CH710337A1 - Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine 1. Die Vorrichtung umfasst eine Abgasleitung 2, die einen Auslass der Brennkraftmaschine 1 mit einem Einlass eines SCR-Katalysators 5 verbindet, und eine Additiv-Zuführeinrichtung 3, die dazu ausgelegt ist, zwischen dem Auslass der Brennkraftmaschine 1 und dem Einlass des SCR-Katalysators 5 ein Additiv 4 in Tröpfchenform in die Abgasleitung 2 einzubringen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Additiv-Zuführeinrichtung 3 dazu ausgelegt ist, eine mittlere Tröpfchengrösse des Additivs 4 zu verändern. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Additiv-Zuführeinrichtung 3 ferner dazu ausgelegt, die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs 4 in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine 1 oder der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu verändern, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur, einem Abgasgegendruck, einem NO x -Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Additiv eine 32,5%-ige wässrige Harnstofflösung.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine.

[0002] In jüngerer Vergangenheit wurden grosse Anstrengungen unternommen, um die von Brennkraftmaschinen ausgestossenen Schadstoffe zu verringern. Teilweise sind diese Anstrengungen darauf zurückzuführen, dass es in immer mehr Ländern Emissionsgrenzwerte für von Brennkraftmaschinen ausgestossene Schadstoffe gibt, ohne deren Beachtung eine Positionierung am Markt nicht mehr möglich ist. Besondere Beachtung haben in diesem Zusammenhang Stickstoffoxide erlangt. Diese gelten als Vorläuferstoffe für Ozon und in höheren Konzentrationen als gesundheits- und vegetationsschädlich.

[0003] So ist es inzwischen üblich, dass bestimmte Motorentypen mit einem Abgasnachbehandlungssystem ausgestattet sind, in dem eine selektive katalytische Reduktion (englisch: Selective Catalytic Reduction, SCR) der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe stattfindet. Hierbei wird mit Hilfe eines die selektive katalytische Reduktion umsetzenden Katalysators (im Folgenden als SCR-Katalysator bezeichnet) die während des Verbrennungsvorgangs in der Brennkraftmaschine erzeugten Stickstoffoxide, NOx, bedeutend verringert. Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen, wird dem vom Motor abgegebenen Abgas ein Additiv hinzugefügt, sodass unter Wirkung der Abgastemperatur aus den Bestandteilen des Additivs in einer chemischen Reaktion Ammoniak, NH3, erzeugt wird, der im SCR-Katalysator die Stickoxide, NOx, in Distickstoff, N2, und Wasser, H2O, umwandelt. Als Additiv, das dem Abgas vor dem SCR-Katalysator zugeführt wird, wird meist eine ca. 32,5 %-ige Lösung von hochreinem Harnstoff in demineralisiertem Wasser verwendet, die im europäischen Sprachraum auch oftmals mit dem Markennamen AdBlue und im nordamerikanischen Sprachraum als Diesel Exhaust Fluid oder DEF bezeichnet wird.

[0004] Die Zuführung des Additivs zu dem Abgasstrom erfolgt erst ab Überschreiten eines bestimmten Abgastemperaturschwellenwerts, wobei nach Überschreiten des Abgastemperaturschwellenwerts bei steigenden Abgastemperaturen die Menge des zugeführten Additivs bis zur Erreichung eines Sättigungswertes ebenfalls gesteigert wird. Nach Erreichen des Sättigungswertes ist die Additivzugabe temperaturunabhängig. Sollte das Additiv vor Erreichen des bestimmten unteren Abgastemperaturschwellenwerts dem Abgas zugeführt werden, erfolgt eine nicht vollständige Umwandlung des Additivs in die zur selektiven katalytischen Reduktion notwendigen Bestandteile, wodurch die NOx-Konvertierungsrate sinkt und eine Beschädigung des SCR-Katalysators auftreten kann.

[0005] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der beziehungsweise dem eine möglichst hohe Stickstoffoxidkonversionsrate bei einem möglichst niedrigen Verbrauch des Additivs erreicht werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung für Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 und mit dem entsprechenden Verfahren nach Anspruch 8 gelöst.

