DE102006060471A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasstrang (2), in dem zur Behandlung der von der Brennkraftmaschine kommenden Abgase eine Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter, angeordnet ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung der Abgase im Abgasstrang (2) angeordnet ist, die an eine Kraftstoffversorgung (5) und an eine Primär- und Sekundärluft (7, 8) erzeugende Luftversorgung (6) angeschlossen ist, und dass die Vorrichtung (1) eine Voroxidationszone (3) und eine dazu stromab gelegene Nachoxidationszone (4) aufweist, wobei die Voroxidationszone (3) zur Versorgung mit flüssigem Kraftstoff an die Kraftstoffversorgung (5) und zur Versorgung mit Primärluft (7) an die Luftversorgung (6) angeschlossen ist, während die Nachoxidationszone (4) zur Versorgung mit Sekundärluft (8) an die Luftversorgung (6) angeschlossen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erwärmen von Abgasen in einer Abgasanlage.
- Eine derartige Abgasanlage umfasst üblicherweise einen Abgasstrang, in welchem zumindest eine Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter, zur Behandlung der von der Brennkraftmaschine kommenden Abgase angeordnet ist.
- Nach einer längeren Stillstandszeit bedarf es beim Starten der Brennkraftmaschine während der sogenannten Kaltstartphase eine gewisse Zeit, bis die im Abgasstrang angeordneten Komponenten, wie beispielsweise die Abgasbehandlungseinrichtung, ihre Betriebstemperatur aufweisen. Während der Kaltstartphase, also in der Zeit, in welcher die Abgasbehandlungseinrichtung noch nicht ihre Betriebstemperatur aufweist, erfolgt ein erhöhter Schadstoffausstoß, da die reinigende Wirkung der Abgasbehandlungseinrichtung erst bei Er reichen der Betriebstemperatur erreicht werden kann. Insbesondere eine als Oxidationskatalysator ausgebildete Abgasbehandlungseinrichtung zeigt unterhalb ihrer Betriebstemperatur keine oder nur eine deutlich reduzierte Oxidationswirkung für unverbrannte oder nicht vollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe. Um die Schadstoffemission auch während der Kaltstartphase möglichst gering halten zu können, und damit immer strenger werdenden Umweltschutzbedingungen gerecht werden zu können, ist es wünschenswert, die Kaltstartphase der Brennkraftmaschine möglichst kurz auszugestalten.
- Aus der
DE 10 2004 048 335 A1 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug bekannt, welche einen Abgasstrang und einen in diesem angeordneten Oxidationskatalysator aufweist. Stromauf des Oxidationskatalysators ist eine Pre-Oxidationseinheit im Abgasstrang angeordnet, die an eine Sekundär-Kraftstoffversorgung angeschlossen und so ausgestaltet ist, dass sie in einem Katalysatoraufheizbetrieb den zugeführten Sekundärkraftstoff in Verbindung mit einem Oxidator vorzugsweise vollständig oxidiert. Hierdurch soll insbesondere die Kaltstartphase der Brennkraftmaschine verkürzt werden. - Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abgasanlage der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine verkürzte Kaltstartphase auszeichnet.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung im Abgasstrang eine Vorrichtung zur Erwärmung der Abgase anzuordnen, welche an eine Kraftstoffversorgung und an eine, Primär- und Sekundärluft erzeugende Luftversorgung angeschlossen ist. Die Vorrichtung weist dabei eine Voroxidationszone und eine dazu stromab legende Nachoxidationszone auf, wobei die Voroxidationszone zur Versorgung mit flüssigen Kraftstoff an die Kraftstoffversorgung und zur Versorgung mit Primärluft an die Luftversorgung angeschlossen ist und dadurch eine Oxidation des Kraftstoff-Primärluftgemisches bewirken kann. Die Nachoxidationszone ist hingegen zur Versorgung mit Sekundärluft an die Luftversorgung angeschlossen und trägt dazu bei, nicht oxidierte Bestandteile des Gemisches aus Primärluft und Kraftstoff aus der Voroxidationszone in der Nachoxidationszone vorzugsweise vollständig zu oxidieren. In der Voroxidationszone erfolgt eine zumindest teilweise Oxidation des zudosierten Kraftstoffes mit der zudosierten Primärluft, während in der Nachoxidationszone mit Hilfe der zudosierten Sekundärluft eine weitere Oxidation des Gemisches erfolgen kann. Die Oxidation des Kraftstoffluftgemisches bewirkt eine effektive Erwärmung der Abgase und damit eine signifikante Verkürzung der Kaltstartphase. Dadurch erreicht die Abgasbehandlungseinrichtung schneller ihre erforderliche Betriebs temperatur, wodurch ein erhöhter Schadstoffausstoß in der Kaltstartphase reduziert werden kann.
