DE102006025679A1 - Exhaust system for an internal combustion engine and method for the regeneration of an exhaust gas purification system - Google Patents
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Abstract
Eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine hat wenigstens ein Abgasreinigungssystem (12) und eine Verdampfungseinheit (20), mittels der eine oxidierbare Flüssigkeit verdampft und in den Abgasstrom stromaufwärts des Abgasreinigungssystems (12) eingebracht werden kann, wobei die Verdampfungseinheit (20) ein in einer Kammer (22) angeordnetes Heizelement (24) aufweist. Der Verdampfungseinheit (20) ist eine nach dem Durchlauferhitzerprinzip arbeitende Vorheizeinrichtung (28) für die Flüssigkeit vorgeschaltet, die die Flüssigkeit bedarfsweise vorheizt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems (12) in einer Abgasanlage (10) einer Verbrennungskraftmaschine vorgestellt.An exhaust system for an internal combustion engine has at least one exhaust gas purification system (12) and an evaporation unit (20) by means of which an oxidizable liquid can be vaporized and introduced into the exhaust stream upstream of the exhaust gas purification system (12), the evaporation unit (20) being arranged in a chamber (FIG. 22) arranged heating element (24). The evaporation unit (20) is preceded by a water heater principle preheating device (28) upstream of the liquid, which preheats the liquid, if necessary. Furthermore, a method for the regeneration of an exhaust gas purification system (12) in an exhaust system (10) of an internal combustion engine is presented.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Abgasreinigungssystem und einer Verdampfungseinheit, mittels der eine oxidierbare Flüssigkeit verdampft und in den Abgasstrom stromaufwärts des Abgasreinigungssystems eingebracht werden kann, wobei die Verdampfungseinheit ein in einer Kammer angeordnetes Heizelement aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine. Abgasreinigungssysteme im Sinne der Erfindung sind insbesondere Partikelfilter und NOx-Speicherkatalysatoren.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, comprising at least one exhaust gas purification system and an evaporation unit, by means of which an oxidizable liquid can be vaporized and introduced into the exhaust gas stream upstream of the exhaust gas purification system, the evaporation unit having a heating element arranged in a chamber. Furthermore, the invention relates to a method for regeneration of an exhaust gas purification system in an exhaust system of an internal combustion engine. Exhaust gas purification systems according to the invention are, in particular particulate filter and NO x storage catalytic converters.
Eine
gattungsgemäße Abgasanlage
ist aus der
Wie sich herausgestellt hat, ist eine vergleichsweise große elektrische Energie nötig, um Kraftstoff mit Hilfe einer Glühkerze zu verdampfen, wobei etwa 60 % dieser Energie bereits dazu benötigt werden, den Kraftstoff von Umgebungstemperatur auf Siedetemperatur zu bringen. Wird der Kraftstoff nicht vollständig verdampft, so gelangt eine Mischung aus flüssigem und dampfförmigen Kraftstoff in den Abgasstrom, die unter Umständen im Abgas nicht vollständig nachverdampft wird und sich daher nicht zufriedenstellend mit diesem vermischen kann, wodurch die Regeneration des Abgasreinigungssystems längerwierig oder unvollständig sein kann.As has turned out is a comparatively large electrical Energy needed, to fuel with the help of a glow plug evaporate, with about 60% of this energy already needed, bring the fuel from ambient to boiling temperature. The fuel is not complete evaporated, so enters a mixture of liquid and vapor fuel in the exhaust flow, which may be not completely evaporated in the exhaust gas will not mix satisfactorily with it can, whereby the regeneration of the exhaust gas purification system takes longer or incomplete can be.
Eine
in der
Die Regeneration eines Partikelfilters findet ungefähr alle 500 km statt. In der Zwischenzeit befindet sich die oxidierbare Flüssigkeit, insbesondere Dieselkraftstoff, in der Vorwärmstufe und ändert hierbei möglicherweise ihre Eigenschaften (sog. Alterung der Flüssigkeit, insbesondere bei Dieselkraftstoff), wodurch die Vorwärmstufe verunreinigt werden könnte.The Regeneration of a particulate filter takes place approximately every 500 km. In the Meanwhile, there is the oxidizable liquid, especially diesel fuel, in the preheating stage and changes this may be their properties (so-called aging of the liquid, especially at Diesel fuel), which could contaminate the preheat stage.
