Einfluss der Reduktionsmitteleinbringung auf die Harnstoffgleichverteilung bei selektiver katalytischer Reduktion in einer Dieselabgasanlage

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit behandelt die möglichst ideale Aufbereitung und Gleichverteilung, des in den Abgasstrang eingebrachten, Reduktionsmittels AdBlue. Verschiedene Aspekte sind für die Gestaltung von Dieselabgasanlagen zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden für den Fahrzeugeinsatz zu beachten. Die Notwendigkeit zur Implementierung des SCR-Systems im PKW-Bereich ergibt sich aus den immer strenger werdenden Anforderungen der Abgasgesetzgebung und der angestrebten Senkung der Emissionswerte aus Gründen des Umweltschutzes. Um gute Sickoxid-Umsatzraten im SCR-System zu gewährleisten, ist ausreichende Gleichverteilung des Reduktionsmittels über den SCR-Katalysator erforderlich. Eine hohe Homogenisierung des Gemisches wird bereits mit ausreichender Mischstreckenlänge (dabei handelt es sich um die Abgasstrecke zwischen der Eindosierstelle des Reduktionsmittel und dem SCR-Katalysator) und dem Einsatz von Mischelementen ermöglicht. Jedoch sind ausreichende Mischstreckenlängen, aufgrund nur beschränkt vorhandener Bauräume im Fahrzeug, nicht immer möglich und es kommt zu einer schlechteren Gleichverteilung des Reduktionsmittels. Eine besondere Herausforderung für die Gleichverteilung stellt somit der beengte Bauraum dar. Begründet sind diese Bauraumeinschränkungen durch kürzere Fahrzeuge, durch Packaging-Gründe und durch Allradkonzepte. Das Ziel die Light-off Temperatur schneller zu erreichen, ist ein weiterer Grund für die Verwendung von kurzen Anlagen. Aus diesem Grund wurde im Laufe dieser Diplomarbeit eine Vielzahl von unterschiedlichen Variationen an Mischelementen und Injektoren untersucht und verglichen, und aus den Ergebnissen, Maßnahmen zur Optimierung der Gleichverteilung bezüglich der reduzierten Mischstreckenlänge gesetzt. Diese Untersuchungen wurden bei unterschiedlichen Betriebspunkten durchgeführt, um einen Großteil des Motorkennfeldes abzudecken. Des Weiteren wurden sie bei einer Instrom- und einer Gegenstrom-Anlage angewendet.

This diploma thesis discusses the ideal degree of reduction processing and uniformity of the reducing agent (AdBlue), which is injected into the exhaust system branch. Various aspects are to be considered for the configuration of diesel-exhaust-gas systems for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxide for the usage in diesel powered vehicles. The rigorous exhaust gas legislation and the intended reduction of emission values for environmental protection, make it necessary to implement the SCR-system in the automotive branch. In order to guarantee good nitrogen oxide conversion rates, uniform distribution of the reducing agent in the SCR-catalyst is required. Sufficially high homogenization can already be achieved by using proper mixing pipe length (this regards the distance between the dosing point and the SCR-catalyst) and blenders. Due to compacter car sizes, packaging reasons and all-wheel drive concepts, installation space is becoming rare, which makes it harder to fit big SCR-systems with enough length into the exhaust system, what makes urea-uniformity more and more challenging. Another motive to use shorter exhaust systems is to obtain the SCR-catalysts light-off temperature faster. That-s the reason why optimization measures for shorter mixing pipe lengths are required. During this diploma thesis, a multitude of different varieties of blenders and injectors were researched and compared. These researches were made during various engine operating points, to conceal the majority of the engine map. Further on they were applied with in-flow- and counter-flow-systems. The goal is to optimize short mixing pipe length systems to achieve similar uniformity results as with sufficient mixing pipe length systems.