DE102016003742A1

DE102016003742A1 - Abgasnachbehandlungssystem, Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE102016003742A1
Application number: DE102016003742.3A
Authority: DE
Inventors: Plamen Toshev; Francis Nana; Andreas Döring
Original assignee: MAN Diesel and Turbo SE
Current assignee: Doering Andreas De
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05
Also published as: FI20175264A; CN107269361A; JP6802101B2; KR20170113110A; CN107269361B; JP2017187026A

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine, nämlich SCR-Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, mit einem SCR-Katalysator (9), mit einer zum SCR-Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8) und mit einer vom SCR-Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), mit einer der Abgaszuleitung (8) zugeordneten Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas, und mit einer von der Abgaszuleitung (8) stromabwärts der Einbringeinrichtung (16) bereitgestellten Mischstrecke (18) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), wobei die Abgaszuleitung (8) und die Abgasableitung (11) an einer gemeinsamen Seite (19) eines den SCR-Katalysator (9) aufnehmenden Reaktorraums (10) angreifen und/oder sich an der gemeinsamen Seite (19) in den Reaktorraum (10) erstrecken, wobei zwischen der Abgaszuleitung (8) und der Abgasableitung (11) ein Bypass (12) zum SCR-Katalysator (9) oder Reaktorraum (10) ausgebildet ist, und wobei in den Bypass (12) ein Absperrelement (13) geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
Bei Verbrennungsprozessen in stationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel in Kraftwerken zum Einsatz kommen, sowie bei Verbrennungsprozessen in nichtstationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel auf Schiffen zum Einsatz kommen, entstehen Stickoxide, wobei diese Stickoxide typischerweise bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Brennstoffe, wie Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Schweröl oder Dieselkraftstoffen entstehen. Daher sind solchen Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme zugeordnet, die der Reinigung, insbesondere der Entstickung, des die Brennkraftmaschine verlassenden Abgases dienen.
Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas kommen in aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen in erster Linie sogenannte SCR-Katalysatoren zum Einsatz. In einem SCR-Katalysator erfolgt eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, wobei für die Reduktion der Stickoxide Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel benötigt wird. Das Ammoniak bzw. eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, wie zum Beispiel Urea, wird hierzu stromaufwärts des SCR-Katalysators in flüssiger Form in das Abgas eingebracht, wobei das Ammoniak bzw. die Ammoniak-Vorläufersubstanz stromaufwärts des SCR-Katalysators mit dem Abgas vermischt wird. Hierzu sind nach der Praxis Mischstrecken zwischen der Einbringung des Ammoniaks bzw. der Ammoniak-Vorläufersubstanz und dem SCR-Katalysator vorgesehen.
Obwohl mit aus der Praxis bekannten Abgasnachbehandlungssystemen, die einen SCR-Katalysator umfassen, bereits erfolgreich eine Abgasnachbehandlung, insbesondere eine Stickoxidreduzierung, erfolgen kann, besteht Bedarf daran, die Abgasnachbehandlungssysteme weiter zu verbessern. Insbesondere besteht Bedarf daran, bei einer kompakten Bauform solcher Abgasnachbehandlungssysteme eine effektive Abgasnachbehandlung zu ermöglichen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß greifen die Abgaszuleitung und die Abgasableitung an einer gemeinsamen Seite eines den SCR-Katalysator aufnehmenden Reaktorraums an und/oder dieselben erstrecken sich an der gemeinsamen Seite des Reaktorraums in den Reaktorraum hinein, wobei zwischen der Abgaszuleitung und der Abgasableitung ein Bypass zum SCR-Katalysator oder Reaktorraum ausgebildet ist, und wobei in den Bypass ein Absperrelement geschaltet ist. Diese Ausführung eines Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht bei einer kompakten Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung. Es kann auf eine lange Bypassleitung, die sich um den Reaktorraums herum erstreckt, verzichtet werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung zweigt der Bypass stromabwärts der Einbringeinrichtung im Bereich der Mischstrecke von der Abgaszuleitung in Richtung auf die Abgasableitung ab. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders kompakte Bauform sowie effektive Abgasnachbehandlung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist das in den Bypass geschaltete Absperrelement ein Absperrventil oder eine Berstscheibe. