzw. des Reduktionsmittels im entspannten Abgas.According to an advantageous development of the second aspect, the openings are arranged in at least two planes offset in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor, partition walls projecting inward into the swirl atomizer preferably being arranged between the offset planes. This development allows a particularly effective atomization of the precursor substance of the reducing agent or the reducing agent in the relaxed exhaust gas.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des zweiten Aspekts weist zumindest eine Öffnung eine von anderen Öffnungen abweichende Längsmittelachse auf. Auch diese Weiterbildung erlaubt eine besonders effektive Zerstäubung der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels bzw. des Reduktionsmittels im entspannten Abgas.According to an advantageous development of the second aspect, at least one opening has a longitudinal center axis that deviates from other openings. This development also allows particularly effective atomization of the precursor substance of the reducing agent or the reducing agent in the expanded exhaust gas.

Bevorzugt kommen beide Aspekte in Kombination miteinander an einer Abgasturbine zum Einsatz.Both aspects are preferably used in combination with one another on an exhaust gas turbine.

Erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasturbine sind in Ansprüchen 17 bis 20 definiert.Methods according to the invention for operating an exhaust gas turbine are defined in claims 17 to 20.

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 eines eine erfindungsgemäße Abgasturbine aufweisenden Abgasturboladers,
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 3 eine Weiterbildung der 1,
  • 4 einer weiteren Weiterbildung der 1,
  • 5 einen Querschnitt durch einen Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 6 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 7 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 8 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 9 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 10 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 11 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 12 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 13 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 14 einen Querschnitt durch einen weiteren Drallzerstäuber einer erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 15 Baugruppen eines weiteren, eine erfindungsgemäße Abgasturbine aufweisenden Abgasturboladers,
  • 16 eine Weiterbildung der 15,
  • 17 Baugruppen einer weiteren erfindungsgemäßen Abgasturbine,
  • 18 Baugruppen einer weiteren erfindungsgemäßen Abgasturbine.
Preferred developments of the invention emerge from the subclaims and the following description. Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted thereto. It shows:
  • 1 a perspective view of an exhaust gas turbine having an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 2 a perspective view of a further exhaust gas turbine according to the invention,
  • 3 a further training of the 1 ,
  • 4th a further training of the 1 ,
  • 5 a cross section through a swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 6th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 7th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 8th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 9 a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 10 a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 11th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 12th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 13th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 14th a cross section through a further swirl atomizer of an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 15th Assemblies of a further exhaust gas turbocharger having an exhaust gas turbine according to the invention,
  • 16 a further training of the 15th ,
  • 17th Assemblies of a further exhaust gas turbine according to the invention,
  • 18th Assemblies of a further exhaust gas turbine according to the invention.

Die Erfindung betrifft eine Abgasturbine, die insbesondere Bestandteil eines Abgasturboladers einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer mit Dieselkraftstoff oder Schweröl betriebenen Brennkraftmaschine, ist.The invention relates to an exhaust gas turbine which, in particular, is part of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine, in particular an internal combustion engine operated with diesel fuel or heavy oil.

1 zeigt einen Abgasturbolader 30 mit einer erfindungsgemäßen Abgasturbine 31, die der Entspannung von Abgas einer Brennkraftmaschine dient. Ferner umfasst der Abgasturbolader 30 einen Verdichter 32 zur Verdichtung von der Brennkraftmaschine zuzuführender Ladeluft, wobei hierbei die in der Abgasturbine 31 bei der Entspannung des Abgases gewonnene Energie genutzt wird. 1 shows an exhaust gas turbocharger 30th with an exhaust gas turbine according to the invention 31 , which is used to relax exhaust gas from an internal combustion engine. The exhaust gas turbocharger also includes 30th a compressor 32 for compressing the charge air to be supplied by the internal combustion engine, with the air in the exhaust gas turbine 31 Energy obtained during the expansion of the exhaust gas is used.

Die Abgasturbine 31 verfügt über ein Turbinengehäuse 33 und einen Turbinenrotor 34. Der Turbinenrotor 34 ist um eine Rotationsachse R drehbar. Das Turbinengehäuse 33 verfügt über einen Zuströmgehäuseabschnitt 35 und einen Abströmgehäuseabschnitt 36, wobei über den Zuströmgehäuseabschnitt 35 zu entspannendes Abgas dem Turbinenrotor 34 zugeführt werden kann, und wobei über den Abströmgehäuseabschnitt 36 vom Turbinenrotor 34 entspanntes Abgas abgeführt werden kann. Bei der in 1 gezeigten Abgasturbine 31 handelt es sich um eine Radialturbine, bei welcher der Turbinenrotor 34 in Radialrichtung vom zu entspannenden Abgas über den Zuströmgehäuseabschnitt 35 angeströmt ist. Das entspannte Abgas wird in Axialrichtung vom Turbinenrotor 34 abgeführt.The exhaust turbine 31 has a turbine housing 33 and a turbine rotor 34 . The turbine rotor 34 is rotatable about an axis of rotation R. The turbine casing 33 has an inflow housing section 35 and a discharge housing section 36 , with over the inflow housing section 35 exhaust gas to be relaxed to the turbine rotor 34 can be supplied, and wherein via the outflow housing section 36 from the turbine rotor 34 relaxed exhaust gas can be discharged. At the in 1 exhaust turbine shown 31 it is a radial turbine in which the turbine rotor 34 in the radial direction from the exhaust gas to be expanded via the inflow housing section 35 flowed against. The expanded exhaust gas is in the axial direction from the turbine rotor 34 discharged.

Der Verdichter 32 verfügt über ein Verdichtergehäuse 37 und einen Verdichterrotor 38. Der Verdichterrotor 38 ist mit dem Turbinenrotor 34 über eine Welle 39 gekoppelt, die in einem Lagergehäuse 40 des Abgasturboladers 30 gelagert ist. Die Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 entspricht einer Rotationsachse R des Verdichterrotors 38 und der Rotationsachse der Welle 39.The compressor 32 has a compressor housing 37 and a compressor rotor 38 . The compressor rotor 38 is with the turbine rotor 34 over a wave 39 coupled that in a bearing housing 40 of the exhaust gas turbocharger 30th is stored. The axis of rotation R of the turbine rotor 34 corresponds to an axis of rotation R of the compressor rotor 38 and the axis of rotation of the shaft 39 .

Das Lagergehäuse 40 ist sowohl mit dem Verdichtergehäuse 37 als auch mit dem Turbinengehäuse 33, nämlich dem Zuströmgehäuseabschnitt 35 desselben, verbunden. Ferner ist in 1 ein Schalldämpfer 41 gezeigt, der mit dem Verdichtergehäuse 37 verbunden ist, wobei über den Schalldämpfer 41 die Ladeluft geführt wird.The bearing housing 40 is with both the compressor housing 37 as well as with the turbine housing 33 , namely the inflow housing section 35 same, connected. Furthermore, in 1 a muffler 41 shown with the compressor housing 37 is connected, being through the muffler 41 the charge air is conducted.

Das in der Abgasturbine 31 entspannte Abgas wird nach Verlassen des Abgasturboladers 30 in Richtung auf einen Katalysator (nicht gezeigt) geführt, insbesondere in Richtung auf einen SCR-Katalysator, um im Abgas den Stickoxidanteil zu reduzieren.That in the exhaust gas turbine 31 exhaust gas is relaxed after leaving the exhaust gas turbocharger 30th in the direction of a catalytic converter (not shown), in particular in the direction of an SCR catalytic converter, in order to reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas.

Das für die selektive katalytische Reduktion im SCR-Katalysator benötigte Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels kann über eine Dosiereinrichtung 42 der Abgasturbine 31 in das entspannte Abgas im Bereich der Abgasturbine 31 stromabwärts des Turbinenrotors 34 eingebracht werden, wobei in 1 die Dosiereinrichtung 42 das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des entspannten Abgases in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 in das Abgas einbringt.The reducing agent required for the selective catalytic reduction in the SCR catalytic converter or a precursor substance for the reducing agent can be supplied via a metering device 42 the exhaust turbine 31 into the relaxed exhaust gas in the area of the exhaust gas turbine 31 downstream of the turbine rotor 34 be introduced, with in 1 the dosing device 42 the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent opposite to the flow direction of the expanded exhaust gas in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 introduces into the exhaust gas.

