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DE10228643A1 - Process for cleaning exhaust gas from an incinerator - Google Patents

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DE10228643A1
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incinerator
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgas (A) einer Verbrennungsanlage (2) von im Abgas enthaltenen Partikeln (3). Bei dem Verfahren wird die Partikelgrößenverteilung (f) der in dem Abgas (A) enthaltenen Partikel (3) gezielt eingestellt, um ein möglichst gutes Reinigungsergebnis zu erzielen. Das Verfahren ist besonders geeignet zum Reinigen eines Abgases (A) einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eines stationären oder mobilen Dieselmotors. Das Verfahren ist in bevorzugter Ausgestaltung kombinierbar mit der Entstickung des Abgases (A) in einem SCR-Prozess unter Eindüsung eines Reduktionsmittels (R) in den Abgaskanal (7) der Verbrennungsanlage (1).The invention relates to a method for cleaning exhaust gas (A) from a combustion system (2) from particles (3) contained in the exhaust gas. In the method, the particle size distribution (f) of the particles (3) contained in the exhaust gas (A) is specifically adjusted in order to achieve the best possible cleaning result. The method is particularly suitable for cleaning an exhaust gas (A) from an internal combustion engine, such as, for example, a stationary or mobile diesel engine. In a preferred embodiment, the method can be combined with the denitrification of the exhaust gas (A) in an SCR process with injection of a reducing agent (R) into the exhaust gas duct (7) of the incineration plant (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage von im Abgas enthaltenen Partikeln.The invention relates to a method for cleaning exhaust gas from an incinerator contained in the exhaust gas Particles.

Unter einer Verbrennungsanlage sollen hierbei sowohl Brennkraftmaschinen, d.h. stationäre und instationäre Verbrennungsmotoren, als auch Brennkammern enthaltende Anlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie oder von Fernwärme aus einem Verbrennungsprozess verstanden werden. Insbesondere soll unter einer Verbrennungsanlage ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Diesel-Personenkraftwagen oder -Lastkraftwagen, oder auch ein stationärer Dieselmotor verstanden werden. Die Anwendung soll auch auf Ottomotoren mit Partikelemission ausgedehnt sein.Under an incinerator both internal combustion engines, i.e. stationary and transient internal combustion engines, as well as plants containing combustion chambers for the production of electrical Energy or district heating be understood from a combustion process. In particular, should an internal combustion engine of a motor vehicle under an incineration plant, for example a diesel passenger car or truck, or even a stationary one Diesel engine to be understood. The application is also intended for gasoline engines be extended with particle emission.

Bei der Verbrennung eines Kraftstoffs oder eines Brennstoffs in einer Verbrennungsanlage in einer stationären oder mobilen Anwendung, insbesondere in einem Fahrzeug-Motor, fällt ein Abgas an, das u.a. Stickoxide und Rußpartikel enthält. Diese Abgasbestandteile sind insbesondere bei der Verbrennung von Diesel in einem stationären oder mobilen Dieselmotor zu verzeichnen. Sowohl die Stickoxide als auch die Rußpartikel stellen umweltbelastende Stoffe dar und sollen daher aus dem Abgas weitgehend entfernt werden. Beispielsweise treten bei modernen Dieselmotoren im Kraftfahrzeugbereich im Abgas heutzutage äußerst feine Rußpartikel auf, die krebserzeugend wirken können. Dabei wird konventioneller Weise die Anordnung eines Partikelfilters angestrebt, wie sie beispielsweise aus der DE 100 20 170 C1 zu entnehmen ist.When a fuel or a fuel is burned in a combustion system in a stationary or mobile application, in particular in a vehicle engine, an exhaust gas is produced which contains, inter alia, nitrogen oxides and soot particles. These exhaust gas components are particularly noticeable when diesel is burned in a stationary or mobile diesel engine. Both the nitrogen oxides and the soot particles are environmentally harmful substances and should therefore be largely removed from the exhaust gas. For example, in today's diesel engines in the automotive sector, extremely fine soot particles occur in the exhaust gas, which can be carcinogenic. In the conventional way, the arrangement of a particle filter, such as that from the DE 100 20 170 C1 can be seen.

Im Hinblick auf die Reduzierung der im Abgas enthaltenen Stickoxide hat sich das sogenannte SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) bewährt. Bei diesem Verfahren wird dem Abgas ein Reduktionsmittel vor dem Eintritt in den SCR- Katalysator beigemischt. Im SCR-Katalysator erfolgt dann die Reduktion der Stickoxide zu Wasser und Stickstoff. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise beschrieben in der WO 99/55445 . Danach ist vorgesehen, dass in das Abgas eine wässrige Harnstofflösung eingedüst wird. Diese muss anschließend noch zu Ammoniak umgesetzt werden, welches als eigentliches Reduktionsmittel in dem katalytischen Prozess fungiert.With regard to reducing the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, the so-called SCR process (Selective Catalytic Reduction) has proven itself. In this method, a reducing agent is added to the exhaust gas before it enters the SCR catalytic converter. The nitrogen oxides are then reduced to water and nitrogen in the SCR catalytic converter. Such a method is described for example in the WO 99/55445 , It is then provided that an aqueous urea solution is injected into the exhaust gas. This must then be converted into ammonia, which acts as the actual reducing agent in the catalytic process.

Die Anordnung eines Partikelfilters zusammen mit einem SCR-Katalysator ist beispielsweise in der CH 689 687 A5 beschrieben. Es werden dabei die beiden Systeme der Partikelfilterung und der Stickoxidreduzierung in Strömungsrichtung des Abgases nacheinander angeordnet und jeweils unabhängig voneinander betrieben. Dies erfordert einen relativ großen Einbauraum.The arrangement of a particle filter together with an SCR catalytic converter is, for example, in FIG CH 689 687 A5 described. The two systems of particle filtering and nitrogen oxide reduction are arranged one after the other in the flow direction of the exhaust gas and are operated independently of one another. This requires a relatively large installation space.

