DE102018009400A1 - Internal combustion engine for a motor vehicle with a burner arranged in an exhaust tract, and method for operating such an internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine for a motor vehicle with a burner arranged in an exhaust tract, and method for operating such an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgastrakt (16), und mit einem in dem Abgastrakt (16) angeordneten Brenner (56), welcher eine Brennkammer (64) aufweist, in welcher zum Erwärmen des Abgases unter Ausbildung einer offenen Flamme ein Brennstoff mittels des Brenners (56) zu verbrennen ist, wobei der Abgastrakt (16) ein von dem Abgases durchströmbares Abgasrohr (66), in welchem die von dem das Abgasrohr (66) durchströmenden Abgas durchströmbare Brennkammer (64) angeordnet ist, und eine Klappe (53) aufweist, mittels welcher in Abhängigkeit von einer Last und einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (10) eine das Abgasrohr (66) durchströmende erste Menge und eine die Brennkammer (64) umgehende zweite Menge des Abgases einstellbar sind.The invention relates to an internal combustion engine (10) for a motor vehicle, with an exhaust tract (16) through which exhaust gas from the internal combustion engine (10) can flow, and with a burner (56) arranged in the exhaust tract (16) and having a combustion chamber (64), in which a fuel is to be burned by means of the burner (56) in order to heat the exhaust gas to form an open flame, the exhaust gas tract (16) being an exhaust gas pipe (66) through which the exhaust gas can flow, in which the exhaust gas pipe (66) flowing through the exhaust gas pipe Exhaust gas through which the combustion chamber (64) is arranged, and has a flap (53), by means of which, depending on a load and a speed of the internal combustion engine (10), a first quantity flowing through the exhaust pipe (66) and a second quantity bypassing the combustion chamber (64) The amount of exhaust gas can be adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. In addition, the invention relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Eine solche Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, ist beispielsweise bereits der DE 10 2012 024 260 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verbrennungskraftmaschine weist dabei einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgastrakt und einen in dem Abgastrakt angeordneten Brenner auf, welcher eine Brennkammer umfasst. In der Brennkammer ist zum Erwärmen des Abgases unter Ausbildung einer offenen Flamme ein Brennstoff mittels des Brenners zu verbrennen.Such an internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, is already the example DE 10 2012 024 260 A1 as known. The internal combustion engine has an exhaust tract through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow and a burner arranged in the exhaust tract and comprising a combustion chamber. In the combustion chamber, a fuel is burned by the burner to heat the exhaust gas to form an open flame.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2008 032 601 A1 ein Verfahren zum Einstellen eines Zustands eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem der Brennkraftmaschine nachgeschalteten und von dem Abgasstrom durchströmten Abgassystem, und mit einem dem Abgasstrom zugeordneten Brenner. Darüber hinaus ist der DE 35 32 778 A1 eine Vorrichtung zum Regenerieren von Rußfiltern als bekannt zu entnehmen.Furthermore, the DE 10 2008 032 601 A1 a method for setting a state of an exhaust gas flow of an internal combustion engine of a motor vehicle, with an exhaust gas system connected downstream of the internal combustion engine and through which the exhaust gas flow flows, and with a burner assigned to the exhaust gas flow. In addition, the DE 35 32 778 A1 a device for regenerating soot filters as known.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden kann.The object of the present invention is to further develop an internal combustion engine and a method of the type mentioned in the introduction such that the internal combustion engine can be operated with particularly low fuel consumption and emissions.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an internal combustion engine with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 5. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um eine Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders kraftstoffverbrauchs- und emissionsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren lässt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Abgastrakt ein von dem Abgas durchströmbares Abgasrohr aufweist, in welchem die Brennkammer angeordnet ist. Dadurch ist die Brennkammer von dem das Abgasrohr durchströmenden Abgas durchströmbar. Außerdem weist der Abgastrakt eine Klappe auf, mittels welcher in Abhängigkeit von einer Last und in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine eine das Abgasrohr durchströmende erste Menge und eine die Brennkammer beziehungsweise das Abgasrohr und somit die Brennkammer umgehende zweite Menge des Abgases einstellbar sind. Unter dem Merkmal, dass die zweite Menge die Brennkammer beziehungsweise den Brenner insgesamt umgeht, ist zu verstehen, dass die zweite Menge des Abgases nicht durch die Brennkammer hindurchströmt.In order to further develop an internal combustion engine of the type specified in the preamble of patent claim 1 in such a way that the internal combustion engine can be operated with particularly low fuel consumption and emissions, the exhaust gas tract has an exhaust pipe through which the exhaust gas can flow and in which the combustion chamber is arranged . As a result, the exhaust gas flowing through the exhaust pipe can flow through the combustion chamber. In addition, the exhaust tract has a flap, by means of which, depending on a load and depending on a speed of the internal combustion engine, a first quantity of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe and a second quantity of the exhaust gas bypassing the combustion chamber or the exhaust pipe and thus the combustion chamber can be set. The feature that the second quantity bypasses the combustion chamber or the burner as a whole means that the second quantity of the exhaust gas does not flow through the combustion chamber.

Der Brenner ist ein Zusatzbrenner, mittels welchem beispielsweise bei einem Kaltstart vorteilhaft hohe Temperaturen des Abgases realisiert werden können. Der Brennstoff zum Betrieb des Brenners kann im Rahmen der Erfindung insbesondere als der Kraftstoff ausgebildet sein, mit welchem auch die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. In der Folge kann beispielsweise eine in dem Abgastrakt und dabei beispielsweise stromab des Brenners angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung erwärmt beziehungsweise warm gehalten werden. Mit anderen Worten kann durch Erwärmen des Abgases mittels des Brenners eine hinreichend hohe Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung gewährleistet werden, sodass beispielsweise durch Erwärmen des Abgases ein Oxidationskatalysator und/oder ein SCR-Katalysator und/oder ein Partikelfilter der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorteilhaft aufgeheizt beziehungsweise warm gehalten werden können. Hierdurch kann insbesondere bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine der Ausstoß von Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) stark reduziert werden.The burner is an additional burner, by means of which high temperatures of the exhaust gas can advantageously be achieved, for example during a cold start. In the context of the invention, the fuel for operating the burner can be designed in particular as the fuel with which the internal combustion engine is also operated. As a result, an exhaust gas aftertreatment device arranged in the exhaust tract and, for example, downstream of the burner can be heated or kept warm. In other words, by heating the exhaust gas by means of the burner, a sufficiently high temperature of the exhaust gas aftertreatment device can be ensured, so that, for example, an oxidation catalyst and / or an SCR catalyst and / or a particle filter of the exhaust gas aftertreatment device can advantageously be heated or kept warm by heating the exhaust gas. As a result, the emission of nitrogen oxide emissions (NO x emissions) can be greatly reduced, in particular when the internal combustion engine is cold started.

Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine ist es vorgesehen, den als Zusatzbrenner fungierenden Brenner nur in einem Niedriglastbereich und bei kalter Abgasnachbehandlungseinrichtung zu zünden, das heißt zu aktivieren. Der Niedriglastbereich ist dadurch charakterisiert, dass der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine kleiner gleich in etwa 4 bar ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist dann kalt, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise das Abgas stromauf des Brenners eine Temperatur aufweist, die geringer als eine auch als Light-Off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur des beispielsweise als Dieseloxidationskatalysator ausgebildeten Oxidationskatalysators ist. In einer Ausgestaltung dieses Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine ist es vorgesehen, die auch als Abgasklappe bezeichnete Klappe derart einzustellen, dass das Abgas im Wesentlichen vollständig durch zum Brenner und durch die Brennkammer hindurchgeleitet wird.As part of a method for operating the internal combustion engine, it is provided that the burner, which acts as an additional burner, is ignited only in a low-load range and with a cold exhaust gas aftertreatment device, that is to say to activate it. The low-load range is characterized in that the effective mean pressure of the internal combustion engine is less than or equal to approximately 4 bar. The exhaust gas aftertreatment device is cold when the exhaust gas aftertreatment device or the exhaust gas upstream of the burner has a temperature which is lower than a light-off temperature, also referred to as the light-off temperature, of the oxidation catalyst, which is designed, for example, as a diesel oxidation catalyst. In one embodiment of this method for operating the internal combustion engine, it is provided to adjust the flap, which is also referred to as the exhaust flap, in such a way that the exhaust gas is passed essentially completely through to the burner and through the combustion chamber.

Insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine eine hohe Drehzahl aufweist, wird die Klappe derart gestellt, dass das Abgas zumindest teilweise den Brenner und somit die Brennkammer umgeht. Diesbezüglich wurde gefunden, dass das Abgas bei hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine eine solch hohe Strömungsgeschwindigkeit im Abgastrakt aufweist, dass sich insbesondere aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und insbesondere dann, wenn die Abgasnachbehandlungseinrichtung kalt ist, sich die Flamme nicht stabilisieren kann. Dadurch, dass nun zumindest ein Teil des Abgases die Brennkammer umgeht, kann sich eine stabile Flamme ausbilden, wodurch das Abgas effektiv und effizient erwärmt werden kann.In particular, when the internal combustion engine has a high speed, the flap is set such that the exhaust gas at least partially the burner and thus the combustion chamber deals. In this regard, it was found that the exhaust gas has such a high flow velocity in the exhaust tract at high engine speeds that the flame cannot stabilize, particularly due to the high flow velocity and especially when the exhaust gas aftertreatment device is cold. Because at least part of the exhaust gas now bypasses the combustion chamber, a stable flame can form, as a result of which the exhaust gas can be heated effectively and efficiently.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Verbrennungskraftmaschine eine Dosiereinrichtung auf, mittels welcher der, insbesondere unverbrannte, Brennstoff in das Abgasrohr beziehungsweise in das das Abgasrohr durchströmende Abgas eingespritzt werden kann. Das Einspritzen des Brennstoffes in das Abgas wird auch als Sekundärkraftstoffzugabe bezeichnet und erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von einer im Abgas enthaltenen Menge an Restsauerstoff, wobei die Menge beispielsweise mittels Luft- und Einspritzmodellen berechnet wird und mit wenigstens einer im Abgastrakt angeordneten Lambdasonde beziehungsweise mittels NOx-Sensoren, welche ebenfalls einen Lambdawert des Abgases messen können, erfasst wird.In an advantageous embodiment of the invention, the internal combustion engine has a metering device by means of which the, in particular unburned, fuel can be injected into the exhaust pipe or into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe. The injection of the fuel into the exhaust gas is also referred to as the addition of secondary fuel and takes place, for example, as a function of an amount of residual oxygen contained in the exhaust gas, the amount being calculated, for example, using air and injection models and with at least one lambda probe arranged in the exhaust tract or using NO x - Sensors, which can also measure a lambda value of the exhaust gas, are detected.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist der Brennstoff für den Betrieb des Brenners im Abgastrakt als ein Kraftstoff für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, welcher mittels zumindest einer Nacheinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine einspritzbar ist. Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft eine eigens für die Zugabe des Brennstoffs vorgesehene Dosiereinrichtung für Brennstoff im Abgastrakt eingespart werden. Eine Dosiereinrichtung für eine kontinuierliche Zugabe von Kleinstmengen von Brennstoff ist technisch anspruchsvoll. Besonders vorteilhaft kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung das bereits vorhandene Kraftstoffdosiersystem der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden. Es ist auch denkbar, dass der Kraftstoff, der für den Betrieb des Brenners im Abgastrakt in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird, aufgeteilt auf mehrere Nacheinspritzungen in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird.In an advantageous embodiment of the internal combustion engine according to the invention, the fuel for operating the burner in the exhaust tract is designed as a fuel for operating the internal combustion engine, which fuel can be injected into the internal combustion engine by means of at least one post-injection. With this embodiment of the invention, a metering device for fuel in the exhaust tract specially provided for the addition of the fuel can advantageously be saved. A metering device for the continuous addition of small amounts of fuel is technically demanding. In this embodiment of the invention, the already existing fuel metering system of the internal combustion engine can be used particularly advantageously. It is also conceivable that the fuel that is injected into the internal combustion engine for the operation of the burner in the exhaust tract is injected into the internal combustion engine in several post-injections.

