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Die
Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage für eine
Brennkraftmaschine mit wenigstens einem in den Abgasstrang eingeschalteten
Abgasreinigungsaggregat und mit einer Einrichtung zum Zuführen
von thermischer Energie in den Abgasstrang, welche Einrichtung einen
Brenner, eine Brennstoffzuführeinrichtung zum Zuführen
von Brennstoff zum Brenner, eine Luftzuführeinrichtung
zum Zuführen von für den Verbrennungsvorgang durch
den Brenner benötigter Luft an den Lufteingang des Brenners sowie
eine Steuereinheit zum Einstellen und/oder Regeln der Brennstoff-
und Luftzufuhr umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren
zum Zuführen von thermischer Energie in einen zumindest
ein Abgasreinigungsaggregat umfassenden Abgasstrang einer Abgasreinigungsanlage
einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine
zum Auslösen und/oder Unterstützen eines bei einem
Betrieb der Abgasreinigungsanlage ablaufenden Prozesses, bei welchem
Verfahren die thermische Energie durch einen Brenner bereitgestellt
wird.
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Zum
Reinigen der von einer Brennkraftmaschine, etwa eines Dieselmotors
ausgestoßenen Angase ist es mitunter erforderlich, dass
das Abgas bzw. das Abgasreinigungsaggregat eine bestimmte Mindesttemperatur
aufweist. Um eine solche Abgasnachbehandlungsvorgang auch dann durchführen
zu können, wenn das Abgas und damit das Abgasreinigungsaggregat
noch nicht die Mindesttemperatur aufweist, wird mitunter das Abgas
durch zusätzliche Maßnahmen, etwa durch Einschaltung
eines Abgasbrenners erwärmt.
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Dieselbrennkraftmaschinen
sind zum Reduzieren von schädlichen Emissionen mit Abgasreinigungsanlagen
ausgerüstet. Das von einer solchen Dieselbrennkraftmaschine
ausgestoßene Abgas wird zu diesem Zweck durch eine solche
Abgasreinigungsanlage geleitet. Die Abgasreinigungsanlage umfasst
einen Abgasstrang, in dem ein oder mehrere Abgasreinigungsaggregate
eingeschaltet sind. Zum Entfernen von im Abgas mitgeführtem
Ruß kann in den Abgasstrang ein Partikelfilter eingeschaltet
sein.
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Auf
der anströmseitigen Oberfläche des Partikelfilters
akkumuliert der im Abgas mitgeführte Ruß. Damit
im Zuge der sukzessiven Rußakkumulation der Abgasgegendruck
nicht zu weit ansteigt und der Filter verstopft, wird bei ausreichender
Rußbeladung des Filters eine Rußoxidation (Rußabbrand)
herbeigeführt. Nach Abschluss einer solchen Rußoxidation ist
der Partikelfilter regeneriert. Zurück bleibt ein nicht verbrennbarer
Ascherest. Damit eine Rußoxidation stattfindet, muss der
Ruß eine gewisse Temperatur aufweisen. Da je nach Betrieb
der Dieselbrennkraftmaschine die notwendige Temperatur zum Auslösen eines
Rußabbrandes durch das anströmende Abgas nicht
immer erreicht wird, ist es in solchen Fällen erforderlich,
zum Auslösen eines Regenerationsprozesses thermische Energie
anderweitig zuzuführen. Dies erfolgt entweder durch Erwärmen
des Filterkörpers oder seiner anströmseitigen
Oberfläche mit Hilfe von elektrischen Heizelementen oder
durch Erwärmen des dem Filter anströmenden Abgases
durch Einsatz von Brennern und/oder Oxidationskatalysatoren, die
zum Erhöhen der Abgastemperatur mit Kraftstoff beaufschlagt
werden.
