CH711045A1

CH711045A1 - Apparatus for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine.

Info

Publication number: CH711045A1
Application number: CH00626/15A
Authority: CH
Inventors: Ziörjen David; Belle Nicolas; Talavera Nicolas
Original assignee: Liebherr Machines Bulle Sa
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine, die eine Abgasleitung, die einen Auslass der Brennkraftmaschine mit einem Einlass eines Katalysators verbindet, und eine Additivzuführeinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, der Abgasleitung zwischen dem Auslass der Brennkraftmaschine und dem Einlass des Katalysators ein Additiv über einen Additivauslass (6) zuzuführen. Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Additivzuführeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Sprühwinkel des der Abgasleitung zuzuführenden Additivs zu verändern. Vorzugsweise erfolgt die Veränderung des Sprühwinkels durch eine Positionsveränderung des Additivauslasses. Dadurch wird verhindert, dass bei einem geringen Abgasmassenstrom Additiv die Innenfläche der Abgasleitung berührt und sich daran ablegt. Umgekehrt kann bei einem grossen Abgasmassestrom der Sprühwinkel aufgeweitet werden, sodass auch im Randbereich der Innenfläche der Abgasleitung strömendes Abgas mit Additiv in Kontakt kommt.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine comprising an exhaust pipe connecting an exhaust port of the internal combustion engine to an inlet of a catalyst and an additive supply device configured to add an additive to the exhaust pipe between the exhaust of the internal combustion engine and the inlet of the catalytic converter via an additive outlet (6) supply. The device is further characterized in that the additive supply means is adapted to change a spray angle of the additive to be supplied to the exhaust pipe. Preferably, the change of the spray angle is effected by a change in position of the additive outlet. This prevents that at a low exhaust gas mass flow additive touches the inner surface of the exhaust pipe and deposits it. Conversely, in the case of a large exhaust gas mass flow, the spray angle can be widened so that exhaust gas flowing in the edge region of the inner surface of the exhaust gas line comes into contact with additive.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine. The invention relates to a device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine.

[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. In recent years, great efforts have been made to reduce the emissions of internal combustion engine pollutants. In part, these efforts can be attributed to the fact that in more and more countries emission limit values for pollutants emitted by internal combustion engines exist, without which it is no longer possible to position them on the market. Particular attention has been given in this context nitrogen oxides. These are regarded as precursors for ozone and in higher concentrations as harmful to health and vegetation.

[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 zufriedensteliende 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. It is now common practice that certain engine types are equipped with an exhaust aftertreatment system in which a selective catalytic reduction (English: Selective Catalytic Reduction, SCR) of the pollutants contained in the exhaust gas takes place. Here, by means of a selective catalytic reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst), the nitrogen oxides, NOx, produced during the combustion process in the internal combustion engine are significantly reduced. In order to achieve satisfactory results, an additive is added to the exhaust gas emitted from the engine, so that under the effect of the exhaust gas temperature of the constituents of the additive in a chemical reaction ammonia, NH3, which in the SCR catalyst, the nitrogen oxides, NOx, in dinitrogen, N2, and water, H2O, converts. As an additive, which is supplied to the exhaust gas upstream of the SCR catalyst, an approximately 32.5% solution of ultrapure urea in demineralized water is usually used, which in European-speaking countries often with the brand name AdBlue and in the North American language area as diesel Exhaust fluid or DEF is called.

[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. The supply of the additive to the exhaust gas flow takes place only after exceeding a certain exhaust gas temperature threshold, wherein after exceeding the exhaust gas temperature threshold with increasing exhaust gas temperatures, the amount of additive supplied is also increased until reaching a saturation value. After reaching the saturation value, the additive addition is temperature-independent. Should the additive be added to the exhaust gas prior to reaching the determined lower exhaust gas temperature threshold, the additive will not be fully converted to the necessary components for selective catalytic reduction, thereby decreasing the NOx conversion rate and damaging the SCR catalyst.

[0005] Dabei ist es wünschenswert, wenn das Additiv entlang seiner Ausbreitungsstrecke im Abgaspfad möglichst homogen verteilt ist. Problematisch ist dies im Fall kleinerer Abgasmassenströme, da beim Einspritzen des Additivs oftmals die Innenfläche des Abgasrohrs mit Additiv in Berührung kommt und das Additiv sich hieran ablagert. Von daher ist es notwendig, dass im Nahbereich der Additiveinführung der Sprühwinkel zwischen der Hauptströmungsrichtung des Abgases und des Additivausbreitungsbereichs ausreichend klein ist. Bei einem zunehmenden Abgasmassenstrom, also einem vermehrten Ausstoss von Abgas durch die Brennkraftmaschine, führt dies jedoch dazu, dass das Additiv quasi gar nicht in den äusseren Bereich des Abgaspfads, d.h. in den Nahbereich des Abgasrohres gelangt. Es wird zuvor mit dem Abgas mitgerissen und in Abgasströmungsrichtung fortgetragen. Zudem tritt dann bei einem grossen Abgasmassenstrom eine Rezirkulation des Additivs um eine Additiveinführvorrichtung herum auf. Bei einer Rezirkulation wird nach einem Abgeben des Additivs mit einem bestimmten Sprühwinkel das Additv durch äussere Einflüsse wie einem besonders hohen Abgasmassenstrom erneut konvergiert und erst im Anschluss daran wieder aufgespreizt. It is desirable if the additive is distributed as homogeneously as possible along its propagation path in the exhaust path. This is problematic in the case of smaller exhaust gas mass flows, since during the injection of the additive often the inner surface of the exhaust pipe comes into contact with additive and the additive is deposited thereon. Therefore, it is necessary that in the vicinity of the additive introduction, the spray angle between the main flow direction of the exhaust gas and the additive propagation region is sufficiently small. With an increasing exhaust gas mass flow, that is, an increased emission of exhaust gas by the internal combustion engine, however, this means that the additive is virtually not in the outer region of the exhaust path, i. enters the vicinity of the exhaust pipe. It is previously entrained with the exhaust gas and carried away in the exhaust gas flow direction. In addition, when the exhaust gas mass flow is high, recirculation of the additive occurs around an additive introduction device. In the case of a recirculation, after the additive has been dispensed with a specific spray angle, the additive is recombined again by external influences such as a particularly high exhaust gas mass flow and only then spread apart again.

[0006] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der die oben stehend aufgeführten Probleme überwunden werden. Against this background, it is the object of the invention to provide an apparatus for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine, in which the problems listed above are overcome.

[0007] Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst, gelöst. This object is achieved with a device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine comprising the features of claim 1.

[0008] Demnach ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Abgasleitung, die einen Auslass der Brennkraftmaschine mit einem Einlass eines Katalysators verbindet, und eine Additivzuführeinrichtung umfasst, die dazu ausgelegt ist, der Abgasleitung zwischen dem Auslass der Brennkraftmaschine und dem Einlass des Katalysators ein Additiv über einen Additivauslass zuzuführen. Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Additivzuführeinrichtung dazu ausgelegt ist, einen Sprühwinkel des der Abgasleitung zuzuführenden Additivs zu verändern. Accordingly, it is provided that the device comprises an exhaust pipe connecting an exhaust of the internal combustion engine with an inlet of a catalyst, and an additive supply, which is adapted to the exhaust pipe between the outlet of the internal combustion engine and the inlet of the catalyst via an additive over to supply an additive outlet. The device is further characterized in that the additive supply means is adapted to change a spray angle of the additive to be supplied to the exhaust pipe.