Bei höheren Lasten von insbesondere mehr als 4 bar effektiver Mitteldruck und insbesondere dann, wenn die Temperatur des Abgases beziehungsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung größer als die Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators ist, wird in einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine der auch als Sekundärkraftstoff bezeichnete Brennstoff am Brenner und in die Brennkammer eingespritzt, und die Klappe wird so gestellt, dass im Wesentlichen das gesamte Abgas durch die Brennkammer strömt und somit an einer Düse des Brenners vorbeigeleitet wird. Hierbei fungiert der Brenner beziehungsweise die Dosiereinrichtung als Dosiereinrichtung, um unverbrannten Brennstoff und somit unverbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas einzuspritzen. Vorzugsweise unterbleibt dabei eine durch den Brenner bewirkte Zündung des Brennstoffes, wobei der eingespritzte Brennstoff an dem und dabei durch den hinreichend warmen Oxidationskatalysator oxidiert und somit verbrannt wird. Auch durch diese Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine wird eine Temperaturerhöhung des Abgases bewirkt, wodurch der Oxidationskatalysator und/oder andere dem Oxidationskatalysator nachgeschaltete Elemente der Abgasnachbehandlungseinrichtung wie beispielsweise der SCR-Katalysator vorteilhaft erwärmt werden können. Das auch als „katalytischer Brenner“ bezeichnete Verfahren kann im gesamten Betriebsbereich zu nennenswerter Temperatursteigerung genutzt werden. Der Temperaturhub ist abhängig vom Restsauerstoff im Abgas. Dieser kann durch ein Luft-Management, insbesondere mittels einer Wastegatestellung bei vorliegender Wastegate- beziehungsweise Umgehungsturbine oder mittels Verstellen einer Turbinengeometrie bei vorliegender variabler Turbine (VTG) vorteilhaft geändert werden.At higher loads of in particular more than 4 bar effective mean pressure and especially when the temperature of the exhaust gas or the exhaust gas aftertreatment device is higher than the light-off temperature of the oxidation catalytic converter, in one embodiment of the method for operating the internal combustion engine the fuel on the burner and also referred to as secondary fuel is used injected into the combustion chamber, and the flap is set such that essentially all of the exhaust gas flows through the combustion chamber and is thus directed past a nozzle of the burner. Here, the burner or the metering device functions as a metering device in order to inject unburned fuel and thus unburned hydrocarbons into the exhaust gas. Ignition of the fuel caused by the burner is preferably not carried out, the injected fuel being oxidized on and thereby burned by the sufficiently warm oxidation catalyst. This embodiment of the method for operating the internal combustion engine also causes a temperature increase in the exhaust gas, as a result of which the oxidation catalytic converter and / or other elements of the exhaust gas aftertreatment device downstream of the oxidation catalytic converter, such as the SCR catalytic converter, can advantageously be heated. The process, also referred to as the “catalytic burner”, can be used throughout the operating range to increase the temperature significantly. The temperature rise depends on the residual oxygen in the exhaust gas. This can advantageously be changed by air management, in particular by means of a wastegate position in the case of a wastegate or bypass turbine, or by adjusting a turbine geometry in the case of a variable turbine (VTG).

Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist eine besonders vorteilhafte, auch als Thermomanagement bezeichnete Temperaturverwaltung darstellbar, mittels welcher sich in unterschiedlichen Betriebsbereichen vorteilhafte Temperaturen, insbesondere in dem Abgastrakt, realisieren lassen. Dabei fungiert der Brenner insbesondere als Teillast-Brennersystem, welches vorzugsweise nur in einem Teillastbereich beziehungsweise nur dann aktiviert wird, wenn der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine kleiner gleich in etwa 4 bar ist.In the internal combustion engine according to the invention, a particularly advantageous temperature management, also referred to as thermal management, can be represented, by means of which advantageous temperatures, in particular in the exhaust tract, can be achieved in different operating areas. The burner functions in particular as a part-load burner system, which is preferably activated only in a part-load range or only when the effective mean pressure of the internal combustion engine is less than or equal to approximately 4 bar.

Das Brennersystem kann dabei eine außermotorische Maßnahme darstellen, um das Abgas außerhalb von Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine zu erwärmen. Das Brennersystem ist dabei vorzugsweise für den unteren Drehzahl-/Lastbereich vorgesehen. Insbesondere für innerstädtische Anwendungen und/ oder Fahrzeugen mit geringer Beladung, Fahrten mit hohem Leerlaufanteil, sowie bei unvorteilhaften Strecken mit hohem Schubbetriebanteil. Vorzugsweise umfasst das Thermomanagement auch ein motorisches beziehungsweise innermotorisches Thermomanagement, in dessen Rahmen beispielsweise vorteilhaft hohe Temperaturen des Abgases durch innermotorische Maßnahmen realisiert werden können. Das innermotorische Thermomanagement ist insbesondere für den oberen Drehzahl-/Lastbereich der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Beispielsweise im einfachsten Fall wird nur der motorische Leerlauf und Schubbereich durch den Brenner unterstützt. Dabei gehen beispielsweise der vollständige Brennstoff beziehungsweise dessen Energiegehalt als Energie in das Abgas, um das Abgas zu erwärmen. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verfügbarkeit des SCR-Katalysators realisiert werden, welcher somit stets aktiv sein kann, und die auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als ein Dieselmotor ausgebildet ist, kann stets verbrauchsoptimal ohne Thermomanagement betrieben werden.The burner system can represent a measure outside the engine in order to heat the exhaust gas outside the combustion chambers of the internal combustion engine. The burner system is preferably provided for the lower speed / load range. In particular for inner-city applications and / or vehicles with low loads, journeys with a high idle rate, as well as on disadvantageous routes with a high percentage of overrun. The thermal management preferably also includes a motor or internal engine thermal management, within the scope of which, for example, advantageously high temperatures of the exhaust gas can be achieved by internal engine measures. In-engine thermal management is intended in particular for the upper speed / load range of the internal combustion engine. For example, in the simplest case, only the engine idling and thrust range is through the Burner supports. For example, the complete fuel or its energy content is used as energy in the exhaust gas in order to heat the exhaust gas. This makes it possible to achieve an advantageous availability of the SCR catalytic converter, which can therefore always be active, and the internal combustion engine, which is also referred to as an internal combustion engine or motor and which is designed, for example, as a diesel engine, can always be operated in a consumption-optimized manner without thermal management.

Das Brennersystem kommt beispielsweise mit einfachen Sekundärluftkompressoren aus oder kann auf Sekundärluft vollständig verzichten, indem beispielsweise zum Verbrennen des Brennstoffs im Abgas enthaltener Sauerstoff genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Oxidationskatalysator für eine exotherme Temperaturanhebung genutzt werden, indem unverbrannter Brennstoff, welcher zuvor mittels der Dosiereinrichtung beziehungsweise mittels des Brenners in das Abgas eingespritzt wurde, exotherm an dem Oxidationskatalysator oxidiert und somit verbrannt wird.The burner system manages, for example, with simple secondary air compressors or can completely dispense with secondary air, for example by using oxygen contained in the exhaust gas to burn the fuel. Alternatively or additionally, the oxidation catalytic converter can be used for an exothermic temperature increase in that unburned fuel, which was previously injected into the exhaust gas by means of the metering device or by means of the burner, is oxidized exothermically on the oxidation catalytic converter and thus burned.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem Abgastrakt stromab des Brenners der zuvor genannte Partikelfilter und/oder der zuvor genannte Oxidationskatalysator und/oder der zuvor genannte SCR-Katalysator angeordnet sind. Ist die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise als ein Dieselmotor ausgebildet, so ist der Partikelfilter vorzugsweise als ein Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet. Ferner ist dann beispielsweise der Oxidationskatalysator als ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) ausgebildet.In a further embodiment of the invention, it is provided that the aforementioned particle filter and / or the aforementioned oxidation catalyst and / or the aforementioned SCR catalyst are arranged in the exhaust tract downstream of the burner. If the internal combustion engine is designed, for example, as a diesel engine, the particle filter is preferably designed as a diesel particle filter (DPF). Furthermore, for example, the oxidation catalytic converter is then designed as a diesel oxidation catalytic converter (DOC).

Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Brenner dazu ausgebildet ist, das Abgas zu erwärmen, wenn der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine kleiner gleich in etwa 4 bar beträgt und das Abgas stromauf des Brenners beziehungsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Temperatur aufweist, die geringer als die Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators ist.A further embodiment is characterized in that the burner is designed to heat the exhaust gas when the effective mean pressure of the internal combustion engine is less than or equal to approximately 4 bar and the exhaust gas upstream of the burner or the exhaust gas aftertreatment device has a temperature which is lower than that Starting temperature of the oxidation catalyst is.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Für eine effiziente Abgasreinigung sind hinreichend hohe Abgastemperaturen vorteilhaft. Gerade bei überstöchiometrischen Anwendungen wie beispielsweise bei Dieselmotoren sinkt die Abgastemperatur durch den mageren Betrieb in der unteren Teillast, wodurch es zu einer starken Interaktion zwischen Motor und Abgasnachbehandlung beziehungsweise Abgasnachbehandlungseinrichtung kommen kann. Moderne Dieselmotoren haben mindestens einen oder mehrere Abgasturbolader oder kombinierte Aufladesysteme und einen Ladeluftkühler. Je nach Anwendung ist die Turbine als Festgeometrie-Turbine, als Wastegate- beziehungsweise UmgehungsTurbine oder als variable Turbine ausgeführt. Zur Stickoxid-Rohemissionsabsenkung haben viele moderne Motoren eine gekühlte geregelte Abgasrückführung.The invention also includes a method for operating an internal combustion engine according to the invention. The invention is based in particular on the following findings: Sufficiently high exhaust gas temperatures are advantageous for efficient exhaust gas purification. Especially in superstoichiometric applications, such as in diesel engines, the exhaust gas temperature drops due to the lean operation in the lower partial load, which can lead to a strong interaction between the engine and exhaust gas aftertreatment or exhaust gas aftertreatment device. Modern diesel engines have at least one or more exhaust gas turbochargers or combined supercharging systems and an intercooler. Depending on the application, the turbine is designed as a fixed geometry turbine, as a wastegate or bypass turbine or as a variable turbine. Many modern engines have a cooled, regulated exhaust gas recirculation system to reduce raw nitrogen oxide emissions.