Die erfindungsgemäße Abgasturbine 31 verfügt weiterhin über einen Drallzerstäuber 43 für das in das entspannte Abgas über die Dosiereinrichtung 42 eingebrachte Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, wobei der Drallzerstäuber 43 an einem in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärtigen, nabenseitigen Abschnitt des Turbinenrotors 34 an dem Turbinenrotor 34 angreift und zusammen mit dem Turbinenrotor 34 rotiert. Über den Drallzerstäuber 43 kann das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, das bzw. die über die Dosiereinrichtung 42 auf den Drallzerstäuber 43 gerichtet wird, im entspannten Abgas zerstäubt werden.The exhaust gas turbine according to the invention 31 also has a swirl atomizer 43 for the in the relaxed exhaust gas via the metering device 42 introduced reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, the swirl atomizer 43 on a downstream, hub-side section of the turbine rotor as seen in the flow direction of the exhaust gas 34 on the turbine rotor 34 attacks and together with the turbine rotor 34 rotates. Via the swirl atomizer 43 can be the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent that or the via the metering device 42 on the swirl atomizer 43 is directed, are atomized in the relaxed exhaust gas.

Nach einem ersten Aspekt der Erfindung verfügt die Abgasturbine 31 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts des Turbinenrotors 34 in Verlängerung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 über einen Prallkörper 44 für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, wobei in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 gesehen ein Abstand X in Richtung der Rotationsachse R (siehe 1, 2) zwischen dem Prallkörper 44 und dem Drallzerstäuber 43 maximal dem 7-fachen eines Durchmessers des Turbinenrotors 34 entspricht.According to a first aspect of the invention, the exhaust gas turbine 31 downstream of the turbine rotor, viewed in the flow direction of the exhaust gas 34 as an extension of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 via an impact body 44 for the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 seen a distance X in the direction of the axis of rotation R (see 1 , 2 ) between the impact body 44 and the swirl atomizer 43 a maximum of 7 times the diameter of the turbine rotor 34 is equivalent to.

Insbesondere entspricht der Abstand X des Prallkörpers 44 vom Drallzerstäuber 43 in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 gesehen maximal dem 6-fachen des Durchmessers des Turbinenrotors 34, bevorzugt maximal dem 5-fachen des Durchmessers des Turbinenrotors 34, besonders bevorzugt maximal dem 4-fachen des Durchmessers des Turbinenrotors 34.In particular, the distance X corresponds to the impact body 44 from the swirl atomizer 43 in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 seen a maximum of 6 times the diameter of the turbine rotor 34 , preferably a maximum of 5 times the diameter of the turbine rotor 34 , particularly preferably a maximum of 4 times the diameter of the turbine rotor 34 .

Der Prallkörper 44 ist im Ausführungsbeispiel der 1 plattenartig ausgebildet.The impact body 44 is in the embodiment of 1 designed like a plate.

Bei dem Prallkörper 44 handelt es sich um eine vom Turbinengehäuse 33 separate, am Turbinengehäuse 33 montierte Baugruppe, die vorzugsweise vom Turbinengehäuse 33 thermisch entkoppelt ist. So kann 1 entnommen werden, dass zwischen dem Prallkörper 44 und einem Verschlusskörper 45 des Abströmgehäuseabschnitts 36 des Turbinengehäuses 33 ein Spalt 46 ausgebildet ist, welcher der thermischen Entkopplung des Prallkörpers 44 vom Turbinengehäuse 33 dient.With the impact body 44 it is one of the turbine housing 33 separate, on the turbine housing 33 mounted assembly, preferably from the turbine housing 33 is thermally decoupled. So can 1 be taken that between the impact body 44 and a closure body 45 of the discharge housing section 36 of the turbine housing 33 A gap 46 is formed, which the thermal decoupling of the impact body 44 from the turbine housing 33 serves.

Der Prallkörper 44 ist in einem Umlenkbereich 47 des Abströmgehäuseabschnitts 36 des Turbinengehäuses 33 positioniert, wobei in diesem Umlenkbereich 47 das entspannte Abgas, welches axial vom Turbinenrotor 34 abströmt, umgelenkt wird, nämlich um mindestens 70°, bevorzugt um mindestens 80°, besonders bevorzugt um mindestens 89° bezogen auf die Rotationsachse R.The impact body 44 is in a deflection area 47 of the discharge housing section 36 of the turbine housing 33 positioned, in this deflection area 47 the relaxed exhaust gas, which is axially from the turbine rotor 34 flows away, is deflected, namely by at least 70 °, preferably by at least 80 °, particularly preferably by at least 89 °, based on the axis of rotation R.

Durch den Prallkörper 44, der vorzugsweise vom Turbinengehäuse 33 thermisch entkoppelt ist, kann verhindert werden, dass Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels auf das Turbinengehäuse 33 gelangt und sich am Turbinengehäuse 33 feste Bestandteile des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, insbesondere feste Harnstoffzersetzungsprodukte wie Cyanursäure oder Melamin absetzen bzw. ablagern.Through the impact body 44 , which is preferably from the turbine housing 33 is thermally decoupled, it can be prevented that reducing agent or the precursor substance of the reducing agent on the turbine housing 33 arrives and attaches itself to the turbine housing 33 fixed components of the The reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, in particular solid urea decomposition products such as cyanuric acid or melamine, settle or deposit.

Der vorzugsweise vom Turbinengehäuse 33 thermisch entkoppelte Prallkörper 44 verfügt über eine höhere Temperatur als das Turbinengehäuse 33, sodass Tropfen des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz, die auf den Prallkörper 44 gelangen, effektiv zersetzt werden können. Dabei ist der definierte Abstand x des Prallkörpers 44 vom Drallzerstäuber 43 von besonderem Vorteil, um der Ausbildung solcher Ablagerungen entgegenzuwirken.The preferably from the turbine housing 33 thermally decoupled impact body 44 has a higher temperature than the turbine housing 33 so that drops of the reducing agent or the precursor substance hit the impact body 44 can be effectively decomposed. The defined distance x is the impact body 44 from the swirl atomizer 43 of particular advantage to counteract the formation of such deposits.

2 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 1, in welchem der Prallkörper 44 im Unterschied zur 1 nicht plattenartig oder eben konturiert ist, sondern vielmehr in Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts des Turbinenrotors 34 gesehen wannenartig oder konkav gewölbt. Der Prallkörper 44 kann dabei als Hohlkugelsegment ausgeführt sein. 2 shows a further development of the embodiment of FIG 1 , in which the impact body 44 in contrast to 1 is not contoured plate-like or flat, but rather in the flow direction of the exhaust gas downstream of the turbine rotor 34 seen tub-like or concave. The impact body 44 can be designed as a hollow spherical segment.

3 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher in den Spalt 46 zwischen dem Prallkörper 44 und dem Verschlusskörper 45 des Turbinengehäuses 33 über eine Zuführeinrichtung 48 Abgas eingebracht wird, nämlich relativ heißes Abgas, welches in der Abgasturbine 31 nicht entspannt wurde. In diesem Fall ist dann der Prallkörper 44 an einer ersten Seite, die dem Turbinenrotor 34 zugewandt ist, von dem in der Abgasturbine 31 entspannten Abgas mit dem im entspannten Abgas zerstäubten Reduktionsmittel oder der zerstäubten Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels angeströmt, wohingegen der Prallkörper an einer gegenüberliegenden zweiten Seite, die vom Turbinenrotor 34 abgewandt ist, von nicht entspanntem Abgas angeströmt ist, welches heißer ist als das entspannte Abgas. 3 shows a further development of the embodiment of FIG 1 in which in the gap 46 between the impact body 44 and the closure body 45 of the turbine housing 33 via a feeding device 48 Exhaust gas is introduced, namely relatively hot exhaust gas, which in the exhaust gas turbine 31 was not relaxed. In this case it is the impact body 44 on a first side, that of the turbine rotor 34 facing from that in the exhaust turbine 31 relaxed exhaust gas flows against the reducing agent atomized in the relaxed exhaust gas or the atomized precursor substance of the reducing agent, whereas the impact body on an opposite second side, that of the turbine rotor 34 is turned away, is flowed against by non-relaxed exhaust gas, which is hotter than the relaxed exhaust gas.

Die Weiterbildung der 3 erlaubt eine besonders vorteilhafte thermische Entkopplung des Prallkörpers 44 vom Turbinengehäuse 33 und eine besonders effektive Zersetzung von Tropfen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, die auf die erste Seite des Prallkörpers 44 gelangen.The training of the 3 allows a particularly advantageous thermal decoupling of the impact body 44 from the turbine housing 33 and a particularly effective decomposition of drops of the reducing agent or of the precursor substance of the reducing agent which hit the first side of the impact body 44 reach.