[0009] 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 Katalysators. Die Additivzuführeinrichtung bringt ein Additiv in die Abgasleitung ein und befindet sich in Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts vom Katalysator. Bevor also das Abgas auf den Katalysator trifft, wird ein Additiv beigemischt. The term internal combustion engine includes all internal combustion engines, especially diesel engines for various applications. The exhaust passage communicating with an exhaust of the engine conveys exhaust gas generated by the engine toward a catalyst. The additive supply device introduces an additive into the exhaust pipe and is located in the flow direction of the exhaust gas upstream of the catalyst. So before the exhaust gas hits the catalyst, an additive is added.

[0010] Als Sprühwinkel wird ganz allgemein die nach einem bestimmten Abstand von dem Additivauslass erfasste Fläche durch das abgegebene Additiv betrachtet. Je grösser diese Fläche, desto grösser der Sprühwinkel des Additivs. In der Regel entspricht die Auslassform des Additivs in etwa der Grundform eines Kegels, bei dem der Sprühwinkel vereinfacht gesagt dem Kegelwinkel entspricht. As spraying angle, the area detected by the additive additive after a certain distance from the additive outlet is generally considered. The larger this area, the greater the spray angle of the additive. In general, the outlet form of the additive corresponds approximately to the basic shape of a cone, in which the spray angle, in simple terms, corresponds to the cone angle.

[0011] Vorzugsweise ist der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion geeignet, also ein SCR-Katalysator. Dabei entsteht durch die Abgastemperatur aus einer chemischen Reaktion des Additivs ein Stoff, der im Katalysator die Stickoxide NOxin die Stickstoff, N2und Wasser, H2O umwandelt. Preferably, the catalyst for selective catalytic reduction is suitable, so an SCR catalyst. In this case, the exhaust gas temperature from a chemical reaction of the additive produces a substance which converts the nitrogen oxides NOx into the nitrogen, N2 and water, H2O in the catalyst.

[0012] Da die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eine Additivzuführeinrichtung vorsieht, die dazu ausgelegt ist, einen Sprühwinkel des der Abgasleitung zuzuführenden Additivs zu verändern, ist es bspw. möglich, den Sprühwinkel des Additivs an den gerade jeweils herrschenden Abgasmassenstrom anzupassen. So kann die Anbehaftung von Additiv an der Innenfläche des Abgasrohrs bei einem kleinen Abgasmassenstrom durch Verringerung des Sprühwinkels verhindert werden. Bei einem grossen Abgasmassenstrom kann der Sprühwinkel aufgeweitet werden, sodass auch Additiv an den äusseren Bereich des Abgaspfads, d.h. in die Nähe des Abgasrohrs gelangt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Additiv gut mit dem Abgasstrom durchmischt wird und auch Abgas, das nahe am Randbereich des Abgasrohrs strömt mit Additiv in Berührung kommt. Since the inventive device for exhaust aftertreatment provides an additive supply, which is designed to change a spray angle of the exhaust pipe to be supplied additive, it is, for example, possible to adjust the spray angle of the additive to the currently prevailing exhaust gas mass flow. Thus, the adhesion of additive to the inner surface of the exhaust pipe at a small exhaust gas mass flow can be prevented by reducing the spray angle. With a large exhaust gas mass flow, the spray angle can be widened so that additive is also applied to the outer region of the exhaust gas path, i. gets into the vicinity of the exhaust pipe. This ensures that the additive is thoroughly mixed with the exhaust gas flow and also that exhaust gas flowing close to the edge region of the exhaust gas pipe comes into contact with additive.

[0013] Um den Sprühwinkel zu ändern, kann die Additiv-Zuführeinrichtung bspw. ein bewegbares Teil aufweisen, das die Auslassöffnung des Additivs verkleinern oder vergrössern kann. In order to change the spray angle, the additive feeder can for example. Have a movable part, which can reduce or enlarge the outlet opening of the additive.

[0014] Vorzugsweise umfasst die Additivzuführeinrichtung eine Additivzuleitung zum Einbringen des Additivs in die Abgasleitung, und eine mit der Additivzuleitung verbundene Düse als Additivauslass. Die Düse ist dabei dazu ausgelegt, das Additiv in die Abgasleitung einzubringen bzw. einzuspritzen, wobei die Düse vorzugsweise vollständig innerhalb der Abgasleitung angeordnet ist. Preferably, the additive supply means comprises an additive feed line for introducing the additive into the exhaust pipe, and a nozzle connected to the additive feed line as an additive outlet. The nozzle is designed to introduce or inject the additive into the exhaust pipe, wherein the nozzle is preferably arranged completely within the exhaust pipe.

[0015] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Düse in der Abgasleitung so angeordnet, dass sie achsparallel zur Längsrichtung der Abgasleitung ist. D.h. das Additiv weist in der Düse bzw. der Zuführung zur Düse eine Strömungsrichtung auf, die parallel zu einer Abgasströmungsrichtung von der Brennkraftmaschine zu dem Katalysator in der Abgasleitung ist. Diese ist demnach parallel zur Längsrichtung der Abgasleitung. Um dies zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Additivzuleitung einen gewinkelten Abschnitt in der Abgasleitung aufweist. According to a further advantageous embodiment, the nozzle is arranged in the exhaust pipe so that it is axially parallel to the longitudinal direction of the exhaust pipe. That the additive has a flow direction in the nozzle or the supply to the nozzle, which is parallel to an exhaust gas flow direction from the internal combustion engine to the catalyst in the exhaust pipe. This is therefore parallel to the longitudinal direction of the exhaust pipe. In order to achieve this, it is advantageous if the additive feed line has an angled section in the exhaust gas line.

[0016] Dabei ist vorzugsweise die Düse dazu ausgelegt, das Additiv mit einem veränderbaren Sprühwinkel abzugeben. In this case, preferably, the nozzle is adapted to deliver the additive with a variable spray angle.

[0017] Der veränderbare Sprühwinkel der Düse kann durch ein bewegbares Element der Düse zum Variieren des Sprühwinkels des in die Abgasleitung einzuführenden Additivs verwirklicht sein. The variable spray angle of the nozzle can be realized by a movable element of the nozzle for varying the spray angle of the introduced into the exhaust pipe additive.

[0018] Nach einem weiteren vorteilhaften, optionalen Merkmal umfasst die Vorrichtung einen Verdichter zum Erzeugen von Druckluft, und eine mit dem Verdichter verbundene Druckluftzuleitung zum Einbringen der Druckluft in die Abgasleitung. According to a further advantageous, optional feature, the device comprises a compressor for generating compressed air, and connected to the compressor compressed air supply line for introducing the compressed air into the exhaust pipe.

[0019] Der Verdichter kann jede Ausgestaltung einer Luftförderpumpe, eines Kompressors oder einer vergleichbaren Einheit annehmen. Der Verdichter dient dazu, Druckluft zu erzeugen, mit Hilfe der das Additiv in dem Abgasstrom verteilt werden kann. The compressor can take any configuration of an air pump, a compressor or a similar unit. The compressor serves to generate compressed air with the aid of which the additive can be distributed in the exhaust gas flow.

[0020] Vorzugsweise ist die Düse zur Abgabe des Additivs oder der Additivauslass ganz oder teilweise in der Druckluftzuleitung angeordnet. Dabei kann der Additivauslass oder die Düse auch an der Druckluftzuleitung befestigt sein. Preferably, the nozzle for dispensing the additive or the additive outlet is arranged wholly or partly in the compressed air supply line. In this case, the additive outlet or the nozzle can also be attached to the compressed air supply line.

