DE102011081309B3 - Method for operating burner in exhaust system of internal combustion engine of motor vehicle, involves setting smaller burner power in region at which air-fuel ratio is greater than one so as to reduce thermal load of burner - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners, der in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordnet ist, insbesondere stromauf eines Oxidationskatalysators. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Brenner ausgestattete Abgasanlage.The present invention relates to a method for operating a burner which is arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, in particular upstream of an oxidation catalytic converter. The invention also relates to an exhaust system equipped with such a burner.
Moderne Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen beinhalten effiziente Abgasbehandlungseinrichtungen, wie zum Beispiel SCR-Anlagen, NOx-Speicher und Partikelfilter. Damit bestimmte Abgasbehandlungseinrichtungen, wie z. B. Katalysatoren, optimal arbeiten können, müssen sie eine vorbestimmte Mindestbetriebstemperatur aufweisen. Ferner ist es zum Regenerieren bestimmter Abgasbehandlungseinrichtungen, wie z. B. Partikelfilter, häufig erforderlich, diese auf eine Regenerationstemperatur aufzuheizen. Um diese Temperaturniveaus unabhängig vom Betriebszustand der jeweiligen Brennkraftmaschine erreichen zu können sowie zur Verkürzung einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, ist es möglich, die Abgasanlage zusätzlich mit einem Oxidationskatalysator auszustatten, der bezüglich der aufzuheizenden Komponenten stromauf angeordnet ist. Dabei ist es grundsätzlich möglich, den jeweiligen Oxidationskatalysator auch in Form einer katalytisch aktiven Beschichtung in die jeweilige, aufzuheizende Komponente zu integrieren. Stromauf dieses Oxidationskatalysators kann dann eine eigene Kraftstoffversorgung angeordnet sein, mit deren Hilfe ein Kraftstoff, sogenannter Sekundärkraftstoff, in den Abgasstrom eingebracht wird. Dieser Kraftstoff kann dann im Oxidationskatalysator umgesetzt werden, wodurch sich die Abgasströmung stark aufheizt. Das heiße Abgas kann dann zum Aufheizen der nachfolgenden Komponenten genutzt werden.Modern exhaust systems of internal combustion engines include efficient exhaust gas treatment devices, such as SCR systems, NOx storage and particulate filter. So that certain exhaust treatment facilities, such. As catalysts can work optimally, they must have a predetermined minimum operating temperature. Furthermore, it is for regenerating certain exhaust treatment devices, such. As particulate filter, often required to heat them to a regeneration temperature. In order to be able to achieve these temperature levels independently of the operating state of the respective internal combustion engine and to shorten a cold start phase of the internal combustion engine, it is possible to equip the exhaust system additionally with an oxidation catalyst, which is arranged upstream with respect to the components to be heated. It is basically possible to integrate the respective oxidation catalyst in the form of a catalytically active coating in the respective component to be heated. Upstream of this oxidation catalytic converter can then be arranged a separate fuel supply, with the aid of which a fuel, so-called secondary fuel, is introduced into the exhaust gas flow. This fuel can then be reacted in the oxidation catalyst, whereby the exhaust gas flow heats up strongly. The hot exhaust gas can then be used to heat the subsequent components.
Alternativ ist es ebenso möglich, stromauf der aufzuheizenden Komponenten einen Brenner an die Abgasanlage anzuschließenden, der über eine eigene Kraftstoffzuführung (Sekundärkraftstoff) und über eine eigene Luftzuführung (Sekundärluft) verfügt. Im Brenner kann dann ebenfalls bedarfsabhängig Kraftstoff mit Luft umgesetzt werden, um heiße Brennerabgase zu erzeugen, die den von der Brennkraftmaschine kommenden Motorabgasen zugemischt werden, um so einen heißen Abgasstrom zu erzeugen, mit dessen Hilfe die jeweilige Abgasbehandlungskomponente aufgeheizt werden kann.Alternatively, it is also possible, upstream of the components to be heated to connect a burner to the exhaust system, which has its own fuel supply (secondary fuel) and its own air supply (secondary air). In the burner fuel can then also be reacted with air depending on demand to produce hot burner exhaust gases, which are added to the motor exhaust gases coming from the engine, so as to produce a hot exhaust gas flow, with the aid of which the respective exhaust gas treatment component can be heated.