[0007] Demnach ist vorgesehen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine eine Abgasleitung, die einen Auslass der Brennkraftmaschine mit einem Einlass eines SCR-Katalysators verbindet, und eine Additiv-Zuführeinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, zwischen dem Auslass der Brennkraftmaschine und dem Einlass des SCR-Katalysators ein Additiv in Tröpfchenform in die Abgasleitung einzubringen. Zudem ist die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch ausgezeichnet, dass die Additiv-Zuführeinrichtung Mittel enthält, mit der eine mittlere Tröpfchengrösse des Additivs änderbar ist.

[0008] Der Ausdruck Brennkraftmaschine umfasst sämtliche Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren für verschiedene Anwendungsgebiete. Die mit einem Auslass der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Abgasleitung befördert ein von der Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas in Richtung eines SCR-Katalysators. Die Additiv-Zuführeinrichtung bringt ein Additiv in die Abgasleitung ein und befindet sich in Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts vom SCR-Katalysator. Bevor also das Abgas auf den SCR-Katalysator trifft, wird ein Additiv beigemischt. Durch die Abgastemperatur entsteht aus einer chemischen Reaktion des Additivs ein Stoff, der im SCR-Katalysator die Stickoxide NOxin Distickstoff, N2, und Wasser, H2O, umwandelt. Da die erfindungsgemässe Additiv-Zuführeinrichtung ferner dazu ausgelegt ist, eine mittlere Tröpfchengrösse des Additivs zu verändern, ist es möglich die Stickstoffoxidkonversionsrate zu erhöhen während die Additivmenge gleichzeitig verringert wird. Als mittlere Tröpfchengrösse ist der mittlere Durchmesser aller Additivtröpfchen zu betrachten, die stromabwärts der Additiv-Zuführeinrichtung in der Abgasleitung in Richtung des SCR-Katalysators geführt werden.

[0009] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Variation der Tröpfchengrösse des Additivs in Abhängigkeit von einem Zustand der Brennkraftmaschine erfolgt. So ist die Tröpfchengrösse vorzugsweise in Abhängigkeit einer Abgastemperatur, eines Abgasgegendrucks, einem NOx-Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom zu bestimmen.

[0010] Hierbei werden entsprechende Messfühler in der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung angebracht, um die jeweiligen Werte der Zustände der Brennkraftmaschine und des Abgasnachbehandlungssystems zu messen. Die erhaltenen Messwerte werden an eine zentrale Steuereinheit geführt, die dann in Abhängigkeit der Messwerte festgelegt, welche mittlere Tröpfchengrösse momentan für die Abgasnachbehandlung einzustellen ist, damit ein optimales Ergebnis in der Abgasnachbehandlung erzielt wird. Das Ergebnis wird dann über die zentrale Steuereinheit der Additiv-Zuführeinrichtung mitgeteilt, die die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs entsprechend anpasst.

[0011] Als weitere Grössen, die einen Einfluss auf die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs haben, also von der die Veränderung der mittleren Tröpfchengrösse ebenfalls abhängt, ist zu nennen: der Drehzahl-Drehmomenten-Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine, der Abgasmassenstrom, die Abgaszusammensetzung (insbesondere bezüglich Stickstoffmonoxid, NO, Stickstoffdioxid, NO2, Kohlendioxid, CO2, enthaltener Feinstaub und/oder enthaltene Feinstaubmenge), die Kraftstoffqualität, die Einsatzhöhe der erfindungsgemässen Vorrichtung über Meeresniveau, beziehungsweise den Umgebungsluftdruck, der Additiv-Zuführungsdruck, die Additivqualität, die Umgebungslufttemperatur, und/ oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit. Sämtliche der vorgenannten Grössen können in die Bestimmung der Tröpfchengrösse einfliessen.

[0012] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Additiv-Zuführeinrichtung dazu ausgelegt, bei einem Ansteigen einer Abgastemperatur die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs zu vergrössern.

[0013] Hierbei ist dem Fachmann klar, dass ein Einbringen eines Additivs bei einer Abgastemperatur, die unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt, für den SCR-Katalysator schädlich ist. Demnach erfolgt die Hinzugabe des Additivs in den Abgasstrom erst nach Überschreiten einer bestimmten Abgastemperatur. Der Schwellenwert, bei dem die Zugabe eines Additivs beginnt, liegt typischerweise bei 200° Celsius, vorzugsweise bei 250° Celsius. Steigt die Temperatur weiter an, entfernt sich also vom Schwellenwert, wird die mittlere Grösse der Tröpfchen des Additivs im Vergleich zu einer mittleren Grösse der Tröpfchen des Additivs bei dem Schwellenwert vergrössert.

