EP3325783A1 - Verfahren zur eindosierung eines reaktionsmittels in einen abgaspfad einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur eindosierung eines reaktionsmittels in einen abgaspfad einer brennkraftmaschine und brennkraftmaschine

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EP3325783A1
EP3325783A1 EP16741234.5A EP16741234A EP3325783A1 EP 3325783 A1 EP3325783 A1 EP 3325783A1 EP 16741234 A EP16741234 A EP 16741234A EP 3325783 A1 EP3325783 A1 EP 3325783A1
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EP
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internal combustion
combustion engine
metering
exhaust gas
exhaust
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16741234.5A
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French (fr)
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Joachim Schwarte
Samuel Vogel
Alexander Kovacevic
Marc Hehle
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a method for metering a reagent in an exhaust path of an internal combustion engine and an internal combustion engine.
  • a metering release for metering in a reaction agent is given above an exhaust gas temperature of 250 ° C., because otherwise deposits of the reaction medium can occur.
  • map ranges of an internal combustion engine in which lower exhaust gas temperatures are achieved, can not be covered by metered addition of the reagent.
  • map areas with high speed and low load This, in turn, is followed in particular by an improvement in the cycle turnover of nitrogen oxides on a catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in a test cycle for the internal combustion engine. It also shows that reactants in an exhaust path of an internal combustion engine typically with a constant metering frequency, for example with a constant
  • Dosing frequency of 1 Hz be metered.
  • a quantity control is carried out in particular by pulse width modulated control of a metering valve.
  • the disadvantage here is that the flow conditions in the exhaust path dependent on an operating point of the
  • Internal combustion engine can be very different. Due to the constant metering frequency depending operating point depending different boundary conditions for the treatment and mixing of the reaction medium with the exhaust gas and thus in particular a high
  • Fluctuation width of a uniform distribution of the reaction agent in the exhaust gas This, in turn, adversely affects the efficiency of the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR) depending on the operating point.
  • SCR nitrogen oxides
  • the invention has for its object to provide a method and an internal combustion engine, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved by providing the subject matters of the independent claims.
  • Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims and the
  • the object is achieved in particular by providing a method for metering a
  • Reactant is provided in an exhaust path of an internal combustion engine, wherein the reactant is introduced into a region of the exhaust path, in which by a charge exchange, in particular by at least one exhaust valve, the engine generated pressure surges in the exhaust stream to a disintegration of droplets of the reagent contribute, that is this are suitable, wherein a metering device for metering the reagent is controlled depending on an operating point of the internal combustion engine with variable metering frequency. Characterized in that the metering of the reaction medium takes place in a region of the exhaust gas path, in which in particular in the exhaust stroke, which also as
  • Exhaust stroke is called, the internal combustion engine generated pressure surges to a decay, in particular a secondary decay, the reagent droplets contribute, it is vaporized faster and more efficient, resulting in the downstream of a more homogeneous mixture in the gas phase. Furthermore, it is found that a region of the exhaust gas path in which the said condition is met is arranged comparatively close to the combustion chamber so that increased exhaust gas temperatures are present here in the entire engine map. Therefore, the metering release can take place in a significantly broader map range, so that in particular the cycle conversion can be increased to an SCR catalyst. Due to the variable
  • Metering frequency with which the metering device is controlled, it can - especially depending on a current operating point of the internal combustion engine - be adapted to different flow conditions in the exhaust path.
  • the fluctuation range for the uniform distribution of the reaction agent in the exhaust gas can be significantly reduced, and preferably, a conversion to an SCR catalytic converter can be made uniform over a significantly widened engine map range of the internal combustion engine.
  • Contributing secondary decay of the reagent droplets is particularly an area in which an amplitude of these pressure surges is high enough to cause droplet decay.
  • a reaction agent is here and in the following generally understood to mean a reagent which is injected into the exhaust gas path and for reaction with the exhaust gas, in particular a catalyst designed for this purpose is provided.
  • the reagent is preferably metered in the liquid phase.
  • the reactant is a reducing agent, in particular for use as a reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in a catalyst designed for this purpose (SCR catalyst), more preferably a urea-water solution.
  • SCR catalyst selective catalytic reduction of nitrogen oxides in a catalyst designed for this purpose
  • Reactant is introduced a hydrocarbon or a hydrocarbon mixture for the reaction of an oxidation catalyst.
  • the metering device is preferably speed-dependent, that is dependent on a speed of the internal combustion engine, with variable metering frequency, in particular with speed-dependent metering frequency, controlled. This allows a vote of the dosing of the
  • Reactant in particular to the pressure surges in the exhaust stream, so that they can be optimally used to disintegrate the reagent droplets and thus to a distribution of the reagent in the exhaust gas.
  • a development of the invention provides that the metering device is controlled synchronously to a specific cycle of the internal combustion engine - in particular pulsed.
  • activation of the metering device here means in particular a control for opening, that is to say an activation or opening of the metering device.
  • Control of the metering device to a specific cycle of the internal combustion engine allows in a special way a vote of the dosage of the reagent on the flow in the exhaust path downstream of the combustion chambers of the engine, so that pressure surges in the exhaust stream can be used optimally for the distribution of the reagent.
  • Phase shift of 0 ° corresponds. Preferably, however, a certain, different from 0 ° phase shift is used. This allows the preparation of the
  • Reactant in the exhaust stream to further optimize, especially with regard to dead times with respect to the exhaust gas flow depending on an actual arrangement of
  • the particular phase shift is preferably variably selectable, in particular depending on an operating point of the internal combustion engine, ie operating point dependent.
  • the specific phase shift is stored in a map dependent operating point.
  • a development of the invention provides that the reactant is metered into the exhaust gas path upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger.
  • Dosing device upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger represents in particular a possibility of realizing a metering of the reaction agent in a region of the exhaust path, in which are generated by a charge change of the engine generated pressure surges in the exhaust stream to a secondary decomposition of droplets of the reagent.