Aus der
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Abgasanlage mit Brenner bzw. für ein zugehöriges Betriebsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch charakterisiert, dass die thermische Stabilität und die Dauerhaltbarkeit des Brenners bzw. der Abgasanlage erhöht ist.The present invention is concerned with the problem of providing for an exhaust system with burner or for an associated operating method, an improved embodiment, which is characterized in particular by the fact that the thermal stability and durability of the burner or the exhaust system is increased.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this problem is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem grundsätzlichen Gedanken, die lokale Verbrennungstemperatur zu senken. Hierdurch wird zum einen die Spitzentemperatur reduziert, wodurch sich gleichzeitig die Temperaturgleichverteilung verbessert. Erreicht wird die Absenkung der Verbrennungstemperatur erfindungsgemäß abhängig von der geforderten Brennerleistung entweder durch einen überstöchiometrischen Betrieb, also durch einen Betrieb mit Luftüberschuss (λ > 1) oder durch einen unterstöchiometrischen Betrieb, also durch einen Betrieb mit Kraftstoffüberschuss (λ < 1). Bevorzugt wird dabei in einem Bereich kleinerer Brennerleistungen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) größer als 1 eingestellt. Beim überstöchiometrischen Betrieb dient die überschüssige Luft als kühlendes Inertgas, so dass die Verbrennungstemperatur reduziert werden kann. Im Unterschied dazu wird in einem Bereich größerer Brennerleistungen ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) kleiner als 1 eingestellt. Bei einer derartigen unterstöchiometrischen Verbrennung dient der überschüssige verdampfte Kraftstoff als Inertgas. Gleichzeitig bewirkt die für die Verdampfung des flüssig zugeführten Kraftstoffs benötigte Wärme eine Absenkung der Verbrennungstemperatur. Der überschüssige Kraftstoff kann nach der Zumischung des Brennerabgases zum Motorabgas mit der überschüssigen Luft, die im üblicherweise mageren, also einen Luftüberschuss enthaltenden Motorabgas enthalten ist, umgesetzt werden. Dies kann aufgrund der hohen Temperaturen bereits ab der Zumischung des Brennerabgases zum Motorabgas in der jeweiligen Abgasleitung erfolgen. Bevorzugt enthält die Abgasanlage jedoch stromab des Brenners bzw. stromab der Anschlussstelle des Brenners an die Abgasanlage einen Oxidationskatalysator. Spätestens in diesem Oxidationskatalysator erfolgt dann die Umsetzung des überschüssigen Kraftstoffs des Brennerabgases mit der überschüssigen Luft des Motorabgases.The invention is based on the fundamental idea of reducing the local combustion temperature. As a result, on the one hand, the peak temperature is reduced, which at the same time improves the temperature uniform distribution. According to the invention, the lowering of the combustion temperature is achieved, depending on the required burner output, either by an overstoichiometric operation, ie by operation with excess air (λ> 1) or by substoichiometric operation, ie by operation with excess fuel (λ <1). In this case, an air-fuel ratio (λ) greater than 1 is preferably set in a range of smaller burner powers. In superstoichiometric operation, the excess air serves as a cooling inert gas, so that the combustion temperature can be reduced. In contrast, an air-fuel ratio (λ) is set smaller than 1 in a range of larger burner powers. In such substoichiometric combustion, the excess vaporized fuel serves as an inert gas. At the same time, the heat required for the evaporation of the liquid supplied fuel causes a lowering of the combustion temperature. After mixing the burner exhaust gas with the engine exhaust gas, the excess fuel can be reacted with the excess air which is contained in the engine exhaust, which is usually lean, that is to say an excess of air. Due to the high temperatures, this can already be done from the mixing of the burner exhaust gas to the engine exhaust gas in the respective exhaust gas line. However, the exhaust system preferably contains an oxidation catalytic converter downstream of the burner or downstream of the connection point of the burner to the exhaust system. At the latest in this oxidation catalyst, the reaction of the excess fuel of the burner exhaust gas with the excess air of the engine exhaust gas then takes place.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung der Brennerleistung im Bereich kleinerer Brennerleistungen durch Variieren der Luftmenge und Variieren der Kraftstoffmenge. Mit zunehmender Brennerleistung werden die Luftmenge und die Kraftstoffmenge erhöht bis eine maximal zuführbare Luftmenge erreicht ist. Der Bereich kleinerer Brennerleistungen ist somit durch die maximal zuführbare Luftmenge und die Bedingung, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als ein Mindestwert sein soll, begrenzt. Dieser Mindestwert kann vorzugsweise bei 1 liegen.According to a preferred embodiment, the control of the burner power takes place in the range of smaller burner powers by varying the amount of air and varying the amount of fuel. With increasing burner power, the amount of air and the amount of fuel is increased until a maximum supply of air is reached. The range of smaller burner power is thus by the maximum supply air and the condition that the air-fuel ratio should be greater than a minimum value limited. This minimum value may preferably be 1.