Eine moderne Abgasnachbehandlung umfasst einen beispielsweise als Dieseloxidationskatalysator ausgebildeten Oxidationskatalysator, einen beispielsweise als Dieselpartikelfilter ausgebildeten Partikelfilter und einen SCR-Katalysator (SCR - Selective Catalytic Reduction - selektive katalytische Reduktion). Ferner kann ein sogenannter Sperrkat, welcher auch als Ammoniakschlupfkatalysator (ASC) bezeichnet wird, vorgesehen sein. Um das Abgas zu entsticken beziehungsweise etwaig im Abgas enthaltene Stickoxide zumindest teilweise aus dem Abgas zu entfernen, wird beispielsweise ein als wässrige Harnstofflösung ausgebildetes Reduktionsmittel, insbesondere ein flüssiges Reduktionsmittel, in eine Mischstrecke eindosiert, welche beispielsweise stromauf des SCR-Katalysators angeordnet ist.A modern exhaust gas aftertreatment includes an oxidation catalyst designed, for example, as a diesel oxidation catalyst, a particle filter designed, for example, as a diesel particle filter, and an SCR catalyst (SCR - Selective Catalytic Reduction - selective catalytic reduction). Furthermore, a so-called barrier catalytic converter, which is also referred to as an ammonia slip catalyst (ASC), can be provided. In order to denit the exhaust gas or at least partially remove any nitrogen oxides contained in the exhaust gas, a reducing agent, in particular a liquid reducing agent, which is in the form of an aqueous urea solution, is metered into a mixing section, for example, which is arranged upstream of the SCR catalytic converter.

Der beispielsweise geschlossene Partikelfilter sammelt etwaig im Abgas enthaltenen Ruß, der sich an dem Partikelfilter ansammelt. Hierdurch steigen die Beladung des Partikelfilters und somit der Abgasgegendruck. Entweder kann vorgesehen sein, den Ruß im einfach auch als Filter bezeichneten Partikelfilter passiv bei zirka 300 bis 450 Grad Celsius durch Stickstoffdioxid (NO2), der beispielsweise vom Motor und vom Oxidationskatalysator stammt, zu oxidieren, oder der Ruß im Filter wird aktiv bei zirka 600 Grad Celsius mit Sauerstoff oxidiert. Hierzu sollte der insbesondere stromauf des Partikelfilters angeordnete Oxidationskatalysator über seine Anspringtemperatur gebracht werden, welche bei zirka 220 bis 300 Grad Celsius liegt und abhängig von Edelmetall und Alterung des Oxidationskatalysators ist. Danach wird insbesondere zusätzlicher Kraftstoff ins Abgas eingebracht, wobei es sich bei dem Kraftstoff beispielsweise um den zuvor genannten Brennstoff handelt. Der unverbrannte und in das Abgas eingebrachte Kraftstoff kann beispielsweise an dem und durch den Oxidationskatalysator verbrennen beziehungsweise verbrannt werden, sodass der Oxidationskatalysator als katalytischer Brenner verwendet wird. Am Filter wird beispielsweise eine Temperatur von 550 bis 600 Grad Celsius eingeregelt, wodurch der Ruß mit Sauerstoff oxidiert. Für die übrige Zeit wird eine hinreichend hohe SCR-Temperatur angestrebt für die katalytische Reduktion der Stickoxide. Die minimale Dosierfreigabe für das Reduktionsmittel liegt beispielsweise bei zirka 180 Grad Celsius. Für den hohen Wirkungsgrad der SCR sind jedoch höhere Temperaturen von zirka 200 bis 240 Grad Celsius vorteilhaft.The closed particulate filter, for example, collects soot contained in the exhaust gas, which accumulates on the particulate filter. This increases the loading of the particle filter and thus the exhaust gas back pressure. Either it can be provided to passively oxidize the soot in the particle filter, also referred to simply as a filter, at about 300 to 450 degrees Celsius by nitrogen dioxide (NO 2 ), which comes, for example, from the engine and from the oxidation catalytic converter, or the soot in the filter becomes active at about 600 degrees Celsius oxidized with oxygen. For this purpose, the oxidation catalyst, which is arranged upstream of the particle filter in particular, should be brought above its light-off temperature, which is approximately 220 to 300 degrees Celsius and is dependent on the noble metal and the aging of the oxidation catalyst. Thereafter, in particular additional fuel is introduced into the exhaust gas, the fuel being, for example, the aforementioned fuel. The unburned fuel that is introduced into the exhaust gas can, for example, burn or be burned on and by the oxidation catalyst, so that the oxidation catalyst is used as a catalytic burner. For example, a temperature of 550 to 600 degrees Celsius is set on the filter, which causes the soot to oxidize with oxygen. For the rest of the time, the aim is to have a sufficiently high SCR temperature for the catalytic reduction of nitrogen oxides. The minimum dosage release for the reducing agent is, for example, around 180 degrees Celsius. However, higher temperatures of around 200 to 240 degrees Celsius are advantageous for the high efficiency of the SCR.

In Verbindung mit einer Regeneration des Partikelfilters haben sich in den letzten Jahren verschiedene Wege des Thermomanagements etabliert, indem das Verbrennungs-Lambda durch Eingriff in eine Luftregelung oder Luftsteuerung reduziert wird. Ein gängiges und kostengünstiges Verfahren ist die Ansaugluftdrosselung. Eine Abgasdrosselung kann durch eine variable Turbine erfolgen oder auch über eine regelbare Abgasklappe. Es sind aber auch kombinierte Systeme in Verwendung. Eine Neuerung ist eine variable Auslassventilsteuerung oder eine in dem Krümmer versetztes Abgasrückführventil. Es gibt zahlreiche weitere Konzepte, mittels welchen das Verbrennungsluftverhältnis (λ bzw. Lambda) reduziert werden kann. Hierbei kann es sich um variable Ventiltriebe wie beispielsweise frühes oder spätes Einlassventil schließen oder frühes oder spätes Durchführen des Miller-Verfahrens, interne Abgasrückführung, Phasenverstellung der Einlassnockenwelle, frühes Auslassventil öffnen sowie kombinierte Anwendungen mit Dekompressions-Bremssystemen handeln. Durch Absenkung des Ladedrucks kann die Abgastemperatur nennenswert angehoben werden. Als sehr verbrauchseffizient erweist sich eine variable Turbinengeometrie, ein Wastegate-Turbolader oder ein starker Miller-Zyklus mit frühem oder spätem Einlassventil schließen. In connection with a regeneration of the particle filter, various ways of thermal management have been established in recent years by reducing the combustion lambda by intervening in an air control or air control. Intake air throttling is a common and inexpensive method. Exhaust throttling can be done by a variable turbine or by an adjustable exhaust flap. However, combined systems are also in use. An innovation is a variable exhaust valve control or an exhaust gas recirculation valve offset in the manifold. There are numerous other concepts by means of which the combustion air ratio (λ or lambda) can be reduced. These can include variable valve trains such as early or late intake valve closing or early or late performance of the Miller process, internal exhaust gas recirculation, phase adjustment of the intake camshaft, opening the early exhaust valve, and combined applications with decompression braking systems. By reducing the boost pressure, the exhaust gas temperature can be increased significantly. A variable turbine geometry, a wastegate turbocharger or a strong Miller cycle with early or late intake valve has proven to be very fuel efficient.

Im unteren Lastbereich bei beispielsweise 0 bis 2 bar effektivem Mitteldruck ist eine nennenswerte Steigerung der Abgastemperatur nur durch zusätzliche Ladungswechselarbeit und Absenkung des Verbrennungsluftverhältnisses möglich, wie sie durch Drosselsysteme in Frischluft oder Abgas, aber auch durch variable Steuerzeiten möglich ist. Diese Abgastemperaturanhebung ist ineffizient und meist im Leerlaufbereich nicht ausreichend. In kritischen Anwendungen oder Fahrten mit langem Leerlaufanteil kommt es nach längerer Zeit zu einem übermäßigen Abkühlen des SCR-Katalysators unter dessen Anspringtemperatur, und/ oder bereits begonnene Partikelfilterregenerationen müssen unterbrochen werden, wodurch eine Regenerationsdauer deutlich verlängert wird. Zudem haben bauraumkritische Anwendungen meist keine motornahe, sondern eine fahrzeugseitige Abgasnachbehandlung, wodurch zusätzlich Temperaturverluste den Betrieb von Katalysatoren erschweren. Im nachfolgenden Fahrbetrieb muss dann der SCR-Katalysator auf oder über seine Anspringtemperatur aufgeheizt werden, was erhöhte Stickoxid-Emissionen zur Folge haben kann. Eine kraftstoffeffiziente Temperaturverwaltung umfasst üblicherweise eine Kombination aus motorischer Temperaturverwaltung für den oberen Lastbereich und einen beziehungsweise dem zuvor beschriebenen Brennersystem für den unteren Lastbereich.In the lower load range at an effective mean pressure of 0 to 2 bar, for example, a significant increase in the exhaust gas temperature is only possible through additional gas exchange work and lowering the combustion air ratio, as is possible through throttle systems in fresh air or exhaust gas, but also through variable control times. This exhaust gas temperature increase is inefficient and usually not sufficient in the idling range. In critical applications or journeys with a long idle period, the SCR catalytic converter cools down excessively below its light-off temperature after a long period of time and / or particle filter regeneration that has already started must be interrupted, which significantly extends the regeneration period. In addition, applications that are critical for installation space usually do not have an exhaust gas aftertreatment close to the engine, but rather an on-board exhaust gas treatment, which additionally makes temperature losses more difficult to operate catalytic converters. In subsequent driving, the SCR catalytic converter must then be heated to or above its light-off temperature, which can result in increased nitrogen oxide emissions. A fuel-efficient temperature management usually comprises a combination of engine temperature management for the upper load range and one or the burner system described above for the lower load range.