Während also in der Ausführungsform der 1 die thermische Entkopplung von Prallkörper 44 und Turbinengehäuse 33 über eine Luftspaltisolierung erfolgt, ist in der Ausführungsform der 3 zusätzlich vorgesehen, den Prallkörper 44 an der vom Turbinenrotor 34 abgewandten Seite mit heißem Abgas anzuströmen und so denselben von hinten zu beheizen. Das Abgas, welches über die Zuführeinrichtung 48 dem Prallkörper 44 zugeführt werden kann, kann stromaufwärts des Turbinenrotors 34 zum Beispiel aus dem Zuführgehäuseabschnitt 35 des Turbinengehäuses 33 abgezweigt werden. Besonders vorteilhaft ist, das über die Zuführeinrichtung 48 zugeführte Abgas stromauf des Abgasrotors 34 zu entnehmen, da dort ein höheres Drucknivieau herrscht, als stromab des Abgasrotors bzw. im Bereich des Prallkörper 44. Somit kann auf eine Fördervorrichtung für das heiße Abgas verzichtet werden.So while in the embodiment of 1 the thermal decoupling of the impact body 44 and turbine housing 33 takes place via an air gap insulation, is in the embodiment of 3 additionally provided, the impact body 44 on that of the turbine rotor 34 the side facing away from the flow of hot exhaust gas and thus to heat the same from behind. The exhaust gas, which via the feed device 48 the impact body 44 can be supplied, can upstream of the turbine rotor 34 for example from the feeder housing section 35 of the turbine housing 33 be branched off. It is particularly advantageous that this is done via the feed device 48 supplied exhaust gas upstream of the exhaust gas rotor 34 can be seen, since there is a higher pressure level than downstream of the exhaust gas rotor or in the area of the impact body 44 . A delivery device for the hot exhaust gas can thus be dispensed with.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Abgasturbine 31 der 1 zeigt 4. In der Weiterbildung der 4 ist gezeigt, dass sich die Dosiereinrichtung 42 durch den Prallkörper 44 hindurch erstreckt und demnach im Bereich des Turbinengehäuses 33 sich ausschließlich in axialer Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 erstreckt. Dabei erstreckt sich die Dosiereinrichtung 42 auch durch den Verschlusskörper 45 des Turbinengehäuses 33 hindurch.Another advantageous development of the exhaust gas turbine 31 the 1 shows 4th . In the further training of the 4th it is shown that the metering device 42 through the impact body 44 extends therethrough and therefore in the area of the turbine housing 33 exclusively in the axial direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 extends. The metering device extends 42 also through the closure body 45 of the turbine housing 33 through.

Mit den obigen Merkmalen der erfindungsgemäßen Abgasturbine 31 kann vermieden werden, dass sich Ablagerungen aus festen Zersetzungsprodukten des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels, wie zum Beispiel Cyanursäure oder Melamin, insbesondere auf dem Prallkörper 44 und dem Turbinengehäuse 33 sowie auf der Dosiereinrichtung 42 vorzugsweise auch auf dem Drallzerstäuber 43 ablagern.With the above features of the exhaust gas turbine according to the invention 31 it can be avoided that deposits of solid decomposition products of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, such as cyanuric acid or melamine, in particular on the impact body 44 and the turbine housing 33 as well as on the dosing device 42 preferably also on the swirl atomizer 43 deposit.

Die Effektivität des Zerstäubens des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels im Abgas kann erhöht werden, wenn der Drallzerstäuber 43, wie in 5 bis 14 gezeigt, ausgeführt ist. 5 bis 14 zeigen dabei bevorzugte Ausführungsvarianten für den Drallzerstäuber 43 zusammen mit der Dosiereinrichtung 42, wobei in 5 bis 14 Pfeile 49 die Strömung des entspannten Abgases im Bereich des Drallzerstäubers 43 und Pfeile 50 die Zuführung des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels zum Drallzerstäuber 43 visualisieren.The effectiveness of the atomization of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent in the exhaust gas can be increased if the swirl atomizer 43 , as in 5 until 14th shown is executed. 5 until 14th show preferred design variants for the swirl atomizer 43 together with the dosing device 42 , where in 5 until 14th Arrows 49 the flow of the relaxed exhaust gas in the area of the swirl atomizer 43 and arrows 50 the supply of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent to the swirl atomizer 43 visualize.

Die Drallzerstäuber 43 der 5 und 6 verfügen jeweils über einen Hohlraum 51, wobei in diesen Hohlraum 51 das Reduktionsmittel 50 über die Dosiereinrichtung 42 eingebracht wird, um dann über den Drallzerstäuber 43 zerstäubt und in Richtung auf den Prallkörper 44 bewegt zu werden. In 5 ist der Drallzerstäuber 43 glockenförmig oder becherförmig ausgeführt, wobei Wände 52, 53 des Drallzerstäubers 43 den Hohlraum 51 desselben begrenzen. So verfügt der Drallzerstäuber 43 der 5 über eine Bodenwand 52, die in 5 vollständig geschlossen ist und die sich senkrecht zur Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 und damit zur Rotationsachse des Drallzerstäubers 43 erstreckt. Von dieser Bodenwand 52 ausgehend erstreckt sich eine rohrartige Wand 53, die sich parallel oder mit einem spitzen Winkel β zur Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43 erstreckt, wobei dieser spitze Winkel β maximal 40°, vorzugsweise maximal 30°, bevorzugt maximal 20°, besonders bevorzugt maximal 10°, beträgt. Diese Wand 53 erstreckt sich ausgehend von der Bodenwand 52 in Richtung auf den Prallkörper 44. Um eine besonders effektive Zerstäubung des Reduktionsmittels 50 bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels über den Drallzerstäuber 43 zu gewährleisten, ist in dem Ausführungsbeispiel der 5 vorgesehen, dass freie Enden der Wand 53, die dem Drallkörper 44 zugewandt sind, zwischen einem radial äußeren Bereich und einem radial inneren Bereich der Wand 53 einen spitzen Winkel α einschließen, der maximal 60°, bevorzugt maximal 45°, besonders bevorzugt maximal 35°, beträgt. In 5 ist dabei der Drallkörper 43 an dem der Bodenwand 52 gegenüberliegenden Ende offen ausgebildet, derselbe ist demnach in Form eines offenen Bechers bzw. einer offenen Glocke ausgeführt.The swirl atomizer 43 the 5 and 6th each have a cavity 51 , being in this cavity 51 the reducing agent 50 via the dosing device 42 is introduced, to then over the swirl atomizer 43 atomized and in the direction of the impact body 44 to be moved. In 5 is the swirl atomizer 43 Bell-shaped or cup-shaped, with walls 52 , 53 of the swirl atomizer 43 the cavity 51 limit the same. This is how the swirl atomizer has 43 the 5 over a bottom wall 52 , in the 5 is completely closed and which is perpendicular to the axis of rotation R of the turbine rotor 34 and thus to the axis of rotation of the swirl atomizer 43 extends. From this bottom wall 52 starting from a tubular wall extends 53 which are parallel or at an acute angle β to the axis of rotation R des Turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 extends, wherein this acute angle β is a maximum of 40 °, preferably a maximum of 30 °, preferably a maximum of 20 °, particularly preferably a maximum of 10 °. This wall 53 extends from the bottom wall 52 in the direction of the impact body 44 . To ensure particularly effective atomization of the reducing agent 50 or the precursor substance of the reducing agent via the swirl atomizer 43 to ensure is in the embodiment of the 5 provided that free ends of the wall 53 that the swirl body 44 are facing, between a radially outer region and a radially inner region of the wall 53 Include an acute angle α which is a maximum of 60 °, preferably a maximum of 45 °, particularly preferably a maximum of 35 °. In 5 is the swirl body 43 on that of the bottom wall 52 The opposite end is designed to be open, which is accordingly designed in the form of an open cup or an open bell.

7 zeigt eine Weiterbildung des Drallzerstäubers 43 der 5, wobei im Ausführungsbeispiel der 7 nach einem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen ist, dass sich durch die Wand 53 des Drallzerstäubers 43, die sich parallel zur Rotationsachse oder mit dem spitzen Winkel β schräg zur Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43 erstreckt, Öffnungen 54 aufweist, über welche das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels aus dem Hohlraum 51 heraus in das entspannte Abgas eintritt. Hiermit kann eine besonders vorteilhafte Zerstäubung des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels gewährleistet werden, wodurch die Gefahr, dass sich am Prallkörper 44 oder am Turbinengehäuse 36 oder am Drallzerstäuber 43 Ablagerungen von Zersetzungsprodukten des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausbilden, reduziert werden kann. 7th shows a further development of the swirl atomizer 43 the 5 , wherein in the embodiment of the 7th according to a second aspect of the invention it is provided that through the wall 53 of the swirl atomizer 43 which are parallel to the axis of rotation or at an acute angle β obliquely to the axis of rotation R of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 extends, openings 54 has, via which the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent from the cavity 51 enters the relaxed exhaust gas. In this way, a particularly advantageous atomization of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent can be ensured, which means that there is a risk of the impact body 44 or on the turbine housing 36 or on the swirl atomizer 43 Forming deposits of decomposition products of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent can be reduced.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass dieser zweite Aspekt der Erfindung vorzugsweise in Kombination mit dem ersten Aspekt der Erfindung an einer Abgasturbine 31 genutzt wird. Die beiden erfindungsgemäßen Aspekte können jedoch auch unabhängig voneinander genutzt werden.It should be pointed out at this point that this second aspect of the invention is preferably used in combination with the first aspect of the invention on an exhaust gas turbine 31 is being used. However, the two aspects of the invention can also be used independently of one another.