Aus der EP 1 096 116 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kombinierten katalytischen NOx-Reduktion und Schalldämpfung von Abgas im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine offenbart. Bei dem Verfahren wird in das von der Brennkraftmaschine kommende, ggf. schon durch einen Voroxidationskatalysator hindurchgeleitete Abgas zunächst Harnstoff in fester oder gelöster Form eingedüst, dann dieses solchermaßen dotierte Abgas durch einen als Verdampfer, Strömungsmischer, Hydrolyse- und NOx-Reduktionskatalysator fungierenden Harnstoff-Zersetzungskatalysator hindurchgeleitet und anschließend dem Schalldämpfer zugeführt. Dabei wird dieses in dem Schalldämpfer kanalisiert mittels eines Abgaseintrittsrohres durch eine vordere Einströmkammer hindurch – und in eine hintere Einströmkammer eingeleitet und dort schalldämpfungsmäßig und strömungsmäßig beruhigt. Anschließend wird das Abgas verteilt auf mehrere NOx-Reduktionskatalysator-Module durch diese hindurch – und in die vordere Ausströmkammer rückgeleitet und dort wiederum schalldämpfungsmäßig und strömungsmäßig beruhigt. Partikelemissionen aus der Brennkraftmaschine werden bei diesem Reinigungsverfahren des Abgases aus der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt.From the EP 1 096 116 A2 discloses a method and an apparatus for the combined catalytic NO x reduction and sound attenuation of exhaust gas in the exhaust line of an internal combustion engine. In the process, urea in solid or dissolved form is first injected into the exhaust gas coming from the internal combustion engine, which may already have passed through a pre-oxidation catalyst, then this exhaust gas, which is doped in this way, is injected through an urea that acts as an evaporator, flow mixer, hydrolysis and NO x reduction catalyst. Passed decomposition catalyst and then fed to the silencer. This is channeled in the muffler by means of an exhaust gas inlet pipe through a front inflow chamber - and introduced into a rear inflow chamber and calmed there in terms of sound absorption and flow. The exhaust gas is then distributed to a plurality of NO x reduction catalytic converter modules through them - and returned to the front outflow chamber, where it is again calmed in terms of sound absorption and flow. Particle emissions from the internal combustion engine are not taken into account in this cleaning process of the exhaust gas from the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Abgasreinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage zu ermöglichen, bei der im Abgas enthaltene Partikel besonders effizient aus dem Abgas entfernt werden.The invention has for its object a enable effective exhaust gas purification of exhaust gas from an incineration plant, with the particles contained in the exhaust gas particularly efficiently from the Exhaust gas to be removed.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Reinigen eines Abgases einer Verbrennungsanlage von im Abgas enthaltenen Partikeln, bei dem die Partikelgrößenverteilung gezielt eingestellt wird.The object is achieved according to the invention solved by a method for cleaning an exhaust gas of an incinerator of particles contained in the exhaust gas, in which the particle size distribution is targeted is set.

Mit der Erfindung wird ein völlig neuer Weg beschritten, die Partikelemission aus Abgasen von Verbrennungsanlagen hoch effizient zu reduzieren. Zwar ist die Partikelemission bei den heutigen Dieselmotoren schon relativ gering, die allerdings immer wieder in der Diskussion befindliche Mutagenität von Dieselpartikeln, ob von angelagerten Kohlenwasserstoffen oder vielleicht auch von Partikeln bestimmter Größe direkt hervorgerufen, wird den gesetzlich festgelegten Partikelemissions-Grenzwert für den Dieselmotor noch weiter sinken lassen. Eine wirkungsvolle Partikelreduktion ist daher bei den zu erwartenden Grenzwerten für eine aktive und leistungsfähige Abgasreinigung von essentieller Bedeutung.With the invention a completely new one Pioneered the particle emission from exhaust gases from incineration plants to reduce highly efficiently. The particle emission is indeed today's diesel engines are relatively small, but they are mutagenicity of diesel particles that is always under discussion, whether from deposited hydrocarbons or maybe from Particles of certain size directly is caused by the legally specified particle emission limit for the diesel engine let it sink even further. An effective particle reduction is therefore within the expected limit values for active and efficient exhaust gas cleaning of essential importance.

Mit der Erfindung wird nun erstmals die gezielte Einstellung der Partikelgrößenverteilung der aus dem Abgas emittierten Partikel im Hinblick auf eine Adaption und Steigerung der Reinigungseffizienz berücksichtigt. Es konnte nämlich überraschenderweise ein Zusammenhang zwischen der Partikelgrößenverteilung in dem von der Verbrennungsanlage emittierten Abgas und der Reinigungseffizienz von den im Abgas enthaltenen Partikeln gefunden werden. Die Reinigung des Abgases kann dabei durch üblicherweise abgasseitig der Verbrennungsanlage nachgeschaltete Reinigungseinrichtungen erfolgen. Durch die gezielte Einstellung der Partikelgrößenverteilung ist eine Adaption an eine jeweilige abgasseitig nachgeschaltete im Wesentlichen konventionelle Reinigungseinrichtung, z.B. ein Filtersystem oder ein katalytisch arbeitendes System möglich.The invention now takes into account for the first time the targeted setting of the particle size distribution of the particles emitted from the exhaust gas with a view to adapting and increasing the cleaning efficiency. Surprisingly, there was a connection between the particle size distribution in the exhaust gas emitted by the incineration plant and the cleaning efficiency of the particles contained in the exhaust gas can be found. The exhaust gas can be cleaned by cleaning devices which are usually connected downstream of the combustion system on the exhaust gas side. Through the targeted adjustment of the particle size distribution, an adaptation to a respective essentially conventional cleaning device connected downstream on the exhaust gas side, for example a filter system or a catalytically operating system, is possible.

Auf die Wahl der Reinigungseinrichtung ist man dabei nicht festgelegt.On the choice of cleaning equipment it’s not fixed.