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann nun im Bereich kleinerer Brennerleistungen mit zunehmender Brennerleistung bei erreichter maximaler Luftmenge die Kraftstoffmenge weiter erhöht werden, während die Luftmenge auf den Maximalwert eingestellt bleibt. Dies führt dazu, dass mit zunehmender Brennerleistung, also mit zunehmender Kraftstoffmenge, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Richtung 1 abnimmt, sich also von oben dem Wert 1 nähert. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass bei einem ersten Schaltwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der größer ist als 1, der Übergang vom Bereich kleinerer Brennerleistungen zum Bereich größerer Brennerleistungen erfolgt. Vorteilhaft wird dieser Übergang dadurch realisiert, dass bei zunehmender Brennerleistung die Luftmenge sprungartig auf einen reduzierten Wert eingestellt wird, derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ebenso sprungartig auf einen zweiten Schaltwert abnimmt, der kleiner als 1 ist. Auf diese Weise wird ein Wertebereich für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, der den Wert 1 (λ = 1) enthält, übersprungen. Mit anderen Worten, der Wechsel von der dem Bereich kleinerer Brennerleistungen zugeordneten Betriebsart (λ > 1) zu der dem Bereich größerer Brennerleistungen zugeordneten Betriebsart (λ < 1) erfolgt sprungartig und quasi übergangslos.According to an advantageous development, the amount of fuel can now be further increased in the range of smaller burner powers with increasing burner power when the maximum air quantity is reached, while the air quantity remains set to the maximum value. As a result, as the burner power increases, that is, as the fuel quantity increases, the air-fuel ratio in the
Vorteilhaft kann nun im Bereich größerer Brennerleistungen die Brennerleistung wieder durch Variieren der Luftmenge und Variieren der Kraftstoffmenge reguliert werden, wobei im Bereich größerer Brennerleistungen die Bedingung eingehalten wird, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis kleiner als 1 ist.Advantageously, the burner output can now be regulated by varying the amount of air and varying the amount of fuel in the range of larger burner powers, wherein in the range of larger burner performance, the condition is met that the air-fuel ratio is less than 1.
In einem an den Übergang vom Bereich kleinerer Brennerleistungen auf den Bereich größerer Brennerleistungen anschließenden Teilbereich des Bereichs größerer Brennerleistungen ist es zweckmäßig, mit zunehmender Brennerleistung die Kraftstoffmenge zu erhöhen, während gleichzeitig die Luftmenge auf dem für den Übergang eingestellten, unterhalb der maximalen Luftmenge reduzierten Wert konstant gehalten bleibt. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis weiter abnimmt, sich also nach unten vom Wert 1 entfernt.In a subsequent to the transition from the range of smaller burner powers in the range of larger burner power range of greater burner power, it is expedient to increase the burner with increasing burner power, while the amount of air set on the transition set below the maximum air volume constant value remains held. This ensures that the air-fuel ratio continues to decrease, that is, downwards from the
Besonders vorteilhaft kann nun vorgesehen sein, dass bei weiter zunehmender Brennerleistung bei einem dritten Schaltwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der kleiner ist als 1, die Luftmenge wieder erhöht wird, wodurch sich die Brennerleistung erhöht. Die Erhöhung der Luftmenge erfolgt dabei wieder bis zum Erreichen der maximal einstellbaren Luftmenge. Die Erhöhung der Luftmenge kann dabei kontinuierlich oder sprungartig oder in einzelnen Stufen oder Schritten erfolgen. Jedenfalls erreicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sobald die maximale Luftmenge erreicht ist, einen vierten Schaltwert, der kleiner als 1 ist.Particularly advantageously, it can now be provided that with further increasing burner power at a third switching value of the air-fuel ratio, which is smaller than 1, the amount of air is increased again, thereby increasing the burner power. The increase in the amount of air is carried out again until reaching the maximum adjustable air volume. The increase in the amount of air can be carried out continuously or in steps or in individual stages or steps. In any case, the air-fuel ratio, once the maximum amount of air is reached, reaches a fourth switching value, which is less than 1.