[0021] Nach einem weiteren vorteilhaften, optionalen Merkmal der Erfindung sind die Abgasleitung, die Druckluftzuleitung und der Additivauslass achsparallel zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise sind deren Achsen koaxial zueinander. Durch diese Anordnung wird eine besonders gleichmässige Verteilung des durch den Additivauslass abgegebenen Additivs in der Abgasleitung erreicht. According to a further advantageous, optional feature of the invention, the exhaust pipe, the compressed air supply and the additive outlet are aligned axially parallel to each other. Preferably, their axes are coaxial with each other. By this arrangement, a particularly uniform distribution of the additive discharged through the additive outlet is achieved in the exhaust pipe.

[0022] Dabei kann die Druckluftzuleitung starr an der Abgasleitung befestigt sein. Dies geschieht typischerweise über Befestigungsstege, die von der Innenseite der Abgasleitung nach zu deren Mitte ragen, wobei an denen zur Innenseite der Abgasleitung entgegengesetzten Enden der Befestigungsstege die Druckluftzuleitung gehalten oder gestützt wird. Auch das Vorsehen lediglich eines Befestigungsstegs zum Befestigen der Druckluftzuleitung in der Abgasleitung ist ausreichend. Die Düse wird also von der Druckluft vollständig umströmt. In this case, the compressed air supply line can be rigidly attached to the exhaust pipe. This is typically done via fastening webs, which project from the inside of the exhaust pipe to the center, wherein at which the inside of the exhaust pipe opposite ends of the fastening webs, the compressed air supply line is held or supported. Also, the provision of only one fastening web for securing the compressed air supply line in the exhaust pipe is sufficient. The nozzle is thus completely surrounded by the compressed air.

[0023] Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Position des Additivauslasses der Additivzuleitung bezüglich der Abgasleitung veränderbar, um einen Sprühwinkel des zuzuführenden Additivs mit Hilfe eines starr mit der Abgasleitung verbundenen Elements zu variieren. Dabei wird die Veränderung der Position des Additivauslasses vorzugsweise über eine axiale Verschiebung des Additivauslasses bezüglich der Abgasleitung bzw. des starr mit der Abgasleitung verbundenen Elements umgesetzt. Mit einer axialen Verschiebung des Additivauslasses ist vorzugsweise eine Verschiebung der Additivauslassposition in Längsrichtung der Abgasleitung gemeint. Durch das Zusammenwirken des in seiner Position veränderten Additivauslasses mit dem starr mit der Abgasleitung verbundenen Element kann der Sprühwinkel des Additivs variiert werden, so dass dieser an die jeweiligen Anforderungen optimal angepasst werden kann. According to a further advantageous embodiment of the invention, the position of the additive outlet of the additive feed line is variable with respect to the exhaust pipe to vary a spray angle of the additive to be supplied by means of an element rigidly connected to the exhaust pipe. In this case, the change in the position of the additive outlet is preferably implemented via an axial displacement of the additive outlet with respect to the exhaust pipe or the element rigidly connected to the exhaust pipe. With an axial displacement of the additive outlet, a displacement of the additive outlet position in the longitudinal direction of the exhaust pipe is preferably meant. Through the interaction of the modified in its position additive outlet with the rigidly connected to the exhaust pipe element of the spray angle of the additive can be varied so that it can be optimally adapted to the respective requirements.

[0024] Dabei ist auch denkbar, dass anstelle des Additivauslasses die Druckluftzufuhr in ihrer Position geändert wird, um eine Relativbewegung zwischen Additivauslass und Druckluftzufuhr zu erreichen. It is also conceivable that instead of the Additivauslasses the compressed air supply is changed in position to achieve a relative movement between the additive outlet and compressed air supply.

[0025] Vorzugsweise ist das starr mit der Abgasleitung verbundene Element eine Druckluftzuleitung oder ein Abgasstromverwirbler. Preferably, the rigidly connected to the exhaust pipe element is a compressed air supply line or a Abgasstromverwirbler.

[0026] Ein Abgasstromverwirbler ist ein in der Abgasleitung vorhandenes passives Element, das aufgrund seiner Form die Strömung eines Abgasstroms derart beeinflusst, dass eine gute Durchmischung von Additiv- und Abgasstrom erhalten wird. Ändert man nun die Position des Additivauslasses bezüglich des Abgasstromverwirblers ist es auch möglich, damit den Sprühwinkel des abgegebenen Additivs zu beeinflussen. Analoge Überlegungen gelten auch für die Positionsänderung bezüglich der Druckluftzuleitung. Vorzugsweise entspricht der Abgasstromverwirbler der Mantelfläche eines Kegelstumpfs. Dabei tritt dann typischerweise das Additiv vollständig oder zu grossen Teilen durch den mittels der Innenfläche definierten Bereich und wird durch einen von dem Abgasstromverwirbler erzeugten Druckunterschied mit dem Abgasstrom verwirbelt. A Abgasstromverwirbler is a present in the exhaust pipe passive element, which influenced due to its shape, the flow of an exhaust gas flow such that a good mixing of additive and exhaust gas flow is obtained. If the position of the additive outlet with respect to the exhaust gas flow swirler is changed, it is also possible to influence the spray angle of the additive delivered. Similar considerations also apply to the change in position with regard to the compressed air supply line. Preferably, the Abgasstromverwirbler corresponds to the lateral surface of a truncated cone. In this case, the additive then typically occurs completely or largely through the region defined by means of the inner surface and is swirled by the pressure difference with the exhaust gas flow generated by the exhaust gas flow swirler.

[0027] Vorteilhafterweise ist die Additivzuführeinrichtung ferner dazu ausgelegt, das Additiv der Abgasleitung in Tröpfchenform zuzuführen und die mittlere Tröpfchengrösse des der Abgasleitung zuzuführenden Additivs zu verändern. Advantageously, the additive supply device is further adapted to supply the additive of the exhaust pipe in droplet form and to change the average droplet size of the exhaust pipe to be supplied additive.

[0028] Als mittlere Tröpfchengrösse ist der mittlere Durchmesser aller Additivtröpfchen zu betrachten, die stromabwärts des Additivauslasses in der Abgasleitung in Richtung des Katalysators geführt werden. Die Tröpfchengrösse des Additivs beeinflusst die Leistungsfähigkeit des stromabwärts angeordneten Katalysators. The average droplet size to be considered is the average diameter of all additive droplets which are guided downstream of the additive outlet in the exhaust gas line in the direction of the catalyst. The droplet size of the additive affects the performance of the downstream catalyst.

[0029] Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein von einem Verdichter erzeugter Luftvolumenstrom zum Einleiten in die Abgasleitung veränderbar, um eine mittlere Tröpfchengrösse des von dem Additivauslass abgegebenen Additivs entsprechend zu einer Veränderung des Luftvolumenstroms des Verdichters zu verändern. Die Tröpfchengrösse des Additivs ändert sich in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zur Veränderung des Luftvolumenstroms. Bei einem kleiner werdenden Luftvolumenstrom des Verdichters vergrössert sich die mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung von dem Additivauslass eingebrachten Additivs. Umgekehrt verkleinert sich die Tröpfchengrösse des Additivs bei einem grösser werdenden Luftvolumenstrom. According to a further embodiment of the invention, an air volume flow generated by a compressor for introduction into the exhaust pipe is variable to change an average droplet size of the additive discharged from the additive additive according to a change in the air volume flow of the compressor. The droplet size of the additive changes in an inversely proportional relationship to the change in the air volume flow. With a decreasing air volume flow of the compressor, the mean droplet size of the additive introduced into the exhaust gas line from the additive outlet increases. Conversely, the droplet size of the additive decreases with an increasing air volume flow.