Vorteilhafterweise können durch diese Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung weitaus höhere Reinigungsgrade im Vergleich zu üblichen Reinigungsverfahren erreicht werden, da diese den qualitativen Einfluss der Partikelgrößenverteilung auf die Abbaueffizienz bisher nicht berücksichtigt haben. Dabei kann die Partikelgrößenverteilung vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass maximale Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas erreicht wird.Advantageously, by this tailoring of the particle size distribution far higher degrees of cleaning compared to common cleaning methods can be achieved, as this has the qualitative influence of the particle size distribution have not yet taken into account the degradation efficiency. It can the particle size distribution advantageously be set so that maximum reduction the number of particles from the exhaust gas is reached.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Partikel in einer der Verbrennungsanlage nachgeschalteten Katalysatoreinheit oxidiert.In a particularly preferred embodiment According to the invention, the particles are in one of the incinerators downstream catalyst unit oxidized.

Neben konventionellen Filtereinrichtungen ist besonders die katalytisch unterstützte Oxidation der Partikel im Abgas eine wirkungsvolle Methode, um die Partikel in dem Abgas aus der Verbrennungsanlage abzubauen. Hierzu wird die Katalysatoreinheit mit einem für die Partikel, z.B. Rußpartikel aus einem Dieselmotor, oxidierend wirkenden Oxidationskatalysator ausgestattet. Dies kann ein wabenförmiger Katalysator beispielsweise in Form eines katalytischen Vollextrudats auf Keramikbasis oder mit Aktivkeramik beschichteter Inertwabe, oder beispielsweise auch ein Plattenkatalysator mit einer Aktivkeramik oder ein mit Aktivkeramik beschichtete metallische Tragstruktur sein. Der katalytisch unterstützte Oxidationsprozess zur Entfernung von Partikeln ist besonders vorteilhaft bei dem Konzept der Erfindung anwendbar, da nachgewiesen werden konnte, dass die gezielte Einstellung einer günstigen Partikelgrößenverteilung in Kombination mit dem Oxidationsprozess an einer der Verbrennungsanlage abgasseitig nachgeschalteten Katalysatoreinheit zu besonders hohen Reinigungsgraden im Abgas führt.In addition to conventional filter devices especially the catalytically supported oxidation of the particles in the exhaust is an effective way to remove the particles in the exhaust dismantle from the incinerator. For this, the catalyst unit with one for the particles, e.g. soot from a diesel engine, oxidizing catalytic converter fitted. This can be a honeycomb-shaped catalyst, for example in the form of a full ceramic catalytic extrudate or inert honeycomb coated with active ceramic, or for example also a plate catalyst with an active ceramic or with an active ceramic coated metallic support structure. The catalytically supported oxidation process for removing particles is particularly advantageous in the concept applicable to the invention, since it could be demonstrated that the targeted setting of a favorable Particle size distribution in combination with the oxidation process at one of the incinerators Exhaust gas-connected catalyst unit to particularly high Degrees of purification in the exhaust gas.

Hierbei wurde überraschenderweise gefunden, dass beispielsweise der mittlere Durchmesser der Partikel als eine mögliche Kenngröße der Partikelgrößenverteilung einen wesentlichen Einfluss auf die Abbaueffizienz in der Katalysatoreinheit hat. Mit einer gezielten Voreinstellung und entsprechenden Adaption der Partikelgrößenverteilung kann somit die Effizienz der Reinigung im Hinblick auf eine möglichst geringe Partikelemission optimiert werden.Here it was surprisingly found that for example the average diameter of the particles as one possible Characteristic of the particle size distribution have a significant impact on the degradation efficiency in the catalyst unit Has. With a targeted pre-setting and appropriate adaptation the particle size distribution can thus reduce the efficiency of cleaning with the lowest possible Particle emission can be optimized.

Die Partikel aus dem Verbrennungsprozess eines Diesel- oder Ottomotors sind beispielsweise Agglomerate mit einer Anzahl von direkten Rußkernen, die mit löslichen organischen Verbindungen (Kohlenwasserstoffe) ummantelt sind. Der Oxidationsprozess soll im Produktkanal möglichst nur zur Bildung von Wasser und Kohlendioxid aus der Oxidation des Partikels führen. Zu große Agglomerate haben ein ungünstiges Oberflächen zu Volumenverhältnis und können in der Regel nicht vollständig in der Katalysatoreinheit umgesetzt werden. Agglomerate mit zu kleinem Durchmesser sind ungünstig im Hinblick auf den Abbau in einem Oxidationsprozess, wenn sie den Stofftransport zur Katalysatoroberfläche verschlechtern. Daher ist im Optimum stets ein mittlerer Partikeldurchmesser der Partikel im Rohabgas zu erwarten und auch aufzufinden, bei dem maximale Reduzierung der Partikelanzahl erreicht wird.The particles from the combustion process of a Diesel or petrol engines are, for example, agglomerates with one Number of direct soot kernels, those with soluble organic compounds (hydrocarbons) are coated. The Oxidation process in the product channel should, if possible, only to form Lead water and carbon dioxide from the oxidation of the particle. To size Agglomerates have an unfavorable surfaces to volume ratio and can usually not completely be implemented in the catalyst unit. Agglomerates with too small Diameters are unfavorable in terms of degradation in an oxidation process if they are Deteriorate mass transfer to the catalyst surface. thats why optimally always an average particle diameter of the particles to be expected in the raw exhaust gas and also to be found at the maximum reduction the number of particles is reached.

In bevorzugter Ausgestaltung wird ein die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter der Verbrennungsanlage gezielt so eingestellt, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas erreicht wird.In a preferred embodiment a the particle size distribution influencing parameters of the incineration system that a cheap Reduction in the number of particles from the exhaust gas is achieved.