- Zweckmäßig ist zwischen der Voroxidationszone und der Nachoxidationszone eine poröse, durchströmbare Struktur angeordnet, welche so ausgebildet ist, dass sie einen Tröpfchendurchschlag von Kraftstoff in die Nachoxidationszone verhindert und ein Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft und Oxidationsprodukten homogenisiert. Durch den beschriebenen Aufbau mit Voroxidationszone, poröser, durchströmbarer Struktur und Nachoxidationszone kann erreicht werden, dass die Hauptoxidation vorzugsweise stromab der porösen Struktur erfolgt. Dadurch wird auch die Hauptoxidationswärme stromab der porösen Struktur erzeugt bzw. frei, wodurch die poröse Struktur während des Betriebes der Vorrichtung insgesamt eine geringere Temperatur aufweist, was die Dauerhaltbarkeit positiv beeinflusst. Durch eine geringere Primärluftmenge wird aus der porösen Struktur darüber hinaus weniger Wärme abgeführt, was sich insbesondere beim Kaltstart positiv auf ein emissionsarmes Startverhalten auswirkt. Ebenso wird durch die geringere Primärluftmenge auch an einem Glühstift einer Zündeinrichtung in der Voroxidationszone weniger Wärme abgeführt, wodurch der Glühstift ein besseres und schnelleres Zündverhalten aufweist.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist im Bereich einer Gehäusewand der Vorrichtung ein Sekundärluftkanal angeordnet, welcher die Voroxidationszone und die poröse Struktur ringförmig umgibt. Durch diesen Spalt zwischen einer Außenwand und einer Innenwand der Vorrichtung ergibt sich beim Betrieb der Vorrichtung eine insgesamt geringere Temperatur der Außenwand, was sich vorteilhaft hinsichtlich einer Temperaturbelastung der, die Vorrichtung umgebenden Bauteile, ergibt. Darüber hinaus kann durch den Sekundärluftkanal eine wirksame Reduzierung der Temperatur einer Innenwand der Vorrichtung erreicht werden, wodurch deren thermische Belastung abgesenkt werden kann.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die poröse Struktur zumindest eines der folgenden Materialien und/oder zumindest eine der folgenden Formen auf: Metallisches oder keramischen Vlies, metallischer oder keramischer Schaum, Wabenmonolith, metallisches oder keramisches Fasergestrick, Streckmetall, metallische Struktur mit einer keramischen Beschichtung, metallische oder keramische Struktur mit einer katalytischen Beschichtung. Dabei ist vorzugsweise eine Porosität der durchströmbaren Struktur so gewählt, dass der Druckverlust bei der Durchströmung einerseits nicht zu groß wird, andererseits der Druckverlust aber ausreichend groß ist, um eine gute Vergleichmäßigung bzw. Durchmischung des Gemisches aus Primärluft, Kraftstoff und Oxidationsprodukten bei der Durchströmung durch die poröse Struktur zu bewirken. Dabei ist die Porengröße und die Porosität der porösen Struktur so gewählt, dass ein Tröpfchendurchschlag von unverdampften Kraftstofftröpfchen wirkungsvoll unterbunden werden kann. Beispiele für eine geeignete aktive katalytische Beschichtung sind beispielsweise aufgebrachte Komponenten wie Pla tin, Palladium, Rhodium, Rhutenium oder weitere Edelmetalle. Durch die gezielte Wahl der aktiven Komponenten der katalytischen Beschichtung können die Voroxidationsreaktionen gezielt beeinflusst oder ausgewählt werden. Hierdurch ist eine besonders genaue Steuerung der Oxidationsreaktion möglich.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erwärmung von Abgasen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, -
2 bis6 eine Vorrichtung wie in1 , jedoch jeweils bei einer anderen Ausführungsform, -
7 eine Vorrichtung wie in6 , jedoch mit einem zusätzlichen Katalysator. - Entsprechend