[0014] Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Additiv-Zuführeinrichtung eine Zuleitung für das Additiv, einen Verdichter zur Erzeugung von Druckluft, eine Zuleitung für Druckluft, die mit dem Verdichter verbunden ist, und eine mit der Zuleitung für das Additiv und der Zuleitung für die Druckluft verbundene Düse enthält, die das Additiv in Tröpfchenform in die Abgasleitung einbringt. Der Verdichter kann jede Ausgestaltung einer Luftförderpumpe, eines Kompressors oder einer vergleichbaren Einheit annehmen. Der Verdichter dient dazu, Druckluft zu erzeugen, damit mithilfe der Düse das Additiv in Tröpfchenform in die Abgasleitung eingebracht werden kann.

[0015] Alternativ hierzu kann die Additiv-Zuführeinrichtung das Additiv separat von der Druckluft in die Abgasleitung einbringen, wobei die mittlere Tröpfchengrösse durch eine zwischen dem Einbringungsort des Additivs und des SCR-Katalysators angeordneten Mischers veränderbar ist. Als Mischer wird die Stelle in der Abgasleitung bezeichnet, in der das Abgas, das Additiv und die Druckluft aufeinandertreffen. Dabei wird das in die Abgasleitung geführte Additiv in eine bestimmte Tröpfchengrösse gebracht und mit dem Abgas verwirbelt.

[0016] In einer weiteren Ausführungsform ist die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs über einen von dem Verdichter erzeugten Luftvolumenstrom änderbar. Das bedeutet, dass in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zur Veränderung des Luftvolumenstroms die Tröpfchengrösse des Additivs geändert wird. Bei einem kleiner werdenden Luftvolumenstrom des Verdichters, der zu der Düse geführt wird, vergrössert sich die mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung von der Düse eingebrachten Additivs. Umgekehrt verkleinert sich die Tröpfchengrösse des Additivs bei einem grösser werdenden Luftvolumenstrom.

[0017] Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Tröpfchengrösse des Additivs auch über ein bewegbares Element der Düse verändert werden.

[0018] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Additiv eine wässrige Harnstofflösung, die 31,8 bis 33,2 Gewichtsprozent Harnstoff, vorzugswese 32,5 Gewichtsprozent Harnstoff, enthält. Die wässrige Harnstofflösung wird vorzugsweise mit demineralisiertem Wasser erzeugt. Mithilfe der Abgastemperatur wird aus den Bestandteilen der wässrigen Harnstofflösung Ammoniak, NH3, aus einer chemischen Reaktion erhalten, die im SCR-Katalysator die Stickoxide, NOx, in Distickstoff, N2, und Wasser, H2O, umwandelt.

[0019] In dem erfindungsgemässen Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine wird in einen Abgasstrom ein Additiv eingebracht, das in der Abgasleitung in Tröpfchenform vorliegt. Ferner wird das Abgas-Additivgemisch einem SCR-Katalysator zugeführt. Darüber hinaus kann die mittlere Tröpfchengrösse des in dem Abgasstrom vorhandenen Additivs (4) verändert werden.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine verändert. Vorzugsweise geschieht dies in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur, einem Abgasgegendruck, einem NOx-Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom.

[0021] Der Kern der vorliegenden Erfindung liegt demnach darin, dass im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik die mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung einzubringenden beziehungsweise eingebrachten Additivs veränderbar ist. Wie die Erfinder herausgefunden haben, ist es für eine Vorrichtung oder ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine besonders vorteilhaft, wenn die mittlere Tröpfchengrösse eines in die Abgasleitung einzuführenden oder eingeführten Additivs veränderbar ist.