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Ist
eine Entstickung des Abgases gewünscht, werden in den Abgasstrang
SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) eingeschaltet. Für
einen SCR-Prozess wird ein Reduktionsmittel benötigt. Als
Reduktionsmittel wird Ammoniak eingesetzt. Dieses wird typischerweise
in Form einer wässrigen Harnstofflösung, dem SCR-Katalysator
vorgeschaltet, in den Abgasstrang eingedüst. Dabei ist Sorge
dafür zu tragen, dass die dem Abgasstrom beigemengte Harnstofflösung
vor Erreichen des SCR-Katalysators zum Freigeben des darin enthaltenen
Ammoniak thermolytisch aufgespalten worden ist. Eine thermolytische
Aufspaltung der zugeführten Harnstofflösung erfolgt
in der Temperatur des Abgasstromes, so dass lediglich eine ausreichende
Strömungsstrecke zwischen dem Ort der Harnstoffeindüsung
und dem SCR-Katalysator vorhanden sein muss. Zur Harnstoffaufbereitung
innerhalb des Abgasstromes werden Mischrohre eingesetzt, in denen zum
Unterstützen eines Zerstäubungsvorganges der Harnstofflösung
Umgebungsluft zugeführt wird. Zur weiteren Unterstützung
der Harnstoffaufbereitung innerhalb des Abgasstromes kann dieses
erwärmt zugeführt werden. Hierzu sind jedoch zusätzliche
Wärmequellen notwendig.
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Aus
DE 10 2005 054 733
A1 ist ein Brenner zur Katalysatoraufheizung mit gesteuerter
oder geregelter Kraftstoffzuführung beschrieben. Bei dieser vorbekannten
Abgasreinigungsanlage wird der Brenner mit Umgebungsluft, bereitgestellt
durch ein Gebläse, mithin einem Verdichter, beaufschlagt.
Ein Luftmassenmesser dient zum Erfassen der dem Brenner zuführten
Luft. Bei diesem Brenner ist vorgesehen, die Brennstoffzufuhr zu
regeln, und zwar in Abhängigkeit von der dem Brenner zugeführten
Luft. Diese wird gemäß einem Ausführungsbeispiel
dem Brenner mit einer konstanten Rate zugeführt. Im Vordergrund
des aus diesem Dokument bekannt gewordenen Brenners ist ein Betrieb
desselben bei einem gewünschten vorgegebenen Brennstoff-Luft-Verhältnis.
Zum Kontrollieren desselben kann in den Abgasstrom des Brenners
eine Lambda-Sonde eingeschaltet sein.
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Aus
DE 37 28 713 C2 ist
ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasbrenners beschrieben, dessen Brennerbetrieb
abhängig von der aktuellen Drehzahl der Brennkraftmaschine
erfolgt. Diese Abhängigkeit erfolgt vor dem Hintergrund,
dass bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine das
ausgestoßene Abgasvolumen entsprechend größer
und daher die zum Erhöhen der Abgastemperatur notwendige Brennerleistung
ebenfalls entsprechend höher sein muss, um dieses auf eine
vorgegebene Temperatur zu erwärmen. Bei diesem vorbekannten
Verfahren erfolgt eine Regelung des Brennerbetriebes über
die Kraftstoffzufuhr.
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Diesen
vorbekannten Abgasreinigungsanlagen ist gemein, dass die zum Betrieb
des Brenners notwendige Luft für einen Betrieb des Brenners
bei einem vorgegebenen Luft-Brennstoff-Verhältnis relativ
aufwendige Verdichter benötigt werden. Dieses ist zwar
technisch ohne Weiteres möglich, jedoch kostenträchtig.
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Ausgehend
von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher
die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich der vorstehend
aufgezeigten Kostenproblematik verbesserte Abgasreinigungsanlage
insbesondere für eine Dieselbrennkraftmaschine sowie ein
entsprechend verbessertes Verfahren zum Zuführen von thermischer Energie
zum Auslösen und/oder Unterstützen eines im Zusammenhang
mit der Abgasreinigung stehenden Prozesses vorzuschlagen.
