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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassystem
einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine nach den Oberbegriffen
der unabhängigen Ansprüche.
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Aufgrund
stetig schärfer werdender Abgasgesetzgebung nimmt die Komplexität
von Abgasnachbehandlungssystemen bei Fahrzeugen zu. Um auch strengste
Emissionsgrenzwerte erreichen zu können, ist im Abgasstrang
von Brennkraftmaschinen eine auf den konkreten Anwendungsfall passende
Konfiguration sowie ein entsprechendes Temperaturmanagement erforderlich.
Für die Regeneration von Partikelfiltern und für
die Entschwefelung von NOx-Speicherkatalysatoren muss die Abgastemperatur
zeitweise stark erhöht werden. Insbesondere die Temperatur
für eine sichere Rußoxidation bzw. für
eine Regeneration eines Partikelfilters liegt für moderne
Brennkraftmaschinen deutlich oberhalb der üblichen Abgastemperatur,
so dass temperatursteigernde Maßnahmen für eine
Regeneration dieser Komponenten notwendig sind. Weitere temperatursteigernde
und -regelnde Massnahmen sind beim Kaltstart des Motors erforderlich.
Um Katalysatoren mit optimale Wirkungsgrad betreiben zu können
sind ebenfalls abgastemperaturregelnde Maßnahmen erforderlich.
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So
ist bekannt, die Abgastemperatur durch motorinterne Eingriffe zu
steigern. Dazu zählen die Verringerung des Luftmassenstroms
durch Androsseln und bei Dieselmotoren die Spätverstellung
der Haupteinspritzung sowie nachgelagerte Nacheinpritzungen, die
nur teilweise im Zylinder bzw. der Brennkraftmaschine nachverbrennen,
aber mittels eines im Abgasstrang befindlichen Oxidationskatalysators
zusätzlich die Abgastemperatur anheben.
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Nachteil
dabei ist, dass diese Maßnahmen vorwiegend dem Temperaturmanagement
motornaher Komponenten dienlich sind, wie z. B. der Regeneration
motornaher Partikelfilterkonzepte dienen. Die Edelmetallbeladung
bei Konzepten mit motorischer Regeneration von Dieselpartikelfiltern
durch Nacheinspritzungen ist recht hoch gewählt, weil ein
wesentlicher Teil des Kraftstoffes der Nacheinspritzungen auf dem
Filter umgesetzt wird. Zum einen erfordert dabei die hohe Kraftstoffumsatzrate
eine hohe Beladung, zum anderen ist die Temperaturbelastung bei
motorischer Nacheinspritzung sehr hoch, was wiederum eine hohe Edelmetallbeladung
erfordert.
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Aus
Untersuchungen der Anmelderin ergibt sich:
- – motornahe
Oxidationskatalysatoren sind immer hoch beladen (Platin 120–135
g/ft3) bei kleinem Volumen (bis ca. 1.5 l)
- – ist nur ein CDPF (CatalyticDPF → beschichteter
Dieselpartikelfilter) motornah montiert ohne einen weiteren Oxidationskatalysator,
dann ist der CDPF auch relativ hoch beladen (Platin 90 g/ft3) bei
großem Volumen (ca. 3–4 l)
- – bei Systemen mit motornahem Oxidationskatalysator
und CDPF ist der CDPF geringer beladen (Platin > 50 g/ft3).
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Bei
einem System mit motornahem Oxidationskatalysator sowie einem weiteren
Oxidationskatalysator vor einem CDPF in Unterbodenlage wird eine
Edelmetallbeladung wie folgt eingesetzt:
- – motornaher
Oxidationskatalysator Platin 120 g/ft3 mit einem Volumen 1,25 l,
- – Oxidationskatalysator in Unterboden Lage mit Platin
90 g/ft3 mit einem Volumen von 1,5 lund
- – CDPF Platin 50 g/ft3 mit einem Volumen von 4,6 l.
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Befindet
sich der Partikelfilter in motorferner Lage, ist die Regenerationstemperatur
für den Partikelfilter nur schwer einstellbar. Ein weiterer
Nachteil der motorischen Nacheinspritzung ist, dass Kraftstopffanteile der
späten Nacheinspritzung aufgrund der unvollständigen
Verbrennung im Zylinder über die Zylinderwand in das Motoröl
eingetragen werden können. Die Verdünnung des
Motoröls verringert die Schmiereigenschaften und verkürzt
die Ölwechselintervalle. Weiterhin sind diese Maßnahmen
nur begrenzt mit der Verwendung von Biokraftstoffen verträglich.
Höhere Anteile an Biomasse im Kraftstoff führt
zum Eintrag des Biokraftstoffanteil in das Motoröl und
zu einer weiteren Verkürzung der Ölwechselintervalle.
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Weiterhin
ist bekannt, die Abgastemperatur über motorexterne Maßnahmen
anzuheben. Dazu zählen die externe Einspritzung von Dieselkraftstoff
in den Abgasstrang sowie der Einsatz externer Brennersysteme. Nachteilig
bei der externen Kraftstoffeinspritzung ist, dass diese auf motorunterstützte
Temperaturanhebung für die Verdampfung des flüssigen
Kraftstoffs angewiesen ist.
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Bekannte
Brennersysteme dagegen benötigen weiterhin eine Luftversorgung,
etwa mittels einer Sekundärluftpumpe, um den Kraftstoff
verbrennen zu können. Aus der
DE 44 43 133 A1 ist z. B.
eine thermische Regeneration eines Partikelfilters mit einem Brenner
bekannt, bei welcher der Lader des Verbrennungsmotors den Brenner
mit Verbrennungsluft versorgt. Der Brenner kann nur abhängig
vom Lader betrieben werden.
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Aus
der
DE 38 37 472 A1 ist
ein Partikelfiltersystem bekannt, wobei eine Regeneration eines
Partikelfilters durch Abbrennen des Partikelbelages im Vollstrom
des Abgases erfolgt. Einem dem Partikelfilter zugeordneten Brenner
wird brennstoff- und sauerstoffhaltiges Gas zugeführt,
wobei das Verhältnis des dem Brenner zugeführten
Brennstoffs zum sauerstoffhaltigen Gas in dem Betriebspunkt des
Dieselmotors, bei dem der Leistungsbedarf des Brenners zum Erreichen
der Regenerationstemperatur am niedrigsten ist, in etwa stöchiometrisch
und allen übrigen Betriebspunkten des Dieselmotors unterstöchiometrisch
ist. Der Brenner besteht aus einer Luftdrallzerstäuberdüse,
eine Primärbrennkammer und einer Sekundärbrennkammer.