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders kompakte Bauform sowie effektive Abgasnachbehandlung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung mündet die Abgaszuleitung mit einem stromabwärtigen Ende in den Reaktorraum, wobei mit diesem stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung ein Prallelement zusammenwirkt, das relativ zum stromabwärtigen Ende der Abgaszuleitung verlagerbar ist. Das Prallelement ermöglicht eine noch kompakte Bauform und eine noch effektivere Abgasnachbehandlung.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umgibt die Abgasableitung zumindest abschnittsweise die Abgaszuleitung außen vorzugsweise konzentrisch, wobei der Bypass zum SCR-Katalysator oder Reaktorraum in dem oder benachbart zu dem Bereich ausgebildet ist, in dem Abgasableitung und Abgaszuleitung außen umgibt, vorzugsweise konzentrisch zueinander verlaufen. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders kompakte Bauform sowie effektive Abgasnachbehandlung.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 11 definiert. Erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine sind in Ansprüchen 13 und 14 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematisierte, perspektivische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem;
2: ein Detail des Abgasnachbehandlungssystems der 1; und
3: ein Detail der 2.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer stationären Brennkraftmaschine in einem Kraftwerk oder einer auf einem Schiff zum Einsatz kommenden, nichtstationären Brennkraftmaschine. Insbesondere kommt das Abgasnachbehandlungssystem an einer mit Schweröl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine zum Einsatz. Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
1 zeigt eine Anordnung aus einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasaufladungssystem 2 und einem Abgasnachbehandlungssystem 3. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um instationäre oder stationäre Brennkraftmaschine handeln, insbesondere um eine instationär betriebene Schiffsbrennkraftmaschine. Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, wird im Abgasaufladungssystem 2 genutzt, um aus der thermischen Energie des Abgases mechanische Energie zur Verdichtung von dem Verbrennungsmotor 1 zuzuführender Ladeluft zu gewinnen.
So zeigt 1 eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasaufladungssystem bzw. Abgasturboaufladungssystem 2, welches mehrere Abgasturbolader umfasst, nämlich einen ersten, hochdruckseitigen Abgasturbolader 4 und einen zweiten, niederdruckseitigen Abgasturbolader 5.
Abgas, welches die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 verlässt, strömt zunächst über eine Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 1 und wird in derselben entspannt, wobei hierbei gewonnene Energie in einem Hochdruckverdichter des ersten Abgasturboladers 4 genutzt wird, um Ladeluft zu verdichten.
In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist stromabwärts des ersten Abgasturboladers 4 der zweite Abgasturbolader 5 angeordnet, über welchen Abgas, welches bereits die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 durchströmt hat, geführt wird, nämlich über eine Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5. In der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 wird das Abgas weiter entspannt und hierbei gewonnene Energie in einem Niederdruckverdichter des zweiten Abgasturboladers 5 genutzt, um ebenfalls die den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 zuzuführende Ladeluft zu verdichten.
Zusätzlich zu dem die beiden Abgasturbolader 4 und 5 aufweisenden Abgasaufladungssystem 2 umfasst die Brennkraftmaschine 1 das Abgasnachbehandlungssystem 3, bei welchem es sich beispielsweise um ein SCR-, CH4-, HCHO-, oder Oxidations-Abgasnachbehandlungssystem handelt. Das Abgasnachbehandlungssystem 3 ist zwischen die Hochdruckturbine 6 des ersten Verdichters 5 und die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 geschaltet, sodass demnach Abgas, welches die Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 verlässt, zunächst über das Abgasnachbehandlungssystem 3 geführt werden kann, bevor dasselbe in den Bereich der Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 gelangt.
1 zeigt eine Abgaszuleitung 8, über die Abgas, ausgehend von der Hochdruckturbine 6 des ersten Abgasturboladers 4 in Richtung auf einen SCR-Katalysator 9 geführt werden kann, der in einem Reaktorraum 10 angeordnet ist.
Ferner zeigt 1 eine Abgasableitung 11, die der Ableitung des Abgases vom SCR-Katalysator 9 in Richtung auf die Niederdruckturbine 7 des zweiten Abgasturboladers 5 dient.
Ausgehend von der Niederdruckturbine 7 strömt das Abgas über eine Leitung 21 insbesondere ins Freie.
Die zum Reaktorraum 10 und damit zu dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9 führende Abgaszuleitung 8 sowie die vom Reaktorraum 10 und damit vom SCR-Katalysator 9 wegführende Abgasableitung 11 sind über einen Bypass 12 gekoppelt, in den ein Absperrorgan 13 integriert ist.