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Gelöst
wird die vorrichtungsbezogene Aufgabe erfindungsgemäß durch
eine eingangs genannte, gattungsgemäße Abgasreinigungsanlage,
bei der der Lufteingang des Brenners an den Abgasstrang angeschlossen
ist und somit bei seinem Betrieb von durch den Abgasstrang strömenden
Abgas beaufschlagbar ist und die Luftzuführeinrichtung über
einen in die Luftzuführleitung des Brenners eingeschalteten
Sauerstoffsensor sowie über eine strömungsseitig
in die Luftzuführleitung mündende Zusatzluftquelle
zum Zuführen von Umgebungsluft in die Luftzuführleitung
verfügt.
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Die
verfahrensbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren
der eingangs genannten, gattungsgemäßen Art, bei
dem der für einen Betrieb des Brenners benötigte
Sauerstoff zumindest teilweise dem den Abgasstrang bei einem Betrieb
der Brennkraftmaschine durchströmenden Abgas entnommen
wird, wobei der den Brenner lufteingangsseitig anströmende
Gasstrom bei einem Betrieb des Brenners hinsichtlich seines Sauerstoffgehaltes überwacht
wird und dem den Brenner anströmenden Gasstrom Umgebungsluft
zum Erhöhen seines Sauerstoffgehaltes beigemengt wird,
wenn der in dem den Brenner anströmenden Gas detektierte
IST-Sauerstoffgehalt geringer als ein für einen gewünschten Brennerbetrieb
erforderlicher SOLL-Sauerstoffgehalt ist.
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Bei
diesem Brennerkonzept steht im Vordergrund, den im Abgas der Brennkraftmaschine
enthaltenen Sauerstoff, auch als Restsauerstoff in Bezug auf den
in der Brennkraftmaschine durchgeführten Verbrennungsprozess
angesprochen, für den Betrieb des Brenners der Abgasreinigungsanlage
zu nutzen. Nur für den Fall, dass in dem den Brenner anströmenden
Abgasstrom nicht der zum Betrieb des Brenners mit einem vorgegebenen
Luft-Brennstoff-Gemisch benötigte Sauerstoffgehalt enthalten
ist, wird dem Brenner für seinen Betrieb mittels eines
Verdichters zusätzliche Umgebungsluft zugeführt.
Um darüber zu entscheiden, ob dem den Brenner anströmenden
Abgasstrom zusätzliche Umgebungsluft und damit zusätzlicher
Sauerstoff zugeführt werden soll, ist der Einrichtung,
und zwar der Verbrennungskammer des Brenners vorgeschaltet, ein
Sauerstoffsensor angeordnet. Dieses gestattet die Erfassung des IST-Sauerstoffgehaltes
in dem den Brenner anströmenden Gasstrom. Ist der IST-Sauerstoffgehalt
des den Brenner anströmenden Abgasstromes geringer als
der zum Betreiben des Brenners mit einem vorbestimmten Luft- Brennstoff-Gemisch
benötigte SOLL-Sauerstoffgehalt, wird entsprechend der
ermittelten Differenz über den Verdichter zusätzliche
Umgebungsluft dem Brenner zugeführt. Da durch den Verdichter
nur bei Bedarf zusätzliche Umgebungsluft und nicht die
gesamte, für einen bestimmungsgemäßen
Betrieb des Brenners benötigte Luft bereitgestellt werden
muss, kann dieser entsprechend leistungsschwächer und damit
kostengünstiger konzipiert sein.
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Die
zusätzliche Umgebungsluft wird vorzugsweise in die den
Brenner anströmende Luftzuführleitung eingebracht,
welche Luftzuführleitung an den Abgasstrang der Abgasreinigungsanlage
angeschlossen ist. Bei dieser Ausgestaltung wird durch den der Brennkammer
vorgeschalteten und in die Luftzuführleitung eingeschalteten
Sauerstoffsensor der Gesamtsauerstoffgehalt des aus dem Abgas und der
zugeführten Umgebungsluft gebildeten Gasstromes erfasst.