Die Primärbrennkammer besitzt eine axiale Austrittsöffnung.
Die Sekundärbrennkammer ist wie die Primärbrennkammer zylinderförmig.
Der Primärbrennkammer schließt sich der Partikelfilter
an, wobei zwischen der Austrittsöffnung der Primärbrennkammer
und dem Partikelfilter eine kreisförmige Prallplatte vorgesehen
ist. Die der Öffnung der Primärbrennkammer vor
gelagerte Prallplatte soll verhindern, dass beim Nichtzünden
der Primärkämmer unverbrannter Brennstoff auf
den Partikelfilter gelangt und diesen durch Überhitzung
gefährdet.
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Aus
der
DE 10 2006
009 943 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem mit in Strömungsrichtung
von Abgas eines Verbrennungsmotors hintereinander angeordneter,
abgasdurchströmten ersten Oxidationskatalysator-Einrichtung,
einer NOx-Katalysator-Einrichtung zur Entstickung des Abgases, einer
Einrichtung zur aktiven Anhebung einer Abgastemperatur mit wenigsten
einer zweiten Oxidations-Katalysator-Einrichtung, sowie einer Einrichtung
zur Partikelentfernung bekannt. Dabei ist eine jeweilige Betriebstemperatur
der NOx-Katalysator-Einrichtung und der Einrichtung zur Partikelentfernung
abhängig von einer Abgastemperatur und einem Ausgang des
Verbrennungsmotors einstellbar. Zur Generierung einer Wärmetönung
zur Temperierung ist stromaufwärts einer oder mehrerer
der Katalysator-Eirnichtungen eine entsprechende Einheit vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes und flexibles
Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine
sowie ein Abgassystem dazu anzugeben.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe
besteht in den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche;
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines
Abgassystems einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer im Abgasstrang
angeordneten zeitweise zu temperierend oder zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung
und zumindest einem stromauf der Abgasreinigungseinrichtung angeordneten
Brenner, dem Kraftstoff zumindest zeitweise mit einem unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnisses (λ) zugeführt
wird, sieht vor, dass während des Betriebes des Brenners
mit unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ ein
Teil der dem Brenner zugeführten Kraftstoffmenge in einer
ersten zumindest den Brenner umfassenden Reaktionszone umgesetzt,
also verbrannt wird und ein zweiter Teil der besagten Kraftstoffmenge
in einer stromab der ersten Reaktionszone liegenden zweiten Reaktionszone
umgesetzt wird. Die Aufteilung des Kraftstoffumsatzes in die Reaktionszonen
wird dabei gezielt, beispielsweise durch die Einstellung des Verbrennungsluftverhältnisses λ im
Brenner, eingestellt oder gesteuert.
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Im
Abgashauptstrom erfolgt dann die weitere Umsetzung des teilverbrannten
Kraftstoffs mit dort vorhandenem Sauerstoff. Hierfür ist
ein sauerstoffreiches, d. h. mageres Abgas besonders vorteilhaft.
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Vorzugsweise
wird in einem vorgegebenen Zeitintervall höchstens 90%,
80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30% des dem Brenner zugeführten
Kraftstoffs in der ersten Reaktionszone Brenner verbrannt. Vorzugsweise hat
das Zeitintervall eine Länge in einem Bereich von 10sec
bis 300 sec.
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Durch
die unterstöchiometrische Betriebsweise des Brenners kann
die in den Abgashauptstrom eingebrachte Heizenergie gesteuert werden.
Dabei kann auch für eine hohe in das Abgas einzubringende
Wärmeleistung ein Brenner kleiner Baugröße
verwendet werden, da im Brenner kein vollständiger thermischer Kraftstoffumsatz
erfolgen muss, sondern der vollständige Umsatz des Kraftstoffs
gezielt stromab in einer der Abgasreinigungseinrichtungen erfolgt.
Die aufgrund des unterstöchiometrischen Betriebs teiloxidierten
Kraftstoffanteile sind sehr reaktiv und können im Abgashauptstrom
auch unter ungünstigen Randbedingungen, wie z. B. geringe
Temperatur, hohe Raumgeschwindigkeit des Abgases, umgesetzt werden.
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Wenn
die in der ersten Reaktionszone erzeugte Leistung L1 und/oder die
in der zweiten Reaktionszone erzeugte Leistung L2 in Abhängigkeit
von einem Leistungsbedarf LR zur Regeneration der Abgasreinigungseinrichtung
eingestellt wird, kann über einen großen Kennfeldbereich
des Kraftfahrzeugs eine ausreichend hohe Temperatur für
eine Abgasreinigungseinrichtung eingestellt und/oder geregelt werden.
Zweckmäßig wird das Verhältnis Leistung
L1 zur Leistung L2 in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf
LR variiert.
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Die
Abgasreinigungseinrichtung weist vorzugsweise eine aktive Beschichtung
auf, die eine Oxidation katalytisch unterstützt. Günstigerweise
umfasst die Abgasreinigungseinrichtung zumindest eines der Mitglieder
aus der Gruppe Partikelfilter, Oxidationskatalysator, Dreiwegekatalysator,
SCR-Katalysator, NOx-Speicherkatalysator.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Brenner um einen relativ zum Abgasteilstrom
externen Brenner. Ein außerhalb des Abgashauptstromes angeordneter
Brenner eliminiert die Beeinflussung der Abgasströmung und
des Abgasgegendrucks in Motorbetriebsarten, in denen ein Betrieb
des Brenners nicht benötigt wird.
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Ein
günstiger unterstöchiometrischer Betrieb des Brenners
kann mit einem Verbrennungsluftverhältnis von 0,1 bis 0,95,
vorzugsweise 0,25 bis 0,9, besonders bevorzugt 0,35 bis 0,75 erfolgen.
Das Verbrennungsluftverhältnis kann unabhängig
von der Heizleistung des Brenners eingestellt werden, da eine Variation
des Verbrennungsluftverhältnisses nicht mittels Kraftstoff,
sondern luftseitig erfolgen kann.
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Gemäß einer
günstigen Weiterbildung kann das Verbrennungsluftverhältnis
durch eine Sauerstoffsteuerung des Brenners eingestellt werden.