Bei geschlossenem Absperrorgan 13 ist der Bypass 12 verschlossen, sodass über denselben kein Abgas strömen kann. Dann hingegen, wenn das Absperrorgan 13 geöffnet ist, kann über den Bypass 12 Abgas strömen, und zwar vorbei am Reaktorraum 10 und demnach vorbei an dem im Reaktorraum 10 positionierten SCR-Katalysator 9.
2 verdeutlicht mit Pfeilen 14 die Strömung des Abgases durch das Abgasnachbehandlungssystem 3 bei über das Absperrorgan 13 verschlossenem Bypass 12, wobei 2 entnommen werden kann, dass die Abgaszuleitung 8 in den Reaktorraum 10 mit einem stromabwärtigen Ende 15 mündet, wobei das Abgas im Bereich dieses Endes 15 der Abgaszuleitung 8 eine Strömungsumlenkung um in etwa 180° bzw. annähernd 180° erfährt, wobei das Abgas nach der Strömungsumlenkung über den SCR-Katalysator 9 geführt wird.
Der Abgaszuleitung 8 des Abgasnachbehandlungssystems 3 ist eine Einbringeinrichtung 16 zugeordnet, über die in den Abgasstrom ein Reduktionsmittel eingebracht werden kann, insbesondere Ammoniak oder eine Ammoniak-Vorläufersubstanz, die benötigt wird, um im Bereich des SCR-Katalysators 9 Stickoxide des Abgases definiert umzusetzen. Bei dieser Einbringeinrichtung 16 des Abgasnachbehandlungssystems 3 handelt es sich vorzugsweise um eine Einspritzdüse, über welche das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz in den Abgasstrom innerhalb der Abgaszuführleitung 8 eingedüst wird. 2 verdeutlicht mit einem Kegel 17 die Eindüsung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom im Bereich der Abgaszuleitung 8.
Die Strecke des Abgasnachbehandlungssystems 3, die in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 liegt, wird als Mischstrecke bezeichnet. Insbesondere stellt die Abgaszuleitung 8 stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 eine Mischstrecke 18 bereit, in welcher das Abgas mit dem Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 gemischt werden kann.
Wie ausgeführt, sind die Abgaszuleitung 8 sowie die Abgasableitung 11 über einen Bypass 12 koppelbar, um bei geöffnetem Bypass 12 Abgas am Reaktorraum 10 und demnach an dem SCR-Katalysator 9 vorbeizuführen. Dabei ist vorgesehen, dass die Abgaszuleitung 8 und die Abgasableitung 11 an einer gemeinsamen Seite 19 des den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraums 10 angreifen und/oder sich an dieser gemeinsamen Seite 19 des Reaktorraums 10 in den Reaktorraum 10 erstrecken. Hierdurch kann auf eine lange Bypassleitung zwischen der Abgaszuleitung 8 und der Abgasableitung 11, die sich um den den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraum 10 herum erstreckt, verzichtet werden. Der Bypass 12 kann demnach kurz und kompakt ausgeführt werden, sodass bei kompakter Bauform eine effektive Abgasnachbehandlung möglich ist.
Wie 2 entnommen werden kann, erstreckt sich die Abgaszuleitung 8 über die Unterseite 19 des Reaktorraums 10 in denselben hinein, wobei ein stromabwärtiges Ende 15 der Abgaszuleitung 8 benachbart zu einer der Unterseite 19 gegenüberliegenden Oberseite 23 des Reaktorraums 10 in denselben mündet. Die Abgasableitung 11 greift an der Unterseite 19 des Reaktorraums 10 an und umschließt abschnittsweise konzentrisch radial außen die Abgaszuleitung 8, und zwar in einem Bereich, der außerhalb des Reaktorraums 10 benachbart zur Unterseite 19 desselben verläuft. Der Bypass 12 ist im Ausführungsbeispiel der 2 in einem Bereich ausgebildet, der benachbart zu dem Bereich positioniert ist, in dem die Abgasableitung 11 die Abgaszuleitung 8 konzentrisch umgibt. Damit ist eine kompakte Bauform möglich. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass der Bypass 12 in dem Bereich ausgebildet ist, in dem die Abgasableitung 11 die Abgaszuleitung 8 außen konzentrisch umgibt.