Soll die Brennerleistung weiter erhöht werden, wird nur noch die Kraftstoffmenge erhöht, während die Luftmenge auf den Maximalwert eingestellt bleibt.If the burner output is to be increased further, only the fuel quantity is increased while the air quantity remains set to the maximum value.
Vorzugsweise können der zuvor genannte zweite Schaltwert und der vorstehend genannte vierte Schaltwert gleich groß sein.Preferably, the aforementioned second shift value and the aforementioned fourth shift value may be equal.
Alternativ ist es ebenso möglich, ausgehend vom zweiten Schaltwert, Kraftstoffmenge und Luftmenge so zu erhöhen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen konstant beim zweiten Schaltwert bleibt. Sofern mit konstantem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gearbeitet wird, kann der vorstehend genannte dritte Schaltwert übergangen werden und direkt der vierte Schaltwert erreicht werden, der sich vom zweiten Schaltwert dann nur dadurch unterscheidet, dass im vierten Schaltwert die maximale Luftmenge erreicht ist.Alternatively, it is also possible, starting from the second shift value, to increase the amount of fuel and the amount of air so that the air-fuel ratio remains substantially constant at the second shift value. If one works with a constant air-fuel ratio, the above-mentioned third shift value can be ignored and directly the fourth shift value can be achieved, which then differs from the second shift value only in that the maximum amount of air is reached in the fourth shift value.
Zum Reduzieren der Brennerleistung erfolgt der Betrieb entsprechend umgekehrt, um auch hier den Bereich des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses überspringen zu können. So wird also im Bereich größerer Brennerleistungen mit abnehmender Brennerleistung zunächst die Luftmenge auf ihren Maximalwert konstant gehalten, während nur die Kraftstoffmenge reduziert wird. Sobald der vierte Schaltwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht ist, wird die Luftmenge reduziert, bis der dritte Schaltwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis erreicht ist. Die Reduzierung der Luftmenge kann dabei sprungartig, gestuft oder kontinuierlich, stufenlos durchgeführt werden. Bei weiter abnehmender Brennerleistung wird dann nur noch die Kraftstoffmenge reduziert, während die Luftmenge auf dem zuvor eingestellten, unterhalb der maximalen Luftmenge liegenden Wert konstant gehalten wird. Bei Erreichen des zweiten Schaltwerts wird dann die Luftmenge sprungartig auf ihren Maximalwert erhöht. Hierbei überspringt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder den Wertebereich, der den Wert 1 enthält. Somit entspricht dies dem sprungartigen Übergang vom Bereich größerer Brennerleistungen zum Bereich kleinerer Brennerleistungen. Bei weiter abnehmender Brennerleistung kann nun zunächst die Luftmenge konstant auf ihrem Maximalwert gehalten werden, während nur die Kraftstoffmenge reduziert wird. Dadurch nimmt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu, so dass sich sein Wert nach oben vom Wert 1 entfernt. Bei weiter abnehmender Brennerleistung können dann sowohl die Kraftstoffmenge als auch die Luftmenge reduziert werden.To reduce the burner power, the operation is reversed accordingly to be able to skip the range of the stoichiometric air-fuel ratio here. Thus, in the range of larger burner powers, with decreasing burner output, first the air quantity is kept constant at its maximum value, while only the fuel quantity is reduced. Once the fourth air-fuel ratio shift value is reached, the amount of air is reduced until the third air-fuel ratio shift value is reached. The reduction in the amount of air can be performed suddenly, stepped or continuously, continuously. As the burner output continues to decrease, only the fuel quantity is reduced, while the air quantity is kept constant at the value set below the maximum air volume. When the second switching value is reached, the air quantity is then suddenly increased to its maximum value. In this case, the air-fuel ratio again skips the value range which contains the
Alternativ ist es auch hier möglich, ab dem vierten Schaltwert Luftmenge und Kraftstoffmenge so zu reduzieren, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis konstant bleibt, also im Wesentlichen beim vierten Schaltwert. So kann der dritte Schaltwert umgangen werden. Der zweite Schaltwert unterscheidet sich dann vom vierten Schaltwert nur durch eine vorbestimmte, gegenüber der Maximalluftmenge reduzierte Luftmenge. Alternatively, it is also possible to reduce the amount of air and fuel quantity from the fourth shift value so that the air-fuel ratio remains constant, that is substantially at the fourth shift value. Thus, the third switching value can be bypassed. The second shift value then differs from the fourth shift value only by a predetermined, compared to the maximum air volume reduced air quantity.
Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise lässt sich alternativ auch dadurch umschreiben, dass ausgehend von einer minimalen Brennerleistung mit zunehmender Brennerleistung die Luftmenge bis zum Erreichen einer maximalen Luftmenge erhöht wird, wobei zum weitergehenden Erhöhen der Brennerleistung nur noch die Kraftstoffmenge erhöht wird, während die Luftmenge, z. B. auf ihrem Maximalwert, konstant gehalten wird, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abnimmt, wobei zum Überspringen eines den Wert 1 enthaltenden Wertebereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge sprungartig reduziert wird und erst bei weiter zunehmender Brennerleistung wieder auf die maximale Luftmenge, insbesondere sprungartig, erhöht wird, jedoch so, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 1 bleibt. Zum weitergehenden Erhöhen der Brennerleistung wird dann wieder nur noch die Kraftstoffmenge erhöht, während die Luftmenge auf ihrem Maximalwert konstant gehalten wird.Alternatively, the procedure described above can be described by the fact that starting from a minimum burner power with increasing burner power, the air flow is increased until reaching a maximum air flow, to further increase the burner power only the amount of fuel is increased while the amount of air, eg. B. is kept constant at its maximum value, so that the air-fuel ratio decreases, to skip a value range containing the
Außerdem lässt sich für die Reduzierung der Brennerleistung die vorstehend beschriebene Vorgehensweise auch so umschreiben, dass ausgehend von einer maximalen Brennerleistung mit abnehmender Brennerleistung die Kraftstoffmenge reduziert wird, während die Luftmenge konstant auf eine maximale Luftmenge eingestellt bleibt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zunimmt, wobei bei Erreichen eines vorbestimmten Schaltwerts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge, insbesondere sprungartig, reduziert wird, wobei zum Reduzieren der Brennerleistung weiter die Kraftstoffmenge reduziert wird, wobei zum Überspringen eines den Wert 1 enthaltenden Wertebereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge sprungartig, z. B. auf die maximale Luftmenge, erhöht wird, wobei bei weiter abnehmender Brennerleistung die Luftmenge konstant auf der maximalen Luftmenge gehalten wird, während die Kraftstoffmenge reduziert wird, wobei bei weiter abnehmender Brennerleistung die Luftmenge und die Kraftstoffmenge reduziert werden.In addition, for reducing the burner power, the above-described procedure can also be described such that, starting from a maximum burner power with decreasing burner power, the fuel quantity is reduced while the air quantity remains constant at a maximum air quantity, so that the air-fuel ratio increases in which upon reaching a predetermined switching value of the air-fuel ratio, the air quantity, in particular abruptly, is reduced, wherein the fuel quantity is further reduced to reduce the burner power, wherein to skip a value range of the air-fuel ratio containing the
Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher in einem unteren Teilbereich des Bereichs kleinerer Brennerleistungen die Brennerleistung dadurch eingestellt wird, dass die Luftmenge und die Kraftstoffmenge variiert werden, wobei in einem oberen Teilbereich des Bereichs kleinerer Brennerleistungen die Brennerleistung dadurch eingestellt wird, dass die Kraftstoffmenge variiert wird, während die Luftmenge konstant gehalten wird, und wobei im Bereich größerer Brennerleistungen die Brennerleistung dadurch eingestellt wird, dass die Kraftstoffmenge variiert wird, während die Luftmenge konstant gehalten wird.Particularly useful is an embodiment in which in a lower portion of the range of smaller burner power, the burner output is adjusted by the amount of air and fuel quantity are varied, wherein in an upper portion of the range of smaller burner power, the burner power is adjusted by the amount of fuel is varied while the amount of air is kept constant, and in the range of larger burner powers, the burner power is adjusted by the amount of fuel is varied while the amount of air is kept constant.