Es kann z. B. Sauerstoff als Frischluft oder auch über
das Abgas der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
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Gemäß einer
weiteren günstigen Weiterbildung kann ein jeweiliges Temperaturniveau
eines oder mehrerer Katalysatoren stromab des Brenners abhängig
von dem Verbrennungsluftverhältnis des Brenners eingestellt
werden. Durch den unterstöchiometrischen Betrieb des Brenners
kann neben der Regeneration eines stromab motorfern angeordneten
Partikelfilters der Brenner zur Temperaturführung des gesamten
Abgassystems im Sinne eines Abgastemperaturmanagements eingesetzt
werden.
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Der
Brenner kann, beispielsweise über ein Abzweigen eines Sekundärluftmassenstroms
an einer Abzweigstelle einer Frischluftleitung stromabwärts
einer Druckluftquelle, mit Luft über eine Luftleitung versorgt werden.
Dabei können verschiedene Maßnahmen zum Anheben
oder Einstellen eines Druckgefälles von der Abzweigstelle
zum Brenner vorgesehen sein.
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Bei
einer Ausführungsform des Verfahrens sind ein Anheben des
Druckgefälles mittels Drosseln des Luftmassenstroms und/oder
ein Anheben des Druckgefälles mittels eines der Druckluftquelle
und der Abzweigstelle nachgeschalteten ersten Drosselorgans vorgesehen.
Vorteilhaft kann mittels des ersten Drosselorgans ein zur Brennkraftmaschine
hin geleiteter Teilstrom des Luftmassenstroms gedrosselt werden,
so dass sich der Druck des abgezweigten Sekundärluftmassenstroms
im Vergleich zu dem zur Brennkraftmaschine geleiteten Teilstrom
erhöht. Bei angenommenem gleichbleibendem Abgasgegendruck
kann dadurch vorteilhaft das Druckgefälle erhöht
werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
sind ein Anheben des Druckgefälles mittels Drosseln des
Abgasstroms und/oder ein Anheben des Druckgefälles mittels
Drosseln des Abgasstroms mittels eines der Einmündungsstelle
vorgeschalteten zweiten Drosselorgans vorgesehen. Vorteilhaft kann
das zweite Drosselorgan in den Abgasstrom geschaltet werden und
stromaufwärts den Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine
erhöhen. Vorteilhaft bewirkt dies stromabwärts
eine Verringerung des Drucks des Abgasstroms und damit auch an der
Einmündungsstelle einen verringerten Druck, was letztendlich
eine Erhöhung des Druckgefälles zum sicheren Betrieb
des Brenners bewirkt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
sind ein Anheben des Druckgefälles mittels Ansteuern einer
variablen Turbinengeometrie (VTG) einer Turbine eines Abgasturboladers
der Druckluftquelle und/oder ein Anheben des Druckgefälles
mittels Ansteuern einer variablen Kompressorgeometrie (VCG) eines
Verdichters der Druckluftquelle vorgesehen. Vorteilhaft können
mittels der variablen Geometrien eine Entspannungsdruckdifferenz
der Turbine beziehungsweise eine Ladedruckerhöhung eingestellt
werden. Vorteilhaft kann dies so erfolgen, dass dabei das Druckgefälle
für einen sicheren Betrieb des Brenners angehoben wird.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist ein Anheben des Druckgefälles mittels Reduzieren einer
Abgasrückführungsrate einer Hochdruckabgasrückführung
des Abgasturboladers vorgesehen. Vorteilhaft kann mittels Reduzieren
der Abgasrückführungsrate ein Abgasgegendruck
stromaufwärts der Turbine des Abgasturboladers erhöht
werden, wobei vorteilhaft eine größere Turbinenleistung
erzielbar ist, die dem Verdichter des Abgasturboladers zur Verfügung
steht. Vorteilhaft kann dadurch der Verdichter einen höheren
Ladedruck und damit auch einen höheren Druck des Sekundärluftmassenstroms
bereitstellen, was letztendlich eine Erhöhung des Druckgefälles
bewirkt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist ein Zuführen eines Teilstroms des Abgasstroms in den
Brenner mittels Abzweigen des Teilstroms vor einer Turbine des Abgasturboladers
vorgesehen. Vorteilhaft kann dadurch eine Temperatur der dem Brenner
zur Verfügung stehenden Verbrennungsluft bewirkt werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist ein Anheben des Druckgefälles mittels Anheben einer
Drehzahl eines mechanischen Laders der Druckluftquelle vorgesehen.
Durch Anheben der Drehzahl beziehungsweise einer damit einhergehenden
bereitstehenden erhöhten Verdichtungsleistung des Laders
der Druckluftquelle kann der Ladedruck und damit das Druckgefälle
angehoben werden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens
ist ein Anheben des Druckgefälles mittels zumindest einer
der folgenden motorischen Maßnahmen der Brennkraftmaschine
vorgesehen: Erhöhen einer Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine
und/oder Erhöhen einer Temperatur des Abgasstroms vor der
Turbine des Abgasturboladers und/oder Erhöhen der Temperatur
mittels einer Nacheinspritzung. Vorteilhaft bewirkt ein Erhöhen
der Temperatur des Abgasstroms eine höhere an der Turbine
des Abgasturboladers anliegende Leistung und damit eine Erhöhung
des Ladedrucks.
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Eine
günstige Weiterbildung sieht vor, dass im Brenner und/oder
stromab des Brenners eine Flammstabilisierung erfolgen kann. Dazu
kann eine geeignete Einrichtung dem Brenner nachgeschaltet sein,
welche die Ausbildung einer lokal stabilen Flammenzone im Abgasstrang
unterstützt, in der ein Teil des teilverbrannten Kraftstoffs
direkt mit dem Restsauerstoff des Abgases reagieren kann. Zur Flammenstabilisierung
können wahlweise Schaumstrukturen, Turbulenzbleche und/oder
Mischer eingesetzt werden, die zur Unterstützung der Oxidation
auch katalytisch beschichtet sein können.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einer Brennkraftmaschine mit
einem Abgassystem mit zumindest einer im Abgasstrang angeordneten
zeitweise zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung und zumindest
einem stromauf der Abgasreinigungseinrichtung angeordneten Brenner,
dem Kraftstoff zumindest zeitweise mit einem unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnisses λ zuführbar
ist, vorgesehen, dass bei Betrieb des Brenners mit unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnis λ ein Teil der dem Brenner
zugeführten Kraftstoffmenge in einer ersten zumindest den
Brenner umfassenden Reaktionszone umsetzbar und ein zweiter Teil
der besagten Kraftstoffmenge in einer stromab der ersten Reaktionszone
liegenden zweiten Reaktionszone umsetzbar ist.