Damit dient der Sauerstoffsensor bei einer solchen Ausgestaltung
auch zum Überwachen des Verdichterbetriebes.
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Grundsätzlich
kann die zusätzliche Umgebungsluft auch über eine
separate Luftzuführleitung dem Brenner zugeführt
werden.
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Vorgesehen
sein kann, dass der Brenner als Vollstrombrenner ausgelegt ist und
somit in den Hauptabgasstrang eingeschaltet ist. Bei einer solchen
Ausgestaltung ist der Lufteingang des Brenners durch den gesamten
Abgasstrom beaufschlagt. Gemäß einer weiteren
Ausgestaltung ist der Brenner in einem Nebenstrang zu dem Abgasstrang
angeordnet. Der Nebenstrang ist eingangsseitig und ausgangsseitig
an den Abgasstrang angeschlossen. Dieser weist eine, verglichen
mit der freien durchströmbaren Querschnittsfläche
des Hauptabgasstranges deutlich geringere freie durchströme
Querschnittsfläche auf. Bei einer solchen Ausgestaltung wird
der Brenner bei seinem Betrieb von dem durch den Nebenstrang strömenden
Abgas angeströmt. Dieses hat zum Vorteil, dass durch den
Brenner nur ein geringeres Abgasvolumen zu erwärmen ist,
an diesen mithin geringere Anforderungen zu stellen sind als bei
einem Vollstrombrenner. Bei einer Anordnung des Brenners in einem
Nebenstrang (By-Pass) wird bevorzugt ein Stellglied, beispielsweise
eine Klappe, eingesetzt, mit der das den Nebenstrang durchströmende
Abgasvolumen einstellbar ist.
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Als
Zusatzluftquelle zum Zuführen von unter Umständen
neben dem in dem den Brenner anströmenden Abgas enthaltenen
Restsauerstoff benötigter Luft können anstelle
eines Verdichters, dessen geförderte Luft vorzugsweise
unmittelbar in die Luftzuführleitung eingegeben wird, auch
andere Druckluftquellen genutzt werden. Bei Fahrzeugen, die beispielsweise über
eine pneumatische Bremsanlage verfügen, kann für
einen Betrieb des Abgasbrenners benötigte Zusatzluft auch
dem Druckluftspeicher entnommen werden.
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Zum
Bestimmen des den Brenner anströmenden Abgasvolumenstromes
kann die der Brennkraftmaschine für den Verbrennungsprozess
zugeführte Luftmenge und/oder Kraftstoffmenge ausgewertet
werden, da diese ein Maß für das bei einem Verbrennungsprozess
entstehende Abgasvolumen ist. Durch das solchermaßen berechnete
Abgasvolumen und durch den durch den Sauerstoffsensor erfassten
IST-Sauerstoffgehalt kann die den Brenner anströmende Sauerstoffmenge
ermittelt werden. Typischweise wird dieses in die Ermittlung eingebracht, ob
zusätzlicher Sauerstoff und damit zusätzliche
Umgebungsluft benötigt wird oder nicht.
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Ist
als Zusatzluftquelle ein Verdichter vorgesehen, kann dessen Förderleistung über
seine spezifische Kennlinie in die Volumenbestimmung und damit in
die Sauerstoffmengenbestimmung einfließen. Die Kennlinie
des Verdichters ist zu diesem Zweck in einem Speicher abgelegt,
auf den eine Steuereinheit zum Ansteuern der Aktoren der Brennereinrichtung Zugriff
hat.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügte 1 beschrieben. 1 zeigt in einer schematisierten Darstellung
nach Art eines Blockschaltbildes einen Dieselmotor 1 eines
Fahrzeuges mit einer an seinen Abgaskrümmer 2 angeschlossenen
Abgasreinigungsanlage 3. Die Abgasreinigungsanlage 3 verfügt über
einen Abgasstrang 4, in den als Abgasreinigungsaggregat
ein Partikelfilter 5 sowie ein dem Partikelfilter 5 vorgeschalteter
Oxidationskatalysator 6 eingeschaltet sind. Der Partikelfilter 5 und der
Oxidationskatalysator 6 sind gemeinsam in einem Gehäuse 7 angeordnet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 7 zwischen
dem Oxidationskatalysator 6 und dem Partikelfilter 5 eine
Schnittstelle zum Öffnen des Gehäuses 7 aufweist.