1 ist eine Vorrichtung1 zum Erwärmen von in einem Abgasstrang2 strömenden Abgasen mit einer Voroxidationszone3 und einer Nachoxidationszone4 ausgestattet. Der Abgasstrang2 ist dabei Teil einer im Übrigen nicht gezeigten Abgasanlage und führt von einer ebenfalls nicht gezeigten Brennkraftmaschine von dieser im Betrieb erzeugten Abgase von der Brennkraftmaschine weg. Die Brennkraftmaschine ist dabei vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet. Zur Behandlung bzw. Reinigung von in der Brennkraftmaschine erzeugten Abgasen weist die Abgasanlage stromab der erfindungsgemäßen Vorrichtung1 eine im Abgasstrang2 angeordnete und ebenfalls nicht gezeigte Abgasbehandlungseinrichtung, beispielsweise einen Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter auf. - Derartige Abgasbehandlungseinrichtungen benötigen, um ihre volle Wirkung entfalten zu können, eine erforderliche Mindestbetriebstemperatur, welche insbesondere in einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine nicht erreicht wird. Unterhalb der Betriebstemperatur kann die Abgasbehandlungseinrichtung jedoch lediglich unzureichend oder gar nicht arbeiten, so dass in diesem Temperaturbereich mit einer erhöhten Schadstoffemission zu rechnen ist. Um die Betriebstemperatur der Abgasbehandlungseinrichtung in der Kaltstartphase schneller erreichen zu können, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
1 vorgesehen. Die Vorrichtung1 ist dabei stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet und an eine Kraftstoffversorgung5 sowie eine Primär- und Sekundärluft erzeugende Luftversorgung6 angeschlossen. Im folgenden wird dabei die Primärluft mit dem Bezugszeichen7 und die Sekundärluft mit Bezugszeichen8 bezeichnet. Die Primärluft7 strömt zusammen mit aus der Kraftstoffversorgung5 stammenden Kraftstoff in die Voroxidationszone3 ein und wird dort homogenisiert und von einer Zündeinrichtung9 , beispielsweise einem Glühstift, gezündet. Zur Versorgung der Voroxidationszone3 mit Primärluft7 und Kraftstoff ist diese an die entsprechende Kraftstoffversorgung5 und an die entsprechende Luftversorgung6 angeschlossen. Die Nachoxidationszone4 hingegen ist zur Versorgung mit Sekundärluft8 an die Luftversorgung6 angeschlossen. - Zwischen der Voroxidationszone
3 und der Nachoxidationszone4 ist eine poröse, durchströmbare Struktur10 angeordnet, welche ein Strömungshindernis zwischen der Voroxidationszone3 und der Nachoxidationszone4 darstellt und zum einen einen Tröpfchendurchschlag von flüssigem Kraftstoff aus der Voroxidationszone3 in die Nachoxidationszone4 verhindern soll und zum anderen das in der Voroxidationszone3 vorhandene Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft7 und Oxidationsprodukten auf dem Weg zur stromabgelegenen Nachoxidationszone4 homogenisieren soll. - In der Nachoxidationszone
4 wird mit der Sekundärluft8 ein weiterer Oxidator dem Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft7 und Oxidationsprodukten zugesetzt, so dass nach dem Verlassen der Nachoxidationszone4 und beim Eintreten in den Abgasstrang2 vorzugsweise eine vollständige Oxidation erfolgt ist. Wie der1 dabei zu entnehmen ist, erfolgt eine Zuführung von Primärluft7 in die Voroxidationszone3 über eine erste Versorgungsleitung11 , während eine Zuführung von Sekundärluft8 in die Nachoxidationszone4 über eine separate, zweite Versorgungsleitung12 erfolgt. Diese können wie eingangs erwähnt an eine gemeinsame Luftversorgung6 angeschlossen sein. - Die poröse Struktur