  • pressure surges prevail downstream of the turbine, namely only in a clearly damped form, in which case they can in particular cause no further decay.
  • an amplitude of the pressure surges upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger for the purpose is still high enough.
  • Another advantage of metering in the reaction medium upstream of the turbine results from the fact that it can be used as a very efficient mixing device for mixing the reaction medium with the exhaust gas. This results in a significantly reduced space requirement for the mixing section of the reaction medium, in particular additional mixing elements can be saved or designed smaller than when the reagent is injected downstream of the turbine in the exhaust path.
  • a pressure drop across the mixing elements can be reduced or minimized, which has a favorable effect on the exhaust gas back pressure for the internal combustion engine and thus on the fuel consumption of the same.
  • the turbine causes a very good uniform distribution of the reagent in the exhaust gas.
  • a higher exhaust gas temperature prevails upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger than downstream of the turbine, which in turn leads to a metering release in a significantly expanded
  • Map area of the internal combustion engine contributes. Furthermore, a housing of the turbine can be used as an evaporator, in particular because this typically has high temperatures.
  • a development of the invention provides that the reaction medium into a - preferably immediately - adjoining at least one combustion chamber of the internal combustion engine
  • Flue gas collection area is metered. This is advantageous because here are particularly high
  • Map area can be done.
  • An exhaust gas collection area is in particular a region of the exhaust gas path, in which exhaust gas from a plurality of combustion chambers of the internal combustion engine
  • the exhaust gas collecting region can be designed in particular as an exhaust manifold.
  • the metering of the reagent is at least as close to at least one combustion chamber and / or adjusted to the arrangement of at least one combustion chamber relative to the exhaust gas collecting that pressure surges can be used from the at least one combustion chamber for secondary decay.
  • the metering of the reagent is centered in the exhaust gas collection area.
  • Reaction medium metered into the center of the exhaust gas collection area such pressure surges can be used very efficiently from all combustion chambers of the internal combustion engine.
  • Dropping of the reaction agent is by the intermittently varying
  • an arrangement of the metering device in the exhaust gas collecting region is in particular an arrangement in which a pressure change, in particular by at least one exhaust valve, the engine generated pressure surges in the exhaust stream to a disintegration of droplets of the reagent are suitable and contribute.
  • the exhaust gas collecting region is arranged upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger when the internal combustion engine has an exhaust gas turbocharger.
  • a further development of the invention provides that the reaction medium is metered in synchronously with a firing sequence, in particular synchronously with a specific cycle of at least one combustion chamber of the internal combustion engine, preferably with a certain phase shift.
  • This allows a particularly efficient coordination of the metering of the reagent to the pressure surges in the exhaust stream.
  • the control of the metering device is coupled to exactly one specific clock exactly one combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the metering device is driven with a certain - preferably the same - cycle of a plurality of combustion chambers.
  • the metering device is repeatedly actuated within a firing order of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine it is also possible for the internal combustion engine to be actuated within the ignition sequence in a specific cycle of each combustion chamber.
  • a development of the invention provides that the metering device is driven in synchronism with an exhaust stroke of at least one combustion chamber of the internal combustion engine, preferably with a certain phase shift. Again, it is possible that the
  • Dosing device synchronously with an exhaust stroke of exactly one combustion chamber, or synchronously with exhaust strokes of a plurality of combustion chambers, in particular also synchronously with
  • Output cycles of all combustion chambers of the internal combustion engine is controlled.
  • the synchronization of the control of the metering device with an exhaust stroke causes in a particularly efficient manner a coupling of the metering of the reagent with the pressure surges resulting in the exhaust gas path during the charge change of the combustion chambers.
  • control of the metering device to a
  • Opening time of the combustion chamber associated exhaust valve is coupled, particularly preferably with a certain phase shift, which may be 0 ° or have a non-zero, finite value.
  • the phase shift is variable, in particular operating point-dependent, selectable. Preferred is the particular
  • a development of the invention provides that the metering device is controlled pulse-width modulated in order to set a metered amount of reagent.
  • the pulse width modulated control can be adjusted in particular operating point-dependent on the current metering frequency. It can thus be avoided that only due to an increased metering frequency a larger and possibly too large an amount
  • Is metered reactant in turn, it can be avoided that due to a reduced speed and thus a reduced metering frequency, a smaller or too small amount of reagent is metered into the exhaust path.
  • the object is also achieved by providing an internal combustion engine which has at least one combustion chamber and an exhaust gas path, in which a metering device for metering a reaction agent into the exhaust gas path is arranged such that the
  • Reactive agent is introduced into a region of the exhaust path, in which by a
  • the internal combustion engine having a control device which is adapted to the metering device depending on an operating point of the internal combustion engine with to control variable dosing frequency.
  • the internal combustion engine is set up for carrying out a method according to one of the previously described embodiments.
  • the internal combustion engine preferably has a catalyst along the exhaust path which is set up for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular a so-called SCR catalyst.
  • the internal combustion engine along the exhaust path has a catalyst which is set up and designed as an oxidation catalyst.
  • a hydrocarbon or a hydrocarbon mixture can be reacted as a reactant.
  • a reaction with the exhaust gas is also understood as meaning a reaction with residual oxygen encompassed by the exhaust gas
  • Hydrocarbon mixture in particular on an oxidation catalyst to a reaction with exhaust gas.
  • the metering device is preferably arranged upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine.
  • the metering device is arranged at an exhaust gas collecting area, in particular centrally on the exhaust gas collecting area, in particular an exhaust manifold, such that the reagent can be metered into the exhaust gas collecting area, in particular centrally into the exhaust gas collecting area.
  • the metering device at least as close to at least one combustion chamber and / or tuned to the arrangement of at least one combustion chamber relative to the
  • Positioned exhaust gas collection that pressure surges can be used from the at least one combustion chamber for secondary decay.