[0030] Alternativ ist auch möglich, dass die Tröpfchengrösse über ein bewegbares Teil der Düse bzw. des Additivauslasses variiert werden kann, ohne dass dabei ein Verändern eines Luftvolumenstroms von Druckluft notwendig ist. Der bewegbare Teil der Düse bzw. des Additivauslasses kann beispielsweise die Austrittsöffnung oder die Austrittsöffnungen des Additivauslasses verringern oder vergrössern, um dabei die mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung zugeführten Additivs zu verändern. Alternatively, it is also possible that the droplet size can be varied over a movable part of the nozzle or the additive outlet, without causing a change in an air volume flow of compressed air is necessary. For example, the movable part of the nozzle or the additive outlet can reduce or increase the outlet opening or the outlet openings of the additive outlet, in order to change the average droplet size of the additive fed into the exhaust gas line.

[0031] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Additiv eine wässrige Harnstofflösung, die 31,8 bis 33, 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise 32,5 Gewichtsprozent Harnstoff enthält. Mit einem so ausgebildeten Additiv ist ein SCR-Katalysator besonders effektiv bei der Umwandlung von Stickoxiden. In a further preferred embodiment, the additive is an aqueous urea solution containing 31.8 to 33, 2 weight percent, preferably 32.5 weight percent urea. With such an additive, an SCR catalyst is particularly effective in the conversion of nitrogen oxides.

[0032] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Additivzuführeinrichtung ferner dazu ausgelegt ist, den Sprühwinkel und/oder eine mittlere Tröpfchengrösse des Additivs in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine oder der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu verändern. Beispielsweise kann hierbei der Sprühwinkel und/oder die mittlere Tröpfchengrösse in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur, einem Abgasgegendruck, einem NOx-Massenstrom, einer Abgasstrommenge und/oder einem Additivmassenstrom festgelegt werden. Dadurch lässt sich ein besonders gutes Ergebnis der Abgasnachbehandlung erreichen, bei dem gleichzeitig eine Anhaftung von additiv an der Innenfläche des Abgasrohrs vermieden wird. It is particularly advantageous if the additive supply device is also designed to change the spray angle and / or an average droplet size of the additive in dependence on a state of the internal combustion engine or the device for exhaust aftertreatment. For example, in this case the spray angle and / or the mean droplet size can be determined as a function of an exhaust gas temperature, an exhaust back pressure, a NOx mass flow, an exhaust gas flow rate and / or an additive mass flow. As a result, a particularly good result of the exhaust gas aftertreatment can be achieved, in which at the same time an adhesion of additive to the inner surface of the exhaust gas pipe is avoided.

[0033] Vorzugsweise ist der Katalysator ein Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion. Preferably, the catalyst is a catalyst for selective catalytic reduction.

[0034] Obwohl die vorliegende Erfindung teilweise in Zusammenhang mit einem System zur selektiven katalytischen Reduktion beschrieben wird, ist die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht hierauf beschränkt. Vielmehr ergeben sich bei jeder Art von Eindüsung eines Additivs in die Abgasleitung vergleichbare Probleme. Although the present invention will be described in part in connection with a selective catalytic reduction system, the apparatus of the present invention is not limited thereto. Rather, comparable problems arise with every type of injection of an additive into the exhaust gas line.

[0035] Weitere Ausführungsformen und Details der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>ein aus dem Stand der Technik bekanntes Abgasnachbehandlungssystem, <tb>Fig. 2<SEP>die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer Schnittansicht, <tb>Fig. 3<SEP>eine Prinzipskizze der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erläuterung der Positionsverschiebung des Additivauslasses, <tb>Fig. 4<SEP>eine weitere Prinzipskizze der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Erläuterung der Positionsveränderung des Additivauslasses, <tb>Fig. 5<SEP>eine Querschnittsansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung, <tb>Fig. 6<SEP>eine Detailansicht einer Querschnittansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung, <tb>Fig. 7<SEP>das Sprühbild der erfindungsgemässen Vorrichtung bei einer spezifischen Anordnung von Additivauslass und Druckluftzuleitung, <tb>Fig. 8<SEP>das Sprühbild der erfindungsgemässen Vorrichtung bei einer zweiten spezifischen Anordnung von Additivauslass und Druckluftzuleitung, <tb>Fig. 9<SEP>ein weiteres Sprühbild der erfindungsgemässen Vorrichtung bei einer spezifischen Anordnung von Additivauslass und Druckluftzuleitung, <tb>Fig. 10<SEP>ein weiteres Sprühbild der erfindungsgemässen Vorrichtung bei einer zweiten spezifischen Anordnung von Additivauslass und Druckluftzuleitung, <tb>Fig. 11<SEP>eine beispielhafte Kennlinie zur Verdeutlichung des Zusammenhangs von Sprühwinkel und mittlere Tröpfchengrösse, und <tb>Fig. 12 :<SEP>ein beispielhafter Arbeitspunktbereich zur Verdeutlichung, dass Sprühwinkel und mittlere Tröpfchengrösse auch unabhängig voneinander eingestellt werden können.Further embodiments and details of the invention will be explained with reference to the accompanying drawings. Show it: <Tb> FIG. 1 <SEP> an exhaust aftertreatment system known from the prior art, <Tb> FIG. 2 <SEP> the device according to the invention for exhaust aftertreatment in a sectional view, <Tb> FIG. 3 <SEP> a schematic diagram of the device according to the invention for explaining the positional shift of the additive outlet, <Tb> FIG. 4 <SEP> a further schematic diagram of the device according to the invention for explaining the change in position of the additive outlet, <Tb> FIG. 5 <SEP> is a cross-sectional view of the device according to the invention, <Tb> FIG. 6 <SEP> is a detailed view of a cross-sectional view of the device according to the invention, <Tb> FIG. 7 <SEP> the spray pattern of the device according to the invention with a specific arrangement of additive outlet and compressed air feed line, <Tb> FIG. 8 <SEP> the spray pattern of the device according to the invention in a second specific arrangement of additive outlet and compressed air supply line, <Tb> FIG. 9 <SEP> a further spray pattern of the device according to the invention with a specific arrangement of additive outlet and compressed air supply line, <Tb> FIG. 10 <SEP> a further spray pattern of the device according to the invention in a second specific arrangement of additive outlet and compressed air supply line, <Tb> FIG. FIG. 11 shows an exemplary characteristic for clarifying the relationship between spray angle and average droplet size, and FIG <Tb> FIG. 12: <SEP> An exemplary operating point range for clarifying that spray angle and average droplet size can also be adjusted independently of each other.

[0036] Fig. 1 zeigt einen schematischen Grundaufbau einer Vorrichtung für eine Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine aus dem Stand der Technik. 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 Katalysator 3 geführt. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Katalysator 3 ist eine Additivzuführeinrichtung 4 vorgesehen, die ein Additiv 5 in die Abgasleitung 2 einbringt. Die Additivzuführeinrichtung 4 enthält eine das Additiv 5 in den Abgasstrom abgebende Auslassöffnung 6, zu der von einem Verdichter 8 erzeugte Druckluft und das in einem Vorratsbehälter 10 gelagerte Additiv 5 strömt. Der Verdichter 8 wird dabei in einem Konstantbetrieb betrieben und führt demnach eine gleichbleibende Menge an Druckluft in die Abgasleitung 2 ein. Das mit Hilfe der Druckluft in dem Abgasstrom verwirbelte Additiv 5 trifft dann in einem durchmischten Zustand auf den Katalysator 3, der Schadstoffe aus dem von der Brennkammer 1 erzeugten Abgas entfernt. Fig. 1 shows a schematic basic structure of an apparatus for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine of the prior art. Starting from the internal combustion engine 1, an exhaust gas (the flow direction of the exhaust gas is indicated by arrows in FIG. 1) is guided through an exhaust gas line 2 to a catalytic converter 3. Between the internal combustion engine 1 and the catalyst 3, an additive supply means 4 is provided, which introduces an additive 5 in the exhaust pipe 2. The additive supply device 4 contains an outlet opening 6 which discharges the additive 5 into the exhaust gas flow, to which compressed air generated by a compressor 8 and the additive 5 stored in a reservoir 10 flows. The compressor 8 is operated in a constant mode and thus introduces a constant amount of compressed air in the exhaust pipe 2 a. The swirled with the aid of compressed air in the exhaust stream additive 5 then meets in a mixed state on the catalyst 3, which removes pollutants from the exhaust gas generated by the combustion chamber 1.