10 kann dabei zumindest eines der folgenden Materialien und/oder zumindest eine der folgenden Formen aufweisen: Metallisches oder keramisches Vlies, metallischer oder keramischer Schaum, Wabenmonolith, metallisches oder keramisches Fasergestrick, Streckmetall, metallische Struktur mit einer keramischen Beschichtung, metallische oder keramische Struktur mit einer katalytischen Besichtung. Demgegenüber kann auf der porösen Struktur auch eine Grundierung aufgebracht sein, beispielsweise ein sogenannter Washcoat, die zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: Aluminiumoxid, Titanoxid, Ceriumoxid. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass zwischen der porösen Struktur10 und der katalytischen Beschichtung eine Grundierung angeordnet ist, welche zumindest eine der eben erwähnten Komponenten aufweist. Insbesondere die sauerstoffspeichernde Wirkung des Ceriumoxids ist an dieser Stelle beson ders nützlich, da durch die gepulste Kraftstoffdosierung die örtlich vorliegenden Sauerstoffbedingungen periodisch schwanken und insbesondere zwischen oxidierenden und reduzierenden (bzw. mageren und fetten) Bedingungen des Brennstoffgemisches schwanken können. Die sauerstoffspeichernde Wirkung des Ceriumoxids kann hier ausgleichend wirken und somit zeitlich nahezu konstante Bedingungen schaffen. - Die poröse Struktur
10 ist dabei vorzugsweise als offenporige Struktur ausgebildet, wobei die Porosität so gewählt ist, dass einerseits der Druckverlust bei der Durchströmung nicht zu groß wird, dass aber andererseits der Druckverlust ausreichend groß ist, um eine gute Vergleichmäßigung, d. h. Durchmischung, bei der Durchströmung zu bewirken. Desweiteren ist die Porengröße und die Porosität so gewählt, dass der Tröpfchendurchschlag von unverdampften Kraftstofftröpfchen wirkungsvoll verhindert wird. - Die oben beschriebene katalytische Beschichtung kann beispielsweise aktive Komponenten, wie Platin, Palladium, Rhodium, Rhutenium oder weitere Edelmetalle enthalten und dadurch eine gezielte Beeinflussung bestimmter Voroxidationsreaktionen ermöglichen. Anstelle der edelmetallhaltigen Beschichtung kann auch eine Beschichtung aus Mischoxiden verwendet werden. Generell ist auch denkbar, dass die Wirkung einer sauerstoffspeichernden Komponente, wie beispielsweise dem Ceriumoxid, so groß ist, dass es sinnvoll erscheint, den Washcoat auch dann zu verwenden, wenn eine Imprägnierung mit Edelmetallen oder Mischoxiden nicht vorgesehen ist.
- Generell kann die poröse Struktur
10 beispielsweise als Scheibe (vgl.1 bis3 ) als nicht gezeigte Hülse oder als Kegel (vgl.4 ) ausgebildet sein. - Im Unterschied zu
1 ist bei den Vorrichtungen1 gemäß den2 bis4 im Bereich einer Gehäusewand13 der Vorrichtung1 ein Sekundärluftkanal14 vorgesehen, welcher die Voroxidationszone3 und die poröse Struktur10 ringförmig umgibt. Dies bietet den Vorteil, dass die im Sekundärluftkanal14 strömende Sekundärluft8 die Voroxidationszone3 und die poröse Struktur10 kühlt, woraus sich geringe Betriebstemperaturen und dadurch eine erhöhte Lebensdauer ergeben. Gleichzeitig verringert sich eine Temperaturbelastung für die Vorrichtung1 umgebende Bauteile, da eine Außentemperatur der Vorrichtung1 deutlich kühler ist. Der Sekundärluftkanal14 ist dabei gemäß den2 bis4 in der Art eines Ringkanals ausgebildet. Dabei erfolgt eine Zuführung sowohl der Primärluft7 als auch der Sekundärluft8 im Bereich einer Kraftstoffzuführung, wodurch ein kompakter Anschlussbereich sowohl an die Kraftstoffversorgung5 als auch an die Luftversorgung6 geschaffen werden kann. Dabei ist die Primärluftzuführung vorzugsweise ringförmig um die Kraftstoffzuführung ausgebildet, so dass sich bereits beim Eintritt des Kraftstoffes und der Primärluft7 in die Voroxidationszone3 eine gute Durchmischung ergibt. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Durchmischung kann beispielsweise über Leitelemente15 oder über Wirbel und/oder Drall erzeugende Strömungsöffnungen erreicht werden. Diese können hin sichtlich ihrer Anzahl, ihrer Größe, ihrer Verteilung so angeordnet werden, dass sich eine vorzugsweise optimale Durchmischung in der jeweiligen Oxidationszone3 ,4 ergibt. Eine derartige Durchmischungshilfe bzw. Homogenisierungshilfe kann auch in der Art von porösen, durchströmbaren Strukturen10a vorgesehen sein, welche beispielsweise zwischen dem Sekundärluftkanal14 und der Nachoxidationszone4 angeordnet sind und eine flächige Verteilung der eindosierten Sekundärluft8 bewirken. Selbstverständlich kann eine derartige poröse, durchströmbare Struktur10a auch im Bereich der Primär-Luftzuführung in der Voroxidationszone3 angeordnet werden. Über die Porosität der porösen Struktur10a kann dabei die Luftverteilung gezielt eingestellt werden, wobei über eine geringere Porosität eine eher flächige Verteilung der Luft und über eine gröbere Porosität ein eher zu Beginn der porösen Struktur10a ausströmender Strom erreicht werden kann. Selbstverständlich lässt sich die flächig verteilte Luftzuführung durch die oben erwähnte poröse Struktur10a auch mit einer örtlichen Verteilung von Strömungsöffnungen kombinieren bzw. verbinden. Insbesondere durch die Ausgestaltung der Strömungsöffnungen lässt sich eine unterschiedliche Tiefenwirkung der einströmenden Primärluft7 bzw. Sekundärluft8 erzeugen, wobei über diese Einströmtiefe die Luftverteilung bzw. Homogenisierung gezielt gesteuert werden kann. Als poröse Struktur10a kann hierbei beispielsweise ein Vlies und/oder ein metallischer Schaum und/oder ein dünnes Blech mit Löchern, insbesondere mit geätzten Löchern, vorgesehen sein. - Gemäß der
4 ist die poröse Struktur10 als Hohlkegel ausgebildet, wobei ein Kegelinneres die Voroxidationszone3 und ein Kegeläußeres die Nachoxidationszone4 darstellen. Die Zündeinrichtung9 , welche in der Gehäusewand13 der Vorrichtung1 angeordnet ist, durchgreift dabei zunächst die Gehäusewand13 und die Nachoxidationszone4 sowie die poröse Struktur10 , um mit ihrem zündfähigen Endbereich in die Voroxidationszone3 einzutauchen. Dabei kann der Abgasstrang2 beispielsweise wie in den1 und2 gezeigt längsendseitig der Vorrichtung1 oder aber seitlich der Vorrichtung1 (vgl.3 und4 ) angeordnet und mit der Nachoxidationszone4 kommunizierend verbunden sein. Selbstverständlich erheben die Ausführungsformen gemäß den1 bis4 keinen Anspruch auf Vollständigkeit, so dass auch eine andere Anordnung bzw. Ausrichtung der Vorrichtung1 bezüglich des Abgasstrangs2 oder eine andere Ausführung bzw. Anordnung porösen Struktur10 von der Erfindung mit umfasst sein sollen, solange die poröse Struktur10 eine Voroxidationszone3 von einer Nachoxidationszone4 der Vorrichtung1 trennt. - Erfindungsgemäß funktioniert die Vorrichtung
1 wie folgt:
Zunächst wird ein Gemisch aus Primärluft7 und Kraftstoff über entsprechende Strömungsöffnungen so in die Voroxidationszone3 eingeführt, dass sich ein homogenes Gemisch aus Kraftstoff und Primärluft7 ergibt. Dieses Kraftstoff-Primärluft-Gemisch ist leicht entzündlich und kann dadurch einfach von der Zündeinrichtung9 entflammt werden, so dass das Gemisch zumindest teilweise oxidiert. Stromab der Vor oxidationszone3 ist die zwischen der Voroxidationszone3 und der Nachoxidationszone4 gelegene poröse Struktur10 angeordnet, welche das zumindest teilweise oxidierte Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft7 und Oxidationsprodukten vergleichsmäßigt bzw. homogenisiert und zudem einen Tröpfchendurchschlag von nicht oxidiertem Kraftstoff in die Nachoxidationszone4 zuverlässig verhindert. In der Nachoxidationszone4 wird über die zweite Versorgungsleitung12 zusätzlich Oxidator, beispielsweise Luft, zugeführt, wodurch eine vorzugsweise vollständige Verbrennung bzw. Oxidation noch nicht oxidierter bzw. verbrannter Bestandteile erreicht werden kann. Der die Nachoxidationszone4 verlassende heiße Oxidationsstrom trifft im Abgasstrang2 auf die von der Brennkraftmaschine stammenden Abgase und erwärmt diese. Durch die derart erwärmten Abgase erreicht die, im Abgasstrang2 stromab der Vorrichtung1 angeordnete Abgasbehandlungseinrichtung schneller ihre Betriebstemperatur, wodurch die Kaltstartphase mit einem erhöhten Schadstoffausstoß verkürzt werden kann. Dabei können die Oxidationen in der Voroxidationszone3 und der Nachoxidationszone4 wirkungsvoll durch die entsprechende Dosierung von Primärluft7 und Sekundärluft8 gesteuert werden. -