Der Brenner weist beispielsweise eine Brennstoffzuleitung und eine Luftzuleitung und eine Zündquelle wie beispielsweise eine Zündkerze auf. Das zunächst kalte Abgas wird mittels des Brenners erhitzt und dadurch mit einer Temperaturdifferenz ΔT ausgeleitet. Die Brennerleistung ist abhängig von der Brennstoffzufuhr und der dafür notwendigen Luftmenge. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird an der Zündquelle wie beispielsweise an einer Zündkerze oder an einem Glühstift entzündet. Für eine Regelung sind unterschiedliche Temperatursensoren und Sensoren für die Lambda-Regelung vorgesehen. Bei dem Brenner können beispielsweise der Brennstoff und die Luft durch eine Einspritzdüse insbesondere stöchiometrisch vermischt werden. Das so entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels der Zündquelle gezündet. Die Zündquelle kann als eine Glüh- oder Plasmazündkerze ausgebildet sein. Durch das Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches entsteht die offene Flamme des Brenners.The burner has, for example, a fuel supply line and an air supply line and an ignition source such as a spark plug. The initially cold exhaust gas is heated by the burner and thereby discharged with a temperature difference ΔT. The burner output depends on the fuel supply and the amount of air required. The fuel-air mixture is ignited at the ignition source, for example on a spark plug or on a glow plug. Different temperature sensors and sensors for lambda control are provided for regulation. In the burner, for example, the fuel and the air can in particular be mixed stoichiometrically by an injection nozzle. The resulting fuel-air mixture is ignited using the ignition source. The ignition source can be designed as a glow or plasma spark plug. Igniting the fuel-air mixture creates the open flame of the burner.

Im einfachsten Fall werden nur der motorische leerlaufnahe Bereich und der untere Schubbereich durch den beispielsweise als Diesel-Brennern ausgebildeten Brenner unterstützt. Dadurch kann das Problem des externen Luftverbrauchs gelöst werden. Die Brennerleistung ist oder wird durch die zur Verfügung gestellte Luft limitiert. Durch den eingeschränkten Anwendungsbereich kann die Luft gehandhabt werden. Die externe Luft kann wahlweise durch ein kleines Sekundärluftgebläse oder durch ein fahrzeugseitiges Druckluftsystem des beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden. Zur Entkopplung des fahrzeugseitigen Druckluftnetzes sollte der Brenner über einen zusätzlichen Drucklufttank verfügen. Für den genannten Anwendungsbereich im unteren Drehzahl-/Lastbereich aufgrund des geringen Gegendruckeinflusses ist ein einfaches kleines Sekundärluftgebläse einsetzbar, wie sie beispielsweise in ottomotorischen Bereichen Anwendung finden. Dadurch können kostenintensive Sekundärluftkompressoren vermieden werden.In the simplest case, only the area near the engine idling and the lower thrust area are supported by the burner, which is designed as a diesel burner, for example. This can solve the problem of external air consumption. The burner output is or is limited by the air made available. The air can be handled due to the restricted area of application. The external air can optionally be provided by a small secondary air blower or by a compressed air system on the vehicle side of the motor vehicle, which is designed, for example, as a commercial vehicle. To decouple the vehicle's compressed air network, the burner should have an additional compressed air tank. A simple, small secondary air blower can be used for the application area mentioned in the lower speed / load range due to the low back pressure influence, as is used, for example, in petrol engine areas. As a result, costly secondary air compressors can be avoided.

Hierbei kann der gesamte Brennstoff beziehungsweise dessen gesamter Energiegehalt genutzt werden, um eine Temperaturanhebung des Abgases zu bewirken. Dadurch ist dieses Thermomanagementverfahren im unteren Lastbereich hocheffizient und vielen herkömmlichen motorischen Verfahren überlegen, insbesondere zum schnellen Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung. In Stadtzyklen beziehungsweise in Anwendungen mit einem hohen Leerlaufanteil und in Schubphasen kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche auch als Abgasnachbehandlungssystem bezeichnet wird, insbesondere der SCR-Katalysator, wesentlich schneller über seine Eigentemperatur aufgeheizt werden beziehungsweise wird ein übermäßiges Auskühlen verhindert.Here, the entire fuel or its entire energy content can be used to bring about a temperature increase in the exhaust gas. As a result, this thermal management process is highly efficient in the lower load range and is superior to many conventional motor processes, in particular for rapid heating of the exhaust gas aftertreatment device. In city cycles or in applications with a high idling ratio and in overrun phases, the exhaust gas aftertreatment device, which is also referred to as the exhaust gas aftertreatment system, in particular the SCR catalytic converter, can be heated up much more quickly via its own temperature or excessive cooling is prevented.

Beispielsweise mit einer abgasnachbehandlungsnahen Anordnung des Brenners kann sehr schnell die Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators erreicht werden. Durch zusätzliche Eindosierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen mittels des Brenners, durch innermotorische späte Einspritzung und/oder durch eine motornahe Sekundärkraftstoffeinspritzung (SKE) kann zusätzlich mit dem Restsauerstoff im Abgas eine Temperaturerhöhung über den Oxidationskatalysator erfolgen. Dadurch kann die thermische Heizleistung deutlich erhöht werden, wodurch die Brennerleistung reduziert oder sogar deaktiviert werden kann. Dadurch kann der Luftverbrauch stark reduziert werden. For example, with an arrangement of the burner close to the exhaust gas treatment, the light-off temperature of the oxidation catalytic converter can be reached very quickly. Additional metering of unburned hydrocarbons by means of the burner, late internal injection and / or secondary fuel injection (SKE) close to the engine can also result in a temperature increase with the residual oxygen in the exhaust gas via the oxidation catalytic converter. As a result, the thermal heating output can be increased significantly, which means that the burner output can be reduced or even deactivated. This can greatly reduce air consumption.

Bei einer Anordnung des Brenners werden beispielsweise zunächst der Oxidationskatalysator und der Partikelfilter aufgeheizt, woraufhin der SCR-Katalysator aufgeheizt wird. Beispielsweise im Abgastrakt angeordnete Bleche sowie Katalysatoren haben jedoch eine nennenswerte Wärmekapazität, sodass die Temperaturerhöhung des SCR-Katalysators stark verzögert wird. Eine dadurch schnellere Temperaturanhebung kann dadurch erreicht werden, indem der Brenner unmittelbar nach dem Partikelfilter und beispielsweise vor einer Dosierstelle, an welcher das Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist, platziert wird. Je nach Brennqualität ist ein zusätzliches Partikelfilterelement vorteilhaft. Somit ist beispielsweise ein zusätzlich zu dem Partikelfilter vorgesehenes Filterelement vorgesehen, welches stromab des Brenners und stromauf des Partikelfilters angeordnet ist. Mittels des Filterelements, welches beispielsweise mit etwas Abstand direkt nach der Brennkammer angeordnet ist, kann aus der Verbrennung des Brennstoffs resultierender Ruß in dem Filter gesammelt werden. Durch die hohe Brennertemperatur ist mit geringem Sauerstoffgehalt jederzeit ein Rußabbrand des Rußes im Filterelement realisierbar. Der Sauerstoff wird entweder zyklisch oder durch leicht mageren Brennerbetrieb dargestellt.When the burner is arranged, for example, the oxidation catalytic converter and the particle filter are first heated, whereupon the SCR catalytic converter is heated. For example, sheets and catalytic converters arranged in the exhaust tract have an appreciable heat capacity, so that the temperature increase of the SCR catalytic converter is greatly delayed. A faster temperature increase can be achieved by placing the burner immediately after the particle filter and, for example, in front of a metering point at which the reducing agent can be introduced into the exhaust gas. Depending on the burning quality, an additional particle filter element is advantageous. Thus, for example, a filter element is provided in addition to the particle filter, which is arranged downstream of the burner and upstream of the particle filter. By means of the filter element, which is arranged, for example, at a certain distance directly after the combustion chamber, soot resulting from the combustion of the fuel can be collected in the filter. Due to the high burner temperature, soot burn-off of the soot in the filter element can be achieved at any time with a low oxygen content. The oxygen is represented either cyclically or by a slightly lean burner operation.

In Strömungsrichtung des den Abgastrakt durchströmenden Abgases kann der SCR-Katalysator der erste, von dem Abgas durchströmbare Katalysator sein. Mittels eines vorgeschalteten Brenners kann dieser in wenigen Sekunden über seine Anspringtemperatur gebracht werden. Die Stickoxidemissionen können somit nach wenigen Sekunden nach Kaltstart reduziert, beziehungsweise gering gehalten werden.In the direction of flow of the exhaust gas flowing through the exhaust tract, the SCR catalytic converter can be the first catalyst through which the exhaust gas can flow. Using an upstream burner, it can be brought up to its starting temperature in a few seconds. The nitrogen oxide emissions can thus be reduced or kept low after a few seconds after a cold start.

Mit Kupferkatalysatoren kann es durch Öl und Kraftstoffe zur Schwefelvergiftung und einer Reduzierung der Konvertierungsrate kommen. Für eine auch als Desulfatisierung bezeichnete Entschwefelung ist eine hohe Temperatur erforderlich. Dies wird bei konventionellen Abgassystemen durch eine hohe Hochtemperaturregeneration von ca. 550 bis 600°C erreicht. Dies kann dann problematisch sein, wenn der Oxidationskatalysator stromab des SCR-Katalysators angeordnet ist.With copper catalysts, oil and fuel can lead to sulfur poisoning and a reduction in the conversion rate. A high temperature is required for desulfurization, also known as desulfation. With conventional exhaust systems, this is achieved by high-temperature regeneration of approx. 550 to 600 ° C. This can be problematic if the oxidation catalytic converter is arranged downstream of the SCR catalytic converter.

Durch Einsatz eines vorgeschalteten Brenners kann im Leerlauf beziehungsweise in einem leerlaufnahen Bereich eine ausreichend hohe Abgastemperatur dargestellt werden, um beispielsweise eine hinreichende Entschwefelung realisieren zu können.By using an upstream burner, a sufficiently high exhaust gas temperature can be shown in idle or in an area close to idling, for example, to be able to achieve adequate desulfurization.

Der Brenner ist beispielsweise in einem Abgasrohr zwischen dem Turbolader und der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Zur Reduzierung thermischer Verluste soll der Brenner nahe zur Abgasnachbehandlungseinrichtung sein. In optimierten Systemen ist der Brenner in die Abgasnachbehandlungseinrichtung integriert. Für eine maximale Stickoxidreduktion, das heißt für ein schnellstmögliches Aufheizen, ist der Brenner unmittelbar vor dem SCR-Katalysator angebracht.The burner is arranged, for example, in an exhaust pipe between the turbocharger and the exhaust gas aftertreatment device. To reduce thermal losses, the burner should be close to the exhaust gas aftertreatment device. In optimized systems, the burner is integrated in the exhaust gas aftertreatment device. The burner is located directly in front of the SCR catalytic converter for maximum nitrogen oxide reduction, i.e. for the fastest possible heating.