[0037] Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung. Man erkennt die Abgasleitung 2, die Druckluftzufuhr 9 und die Additivzuleitung 7, die mit dem Additivauslass 6 bzw. der Düse 61 verbunden ist. Die Druckluftzuleitung 9 tritt senkrecht durch die Längsrichtung der Abgasleitung 2 durch dessen Mantelfläche und macht dann einen Knick um ca. 90°, sodass ein Endabschnitt der Druckluftzuleitung 9 in etwa parallel zur Längsrichtung der Abgasleitung 2 verläuft. Der Endabschnitt der Druckluftzuleitung ist über Befestigungsstege 21 mit der Innenseite der Abgasleitung 2 verbunden und an diesen gelagert. Der Additivauslass 6 bzw. die Düse 61 steht mit der Additivzuleitung 7 in Verbindung. Der Additivauslass 6 ist teilweise oder vollständig innerhalb der Druckluftzuleitung 9 angeordnet. Der Additivauslass 6 ist dabei über eine Befestigungsvorrichtung 91 an der Druckluftzuleitung 9 befestigt. Das offene Ende der Druckluftzuleitung 9 und das Auslassende des Additivauslasses 6 sind dabei in Strömungsrichtung eines Abgases der Abgasleitung 2 angeordnet. Darüber hinaus sind die Längsrichtung der Abgasleitung 2 sowie die Achsen des Additivauslasses 6 und des Endabschnitts der Druckluftzuleitung 9 achsparallel. Vorzugsweise können diese Achsen zueinander auch koaxial sein, wobei die Druckluftzuleitung 9 im Inneren der Abgasleitung und der Additivauslass im Inneren der Druckluftzuleitung angeordnet ist. FIG. 2 shows a sectional view of the device according to the invention. FIG. It can be seen the exhaust pipe 2, the compressed air supply 9 and the additive supply line 7, which is connected to the additive outlet 6 and the nozzle 61. The compressed air supply line 9 passes vertically through the longitudinal direction of the exhaust pipe 2 through its lateral surface and then makes a bend by about 90 °, so that an end portion of the compressed air supply line 9 extends approximately parallel to the longitudinal direction of the exhaust pipe 2. The end portion of the compressed air supply line is connected via fastening webs 21 with the inside of the exhaust pipe 2 and stored thereon. The additive outlet 6 or the nozzle 61 is in communication with the additive feed line 7. The additive outlet 6 is arranged partially or completely within the compressed air supply line 9. The additive outlet 6 is attached via a fastening device 91 to the compressed air supply line 9. The open end of the compressed air supply line 9 and the outlet end of the additive outlet 6 are arranged in the flow direction of an exhaust gas of the exhaust pipe 2. In addition, the longitudinal direction of the exhaust pipe 2 and the axes of the additive outlet 6 and the end portion of the compressed air supply line 9 are parallel to the axis. Preferably, these axes can also be coaxial with each other, wherein the compressed air supply line 9 is arranged in the interior of the exhaust pipe and the additive outlet in the interior of the compressed air supply line.

[0038] In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Sprühwinkel des der Abgasleitung 2 zuzuführenden Additivs 5 durch eine Positionsveränderung des Additivauslasses 6 bzw. der Düse 61 bezüglich des Endabschnitts der Druckluftzuleitung 9 erreicht. Da der Endabschnitt der Druckluftzuleitung fest mit der Abgasleitung verbunden ist, verschiebt sich der Additivauslass auch bezüglich der Abgasleitung. Bei einem Verschieben des Additivauslasses 6 in Richtung des offenen Endes der Druckluftzuleitung ergibt sich eine Veränderung in dem Sprühwinkel des Additivs 5. Diese Positionsveränderung wird mit Hilfe der Befestigungsvorrichtung 91 und einer entsprechenden Aktorik erreicht. Die Bewegungsrichtung des Additivauslasses ist in der Figur mit einem auf dem Additivauslass bzw. der Düse 61 eingezeichneten Pfeil dargestellt. In the embodiment of the invention shown in FIG. 2, the spray angle of the additive 5 to be supplied to the exhaust gas line 2 is achieved by a change in position of the additive outlet 6 or the nozzle 61 relative to the end section of the compressed air supply line 9. Since the end portion of the compressed air supply line is firmly connected to the exhaust pipe, the additive outlet also shifts with respect to the exhaust pipe. When the additive outlet 6 is displaced in the direction of the open end of the compressed air supply line, there is a change in the spray angle of the additive 5. This change in position is achieved with the aid of the fastening device 91 and a corresponding actuator system. The direction of movement of the additive outlet is shown in the figure with an arrow drawn on the additive outlet or nozzle 61.

[0039] Die Fig. 3 und 4 zeigen die Positionsveränderung der Düse bezüglich des Endabschnitts der Druckluftzuleitung 9. Bei einem Vergleich der beiden Figuren erkennt man, dass die Düse 61 in der Fig. 3 nahezu vollständig innerhalb des Endabschnitts der Druckluftzuleitung aufgenommen ist. Im Gegensatz dazu steht die Spitze der Düse 61 in Fig. 4 aus der Druckluftzuleitung 9 hervor. Diese Positionsänderung der Düse 61 bezüglich der starr an der Abgasleitung 2 angebrachten Druckluftzuleitung 9 bewirkt eine Veränderung in dem Sprühwinkel des in die Abgasleitung abzugebenden Additivs 5. Dabei ist die Strömungsrichtung des Abgases mit einem Pfeil 71 gekennzeichnet und die Strömungsrichtung der Druckluft mit einem Pfeil 72 gekennzeichnet. 3 and 4 show the change in position of the nozzle relative to the end portion of the compressed air supply line 9. In a comparison of the two figures, it can be seen that the nozzle 61 is taken in Fig. 3 almost completely within the end portion of the compressed air supply line. In contrast, the tip of the nozzle 61 is shown in Fig. 4 from the compressed air supply line 9. This change in position of the nozzle 61 with respect to the compressed air supply 9 attached rigidly to the exhaust pipe 2 causes a change in the spray angle of the additive 5 to be dispensed into the exhaust pipe. The flow direction of the exhaust gas is indicated by an arrow 71 and the flow direction of the compressed air is indicated by an arrow 72 ,

[0040] Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht der Erfindungsgemässen Vorrichtung. Der äussere Kreis beschreibt dabei die Abgasleitung 2, von deren Innenseite Befestigungsstege 21 zur Mitte der Abgasleitung 2 hin verlaufen. An den von der Innenseite der Abgasleitung 2 abgewandten Enden der Befestigungsstege 21 befindet sich die Druckluftzuleitung 9. Diese dient wiederum dazu, die Düse 61 mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 91 zu lagern. Man erkennt auch die radial zur Querschnittsfläche der Abgasleitung 2 verlaufenden Zuleitungen 9, 7 für Druckluft und Additiv 5. Diese sind in der Figur nur schematisch dargestellt. Man erkennt erneut, dass die Düse 61, der Endabschnitt der Druckluftzuleitung 9 als auch die Abgasleitung achsparallel, in der dargestellten Figur sogar koaxial, zueinander ausgerichtet sind. Fig. 5 shows a cross-sectional view of the device according to the invention. The outer circle describes the exhaust pipe 2, from the inside of fastening webs 21 extend to the center of the exhaust pipe 2 out. At the end remote from the inside of the exhaust pipe 2 ends of the fastening webs 21 is the compressed air supply line 9. This in turn serves to store the nozzle 61 by means of a fastening device 91. It also recognizes the radially extending to the cross-sectional area of the exhaust pipe 2 supply lines 9, 7 for compressed air and additive 5. These are shown only schematically in the figure. It can be seen again that the nozzle 61, the end portion of the compressed air supply line 9 and the exhaust pipe axially parallel, in the illustrated figure even coaxial, are aligned with each other.