Wie bereits ausgeführt, ist in den Bypass 12 ein Absperrelement 13 geschaltet bzw. integriert. Nach einer ersten Variante kann das in den Bypass 12 geschaltete Absperrelement 13 als Absperrventil ausgeführt sein, welches vorzugsweise betriebssituationsabhängig geöffnet oder geschlossen ist. Dann, wenn die Brennkraftmaschine, die ein solches Abgasnachbehandlungssystem 3 aufweist, zum Beispiel in einem Kaltstart-Betriebsmodus betrieben wird und/oder dann, wenn eine plötzliche, dynamische Lasterhöhung für die Brennkraftmaschine angefordert wird, ist das Absperrelement 13 vorzugsweise geöffnet, um im Kaltstart unter Umgehung des SCR-Katalysators 9 Turbinen der Abgasturbolader zu erhitzen und um bei einem dynamischen Lastwechsel bzw. einer dynamischen Lastanforderung entstehende Abgasmenge sicher handzuhaben.
Nach einer weiteren Alternative der Erfindung kann das in den Bypass 12 geschaltete Absperrelement 13 als Berstscheibe ausgeführt sein. Eine solche Berstscheibe wird beim Öffnen zerstört, kann also nach dem Öffnen im Unterschied zu einem Absperrventil nicht wieder geschlossen werden. Dann, wenn das Absperrelement 13 als Berstscheibe ausgeführt ist, öffnet dieselbe insbesondere abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Abgaszuleitung 8 und dem Druck in der Abgasableitung 11. Erhöht sich zum Beispiel infolge einer dynamischen Lastanforderung in der Abgaszuleitung 8 der Druck sprungartig, so wird abhängig von der Druckerhöhung die Berstscheibe zerstört und damit geöffnet. Ferner kann der Berstscheibe eine nicht gezeigte Einrichtung zugeordnet sein, um die Berstscheibe zu öffnen, wobei es sich bei einer solchen Einrichtung zum Beispiel um eine Drucklufteinrichtung handelt, die zum Öffnen der Berstscheibe Druckluft auf dieselbe richtet. Die Einrichtung zum Öffnen der Berstscheibe kann die Berstscheibe auch mechanisch öffnen.
Die Abgaszuleitung 8 mündet mit dem stromabwärtigen Ende 15 in den Reaktorraum 10. Diesem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 ist ein Prallelement 20 zugeordnet, welches relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Prallelement 20 relativ zum Ende 15 der Abgaszuleitung 8, welches in den Reaktorraum 10 mündet, linear verlagerbar. Das Prallelement 20 ist relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 verlagerbar, um entweder die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 abzusperren oder dieselbe am stromabwärtigen Ende 15 freizugeben. Dann, wenn das Prallelement 20 die Abgaszuleitung 8 am stromabwärtigen Ende 15 absperrt, ist vorzugsweise das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 geöffnet, um das Abgas dann vollständig am SCR-Katalysator 9 bzw. an dem den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraum 10 vorbeizuführen. Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, kann das Absperrorgan 13 des Bypasses 12 entweder vollständig geschlossen oder auch zumindest teilweise geöffnet sein. Dann, wenn das Prallelement 20 das stromabwärtige Ende 15 der Abgaszuleitung 8 freigibt, ist die Relativposition des Prallelements 20 relativ zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 insbesondere von dem Abgasmassenstrom durch die Abgaszuleitung 8 und/oder von der Abgastemperatur des Abgases in der Abgaszuleitung 8 und/oder von der Menge des über die Einbringeinrichtung 16 in den Abgasstrom eingebrachten Reduktionsmittels abhängig. Eine weitere Funktion des Prallelements 20 bei freigegebenem, stromabwärtigem Ende 15 der Abgaszuleitung 8 besteht darin, dass ggf. im Abgasstrom vorhandene Tropfen flüssigen Reduktionsmittels auf das Prallelements 20 gelangen, dort abgefangen und zerstäubt werden, um zu vermeiden, dass derartige Tropfen flüssigen Reduktionsmittels in den Bereich des SCR-Katalysators 9 gelangen. Über die Relativposition des Prallelements 20 zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 bei freigegebenem stromabwärtigen Ende 15 kann insbesondere auch festgelegt werden, ob das Abgas, welches im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 im Bereich des Prallelements 20 umgelenkt wird, stärker in Richtung auf radial innen positionierte Sektionen oder stärker in Richtung auf radial außen positionierte Sektionen des SCR-Katalysators 9 geleitet bzw. gelenkt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführung ist die