Dieses dient dem Zweck, bei Bedarf an die anströmseitige
Oberfläche des Partikelfilters 5 zu gelangen,
etwa um Aschereste zu entfernen.
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Der
Abgasstrang 4 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem Abgasrohr 8, in das eine hinsichtlich ihres Durchlasses
einstellbare Drosselklappe 9 eingeschaltet ist. Stromaufwärts
bezüglich der Drosselklappe 9 mündet
in den Abgasstrang 4 die Eingangsseite einer einen zu dem
Abgasrohr 8 einen Nebenstrang bildende Bypassleitung 10, 10.1.
Die Bypassleitung 10 überbrückt die Drosselklappe 9 und
mündet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
mit ihrem zweiten Abschnitt 10.1 seitlich in den anströmseitigen
Konus 11 des Gehäuses 7 des aus Oxidationskatalysator 6 und
Partikelfilter 5 bestehenden Abgasreinigungsaggregates.
Das Abgasrohr 8 mündet an der der Mündung 12 der
Bypassleitung 10.1 gegenüberliegenden Seite in
den Konus 11. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass in längsaxialer Richtung des Konus 11 die
Mündung 12 der Bypassleitung 10.1 versetzt
zu der Mündung 13 des Abgasrohrs 8 angeordnet
ist. Innerhalb des Konus 11 können Einbauten zum
Unterstützen eines Vermischens des aus dem Abgasrohr 8 und
der Bypassleitung 10.1 einströmenden Abgasströme
vorgesehen sein.
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In
die Bypassleitung 10, 10.1 ist ein Brenner 14 eingeschaltet.
Damit stellt der Abschnitt der Bypassleitung 10 in Strömungsrichtung
vor dem Brenner 14 seine Luftzuführleitung dar.
Der Lufteingang des Brenners 14 ist damit an das Abgasrohr 8 des Abgasstranges 4 angeschlossen.
Dem Lufteingang des Brenners 14 vorgeschaltet ist ein in
die Luftzuführleitung 10 eingreifender Sauerstoffsensor 15 zum Erfassen
des Sauerstoffgehaltes in dem den Brenner 14 anströmenden
Gasstrom angeordnet. Dem Sauerstoffsensor 15 in Strömungsrichtung
des die Bypassleitung 10 durchströmenden Abgases
wiederum vorgeschaltet mündet der förderseitige
Ausgang 16 eines Verdichters 17. Damit kann bei
einem Betrieb des Verdichters 17 Umgebungsluft in die Luftzuführleitung
des Brenners 14 eingebracht werden. An den Brenner 14 ist
eine Brennstoffzuführleitung 18 angeschlossen,
in die ein durch einen Aktor ansteuerbares Ventil 19 zum
Dosieren des den Brenner 14 beaufschlagenden Brennstoffes
eingeschaltet ist. Die Brennstoffzuführleitung 18 und
das Dosierventil 19 sind Teil einer im übrigen
nicht näher dargestellten Brennstoffzuführeinrichtung,
die typischerweise eine Brennstoffpumpe zum Zuführen des
Brennstoffes umfasst. Der Brenner 14 wird mit dem für
den Betrieb des Dieselmotors 1 benötigten Kraftstoff
betrieben. In nicht dargestellter Art und Weise ist in dem Brenner 14 eine
Zündeinrichtung integriert.