Beispielsweise kann im Falle eines Dieselmotors der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung bezogen auf die Stellung des Kolbens (Kurbelwinkel) als ein solcher Parameter herangezogen werden. Eine Änderung der Winkelstellung definiert damit die Stellung des Kolbens und damit auch den Einspritzzeitpunkt für den Kraftstoff. Hierbei hat sich gezeigt, dass anlagenseitige Maßnahmen, d.h. motorseitige Adaption, alleine nicht in der Lage ist, die gewünschte Verringerung der Partikelanzahl herbeizuführen. Allerdings hat sich gezeigt, dass gerade die vorteilhafte Kombination der anlagenseitig einstellbaren und entsprechend konfektionierten Partikelgrößenverteilung mit einer nachgeschalteten Reinigungseinrichtung, z.B. ein Oxidationskatalysator, ein Potenzial von etwa 70% bis 80% Verminderung der Partikelgesamtemission gegenüber dem Rohabgas der Abgasnorm EURO 3 zusätzlich ausschöpfen kann.For example, in the case of a Diesel engine related to the time of fuel injection the position of the piston (crank angle) as such a parameter be used. A change the angular position thus defines the position of the piston and hence the time of injection for the fuel. Here has it has been shown that plant-side measures, i.e. motor side Adaption alone is unable to achieve the desired reduction in the number of particles bring about. However, it has been shown that the advantageous combination the system-side adjustable and appropriately assembled Particle size distribution with a downstream cleaning device, e.g. an oxidation catalyst, a potential of about 70% to 80% reduction in total particle emissions across from can also exhaust the raw exhaust gas of the EURO 3 emissions standard.

Je nach Verbrennungsanlage können daher auch andere die Partikelgrößenverteilung beeinflussende Parameter auf einfache Weise angegeben und deren Einfluss quantitativ untersucht werden. Dabei ist ggf. auch eine Schar von Parametern zu berücksichtigen, die bei der gezielten Einstellung der Partikelgrößenverteilung zu berücksichtigen und in ihrer Gesamtheit zu optimieren sind.Depending on the incineration plant, therefore, too others the particle size distribution influencing parameters specified in a simple manner and their Influence be examined quantitatively. There may also be one Set of parameters to take into account to take into account when setting the particle size distribution and are to be optimized in their entirety.

Dabei kann vorzugsweise für einen jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungsanlage die Einstellung entsprechend angepasst werden. Ein Betriebszustand der Verbrennungsanlage kann beispielsweise im Falle eines Dieselmotors durch die Motordrehzahl, die Einspritzmenge, den Ladedruck oder die Ladelufttemperatur charakterisiert werden. Für einen jeweiligen Betriebszustand ist eine im Hinblick auf die Entfernung der Partikel aus dem Rohabgas vorteilhafte Partikelgrößenverteilung auffindbar, welche über entsprechende motorseitige Adaption, d.h. Einstellung eines oder mehrerer die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter des Motors vorzunehmen ist. Diese Information kann für einen bestimmten Typ von Motor in einem alle in der Praxis zu erwartenden Betriebszustände umfassenden Kennfeld hinterlegt werden. Bei einem Wechsel eines Betriebszustands kann somit motorseitig durch Anpassung der kritischen Parameter die Partikelgrößenverteilung jeweils konfektioniert werden, um das gewünschte Reinigungsergebnis über alle Betriebszustände zu erzielen.The setting can preferably be adapted accordingly for a particular operating state of the incineration plant. In the case of a diesel engine, for example, an operating state of the combustion system can be characterized by the engine speed, the injection quantity, the boost pressure or the charge air temperature. For a particular operating state, a particle size distribution which is advantageous with regard to the removal of the particles from the raw exhaust gas can be found, which is to be carried out by appropriate adaptation on the motor side, ie setting one or more parameters of the motor influencing the particle size distribution. This information can be used for a certain type of engine in an all in one In practice, the expected operating conditions comprehensive map are stored. When changing an operating state, the particle size distribution can be assembled on the motor side by adapting the critical parameters in order to achieve the desired cleaning result across all operating states.

Bevorzugt wird neben der Partikelminderung des Abgases zusätzlich eine Schalldämpfung durchgeführt. Hierzu ist eine Schalldämpfungseinrichtung in Strömungsrichtung des Abgases der Verbrennungsanlage nachgeschaltet. In vorteilhafter Ausgestaltung wird hierbei die Katalysatoreinheit in der Schalldämpfungseinrichtung untergebracht, so dass eine kombinierte katalytische Partikelreduktion aus dem Abgas und eine Schalldämpfung für die Verbrennungsanlage erreicht ist.In addition to particle reduction, preference is given to Exhaust gas additionally a sound absorption carried out. For this purpose, a sound absorption device is in flow direction of the exhaust gas of the incinerator. In advantageous The catalyst unit in the noise damping device is configured here housed so that a combined catalytic particle reduction from the exhaust and a soundproofing for the Incinerator is reached.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden im Abgas enthaltene Stickoxide in einem Entstickungskatalysator nach dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion reduziert, wobei ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird.In a particularly preferred embodiment The invention contains nitrogen oxides contained in the exhaust gas in a denitrification catalyst reduced by the selective catalytic reduction process, wherein a reducing agent is introduced into the exhaust gas.