Abgaszuleitung 8 im Bereich ihres stromabwärtigen Endes 15 unter Ausbildung eines Diffusors trichterförmig aufgeweitet. Hierdurch vergrößert sich der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 im Bereich des stromabwärtigen Endes 15, wobei, wie insbesondere 2 entnommen werden kann, vorgesehen sein kann, dass sich in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des stromabwärtigen Endes 15 der Abgaszuleitung 8 der Strömungsquerschnitt derselben zunächst verringert. So zeigt 2, dass der Strömungsquerschnitt der Abgaszuleitung 8 in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts der Einbringeinrichtung 16 für das Reduktionsmittel zunächst in etwa konstant ist, sich dann zunächst allmählich verjüngt und schließlich im Bereich des stromabwärtigen Endes 15 erweitert. Diese Erweiterung des Strömungsquerschnitts am stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 erfolgt dabei vorzugwseise über einen kürzeren Abschnitt der Abgaszuleitung 8, als derjenige Abschnitt, über den sich die Abgaszuleitung 8 vor dem stromabwärtigen Ende 15 zunächst verjüngt.
Das Prallelement 20 ist vorzugsweise an einer der Abgaszuleitung 8 zugewandten Seite 22 unter Ausbildung einer Strömungsführung für das Abgas gewölbt ist, vorzugsweise glockenartig gewölbt. So kann 3 entnommen werden, dass die Seite 22 des Prallelements 20, die dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 zugewandt ist, an einem radial inneren Abschnitt des Prallelements 20 einen geringeren Abstand zum stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 aufweist als an einem radial äußeren Abschnitt derselben. Das Prallelement 20 ist im Zentrum der Seite 22 in Richtung auf das stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases eingezogen bzw. gewölbt.
Bei der Brennkraftmaschine 1 der 1 ist das Abgasnachbehandlungssystem 3 stehend oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 positioniert. Der Zugang zu den Zylinder der Brennkraftmaschine 1 ist frei, die Zugänglichkeit der Abgasturbolader 4 und 5 ist jedoch eingeschränkt. Der Reaktorraum 10 kann jedoch bei notwendigen Wartungsarbeiten an den Abgasturboladern 4, 6 einfach demontiert werden.
Im Unterschied zu der in 1 gezeigten stehenden Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 oberhalb des Abgasaufladungssystems 2 ist auch eine liegende, um 90° gekippte Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems 3 neben dem Abgasaufladungssystem 2 möglich, wobei jedoch bei einer solchen liegenden Anordnung die Länge der Anordnung wächst. Brennkraftmaschine 1 und Abgasaufladungssystem 2 stehen jedoch dann zu Wartungsarbeiten ohne Notwendigkeit der Demontage des Reaktorraums 10 uneingeschränkt zur Verfügung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine 1 mit einem oben beschriebenen Abgasnachbehandlungssystem 3. Dann, wenn die Brennkraftmaschine in einem Kaltstart-Betriebsmodus betrieben wird und/oder dann, wenn ein von der Brennkraftmaschine bereitzustellendes Moment im Sinne einer dynamischen Lastanforderung dynamisch erhöht wird, und/oder dann, wenn das Abgasnachbehandlungssystem 3, insbesondere der SCR-Katalysator 9, verstopft ist, wird das in den Bypass 12 geschaltete Absperrelement 13 automatisch geöffnet, um dann Abgas am SCR-Katalysator 9 bzw. an dem den SCR-Katalysator 9 aufnehmenden Reaktorraum 10 vorbeizuführen. Beim Kaltstart kann die thermische Energie des Abgases genutzt werden, um zum Beispiel die Niederdruckturbine schnell auf Betriebstemperatur zu erhitzen, ohne dass zuerst das kalte AGN-System aufgewärmt werden müsste. Bei einer dynamischen Lastanforderung an die Brennkraftmaschine kann ein Abgasstau und demnach ein zu hoher Abgasdruck in der Abgaszuleitung 8 verhindert werden.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in welcher dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 das Prallelement 20 zugeordnet ist, wird der Bypass 12 über das Absperrelement 13 dann automatisch geöffnet, wenn das dem stromabwärtigen Ende 15 der Abgaszuleitung 8 zugeordnete Prallelement 20 die Abgaszuleitung 8 versperrt. Dann hingegen, wenn das Prallelement 20 die Abgaszuleitung 8 freigibt, wird der Bypass 12 über das Absperrelement 13 zumindest teilweise, außerhalb eines Kaltstart-Betriebsmodus und außerhalb dynamischen Lastanforderung, vorzugsweise vollständig geschlossen.