  • the internal combustion engine which is characterized in that the internal combustion engine is designed as a slow-speed, medium-speed or high-speed.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating engine. It is possible that the internal combustion engine is arranged to drive a passenger car, a truck or a commercial vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is the drive in particular heavy land or water vehicles, such as mine vehicles, trains, the internal combustion engine in a
  • Locomotive or a railcar is used, or by ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a defense vehicle, for example a tank.
  • An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also stationary, for example, for stationary power supply in emergency operation,
  • the internal combustion engine in this case preferably drives a generator. Also a stationary application of
  • Internal combustion engine for driving auxiliary equipment such as fire pumps on oil rigs
  • an application of the internal combustion engine in the field of promoting fossil raw materials and in particular fuels, for example oil and / or gas possible.
  • the internal combustion engine is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the field of construction, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator.
  • the internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas.
  • the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a cogeneration plant for stationary power generation.
  • the invention provides, in particular, an integration of the evaporation and mixing section upstream of a turbine of an exhaust gas turbocharger, wherein a higher exhaust gas temperature and a higher exhaust gas pressure are used for the preparation of the reactant, wherein the turbine is used in particular as a mixer and the turbine housing as an evaporator can be.
  • a metering valve which can be activated with a variable frequency is used, wherein a suitable operating point-dependent metering of the reagent into the exhaust gas line is provided by adaptation of the metering frequency.
  • Kennfeld Symposium on China take place, which preferably results in an increase in the SCR cycle conversion while avoiding deposits of the reagent in the exhaust path.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine
  • Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of the method.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine has at least one combustion chamber 3, here four combustion chambers, of which for better clarity, only one is designated by the reference numeral 3, on.
  • the internal combustion engine 1 to an exhaust path 5, in which a
  • Dosing device 7 is arranged for metering a reagent in the exhaust path 5.
  • the reactant is preferably a reducing agent, in particular for use as a reducing agent for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, more preferably a urea-water solution.
  • a reactant for another reaction is also possible that in the exhaust path 5, a reactant for another reaction.
  • Reactant is introduced a hydrocarbon or a hydrocarbon mixture for the reaction of an oxidation catalyst.
  • the metering device 7 is here arranged so that the reagent is introduced into a region of the exhaust path 5, in which by a charge exchange of
  • the metering device 7 is arranged upstream of a turbine 9 of an exhaust-gas turbocharger 11. In particular, the metering device 7 at a directly to the at least one combustion chamber 3 of
  • subsequent exhaust gas collection area 13 which may be formed as exhaust manifold arranged. In this case, it is preferably centered on the exhaust gas collecting area 13, so that the reaction agent is preferably metered into the center of the exhaust gas collection area 13.
  • the exhaust gas path 5 Downstream of the exhaust gas turbocharger 11, the exhaust gas path 5 preferably has a catalyst 15, on which the reaction medium with the exhaust gas can be converted.
  • the catalyst 15 is particularly preferably designed as an SCR catalyst.
  • the internal combustion engine 1 has a control device 17, which is set up to control the metering device as a function of an operating point of the internal combustion engine 1 with a variable metering frequency.
  • the control device 17 is preferably on the one hand with an engine block 19 of the internal combustion engine 1, in particular with a speed sensor, not shown, for detecting the rotational speed thereof, and operatively connected to the metering device 7.
  • the control device 17 is in particular set up to the metering device 7
  • control device 17 is preferably designed to control the metering device synchronously with a specific cycle of the internal combustion engine - in particular pulsed, preferably with a certain phase shift - preferably synchronously with a
  • the control device 17 is adapted to the
  • the internal combustion engine 1 is preferably designed as a four-stroke reciprocating engine, wherein a sequence of four cycles of each combustion chamber 3 has an intake stroke, a compression stroke, a power stroke, and an exhaust stroke.
  • the corresponding mode of operation of an internal combustion engine 1 is basically known, so that will not be discussed further.
  • the control device 17 is preferably set up for the pulse-width-modulated actuation of the metering device 7, in particular by an amount metered into the exhaust gas path 5
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the method.
  • FIG. 2a shows a schematic, diagrammatic representation of a firing order of a
  • Internal combustion engine 1 with four combustion chambers, which are marked with the letters A, B, C, D reproduced.
  • an exhaust gas mass flow rh A is plotted against the time t in the exhaust gas path 5, wherein the individual mass flow distributions are respectively assigned to the exhaust strokes of the different combustion chambers A, B, C, D.
  • FIG. 2 b schematically shows in a diagram a mass flow rh R of the reaction medium in the exhaust gas path 5 as a function of the time t, as it results from activation of the metering device 7. It turns out that here the control of the metering device 7 and thus the mass flow of the reaction medium with the exhaust stroke of the combustion chamber B is synchronized - preferably with a certain phase shift. This results in a speed-dependent dosing To, resulting in a corresponding speed-dependent dosing.
  • Internal combustion engine 1 an improved distribution of a reagent in an exhaust gas flow over a wide map range of an internal combustion engine 1 can be realized.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in einen Abgaspfad (5) einer Brennkraftmaschine (3), wobei das Reaktionsmittel in einen Bereich des Abgaspfads (5) eingebracht wird, in dem durch einen Ladungswechsel der Brennkraftmaschine (1) erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen, wobei eine Dosiereinrichtung (7) zur Eindosierung des Reaktionsmittels abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) mit variabler Dosierfrequenz angesteuert wird.

Description

BESCHREIBUNG Verfahren zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in einen Abgaspfad einer
Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in einen Abgaspfad einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine.