Der Brenner kann die Brennkammer, ein Einspritzventil, eine Einspritzdüse und ein Mischelement sowie ein Zündsystem umfassen. Das Zündsystem umfasst beispielsweise die zuvor genannte Zündquelle. Insbesondere kann das Zündsystem eine Zündkerze mit einer Spule und/oder einen einfachen Glühstift umfassen. Die Einspritzdüse sitzt beispielsweise geschützt in einem Totraum der Abgasführung. Die Düsenlöcher sind relativ groß und werden von einer Einspritznadel verschlossen. Je nach Auslegung und Randbedingungen ist die Einspritzdüse mit Motorkühlwasser und/oder Harnstoff beziehungsweise Reduktionsmittel kühlbar. Um beispielsweise den Brenner ohne Sekundärluft zu betreiben, und um den Brenner zu aktivieren, wird beispielsweise die Abgasklappe geschlossen, sodass beispielsweise das gesamte Abgas durch die Brennkammer und somit durch den Brenner strömt. Das Abgas wird mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) angereichert, gemischt und dann an beziehungsweise mittels der Zündquelle entflammt. Die Klappe kann digital und somit schwarz/weiß betrieben werden, sodass die Klappe lediglich zwischen genau einer Offenstellung und genau einer Schließstellung bewegt, insbesondere verschwenkt, werden kann. Eine etwaige Leckage der Klappe ist derart bestimmt, dass der Abgasgegendruck akzeptabel ist und ein minimaler Restsauerstoff vorhanden ist, wobei der Abgasgegendruck zur motorischen Temperaturerhöhung zunächst vorteilhaft ist.The burner can include the combustion chamber, an injection valve, an injection nozzle and a mixing element and an ignition system. The ignition system includes, for example, the aforementioned ignition source. In particular, the ignition system can comprise a spark plug with a coil and / or a simple glow plug. For example, the injection nozzle is protected in a dead space in the exhaust gas duct. The nozzle holes are relatively large and are closed by an injection needle. Depending on the design and boundary conditions, the injection nozzle can be cooled with engine cooling water and / or urea or reducing agent. For example, in order to operate the burner without secondary air and to activate the burner, the exhaust flap is closed so that, for example, all of the exhaust gas flows through the combustion chamber and thus through the burner. The exhaust gas is enriched with unburned hydrocarbons (HC), mixed and then ignited at or by means of the ignition source. The flap can be operated digitally and thus in black and white, so that the flap can only be moved, in particular pivoted, between exactly one open position and exactly one closed position. A possible leakage of the flap is determined in such a way that the exhaust gas back pressure is acceptable and a minimal residual oxygen is present, the exhaust gas back pressure initially being advantageous for increasing the engine temperature.

Alternativ zu einer digitalen Ausgestaltung der Klappe kann die Klappe als eine frei regelbare Klappe ausgebildet sein, wodurch die Klappe in mehrere, voneinander unterschiedliche Stellungen bewegt, insbesondere geschwenkt, werden kann. Dadurch kann der Massenstrom in dem Brenner reguliert werden. Der Massenstrom in dem Brenner kann entweder durch eine Lambda-Messung respektive -Regelung nach Brenner oder über eine Delta-p-Bestimmung erfolgen. In Anbetracht eines vorhandenen Stickoxidsensors mit Lambda-Signal kann eine Vorsteuerung mit Lambda-Regelung kostengünstig realisiert werden. Durch die Massenstromaufteilung kann die Strömungsgeschwindigkeit in den Brenner reguliert werden und der Betriebsbereich des Brenners erweitert werden.As an alternative to a digital design of the flap, the flap can be designed as a freely controllable flap, as a result of which the flap can be moved, in particular pivoted, into a number of different positions. This allows the mass flow in the burner to be regulated. The mass flow in the burner can either by a lambda measurement or Control according to the burner or via a delta-p determination. In view of an existing nitrogen oxide sensor with a lambda signal, pilot control with lambda control can be implemented inexpensively. The flow rate in the burner can be regulated and the operating range of the burner can be expanded by the mass flow distribution.

Der Abgasgegendruck ergibt sich durch die Leckage der Abgasklappe und dem minimalen Querschnitt im eine Umgehung darstellenden Brenner. Die Größe des Brenners ergibt sich aus dem Anwendungsbereich in der maximalen Geschwindigkeit in der Brennkammer. Weiterhin kann der Gegendruck durch eine Leckage der Bypassklappe reduziert werden. Dadurch steht der Abgasnachbehandlung ein gewisser Restsauerstoff zur Verfügung. Der Brenner hat eine sehr gute Kaltstartfähigkeit, weil heißes Abgas von mindestens 80 bis 200 Grad Celsius durch den Brenner, insbesondere die Brennkammer, geleitet wird.The exhaust back pressure results from the leakage of the exhaust flap and the minimal cross section in the bypass burner. The size of the burner depends on the area of application in the maximum speed in the combustion chamber. The back pressure can also be reduced by leakage of the bypass valve. As a result, a certain residual oxygen is available to the exhaust gas aftertreatment. The burner has a very good cold start capability because hot exhaust gas of at least 80 to 200 degrees Celsius is passed through the burner, especially the combustion chamber.

Der Brenner kann motornah mit einer motornahen Abgasnachbehandlung angeordnet sein. Mit einer variablen Turbinengeometrie-Turbine und/oder mittels der Abgasklappe wird das Abgas über eine Umgehungsleitung geleitet. Dadurch wird das Abgas in den Brenner gelenkt. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden innermotorisch und/oder durch eine Sekundärkraftstoffeinspritzung in der Umgehungsleitung erzeugt. Der Brenner kann entweder mit einer Zündquelle arbeiten oder es wird ein hochbeschichteter Oxidationskatalysator eingesetzt, der ein sehr niedrige Anspringtemperatur hat, wodurch mit innermotorischen Heizmaßnahmen stets eine Exothermie über den Oxidationskatalysator erfolgen kann.The burner can be arranged close to the engine with an exhaust gas aftertreatment close to the engine. With a variable turbine geometry turbine and / or by means of the exhaust flap, the exhaust gas is conducted via a bypass line. This directs the exhaust gas into the burner. The unburned hydrocarbons are generated in the engine and / or by secondary fuel injection in the bypass line. The burner can either work with an ignition source or a highly coated oxidation catalytic converter is used which has a very low light-off temperature, which means that internal heating measures can always exotherm the oxidation catalytic converter.

Sobald beispielsweise der Oxidationskatalysator oberhalb seiner Anspringtemperatur ist, wird die Zündquelle des Brenners deaktiviert, und beispielsweise die Einspritzdüse des Brenners dosiert unverbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas. Die maximale Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen ist wiederum von dem Restsauerstoffgehalt des Abgases abhängig und von der erforderlichen Heizleistung. Der Oxidationskatalysator erfordert aber nicht immer Lambda = 1 bis 1,1 und erlaubt einen sehr viel breiteren Betriebsbereich. Durch thermische Trägheit des Oxidationskatalysators kann in dem dynamischen Betrieb das komplette Verbrennungskraftmaschinenkennfeld genutzt werden. Die Wärmeleistung kann durch Steigerung des Luftmassenstroms wie beispielsweise durch Schließen der variablen Turbinengeometrie, durch Reduzierung der Abgasrückführung oder durch Erhöhen der Motordrehzahl über die Gangwahl am Getriebe erhöht werden. Dadurch wird eine Heizleistung erhöht und die Kaltstartzeit des SCR-Katalysators zusätzlich verkürzt. Der Brenner sorgt nur für die Aktivierung des Oxidationskatalysators. Sobald der Oxidationskatalysator seine Anspringtemperatur verliert, wird der Brenner wieder aktiviert. Die wesentliche Heizleistung erfolgt aber über den Oxidationskatalysator, wobei das Auslöschen des Oxidationskatalysators (Light-Out) durch zu kaltes Abgas der Verbrennungskraftmaschine kontrolliert wird.As soon as, for example, the oxidation catalytic converter is above its light-off temperature, the ignition source of the burner is deactivated and, for example, the injection nozzle of the burner doses unburned hydrocarbons in the exhaust gas. The maximum amount of unburned hydrocarbons in turn depends on the residual oxygen content of the exhaust gas and on the heating power required. However, the oxidation catalytic converter does not always require lambda = 1 to 1.1 and allows a much wider operating range. Due to the thermal inertia of the oxidation catalytic converter, the entire internal combustion engine map can be used in dynamic operation. The heat output can be increased by increasing the air mass flow, for example by closing the variable turbine geometry, by reducing the exhaust gas recirculation or by increasing the engine speed via the gear selection on the transmission. This increases the heating power and also shortens the cold start time of the SCR catalytic converter. The burner only activates the oxidation catalytic converter. As soon as the oxidation catalytic converter loses its light-off temperature, the burner is reactivated. However, the main heating power is provided by the oxidation catalytic converter, the extinction of the oxidation catalytic converter (light-out) being controlled by exhaust gas from the internal combustion engine that is too cold.

Die Strömungsgeschwindigkeit darf allerdings nicht zu hoch werden, da ansonsten die Flamme ausgeblasen wird. Für eine definierte Brennkammer mit einem Durchmesser von beispielsweise 45 Millimetern beziehungsweise mit einem Strömungsquerschnitt von 1600 Quadratmillimetern und einer Serienapplikation ergibt sich die Strömungsgeschwindigkeit. Der Massenstrom kann über die Abgasrückführung oder andere massenstrombeeinflussende Größen wie variabler Turbinengeometrie, Wastegate, Drosselklappe noch reduziert werden. Dadurch kann der Betriebsbereich hin zu größeren Drehzahlen und Lasten erfolgen.However, the flow rate must not be too high, otherwise the flame will be blown out. The flow rate results for a defined combustion chamber with a diameter of, for example, 45 millimeters or with a flow cross-section of 1600 square millimeters and a series application. The mass flow can be reduced further via the exhaust gas recirculation or other variables influencing the mass flow, such as variable turbine geometry, wastegate and throttle valve. As a result, the operating range can take place towards higher speeds and loads.

Die Eindosierung des Brennstoffes in das Abgas wird beispielsweise dem Sauerstoffgehalt des Abgases angepasst. Einerseits sollte das Gemisch zündfähig sein (Lambda = 1 bis 1,1), was das obere Verbrennungsluftverhältnis (Lambda) definiert und andererseits ist das Lambda auf 1 nach unten begrenzt. Die zusätzliche, mögliche Heizleistung ist nicht konstant und abhängig vom Restsauerstoff. Im dynamischen Betrieb, zum Beispiel bei einem Anfahrvorgang, wird die Brennerunterstützung abgeschaltet und die Abgasklappe geöffnet. Je nach Auslegung und Erfordernis arbeitet die Verbrennungskraftmaschine gegen die geschlossene Abgasklappe. Mit ausreichend hoher Leckage der Klappe kann der Brenner im fetten Bereich (Lambda <1) arbeiten bzw. die Zündung wird abgeschaltet. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden dann beispielsweise in dem Oxidationskatalysator und mittels des Oxidationskatalysators verbrannt. Sobald der Oxidationskatalysator seine Anspringtemperatur überschritten hat, kann die weitere Temperaturerhöhung über den Oxidationskatalysator erfolgen. Die Einspritzdüse des Brenners ersetzt dann beispielsweise die innermotorische oder motornahe Dosierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen.The metering of the fuel into the exhaust gas is adapted, for example, to the oxygen content of the exhaust gas. On the one hand, the mixture should be ignitable (lambda = 1 to 1.1), which defines the upper combustion air ratio (lambda), and on the other hand, the lambda is limited to 1. The additional, possible heating output is not constant and depends on the residual oxygen. In dynamic operation, for example when starting up, the burner support is switched off and the exhaust flap is opened. Depending on the design and requirements, the internal combustion engine works against the closed exhaust flap. If the flap leakage is high enough, the burner can work in the rich range (lambda <1) or the ignition is switched off. The unburned hydrocarbons are then burned, for example, in the oxidation catalyst and by means of the oxidation catalyst. As soon as the oxidation catalytic converter has exceeded its light-off temperature, the further temperature increase can take place via the oxidation catalytic converter. The burner's injection nozzle then replaces, for example, the in-engine or near-engine metering of unburned hydrocarbons.