[0022] Dies ermöglicht eine Verbesserung der Stickstoffoxidkonvertierungsrate bei gleichzeitiger Verringerung der dafür benötigten Additivmenge. Zudem werden Ablagerungen des Additivs am Abgasrohr, dem SCR-Katalysator sowie weiteren Komponenten der Abgasanlage vermieden. Da derartige Ablagerungen die Stickstoffoxidkonversionsrate bis hin zur Wirkungslosigkeit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Bezug auf eine Reduzierung des Stickstoffoxids verringern, kann mit der erfindungsgemässen Vorrichtung oder mit dem entsprechenden Verfahren zur Abgasnachbehandlung dauerhaft ein sehr gutes Ergebnis bezüglich der Reduktion von Stickstoffoxiden erzielt werden. Darüber hinaus führen die besagten Ablagerungen zu einer Erhöhung des Abgasgegendrucks, wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht und die Motordynamik reduziert wird. Auch diese Nachteile werden mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 beziehungsweise dem Verfahren nach Anspruch 8 überwunden. Ferner ist es möglich, aufgrund der verbesserten Stickstoffoxidkonversionsrate die Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung zu verkleinern. Insbesondere bietet sich hierbei eine Verkleinerung des SCR-Katalysators an, der Hydrolyse- und Thermolyse-Katalysatoren enthält, da bei einer verbesserten NOx-Konversionsrate die benötigte Katalysatorfläche reduziert werden kann.

[0023] Nachfolgend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>einen schematischen Grundaufbau der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine nach einem Ausführungsbeispiel, <tb>Fig. 2<SEP>einen Zusammenhang eines Luftvolumenstroms und einer mittleren Tröpfchengrösse eines Additivs, <tb>Fig. 3<SEP>einen Zusammenhang zwischen einer Abgastemperatur und einen Luftvolumenstrom bei jeweiligen Maximalwerten für die Stickstoffoxidkonversionsrate, und <tb>Fig. 4<SEP>einen Zusammenhang zwischen der Abgastemperatur und der mittleren Tröpfchengrösse des Additivs bei jeweiligen Maximalwerten für die Stickstoffoxidkonversionsrate.

[0024] Fig. 1 zeigt einen schematischen Grundaufbau einer Vorrichtung für eine Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine. Ausgehend von der Brennkraftmaschine 1 wird ein Abgas (die Strömungsrichtung des Abgases ist in Fig. 1 mit Pfeilen angegeben) durch eine Abgasleitung 2 zu einem SCR-Katalysator 5 geführt. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem SCR-Katalysator 5 ist eine Additiv-Zuführeinrichtung 3 vorgesehen, die ein Additiv 4 in Tröpfchenform in die Abgasleitung 2 einbringt. Die Additiv-Zuführeinrichtung enthält eine das Additiv 4 in den Abgasstrom abgebende Düse 8, zu der von einem Verdichter 6 erzeugte Druckluft und das in einem Vorratsbehälter 7 gelagerte Additiv 4 strömt. Über eine Steuereinheit (nicht dargestellt) wird der Verdichter 6 so angesteuert, dass eine Variation des Luftvolumenstroms an die Düse ausgeführt wird, sodass die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs 4 sich entsprechend ändert. Der variabel betreibbare Verdichter 6 ermöglicht daher eine optimale Gemischbildung hinsichtlich des Additivs.

[0025] Bei einer erhöhten Abgastemperatur wird eine besonders gute Wirkungsweise der Stickstoffoxidkonversion nur bei Überschreiten einer bestimmten Additiv-Tröpfchengrösse erreicht. Bei niedrigeren Abgastemperaturen ist für eine besonders gute Wirkungsweise jedoch eine geringere Additiv-Tröpfchengrösse der Optimalzustand. Um eine besonders gute Wirkungsweise über einen grösseren Abgastemperaturbereich sicherzustellen, ist es vorteilhaft die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs zu verändern. Dabei wird durch einen Messfühler (nicht dargestellt) die Abgastemperatur gemessen und die Werte an die Steuereinheit gegeben. Diese entscheidet dann über den Luftvolumenstrom, den der Verdichter 6 in die Düse 8 einbringt. Es wird also über eine Variation der der Düse 8 zugeführten Druckluftmenge die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs in der Abgasleitung in Abhängigkeit von der Abgastemperatur geändert.