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Der
Brenner 14, das Ventil 19, ggf. weitere Aktoren
der Brennstoffzufuhreinrichtung, ein die Drosselklappe betätigender
Aktor 20 und der Verdichter 17 sind an eine Steuereinheit 21 angeschlossen.
Die Steuereinheit 21 ist zudem durch die aktuell von der
Brennkraftmaschine 1 für den Verbrennungsprozess
zugeführter Luftmenge beaufschlagt, aus der sich das den
Abgasstrang 4 durchströmende Abgasvolumen berechnen
lässt. In die Berechnung können weitere, den Verbrennungsprozess
in der Brennkraftmaschine bestimmende Faktoren Einfluss nehmen,
welche ggfs. weiteren Parameter der Steuereinheit 21 durch
Anschluss beispielsweise an das Motormanagementsystem des Dieselmotors 1 bereitgestellt
werden.
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Das
durch den Oxidationskatalysator 6 und den stromabwärts
zu diesem angeordneten Partikelfilter 5 gebildete Abgasreinigungsaggregat
des dargestellten Ausführungsbeispiels ist für
eine passive Regeneration nach dem hinlänglich bekannten CRT®-Verfahren ausgelegt (CRT® ist eine Marke der Johnson Matthey
PLC). Ist eine Regeneration des Partikelfilters 5 notwendig
oder wird diese gewünscht, wenn die Abgastemperatur unterhalb
der Rußoxidationstemperatur liegt, wird die ansonsten in ihrer
Offenstellung befindliche Drosselklappe 9 zum Erhöhen
des Strömungswiderstandes innerhalb des Abgasrohres 8 verstellt,
insbesondere geschlossen, wie in 1 gezeigt.
In dieser Stellung strömt das motorseitig ausgestoßene
Abgas in die Bypassleitung 10. Dieses dient dem Zweck,
den dann in der Bypassleitung 10 als Nebenstrang strömenden
Abgasstrom durch Betrieb des Brenners 14 zu erwärmen,
um auf diese Weise Abgas mit einer deutlich höheren Temperatur
und damit thermische Energie in das Gehäuse 7 an
den Partikelfilter 5 zu bringen.
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Zum
Auslösen eines Rußoxidationsprozesses wird der
Brenner 14 zum Erhöhen der Temperatur des den
Partikelfilter 5 anströmenden Abgases in Betrieb
genommen. In Abhängigkeit von dem Temperaturunterschied
zwischen der aktuellen Abgastemperatur und der zum Auslösen
eines Rege nerationsprozesses benötigten Temperatur wird
der Brenner entsprechend angesteuert bzw. betrieben. Dabei ist vorgesehen,
den Brenner 14 möglichst im Bereich seines Optimums
und damit mit einem vorgegebenen Luft-Brennstoff-Gemisch zu betreiben.
Eine Einstellung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses kann
bei der Abgasreinigungsanlage 3 der 1 über
die Kraftstoffzufuhr, über die Luftzufuhr oder auch über eine
Kombination dieser beiden Variablen geregelt werden. Vorgesehen
ist, dass der Brenner 14 unter Verwendung des in dem von
der Brennkraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgas enthaltenen
Sauerstoffs betrieben wird. Daher wird die Drosselklappe 9 zum
Betrieb des Brenners 14 in eine Stellung gebracht, dass entweder
der gesamte durch den Abgasstrang strömende Abgasstrom
in die Bypassleitung 10 oder nur ein Teil desselben in
die Bypassleitung 10 einströmt. Über
den Sauerstoffsensor 15 erfolgt eine Ermittlung des in
dem den Brenner 14 anströmenden Gasstrom enthaltenen
Sauerstoffgehaltes. In Abhängigkeit von der Betriebssituation
der Brennkraftmaschine 1, ermittelbar über die
der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Luftmenge
(nicht dargestellt) und der Stellung der Drosselklappe 9 ist
die über die Luftzuführleitung dem Brenner 14 zugeführte
Luftmenge ermittelbar. Ist die IST-Sauerstoffmenge, die in der Luftzuführleitung
dem Brenner 14 anströmt, geringer als die gewünschte
SOLL-Sauerstoffmenge pro Zeiteinheit, wird über die Steuereinheit 21 der
Verdichter 17 zum Zuführen von Umgebungsluft und
damit von zusätzlichem Sauerstoff in Betrieb genommen.