Ferner ist es denkbar, die Eindosierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in das Abgas innermotorisch oder über eine motornahe Dosiereinrichtung darzustellen. In diesem Fall hat der Brenner selbst kein Einspritzventil zum Einbringen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in das Abgas. In diesem Fall sollte die Abgasklappe sehr dicht schließen, sodass ein etwaiger Schlupf von unverbrannten Kohlenwasserstoffen klein ist oder vermieden wird. Der Restsauerstoff nach dem Brenner kann über die Menge der unverbrannten Kohlenwasserstoffe eingestellt werden.It is also conceivable to represent the metering of unburned hydrocarbons into the exhaust gas in the engine or via a metering device close to the engine. In this case, the burner itself does not have an injection valve for introducing unburned hydrocarbons into the exhaust gas. In this case, the exhaust flap should close very tightly so that any slippage of unburned hydrocarbons is small or avoided. The residual oxygen after the burner can over the Amount of unburned hydrocarbons can be adjusted.

Vorzugsweise ist der Brenner motornah mit einer motornahen Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Ein auch als Wastegate bezeichnetes Umgehungsventil kann durch Öffnen eine entsprechende Turbinenflut der Turbine des Abgasturboladers verschließen. Dadurch wird das Abgas in den Brenner gelenkt. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden innermotorisch erzeugt. Der Brenner kann entweder mit einer Zündquelle arbeiten oder es wird ein hochbeschichteter Oxidationskatalysator eingesetzt, der eine sehr niedrige Anspringtemperatur aufweist.The burner is preferably arranged close to the engine with an exhaust gas aftertreatment device close to the engine. A bypass valve, also known as a wastegate, can close a corresponding turbine flood of the turbine of the exhaust gas turbocharger by opening. This directs the exhaust gas into the burner. The unburned hydrocarbons are generated within the engine. The burner can either work with an ignition source or a highly coated oxidation catalyst is used that has a very low light-off temperature.

Die Zieltemperatur des Brenners wird beispielsweise aus Katalysatortemperatursensoren und dem zur Verfügung stehenden Sauerstoffgehalt des Abgases berechnet. Bei Konzepten ohne Sekundärluft ist der Restsauerstoff für die katalytischen Prozesse zu berücksichtigen. Die Temperaturunterstützung wird je nach Bedarf mit einer Motorsteuerung oder Motorregelung angefordert. Die Logik und die Regelung sind im Motorsteuergerät implementiert.The target temperature of the burner is calculated, for example, from catalyst temperature sensors and the available oxygen content of the exhaust gas. In the case of concepts without secondary air, the residual oxygen for the catalytic processes must be taken into account. The temperature support is requested with a motor control or motor control as required. The logic and control are implemented in the engine control unit.

Sobald beispielsweise der insbesondere als Dieseloxidationskatalysator ausgebildete Oxidationskatalysator oberhalb seiner Anspringtemperatur ist, wird zusätzlich Brennstoff, das heißt werden zusätzlich unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) dosiert. Dadurch kann die Abgaswärmeleistung maximiert werden. Die Wärmeleistung ist durch den Sauerstoffgehalt des Abgases begrenzt. Diese kann eventuell durch motorische Maßnahmen beeinflusst werden. Hierbei kann es sich um Schließen der variablen Turbinengeometrie, um Reduzierung der Abgasrückführung und/oder um Erhöhung der Motordrehzahl über die Gangwahl am Getriebe handelt. Dadurch wird die Kaltstartzeit nochmals verkürzt. Die Brennerleistung kann zusätzlich gedrosselt werden, was die Temperaturverluste bis zum Oxidationskatalysator und den Luftverbrauch reduziert. Dadurch wird die notwendige Brennerleistung reduziert, wodurch das Problem der Brennluftversorgung reduziert wird.As soon as, for example, the oxidation catalyst, which is designed in particular as a diesel oxidation catalyst, is above its light-off temperature, additional fuel, that is to say unburned hydrocarbons (HC), is also metered in. This allows the exhaust gas heat output to be maximized. The heat output is limited by the oxygen content of the exhaust gas. This can possibly be influenced by motor measures. This can involve closing the variable turbine geometry, reducing exhaust gas recirculation and / or increasing the engine speed via the gear selection on the transmission. This shortens the cold start time even more. The burner output can also be reduced, which reduces the temperature losses up to the oxidation catalytic converter and the air consumption. This reduces the burner output required, which reduces the problem of the supply of combustion air.

Die Temperatur des SCR-Katalysators ist durch die thermische Masse des vorgeschalteten Oxidationskatalysators und des vorgeschalteten Partikelfilters stark gedämpft und verzögert. Eine Temperaturregelung zur Regelung einer Temperatur des SCR-Katalysators erfordert eine frühzeitige Temperaturunterstützung, wenn ein Temperaturgradient am SCR-Katalysator negativ und eine Eintrittstemperatur am Oxidationskatalysator kleiner als eine Soll-Temperatur des SCR-Katalysators ist. Mithilfe eines SCR-Temperaturmodells kann eine erforderliche Soll-Temperatur für den Brenner berechnet und aktiviert werden. Die Brennerleistung kann bei Überschreiten der Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators auch aufgeteilt, das heißt gesplittet, werden, indem beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe über den Oxidationskatalysator oxidiert werden.The temperature of the SCR catalytic converter is greatly damped and delayed by the thermal mass of the upstream oxidation catalytic converter and the upstream particle filter. A temperature control for regulating a temperature of the SCR catalytic converter requires early temperature support if a temperature gradient at the SCR catalytic converter is negative and an inlet temperature at the oxidation catalytic converter is less than a target temperature of the SCR catalytic converter. Using a SCR temperature model, a required target temperature for the burner can be calculated and activated. If the starting temperature of the oxidation catalytic converter is exceeded, the burner output can also be split, that is to say split, by, for example, oxidizing unburned hydrocarbons via the oxidation catalytic converter.

Weiterhin kann der Brenner nur für den unteren Drehzahl-/Lastbereich aktiviert werden. Im demgegenüber höheren Drehzahl-/Lastbereich sind rein motorische Maßnahmen mit ausreichend Wärmeleistung ausreichend und verbrauchseffizienter. Absolute Schwellen sind je nach Motor, Temperaturverlusten, SCR-Wirkungsgrad und Wirkungsgradanforderungen unterschiedlich hoch. Beispielsweise liegt die Eintrittstemperatur am Oxidationskatalysator unterhalb von 200 Grad Celsius, und die Temperatur des SCR-Katalysators ist kleiner als 220 Grad Celsius. Vorausschauend wird die Temperatur des SCR-Katalysators sinken, sodass hier eine Temperaturunterstützung erfolgt. Dann ist beispielsweise die Temperatur des SCR-Katalysators hinreichend hoch und beträgt beispielsweise mehr als 250 Grad Celsius. Sinkt beispielsweise die Abgastemperatur unter 210 Grad Celsius, und ist der Temperaturgradient des SCR-Katalysators stark negativ, so ist in diesem Fall eine Temperaturunterstützung für den SCR-Katalysator vorteilhaft und vorgesehen. Dann kann eine hinreichend hohe Temperatur des SCR-Katalysators gewährleistet werden. Sinkt beispielsweise die Abgastemperatur zumindest teilweise unter 210 Grad Celsius, und ist der Temperaturgradient am SCR-Katalysator stark negativ, so wird eine Temperaturanhebung angefordert. Ein- und Ausschaltbedingungen für den Brenner sind beispielsweise mit einer Hysterese an die Temperatur des Oxidationskatalysators gekoppelt. Die Regelung erfolgt idealerweise durch einen Zustandsraumbeobachter (Modell), mit dem eine Thermomanagemetunterstützung durch Brenner oder motorischen Maßnahmen angefordert und geregelt werden kann. Die Brennunterstützung dient nicht allein der fiktiven Regeneration des Partikelfilters, sondern auch, um den SCR-Katalysator zu erwärmen beziehungsweise hinreichend warm zu halten.Furthermore, the burner can only be activated for the lower speed / load range. In contrast, in the higher speed / load range, purely motor measures with sufficient heat output are sufficient and more fuel efficient. Absolute thresholds vary depending on the engine, temperature losses, SCR efficiency and efficiency requirements. For example, the inlet temperature at the oxidation catalyst is below 200 degrees Celsius, and the temperature of the SCR catalyst is less than 220 degrees Celsius. Looking ahead, the temperature of the SCR catalytic converter will drop so that temperature support is provided here. Then, for example, the temperature of the SCR catalytic converter is sufficiently high and is, for example, more than 250 degrees Celsius. If, for example, the exhaust gas temperature drops below 210 degrees Celsius and the temperature gradient of the SCR catalytic converter is strongly negative, then temperature support for the SCR catalytic converter is advantageous and provided in this case. A sufficiently high temperature of the SCR catalytic converter can then be ensured. If, for example, the exhaust gas temperature falls at least partially below 210 degrees Celsius and the temperature gradient at the SCR catalytic converter is strongly negative, a temperature increase is requested. Switch-on and switch-off conditions for the burner are coupled, for example, to the temperature of the oxidation catalytic converter with a hysteresis. The control is ideally carried out by a condition room observer (model), with whom thermal management support can be requested and controlled by burners or motor measures. The combustion support is not only used for the fictitious regeneration of the particle filter, but also to heat the SCR catalytic converter or to keep it sufficiently warm.