[0026] Fig. 2 zeigt den beispielhaften Zusammenhang zwischen einem Luftvolumenstrom, der an eine Düse 8 geschickt wird, und der entsprechenden Grösse der durch die Düse 8 abgegebenen mittleren Tröpfchengrösse eines Additivs in Mikrometern. Die in der Abszisse der Grafik verwendeten Einheit Standard-Liter pro Minute (slpm) entspricht 16,8875 Millibar mal Liter geteilt durch Sekunde und ist ein Mass für die Molekülmenge, die pro Zeiteinheit und unter Normbedingungen (Standarddruck P = 101 325 Pascal und Standardtemperatur = 0 °C) durch einen Querschnitt fliesst. Die Abszisse stellt demnach ausgehend vom Ursprung einen ansteigenden Luftvolumenstrom dar. Die Ordinate der Grafik in Fig. 2 gibt eine Tröpfchengrösse eines mit der beispielhaften Düse in Tröpfchenform gebrachten Additivs an. Die Messung der Tröpfchengrösse erfolgte mittels Laserbeugungstechnik in einem Bereich zwischen Additiv-Zuführeinrichtung und dem SCR-Katalysator. Wie der Figur entnommen werden kann, zeigt sie den umgekehrt proportionalen Zusammenhang zwischen Luftvolumenstrom und Tröpfchengrösse. Das heisst, dass bei einem Ansteigen des zugeführten Luftvolumenstroms an die Düse, die mittlere Tröpfchengrösse abnimmt.

[0027] Fig. 3 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Abgastemperatur in Celsius gegenüber einem Luftvolumenstrom in einer beispielhaften Vorrichtung für eine Abgasnachbehandlung. Für das Verständnis der Fig. 2 ist wichtig zu wissen, dass an den Messpunkten jeweils maximale Stickstoffoxidkonvertierungsraten der beispielhaften Vorrichtung vorliegen. Für die Messpunkte bis 250 °C wird dem Abgas kein Additiv zugeführt, wodurch sich die konstante Form der Kurve für diesen Abgastemperaturbereich erklärt. Für grössere Temperaturwerte ergeben sich maximale NOx-Konvertierungsraten für stetig kleiner werdende Luftvolumenströme. So sinkt der Luftvolumenstrom, der bei einer Abgastemperatur von 300 °C noch bei ca. 8,0 slpm liegt, für die Abgastemperatur von 350 °C deutlich auf ca. 6.1 slpm.

[0028] Fig. 3 lässt sich demnach entnehmen, dass nachdem ein bestimmter Schwellenwert der Abgastemperatur in der beispielhaften Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, hier 250 °C, überschritten ist, mit einem fallenden Luftvolumenstrom, die eine steigende mittleren Tröpfchengrösse des Additivs bedingt, optimale Stickstoffkonvertierungsraten erreicht werden.

[0029] Dieser Zusammenhang wird auch in der Fig. 4 dargestellt, in der für die Abgastemperatur in Grad Celsius die Tröpfchengrösse in Mikrometern angegeben ist, bei der eine optimale Stickstoffkonvertierungsrate vorliegt. Auch der Fig. 4 ist zu entnehmen, dass nach Überschreiten eines bestimmten Schwellenwerts, hier 250 °C, mit weiter steigender Abgastemperatur optimale Stickstoffoxidkonvertierungsraten nur erreicht werden, wenn die Tröpfchengrösse ebenfalls ansteigt.

[0030] Die Aussagekraft der Fig. 2 bis Fig. 4 beschränkt sich nicht auf die beispielhafte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, anhand der die der Fig. 2 bis Fig. 4 zugrundeliegenden Messwerte gewonnen wurden. Es versteht sich von selbst, dass die gewonnenen grundlegenden Zusammenhänge auch auf anders ausgestaltete Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung übertragen werden können.

[0031] Dem Durchschnittsfachmann ist klar, dass es bei der vorliegenden Erfindung von untergeordneter Wichtigkeit ist, mit welchem Mittel die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs 4 verändert werden kann. Daher ist für die Erfindung auch unerheblich, ob das Additiv 4 zuerst mit dem Luftvolumenstrom des Verdichters 6 gemischt wird und erst anschliessend in die Abgasleitung 2 eingebracht wird, oder ob der Luftvolumenstrom des Verdichters nach Einbringen des Additivs 4 in die Abgasleitung 2 dazu verwendet wird, die Additiv-Abgasmischung zu verwirbeln, um eine effektive Durchmischung des Abgases mit dem Additiv 4 bei einer gewünschten mittleren Teilchengrösse des Additivs sicherzustellen.

[0032] In einer weiteren Ausführungsform wird die mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung einzubringenden Additivs in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine oder der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung verändert. So kann die Tröpfchengrösse des Additivs in Abhängigkeit einer Abgastemperatur, eines Abgasgegendrucks, einem NOx-Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom bestimmt werden. Das heisst, dass aufgrund der Momentanzustände mindestens eines der vorstehend genannten Parameter die optimale mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung einzubringenden Additivs bestimmt wird.