Diese zusätzliche Luft wird über den Ausgang 16 des
Verdichters 17 in die Luftzuführleitung 10 gefördert.
An dem Sauerstoffsensor 15 ist sodann ein höherer
Sauerstoffgehalt in dem den Brenner 14 anströmenden Misch-Gasstrom
detektierbar. In die Bestimmung des den Brenner 14 anströmenden
Gasstromvolumens geht die leistungs- und temperaturabhängige
Kennlinie des Verdichters 17 ein.
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Die
vorbeschriebene Regelung erfolgt während des Betriebs des
Brenners 14, kann jedoch auch bereits vor Zünden
des Brenners 14 erfolgen, so dass dieser seinen Betrieb
mit einem bereits voreingestellten angepassten und damit optimierten Luft-Brennstoff-Gemisch
startet. Durch einen solchermaßen optimierten Brennerbetrieb
kann nicht nur Brennstoff gespart, sondern es werden auch die Emissionen
des Brenners 14 reduziert. Ändert sich im Zuge
einer dynamischen Beanspruchung der Brennkraftmaschine 1,
wie dieses für Fahrzeuge typisch ist, der ausgestoßene
Abgas volumenstrom und/oder der im Abgas enthaltene Restsauerstoffgehalt,
wird dieses entweder über eine Änderung der Stellung
der Drosselklappe 9 und/oder eine Änderung des
Betriebs des Verdichters 17 kompensiert. Insbesondere wenn
der dynamische Betrieb der Brennkraftmaschine 1 durch Überwachen
der diesem zugeführten Luftmenge erfolgt, kann eine Änderung
der Betriebsparameter des Verdichters 17 und/oder der Stellung
der Drosselklappe 9 bereits an die geänderten
Parameter des Abgasstromes angepasst sein, bevor dieser tatsächlich
den Sauerstoffsensor 15 erreicht. Damit weist die Abgasreinigungsanlage 3 sowie
das diesbezüglich beschriebene Verfahren eine rasche Reaktionszeit
auf sich ändernde Abgasstrombedingungen auf. Die dem Dieselmotor 1 zugeführte
Luft kann typischerweise über den Ladeluftverdichter (nicht
dargestellt) erfasst werden.
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Wird
der Dieselmotor 1 nur mit geringer Last oder im Leerlauf
betrieben, ist zum Auslösen eines Regenerationsprozesses
die Drosselklappe 9 typischerweise geschlossen, um den
Partikelfilter 5 rasch auf die zum Auslösen einer
Rußoxidation benötigte Temperatur zu bringen.
Der für die Ruß-Oxidation benötigte Sauerstoff
kann nach Beginn des Rußoxidationsprozesses durch entsprechendes Öffnen
der Drosselklappe 9 zugeführt werden, so dass der
Rußoxidationsprozess mit dem dann auch durch das Abgasrohr 8 strömende
Abgas und den darin enthaltenen Restsauerstoff betrieben werden
kann. Durch Beobachten des Fortschrittes und des Ablaufes des Rußoxidationsprozesses,
insbesondere seiner Temperatur, werden die Drosselklappe 9 und/oder
der Brenner 14 entsprechend angesteuert, um den Rußoxidationsprozess
zum Regenerieren des Partikelfilters 5 möglichst
optimal ablaufen zu lassen. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck
sowohl die Stellung der Drosselklappe 9 als auch die Leistung
des Brenners 14 unabhängig voneinander durch das
Steuergerät 16 angesteuert werden können.
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Eine
Regelung der Sauerstoffzufuhr an den Partikelfilter 5 zum Überwachen
des Rußoxidationsprozesses kann, wie vorstehend beschrieben, über die
entsprechende Einstellung der Drosselklappe 9 erfolgen.