Neben besonders wirksamer Partikelreduktion aus dem Abgas ist durch die Kombination mit dem SCR-Verfahren zusätzlich auch eine Entfernung der Stickoxide aus dem Abgas ermöglicht. Die Katalysatoreinrichtung ist sofern notwendig aus zwei unterschiedlichen Katalysatortypen aufgebaut, dem Hydrolyse- und dem SCR-Katalysator. Der Hydrolysekatalysator hat dabei die Aufgabe, aus dem in wässriger Lösung zudosierten Harnstoff Ammoniak zu erzeugen. Im eigentlichen NOx-Reduktionsteil, dem SCR-Katalysator, wird dann mit Hilfe des Ammoniaks das Stickoxid in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Zusätzlich wirkt der SCR-Katalysator auch als Oxidationskatalysator für Kohlenwasserstoffe. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zur Verringerung u.a. des Kohlenwasserstoffanteils (SOF: Soluble Organic Fraction) des im Abgas die Katalysatoreinheit nicht eigens einen Oxidationskatalysator benötigt, da bereits der SCR-Katalysator die Oxidation der Partikel katalytisch unterstützt.In addition to particularly effective particle reduction from the exhaust gas, the combination with the SCR process also enables nitrogen oxides to be removed from the exhaust gas. If necessary, the catalyst device is constructed from two different types of catalyst, the hydrolysis and the SCR catalyst. The hydrolysis catalytic converter has the task of producing ammonia from the urea metered in aqueous solution. In the actual NO x reduction section, the SCR catalytic converter, the nitrogen oxide is then converted into nitrogen and water with the help of ammonia. In addition, the SCR catalyst also acts as an oxidation catalyst for hydrocarbons. This has the particular advantage that, in order to reduce, among other things, the hydrocarbon content (SOF: Soluble Organic Fraction) in the exhaust gas, the catalyst unit does not specifically need an oxidation catalyst, since the SCR catalyst already catalytically supports the oxidation of the particles.

Vorteilhafterweise kann mit der Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung in Kombination mit einer SCR-Einrichtung zur Entfernung von Stickoxiden unter Eindüsung eines Redukti onsmittels in den Abgaskanal eine besonders günstige Ausnutzung des NOx- und Partikel-Reduktionspotentials erfolgen.The packaging of the particle size distribution in combination with an SCR device for removing nitrogen oxides while injecting a reducing agent into the exhaust gas duct can advantageously take advantage of the particularly favorable use of the NO x and particle reduction potential.

Wie bereits ausgeführt, ist die NOx-Minderung auch mit einer Abgasrückführung realisierbar.As already stated, the NO x reduction can also be achieved with exhaust gas recirculation.

Wie bereits oben dargelegt, kann das Verfahren bevorzugt bei einer als Dieselmotor ausgestalteten Verbrennungsanlage eingesetzt werden. Bei einem Dieselmotor handelt es sich dabei um eine Antriebsquelle z.B. in einem Kraftfahrzeug wie einem Pkw, oder Nutzfahrzeug wie einem Lastkraftwagen, einem Omnibus, Gabelstapler oder Off-Road-Fahrzeug, oder Schienenfahrzeug, oder Wasserfahrzeug, oder landwirtschaftlichem Fahrzeug wie Traktor, Mähdrescher, oder militärischem Fahrzeug wie Ketten- oder Radpanzer, oder Notstromaggregat, Blockheizkraftwerk oder einer sonstigen Kraftwerksanlage. Ebenso kann das Verfahren auch für Ottomotoren mit Partikelemissionen angewandt werden.As already explained above, the method is preferred for a diesel engine Incinerator can be used. Acting in a diesel engine it is a drive source e.g. in a motor vehicle like a car, or utility vehicle like a truck, one Omnibus, forklift or off-road vehicle, or rail vehicle, or watercraft, or agricultural vehicle like tractor, combine harvester, or military Vehicle such as a chain or wheel armor, or an emergency generator, a combined heat and power plant or another power plant. The procedure can be the same also for Gasoline engines with particle emissions are used.

Bevorzugt wird dabei der Einspritzbeginn des Kraftstoffs über den Kurbelwinkel als ein die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter des Dieselmotors eingestellt.The start of injection of the Fuel over the crank angle as influencing the particle size distribution Diesel engine parameters set.

Das Verfahren und dessen Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The process and its advantages are explained below with reference to a drawing. Show:

1 eine Verbrennungsanlage mit nachgeschaltetem Abgasstrang 1 an incinerator with a downstream exhaust system

2 ein Diagramm mit unter unterschiedlichen anlagenseitigen Einstellungen gewonnenen Partikelgrößenverteilungen im Abgas einer Verbrennungsanlage, 2 1 shows a diagram with particle size distributions obtained in the exhaust gas of an incineration plant under different plant-side settings,

3 in einem Diagramm ein Vergleich der Gesamt-Partikelemission im Abgas einer Verbrennungsanlage mit und ohne abgasseitig nachgeschalteter Katalysatorein heit bei den verschiedenen Partikelgrößenverteilungen gemäß 1. 3 in a diagram, a comparison of the total particle emissions in the exhaust gas of an incineration plant with and without a downstream catalytic converter unit according to the different particle size distributions 1 ,