9 zeigt eine Abwandlung des Drallzerstäubers 43 der 7, wonach die in 9 gezeigten Öffnungen 54 im Bereich der Wand 53 voneinander abweichende Orientierungen bzw. Längsmittelachsen aufweisen. Hiermit kann die Zerstäubung des Reduktionsmittels 50 bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50 weiter verbessert werden. In 7 und 9 verdeutlichen die gestrichelten Pfeile, in welcher Richtung das zerstäubte Reduktionsmittel 50 aus dem Hohlraum 51 des jeweiligen Drallzerstäubers 43 austritt und in das Abgas 49 eintritt. Dabei kann in 7 und 9 das Abgas einerseits am offenen Ende des Drallkörpers 43 und andererseits über die Öffnungen 54 in zwei in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43 gesehen versetzten Ebenen aus dem Hohlraum 51 des Drallzerstäubers 43 austreten. 9 shows a modification of the swirl atomizer 43 the 7th after which the in 9 openings shown 54 in the area of the wall 53 have divergent orientations or longitudinal center axes. This enables the atomization of the reducing agent 50 or the precursor substance of the reducing agent 50 to be further improved. In 7th and 9 The dashed arrows indicate the direction in which the atomized reducing agent is used 50 out of the cavity 51 of the respective swirl atomizer 43 exits and into the exhaust gas 49 entry. In 7th and 9 the exhaust gas on the one hand at the open end of the swirl body 43 and on the other hand via the openings 54 in two in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 seen staggered levels from the cavity 51 of the swirl atomizer 43 step out.

11 zeigt dabei eine Weiterbildung des Drallzerstäubers 43 der 9, bei welchem zwischen den in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43 gesehen versetzten Austrittsebenen Trennwände 55 ausgebildet sind, die ausgehend von der Wand 53 nach innen in den Hohlraum 51 hinein gerichtet sind. 11th shows a further development of the swirl atomizer 43 the 9 , in which between the in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 seen staggered exit levels partition walls 55 are formed starting from the wall 53 inward into the cavity 51 are directed into it.

Bei einer relativ kleinen Menge von in den Drallzerstäuber 43 eingebrachtem Reduktionsmittel 50 stellen diese Trennwände 55 sicher, dass sämtliches Reduktionsmittel 50 zunächst über die Öffnungen 54 aus dem Hohlraum 51 austritt und in das Abgas 59 eintritt.With a relatively small amount of in the swirl atomizer 43 introduced reducing agent 50 put these partitions 55 sure all the reducing agent 50 first through the openings 54 out of the cavity 51 exits and enters the exhaust gas 59.

Bei einer größeren Reduktionsmittelmenge und/oder bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten des Drallzerstäubers 43 kann der Spiegel an zu zerstäubendem Reduktionsmittel im Hohlraum 51 so weit ansteigen, dass dann das zu zerstäubende Reduktionsmittel die Trennwände 55 überwindet und in 11 nach rechts strömt, um dann auch über das offene Ende des Drallzerstäubers 43 aus dem Hohlraum 51 desselben auszutreten und in das Abgas 49 einzutreten. Hierzu ist es von Bedeutung, dass die Austrittsöffnung der Dosiereinrichtung 42 so im Hohlraum 51 des Drallzerstäubers 43 positioniert ist, dass dieselbe zwischen der Bodenwand 52 und den Trennwänden 55 liegt.With a larger amount of reducing agent and / or with low rotation speeds of the swirl atomizer 43 can be the level of reducing agent to be atomized in the cavity 51 rise so far that the reducing agent to be atomized then hits the partition walls 55 overcomes and in 11th flows to the right to then also over the open end of the swirl atomizer 43 out of the cavity 51 the same exit and into the exhaust gas 49 to enter. For this it is important that the outlet opening of the metering device 42 so in the cavity 51 of the swirl atomizer 43 is positioned that same between the bottom wall 52 and the partitions 55 lies.

5, 7, 9 und 11 zeigen allesamt Drallzerstäuber 43, die an ihrem der Bodenwand 52 gegenüberliegenden Ende offen ausgebildet sind, die also in Form eines offenen Bechers oder einen offenen Glocke konturiert sind. Demgegenüber zeigen 6, 8, 10 und 12 Abwandlungen von Drallzerstäubern 43, die an ihrem der Bodenwand 52 gegenüberliegenden Ende von einer weiteren Wand 56 verschlossen sind, wobei sich in 6, 8, 10 und 12 durch diese der Bodenwand 52 gegenüberliegende geschlossene Wand 56 die Dosiereinrichtung 42 hindurch erstreckt. Hier ist demnach die Dosiereinrichtung 43 in Form eines geschlossenen Bechers bzw. einer geschlossenen Glocke konturiert. 5 , 7th , 9 and 11th all show swirl atomizers 43 that is on her the bottom wall 52 opposite end are designed to be open, which are thus contoured in the form of an open cup or an open bell. In contrast, show 6th , 8th , 10 and 12th Variations of swirl atomizers 43 that is on her the bottom wall 52 opposite end of another wall 56 are closed, with 6th , 8th , 10 and 12th through this the bottom wall 52 opposite closed wall 56 the dosing device 42 extends therethrough. So here is the metering device 43 contoured in the form of a closed cup or a closed bell.

In den Ausführungsbeispielen der 6, 8, 10 und 12 erstreckt sich die rohrartige Wand 53, die sich zwischen den geschlossenen Wänden 52 und 56 erstreckt, parallel zur Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43, wobei in diese rohrartige Wand 53, die Öffnungen 54 eingebracht sind, über welche das Reduktionsmittel 50 bzw. die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50 aus dem Hohlraum 51 des jeweiligen Drallzerstäubers 43 austritt und in das Abgas 49 eintritt. Die rohrartige Wand 53 erstreckt sich parallel oder mit einem spitzen Winkel β zur Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43, wobei dieser spitze Winkel β maximal 40°, vorzugsweise maximal 30°, bevorzugt maximal 20°, besonders bevorzugt maximal 10°, beträgt.In the embodiments of 6th , 8th , 10 and 12th extends the tubular wall 53 that is between the closed walls 52 and 56 extends, parallel to the axis of rotation R of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 , being in this tubular wall 53 who have favourited openings 54 are introduced, over which the reducing agent 50 or the precursor of the reducing agent 50 out of the cavity 51 of the respective Swirl atomizer 43 exits and into the exhaust gas 49 entry. The pipe-like wall 53 extends parallel or at an acute angle β to the axis of rotation R of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 , this acute angle β being a maximum of 40 °, preferably a maximum of 30 °, preferably a maximum of 20 °, particularly preferably a maximum of 10 °.

In den 8, 10 und 12 sind dabei diese Öffnungen 54 in unterschiedlichen Ebenen positioniert, und zwar in mindestens zwei in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 bzw. Drallzerstäubers 43 gesehen versetzten Ebenen. In 12 sind dabei zwischen diesen Ebenen in Übereinstimmung zur 11 wiederum die Trennwände 55 ausgebildet, die sich ausgehend von der Wand 53 nach innen in den Hohlraum 51 des Drallzerstäubers 43 hinein erstrecken.In the 8th , 10 and 12th are these openings 54 positioned in different planes, namely in at least two in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 or swirl atomizer 43 seen staggered levels. In 12th are in agreement between these levels 11th again the partitions 55 formed starting from the wall 53 inward into the cavity 51 of the swirl atomizer 43 extend into it.

Mit sämtlichen gezeigten Drallzerstäubern 43 ist es möglich, das Reduktionsmittel 50 bzw. die Vorläufersubstanz desselben besonders vorteilhaft zu zerstäuben und in das entspannte Abgas 49 einzubringen, und zwar unter Vermeidung eines Hohlsprühkegels aus zerstäubtem Reduktionsmittel 50 bzw. aus zerstäubter Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels. Wenn ein solcher Hohlsprühkegels vermieden wird, wird sichergestellt, dass sich auf dem Prallkörper 44, der vorzugsweise in Kombination mit dem Drallkörper 43 zum Einsatz kommt, keine kreisförmige Ablagerungslinie an Reduktionsmittel bzw. Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausbildet. Die Öffnungen 54 in der Wand 53 des jeweiligen Drallzerstäubers 43 wirken der Ausbildung eines Hohlsprühkegels aus zerstäubtem Reduktionsmittel oder zerstäubter Vorläufersubstanz besonders effektiv entgegen, wobei diese Öffnungen 54 unterschiedliche Orientierungen aufweisen können, also mit unterschiedlicher Orientierung zur Rotationsachse R des Drallzerstäubers 43 verlaufen können. Längsmittelachsen der Öffnungen 54 können sich senkrecht oder geneigt zur Strömungsrichtung des entspannten Abgases 49 erstrecken.With all shown swirl atomizers 43 is it possible to use the reducing agent 50 or the precursor substance of the same particularly advantageous to atomize and into the relaxed exhaust gas 49 to be introduced, while avoiding a hollow spray cone of atomized reducing agent 50 or from atomized precursor substance of the reducing agent. If such a hollow spray cone is avoided, it is ensured that there is on the impact body 44 , which is preferably used in combination with the swirl body 43 is used, no circular deposition line of reducing agent or precursor substance of the reducing agent forms. The openings 54 in the wall 53 of the respective swirl atomizer 43 act particularly effectively against the formation of a hollow spray cone from atomized reducing agent or atomized precursor substance, these openings 54 can have different orientations, that is to say with a different orientation to the axis of rotation R of the swirl atomizer 43 can run. Longitudinal central axes of the openings 54 can be perpendicular or inclined to the direction of flow of the expanded exhaust gas 49 extend.