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Gemäß einer
günstigen Ausgestaltung kann die wenigstens zeitweise zu
regenerierende Abgasreinigungseinrichtung ein Katalysator, insbesondere
kann eine der Komponenten aus der Gruppe Partikelfilter, Oxidationskatalysator,
Dreiwegekatalysator, SCR-Katalysator, NOx-Speicherkatalysator oder
eine beliebige Kombination davon sein. Durch den unterstöchiometrischen
Betrieb des Brenners kann eine erhöhte Wärmemenge in
das Abgas eingebracht werden und die Edelmetallbeladung der katalytischen
Beschichtung von Katalysatoren und/oder Partikelfiltern reduziert
werden. Dabei kann z. B. die Abbrandtemperatur des Partikelfilters
zur Filterregeneration genau eingestellt und geregelt werden. Dabei
ergeben sich vorteilhaft ein ausgeglichenes Temperaturniveau unter
Vermeidung von filterschädlichen Temperaturspitzen, ein
besserer Gesamtwirkungsgrad, eine sichere, motorbetriebsunabhängige
Filterregeneration sowie eine Verbrauchseinsparung.
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Günstig
ist eine Systemkonfiguration SCR-Katalysator-Brenner-Partikelfilter.
Zur Erhöhung der Abgastemperatur vor und im Partikelfilter
kann diesem ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet sein, der eine
gegenüber bislang üblichen Oxidationskatalysatoren
reduzierte Edelmetallbeladung aufweist.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass im Abgasstrom
vor einer wenigstens zeitweise zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung
stromab des Brenners eine Einrichtung zur Flammstabilisierung angeordnet
ist. Diese unterstützt die Ausbildung einer stabilen Flammenzone.
Die Einrichtung zur Flammstabilisierung kann zweckmäßigerweise
Schaumstrukturen, Turbulenzbleche und/oder Mischer aufweisen
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass eine Einrichtung zur
Einstellung eines Verbrennungsluftverhältnisses des Brenners
vorgesehen sein kann. Damit kann das Verbrennungsluftverhältnis
genau und unabhängig von einer Heizleistung des Brenners
eingestellt werden.
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Es
versteht sich, dass der eingesetzte Kraftstoff zum Betrieb des Brenners
vorzugsweise der gleiche wie der zum Betrieb der Brennkraftmaschine
verwendete ist, ggfs. aber auch von diesem verschieden sein kann,
beispielsweise um eine leichtere Entflammbarkeit zu erreichen.
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Die
Aufgabe wird ferner mit einem weiteren erfindungsgemäßen
Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs mit einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten
zumindest zeitweise zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung
und zumindest einem stromauf der Abgasreinigungseinrichtung angeordneten
Brenner, dem Kraftstoff zur Regeneration der stromab des Brenners
angeordneten Abgasreinigungseinrichtung zeitweise mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnisses λ zugeführt
wird, wobei mit einem Kennfeld jeder Drehzahl der Brennkraftmaschine
Mitteldrücke zu geordnet werden, wobei vorgesehen ist,
dass während des Betriebs des Brenners mit unterstöchiometrischem
Verbrennungsluftverhältnis λ für mindestens
30% des Kennfeldes in einem Bereich des Abgasstranges unmittelbar
vor der Abgasreinigungseinrichtung eine Abgastemperatur von zumindest
500°C eingestellt wird. Dies erlaubt eine bedarfsgerechte
Regeneration der Abgasreinigungseinrichtung im gesamten Kennfeldbereich.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass für mindestens 40%, 50%, 60%,
70%, 80% oder 90% des Kennfeldes in einem Bereich des Abgasstranges
unmittelbar vor der Abgasreinigungseinrichtung eine Abgastemperatur
von zumindest 500°C eingestellt wird. Als Bereich unmittelbar
vor der Abgasreinigungseinrichtung wird ein Bereich von ca. 2–5
cm stromaufwärts vor einem Eingangsbereich der Abgaseinrichtung,
beispielsweise einer Stirnseite eines Dieseloxidationskatalysators
verstanden.
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Die
Aufgabe wird ferner mit einem weiteren erfindungsgemäßen
Verfahren zum Betreiben eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs mit einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten
zumindest zeitweise zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung
und zumindest einem stromauf der Abgasreinigungseinrichtung angeordneten
Brenner, dem Kraftstoff zur Regeneration der stromab des Brenners
angeordneten Abgasreinigungseinrichtung zeitweise mit einem unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnisses λ zugeführt
wird, wobei das Kraftfahrzeug in einem beliebigen Fahrzyklus betrieben wird,
gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass während des
Betriebes des Brenners mit unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis λ für
mindestens 80% der zeitlichen Dauer des Fahrzyklus in einem Bereich
des Abgasstranges unmittelbar vor der Reinigungseinrichtung einer
Abgastemperatur von zumindest 500°C eingestellt wird. Vorzugsweise
kann auch während Schub- und Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine
ein Regenerationsbetrieb aufrecht erhalten werden.
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Bevorzugt
ist, dass der Fahrzyklus der neue europäische Fahrzyklus,
der FTP75, ein beliebiger Stadtzyklus oder ein Autobahnzyklus von
zumindest 500 sek. zeitlicher Dauer ist.
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Ferner
wird die Aufgabe mit einer Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem
mit einer im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordneten oder
anzuordnenden zeitweise zu regenerierenden Abgasreinigungseinrichtung
und zumindest einem stromauf der Abgasreinigungseinrichtung angeordneten
Brenner, dem Kraftstoff zur Regeneration der stromab des Brenners
angeordneten Abgasreinigungseinrichtung zeitweise mit einem unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnisses λ zuführbar
ist, gelöst, bei dem die zeitweise zu regenerierende Abgasreinigungseinrichtung
eine Edelmetallbeladung von weniger als 100 g/ft3 aufweist.
Die geringe Edelmetallbeladung spart Kosten.
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Bevorzugt
umfasst die zumindest zeitweise zu regenerierende Abgasreinigungseinrichtung
einen Dieselpartikelfilter und optional einen stromauf des Dieselpartikelfilters
angeordneten Dieseloxidationskatalysator.
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Eine
besonders hohe Kostenersparnis wird erreicht, wenn der Dieselpartikelfilter
eine Edelmetallbeladung von weniger als 30 g/ft3 aufweist.