[0041] Fig. 6 zeigt eine vergrösserte Darstellung der Druckluftzuleitung 9 und der Düse 61 in einer Querschnittsansicht. Die Befestigungsvorrichtung 91 mit der die Düse 61 an dem Endabschnitt der Druckluftzuleitung 9 befestigt ist, ist dabei so ausgelegt, dass die Düse 61 in seiner Axialposition verrückt werden kann. Die axiale Verrückung der Düse 61 entspricht in der Darstellung der Fig. 6 einer Bewegung, die sich aus der Blattebene der Figur heraus erstreckt. Fig. 6 shows an enlarged view of the compressed air supply line 9 and the nozzle 61 in a cross-sectional view. The fastening device 91 with which the nozzle 61 is attached to the end portion of the compressed air supply line 9 is designed so that the nozzle 61 can be crazy in its axial position. The axial displacement of the nozzle 61 in the illustration of FIG. 6 corresponds to a movement which extends out of the sheet plane of the figure.

[0042] Die Fig. 7 bis 10 zeigen jeweils ein Sprühbild eines Additivs, das mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzeugt worden ist. Zum besseren Verständnis sind in diesen Figuren sind einige Elemente darin nicht massstabsgetreu dargestellt. 7 to 10 each show a spray pattern of an additive that has been produced with the inventive device. For better understanding, some elements are not shown to scale in these figures.

[0043] Die Fig. 7 und 9 geben jeweils eine Darstellung wieder, bei der der Additivauslass bezüglich der Druckluftzuleitung 9 bündig mit dem Ende der Druckluftzuleitung 9 angeordnet ist. Die Fig. 8 und 10 hingegen zeigen ein Sprühbild, in dem eine relative Positionsveränderung von Düse bzw. Additivauslass zur Druckluftzuleitung vorgenommen worden ist. Die Relativbewegung der beiden Elemente wird mit x bezeichnet. Der Abgasmassenstrom, der in der (nicht dargestellten) Abgasleitung strömt, ist bei beiden Fig. 7 und 8 identisch. Fig. 7 zeigt dabei eine erste axiale Position des Additivauslasses 6 bezüglich der Druckluftzuleitung 9, welche in der Figur mit X = 0 mm bezeichnet wird. Man erkennt, dass das ausgegebene Additiv sich in einem Abstand von 30 cm zum Ende der Druckluftzuleitung 9 auf ca. 25 mm Breite aufgespreizt hat. Die Auslassöffnung des Additivs befindet sich in der Fig. 7 auf gleicher Höhe wie das Ende der Druckluftzuleitung. FIGS. 7 and 9 each show a representation in which the additive outlet 9 is arranged flush with the end of the compressed air supply line 9 with respect to the compressed air supply line 9. On the other hand, FIGS. 8 and 10 show a spray pattern in which a relative change in position has been made from the nozzle or additive outlet to the compressed air supply line. The relative movement of the two elements is denoted by x. The exhaust gas mass flow flowing in the exhaust pipe (not shown) is identical in both FIGS. 7 and 8. Fig. 7 shows a first axial position of the additive outlet 6 with respect to the compressed air supply line 9, which is designated in the figure with X = 0 mm. It can be seen that the additive dispensed spreads at a distance of 30 cm to the end of the compressed air supply line 9 to about 25 mm wide. The outlet opening of the additive is in Fig. 7 at the same height as the end of the compressed air supply line.

[0044] Fig. 8 hingegen zeigt das Sprühbild des Additivs bei einer Positionsverschiebung des Additivauslasses um 4 mm aus der Druckluftzuleitung heraus Dem Fachmann ist klar, dass hier selbstverständlich auch eine Bewegung der Druckluftzuleitung zu der Positionsverschiebung beitragen oder führen kann. Im Vergleich zu Fig. 7 ist die Düse nun um einen Betrag x, der in der Figur 4mm entspricht, aus der gezeigten Position versetzt angeordnet. Die Positionsverschiebung erfolgt dabei in eine Richtung aus der Druckluftzuleitung 9 heraus. Hierbei erkennt man, dass das Additiv 30 cm nach dem Ende der Druckluftzuleitung nur in einem Bereich von 8,5 mm aufgespreizt wird. Fig. 8, however, shows the spray pattern of the additive at a positional shift of the Additivauslasses by 4 mm from the compressed air supply line. It is clear to those skilled in the art that, of course, a movement of the compressed air supply to the position shift contribute or can lead. Compared to FIG. 7, the nozzle is now offset by an amount x, which corresponds to 4 mm in the figure, from the position shown. The position shift takes place in one direction from the compressed air supply line 9 out. Here it can be seen that the additive is spread open 30 cm after the end of the compressed air supply line only in a range of 8.5 mm.

[0045] Um den Einfluss des Abgasmassenstroms auf das Additiv darzustellen wird in den Fig. 9 und 10 die identische Konfiguration der Fig. 7 und 8 bei einem dazu verringerten Abgasmassenstrom dargestellt. Die Fig. 9 und 10 zeigen denselben Zusammenhang einer Positionsveränderung des Additivauslasses bezüglich des Endes der Druckluftzuleitung 9 wie die Fig. 7 und 8 . Grundsätzlich lassen sich an den Fig. 9 und 10 dieselben Änderungstendenzen des Additivsprühwinkels wie im Fall der Fig. 7 und 8 erkennen. Es wird also bei einem Herausbewegen des Additivauslasses (bzw. der Düse) aus der Druckluftleitung der Sprühwinkel des Additivs im Vergleich zu einem nicht herausbewegten Zustand verringert. Der verringerte Abgasmassenstrom führt insgesamt jedoch zu einem grösseren Aufweiten des Additivs. In order to illustrate the influence of the exhaust gas mass flow on the additive is shown in FIGS. 9 and 10, the identical configuration of FIGS. 7 and 8 at a reduced exhaust gas mass flow. 9 and 10 show the same relationship of a change in position of the Additivauslasses with respect to the end of the compressed air supply line 9 as Figs. 7 and 8. In principle, the same change tendencies of the additive spray angle can be seen in FIGS. 9 and 10 as in the case of FIGS. 7 and 8. Thus, when the additive outlet (or nozzle) is moved out of the compressed air line, the spray angle of the additive is reduced in comparison with a state that is not moved out. Overall, however, the reduced exhaust gas mass flow leads to a greater expansion of the additive.