5 stellt im wesentlichen eine Kombination der Vorrichtung1 nach4 und der Anordnung des Abgasstranges2 nach2 dar. Hierbei sind die poröse Struktur10 bzw. die Vorrichtung1 seitlich des Abgasstranges2 angeordnet. - In
6 ist die Vorrichtung1 um einen Winkel von ca. 20 bis 60°, vorzugsweise um ca. 30 bis 50°, geneigt zum Abgasstrang2 angeordnet. Die Vorrichtung1 gemäß der6 entspricht dabei der in4 dargestellten, so dass bezüglich der Beschreibung darauf zurückgegriffen werden kann. - In
7 ist im Unterschied zu6 zusätzlich noch ein Katalysator16 zwischen der Vorrichtung1 und dem Abgasstrang2 angeordnet. Der Katalysator16 kann dabei ergänzend oder anstatt der katalytischen Beschichtung der porösen Struktur10 zum Einsatz kommen und als keramischer Wabenmonolith bzw. als metallischer Träger ausgebildet sein. Eine aktive Beschichtung des Katalysators16 kann entweder als Oxidationskatalysator oder als Katalysator für eine partielle Oxidation ausgebildet sein. Im ersten Fall kann die Oxidation bei niedrigen Temperaturen erfolgen, während im zweiten Fall besonders gut Reformat, also Anteile von Wasserstoff und Kohlenmonoxid erzeugt werden können. Dieses Reformat kann wiederum vorteilhaft für die Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators sein. - Darüber hinaus ist die Vorrichtung
1 auch nicht auf eine Anwendung bei einer Brennkraftmaschine an einem Kraftfahrzeug beschränkt, sondern kann auch in anderen Einsatzbereichen, beispielsweise bei Brennern oder Reformern Anwendung finden.
Claims (14)
- Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Abgasstrang (
2 ), in dem zur Behandlung der von der Brennkraftmaschine kommenden Abgase eine Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung eine Vorrichtung (1 ) zur Erwärmung der Abgase im Abgasstrang (2 ) angeordnet ist, die an eine Kraftstoffversorgung (5 ) und an eine, Primär- und Sekundärluft (7 ,8 ) erzeugende Luftversorgung (6 ) angeschlossen ist, – dass die Vorrichtung (1 ) eine Voroxidationszone (3 ) und eine dazu stromab gelegene Nachoxidationszone (4 ) auf weist, – dass die Voroxidationszone (3 ) zur Versorgung mit flüssigem Kraftstoff an die Kraftstoffversorgung (5 ) und zur Versorgung mit Primärluft (7 ) an die Luftversorgung (6 ) angeschlossen ist, während die Nachoxidationszone (4 ) zur Versorgung mit Sekundärluft (8 ) an die Luftversorgung (6 ) angeschlossen ist. - Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Voroxidationszone (
3 ) und der Nachoxidationszone (4 ) eine poröse, durchströmbare Struktur (10 ) angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie einen Tröpf chendurchschlag von Kraftstoff in die Nachoxidationszone (4 ) verhindert und ein Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft (7 ) und Oxidationsprodukten homogenisiert. - Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur (
10 ) zumindest eines der folgenden Materialien und/oder zumindest eine der folgenden Formen aufweist: Metallisches oder keramisches Vlies, metallischer oder keramischer Schaum, Wabenmonolith, metallisches oder keramisches Fasergestrick, Streckmetall, metallische Struktur mit einer keramischen Beschichtung, metallische oder keramische Struktur mit einer katalytische Beschichtung. - Abgasanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass auf der porösen Struktur (