Entsprechend einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass beim Wechseln zwischen dem Bereich mit größerer Brennerleistung und dem Bereich mit kleinerer Brennerleistung zum Durchqueren eines den Wert 1 enthaltenden Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge bei zunehmender Brennerleistung sprungartig reduziert wird und bei abnehmender Brennerleistung sprungartig erhöht wird. Mit anderen Worten, bei zunehmender Brennerleistung soll bei einem Wechsel vom Bereich mit kleinerer Brennerleistung zum Bereich mit größerer Brennerleistung zum Überspringen eines den Wert 1 enthaltenen Wertebereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge sprungartig reduziert werden, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass bei zunehmender Brennerleistung die Luftmenge vor der sprungartigen Reduzierung konstant und insbesondere maximal ist und/oder nach der sprungartigen Reduzierung, z. B. auf den Maximalwert, erhöht und bei weiter zunehmender Brennerleistung konstant, z. B. auf dem Maximalwert, gehalten wird. Im Unterschied dazu soll bei abnehmender Brennerleistung bei einem Wechsel vom Bereich mit größerer Brennerleistung zum Bereich mit kleinerer Brennerleistung zum Überspringen eines den Wert 1 enthaltenden Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Luftmenge sprungartig, z. B. auf ein Maximum erhöht werden, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass bei abnehmender Brennerleistung die Luftmenge vor der sprungartigen Erhöhung reduziert wird, insbesondere ausgehend von einem Maximum, und/oder nach der sprungartigen Erhöhung auf dem erhöhten Wert, z. B. Maximum, konstant gehalten wird und erst bei weiter abnehmender Brennerleistung reduziert wird.According to another expedient embodiment, it can be provided that when changing between the area with a larger burner power and the area with a smaller burner power for traversing a value of 1 containing area of the air-fuel ratio, the air quantity is suddenly reduced with increasing burner power and decreasing burner power is increased suddenly. In other words, with increasing burner power, the amount of air should be suddenly reduced in a change from the range with a smaller burner power to the area with a larger burner power to skip a value range of the air-
Eine Abgasanlage nach der Erfindung umfasst zumindest einen Oxidationskatalysator, der in Form einer separaten Komponente oder dadurch realisiert sein kann, dass er in eine Abgasbehandlungseinrichtung der Abgasanlage baulich integriert ist, beispielsweise in Form eines Katalysatorelements oder in Form einer katalytisch aktiven Beschichtung. Die Abgasanlage umfasst außerdem zumindest eine stromab des Oxidationskatalysators angeordnete Komponente, die einen variierenden Heizbedarf aufweist. Wie gesagt, kann der Oxidationskatalysator bereits baulich in diese Komponente integriert sein, zum Beispiel als Katalysatorelement oder als katalytisch aktive Beschichtung. Ferner enthält die Abgasanlage stromauf des Oxidationskatalysators einen Brenner, für den eine Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zum Brenner, sowie eine Luftzuführeinrichtung zum Zuführen von Luft zum Brenner vorgesehen sind. Des Weiteren ist eine Steuerung zum Betätigen der Kraftstoffzuführeinrichtung sowie der Luftzuführeinrichtung abhängig vom Heizbedarf der wenigstens einen Komponente vorgesehen. Besagte Steuerung ist nun zweckmäßig so ausgestaltet und/oder programmiert, dass sie im Betrieb der Abgasanlage den Brenner entsprechend den vorbeschriebenen Verfahren betreiben kann.An exhaust system according to the invention comprises at least one oxidation catalyst, which may be realized in the form of a separate component or in that it is structurally integrated into an exhaust gas treatment device of the exhaust system, for example in the form of a catalyst element or in the form of a catalytically active coating. The exhaust system further includes at least one downstream of the oxidation catalyst disposed component having a varying heating demand. As already mentioned, the oxidation catalyst can already be structurally integrated into this component, for example as a catalyst element or as a catalytically active coating. Furthermore, the exhaust system upstream of the oxidation catalyst includes a burner, for a fuel supply device for supplying fuel to the burner, and a Air supply means are provided for supplying air to the burner. Furthermore, a control for actuating the fuel supply device and the air supply device is provided as a function of the heating requirement of the at least one component. Said control is now suitably designed and / or programmed so that it can operate the burner according to the above-described method during operation of the exhaust system.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.