Eine Dosierfreigabe zur Eindosierung eines Reaktionsmittels kann in der Regel, insbesondere wenn es sich bei dem Reaktionsmittel um ein Reduktionsmittel in Form einer Harnstoff- Wasser- Lösung handelt, erst oberhalb einer Abgastemperatur von 250 °C gegeben werden, weil sonst Ablagerungen des Reaktionsmittels auftreten können. Dies bedeutet, dass Kennfeldbereiche einer Brennkraftmaschine, bei welchen niedrigere Abgastemperaturen erreicht werden, nicht durch Zudosierung des Reaktionsmittels abgedeckt werden können. Dies betrifft insbesondere Kennfeldbereiche mit hoher Drehzahl und niedriger Last. Daraus wiederum folgt insbesondere ein verbesserungswürdiger Zyklusumsatz von Stickoxiden an einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in einem Prüfzyklus für die Brennkraftmaschine. Es zeigt sich weiterhin, dass Reaktionsmittel in einen Abgaspfad einer Brennkraftmaschine typischerweise mit konstanter Dosierfrequenz, beispielsweise mit einer konstanten
Dosierfrequenz von 1 Hz, eindosiert werden. Eine Mengensteuerung erfolgt dabei insbesondere durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Dosierventils. Nachteilig hierbei ist, dass die Strömungsverhältnisse in dem Abgaspfad abhängig von einem Betriebspunkt der
Brennkraftmaschine sehr verschieden sein können. Aufgrund der konstanten Dosierfrequenz ergeben sich betriebspunktabhängig verschiedene Randbedingungen für die Aufbereitung und Vermischung des Reaktionsmittels mit dem Abgas und somit insbesondere eine hohe
Schwankungsbreite einer Gleichverteilung des Reaktionsmittels im Abgas. Dies wiederum beeinflusst insbesondere die Effizienz der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR) betriebspunktabhängig nachteilig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der
Beschreibung. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zur Eindosierung eines
Reaktionsmittels in einen Abgaspfad einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, wobei das Reaktionsmittel in einen Bereich des Abgaspfads eingebracht wird, in welchem durch einen Ladungswechsel, insbesondere durch wenigstens ein Auslassventil, der Brennkraftmaschine erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen, das heißt hierzu geeignet sind, wobei eine Dosiereinrichtung zur Eindosierung des Reaktionsmittels abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mit variabler Dosierfrequenz angesteuert wird. Dadurch, dass die Eindosierung des Reaktionsmittels in einen Bereich des Abgaspfads erfolgt, in welchem insbesondere im Auslasstakt, der auch als
Ausstoßtakt bezeichnet wird, der Brennkraftmaschine erzeugte Druckstöße zu einem Zerfall, insbesondere einem Sekundärzerfall, der Reaktionsmitteltröpfchen beitragen, wird dieses schneller und effizienter verdampft, woraus sich stromabwärts eine homogenere Mischung in der Gasphase ergibt. Weiterhin zeigt sich, dass ein Bereich des Abgaspfads, in dem die genannte Bedingung erfüllt ist, vergleichsweise brennraumnah angeordnet ist, sodass hier im gesamten Kennfeld der Brennkraftmaschine erhöhte Abgastemperaturen vorliegen. Daher kann die Dosierfreigabe in einem deutlich breiteren Kennfeldbereich erfolgen, sodass insbesondere der Zyklusumsatz an einem SCR-Katalysator erhöht werden kann. Aufgrund der variablen
Dosierfrequenz, mit welcher die Dosiereinrichtung angesteuert wird, kann diese - insbesondere abhängig von einem momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine - auf verschiedene Strömungsverhältnisse in dem Abgaspfad angepasst werden. Somit kann die Schwankungsbreite für die Gleichverteilung des Reaktionsmittels im Abgas deutlich reduziert und bevorzugt ein Umsatz an einem SCR-Katalysator über einen wesentlich verbreiterten Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine vergleichmäßigt werden. Ein Bereich des Abgaspfads, in dem die im
Auslasstakt der Brennkraftmaschine erzeugten Druckstöße im Abgasstrom zu dem
Sekundärzerfall der Reaktionsmitteltröpfchen beitragen, ist insbesondere ein Bereich, in welchem eine Amplitude dieser Druckstöße hoch genug ist, um einen Tröpfchenzerfall zu bewirken.
Unter einem Reaktionsmittel wird hier und in folgenden allgemein ein Reagenz verstanden, welches in den Abgaspfad eingedüst wird und zur Umsetzung mit dem Abgas, insbesondere an einem hierfür eingerichteten Katalysator, vorgesehen ist. Das Reagenz wird dabei bevorzugt in flüssiger Phase eindosiert. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Reaktionsmittel um ein Reduktionsmittel, insbesondere zur Nutzung als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden an einem hierfür eingerichteten Katalysator (SCR-Katalysator), besonders bevorzugt um eine Harnstoff- Wasser-Lösung. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass in den Abgaspfad ein Reaktionsmittel für eine andere
Abgasnachbehandlungsreaktion eingebracht wird. Insbesondere ist es möglich, dass als
Reaktionsmittel ein Kohlenwasserstoff oder ein Kohlenwasserstoffgemisch zur Umsetzung an einem Oxidationskatalysator eingebracht wird.
Die Dosiereinrichtung wird vorzugsweise drehzahlabhängig, also abhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, mit variabler Dosierfrequenz, insbesondere mit drehzahlabhängiger Dosierfrequenz, angesteuert. Dies ermöglicht eine Abstimmung der Zudosierung des
Reaktionsmittels insbesondere auf die Druckstöße in dem Abgasstrom, sodass diese optimal zum Zerfall der Reaktionsmitteltröpfchen und damit zu einer Verteilung des Reaktionsmittels in dem Abgas genutzt werden können.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Dosiereinrichtung synchron zu einem bestimmten Takt der Brennkraftmaschine - insbesondere gepulst - angesteuert wird. Dabei bedeutet eine Ansteuerung der Dosiereinrichtung hier insbesondere eine Ansteuerung zum Öffnen, also eine Aktivierung oder Öffnung der Dosiereinrichtung. Die Kopplung der
Ansteuerung der Dosiereinrichtung an einen bestimmten Takt der Brennkraftmaschine ermöglicht in besonderer Weise eine Abstimmung der Dosierung des Reaktionsmittels auf die Strömung in dem Abgaspfad stromabwärts der Brennräume der Brennkraftmaschine, sodass Druckstöße im Abgasstrom optimal zur Verteilung des Reaktionsmittels genutzt werden können.