[0046] Man sieht im Vergleich der Figuren, dass das Additiv bei einem geringeren Abgasmassenstrom (Fig. 9 und 10 ) sehr viel weiter aufgespreizt wird und dadurch eher mit der Innenfläche der Abgasleitung in Berührung kommt und an dieser anhaftet. Bei einem grösseren Abgasmassenstrom hingegen wird das Additiv derart umströmt, dass die Randbereiche der Abgasleitung kaum mit Additiv in Berührung kommen. It can be seen in the comparison of the figures that the additive at a lower exhaust gas mass flow (Fig. 9 and 10) is much further spread and thereby more likely to come into contact with the inner surface of the exhaust pipe and adhering to this. In the case of a larger exhaust gas mass flow, on the other hand, the additive is flowed around in such a way that the edge regions of the exhaust gas pipe hardly come into contact with additive.

[0047] Zudem kann sich bei einer Positionsveränderung des Additivauslasses auch der mittlere Tröpfchendurchmesser des in Tröpfchenform in die Abgasleitung 2 zugeführten Additivs ändern. So ist beispielsweise der mittlere Tröpfchendurchmesser bei der Konfiguration nach Fig. 7 bei 300 µm, in der Konfiguration nach Fig. 8 bei 290 µm, in der Konfiguration nach Fig. 9 bei 310 µm und in der Konfiguration nach Fig. 10 bei 230 µm. Aus den Fig. 7 bis 10 ist demnach zu entnehmen, dass die axiale Positionsänderung des Additivauslasses zu einer Änderung des Additivsprühwinkelbereichs und zu einer Änderung der mittleren Additivtröpfchengrösse führt. Daraus ergibt sich, dass bei einer konstanten Druckluftzufuhr durch die Veränderung der axialen Position des Additivauslasses eine Kennlinie gebildet wird, die den Zusammenhang zwischen Sprühwinkel und mittlere Tröpfchengrösse des Additivs beschreibt. In addition, with a change in position of the additive outlet, the average droplet diameter of the additive introduced into the exhaust line 2 in droplet form can also change. For example, the average droplet diameter in the configuration of FIG. 7 is 300 .mu.m, in the configuration of FIG. 8 is 290 .mu.m, in the configuration of FIG. 9 is 310 .mu.m and in the configuration of FIG. It can thus be seen from FIGS. 7 to 10 that the axial position change of the additive outlet leads to a change in the additive spray angle range and to a change in the average additive droplet size. It follows that with a constant supply of compressed air by the change in the axial position of the Additivauslasses a characteristic curve is formed, which describes the relationship between spray angle and average droplet size of the additive.

[0048] Fig. 11 zeigt eine solche Kennlinie, in der der Zusammenhang von Sprühwinkel und mittlerer Tröpfchengrösse dargestellt ist. Die Kennlinie weist zwei Arbeitspunkte AP1, AP2 auf, die auf der Kennlinie liegen. Die Arbeitspunkte der Kennlinie können erreicht werden, indem die Position des Additivauslasses bezüglich der Druckluftzuleitung variiert wird. Die Druckluftmenge wird dabei nicht variiert. Bei einer solchen Variation der Position wandert der Arbeitspunkt auf der Kennlinie entlang. So entspricht bspw. die Konfiguration der Fig. 7 im Arbeitspunkt AP2 und die Konfiguration der Fig. 8 im Arbeitspunkt AP1. D.h. mit einem Ansteigen des Abstands des Additivauslasses von dem Endabschnitt der Druckluftzuleitung bewegt sich der Arbeitspunkt von oben rechts nach unten links entlang der Kennlinie. 11 shows such a characteristic, in which the relationship between spray angle and average droplet size is shown. The characteristic has two operating points AP1, AP2, which lie on the characteristic curve. The operating points of the characteristic curve can be achieved by varying the position of the additive outlet with respect to the compressed air supply line. The amount of compressed air is not varied. With such a variation of the position, the operating point travels along the characteristic curve. For example, the configuration of FIG. 7 corresponds to the operating point AP2 and the configuration of FIG. 8 to the operating point AP1. That with an increase in the distance of the additive outlet from the end portion of the compressed air supply line, the operating point moves from top right to bottom left along the characteristic curve.

[0049] Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Sprühwinkel des Additivs und die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs unabhängig voneinander zu beeinflussen. Dies wird beispielsweise durch die variable Erzeugung von Druckluft bzw. der variablen Zufuhr dieser erreicht. Bei der Zuleitung einer grösseren Menge von Druckluft verringert sich die mittlere Tröpfchengrösse, wohingegen bei einer Verringerung der Menge von zugeleiteter Druckluft die mittlere Tröpfchengrösse ansteigt. According to another embodiment of the present invention, it is possible to influence the spray angle of the additive and the average droplet size of the additive independently. This is achieved for example by the variable generation of compressed air or the variable supply of these. In the supply of a larger amount of compressed air, the average droplet size decreases, whereas with a reduction in the amount of supplied compressed air, the average droplet size increases.

[0050] Kombiniert man nun diese Erkenntnis mit der Positionsvariabilität des Additivauslasses, ist es möglich, sowohl den Sprühwinkel als auch die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs unabhängig voneinander zu beeinflussen. Dann ist es möglich, den optimalen Arbeitspunkt hinsichtlich Sprühwinkel und mittlere Tröpfchengrösse des in die Abgasleitung einzubringenden Additivs in Abhängigkeit eines Zustands der Brennkraftmaschine oder der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu verändern. So kann der Sprühwinkel und/oder die Tröpfchengrösse des Additivs in Abhängigkeit einer Abgastemperatur, eines Abgasgegendrucks, eines NOx-Massenstrom und/oder eines Additivmassenstroms bestimmt werden. D.h. dass aufgrund der Momentanzustände mindestens eines der vorstehend genannten Parameter der optimale Arbeitspunkt hinsichtlich Sprühwinkel und mittlerer Tröpfchengrösse des Additivs bestimmt wird. Combining this knowledge with the positional variability of the additive outlet, it is possible to influence both the spray angle and the average droplet size of the additive independently. It is then possible to change the optimum operating point with regard to spray angle and average droplet size of the additive to be introduced into the exhaust gas line as a function of a state of the internal combustion engine or of the exhaust gas aftertreatment device. Thus, the spray angle and / or the droplet size of the additive can be determined as a function of an exhaust gas temperature, an exhaust gas back pressure, a NOx mass flow and / or an additive mass flow. That in that, on the basis of the instantaneous states of at least one of the aforementioned parameters, the optimum operating point is determined with regard to spray angle and average droplet size of the additive.

[0051] Als weitere Zustände, die einen Einfluss auf den optimalen Arbeitspunkt (hinsichtlich Sprühwinkel und mittlerer Tröpfchengrösse) des Additivs haben, also von den Veränderungen des Sprühwinkels und der mittleren Tröpfchengrösse ebenfalls abhängen und die zur Bestimmung dieser Grössen 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, bzw. den Umgebungsluftdruck, der Additivzuführungsdruck, die Additivqualität, die Umgebungslufttemperatur und/oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit. As further states, which have an influence on the optimum operating point (with respect to spray angle and average droplet size) of the additive, ie also depend on the changes of the spray angle and the average droplet size and which can also be used to determine these quantities of the additive, is the speed-torque operating point of the internal combustion engine, the exhaust gas mass flow, the exhaust gas composition (in particular with respect to nitrogen monoxide, NO, nitrogen dioxide, NO2, carbon dioxide, CO2, particulate matter contained and / or contained particulate matter), the fuel quality, the level of use of the inventive device above sea level, or the ambient air pressure, the additive supply pressure, the additive quality, the ambient air temperature and / or the ambient air humidity.