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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically
Entsprechend
Die Abgasanlage
Bei der in
Des Weiteren ist die Abgasanlage
Zur Versorgung des Brenners
Im Diagramm der
Der Bereich B trennt im Diagramm der
Ausgehend von einer minimalen Brennerleistung Pmin werden im Bereich I kleinerer Brennerleistungen P mit zunehmender Brennerleistung P die Luftmenge L und die Kraftstoffmenge K erhöht bis eine maximal zuführbare Luftmenge Lmax erreicht ist. Dieser Zustand ist beispielsweise bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ5 erreicht. Soll nun die Brennerleistung P weiter erhöht werden, nimmt mit zunehmender Brennerleistung P nur noch die Kraftstoffmenge K zu, während die Luftmenge L bei ihrem Maximalwert Lmax konstant gehalten wird. Bei weiter zunehmender Brennerleistung P wird für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ ein erster Schaltwert λ1 erreicht. An diesem ersten Schaltwert λ1 erfolgt der Übergang vom Bereich I kleinerer Brennerleistungen P zum Bereich II größerer Brennerleistungen P. Dieser Übergang wird dabei bei zunehmender Brennerleistung P dadurch realisiert, dass die Luftmenge L sprungartig von ihrem Maximalwert Lmax auf einen reduzierten Wert Lred eingestellt wird. Dieser reduzierte Luftmengenwert Lred ist dabei so bemessen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ sprungartig einen zweiten Schaltwert λ2 erreicht, der kleiner als 1 ist, während der erste Schaltwert λ1 noch größer als 1 war. Somit wird der Wert λ = 1 bzw. der Wertebereich B übersprungen.Starting from a minimum burner power P min , the air quantity L and the fuel quantity K are increased in the region I of smaller burner powers P with increasing burner power P until a maximum deliverable air quantity Lmax is reached. This state is achieved, for example, at an air-fuel ratio λ5. If now the burner power P is to be further increased, the fuel quantity K increases with increasing burner power P, while the air quantity L is kept constant at its maximum value Lmax. With further increasing burner power P, a first switching value λ1 is achieved for the air-fuel ratio λ. At this first switching value λ1, the transition from region I of smaller burner powers P to region II of larger burner powers P takes place. This transition is realized with increasing burner power P by setting the air quantity L abruptly from its maximum value Lmax to a reduced value Lred. This reduced air volume value Lred is dimensioned such that the air-fuel ratio λ suddenly reaches a second switching value λ2, which is smaller than 1, while the first switching value λ1 was still greater than 1. Thus, the value λ = 1 or the value range B is skipped.
Nach diesem Übergang zum Bereich II größerer Brennerleistungen P wird mit zunehmender Brennerleistung P zunächst nur die Kraftstoffmenge K erhöht, während die Luftmenge L noch auf dem reduzierten Wert Lred konstant verbleibt. Hierdurch kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ weiter reduziert werden. Erreicht nun das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ bei weiter zunehmender Brennerleistung P einen dritten Schaltwert λ3, der kleiner ist als der zweite Schaltwert λ2 und kleiner ist als 1, kann bei zunehmender Brennerleistung P nun auch die Luftmenge L wieder erhöht werden. Dies wird im gezeigten Beispiel der
Nimmt nun ausgehend vom vierten Schaltwert λ4 die Brennerleistung P weiter zu, wird in der Folge nur noch die Kraftstoffmenge K erhöht, während die Luftmenge L auf ihren Maximalwert Lmax konstant verbleibt.If, starting from the fourth switching value λ4, the burner power P continues to increase, only the fuel quantity K is increased as a result, while the air quantity L remains constant at its maximum value Lmax.