Im Falle einer aktiven Regeneration des Partikelfilters unterstützt der Brenner mit maximaler Heizleistung die Aufheizung des Oxidationskatalysators. Danach wird die Brennerleistung reduziert beziehungsweise der Brenner wird abgeschaltet, und eine gewünschte Regenerationstemperatur zum Regenerieren des Partikelfilters wird durch eine Einbringung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen exotherm im Oxidationskatalysator erzeugt. Eine Bereitstellung beziehungsweise Generierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in dem Abgas kann entweder klassisch innermotorisch, mit einer motornahen Dosiereinrichtung oder mittels des Brenners erfolgen.In the event of active regeneration of the particle filter, the burner supports the heating of the oxidation catalyst with maximum heating output. The burner output is then reduced or the burner is switched off, and a desired regeneration temperature for regenerating the particle filter is generated exothermic in the oxidation catalyst by introducing unburned hydrocarbons. Unburnt hydrocarbons can be provided or generated in the exhaust gas either in the classic internal engine, with a metering device near the engine, or by means of the burner.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug; und
  • 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines Abgastrakts der Verbrennungskraftmaschine.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of an internal combustion engine according to the invention for a motor vehicle; and
  • 2nd excerpts a schematic and sectional side view of an exhaust tract of the internal combustion engine.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist beispielsweise als ein Dieselmotor ausgebildet. Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist ein beispielsweise als Zylindergehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Motorgehäuse 12 auf, durch welches Zylinder 14 der Verbrennungskraftmaschine 10 gebildet sind. Während eines befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 laufen in den Zylindern 14 Verbrennungsvorgänge ab, in deren Rahmen ein jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Daraus resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei das Abgas eine auch als Abgastemperatur bezeichnete Temperatur aufweist. Die Abgastemperatur kann beispielsweise mittels wenigstens eines Sensors erfasst beziehungsweise ermittelt werden. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10th for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle. The internal combustion engine 10th is designed for example as a diesel engine. The internal combustion engine 10th has, for example, a motor housing designed as a cylinder housing, in particular as a cylinder crankcase 12 on what cylinder 14 the internal combustion engine 10th are formed. During fired operation of the internal combustion engine 10th run in the cylinders 14 Combustion processes in the course of which a respective fuel-air mixture is burned. This results in exhaust gas from the internal combustion engine 10th , wherein the exhaust gas has a temperature also referred to as the exhaust gas temperature. The exhaust gas temperature can be detected or determined, for example, by means of at least one sensor.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen von dem Abgas aus den Zylindern 14 durchströmbaren Abgastrakt 16 auf, in welchem eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 wird auch als Abgasanlage oder Abgasnachbehandlungssystem bezeichnet und umfasst mehrere Abgasnachbehandlungselemente 20, 22, 24 und 26. Insbesondere kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 eine Box 28 umfassen, in welcher die Abgasnachbehandlungselemente 20, 22, 24 und 26 angeordnet sind.The internal combustion engine 10th has one of the exhaust gases from the cylinders 14 flow-through exhaust tract 16 in which an exhaust gas aftertreatment device 18th is arranged for aftertreatment of the exhaust gas. The exhaust gas aftertreatment device 18th is also referred to as an exhaust system or exhaust aftertreatment system and comprises several exhaust aftertreatment elements 20th , 22 , 24th and 26 . In particular, the exhaust gas aftertreatment device 18th a box 28 include, in which the exhaust aftertreatment elements 20th , 22 , 24th and 26 are arranged.

Um das jeweilige Kraftstoff-Luft-Gemisch zu bilden, wird ein beispielsweise flüssiger Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder 14 eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines jeweiligen, dem jeweiligen Zylinder 14 zugeordneten Injektors. Der Kraftstoff ist vorzugsweise ein flüssiger Kraftstoff. Vorzugsweise ist der Kraftstoff ein Dieselkraftstoff. Außerdem wird der jeweilige Zylinder 14 mit Luft versorgt, die einen Ansaugtrakt 30 der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist dabei als aufgeladene Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und weist demzufolge wenigstens einen Abgasturbolader 32 auf. Der Abgasturbolader 32 umfasst einen in dem Ansaugtrakt 30 angeordneten Verdichter 34 und eine in dem Abgastrakt 16 angeordnete Turbine 36. Die Turbine 36 ist von dem Abgas antreibbar, wobei der Verdichter 34 von der Turbine 36 antreibbar ist. Durch Antreiben des Verdichters 34 kann die den Ansaugtrakt 30 durchströmende Luft mittels des Verdichters 34 verdichtet werden. Durch das Verdichten der Luft wird die Luft erwärmt. Um dennoch hohe Aufladegrade zu realisieren, ist in dem Ansaugtrakt 30 stromab des Verdichters 34 ein Ladeluftkühler 38 angeordnet. Mittels des Ladeluftkühlers 38 wird die verdichtete und dadurch erwärmte Luft gekühlt.In order to form the respective fuel-air mixture, a liquid fuel, for example, is placed in the respective cylinder 14 introduced, in particular directly injected. This is done, for example, by means of a respective cylinder 14 assigned injector. The fuel is preferably a liquid fuel. The fuel is preferably a diesel fuel. In addition, the respective cylinder 14 supplied with air that is an intake tract 30th the internal combustion engine 10th flows through. The internal combustion engine 10th is designed as a supercharged internal combustion engine and consequently has at least one exhaust gas turbocharger 32 on. The exhaust gas turbocharger 32 includes one in the intake tract 30th arranged compressor 34 and one in the exhaust tract 16 arranged turbine 36 . The turbine 36 can be driven by the exhaust gas, the compressor 34 from the turbine 36 is drivable. By driving the compressor 34 can the intake tract 30th air flowing through the compressor 34 be compressed. The air is heated by compressing the air. In order to nevertheless achieve high degrees of charging, is in the intake tract 30th downstream of the compressor 34 a charge air cooler 38 arranged. Using the charge air cooler 38 the compressed and thus warmed air is cooled.

Stromab des Ladeluftkühlers 38 ist in dem Ansaugtrakt 30 eine Drosselklappe 40 angeordnet, mittels welcher beispielsweise eine Menge der den Zylindern 14 zuzuführenden Luft eingestellt werden kann. Stromauf des Verdichters 34 weist die den Ansaugtrakt 30 durchströmende Luft beispielsweise einen ersten Druck p1 auf, wobei die Luft beispielsweise stromab des Ladeluftkühlers 38 einen Druck P2s aufweist. Der Druck p2s wird auch als Ladedruck bezeichnet, auf welchen die Luft mittels des Verdichters 34 und somit mittels des Abgasturboladers 32 gebracht werden kann. Drei erste der Zylinder 14 sind zu einer ersten Abgasflut 42 des Abgastrakts 16 zusammengeführt, und drei zweite der Zylinder 14 sind zu einer zweiten Abgasflut 44 des Abgastrakts 16 zusammengeführt. In der Flut 42 weist das Abgas stromauf der Turbine 36 einen Druck p32 auf, und in der Abgasflut 44 weist das Abgas stromauf der Turbine 36 einen Druck p31 auf.Downstream of the charge air cooler 38 is in the intake tract 30th a throttle valve 40 arranged, by means of which, for example, a quantity of the cylinders 14 air to be supplied can be adjusted. Upstream of the compressor 34 shows the intake tract 30th air flowing through, for example, a first pressure p1 on, the air for example downstream of the charge air cooler 38 a print P2s having. The pressure p2s is also referred to as boost pressure, on which the air by means of the compressor 34 and thus by means of the exhaust gas turbocharger 32 can be brought. First three of the cylinders 14 are to a first flood of exhaust gases 42 of the exhaust tract 16 merged, and three second of the cylinders 14 are to a second flood of exhaust gases 44 of the exhaust tract 16 merged. In the flood 42 has the exhaust gas upstream of the turbine 36 a print p32 on, and in the exhaust gas flood 44 has the exhaust gas upstream of the turbine 36 a print p31 on.

Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 10 kann auch an Stelle der zweiflutigen Turbine 36, insbesondere zweiflutigen asymmetrischen Turbine 36 aus 1 eine anders ausgestaltete Turbine aufweisen, und/ oder über eine variable Turbinengeometrie verfügen. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine 10 kann im Rahmen der Erfindung eine von der in der 1 dargestellten Anzahl von sechs Zylindern 14 abweichende Anzahl von Zylindern 14 aufweisen.The internal combustion engine according to the invention 10th can also replace the double-flow turbine 36 , especially double-flow asymmetrical turbine 36 out 1 have a differently designed turbine, and / or have a variable turbine geometry. The internal combustion engine according to the invention 10th can within the scope of the invention one of those in the 1 shown number of six cylinders 14 different number of cylinders 14 exhibit.

Der Turbine 36 ist eine auch als Wastegate bezeichnete Umgehungseinrichtung 46 zugeordnet, welche eine Umgehungsleitung 48 aufweist. Die Umgehungsleitung 48 ist an einer ersten Stelle und an einer zweiten Stelle fluidisch mit dem Abgastrakt 16 verbunden. Die erste Stelle ist stromauf der Turbine 36 angeordnet, und die zweite Stelle ist stromab der Turbine 36 angeordnet. Dadurch kann zumindest ein Teil des den Abgastrakt 16 durchströmenden Abgases an der ersten Stelle aus dem Abgastrakt 16 abgezweigt und in die Umgehungsleitung 48 eingeleitet werden. Das aus dem Abgastrakt 16 abgezweigte und in die Umgehungsleitung 48 eingeleitete Abgas durchströmt die Umgehungsleitung 48 und umgeht die Turbine 36. Somit wird das die Umgehungsleitung 48 durchströmende Abgas nicht genutzt, um die Turbine 36 anzutreiben. Das die Umgehungsleitung 48 durchströmende Abgas strömt an der zweiten Stelle wieder in den Abgastrakt 16 ein. Die Umgehungseinrichtung 46 umfasst dabei ein auch als Wastegate-Ventil bezeichnetes Ventil 50, mittels welchem eine Menge des die Umgehungsleitung 48 durchströmenden Abgases eingestellt werden kann. Stromab der Turbine 36, insbesondere stromab der zweiten Stelle, ist in dem Abgastrakt 16 eine in 1 besonders schematisch dargestellte und auch als Abgasklappe bezeichnete Klappe 52 angeordnet.The turbine 36 is a bypass device also known as a wastegate 46 assigned which is a bypass line 48 having. The bypass line 48 is fluid at a first point and at a second point with the exhaust system 16 connected. The first place is upstream of the turbine 36 arranged, and the second location is downstream of the turbine 36 arranged. This allows at least part of the exhaust tract 16 flowing exhaust gas at the first point from the exhaust tract 16 branched off and into the bypass line 48 be initiated. That from the exhaust system 16 branched off and into the bypass line 48 Introduced exhaust gas flows through the bypass line 48 and bypasses the turbine 36 . So this becomes the bypass line 48 exhaust gas flowing through not used to the turbine 36 to drive. The bypass line 48 Exhaust gas flowing through flows back into the exhaust tract at the second point 16 a. The bypass facility 46 includes a valve also referred to as a wastegate valve 50 , by means of which a lot of the bypass line 48 flowing exhaust gas can be adjusted. Downstream of the turbine 36 , in particular downstream of the second point, is in the exhaust tract 16 one in 1 particularly schematically illustrated flap and also referred to as an exhaust flap 52 arranged.