[0033] Als weitere Zustände, die einen Einfluss auf die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs haben, also von der die Veränderung der mittleren Tröpfchengrösse ebenfalls abhängt und die zur Bestimmung der zu verwendenden mittleren Tröpfchengrösse des Additivs ebenfalls herangezogen werden können, ist zu nennen: der Drehzahl-Drehmomenten-Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine, der Abgasmassenstrom, die Abgaszusammensetzung (insbesondere bezüglich Stickstoffmonoxid, NO, Stickstoffdioxid, NO2, Kohlendioxid, CO2, enthaltener Feinstaub und/oder enthaltene Feinstaubmenge), die Kraftstoffqualität, die Einsatzhöhe der erfindungsgemässen Vorrichtung über Meeresniveau, beziehungsweise den Umgebungsluftdruck, der Additiv-Zuführungsdruck, die Additivqualität, die Umgebungslufttemperatur, und/ oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit.

[0034] Es ist demnach denkbar, mindestens einen der vorstehend genannten Zustände zur Bestimmung der optimalen Tröpfchengrösse des Additivs heranzuziehen. Dabei ist es nicht notwendig, dass die vorstehend genannten Parameter durch entsprechende Messvorrichtungen gemessen werden. Es ist denkbar, einige der Zustände innerhalb einer Software-Ländereinstellung zu hinterlegen, wie beispielsweise die Kraftstoffqualität, und beispielsweise die Einsatzhöhe vom Betreiber der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine von Hand in ein Steuergerät einzugeben.

[0035] Dieses Steuergerät kann dann aufgrund der ihm zur Verfügung stehenden Zustandswerte das Additiv-Zuführmittel 3 derart steuern, dass die hierfür bestimmte optimale mittlere Teilchengrösse des Additivs 4 entsprechend geändert wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine (1), umfassend: eine Abgasleitung (2), die einen Auslass der Brennkraftmaschine (1) mit einem Einlass eines SCR-Katalysators (5) verbindet, und eine Additiv-Zuführeinrichtung (3), die dazu ausgelegt ist, zwischen dem Auslass der Brennkraftmaschine (1) und dem Einlass des SCR-Katalysators (5) der Abgasleitung (2) ein Additiv (4) in Tröpfchenform zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Additiv-Zuführeinrichtung (3) ferner dazu ausgelegt ist, eine mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) zu verändern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Additiv-Zuführeinrichtung (3) ferner dazu ausgelegt ist, die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine (1) oder der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu verändern, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur, einem Abgasgegendruck, einem NOx-Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Additiv-Zuführeinrichtung (3) ferner dazu ausgelegt ist, die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) bei einem Ansteigen einer Abgastemperatur zu vergrössern.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Additiv-Zuführeinrichtung (3) enthält: eine Zuleitung (71) für das Additiv (4), einen Verdichter (6) zur Erzeugung von Druckluft, eine mit dem Verdichter (6) verbundene Zuleitung (61) für die Druckluft, und eine mit der Zuleitung (71) für das Additiv (4) und der Zuleitung (61) für die Druckluft verbundene Düse (8), die dazu ausgelegt ist, das Additiv (4) in Tröpfchenform in die Abgasleitung (2) einzubringen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein von dem Verdichter (6) erzeugter Luftvolumenstrom, der an die Düse (8) geleitet wird, veränderbar ist, so dass die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) sich entsprechend zu einer Veränderung des Luftvolumenstroms ändert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Düse (8) ein bewegbares Element enthält, mit dem die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Additiv (4) eine wässrige Harnstofflösung ist, deren Harnstoffgehalt im Bereich von 31,8 bis 33,2 Gewichtsprozent, vorzugsweise bei 32,5 Gewichtsprozent, liegt.

8. Verfahren zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine (1), wobei in dem Verfahren: in einen Abgasstrom ein Additiv (4), vorzugsweise eine 32,5-prozentige wässrige Harnstofflösung, in Tröpfchenform eingebracht wird, und ein Abgas-Additivgemisch einem SCR-Katalysator (5) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) in dem Abgas-Additivgemisch veränderbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine (1) oder einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung verändert wird, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur, einem Abgasgegendruck, einem NOx-Massenstrom und/oder einem Additiv-Massenstrom.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs (4) bei einem Ansteigen einer Abgastemperatur vergrössert wird.