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Wenn
der Dieselpartikelfilter ein Volumen von weniger als 1 Liter aufweist,
kann damit die Regenerationszeit reduziert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben,
aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung
in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung ergeben.
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Es
zeigen in schematischer Darstellung
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1 eine
bevorzugte Brennkraftmaschine mit einem unterstöchiometrisch
betriebenen Brenner
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2 einen
bevorzugten Brenner
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3 eine
grafische Darstellung der Leistung in der ersten und zweiten Reaktionszone
jeweils erzeugten Leistung in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf
zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters
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4 ein
Drehzahl-Mitteldruckkennfeld mit Brenner-Heizleistung zum Erreichen
einer Abgastemperatur vor einem Dieselpartikelfilter von 600°C
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5 Temperaturverläufe
vor und nach einem Brenner im NEFZ
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6 Temperaturverläufe
vor und nach einem Brenner im FTP75.
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Zur
Erläuterung der Erfindung zeigt die 1 beispielhaft
eine bevorzugte Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgasstrang 50 und
einem Abgassystem 100. Die Brennkraftmaschine ist mit einer
Druckluftquelle zum Erzeugen eines Luftmassenstroms, vorzugsweise
zum Versorgen der Brennkraftmaschine 10 mit Verbrennungsluft,
ausgestattet. In 1 ist gezeigt, dass über
ein Saugrohr 12 die Brennkraftmaschine 10 mit
Luft versorgt wird, die mittels eines mit einer Turbine 38 angetriebenen
Verdichters 36 (Druckluftquelle) eines Abgasturboladers 40 verdichtet
wird. Mit einer Leitschaufelverstellung 28 kann die Verdichtung
der Turbine 38 verändert werden. Die Brennkraftmaschine 10 kann
eine Abgasrückführung (AGR) aufweisen mit einem AGR-Ventil 16 und
einer Abgas-Rückführleitung, in der ein AGR-Kühler 24 angeordnet
ist. Das Abgas gelangt über einen Abgaskrümmer 26 zur
Turbine 38 und in den Abgasstrang 50 bzw. wird
im Abgaskrümmer 26 in die Abgasrückführung
abgezweigt.
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Die über
einen Ladeluftkühler 20 abgekühlte Luft
gelangt über eine Drosselklappe 18 in einen Einlasssammler 14,
in den auch das rückgeführte Abgas mündet.
Der Ladedruck der Luft wird mit einem Ladeluftsensor 22 detektiert.
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Frischluft
gelang über einen Luftfilter 32 und einen Frischluftmassensensor 34 zum
Verdichter 36 und von dort über eine Frischluftleitung 30 zum
Ladeluftkühler 20. Ein Steuerventil 42 steuert
die Luftzufuhr über die Frischluftleitung.
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Im
Abgasstrang 50 ist stromab des Abgasturboladers 40 optional
ein erster, z. B. als Oxidationskatalysator ausgebildeter Katalysator 52 angeordnet,
auf den stromab in Strömungsrichtung 60 im Abgasstrom eine
motorfern angeordnete Abgasreinigungseinrichtung folgt, die z. B.
ein Partikelfilter, insbesondere Dieselpartikelfilter 58 sein
kann. Vorzugsweise weist der Partikelfilter 58 auch eine
katalytische Komponente auf. Vor dem Partikelfilter 58 kann
als weitere Abgasreinigungseinrichtung optional ein (Diesel)-Oxidationskatalysator 59 angeordnet
sein.
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Die
stromab angeordnete Abgasreinigungseinrichtung ist wenigstens zeitweise
zu regenerieren. Stromauf der Abgasreinigungseinrichtung und stromab
des optionalen Katalysators 52 ist ein Brenner 54 angeordnet,
der ihm zugeführten Kraftstoff zur Regeneration der Abgasreinigungseinrichtung
vorzugsweise unterstöchiometrisch verbrennt. Der Brenner
kann, beispielsweise über ein Abzweigen eines Sekundärluftmassenstroms
an einer Abzweigstelle der Frischluftleitung stromabwärts
der Druckluftquelle mit Luft über eine nicht dargestellte
Sekundärluftleitung 30 versorgt werden.
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Der
Abstand zwischen Brenner 54 und einem Eingangsbereich der
Abgangsreinigungseinrichtung, beispielsweise der Stirnseite des
Partikelfilters 58 oder gegebenenfalls des Dieseloxidationskatalysators 59 beträgt
vorzugsweise höchstens 50 cm, 40 cm, 20 cm oder 10 cm.
Allerdings sind auch größere Abstände möglich.
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Der
Kraftstoffumsatz in Strömungsrichtung 60 des Abgasstroms
ist in eine erste Reaktionszone 62 und eine zweite Reaktionszone 64 aufgeteilt.
Optional kann auch Kraftstoff in einer weiteren Reaktionszone 66,
beispielsweise im wenigstens zeitweise zu regenerierenden Partikelfilter 58 umgesetzt
werden. Vorzugsweise kann die Aufteilung des Kraftstoffumsatzes
in den Reaktionszonen 62, 64, und ggfs. 66 gezielt
durch die Einstellung des Verbrennungsluftverhältnisses λ im
Brenner 54 eingestellt werden.
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Die
erste Reaktionszone 62 umfasst den Brenner 54 sowie
vorzugsweise ein unmittelbar stromab des Brenners angeordnetes Teilstück
des Abgasstrangs 50 in dem eine freie Verbrennung des Kraftstoffes
erfolgt kann. Die zweite Reaktionszone 64 kann eine Komponente
des Abgasreinigungseinrichtung, wie beispielsweise zumindest einen
Teil des Oxidationskatalysator 59 umfassen. Die zweite
Reaktionszone kann beispielsweise auch ein weiteres, stromab des
Oxidationskatalysators 59 angeordnetes Teilstück
des Abgasstrangs 50 umfassen. Falls der Dieseloxidationskatalysator 59 fehlt,
kann die zweite Reaktionszone auch den Dieselpartikelfilter 58 umfassen.
Falls zwischen Brenner 54 und der Abgasreinigungseinrichtung
ein längerer Abschnitt Abgasstrang 50 liegt, kann
die zweite Reaktionszone auch ein Teilstück des Abgasstrangs 50 umfassen.
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Vorteilhaft
weist die zeitweise zu regenerierende Abgasreinigungseinrichtung
eine Edelmetallbeladung von weniger als 100 g/ft3 auf.