Die Erfindung schafft eine Abgasanlage bzw. ein Verfahren zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems, bei dem eine oxidierbare Flüssigkeit zuverlässig verdampft und in den Abgasstrom eingebracht wird.The The invention provides an exhaust system or a method for regeneration an exhaust gas purification system in which an oxidizable liquid evaporates reliably and is introduced into the exhaust stream.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Abgasanlage der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Verdampfungseinheit eine nach dem Durchlauferhitzerprinzip arbeitende Vorheizeinrichtung für die Flüssigkeit vorgeschaltet ist, die die Flüssigkeit bedarfsweise vorheizt. Durch die Erfindung wird die Energiemenge zur Verdampfung nicht nur durch die Verdampfungseinheit bereitgestellt, die meist eine geringe Durchströmstrecke für die Kraftstofferwärmung hat. Aufgrund des Durchlauferhitzerprinzips wird vor der Verdampfungseinheit nur die notwendige Energiemenge kurzfristig bereitgestellt, die die Verdampfungseinheit nicht aufbringen kann. Die Vorheizeinrichtung ist vorzugsweise räumlich von der Verdampfungseinheit getrennt und über eine Leitung strömungsmäßig mit dieser verbunden. Es wird also nicht eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge in einer Vorwärmstufe zwischengespeichert und über längere Zeit vorgewärmt, sondern die Flüssigkeit wird lediglich bei Bedarf, nämlich wenn eine Regeneration ansteht, nach dem Prinzip eines Durchlauferhitzers erwärmt. Dadurch gelangt die Flüssigkeit bereits mit einer hohen Temperatur in die Verdampfungseinheit, der dann nur noch eine relativ geringe Energiemenge zugeführt werden muß, um die Flüssigkeit vollständig zu verdampfen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Verunreinigung der Vorheizeinrichtung weitestgehend verhindert, da die Flüssigkeit nur während der Regenerationsphase (vor)geheizt wird. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch aus.According to the invention this is in an exhaust system of the type mentioned achieved in that the evaporation unit a pre-heater operating on the instantaneous water heater principle for the liquid upstream of the liquid as needed preheats. By the invention, the amount of energy for evaporation not just provided by the evaporation unit, mostly a small flow path for the Fuel heating Has. Due to the water heater principle, before the evaporation unit provided only the necessary amount of energy at short notice, the the evaporation unit can not apply. The preheater is preferably spatial separated from the evaporation unit and fluidly via a line with this connected. So it does not become a predetermined amount of liquid in a preheating stage cached and over longer time preheated but the liquid is only when needed, namely if a regeneration is due, according to the principle of a water heater heated. This will get the liquid already with a high temperature in the evaporation unit, the then only a relatively small amount of energy can be supplied must, um the liquid completely closed evaporate. Due to the embodiment of the invention is a Contamination of the preheater largely prevented there the liquid only during the regeneration phase (before) is heated. In addition, stands out the inventive solution by a comparatively low energy consumption.
Die Vorheizeinrichtung sollte thermisch vom Abgasstrom getrennt sein, sie wird also nicht durch diesen aufgewärmt, da eine ständige Erwärmung durch das heiße Abgas ebenfalls, z.B. wegen der sog. Alterung der Flüssigkeit, zu einer Verunreinigung der Vorheizeinrichtung führen könnte. Außerdem ist der Einsatz der Vorheizeinrichtung ja gerade dann vorteilhaft, wenn der Abgasstrom kalt ist.The Preheater should be thermally separated from the exhaust stream, So it will not be warmed up by this, as a constant warming through the hot Exhaust also, e.g. because of the so-called aging of the liquid, could lead to contamination of the preheater. Moreover, the use of the Vorheizeinrichtung yes just then advantageous if the exhaust stream is cold.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der Vorheizeinrichtung um eine elektrische Vorheizeinrichtung. Diese läßt sich besonders einfach steuern.According to one preferred embodiment is in the preheater to an electric preheater. This can be controlled very easily.
Hierzu kann eine Steuereinheit für die Vorheizeinrichtung vorgesehen sein, die die der Flüssigkeit zugeführte Wärmeenergiemenge steuert, im Falle einer elektrischen Vorheizeinrichtung einfach durch entsprechende Steuerung einer Stromversorgung.For this can be a control unit for the preheating device may be provided, that of the liquid supplied Amount of heat energy controls, in the case of an electrical preheater by simply appropriate control of a power supply.