Das Reduzieren der Brennerleistung P erfolgt dann auf entsprechende Weise umgekehrt, jedenfalls derart, dass wieder der Bereich B übersprungen werden kann, um vom Bereich II größerer Brennerleistung P mit unterstöchiometrischem Betrieb λ < 1 in den Bereich I kleinerer Brennerleistungen P mit überstöchiometrischem Betrieb λ > 1 sprungartig wechseln zu können.The reduction of the burner power P is then reversed in a corresponding manner, at least in such a way that the area B can again be skipped to
Insbesondere wird ausgehend von einer maximalen Brennerleistung Pmax mit abnehmendem Heizbedarf H die Kraftstoffmenge K reduziert, während die Luftmenge L konstant auf ihrem Maximalwert Lmax eingestellt bleibt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ allmählich zunimmt. Erreicht hierdurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ den vierten Schaltwert λ4 wird die zugeführte Luftmenge L reduziert, vorzugsweise sprungartig, auf den Wert Lred. Bei weiter abnehmendem Heizbedarf H wird weiter die Kraftstoffmenge K reduziert, während die Luftmenge L konstant auf dem reduzierten Wert Lred verbleiben kann. Bei weiter abfallendem Heizbedarf H erreicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ den zweiten Schaltwert λ2, was eine sprungartige Erhöhung der Luftmenge L auf den Maximalwert Lmax auslöst. Dabei überspringt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ den Bereich B und erreicht den ersten Schaltwert λ1.In particular, starting from a maximum burner output Pmax with decreasing heating demand H, the fuel quantity K is reduced, while the air quantity L is kept constant at its maximum value Lmax, so that the air-fuel ratio λ gradually increases. Achieved hereby the air-fuel ratio λ the fourth switching value λ4, the supplied amount of air L is reduced, preferably abruptly, to the value Lred. With further decreasing heating demand H, the fuel quantity K is further reduced, while the air quantity L can remain constant at the reduced value Lred. When heating demand H continues to fall, the air-fuel ratio λ reaches the second switching value λ2, which triggers a sudden increase in the amount of air L to the maximum value Lmax. In this case, the air-fuel ratio λ skips the region B and reaches the first switching value λ1.
Bei einer alternativen Lösung kann für die abnehmende Brennerleistung B vorgesehen sein, dass bei Erreichen des vierten Schaltwerts λ4 die Luftmenge L und die Kraftstoffmenge K so reduziert werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ konstant bleibt, nämlich auf dem vierten Schaltwert λ4 verbleibt. Sobald dann die Luftmenge L die vorbestimmte reduzierte Luftmenge Lred erreicht, kann die Luftmenge L sprungartig auf ihren Maximalwert Lmax erhöht werden, wodurch dann direkt vom vierten Schaltwert λ4 auf den ersten Schaltwert λ1 übergegangen wird. Für den umgekehrten Fall der Leistungserhöhung bedeutet dies, dass bei Erreichen des ersten Schaltwerts λ1 die Luftmenge L sprungartig vom Maximalwert Lmax auf den reduzierten Wert Lred reduziert wird, um den zweiten Schaltwert λ2 zu erreichen. Dann kann bei weiter zunehmender Brennerleistung P das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ bei diesem zweiten Schaltwert λ2 konstant gehalten werden, indem die Luftmenge L und die Kraftstoffmenge K entsprechend erhöht werden. Sobald dann die Luftmenge L ihren Maximalwert Lmax erreicht, liegt unmittelbar der vierte Schaltwert λ4 vor, ab dem dann nur noch die Kraftstoffmenge K erhöht wird, während die Luftmenge L bei ihrem Maximalwert Lmax konstant gehalten wird.In an alternative solution, it may be provided for the decreasing burner power B that, when the fourth shift value λ4 is reached, the air quantity L and the fuel quantity K are reduced such that the air-fuel ratio λ remains constant, namely remains at the fourth shift value λ4. As soon as the air quantity L reaches the predetermined reduced air quantity Lred, the air quantity L can be suddenly increased to its maximum value Lmax, which then transitions directly from the fourth switching value λ4 to the first switching value λ1. For the reverse case of the power increase, this means that upon reaching the first switching value λ1, the air quantity L is suddenly reduced from the maximum value Lmax to the reduced value Lred in order to achieve the second switching value λ2. Then, with further increasing burner power P, the air-fuel ratio λ at this second switching value λ2 be kept constant by the air quantity L and the fuel quantity K are increased accordingly. As soon as the air quantity L reaches its maximum value Lmax, the fourth shift value λ4 is directly present, from which only the fuel quantity K is then increased, while the air quantity L is kept constant at its maximum value Lmax.
Die Steuerung
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