Der Dieselpartikelfilter 58 kann bei einen stromauf vor
ihm angeordneten Dieseloxidationskatalysator 59 zwischen
50 g/ft3 und 100 g/ft3 sogar
eine Edelmetallbeladung von weniger als 30 g/ft3,
besonders bevorzugt auch von weniger als 20 g/ft3 aufweisen.
Der Dieselpartikelfilter 58 kann ein Volumen von weniger
als 1 Liter aufweisen.
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Das
Volumenverhältnis Brenner/Hubvolumen der Brennkraftmaschine
liegt vorzugsweise zwischen 1:5 und 1:15.
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Vorteilhaft
kann auch der Brenner 54 neben einer Regeneration des Partikelfilters 58 zur
Temperaturführung des gesamten Abgassystems des Kraftfahrzeuges,
als sogenanntes Abgastemperaturmanagement genutzt werden. Hierzu
kann der Brenner 54 an einer beliebigen Stelle des Abgasstrangs 50 angeordnet
werden. Vorteilhaft kann auch für einen solchen Einsatz
des Brenners 54 ein dafür notwendiger Kraftstoffeinsatz für
das Abgastemperaturmanagement und/oder die Regeneration des Partikelfilters 58 reduziert
werden
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Zur
Erläuterung der Erfindung zeigt die 2 beispielhaft
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Brenners 54 mit
einem Brennergehäuse 201 in einer Aufsichts- und
Querschnittsdarstellung.
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Der
Brenner weist vorzugsweise eine Einspritzvorrichtung 203 für
den Kraftstoff und eine Mischkammer 202 zur Mischung von
Kraftstoff und Luft oder Abgas auf.
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Der über
die Einspritzvorrichtung 203 in den Brenner 54 eingebrachte
Kraftstoff gelangt in die, vorzugsweise außerhalb des Abgasstrangs 50 platzierte
Misch- und Brennkammer 202 des Brenners 54 und
wird mit der dem Brenner zugeführten Luft (oder einem Abgasteilstrom)
derart gemischt, dass ein brennfähiges Gas in der Kammer 202 erzeugt
wird. Vorzugsweise kann dies durch eine tangentiale Einströmung 205 der
Luft in die Kammer 202 erreicht werden. Die Aktivierungsenergie
zur Zündung des brennfähigen Gemisches kann über
eine geeignete in der Mischkammer angeordnete Zündvorrichtung
(oder Glühvorrichtung) 204 erzeugt werden.
-
Der
Brenner 54 wird mit einem unterstöchiometrischen
Verbrennungsluftverhältnis λ = 0,1 bis 0,95, vorzugsweise λ =
0,25 bis 0,9, besonders bevorzugt λ = 0,35 bis 0,75 betrieben.
Das Verbrennungsluftverhältnis λ wird vorzugsweise
durch eine Sauerstoffsteuerung des Brenners 54 eingestellt.
Dazu ist eine entsprechende Einheit zum Regeln und/oder Steuern
des Verbrennungsluftverhältnisses λ vorgesehen
(nicht dargestellt). Die Einspritzmenge an Kraftstoff oder der Kraftstoffmassenstrom
und/oder die Sekundärluftmasse oder der Sekundärluftmassenstrom
können jeweils durch ein (nicht dargestelltes) Regelorgan,
beispielsweise ein Ventil eingestellt werden.
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Abhängig
von der geforderten Brennerleistung wird der eingebrachte Kraftstoff
vollständig oder nur zum Teil im Brenner, ggf. in der Mischkammer
thermisch umgesetzt. Während eines vorgegebenen Zeitintervalls
von mehr als 100 sec wird mindestens 10%, vorzugsweise 20%, besonders
bevorzugt 20% der dem Brenner 54 zugeführten Kraftstoffmenge
in einer oder mehreren Komponenten der stromab angeordneten Abgasreinigungseinrichtung
umgesetzt.
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Bei
höherer Leistungsanforderung zur Regeneration gelangt also
gezielt ein höherer Anteil unverbrannten Kraftstoffs in
den Abgashauptstrom und wird erst dort und insbesondere in der stromab
angeordneten Abgasreinigungseinrichtung oxidiert.
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Die
Einspritzmenge an Kraftstoff oder der Kraftstoffmassenstrom in den
Brenner 54 und/oder die Sekundärluftmasse oder
der Sekundärluftmassenstrom können jeweils durch
ein nicht dargestelltes Ventil eingestellt werden.
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Der
Betrieb des Brenners 54 durch Abgas verringert die für
einen gewünschten Temperaturhub erforderliche Kraftstoffmenge,
da die Brennerluft bereits erwärmt ist.
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Die
aufzuwendende Kraftstoffmasse pro Zeiteinheit ṁ
krs für einen gewünschten
Temperaturhub bei Betrieb des Brenners ausschließlich mit
Abgas genügt der Ungleichung:
mit: einem
Faktor F
1 ≤ F < 1,1
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Der
Faktor F beinhaltet auftretende Verluste durch Wärmeverluste
an die Umgebung (Strahlung und Konvektion), unvollständigen
Umsatz des Kraftstoffs und Abkühlung des Abgasmassenstroms
für den Betrieb des Brenners. Hierbei bezeichnet ṁAbg den Abgasmassenstrom, cp,Abgas die
spezifische Wärmekapazität des Abgases bei konstantem
Druck, ϑsoll die Solltemperatur, ϑvorBrenner die Ist-Temperatur vor dem Brenner, ṁSL den Sekundärluftmassenstrom,
cp,SI die spezifische Wärmekapazität
der Sekundärluft bei konstantem Druck, ϑSL die Temperatur der Sekundärluft
und den Hu den unteren Heizwert des Kraftstoffs
(42 MJoul/kg) und der Ausdruck rechts der Ungleichung die aufzuwendende
Kraftstoffmasse pro Zeiteinheit bei Betrieb des Brenners ausschließlich
mit Frischluft entspricht. Bei Betrieb des Brenners ausschließlich
mit Abgas kann daher ein Verbrauchsvorteil von ca. 10% an Kraftstoff
gegenüber einem Betrieb mit Frischluft erreicht werden.
Vorteilhaft kann der Brenner daher so betrieben werden, dass der
für einen gewünschten Temperaturhub eingespritzte Kraftstoff
durch einen Faktor F, mit 1 ≤ F ≤ 1 limitiert
wird relativ zu der Kraftstoffmasse pro Zeiteinheit, die bei einem
reinen Frischluftbetrieb erforderlich wäre.