1 zeigt in einer schematischen stark vereinfachten Darstellung eine als Dieselmotor 1 ausgestaltete Verbrennungsanlage 1, in deren Abgasstrang ein Abgasrohr 7 und eine in das Abgasrohr 7 geschalteten Katalysatoreinheit 9 aufweist. In Strömungsrichtung des Abgases A der Katalysatoreinheit 5 nachgeordnet ist eine Messeinrichtung 11 vorgesehen. Im Betrieb des Dieselmotors 1 werden neben Stickoxiden auch Partikel 3 emittiert. Die Partikelgrößenverteilung f der in dem Abgas A aus der Verbrennungsanlage 1 enthaltenen Partikel 3 kann mit der Messeinrichtung 11 bestimmt werden. Die Katalysatoreinheit 5 umfasst einen Entstickungskatalysator 9, der nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion arbeitet. Hierzu ist dem Entstickungskatalysator 9 in Strömungsrichtung des Abgases eine Eindüseinrichtung 10 für ein Reduktionsmittel R vorgeschaltet. Der Entstickungskatalysator 9 ist als Vollextrudat auf Keramikbasis aufgebaut und weist wabenförmige Kanäle auf, durch die das Abgas A strömt, und die aus einem katalytisch aktiven Material bestehen. Im optionalen Betrieb des SCR-Katalysators erfolgt eine Reduzierung der im Abgas A enthaltenen Stickoxide nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion. Hierzu ist das Reduktionsmittel R erforderlich. Als solches wird Ammoniak verwendet. Da dieses sich nur unter Aufwand in einem Kraftfahrzeug bevorraten lässt, wird das Ammoniak während des Betriebs aus einer Harnstofflösung gewonnen. Diese Harnstofflösung wird über eine Eindüsvorrichtung 10 in das Abgas A eingedüst, und zwar in Strömungsrichtung gesehen vor dem Katalysator 9. 1 shows a schematic, highly simplified illustration of a combustion system 1 designed as a diesel engine 1, in the exhaust gas line of which has an exhaust pipe 7 and a catalytic converter unit 9 connected into the exhaust pipe 7. A measuring device 11 is provided downstream of the exhaust gas A of the catalyst unit 5. In operation of the diesel engine 1, particles 3 are also emitted in addition to nitrogen oxides. The particle size distribution f of the particles 3 contained in the exhaust gas A from the combustion system 1 can be determined using the measuring device 11. The catalyst unit 5 comprises a denitrification catalyst 9, which works according to the selective catalytic reduction method. For this purpose, an injection device 10 for a reducing agent R is connected upstream of the denitrification catalytic converter 9 in the flow direction of the exhaust gas. The denitrification catalyst 9 is constructed as a full extrudate on a ceramic basis and has honeycomb-shaped channels through which the exhaust gas A flows and which consist of a catalytically active material. In the optional operation of the SCR catalytic converter, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas A are reduced by the selective catalytic reduction method. The reducing agent R is required for this. As such, ammonia is used. Since this can only be stored in a motor vehicle at great expense, the ammonia is obtained from a urea solution during operation. This urea solution is injected into the exhaust gas A via an injection device 10, namely in front of the catalytic converter 9 as seen in the direction of flow.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der in 1 gezeigten Anordnung ist, dass der Katalysator 9 zugleich auch als Oxidationskatalysator ausgebildet ist und zur Umsetzung, d.h. Oxidation, der Partikel 3 im Abgas geeignet ist. Zur Reinigung des Abgases A des Dieselmotors 1 von den im Abgas enthaltenen Partikeln 3 werden diese in der dem Dieselmotor 1 nachge schalteten Katalysatoreinheit 5 oxidiert. Zusätzlich kann optional die Eindüsevorrichtung 10 aktiviert und somit über den oben beschriebenen SCR-Prozess die Stickoxide aus dem Abgas A entfernt werden.An essential aspect of the in 1 The arrangement shown is that the catalytic converter 9 is also designed as an oxidation catalytic converter and is suitable for converting, ie oxidizing, the particles 3 in the exhaust gas. To clean the exhaust gas A of the diesel engine 1 from the particles 3 contained in the exhaust gas, these are oxidized in the catalyst unit 5 connected downstream of the diesel engine 1. In addition, the injection device 10 can optionally be activated and the nitrogen oxides can thus be removed from the exhaust gas A via the SCR process described above.

Gemäß der Konzeption der Erfindung wird zum Reinigen des Abgases A des Dieselmotors 1 von den im Abgas A enthaltenen Partikeln 3 die Partikelgrößenverteilung f gezielt eingestellt, um ein möglichst gutes Reinigungsergebnis zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass die Partikelgrößenverteilung f signifikant von motorseitig einstellbaren Parametern P abhängt. Im Falle eines Dieselmotors 1 ist beispielsweise der Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) ein möglicher Parameter P , der die Partikelgrößenverteilung f beeinflusst. Dieser wird gezielt so eingestellt, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas A erreicht wird. Die Einstellung oder Voreinstellung des oder der die Partikelgrößenverteilung f beeinflussenden Parameter P des Dieselmotors 1 erfolgt für einen jeweiligen Betriebszustand des Motors. Somit kann für jeden Betriebszustand eine optimale Adaption des Motors im Hinblick auf eine für den nachgeschalteten Reinigungsprozess günstige Partikelgrößenverteilung f vorgenommen werden. Dabei ist insbesondere eine Adaption an eine jeweilige abgasseitig dem Dieselmotor 1 üblicherweise nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für die Partikel möglich. Im vorliegenden Fall erfolgt vorab diese „Konfektionierung" der Partikelgrößenverteilung f im Hinblick auf einen möglichst effizienten Abbau der Partikel 3 durch den Oxidationsprozessen in der Katalysatoreinheit 5.According to the concept of the invention, for cleaning the exhaust gas A of the diesel engine 1 from the particles 3 contained in the exhaust gas A, the particle size distribution f is set in a targeted manner in order to achieve the best possible cleaning result. It has been shown that the particle size distribution f depends significantly on parameters P that can be set on the motor side. In the case of a diesel engine 1, the injection point in time (crank angle α kw ), for example, is a possible parameter P that influences the particle size distribution f. This is specifically set so that a favorable reduction in the number of particles from the exhaust gas A is achieved. The setting or presetting of the parameter P (s) of the diesel engine 1 influencing the particle size distribution f takes place for a respective operating state of the engine. This means that the motor can be optimally adapted for each operating state with regard to a particle size distribution f that is favorable for the downstream cleaning process. In particular, an adaptation to a respective cleaning device for the particles, which is usually connected downstream of the diesel engine 1, is possible. In the present case, this “preparation” of the particle size distribution f takes place beforehand with a view to the most efficient possible degradation of the particles 3 by the oxidation processes in the catalyst unit 5.