Während in 5 bis 12 die gezeigten Drallzerstäuber 43 bis auf die Orientierung der Öffnungen 54 allesamt rotationssymmetrisch ausgeführt sind, zeigen 13 und 14 Abwandlungen des Drallzerstäubers 43 der 5, die nicht rotationssymmetrisch im Bereich des offenen Endes und damit einer Abrisskante des Drallzerstäubers 43 ausgebildet sind. Auch hiermit kann der Ausbildung eines Hohlsprühkegels aus zerstäubtem Reduktionsmittel vorteilhaft entgegengewirkt werden. In 13 ist dabei die Wand 53 in Axialrichtung derselben gesehen unterschiedlich lang ausgebildet. In 14 werden unterschiedliche Winkel α im Bereich der Abrisskante bzw. des freien Endes der Wand 53 zwischen dem radial äußeren und dem radial inneren Bereich der Wand 53 bereitgestellt.While in 5 until 12th the swirl atomizers shown 43 except for the orientation of the openings 54 are all rotationally symmetrical, show 13th and 14th Modifications of the swirl atomizer 43 the 5 that are not rotationally symmetrical in the area of the open end and thus a tear-off edge of the swirl atomizer 43 are trained. In this way, too, the formation of a hollow spray cone from atomized reducing agent can advantageously be counteracted. In 13th is the wall 53 seen in the axial direction of the same formed of different lengths. In 14th are different angles α in the area of the tear-off edge or the free end of the wall 53 between the radially outer and radially inner regions of the wall 53 provided.

Es kann vorgesehen sein, dass an der Wand 53, nämlich einer radial inneren Fläche 58 der Wand 53, angrenzend an den Hohlraum 51 des jeweiligen Drallzerstäubers 54 Führungsnuten bzw. Führungsrillen für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ausgebildet sind, wobei sich diese Führungsrillen bzw. Führungsnuten in Richtung der Rotationsachse R des jeweiligen Drallzerstäubers 43 gerade oder schraubenförmig erstrecken und das Reduktionsmittel 50 bzw. die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50, welches über die Dosiereinrichtung 42 in den Hohlraum 51 des jeweiligen Drallzerstäubers 43 eingebracht wird, in Richtung des offenen Endes bzw. der Öffnungen des Drallzerstäubers 43 führen. Derartige Führungsnuten bzw. Führungsrillen können bei sämtlichen Drallzerstäubern 43 der 5 bis 14 zum Einsatz kommen.It can be provided that on the wall 53 , namely a radially inner surface 58 the wall 53 , adjacent to the cavity 51 of the respective swirl atomizer 54 Guide grooves or guide grooves are formed for the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent, these guide grooves or guide grooves extending in the direction of the axis of rotation R of the respective swirl atomizer 43 straight or helical extend and the reducing agent 50 or the precursor of the reducing agent 50 , which via the dosing device 42 into the cavity 51 of the respective swirl atomizer 43 is introduced, in the direction of the open end or the openings of the swirl atomizer 43 to lead. Such guide grooves or guide grooves can be used in all swirl atomizers 43 the 5 until 14th are used.

In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 14 führt die Dosiereinrichtung 42 das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz dem Drallzerstäuber 43 entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des entspannten Abgases und in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 43 zu. Demgegenüber zeigen 15 und 16 Ausführungsbeispiele, bei welcher die jeweilige Dosiereinrichtung 42 das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz dem jeweiligen Drallzerstäuber 43 in Strömungsrichtung des entspannten Abgases sowie in Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 und damit Drallzerstäubers 43 zuführt.In the embodiments of 1 until 14th guides the metering device 42 the reducing agent or the precursor substance to the swirl atomizer 43 opposite to the direction of flow of the expanded exhaust gas and in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 43 to. In contrast, show 15th and 16 Embodiments in which the respective metering device 42 the reducing agent or the precursor substance to the respective swirl atomizer 43 in the direction of flow of the expanded exhaust gas and in the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 and thus swirl atomizer 43 feeds.

In 15, 16 erfolgt die Zuführung des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz durch die im Lagergehäuse 40 gelagerte Welle 39 sowie durch die Nabe des Turbinenrotors 34. Dies verfügt über den Vorteil, dass auf Baugruppen der Zuführeinrichtung 42, die stromabwärts des Turbinenrotors 43 angeordnet sind, vollständig verzichtet werden kann. Es besteht dann keinerlei Gefahr, dass sich auf der Dosiereinrichtung 42 Ablagerungen von Zersetzungsprodukten des Reduktionsmittels oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels ablagern, die zu einem Verstopfen der Dosiereinrichtung 42 führen können.In 15th , 16 the supply of the reducing agent or the precursor substance takes place through the in the bearing housing 40 bearing shaft 39 as well as through the hub of the turbine rotor 34 . This has the advantage that the feed device is based on assemblies 42 that are downstream of the turbine rotor 43 are arranged, can be completely dispensed with. There is then no risk of getting on the metering device 42 Deposits of decomposition products of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent are deposited, which lead to clogging of the metering device 42 being able to lead.

16 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform der 15, bei welcher der Drallzerstäuber 43 radial außen von einer Leiteinrichtung 57 zumindest abschnittsweise umgeben ist. Durch eine solche Leiteinrichtung 57 kann das zerstäubte Reduktionsmittel bzw. die zerstäubte Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in einem engeren Bereich innerhalb des entspannten Abgases konzentriert werden. Ferner wird verhindert, dass das Reduktionsmittel 50 auf den Abströmgehäuseabschnitt 36 des Turbinengehäuses 33 gelangt. Diese Ausführung ist nicht auf die Zuführung des Reduktionsmittels über die Welle 39 beschränkt, sondern kann auch in den in den 1-14 gezeigten Ausführungen der Zuführung des Reduktionsmittels entgegeben der Strömungsrichtung angewendet werden. 16 shows a further development of the embodiment of FIG 15th , in which the swirl atomizer 43 radially outside of a guide device 57 is at least partially surrounded. By such a guiding device 57 the atomized reducing agent or the atomized precursor substance of the reducing agent can be concentrated in a narrower area within the expanded exhaust gas. It also prevents the reducing agent 50 on the discharge housing section 36 of the turbine housing 33 got. This version is not based on the supply of the reducing agent via the shaft 39 limited, but can also be used in the in the 1-14 The embodiments shown of the supply of the reducing agent are applied depending on the direction of flow.

Vorzugsweise ist die Leiteinrichtung 57 so ausgeführt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Bereich der Umlenkung desselben, also im Umlenkbereich 47 des Abströmgehäuseabschnitts 36, höher ist als die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, um die Umlenkung des Reduktionsmittels 50 bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50 im Umlenkbereich 47 zu verbessern. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verjüngt sich die Leiteinrichtung 57 an einem dem Prallkörper 44 zugewandten Ende.The guide device is preferably 57 designed so that the flow velocity of the exhaust gas in the area of the deflection of the same, i.e. in the deflection area 47 of the discharge housing section 36 , is higher than the mean flow velocity of the exhaust gas in order to deflect the reducing agent 50 or the precursor substance of the reducing agent 50 in the deflection area 47 to improve. In the embodiment shown, the guide device tapers 57 on one of the impact body 44 facing end.

Die Leiteinrichtung 57 ist vorzugsweise fest mit dem Turbinenrad 34 verbunden und rotiert zusammen mit dem Turbinenrad 34 sowie zusammen mit dem Drallzerstäuber 43. So können Strömungsverluste minimiert werden.The guidance device 57 is preferably fixed to the turbine wheel 34 connected and rotates together with the turbine wheel 34 as well as together with the swirl atomizer 43 . In this way, flow losses can be minimized.