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Volumen
und Edelmetallbeschichtung und somit die Kosten der Abgaseinrichtung,
beispielsweise eines stromauf eines Partikelfilter 58 angeordneten
Oxidationskatalysators 59, können weiter verringert
werden, wenn es gelingt den überwiegenden Anteil des Kraftstoffes
im Abgasstrang frei zu verbrennen. Hierzu werden vorzugsweise die
Flamme im Abgasrohr stabilisiert und Flammenverlöschungen
verhindert.
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Zweck
einer Flammenstabilisierung einer stationär brennenden
Flamme ist die kontinuierliche Zündung eines brennbaren
Gemisches, welches sich in einer ruhenden Umgebung oder in einer Strömung
befindet. Vorraussetzung für eine stabile Flamme ist, neben
dem Vorhandensein eines zündfähigen Gemisches,
ein Geschwindigkeitsgleichgewicht zwischen der Flammengeschwindigkeit
und der Strömungsgeschwindigkeit
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In
Strömungsrichtung 60 des Abgasstroms stromab des
Brenners 54 und stromauf der wenigstens zeitweise zu regenerierenden
Abgasreinigungseinrichtung ist daher optional eine Einrichtung 56 zur
Flammstabilisierung (Flammhalter) angeordnet. Ferner ist optional
im Brenner 54 eine Einrichtung 206 zur Flammstabilisierung
angeordnet.
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Für
den Fall des unterstöchiometrisch betriebenen Brenners
ist einerseits ein Geschwindigkeitsgleichgewicht zwischen Flammengeschwindigkeit
und strömendem Abgas und andererseits zwischen Flammengeschwindigkeit
und Geschwindigkeit des aus dem Brenner austretenden Brenngases
(teilverbranntes Kraftstoff-Luftgemisch) sicherzustellen.
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Übliche
Maßnahmen zur Flammenstabilisierung von Brennern sind Staukörperstabilisierung,
Drallstabilisierung und Wärmesenken bzw. Wärmespeicher.
Dabei wird ein Geschwindigkeitsgleichgewichts der Brennerflamme
mit der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases angestrebt.
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Exemplarische
Beispiele für Flammstabilisierungen sind als Schaumkeramik,
Metallgeflecht oder -Gewebe, Lochblech oder Metallschaum ausgebildete
Flammhalter.
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3 zeigt
am Beispiel der Regeneration eines Dieselpartikelfilters eine Aufteilung
der erzeugten Leistung auf die erste und zweite Reaktionszone, wobei
die erste Reaktionszone den Brenner und ein Teilstück des
Abgasstrangs und die zweite Reaktionszone einen vor dem Dieselpartikelfilter
im Abgasstrom angeordneten Oxidationskatalysator umfasst. Hierbei
ist die Kurve der in der ersten Reaktionszone erzeugten Leistung als
L1, die Kurve der in der zweiten Reaktionszone erzeugten Leistung
als L2 sowie der Leistungsbedarf als L3 bezeichnet. Die in der ersten
Reaktionszone erzeugte Leistung L1 und/oder die in der zweiten Reaktionszone
erzeugte Leistung L2 wird in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf
LR zur Regeneration der Abgasreinigungseinrichtung eingestellt.
Zweckmäßig wird das Verhältnis von Leistung
L1 zur Leistung L2 in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf
LR variiert. Bevorzugt wächst mit dem Leistungsbedarf LR
die Leistung L1 degressiv (langsamer als linear) und/oder wächst
die Leistung L2 progressiv (schneller als linear).
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Im
folgenden soll die Aufheizphase des Brennerbetriebs eingehender
beschrieben werden, wobei der Brenner 54 vorzugsweise vor
einem stromab folgenden Diesel-Oxidationskatalysator 59 angeordnet
ist.
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Beim
Startvorgang des Brenners 54 werden grundsätzlich
2 Startszenarien unterschieden. Abhängig von der Temperatur
des stromab folgenden Oxidationskatalysators 59 wird der
Brenner 54 überstöchiometrisch gestartet,
wenn der Oxidationskatalysator 59 seine Anspringtemperatur
(Light-off Temperatur) noch nicht erreicht hat. Oberhalb der Anspringtemperatur
erfolgt der Brennerbetrieb mit leicht unterstöchiometrischen Luftverhältnis.
Unterhalb der Anspringtemperatur erfolgt die Startphase für
kurze Zeit überstöchiometrisch um Emissionen zu
minimieren.
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In
beiden Fällen erfolgt der Übergang nach der Startphase
in den unterstöchiometrischen Fettbetrieb mit einer zeitlichen
Rampe.
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Unterhalb
der Anspringtemperatur, in einem Bereich von 200°C–250°C,
erfolgt der Brennerstart mit leicht überstöchiometrischem
Luftverhältnis λ, im Bereich von 1,05–1.5
vorzugsweise 1,1–1,2.
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Nach
Ablauf des Startintervalls t0–t1 erfolgt die Übergangsphase
bis hin zur Betriebsbelastung des Brenners. Das Zeitintervall t0–t1
beträgt hierbei 3–20 Sekunden vorzugsweise 5–10
Sekunden. Die Startphase mit konstanter kleiner Brennerleistung
ist notwendig, um in der Brennkammer 203 stabile, sichere
Entflammungsbedingungen für den darauffolgenden Fettbetrieb
zu gewährleisten. Die in der Startphase konstante Brennerleistung
beträgt 2–8 KW vorzugsweise 3–5 KW.
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Die
Betriebsbelastung des Brenners 54 erfolgt bei stark unterstöchiometrischer
Gemischzusammensetzung im Brenner. Die Betriebsbelastung erfolgt
bei λ im Bereich 0,3–0,8 vorzugsweise 0,35–0,5.
Die Betriebsbelastung des Brenners 54 kann bis zu 60 KW
betragen.
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Der Übergang
nach der Startphase in den unterstöchiometrischen Brennerbetrieb
mit geregelter Sollleistung erfolgt vorzugsweise über eine
zeitliche Rampe, um Flammverlöschungen zu verhindern.
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Erfolgt
der Brennerstart beim Kaltstart des Motors, um die Abgasanlage bis
hin zum Katalysator-Light-Off zu erwärmen ist die Übergangsphase
recht kurz 1–5 Sekunden. Erfolgt der Brennerstart bei betriebswarmer
Abgasanlage, um einen Partikelfilter zu regenerieren beträgt
die Übergangsphase 10–60 Sekunden.