In 2 sind beispielhaft die Messergebnisse der Partikelgrößenverteilung f für verschiedene Einstellungen des Einspritzzeitpunktes (Kurbelwinkel αkw) sowie mit und ohne Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 im Abgasstrang des Dieselmotors 1 gezeigt. Dabei ist exemplarisch der im Motorenbau bekannte Betriebszustand B25 eines Dieselmotors 1 untersucht worden. Auf der x-Achse des in 2 dargestellten Diagramms ist die Partikelgröße der aus dem Dieselmotor 1 emittierten Partikel 3 in Einheiten von Nanometern in logarithmischer Auftragung dargestellt. Auf der y-Achse ist die einer bestimmten Partikelgröße zugeordnete Partikelanzahlkonzentration (Partikel in Anzahl pro cm3) aufgetragen. Die in dem Diagramm als durchgezogene Linie dargestellten Messkurven f1, f2 und f3 entsprechen Partikelgrößenverteilungen f bei unterschiedlichem Einspritzzeitpunkten (Kurbelwinkel αkw), wobei keine Katalysatoreinheit 5 zum Abbau der Partikel 3 aktiviert bzw. im Abgasrohr 7 eingebaut war. Demgegenüber zeigen die als gestrichelte Linie dargestellten Messkurven f1', f2' sowie f3' die entsprechenden Ergebnisse bei zugeschalteter Katalysatoreinheit 5. Bei diesen Messbedingungen wurde das Abgas A von Partikeln 3 infolge der Oxidation der Partikel 3 an der Katalysatoreinheit 5 gereinigt. Dies ist daran zu erkennen, dass die entsprechenden Messkurven f1', f2' und f3' deutlich erniedrigte Partikelanzahlkonzentration zeigen. Ein überraschender Befund dieser Untersuchung war jedoch, dass die Reinigungseffizienz von der jeweils über den Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) einstellbaren Partikelgrößenverteilung f abhängt. In vorliegendem Fall wird bei einem Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) von 18° das beste Ergebnis erzielt. Wie eine Betrachtung der Messkurven f3 und f3' im Vergleich zu den Messkurven bei einer der anderen Einstellungen des Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkels αkw) zeigt, ist einerseits die Abnahme der Partikelanzahl bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 am größten und andererseits zugleich auch eine minimale Anzahl verbleibender nicht abgebauter Partikel 3 im Abgas A erreicht.In 2 The measurement results of the particle size distribution f for various settings of the injection point in time (crank angle α kw ) and with and without connection of the catalyst unit 5 in the exhaust system of the diesel engine 1 are shown as examples. The operating state B25 of a diesel engine 1 known in engine construction has been examined as an example. On the x axis of the in 2 The diagram shown shows the particle size of the particles 3 emitted from the diesel engine 1 in units of nanometers in logarithmic plots. The particle number concentration (number of particles per cm 3 ) assigned to a specific particle size is plotted on the y-axis. The measurement curves f 1 , f 2 and f 3 shown as a solid line in the diagram correspond to particle size distributions f at different injection times (crank angle α kw ), wherein no catalyst unit 5 for activating the particles 3 was activated or installed in the exhaust pipe 7. In contrast, the measurement curves f 1 ', f 2 ' and f 3 'shown as dashed lines show the corresponding results when the catalyst unit 5 is switched on. Under these measurement conditions, the exhaust gas A was cleaned of particles 3 as a result of the oxidation of the particles 3 on the catalyst unit 5. This can be seen from the fact that the corresponding measurement curves f 1 ', f 2 ' and f 3 'show a significantly reduced particle number concentration. A surprising finding of this investigation was, however, that the cleaning efficiency depends on the particle size distribution f which can be set in each case via the injection timing (crank angle α kw ). In the present case, the best result is achieved at an injection point in time (crank angle α kw ) of 18 °. As a look at the measurement curves f 3 and f 3 'in comparison to the measurement curves at one of the other settings of the injection timing (crank angle α kw ) shows, the decrease in the number of particles when the catalytic converter unit 5 is switched on is on the one hand the greatest and on the other hand also a minimal number remaining undegraded particle 3 in exhaust gas A is reached.

Daher ist unter den gezeigten Messkurven f1, f2 und f3 die Partikelgrößenverteilung f3 im Hinblick auf einen maximalen Reinigungseffekt am günstigsten eingestellt, zumindest für den betrachteten Betriebszustand B25. Andere Betriebszustände des Dieselmotors 1 können auf diese Weise sehr leicht im Hinblick auf eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas A optimiert werden, indem ein die Partikelgrößen verteilung f beeinflussender Parameter P des Motors 1 gezielt eingestellt wird.Therefore, among the measurement curves f 1 , f 2 and f 3 shown, the particle size distribution f 3 is set most favorably with regard to a maximum cleaning effect, at least for the operating state B25 under consideration. Other operating states of the diesel engine 1 can be very easily optimized in this way with a view to a favorable reduction in the number of particles from the exhaust gas A by specifically setting a parameter P of the engine 1 which influences the particle size distribution f.

In 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches die Gesamt-Partikelemission in mg/kWh jeweils für die in der 2 gezeigten Messkurven f1, f2, f3 ohne Katalysatoreinheit 5 zeigt, sowie die entsprechenden Messergebnisse f1', f2', f3' bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 zum oxidativen Abbau der Partikel 3 im Abgas A (siehe auch 1). Wie bereits aus 2 ersichtlich besteht eine Abhängigkeit des Reinigungsergebnisses von der jeweils eingestellten Partikelgrößenverteilung f. Die günstigste Einstellung wird bei einem Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) von 18° erreicht. Dieser führt zu einer Partikelgrößenverteilung f3 im Rohabgas mit im Vergleich zu den anderen Einstellungen geringster Gesamt-Partikelemission in mg/kWh. Mit der Partikelgrößenverteilung f3 wird aber auch das beste Reinigungseffizienz erzielt. Bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 zur Oxidation der Partikel 3 in dem Abgas A führt dies zu einer Abnahme ΔPM von etwa 70%, zugleich ist mit dieser Einstellung die geringste Gesamt-Partikelemission von ca. 50 mg/kWh erreicht.In 3 is a diagram showing the total particle emission in mg / kWh for each in the 2 shown measurement curves f 1 , f 2 , f 3 without catalyst unit 5, and the corresponding measurement results f 1 ', f 2 ', f 3 'when the catalyst unit 5 is switched on for the oxidative degradation of the particles 3 in the exhaust gas A (see also 1 ). As already out 2 there is evidently a dependence of the cleaning result on the particle size distribution f that is set in each case. The most favorable setting is achieved at an injection point in time (crank angle α kw ) of 18 °. This leads to a particle size distribution f 3 in the raw exhaust gas with the lowest total particle emission in mg / kWh compared to the other settings. With the particle size distribution f 3 , however, the best cleaning efficiency is also achieved. In activation of the catalyst unit 5 for the oxidation of the particles 3 in the exhaust gas A, this leads to a decrease Δ PM by about 70%, at the same time is achieved with this setting, the lowest total particulate emissions of ca. 50 mg / kWh.