Obwohl die Anbindung der Leiteinrichtung 57 an das Turbinenrad 34 bevorzugt ist, ist es auch möglich, dass die Leiteinrichtung 57 am Turbinengehäuse 33 befestigt ist, also feststehend ausgeführt ist.Although the connection of the control facility 57 to the turbine wheel 34 is preferred, it is also possible that the guide device 57 on the turbine housing 33 is attached, so is made stationary.

17 und 18 zeigen Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Abgasturbine 31, bei welcher die Dosiereinrichtung 42 das Reduktionsmittel 50 oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50 dem Drallzerstäuber 43 senkrecht zur Strömungsrichtung des entspannten Abgases bzw. in Strömungsrichtung des zu entspannenden Abgases und senkrecht zur Richtung der Rotationsachse R des Turbinenrotors 34 und damit des Drallzerstäubers 43 zuführt. Die Drallzerstäuber 43 der 17 und 18 benötigen keinen Hohlraum, vielmehr wird das Reduktionsmittel 50 bzw. die Vorläufersubstanz desselben an einer Außenfläche 58 des Drallzerstäubers 43 geführt, der in 17 kegelstumpfartig und in 18 kegelartig konturiert ist. In 17 erweitert sich der Durchmesser des kegelstumpfartig konturierten Drallzerstäubers 43 in Strömungsrichtung des entspannten Abgases gesehen, in 18 hingegen verjüngt sich der Durchmesser des kegelartig konturierten Drallzerstäubers 43 in Strömungsrichtung des entspannten Abgases gesehen. 17th and 18th show configurations of an exhaust gas turbine according to the invention 31 , in which the metering device 42 the reducing agent 50 or the precursor of the reducing agent 50 the swirl atomizer 43 perpendicular to the flow direction of the expanded exhaust gas or in the flow direction of the exhaust gas to be expanded and perpendicular to the direction of the axis of rotation R of the turbine rotor 34 and thus the swirl atomizer 43 feeds. The swirl atomizer 43 the 17th and 18th do not need a cavity, rather the reducing agent will 50 or the precursor substance of the same on an outer surface 58 of the swirl atomizer 43 led in 17th frustoconical and in 18th is contoured like a cone. In 17th the diameter of the frustoconical contoured swirl atomizer increases 43 seen in the flow direction of the expanded exhaust gas, in 18th however, the diameter of the cone-like contoured swirl atomizer tapers 43 seen in the flow direction of the expanded exhaust gas.

Auf der das Reduktionsmittel 50 bzw. die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels 50 führenden äußeren Fläche 58 des Drallkörpers 43 können wiederum Führungsnuten bzw. Führungsrillen ausgeführt sein, die sich in Längsrichtung bzw. in Strömungsrichtung des entspannten Abgases erstrecken und der Führung des zu zerstäubenden Reduktionsmittels 50 bzw. der zu zerstäubenden Vorläufersubstanz dienen.On the the reducing agent 50 or the precursor of the reducing agent 50 leading outer surface 58 of the swirl body 43 can in turn be designed guide grooves or guide grooves that extend in the longitudinal direction or in the flow direction of the expanded exhaust gas and the guide of the reducing agent to be atomized 50 or serve the precursor substance to be atomized.

Bei den Ausführungsbeispielen der 15, 16, 17 und 18 kommen vorzugsweise die Details des unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschriebenen Prallkörpers 44 zum Einsatz.In the embodiments of 15th , 16 , 17th and 18th preferably come to the details of the reference 1 until 4th described impact body 44 for use.

In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, dass der Drallzerstäuber 43 und/oder die Dosiereinrichtung 42 und/oder der Prallkörper 44 mit einer hydrophoben Beschichtung und/oder einer katalytisch aktiven Beschichtung zumindest abschnittsweise beschichtet ist.In all of the embodiments of the invention described above, it is possible that the swirl atomizer 43 and / or the metering device 42 and / or the impact body 44 is coated at least in sections with a hydrophobic coating and / or a catalytically active coating.

Bei einer hydrophoben Beschichtung kann es sich um eine Beschichtung aus Nanopartikeln handeln, die aus TiO2, Al2O3 und/oder SiO2, bestehen. Eine solche hydrophobe Beschichtung kann gleichzeitig katalytisch aktive Eigenschaften aufweisen, und dann zum Beispiel SiO2-stabilisiertes TiO2 oder WO3 umfassen.A hydrophobic coating can be a coating made of nanoparticles made of TiO 2 , Al 2 O 3 and / or SiO 2 . Such a hydrophobic coating can at the same time have catalytically active properties and then comprise, for example, SiO 2 -stabilized TiO 2 or WO 3.

Vorzugsweise sind die Dosiereinrichtung 42 und/oder der Drallzerstäuber 43 und/oder der Prallkörper 44 zumindest abschnittsweise aus einem Edelstahl, insbesondere einem austenitischen Edelstahl, gefertigt. Hierdurch kann eine Korrosion dieser Baugruppen verhindert werden.The metering devices are preferably 42 and / or the swirl atomizer 43 and / or the impact body 44 manufactured at least in sections from a high-grade steel, in particular an austenitic high-grade steel. This can prevent corrosion of these assemblies.

Dabei ist es möglich, diese Baugruppen lediglich im Bereich ihrer Oberflächen aus Edelstahl, vorzugsweise aus austenitischem Edelstahl, zu fertigen und dieselben im Inneren aus einem geringer wertigeren Material, zum Beispiel aus einem Gussstahl oder Schwarzstahl, zu fertigen. Hierdurch können Herstellkosten reduziert werden.It is possible to manufacture these assemblies only in the area of their surfaces from stainless steel, preferably from austenitic stainless steel, and to manufacture the same inside from a lower quality material, for example from a cast steel or black steel. Manufacturing costs can be reduced as a result.

Sämtliche oben beschriebenen konstruktiven Details der erfindungsgemäßen Gasturbinen 31 dienen dem Ziel, der Ausbildung von Ablagerungen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels auf Baugruppen der Abgasturbine 31 entgegenzuwirken, insbesondere auf dem Drallzerstäuber 43 und/oder der Dosiereinrichtung 42 und/oder dem Prallkörper 44.All of the structural details of the gas turbines according to the invention described above 31 serve the aim of the formation of deposits of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent on assemblies of the exhaust gas turbine 31 counteract this, especially on the swirl atomizer 43 and / or the metering device 42 and / or the impact body 44 .

Diese Gefahr kann weiter reduziert werden, wenn die Abgasturbine, wie nachfolgend beschrieben, betrieben wird.This risk can be further reduced if the exhaust gas turbine is operated as described below.

In einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der oben beschriebenen Gasturbinen 31 ist vorgesehen, eine Viskosität einer wässrigen Reduktionsmittellösung oder einer wässirigen Lösung aus der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels und Wasser auf mindestens 1,33 mPas, bevorzugt auf mindestens 1,35 mPas, besonders bevorzugt auf mindestens 1,38 mPas, einzustellen. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass ein Anteil des Reduktionsmittels an der wässrigen Reduktionsmittellösung oder der Vorläufersubstanz an der Lösung aus der Vorläufersubstanz auf mindestens 35%, bevorzugt auf mindestens 37%, besonders bevorzugt auf mindestens 39% eingestellt wird.In a first embodiment according to the invention of a method for operating the gas turbines described above 31 Provision is made to set a viscosity of an aqueous reducing agent solution or an aqueous solution of the precursor substance of the reducing agent and water to at least 1.33 mPas, preferably to at least 1.35 mPas, particularly preferably to at least 1.38 mPas. This is preferably done in that a proportion of the reducing agent in the aqueous reducing agent solution or the Precursor substance is adjusted to the solution from the precursor substance to at least 35%, preferably to at least 37%, particularly preferably to at least 39%.

Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensaspekt, der in Kombination oder auch alleine genutzt werden kann, ist vorgesehen, die Menge des über die Dosiereinrichtung 42 in das entspannte Abgas eingebrachten Reduktionsmittels 50 oder die Menge der eingebrachten Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in Abhängigkeit der Drehzahl der Abgasturbine 31 bzw. in Abhängigkeit einer Drehzahl einer mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit einer Leistung der Abgasturbine 31 bzw. einer Leistung der mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit einer Temperatur des Abgases zu bestimmen. Dabei kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die Drehzahl der Abgasturbine bzw. der Brennkraftmaschine und/oder die Leistung der Abgasturbine bzw. der Brennkraftmaschine und/oder die Abgastemperatur einen jeweiligen Grenzwert unterschreitet, das Einbringen des Reduktionsmittels bzw. der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in das Abgas gestoppt wird. Oberhalb des jeweiligen Grenzwerts kann mit zunehmender Drehzahl und/oder Leistung und/oder Abgastemperatur die Menge des eingebrachten Reduktionsmittels bzw. der eingebrachten Vorläufersubstanz erhöht werden, insbesondere linear oder stufenartig. Nach einem Stoppen des Einbringens von Reduktionsmittel oder Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels wird die Dosiereinrichtung vorzugsweise mit Druckluft oder Abgas angeblasen und/oder freigeblasen, um Reduktionsmittel bzw. Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels von derselben zu entfernen.According to a further aspect of the method according to the invention, which can be used in combination or also alone, it is provided that the amount of the via the metering device 42 reducing agent introduced into the relaxed exhaust gas 50 or the amount of the introduced precursor substance of the reducing agent as a function of the speed of the exhaust gas turbine 31 or as a function of a speed of an internal combustion engine interacting with the same and / or as a function of an output of the exhaust gas turbine 31 or a power of the internal combustion engine interacting with the same and / or as a function of a temperature of the exhaust gas. It can be provided that when the speed of the exhaust gas turbine or the internal combustion engine and / or the power of the exhaust gas turbine or the internal combustion engine and / or the exhaust gas temperature falls below a respective limit value, the introduction of the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent into the Exhaust gas is stopped. Above the respective limit value, with increasing speed and / or power and / or exhaust gas temperature, the amount of reducing agent or precursor substance introduced can be increased, in particular linearly or in steps. After stopping the introduction of reducing agent or precursor substance of the reducing agent, the metering device is preferably blown on and / or cleared with compressed air or exhaust gas in order to remove the reducing agent or precursor substance of the reducing agent therefrom.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

3030th
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
3131
AbgasturbineExhaust turbine
3232
Verdichtercompressor
3333
TurbinengehäuseTurbine housing
3434
TurbinenrotorTurbine rotor
3535
ZuströmgehäuseabschnittInflow housing section
3636
AbströmgehäuseabschnittDischarge housing section
3737
VerdichtergehäuseCompressor housing
3838
VerdichterrotorCompressor rotor
3939
Wellewave
4040
LagergehäuseBearing housing
4141
Schalldämpfersilencer
4242
DosiereinrichtungDosing device
4343
DrallzerstäuberSwirl atomizer
4444
PrallkörperImpact body
4545
VerschlusskörperLocking body
4646
Spaltgap
4747
UmlenkbereichDeflection area
4848
ZuführeinrichtungFeeding device
4949
Abgasexhaust
5050
ReduktionsmittelReducing agent
5151
Hohlraumcavity
5252
WandWall
5353
WandWall
5454
Öffnungopening
5555
Trennwandpartition wall
5656
WandWall
5757
LeiteinrichtungGuidance device
5858
Flächearea

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016125189 A1 [0002]DE 102016125189 A1 [0002]
  • WO 2018/080371 A1 [0003]WO 2018/080371 A1 [0003]

Claims (20)