Bezugszeichenliste

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

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (3) einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator (9), mit einer zum Katalysator (9) führenden Abgaszuleitung (8) und mit einer vom Katalysator (9) wegführenden Abgasableitung (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuleitung (8) und die Abgasableitung (11) an einer gemeinsamen Seite (19) eines den Katalysator (9) aufnehmenden Reaktorraums (10) angreifen und/oder sich an der gemeinsamen Seite (19) in den Reaktorraum (10) erstrecken, und dass zwischen der Abgaszuleitung (8) und der Abgasableitung (11) ein Bypass (12) zum SCR-Katalysator (9) oder Reaktorraum (10) ausgebildet ist, wobei in den Bypass (12) ein Absperrelement (13) geschaltet ist.
Abgasnachbehandlungssystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beispielsweise um einen SCR-, CH4-, oder HCHO-Oxidations-Katalysator handelt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass (12) stromabwärts einer Einbringeinrichtung (16) zum Einbringen eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einer Ammoniak-Vorläufersubstanz, in das Abgas im Bereich einer Mischstrecke (18) zum Mischen des Abgases mit dem Reduktionsmittel von der Abgaszuleitung (8) in Richtung auf die Abgasableitung (11) abzweigt.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaszuleitung (8) mit einem stromabwärtigen Ende (15) in den Reaktorraum (10) mündet, und dass mit diesem stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) ein Prallelement (20) zusammenwirkt, das relativ zum stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) verlagerbar ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bypass (12) geschaltete Absperrelement (13) ein Absperrventil ist, das betriebssituationsabhängig geöffnet oder geschlossen ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des in den Bypass (12) geschalteten Absperrventils von der Position des Prallelements (20) relativ zum stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) abhängig ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bypass (12) geschaltete Absperrelement (13) eine Berstscheibe ist.
Abgasnachbehandlungssystem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berstscheibe abhängig von einer Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Abgaszuleitung (8) und dem Druck in der Abgasableitung (11) öffnet.
Abgasnachbehandlungssystem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Berstscheibe eine Einrichtung zugeordnet ist, welche die Berstscheibe öffnet.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Öffnen der Berstscheibe Druckluft auf die Berstscheibe richtet.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasableitung (11) zumindest abschnittsweise die Abgaszuleitung (8) außen umgibt, und dass der Bypass (12) zum Katalysator (9) oder Reaktorraum (10) in dem oder benachbart zu dem Bereich ausgebildet ist, in dem Abgasableitung (11) und Abgaszuleitung (8) außen umgibt.
Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einem Dieselkraftstoff oder mit einem Schwerölkraftstoff betriebene Brennkraftmaschine, mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe ein mehrstufiges Abgasaufladungssystem (2) mit einem eine Hockdruckturbine (6) umfassenden ersten Abgasturbolader (4) und einem eine Niederdruckturbine (7) umfassenden zweiten Abgasturbolader (5) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) zwischen die Hockdruckturbine (6) und die Niederdruckturbine (7) geschaltet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einstufig aufgeladenen Motoren das AGN-System stromauf der Abgasturbine angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bypass (12) geschaltete Absperrelement (13) dann geöffnet wird, die Brennkraftmaschine in einem Kaltstartbetriebsmodus betrieben wird und/oder wenn ein von Brennkraftmaschine bereitzustellendes Moment dynamisch erhöht wird und/oder wenn das Abgasnachbehandlungssystem (3), insbesondere der SCR-Katalysator (9), verstopft ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12 mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Bypass (12) geschaltete Absperrelement (13) dann geöffnet wird, wenn das mit dem stromabwärtigen Ende (15) der Abgaszuleitung (8) zusammenwirkende Prallelement (20) die Abgaszuleitung (8) versperrt.