Mit der Erfindung wird erstmals zum Reinigen eines Abgases A von in dem Abgas A enthaltenen Partikeln 3 die Partikelgrößenverteilung f berücksichtigt und gezielt im Hinblick auf ein günstiges Reinigungsergebnis eingestellt. Die Einstellung erfolgt dabei vorzugsweise anlagenseitig an der Verbrennungsanlage 1, z.B. motorseitig bei einem Dieselmotor. Von besonderem Vorteil erweist sich diese gemäß der Erfindung erstmals vorgeschlagene Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung in einer Kombination mit einer SCR-Einrichtung zur Entfernung von Stickoxiden unter Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal der Verbrennungsanlage 1.With the invention, the particle size distribution f is taken into account for the first time for cleaning an exhaust gas A from particles 3 contained in the exhaust gas A and is specifically adjusted with a view to a favorable cleaning result. The setting is preferably carried out on the system side on the combustion system 1, for example on the engine side in the case of a diesel engine. This proves to be particularly advantageous In accordance with the invention, the particle size distribution is proposed for the first time in a combination with an SCR device for removing nitrogen oxides while injecting a reducing agent into the exhaust duct of the incineration plant 1.

Im Einzelnen konnte damit gezeigt werden, dass Partikel 3 mit entsprechend konfektionierter, d.h. voreingestellter Partikelgröße besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer Kata- lysatoreinheit 5 geeignet sind, um mit einem katalytisch unterstützenden oxidativen Prozess verringert zu werden. Der Einsatz der Katalysatoreinheit 5 bewirkt beispielsweise ca. 70% Reduktion der Gesamt-Partikelemission im Betriebszustand B25 eines Dieselmotors gegenüber der Rohabgasemission der Abgasnorm EURO 3. Die Partikelanzahl wird durch die Katalysatoreinheit 5 sogar um mehr als 85% abgesenkt. Überdies kann durch die motorseitigen Maßnahmen zur Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung f ein verringerter Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Eine evtl. in Kauf zu nehmende NOx-Entwicklung ist durch alternative weitere Maßnahmen zum SCR-Verfahren, wie Abgasrückführung (AGR) etc. anzupassen, die dabei nicht entscheidend auf die Partikelgrößenverteilung f Einfluss nehmen sollen.In detail, it could be shown that particles 3 with a suitably assembled, ie preset particle size are particularly advantageously suitable in connection with a catalyst unit 5 in order to be reduced with a catalytically supportive oxidative process. The use of the catalyst unit 5, for example, brings about a 70% reduction in the total particle emission in operating state B25 of a diesel engine compared to the raw exhaust gas emission of the EURO 3 exhaust gas standard. The number of particles is even reduced by more than 85% by the catalyst unit 5. In addition, the engine-side measures to influence the particle size distribution f can reduce fuel consumption. Any NO x development that may have to be accepted must be adapted by means of alternative measures to the SCR process, such as exhaust gas recirculation (EGR) etc., which should not have a decisive influence on the particle size distribution f.

Claims (8)

Verfahren zum Reinigen eines Abgases (A) einer Verbrennungsanlage (1) von im Abgas (A) enthaltenen Partikeln (3), bei dem die Partikelgrößenverteilung (f) gezielt eingestellt wird.Process for cleaning an exhaust gas (A) from an incinerator (1) of particles (3) contained in the exhaust gas (A), in which the particle size distribution (f) is set specifically. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Partikel (3) in einer der Verbrennungsanlage (1) nachgeschalteten Katalysatoreinheit (5) oxidiert werden.The method of claim 1, wherein the particles (3) in one of the Incinerator (1) downstream catalyst unit (5) oxidized become. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein die Partikelgrößenverteilung (f) beeinflussender Parameter (P) der Verbrennungsanlage (1) gezielt so eingestellt wird, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas (A) erreicht wird.Method according to one of claims 1 or 2, wherein a die Particle size distribution (f) influencing parameters (P) of the incinerator (1) specifically is set to be a cheap one Reduction in the number of particles from the exhaust gas (A) is achieved. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei für einen jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungsanlage (1) die Einstellung angepasst wird.Method according to one of claims 1, 2 or 3, wherein for one the respective operating state of the incinerator (1) the setting is adjusted. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Katalysatoreinheit (5) in einer in Strömungsrichtung des Abgases (A) der Verbrennungsanlage (1) nachgeschalteten Schalldämpfungseinrichtung untergebracht wird.Method according to one of claims 2 to 4, wherein the catalyst unit (5) in a flow direction of the exhaust gas (A) of the incinerator (1) downstream sound attenuation device is housed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Abgas (A) enthaltene Stickoxide in einem Entstickungskatalysator (5) nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion reduziert werden, wobei ein Reduktionsmittel (R) in das Abgas (A) eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein nitrogen oxides contained in the exhaust gas (A) in a denitrification catalyst (5) reduced by the selective catalytic reduction method are, wherein a reducing agent (R) is introduced into the exhaust gas (A) becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses bei einer als Dieselmotor ausgestalteten Verbrennungsanlage (1) eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein this in a combustion system designed as a diesel engine (1) is used. Verfahren nach Anspruch 6, wobei des Einspritzzeitpunkts über den Kurbelwinkel (αkw) als ein die Partikelgrößenverteilung (f) beeinflussender Parameter (P) eingestellt wird.Method according to Claim 6, the injection time being set via the crank angle (α kw ) as a parameter (P) influencing the particle size distribution (f).
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