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Erfolgt
der Brennerstart bei betriebswarmer Abgasanlage, um einen Speicherkatalysator
zu regenerieren beträgt die Übergangsphase 1–10
Sekunden.
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Oberhalb
der Anspringtemperatur von 250°C erfolgt der Brennerstart
mit unterstöchiometrischem Luftverhältnis λ in
einem Bereich von 0,4–0,9 vorzugsweise 0,6–0,8.
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Nach
Ablauf des Startintervalls t0–t1 erfolgt die Übergangsphase
bis hin zur Betriebsbelastung des Brenners. Das Zeitintervall t0–t1
beträgt hierbei 3–20 Sekunden vorzugsweise 5–10
Sekunden. Die Startphase mit konstanter kleiner Brennerleistung
ist notwendig, um in der Brennkammer 203 stabile, sichere
Entflammungsbedingungen für den darauffolgenden Fettbetrieb
zu gewährleisten. Die in der Startphase konstante Brennerleistung
beträgt 2–8 KW vorzugsweise 3–5 KW.
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Die
Betriebsbelastung des Brenners 54 erfolgt dann bei stark
unterstöchiometrischer Gemischzusammensetzung im Brenner 54.
Die Betriebsbelastung erfolgt bei λ im Bereich 0,3–0,8
vorzugsweise 0,35–0,5. Die Betriebsbelastung des Brenners
kann bis zu 60 KW betragen.
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Der Übergang
nach der Startphase in den unterstöchiometrischen Brennerbetrieb
mit geregelter Sollleistung erfolgt über eine zeitliche
Rampe, um Flammverlöschungen beim Hochfahren des Brenners 54 zu
verhindern.
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In 4 ist
als Beispiel für ein Drehzahl-Mitteldruck-Kennfeld einer
Brennkraftmaschine mit 3 l Hubraum der Leistungsbedarf eines Brenners
dargestellt, mit der der Motorabgasmassenstrom vor einem Dieselpartikelfilter
auf eine für eine Regeneration bevorzugte Temperatur von
600°C aufgeheizt wurde. Die erforderliche Brennerleistung
für eine Drehzahl-Mitteldruck Wert ist in Einheiten kW
jeweils an der durch den entsprechend Punkt des Kennfeldes laufenden
Konturlinie angegeben. Es versteht sich dabei, dass ein Russabbrand in
einem Dieselpartikelfilter bereits bei geringeren Temperaturen ab
500°C erreichbar ist. Dabei beträgt der Sekundärluftmassenstrom
der Brennerluft max. ca. 10% des Motorabgasmassenstromes. Erkennbar
ist, dass auch in Betriebsbereichen mit geringer Motorlast eine
für eine Regeneration ausreichend Temperatur des Abgasmassenstroms
erreicht wird.
-
Erfindungsgemäß wird
durch eine bedarfsgerechte, dynamische Zufuhr der dem Brenner zugeführten Kraftstoffmenge
eine fahrzyklusunabhängige Einstellung der Temperatur in
der Abgasanlage stromabwärts des Brenners erreicht. Damit
kann bei beliebigen Fahrzyklen, auch während Schub- und
Leerlaufphasen des Motors ein Regenerationsbetrieb aufrecht erhalten
werden. Vorzugsweise hat ein derartiger Fahrzyklus mindestens 200
sec, 300 sec, 400 sec oder 500 sec zeitliche Länge.
-
Insbesondere
kann bei einem genormten Fahrzyklus zur Ermittlung von Verbrauchs-
und/oder Emissionswerten, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen „NEFZ” (Neuer
Europäischer Fahrzyklus), „US75” oder „US06” die
Temperatur stromabwärts des Benners für ein Zeitintervall
von zumindest auf einen Wert von mindestens 500°C, vorzugsweise
mehr als 600°C eingestellt werden.
-
In
den EU-Ländern wird gemäß der EU-Richtlinie
91/441/EWG von dem Neuen Europäischen Fahrzyklus
NEFZ ein Geschwindigkeitsprofil vorgegeben, dass einem typischen
Stadt- und Überlandverkehr entspricht. Ein Test entsprechend
dem NEFZ hat eine Gesamtdauer von 1.180 s, wobei die zurückgelegte
Fahrstrecke 11,007 km beträgt. Ein weiterer wichtiger Fahrzyklus
ist der US-Zyklus FTP75, der eine reale Fahrt abbildet.
-
In
den 5 und 6 sind zeitliche Temperaturverläufe
vor und nach einem erfindungsgemäßen Brenner (als
T Abg vor bzw. T Abg nach Brenner bezeichnet) im NEFZ und im US-Fahrzyklus
FTP75 für einen Brennerstatus „ein” sowie „aus” dargestellt.
Im jeweils unteren Teil der 5 und 6 ist
die momentane Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs veranschaulicht.
Ersichtlich ergibt sich ein ausgeglichenes Temperaturniveau ohne
dynamische Temperaturspitzen, und damit ein besserer Gesamtwirkungsgrad,
eine sichere, von einem Betrieb der Brennkraftmaschine 10 unabhängige
Filterregeneration und/oder eine Verbrauchseinsparung.
-
- 10
- Brennkraftmaschine
- 12
- Saugrohr
- 14
- Einlasssammler
- 16
- AGR-Ventil
- 18
- Drosselklappe
- 20
- Ladeluftkühler
- 22
- Ladedrucksensor
- 24
- AGR-Kühler
- 26
- Abgaskrümmer
- 28
- Leitschaufelverstellung
- 30
- Frischluftleitung
- 32
- Luftfilter
- 34
- Frischluftmassensensor
- 36
- Verdichter
- 38
- Turbine
- 40
- Abgasturbolader
- 50
- Abgasstrang
- 52
- Katalysator
(optional)
- 54
- Brenner
- 56
- Einrichtung
zur Flammenstabilisierung (optional) zu regenerierender Abgasreinigungseinrichtung
- 59
- Oxidationskatalysator
- 60
- Strömungsrichtung
- 62
- erste
Reaktionszone
- 64
- zweite
Reaktionszone
- 66
- dritte
Reaktionszone
- 201
- Brennergehäuse
- 202
- Mischkammer
- 203
- Einspritzventil
- 204
- Zündvorrichtung
- 205
- Luftzufuhr
- 206
- Flammstabilisierung
- 207
- Flammstabilisierung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4443133
A1 [0009]
- - DE 3837472 A1 [0010]
- - DE 102006009943 A1 [0011]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - EU-Richtlinie
91/441/EWG [0099]