10 ) eine Grundierung aufgebracht ist, die zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: Aluminiumoxid, Titanoxid, Ceriumoxid, oder – dass zwischen der porösen Struktur (10 ) und der katalytischen Beschichtung eine Grundierung angeordnet ist, die zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: Aluminiumoxid, Titanoxid, Ceriumoxid. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur (
10 ) als Scheibe, als Hülse oder als Kegel ausgebildet ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Voroxidationszone (
3 ) der Vorrichtung (1 ) eine Zündeinrichtung (9 ) zur Zündung des Gemisches aus Kraftstoff und Primärluft (7 ) vorgesehen ist. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung von Primärluft (
7 ) in die Voroxidationszone (3 ) über eine erste Versorgungsleitung (11 ) erfolgt, während eine Zuführung von Sekundärluft (8 ) in die Nachoxidationszone (4 ) über eine separate, zweite Versorgungsleitung (12 ) erfolgt. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich einer Gehäusewand (
13 ) der Vorrichtung (1 ) ein Sekundärluftkanal (14 ) angeordnet ist, welcher die Voroxidationszone (3 ) und die poröse Struktur (10 ) ringförmig umgibt. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärluft (
7 ) und/oder die Sekundärluft (8 ) über Wirbel und/oder Drall erzeugende Strömungsöffnungen in die entsprechende Oxidationszone (3 ,4 ) gelangt. - Abgasanlage nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sekundärluftkanal (
14 ) und der Nachoxidationszone (4 ) eine poröse, durchströmbare Struktur (10a ) zur flächigen Verteilung der eindosierten Sekundärluft (8 ) angeordnet ist. - Abgasanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Struktur (
10a ) ein Vlies und/oder einen metallischen Schaum und/oder ein dünnes Blech mit Löchern aufweist oder ist. - Abgasanlage zumindest nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass eine Dosierung der Primärluft (
7 ) und des Kraftstoffes so auf die Strömungsöffnungen abgestimmt sind, dass sich in der Voroxidationszone (3 ) ein homogenes Gemisch aus Kraftstoff und Primärluft (7 ) ergibt, – dass das Kraftstoff-Primärluft-Gemisch leicht entzündlich ist und dadurch einfach von der Zündeinrichtung (9 ) entflammt werden kann, wobei es zumindest teilweise oxidiert, – dass die poröse, durchströmbare Struktur (10 ) so ausgebildet ist, dass sie einen Tröpfchendurchschlag von nicht oxidiertem Kraftstoff in die Nachoxidationszone (4 ) verhindert und ein Gemisch aus Kraftstoff, Primärluft (7 ) und Oxidationsprodukten Gemisch homogenisiert, – dass die Sekundärluftzufuhr in die Nachoxidationszone (4 ) so dosiert ist, dass in der Nachoxidationszone (4 ) eine vorzugsweise vollständige Verbrennung bzw. Nachoxidation stattfindet. - Brennverfahren zum Erwärmen von Abgasen in einer Abgasanlage, insbesondere in einer Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, für eine Brennkraftmaschine, wobei zur Erwärmung der Abgase eine gestufte Oxidation erfolgt, indem in einer Voroxidationszone (
3 ) ein Gemisch aus Kraftstoff und Primärluft (7 ) zumindest teilweise oxidiert wird und dieses Kraftstoff-Primärluftgemisch in einer Nachoxidationszone (4 ) mit Sekundärluft (8 ) beaufschlagt und einem erneuten Oxidationsvorgang unterzogen wird. - Brennverfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teilweise oxidierte Kraftstoff-Primärluftgemisch vor dem Erreichen der Nachoxidationszone (
4 ) eine poröse Struktur (10 ) durchströmt, welche zwischen der Voroxidationszone (3 ) und der Nachoxidationszone (4 ) angeordnet ist und welche das Kraftstoff-Primärluftgemisch homogenisiert.
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