Anstelle oder auch zusammen mit einer Änderung des in die
Luftzuführleitung 10 einströmenden Abgasvolumens
ist es möglich, eine Sauerstoffregelung durch entsprechende
Ansteuerung des Verdichters 17 herbeizuführen, wobei
typischerweise der Brenner 14 nach Auslösen eines
Regenerationsprozesses abgeschaltet werden kann.
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Die
Erfindung ist in der Figur unter Bezugnahme auf eine Partikelfilterregeneration
beschrieben worden. Die Bypassleitung 10 kann anstelle
oder auch zusätzlich zu der in 1 gezeigten
Ausgestaltung zum Zuführen von thermischer Energie zum
Unterstützen einer Entstickung an einem SCR-Katalysator
eingesetzt werden. Für eine SCR-Katalyse ist ein Reduktionsmittel
erforderlich. Eingesetzt wird typischerweise Harnstoff. Dieser wird
in flüssiger Form bereitgestellt und in den Abgasstrang
stromaufwärts des SCR-Katalysators in diesen eingedüst.
Zum Zerstäuben des zugeführten flüssigen
Harnstoffes wird ein Zerstäubergas benötigt. Wird
das durch die Bypassleitung strömende und durch den Brenner
erwärmte Abgas als Zerstäubergas eingesetzt, dient dieses
nicht nur zum Zerstäuben des zugeführten Harnstoffs,
sondern auch infolge der zugeführten thermischen Energie
zu seiner Verdampfung. Dieses hat zum Vorteil, dass die ansonsten
notwendige Strömungsstrecke des zerstäubten Harnstoffes
innerhalb des Abgasstranges entsprechend kürzer ausgelegt werden
kann.
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Als
Abgasreinigungsaggregat, dessen Temperatur zum Durchführen
eines Prozesses durch einen Brennerbetrieb erhöht werden
soll, eignen sich, wie vorbeschrieben, Partikelfilter oder Partikelfiltereinheiten,
bestehend aus einem Partikelfilter und einem diesem vorgeschalteten
Oxidationskatalysator, ein SCR-Katalysator oder auch eine SCR-Katalysatoreinheit,
bestehend aus einem SCR-Katalysator und einem diesem vorgeschalteten
Oxidationskatalysator. Gleichermaßen eignet sich die Erfindung
zum Erwärmen eines Katalysators als Abgasreinigungsaggregat.
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Aus
der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, dass diese autark
arbeitend ausgelegt werden kann und daher Daten aus dem Motormanagement
grundsätzlich nicht benötigt werden. Überdies wird
deutlich, dass sich die beschriebene Abgasreinigungsanlage sowie
das beschriebene Verfahren auch bei einem Einsatz von Saugmotoren,
wie diese vielfach in so genannten Non-Road-Anwendungen zum Einsatz
kommen, geeignet sind.
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Ohne
den Umfang der Ansprüche zu verlassen, ergeben sich weitere Möglichkeiten,
die Erfindung zu verwirklichen, ohne dass dieses im Einzelnen dargelegt
werden müsste.
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- 1
- Dieselmotor
- 2
- Abgaskrümmer
- 3
- Abgasreinigungsanlage
- 4
- Abgasstrang
- 5
- Partikelfilter
- 6
- Oxidationskatalysator
- 7
- Gehäuse
- 8
- Abgasrohr
- 9
- Drosselklappe
- 10,
10.1
- Bypassleitung,
Nebenstrang
- 11
- Konus
- 12
- Mündung
- 13
- Mündung
- 14
- Brenner
- 15
- Sauerstoffsensor
- 16
- Ausgang
- 17
- Verdichter
- 18
- Brennstoffzuführleitung
- 19
- Ventil
- 20
- Aktor
- 21
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005054733
A1 [0006]
- - DE 3728713 C2 [0007]