Dabei bedeutet der Begriff„synchron" insbesondere, dass die Ansteuerung der
Dosiereinrichtung zeitlich an ein anderes Ereignis, insbesondere den bestimmten Takt der Brennkraftmaschine, gekoppelt ist. Dies kann bedeuten, dass die Dosiereinrichtung zeitgleich mit dem Beginn eines Taktes der Brennkraftmaschine angesteuert wird, was einer
Phasenverschiebung von 0° entspricht. Bevorzugt wird allerdings eine bestimmte, von 0° verschiedene Phasenverschiebung verwendet. Dies erlaubt es, die Aufbereitung des
Reaktionsmittels im Abgasstrom weiter zu optimieren, insbesondere in Hinblick auf Totzeiten bezüglich der Abgasströmung abhängig von einer tatsächlichen Anordnung der
Dosiereinrichtung in dem Abgaspfad.
Die bestimmte Phasenverschiebung ist vorzugsweise variabel wählbar, insbesondere abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, also betriebspunktabhängig. Bevorzugt ist die bestimmte Phasenverschiebung in einem Kennfeld betriebspunktabhängig hinterlegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Reaktionsmittel stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers in den Abgaspfad eindosiert wird. Die Anordnung der
Dosiereinrichtung stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers stellt insbesondere eine Möglichkeit der Realisierung einer Eindosierung des Reaktionsmittels in einen Bereich des Abgaspfads dar, in welchem durch einen Ladungswechsel der Brennkraftmaschine erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Sekundärzerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels geeignet sind. Typischerweise herrschen solche Druckstöße stromabwärts der Turbine nämlich nur noch in deutlich gedämpfter Form, wobei sie hier insbesondere keinen Zerfall mehr bewirken können. Demgegenüber ist eine Amplitude der Druckstöße stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers zu dem genannten Zweck noch hoch genug. Ein weiterer Vorteil der Eindosierung des Reaktionsmittels stromaufwärts der Turbine ergibt sich daraus, dass diese als sehr effiziente Mischeinrichtung zur Vermischung des Reaktionsmittels mit dem Abgas genutzt werden kann. Hierdurch ergibt sich ein deutlich reduzierter Bauraumbedarf für die Mischstrecke des Reaktionsmittels, wobei insbesondere zusätzliche Mischelemente eingespart oder kleiner ausgelegt werden können, als wenn das Reaktionsmittel stromabwärts der Turbine in den Abgaspfad eingedüst wird. Durch den Entfall oder die kleinere Auslegung solcher
Mischelemente kann ein Druckverlust über den Mischelementen verringert oder minimiert werden, was sich günstig auf den Abgasgegendruck für die Brennkraftmaschine und somit auch auf den Kraftstoffverbrauch derselben auswirkt. Zugleich bewirkt die Turbine eine sehr gute Gleichverteilung des Reaktionsmittels im Abgas. Weiterhin zeigt sich, dass stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers eine höhere Abgastemperatur herrscht als stromabwärts der Turbine, sodass dies wiederum zu einer Dosierfreigabe in einem deutlich erweiterten
Kennfeldbereich der Brennkraftmaschine beiträgt. Weiterhin kann ein Gehäuse der Turbine als Verdampfer eingesetzt werden, insbesondere weil dieses typischerweise hohe Temperaturen aufweist. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Reaktionsmittel in einen - vorzugsweise unmittelbar - an wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine anschließenden
Abgassammelbereich eindosiert wird. Dies ist vorteilhaft, weil hier besonders hohe
Abgastemperaturen herrschen, sodass die Dosierfreigabe über einen besonders breiten
Kennfeldbereich erfolgen kann. Ein Abgassammelbereich ist insbesondere ein Bereich des Abgaspfads, in welchem Abgas aus mehreren Brennräumen der Brennkraftmaschine
zusammengeführt wird. Der Abgassammelbereich kann insbesondere als Abgaskrümmer ausgebildet sein. Vorzugsweise erfolgt die Eindosierung des Reaktionsmittels zumindest so nah an wenigstens einem Brennraum und/oder derart abgestimmt auf die Anordnung von wenigstens einem Brennraum relativ zu dem Abgassammelbereich, dass Druckstöße aus dem wenigstens einen Brennraum für den Sekundärzerfall genutzt werden können. Vorzugsweise erfolgt die Eindosierung des Reaktionsmittels mittig in den Abgassammelbereich. In dem
Abgassammelbereich ergeben sich im Übrigen besonders hohe Strömungsimpulse, insbesondere Druckstöße im Abgasstrom, bei jedem Ladungs Wechsel eines Brennraums. Wird das
Reaktionsmittel mittig in den Abgassammelbereich eindosiert, können solchen Druckstöße aus allen Brennräumen der Brennkraftmaschine besonders effizient genutzt werden. Ein
Tropfenzerfall des Reaktionsmittels wird durch die stoßweise variierende
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Abgas und dem Reaktionsmittel insbesondere zusätzlich zu der hohen Abgastemperatur in dem Abgassammelbereich deutlich verbessert. Dabei wird insbesondere jeder Auslasstakt eines Brennraums der Brennkraftmaschine für den sekundären Tropfenzerfall durch Impulse der Abgasströmung nutzbar gemacht. Somit handelt es sich bei einer Anordnung der Dosiereinrichtung in dem Abgassammelbereich insbesondere um eine Anordnung, bei welcher durch einen Ladungswechsel, insbesondere durch wenigstens ein Auslassventil, der Brennkraftmaschine erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels geeignet sind und beitragen. Zugleich zeigt sich auch noch, dass der Abgassammelbereich stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist, wenn die Brennkraftmaschine einen Abgasturbolader aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Reaktionsmittel synchron mit einer Zündfolge, insbesondere synchron mit einem bestimmten Takt wenigstens eines Brennraums der Brennkraftmaschine, vorzugsweise mit bestimmter Phasenverschiebung, eindosiert wird. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Abstimmung der Eindosierung des Reaktionsmittels auf die Druckstöße im Abgasstrom. Es ist möglich, dass die Ansteuerung der Dosiereinrichtung gekoppelt ist an genau einen bestimmten Takt genau eines Brennraums der Brennkraftmaschine. Innerhalb einer Zündfolge einer Brennkraftmaschine, die eine Mehrzahl von Brennräumen aufweist, wird dann jeweils nur einmal die Dosiereinrichtung angesteuert. Es ist aber auch möglich, dass die Dosiereinrichtung mit einem bestimmten - vorzugsweise demselben - Takt einer Mehrzahl von Brennräumen angesteuert wird. In diesem Fall wird die Dosiereinrichtung innerhalb einer Zündfolge der Brennkraftmaschine mehrfach angesteuert. Insbesondere ist es auch möglich, dass die Brennkraftmaschine innerhalb der Zündfolge in einem bestimmten Takt eines jeden Brennraums angesteuert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Dosiereinrichtung synchron mit einem Ausstoßtakt wenigstens eines Brennraums der Brennkraftmaschine, vorzugsweise mit einer bestimmten Phasenverschiebung, angesteuert wird. Auch hier ist es möglich, dass die
Dosiereinrichtung synchron mit einem Ausstoßtakt genau eines Brennraums, oder aber synchron mit Ausstoßtakten einer Mehrzahl von Brennräumen, insbesondere auch synchron mit
Ausstoßtakten aller Brennräume der Brennkraftmaschine angesteuert wird. Die Synchronisierung der Ansteuerung der Dosiereinrichtung mit einem Ausstoßtakt bewirkt in besonders effizienter Weise einer Kopplung der Zudosierung des Reaktionsmittels mit den sich im Abgaspfad ergebenen Druckstößen beim Ladungswechsel der Brennräume.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Ansteuerung der Dosiereinrichtung an einen
Öffnungszeitpunkt eines dem Brennraum zugeordneten Auslassventils gekoppelt ist, besonders bevorzugt mit einer bestimmten Phasenverschiebung, die 0° sein oder einen von Null verschiedenen, endlichen Wert aufweisen kann. Vorzugsweise ist die Phasenverschiebung variabel, insbesondere betriebspunktabhängig, wählbar. Bevorzugt ist die bestimmte
Phasenverschiebung in einem Kennfeld betriebspunktabhängig hinterlegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Dosiereinrichtung pulsweitenmoduliert angesteuert wird, um eine zudosierte Menge an Reaktionsmittel einzustellen. Auf diese Weise ist eine sehr genaue und feinfühlige Zumessung des Reaktionsmittels in den Abgaspfad möglich, wobei die pulsweitenmodulierte Ansteuerung insbesondere betriebspunktabhängig abgestimmt sein kann auf die momentane Dosierfrequenz. Es kann so vermieden werden, dass nur aufgrund einer erhöhten Dosierfrequenz eine größere und gegebenenfalls zu große Menge an
Reaktionsmittel eindosiert wird, wobei umgekehrt vermieden werden kann, dass aufgrund einer reduzierten Drehzahl und damit einer reduzierten Dosierfrequenz eine kleinere oder auch zu kleine Menge an Reaktionsmittel in den Abgaspfad eindosiert wird. Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche wenigstens einen Brennraum und einen Abgaspfad aufweist, in dem eine Dosiereinrichtung zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in den Abgaspfad derart angeordnet ist, dass das
Reaktionsmittel in einen Bereich des Abgaspfads einbringbar ist, in dem durch einen
Ladungswechsel, insbesondere durch wenigstens ein Auslassventil, der Brennkraftmaschine erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen, das heißt hierzu geeignet sind, wobei die Brennkraftmaschine eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um die Dosiereinrichtung abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mit variabler Dosierfrequenz anzusteuern. Besonders bevorzugt ist die Brennkraftmaschine eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Dabei verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden. Die Brennkraftmaschine weist entlang des Abgaspfads vorzugsweise einen Katalysator auf, der eingerichtet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere also einen sogenannten SCR-Katalysator.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Brennkraftmaschine entlang des Abgaspfads einen Katalysator aufweist, der als Oxidationskatalysator eingerichtet und ausgebildet ist. An diesem kann beispielsweise ein Kohlenwasserstoff oder ein Kohlenwasserstoffgemisch als Reaktionsmittel umgesetzt werden. Unter einer„Umsetzung mit dem Abgas" wird im Übrigen auch eine Umsetzung mit von dem Abgas umfassten Restsauerstoff verstanden. Insofern handelt es sich auch bei der Umsetzung eines Kohlenwasserstoffs oder eines
Kohlenwasserstoffgemischs, insbesondere an einem Oxidationskatalysator, um eine Umsetzung mit Abgas.
Die Dosiereinrichtung ist vorzugsweise stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers der Brennkraftmaschine angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung an einem Abgassammelbereich, insbesondere mittig an dem Abgassammelbereich, insbesondere einem Abgaskrümmer, angeordnet ist, derart, dass das Reaktionsmittel in den Abgassammelbereich, insbesondere mittig in den Abgassammelbereich, eindosierbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Dosiereinrichtung zumindest so nah an wenigstens einem Brennraum und/oder derart abgestimmt auf die Anordnung von wenigstens einem Brennraum relativ zu dem
Abgassammelbereich positioniert, dass Druckstöße aus dem wenigstens einen Brennraum für den Sekundärzerfall genutzt werden können.
Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Langsamläufer, als Mittelschnellläufer oder als Schnellläufer ausgebildet ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile realisieren sich dabei
insbesondere unabhängig von den konkret erreichten Drehzahlen der Brennkraftmaschine, insbesondere in allen Drehzahlbereichen.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer
Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,
Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der
Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet. Insgesamt zeigt sich, dass die Erfindung insbesondere eine Integration der Verdampfungs- und Mischstrecke stromaufwärts einer Turbine eines Abgasturboladers vorsieht, wobei eine höhere Abgastemperatur und ein höherer Abgasdruck für die Aufbereitung des Reaktionsmittels genutzt werden, wobei die Turbine insbesondere als Mischer und das Turbinengehäuse als Verdampfer genutzt werden können. Es wird weiterhin ein mit variabler Frequenz ansteuerbares Dosierventil genutzt, wobei eine geeignete betriebspunktabhängige Eindosierung des Reaktionsmittels in die Abgasleitung durch Anpassung der Dosierfrequenz vorgesehen wird. Somit erfolgt eine
Abstimmung des Dosierverlaufs mit der Gasdynamik, insbesondere mit einem Auslasstakt zur Nutzung für den sekundären Tropfenzerfall des Reaktionsmittels.
Vorteilhaft ergibt sich hieraus eine Verlängerung der Verdampfungs- und Mischungsstrecke bei gleichem Bauraum. Es kann eine ausreichend hohe Gleichverteilung des Reaktionsmittels im gesamten Kennfeld der Brennkraftmaschine vorgesehen werden, wobei insbesondere eine applikationsunabhängige Aufbereitung des Reaktionsmittels möglich ist. Aufgrund des höheren Temperaturniveaus am Ort der Eindosierung kann eine Dosierfreigabe in einem breiteren
Kennfeldbereich erfolgen, woraus bevorzugt eine Vergrößerung des SCR-Zyklusumsatzes bei gleichzeitiger Vermeidung von Ablagerungen des Reaktionsmittels in dem Abgaspfad resultiert.
Eine motornahe Applikation des Dosiersystems ist möglich, woraus sich eine
Applikationsunabhängigkeit ergibt. Der Bauraum der Abgasnachbehandlungs-Gesamtanlage kann reduziert werden. Zugleich können Druckverluste für einen verbesserten Abgasgegendruck reduziert werden, was sich auch günstig auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine auswirkt. Insgesamt verringern sich auch die Herstellungs- und Betriebskosten der
Abgasnachbehandlung, weil beispielsweise Mischelemente eingespart werden können.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit im Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels der
Brennkraftmaschine. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugtdurch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Brennkraftmaschine zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Schritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens bedingt ist. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine, und Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ausfuhrungsform des Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine weist wenigstens einen Brennraum 3, hier vier Brennräume, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen nur einer mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist, auf. Außerdem weist die Brennkraftmaschine 1 einen Abgaspfad 5 auf, in dem eine
Dosiereinrichtung 7 zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in den Abgaspfad 5 angeordnet ist.
Bei dem Reaktionsmittel handelt es sich bevorzugt um ein Reduktionsmittel, insbesondere zur Nutzung als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden, besonders bevorzugt um eine Harnstoff- Wasser- Lösung. Alternativ oder zusätzlich ist es aber auch möglich, dass in den Abgaspfad 5 ein Reaktionsmittel für eine andere
Abgasnachbehandlungsreaktion eingebracht wird. Insbesondere ist es möglich, dass als
Reaktionsmittel ein Kohlenwasserstoff oder ein Kohlenwasserstoffgemisch zur Umsetzung an einem Oxidationskatalysator eingebracht wird.
Die Dosiereinrichtung 7 ist hier so angeordnet, dass das Reaktionsmittel in einen Bereich des Abgaspfads 5 eingebracht wird, in welchem durch einen Ladungswechsel der
Brennkraftmaschine 1 erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen. Dabei zeigt sich hier insbesondere, dass die Dosiereinrichtung 7 stromaufwärts einer Turbine 9 eines Abgasturboladers 11 angeordnet ist. Insbesondere ist die Dosiereinrichtung 7 an einem unmittelbar an den wenigstens einen Brennraum 3 der
Brennkraftmaschine 1 anschließenden Abgassammelbereich 13, der als Abgaskrümmer ausgebildet sein kann, angeordnet. Dabei ist sie bevorzugt mittig an dem Abgassammelbereich 13 angeordnet, sodass das Reaktionsmittel bevorzugt mittig in den Abgassammelbereich 13 eindosierbar ist.
Stromabwärts des Abgasturboladers 11 weist der Abgaspfad 5 vorzugsweise einen Katalysator 15 auf, an dem das Reaktionsmittel mit dem Abgas umsetzbar ist. Der Katalysator 15 ist besonders bevorzugt als SCR-Katalysator ausgebildet.
Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Steuereinrichtung 17 auf, die eingerichtet ist, um die Dosiereinrichtung abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 mit variabler Dosierfrequenz anzusteuern. Hierzu ist die Steuereinrichtung 17 vorzugsweise einerseits mit einem Motorblock 19 der Brennkraftmaschine 1 , insbesondere mit einem nicht dargestellten Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl derselben, und mit der Dosiereinrichtung 7 wirkverbunden. Die Steuereinrichtung 17 ist insbesondere eingerichtet, um die Dosiereinrichtung 7
drehzahlabhängig, also abhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 , anzusteuern. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 17 bevorzugt ausgebildet, um die Dosiereinrichtung synchron mit einem bestimmten Takt der Brennkraftmaschine - insbesondere gepulst, vorzugsweise mit einer bestimmten Phasenverschiebung - anzusteuern, vorzugsweise synchron mit einer
Zündfolge der Brennkraftmaschine 1 , insbesondere mit einem bestimmten Takt wenigstens eines Brennraums 3. Besonders bevorzugt ist die Steuereinrichtung 17 eingerichtet, um die
Dosiereinrichtung 7 synchron mit einem Ausstoßtakt wenigstens eines Brennraums der
Brennkraftmaschine anzusteuern. Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als Viertakt-Hubkolbenmotor ausgebildet, wobei eine Abfolge von vier Takten jedes Brennraums 3 einen Ansaugtakt, einen Kompressionstakt, einen Arbeitstakt, und einen Ausstoßtakt aufweist. Die entsprechende Betriebsweise einer Brennkraftmaschine 1 ist grundsätzlich bekannt, sodass hierauf nicht weiter eingegangen wird. Die Eindosierung des Reaktionsmittels in einen brennraumnahen Bereich und insbesondere in einen Bereich, in welchem Druckstöße im Abgasstrom, die durch einen Ladungswechsel der Brennkraftmaschine 1 erzeugt sind, zu einem Sekundärzerfall von Tröpfchen des
Reaktionsmittels beitragen, bedingt eine Eindosierung bei erhöhter Abgastemperatur, sodass eine Dosierfreigabe in einem breiteren Kennfeldbereich erfolgen kann. Zugleich wirken die Druckstöße zugunsten einer raschen und homogenen Verteilung des Reaktionsmittels in dem Abgas, sodass - insbesondere im Vergleich zu einer Ansteuerung der Dosiereinrichtung 7 mit konstanter Frequenz - eine über das Kennfeld der Brennkraftmaschine 1 verbesserte
Homogenität der Verteilung des Reaktionsmittels in dem Abgasstrom möglich wird. Eine Anordnung der Dosiereinrichtung 7 stromaufwärts der Turbine 9 fuhrt außerdem zu deren effizienter Nutzung als Mischeinrichtung, sodass gegebenenfalls weitere, zusätzliche
Mischelemente eingespart oder zumindest kleiner ausgelegt werden können. Dies wiederum führt zu einer bauraumsparenden Ausgestaltung des Abgaspfads 5 sowie zu einer Verringerung des Abgasgegendrucks für die Brennkraftmaschine 1 und damit auch zu einer Senkung des Kraftstoffverbrauchs.
Die Steuereinrichtung 17 ist bevorzugt eingerichtet zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung der Dosiereinrichtung 7, insbesondere um eine in den Abgaspfad 5 eindosierte Menge an
Reaktionsmittel einzustellen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausfuhrungsbeispiels des Verfahrens. Dabei ist in Figur 2a) eine schematische, diagrammatische Darstellung einer Zündfolge einer
Brennkraftmaschine 1 mit vier Brennräumen, die mit den Buchstaben A, B, C, D gekennzeichnet sind, wiedergegeben. Dabei ist in dem Diagramm ein Abgasmassenstrom rhA in dem Abgaspfad 5 gegen die Zeit t aufgetragen, wobei die einzelnen Massenstromverteilungen jeweils den Auslasstakten der verschiedenen Brennräume A, B, C, D zugeordnet sind.
In Figur 2b) ist schematisch in einem Diagramm ein Massenstrom rhR des Reaktionsmittels in den Abgaspfad 5 in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt, wie er sich durch Ansteuerung der Dosiereinrichtung 7 ergibt. Dabei zeigt sich, dass hier die Ansteuerung der Dosiereinrichtung 7 und damit der Massenstrom des Reaktionsmittels mit dem Ausstoßtakt des Brennraums B synchronisiert ist - vorzugsweise mit einer bestimmten Phasenverschiebung. Somit ergibt sich eine drehzahlabhängige Dosierperiode To, wobei sich entsprechend eine drehzahlabhängige Dosierfrequenz ergibt.
Insgesamt zeigt sich, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der
Brennkraftmaschine 1 eine verbesserte Verteilung eines Reaktionsmittels in einem Abgasstrom über einen weiten Kennfeldbereich einer Brennkraftmaschine 1 realisiert werden kann.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Eindosierung eines Reaktionsmittels in einen Abgaspfad (5) einer
Brennkraftmaschine (1), wobei
- das Reaktionsmittel in einen Bereich des Abgaspfads (5) eingebracht wird, in dem durch einen Ladungswechsel der Brennkraftmaschine (1) erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen, wobei
- eine Dosiereinrichtung (7) zur Eindosierung des Reaktionsmittels abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) mit variabler Dosierfrequenz angesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) synchron, insbesondere mit einer bestimmten Phasenverschiebung, zu einem bestimmten Takt der Brennkraftmaschine (1) angesteuert wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel stromaufwärts einer Turbine (9) eines Abgasturboladers (11) in den Abgaspfad (5) eindosiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsmittel in einen an wenigstens einen Brennraum (3) der Brennkraftmaschine (1) anschließenden Abgassammelbereich (13) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) synchron mit einer Zündfolge, insbesondere mit einem bestimmten Takt wenigstens eines Brennraums (3) der Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einer bestimmten Phasenverschiebung, angesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) synchron mit einem Ausstoßtakt wenigstens eines Brennraums (3) der Brennkraftmaschine (1), insbesondere mit einer bestimmten Phasenverschiebung, angesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (7) pulsweitenmoduliert angesteuert wird, um eine zudosierte Menge an Reaktionsmittel einzustellen.
8. Brennkraftmaschine (1) mit
- wenigstens einem Brennraum (3) und
- einem Abgaspfad (5), in dem eine Dosiereinrichtung zur Eindosierung eines
Reaktionsmittels in den Abgaspfad (5) derart angeordnet ist, dass durch einen
Ladungswechsel der Brennkraftmaschine (1) erzeugte Druckstöße im Abgasstrom zu einem Zerfall von Tröpfchen des Reaktionsmittels beitragen, wobei
- die Brennkraftmaschine (1) eine Steuereinrichtung (17) aufweist, die eingerichtet ist, um die Dosiereinrichtung (7) abhängig von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) mit variabler Dosierfrequenz anzusteuern.
9. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Dosiereinrichtung (7) stromaufwärts einer Turbine (9) eines Abgasturboladers (11) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Langsamläufer, als Mittelschnellläufer oder als Schnellläufer ausgebildet ist.
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