Abgasturbine (30) zum Entspannen von Abgas, mit einem Turbinengehäuse (33), welches einen Zuströmgehäuseabschnitt (35) für zu entspannendes Abgas und einen Abströmgehäuseabschnitt (36) für entspanntes Abgas aufweist, mit einem vom Turbinengehäuse (33) aufgenommenen Turbinenrotor (34), wobei der Turbinenrotor (34) um eine Rotationsachse R drehbar ist, mit einer Dosiereinrichtung (42) für ein Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über die Dosiereinrichtung (42) in das entspannte Abgas einbringbar ist, mit einem zusammen mit dem Turbinenrotor (34) rotierenden Drallzerstäuber (43) für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über den Drallzerstäuber (43) im entspannten Abgas zerstäubbar ist, wobei der Drallzerstäuber (43) an einem stromabwärtigen, nabenseitigen Abschnitt des Turbinenrotors (34) an dem Turbinenrotor (34) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Turbinenrotors (34) in Verlängerung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) ein Prallkörper (44) für das in das Abgas eingebrachte und zerstäubte Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz mit einem definierten Abstand zum Drallzerstäuber (43) angeordnet ist, der definierte Abstand des Prallkörpers (44) vom Drallzerstäuber (43) maximal dem 7-fachen eines Durchmessers des Turbinenrotors (34) entspricht.Exhaust gas turbine (30) for expanding exhaust gas, with a turbine housing (33) which has an inflow housing section (35) for exhaust gas to be expanded and an outflow housing section (36) for expanded exhaust gas, with a turbine rotor (34) accommodated by the turbine housing (33), wherein the turbine rotor (34) is rotatable about an axis of rotation R, with a metering device (42) for a reducing agent or a precursor substance of a reducing agent, wherein the reducing agent or the precursor substance can be introduced into the expanded exhaust gas via the metering device (42), together with a with the turbine rotor (34) rotating swirl atomizer (43) for the reducing agent or the precursor substance, wherein the reducing agent or the precursor substance can be atomized via the swirl atomizer (43) in the relaxed exhaust gas, the swirl atomizer (43) on a downstream, hub-side section of the turbine rotor (34) engages the turbine rotor (34), thereby marked shows that downstream of the turbine rotor (34) in extension of the axis of rotation of the turbine rotor (34) an impact body (44) for the reducing agent introduced into the exhaust gas and atomized or the precursor substance is arranged at a defined distance from the swirl atomizer (43), the defined distance of the impact body (44) from the swirl atomizer (43) corresponds to a maximum of 7 times the diameter of the turbine rotor (34). Abgasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Prallkörpers (44) vom Drallzerstäuber (43) maximal dem 6-fachen, bevorzugt maximal dem 5-fachen, besonders bevorzugt maximal dem 4-fachen, des Durchmessers des Turbinenrotors (34) entspricht.Exhaust gas turbine after Claim 1 , characterized in that the distance of the impact body (44) from the swirl atomizer (43) corresponds to a maximum of 6 times, preferably a maximum of 5 times, particularly preferably a maximum of 4 times the diameter of the turbine rotor (34). Abgasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (44) in einem Umlenkbereich (47) des Turbinengehäuses (33) in den Abströmgehäuseabschnitt (36) desselben hinein angeordnet ist, wobei das entspannte Abgas in dem Umlenkbereich (47) bezogen auf die Rotationsachse des Turbinenrotors (34) um mindestens 70°, bevorzugt um mindestens 80°, besonders bevorzugt um mindestens 89°, umlenkbar ist.Exhaust gas turbine after Claim 1 or 2 , characterized in that the impact body (44) is arranged in a deflection area (47) of the turbine housing (33) into the outflow housing section (36) thereof, the relaxed exhaust gas in the deflection area (47) based on the axis of rotation of the turbine rotor (34) ) is deflectable by at least 70 °, preferably by at least 80 °, particularly preferably by at least 89 °. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (44) plattenartig oder eben konturiert ist, oder der Prallkörper (44) wannenartig oder konkav gewölbt konturiert ist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the impact body (44) is contoured plate-like or flat, or the impact body (44) is contoured in a trough-like or concave manner. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (44) eine separate, am Turbinengehäuse (33) montierte Baugruppe ist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the impact body (44) is a separate assembly mounted on the turbine housing (33). Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (44) von dem Turbinengehäuse (33) thermisch entkoppelt ist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the impact body (44) is thermally decoupled from the turbine housing (33). Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prallkörper (44) an einer ersten Seite von dem in der Abgasturbine entspannten Abgas mit dem im entspannten Abgas zerstäubten Reduktionsmittel oder der Vorläufersubstanz angeströmt ist, und dass der Prallkörper (44) an einer gegenüberliegenden zweiten Seite von in der Abgasturbine nicht entspanntem Abgas angeströmt ist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the impact body (44) is flowed against on a first side by the exhaust gas expanded in the exhaust gas turbine with the reducing agent or the precursor substance atomized in the expanded exhaust gas, and that the impact body (44) on an opposite second side from in the exhaust gas turbine exhaust gas has not flowed against it. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz dem Drallzerstäuber (43) entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des entspannten Abgases und in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) zuführt, nämlich durch den Prallkörper (44) hindurch, oder die Dosiereinrichtung (42) das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz dem Drallzerstäuber (43) in Strömungsrichtung des entspannten Abgases und in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) zuführt, nämlich durch die Nabe des Turbinenrotors (34) hindurch, oder die Dosiereinrichtung (42) das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz dem Drallzerstäuber (43) in Strömungsrichtung des zu entspannenden Abgases und senkrecht zur Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) zuführt.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the metering device (42) supplies the reducing agent or the precursor substance to the swirl atomizer (43) opposite to the flow direction of the expanded exhaust gas and in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor (34), namely through the impact body (44), or the metering device (42) the reducing agent or the precursor substance to the swirl atomizer (43) in the flow direction of the expanded exhaust gas and in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor (34), namely through the hub of the turbine rotor (34), or the metering device (42) the reducing agent or the precursor substance supplies the swirl atomizer (43) in the flow direction of the exhaust gas to be expanded and perpendicular to the direction of the axis of rotation of the turbine rotor (34). Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallzerstäuber (43) an einer das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz führenden Fläche (58) Führungsrillen und/oder Führungsnuten für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz aufweist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the swirl atomizer (43) has guide grooves and / or guide grooves for the reducing agent or the precursor substance on a surface (58) guiding the reducing agent or the precursor substance. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (42) und/oder der Drallzerstäuber (43) und/oder der Prallkörper (44) mit einer hydrophoben Beschichtung und/oder katalytisch aktiven Beschichtung zumindest abschnittsweise beschichtet ist, und/oder die Dosiereinrichtung (42) und/oder der Drallzerstäuber (43) und/oder der Prallkörper (44) zumindest abschnittsweise aus einem Edelstahl, vorzugsweise aus einem austentischen Edelstahl, besteht.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the metering device (42) and / or the swirl atomizer (43) and / or the impact body (44) is coated at least in sections with a hydrophobic coating and / or catalytically active coating, and / or the metering device (42) and / or the swirl atomizer (43) and / or the impact body (44) consists at least in sections of a stainless steel, preferably of an austenitic stainless steel. Abgasturbine (30) zum Entspannen von Abgas, mit einem Turbinengehäuse (33), welches einen Zuströmgehäuseabschnitt (35) für zu entspannendes Abgas und einen Abströmgehäuseabschnitt (36) für entspanntes Abgas aufweist, mit einem vom Turbinengehäuse (33) aufgenommenen Turbinenrotor (34), wobei der Turbinenrotor (34) um eine Rotationsachse R drehbar ist, mit einer Dosiereinrichtung (42) für ein Reduktionsmittel oder eine Vorläufersubstanz eines Reduktionsmittels, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über die Dosiereinrichtung (42) in das entspannte Abgas einbringbar ist, mit einem zusammen mit dem Turbinenrotor (34) rotierenden Drallzerstäuber (43) für das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz, wobei das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz über den Drallzerstäuber (43) im entspannten Abgas zerstäubbar ist, wobei der Drallzerstäuber (43) an einem stromabwärtigen, nabenseitigen Abschnitt des Turbinenrotors (34) an dem Turbinenrotor (34) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallzerstäuber (43) einen Hohlraum (51) aufweist, der Drallzerstäuber (43) an einer des Hohlraum (51) begrenzenden Wand (53), die sich parallel zur Rotationsachse des Turbinenrotors (34) erstrecken oder mit einem spitzen Winkel von maximal 40° zur Rotationsachse des Turbinenrotors (43) erstrecken, Öffnungen (54) aufweist, über die das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz aus dem Hohlraum (51) heraus in das entspannte Abgas eintritt.Exhaust gas turbine (30) for relaxing exhaust gas, with a turbine housing (33) which has an inflow housing section (35) for what is to be expanded Exhaust gas and an outflow housing section (36) for relaxed exhaust gas, with a turbine rotor (34) received by the turbine housing (33), the turbine rotor (34) being rotatable about an axis of rotation R, with a metering device (42) for a reducing agent or a precursor substance a reducing agent, wherein the reducing agent or the precursor substance can be introduced into the expanded exhaust gas via the metering device (42), with a swirl atomizer (43) rotating together with the turbine rotor (34) for the reducing agent or the precursor substance, whereby the reducing agent or the precursor substance over the swirl atomizer (43) can be atomized in the relaxed exhaust gas, the swirl atomizer (43) engaging the turbine rotor (34) on a downstream, hub-side section of the turbine rotor (34), characterized in that the swirl atomizer (43) has a cavity (51) has, the swirl atomizer (43) on a wall delimiting the cavity (51) (53), which extend parallel to the axis of rotation of the turbine rotor (34) or extend at an acute angle of a maximum of 40 ° to the axis of rotation of the turbine rotor (43), has openings (54) through which the reducing agent or the precursor substance from the cavity ( 51) enters the relaxed exhaust gas. Abgasturbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Wand (53) mit den Öffnungen (54) sich mit einem spitzen Winkel von maximal 30°, bevorzugt von maximal 20°, besonders bevorzugt von maximal 10°, zur Rotationsachse des Turbinenrotors (43) erstrecken.Exhaust gas turbine after Claim 11 , characterized in that the respective wall (53) with the openings (54) extend at an acute angle of a maximum of 30 °, preferably of a maximum of 20 °, particularly preferably of a maximum of 10 °, to the axis of rotation of the turbine rotor (43). Abgasturbine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel oder die Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels aus dem Hohlraum (51) des Drallzerstäubers (43) heraus und in das entspannte Abgas hinein in mindestens zwei in Richtung der Rotationsachse des Turbinenrotors (34) gesehen versetzten Ebenen übertritt, wobei vorzugsweise zwischen diesen versetzten Ebenen nach innen in den Drallzerstäuber (43) hineinragende Trennwände (55) angeordnet sind.Exhaust gas turbine after Claim 11 or 12th , characterized in that the reducing agent or the precursor substance of the reducing agent passes out of the cavity (51) of the swirl atomizer (43) and into the relaxed exhaust gas in at least two planes offset in the direction of the axis of rotation of the turbine rotor (34), preferably between These offset levels are arranged inwardly into the swirl atomizer (43) projecting partition walls (55). Abgasturbine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Öffnung (54) eine von anderen Öffnungen (54) abweichende Längsmittelachse aufweist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 11 until 13th , characterized in that at least one opening (54) has a longitudinal center axis deviating from other openings (54). Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallzerstäuber (43) radial außen von einer Leiteinrichtung (57) zumindest abschnittsweise umgeben ist.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 14th , characterized in that the swirl atomizer (43) is surrounded radially on the outside by a guide device (57) at least in sections. Abgasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und nach einem der nach einem der Ansprüche 11 bis 15.Exhaust gas turbine according to one of the Claims 1 until 10 and after one of the after one of the Claims 11 until 15th . Verfahren zum Betreiben einer Abgasturbine (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Viskosität einer vorzugsweise wässrigen Reduktionsmittellösung oder einer Lösung aus der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels und vorzugsweise Wasser auf mindestens 1,33 mPas, bevorzugt auf mindestens 1,35mPas, besonders bevorzugt auf mindestens 1,38 mPas eingestellt wird.Method for operating an exhaust gas turbine (30) according to one of the Claims 1 until 16 , characterized in that a viscosity of a preferably aqueous reducing agent solution or a solution of the precursor substance of the reducing agent and preferably water is set to at least 1.33 mPas, preferably to at least 1.35 mPas, particularly preferably to at least 1.38 mPas. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des Reduktionsmittels an der Reduktionsmittellösung oder der Vorläufersubstanz an der Lösung aus der Vorläufersubstanz auf mindestens 35%, bevorzugt auf mindestens 37%, besonders bevorzugt auf mindestens 39% eingestellt wird.Procedure according to Claim 17 , characterized in that a proportion of the reducing agent in the reducing agent solution or the precursor substance in the solution from the precursor substance is set to at least 35%, preferably to at least 37%, particularly preferably to at least 39%. Verfahren zum Betreiben einer Abgasturbine (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, insbesondere Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Menge des über die Dosiereinrichtung (42) in das entspannte Abgas eingebrachten Reduktionsmittel oder der Vorläufersubstanz des Reduktionsmittels in Abhängigkeit der Turbinendrehzahl der Abgasturbine (30) bzw. einer Drehzahl einer mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit einer Leistung der Abgasturbine (30) bzw. einer Leistung einer mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit einer Temperatur des Abgases bestimmt wird.Method for operating an exhaust gas turbine (30) according to one of the Claims 1 until 16 , in particular procedures according to Claim 17 or 18th , characterized in that an amount of the reducing agent introduced into the expanded exhaust gas via the metering device (42) or the precursor substance of the reducing agent is dependent on the turbine speed of the exhaust gas turbine (30) or a speed of an internal combustion engine cooperating with the same and / or depending on a power of the exhaust gas turbine (30) or a power of an internal combustion engine cooperating with the same and / or as a function of a temperature of the exhaust gas is determined. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines Grenzwerts der Turbinendrehzahl der Abgasturbine (30) bzw. der Drehzahl der mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder bei Unterschreiten eines Grenzwerts der Leistung der Abgasturbine (30) bzw. der Leistung der mit derselben zusammenwirkenden Brennkraftmaschine und/oder bei Unterschreiten eines Grenzwerts der Temperatur des Abgases das Einbringen des Reduktionsmittels oder der Vorläufersubstanz in das Abgas gestoppt wird.Procedure according to Claim 19 , characterized in that when the turbine speed of the exhaust gas turbine (30) or the speed of the internal combustion engine cooperating with the same falls below a limit value and / or when the output of the exhaust gas turbine (30) or the output of the internal combustion engine cooperating with the same falls below a limit value and / or when the temperature of the exhaust gas falls below a limit value, the introduction of the reducing agent or the precursor substance into the exhaust gas is stopped.
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