Eine besonders einfache Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß es sich bei der Vorheizeinrichtung um eine beheizte Rohrleitung bzw. Schlauchleitung handelt. Diese bietet einen vergleichsweise langen Strömungsweg für die zu beheizende Flüssigkeit, wodurch eine große Wärmemenge von der Flüssigkeit aufgenommen wird.A particularly simple embodiment he is characterized in that it is the preheater to a heated pipe or hose. This provides a comparatively long flow path for the liquid to be heated, whereby a large amount of heat is absorbed by the liquid.
Vorzugsweise ist die Rohr- bzw. Schlauchleitung mit einem Heizdraht umwickelt, der an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.Preferably the pipe or hose is wrapped with a heating wire, which is connected to a voltage source.
Um den Platzbedarf möglichst gering zu halten, ist die Rohrleitung gewendelt. Auch eine Ringleitung ist in diesem Zusammenhang möglich.Around the space required low, the pipe is coiled. Also a ring line is possible in this context.
Alternativ kann sich die Rohrleitung als im wesentlichen ungebogenes Rohr von einem Tank zur Kammer erstrecken. Auf diese Weise ist die Vorheizeinrichtung an das verfügbare Platzangebot anpaßbar.alternative The tubing may be considered a substantially unbent tube of extend a tank to the chamber. In this way, the preheater to the available Space adaptable.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der oxidierbaren Flüssigkeit um Kraftstoff, insbesondere um Dieselkraftstoff.As already mentioned, If the oxidizable liquid is fuel, in particular to Diesel fuel.
Das Abgasreinigungssystem umfaßt vorzugsweise einen Partikelfilter, insbesondere mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator, wobei in letzterem der oxidierbare Dampf umgewandelt wird, um das Abgas anzuheizen.The Exhaust gas purification system includes preferably a particle filter, in particular with upstream Oxidation catalyst, in the latter case the oxidizable vapor is converted to heat the exhaust.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Regeneration eines Abgasreinigungssystems in einer Abgasanlage vorgesehen, wie sie bereits beschrieben wurde. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Nachdem ein Regenerationserfordernis festgestellt wurde, wird die Flüssigkeit mittels des Durchlauferhitzerprinzips in der Vorheizeinrichtung und anschließend in der Verdampfungseinheit bis zur Verdampfung erwärmt. Schließlich wird der erzeugte Dampf in den Abgasstrom eingebracht, um das Abgasreinigungssystem zu regenerieren.According to one second aspect of the invention is a method for regeneration an exhaust purification system provided in an exhaust system, such as she has already been described. The method has the following Steps to: After a regeneration requirement is detected became, becomes the liquid by means of the flow heater principle in the preheater and subsequently heated in the evaporation unit to evaporation. Finally will the generated steam is introduced into the exhaust stream to the exhaust gas purification system regenerate.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of two preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In this shows:
Der
Verdampfungseinheit
Wird
nun ein Regenerationserfordernis des Abgasreinigungssystems
Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
also durch die Vorheizeinrichtung
Bei
niedriger Umgebungstemperatur wird auch ein Einfrieren der Rohrleitung
Das schnelle und möglichst feine Verteilen des Dampfes in der Rohrleitung wird bei der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß aufgrund des geringen Partialdrucks des Dampfes eine Auskondensation der Flüssigkeit vermieden wird. Der Partialdruck des Dampfes, insbesondere bei Verwendung von Dieseldampf, ist deshalb sehr gering, weil der Dampfanteil am Gesamtabgasmassenstrom sehr gering ist. Dadurch sinkt auch die Dampf-/Kondensationstemperatur weit unter die bekannte Temperaturspanne des Diesels (180 bis 380°C) auf unter 100°C.The fast and possible Fine distribution of the steam in the pipeline is in the invention especially achieved by virtue of the low partial pressure of the vapor, a condensation of the liquid is avoided. The partial pressure of the vapor, especially when using Diesel steam, therefore, is very low, because the vapor content of the total exhaust gas mass flow is very low. This also reduces the steam / condensation temperature far below the known temperature range of the diesel (180 to 380 ° C) to below 100 ° C.
- 1010
- Abgasanlageexhaust system
- 1212
- Abgasreinigungssystememission Control system
- 1414
- Partikelfilterparticulate Filter
- 1616
- Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
- 1818
- Leitungsabschnittline section
- 2020
- VerdampfungseinheitEvaporation unit
- 2222
- Kammerchamber
- 2424
- Heizelementheating element
- 2626
- Flüssigkeitsleitungliquid line
- 2828
- Vorheizeinrichtungpreheater
- 3030
- Rohrleitungpipeline
- 3232
- Heizdrahtheating wire
- 3434
- Steuereinheitcontrol unit
- 3636
- Tanktank
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