[0052] Es ist demnach denkbar, mindestens einen der vorstehend genannten Zustände zur Bestimmung des Arbeitspunktes hinsichtlich optimaler Tröpfchengrösse und optimalem Sprühwinkel des Additivs heranzuziehen. Dabei ist es nicht notwendig, dass die vorstehend genannten Parameter durch entsprechende Messvorrichtungen gemessen werden. Es ist denkbar, einige der Zuständige innerhalb einer Softwareländereinstellung zu hinterlegen, wie beispielsweise die Kraftstoffqualität und beispielsweise die Einsatzhöhe von Betreibern der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine von Hand in ein Steuergerät einzugeben. It is therefore conceivable to use at least one of the abovementioned states for determining the operating point with regard to optimum droplet size and optimum spray angle of the additive. It is not necessary that the above parameters are measured by appropriate measuring devices. It is conceivable to deposit some of the responsible persons within a software country setting, such as, for example, the fuel quality and, for example, the operational level of operators of the device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine by hand into a control unit.

[0053] Dieses Steuergerät kann dann aufgrund der zur Verfügung stehenden Zustandswerte das Additivzuführmittel derart steuern, dass die hierfür bestimmte optimale Teilchengrösse und der optimale Sprühwinkel des Additivs entsprechend geändert werden. Die hierzu notwendigen Aktuatoren sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung. On the basis of the available state values, this control unit can then control the additive supply means in such a way that the optimum particle size determined therefor and the optimum spray angle of the additive are changed accordingly. The actuators necessary for this purpose are known in the art and therefore require no further explanation.

[0054] Fig. 12 zeigt das Arbeitsfeld einer solchen Ausführungsform der Erfindung, die den Sprühwinkel und die mittlere Tröpfchengrösse des Additivs unabhängig voneinander verändern kann. In der Figur ist ein Arbeitsfeld AF zu erkennen, in dem ein Arbeitspunkt AP3 beliebig gesetzt werden kann. Zudem ist zur besseren Verständlichkeit die Kennlinie aus Fig. 11 gestrichelt eingetragen. Möchte man nun einen im Vergleich zum Arbeitspunkt AP2 grösseren Sprühwinkel bei einer gleichbleibenden mittleren Tröpfchengrösse, kann dies über eine Positionsänderung des Additivauslasses und gleichzeitiger Änderung der Druckluftmenge, die der Abgasleistung zugeführt wird, erreicht werden. Die Variation der zuzuführenden Druckluftmenge ist dem Umstand geschuldet, dass eine Positionsänderung des Additivauslasses zur Vergrösserung des Sprühwinkels eine Vergrösserung der mittleren Tröpfchengrösse mit sich bringt (vgl. Fig. 11 ). Fig. 12 shows the working field of such an embodiment of the invention, which can independently vary the spray angle and the average droplet size of the additive. In the figure, a working field AF can be seen, in which an operating point AP3 can be set arbitrarily. In addition, the characteristic curve from FIG. 11 is shown by dashed lines for better understanding. If one now wants a larger spray angle compared to the operating point AP2 with a constant average droplet size, this can be achieved by changing the position of the additive outlet and simultaneously changing the amount of compressed air which is supplied to the exhaust gas power. The variation of the amount of compressed air to be supplied is due to the circumstance that a change in the position of the additive outlet for increasing the spray angle results in an increase in the average droplet size (see FIG.

[0055] Durch das Vorsehen der variablen Druckluftzufuhr ergibt sich also ein kombinatorischer Effekt, der im Zusammenspiel mit der Veränderbarkeit des Sprühwinkels das unabhängige Einstellen von Sprühwinkel und Tröpfchengrösse auf den gewünschten Arbeitspunkt der Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung ermöglicht. Die vormals bestehende Verbindung von Tröpfchengrösse und Sprühwinkel bei einigen der vorgestellten Ausführungsformen kann somit aufgelöst werden, was zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlung führt. By providing the variable supply of compressed air so there is a combinatorial effect that allows the interaction of the variability of the spray angle, the independent setting of spray angle and droplet size to the desired operating point of the device for exhaust aftertreatment. Thus, the previously existing compound of droplet size and spray angle in some of the presented embodiments can be resolved, resulting in an increase in exhaust aftertreatment performance.

Claims

1. A device for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine (1), comprising: an exhaust pipe (2) connecting an outlet of the internal combustion engine (1) to an inlet of a catalyst (3), and an additive supply device (4) which is adapted to supply an additive (5) via an additive outlet (6) to the exhaust line (2) between the outlet of the internal combustion engine (1) and the inlet of the catalytic converter (3), characterized in that the additive supply means (4) is further adapted to change a spray angle of the exhaust pipe (2) to be supplied additive (5).

2. A device for exhaust gas aftertreatment according to claim 1, wherein the additive supply device (4) comprises: an additive supply line (7) for introducing the additive (5) into the exhaust pipe (2), and a nozzle (61) connected to the additive feed line (7) as an additive outlet (6), wherein the nozzle (61) is adapted to inject the additive (5) into the exhaust pipe (2), and Preferably, the nozzle (61) is disposed completely within the exhaust pipe (2).

3. A device according to claim 2, wherein the nozzle (61) is adapted to deliver the additive (5) with a variable spray angle.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the nozzle (61) has a movable element for varying the spray angle of the exhaust pipe (2) to be introduced additive (5).

5. Apparatus according to any one of the preceding claims, further comprising: a compressor (8) for generating compressed air, and a compressed air supply line (9) connected to the compressor (8) for introducing the compressed air into the exhaust gas line (2).

6. Apparatus according to claim 2 and 5, wherein the nozzle (61) for discharging the additive (5) wholly or partially disposed in the compressed air supply line (9) and secured thereto.

7. Device according to one of claims 5 or 6, wherein the exhaust pipe (2), the compressed air supply line (9) and the additive outlet (6) are aligned axially parallel to each other, and wherein the axes are preferably coaxial with each other.

8. Device according to one of claims 5 to 7, wherein the compressed air supply line (9) is rigidly attached to the exhaust pipe (2).

9. Device according to one of the preceding claims, wherein the relative position of the additive outlet (6) of the additive feed line (7) with respect to the exhaust pipe (2) is variable to a spray angle of the supplied additive (5) by means of a rigid with the exhaust pipe (2). The change of the position of the additive outlet (6) preferably takes place via an axial displacement of the additive outlet (6) with respect to the element rigidly connected to the exhaust pipe (2).

10. Apparatus according to claim 9, wherein the rigidly connected to the exhaust pipe (2) element is a compressed air supply line (9) or a Abgasstromverwirbler.

11. Device according to one of the preceding claims, wherein the additive supply device (4) is further adapted to supply the additive (5) of the exhaust pipe (2) in droplet form and the average droplet size of the exhaust pipe (2) to be supplied additive (5). to change.

12. The apparatus of claim 11, wherein one of a compressor (8) generated air volume flow for introduction into the exhaust pipe (2) is variable to an average droplet size of the additive from the (6) output additive (5) corresponding to a change in the air volume flow to change.

13. Device according to one of the preceding claims, wherein the additive (5) is an aqueous urea solution, the urea content in the range of 31.8 to 33.2 weight percent, preferably 32.5 weight percent, is located.

14. Device according to one of the preceding claims, wherein the additive supply means (4) is further adapted to the spray angle and / or an average droplet size of the additive (5) in dependence on a state of the internal combustion engine (1) or the device for exhaust aftertreatment change, preferably in dependence on an exhaust gas temperature, an exhaust back pressure, a NOx mass flow and / or an additive mass flow.

15. Device according to one of the preceding claims, wherein the catalyst is a catalyst for a selective catalytic reduction.