Aus 2 ist erkennbar, dass die Klappe 52 in einem Abgasrohr 54 angeordnet ist. Stromab der Turbine 36 weist das Abgas einen Druck p4 auf. In dem Abgastrakt 16 ist darüber hinaus ein Brenner 56 angeordnet, welcher besonders gut aus 2 erkennbar ist. Der Brenner 56 ist vorzugsweise stromab der Turbine 36 und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 angeordnet. Das Abgasnachbehandlungselement 20 ist beispielsweise als Oxidationskatalysator, insbesondere als Dieseloxidationskatalysator, ausgebildet. Das Abgasnachbehandlungselement 22 ist beispielsweise als ein Partikelfilter, insbesondere als ein Dieselpartikelfilter, ausgebildet, wobei das Abgasnachbehandlungselement 22 als ein beschichteter Dieselpartikelfilter (CDPF) ausgebildet sein kann. Das Abgasnachbehandlungselement 24 ist beispielsweise als ein Ammoniak-Schlupf-Katalysator (ASC) ausgebildet. Das Abgasnachbehandlungselement 26 ist beispielsweise als ein SCR-Katalysator ausgebildet.Out 2nd can be seen that the flap 52 in an exhaust pipe 54 is arranged. Downstream of the turbine 36 the exhaust gas has a pressure p4 on. In the exhaust system 16 is also a burner 56 arranged, which looks particularly good 2nd is recognizable. The burner 56 is preferably downstream of the turbine 36 and upstream of the exhaust gas aftertreatment device 18th arranged. The exhaust aftertreatment element 20th is designed, for example, as an oxidation catalyst, in particular as a diesel oxidation catalyst. The exhaust aftertreatment element 22 is designed, for example, as a particle filter, in particular as a diesel particle filter, the exhaust gas aftertreatment element 22 can be designed as a coated diesel particle filter (CDPF). The exhaust aftertreatment element 24th is designed, for example, as an ammonia slip catalyst (ASC). The exhaust aftertreatment element 26 is designed, for example, as an SCR catalytic converter.

In dem Abgastrakt 16 ist darüber hinaus eine Dosiereinrichtung 58 angeordnet, mittels welcher ein vorzugsweise flüssiges Reduktionsmittel wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung zum Entsticken des Abgases in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann. Die Dosiereinrichtung 58 ist dabei vorzugsweise stromauf des SCR-Katalysators angeordnet. Vorliegend ist die Dosiereinrichtung 58 stromab des Abgasnachbehandlungselements 22 und stromauf des Abgasnachbehandlungselements 26 angeordnet. Nahe der Dosiereinrichtung 58 ist vorteilhaft ein Temperatursensor vorgesehen. Das Abgasnachbehandlungselement 20 ist stromab des Brenners 56 und stromauf des Abgasnachbehandlungselements 22 angeordnet, wobei das Abgasnachbehandlungselement 22 stromab des Abgasnachbehandlungselements 20 und stromauf des Abgasnachbehandlungselements 26 angeordnet ist. Das Abgasnachbehandlungselement 24 ist stromab des Abgasnachbehandlungselements 26 angeordnet.In the exhaust system 16 is also a dosing device 58 arranged, by means of which a preferably liquid reducing agent such as, for example, an aqueous urea solution can be introduced, in particular injected, into the exhaust gas for denitrification of the exhaust gas. The dosing device 58 is preferably arranged upstream of the SCR catalytic converter. The dosing device is present 58 downstream of the exhaust aftertreatment element 22 and upstream of the exhaust aftertreatment element 26 arranged. Near the dosing device 58 a temperature sensor is advantageously provided. The exhaust aftertreatment element 20th is downstream of the burner 56 and upstream of the exhaust aftertreatment element 22 arranged, the exhaust gas aftertreatment element 22 downstream of the exhaust aftertreatment element 20th and upstream of the exhaust aftertreatment element 26 is arranged. The exhaust aftertreatment element 24th is downstream of the exhaust aftertreatment element 26 arranged.

Im Abgastrakt 16 ist darüber hinaus ein erster Sensor 60 angeordnet, welcher ein Stickoxidsensor ist. Mittels des Stickoxidsensors kann beispielsweise ein Stickoxidwert erfasst werden, welcher eine Menge an in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden charakterisiert. Vorliegend ist der Sensor 60 stromab des Brenners 56 und stromauf des Abgasnachbehandlungselements 20 angeordnet. Vorzugsweise ist der Sensor 60 in der Box 28 angeordnet. Ferner ist in dem Abgastrakt 16, insbesondere in der Box 28, ein weiterer Sensor 62 angeordnet, welcher beispielsweise als ein weiterer Stickoxidsensor ausgebildet ist. Auch mittels des Sensors 62 kann somit beispielsweise ein Wert erfasst werden, welcher eine in dem Abgas enthaltene Menge an Stickoxiden charakterisiert. Vorliegend ist der Sensor 62 stromab des Abgasnachbehandlungselements 24 angeordnet. Benachbart zu den Sensoren 60 und 62 ist vorteilhaft jeweils ein Temperatursensor vorgesehen. Nahe der Dosiereinrichtung 58 ist vorteilhaft ebenfalls ein Temperatursensor vorgesehen. Mit den Stickoxidsensoren 60 und 62 kann zusätzlich das Lambda im Abgas bestimmt werden, wodurch aus den Temperatursensoren und den eingestellten Lambdawerten am Brenner die Kohlenwasserstoff-Oxidation im Katalysator plausibilisiert und überwacht werden kann. Die Zündquelle 74 kann wahlweise als Glühstift oder als Zündkerze ausgebildet sein. Mit einer Zündkerze kann über den lonenstrom die Flamme diagnostiziert und reguliert werden.In the exhaust system 16 is also a first sensor 60 arranged, which is a nitrogen oxide sensor. By means of the nitrogen oxide sensor, for example, a nitrogen oxide value can be recorded which characterizes a quantity of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. The sensor is present 60 downstream of the burner 56 and upstream of the exhaust aftertreatment element 20th arranged. The sensor is preferably 60 in the box 28 arranged. Furthermore, is in the exhaust tract 16 , especially in the box 28 , another sensor 62 arranged, which is designed for example as a further nitrogen oxide sensor. Also by means of the sensor 62 For example, a value can be recorded which characterizes an amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. The sensor is present 62 downstream of the exhaust aftertreatment element 24th arranged. Adjacent to the sensors 60 and 62 a temperature sensor is advantageously provided in each case. Near the dosing device 58 a temperature sensor is also advantageously provided. With the nitrogen oxide sensors 60 and 62 In addition, the lambda in the exhaust gas can be determined, whereby the hydrocarbon oxidation in the catalytic converter can be checked and monitored from the temperature sensors and the lambda values set on the burner. The ignition source 74 can optionally be designed as a glow plug or as a spark plug. With a spark plug, the flame can be diagnosed and regulated via the ion current.

In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass der Brenner 56 eine Brennkammer 64 aufweist, in welcher zum Erwärmen des Abgases unter Ausbildung einer offenen Flamme ein Brennstoff mittels des Brenners 56 zu verbrennen ist.Together with 2nd is recognizable that the burner 56 a combustion chamber 64 in which a fuel by means of the burner for heating the exhaust gas to form an open flame 56 is to be burned.

Um nun einen besonders emissions- und kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb zu realisieren, ist der Brenner 56 in einem Abgasrohr 66 angeordnet. Das Abgasrohr 66 ist an einer ersten Verbindungsstelle V1 und an einer zweiten Verbindungsstelle V2 fluidisch mit dem Abgasrohr 54 verbunden. Die Abgasrohre 54 und 66 sind jeweils von zumindest einem Teil des Abgases der Verbrennungskraftmaschine 10 durchströmbar. Dabei ist die Verbindungsstelle V2 stromab der Verbindungsstelle V1 angeordnet, und die relativ zu den Abgasrohren 54 und 66 bewegbar, insbesondere um eine Schwenkachse 68 verschwenkbare, Klappe 52 (Abgasklappe) ist in dem Abgasrohr 54 stromab der Verbindungsstelle V1 und stromauf der Verbindungsstelle V2 angeordnet. Die Abgasklappe kann zwischen zwei Endstellungen E1 und E2, nicht jedoch über die jeweilige Endstellung E1 beziehungsweise E2 hinaus bewegt werden. Außerdem kann beispielsweise die Abgasklappe in wenigstens eine oder mehrere, zwischen den Endstellungen E1 und E2 liegende Stellungen bewegt, insbesondere geschwenkt, werden. Die Endstellung E1 ist eine Schließstellung, in welche beispielsweise das Abgasrohr 54 mittels der Abgasklappe, insbesondere bis auf Leckagen an der Abgasklappe, insbesondere maximal, versperrt ist. Die Endstellung E2 ist eine Offenstellung, in welcher die Abgasklappe das Abgasrohr 54 maximal freigibt.The burner is now used to achieve particularly low-emission and low-fuel operation 56 in an exhaust pipe 66 arranged. The exhaust pipe 66 is at a first junction V1 and at a second junction V2 fluidly with the exhaust pipe 54 connected. The exhaust pipes 54 and 66 are each from at least part of the exhaust gas of the internal combustion engine 10th flowable. Here is the connection point V2 downstream of the junction V1 arranged, and relative to the exhaust pipes 54 and 66 movable, in particular about a pivot axis 68 pivotable, flap 52 (Exhaust flap) is in the exhaust pipe 54 downstream of the junction V1 and upstream of the connection point V2 arranged. The exhaust flap can be between two end positions E1 and E2 , but not via the respective end position E1 respectively E2 be moved out. In addition, for example, the exhaust flap in at least one or more, between the end positions E1 and E2 lying positions are moved, in particular pivoted. The end position E1 is a closed position, in which, for example, the exhaust pipe 54 is blocked by means of the exhaust flap, in particular except for leaks in the exhaust flap, in particular to a maximum. The end position E2 is an open position in which the exhaust flap is the exhaust pipe 54 releases maximum.

Wie in 2 durch einen Pfeil 70 veranschaulicht ist, kann an der Verbindungsstelle V1 zumindest ein Teil des zunächst das Abgasrohr 54 durchströmenden Abgases aus dem Abgasrohr 54 abgezweigt und in das Abgasrohr 66 eingeleitet werden. Der an der Verbindungsstelle V1 abgezweigte und in das Abgasrohr 66 eingeleitete Teil des Abgases strömt durch das Abgasrohr 66. Das Abgasrohr 66 mündet an der Verbindungsstelle V2 in das Abgasrohr 54, sodass das das Abgasrohr 66 durchströmende Abgas an der Verbindungsstelle V2 aus dem Abgasrohr 66 aus- und wieder in das Abgasrohr 54 einströmen kann.As in 2nd by an arrow 70 can be illustrated at the junction V1 at least part of the initially the exhaust pipe 54 flowing exhaust gas from the exhaust pipe 54 branched off and into the exhaust pipe 66 be initiated. The one at the junction V1 branched off and into the exhaust pipe 66 introduced part of the exhaust gas flows through the exhaust pipe 66 . The exhaust pipe 66 ends at the junction V2 into the exhaust pipe 54 so that the exhaust pipe 66 exhaust gas flowing through at the connection point V2 from the exhaust pipe 66 off and back into the exhaust pipe 54 can flow in.

Die Brennkammer 64 ist dabei in dem Abgasrohr 66 angeordnet, sodass die Brennkammer 64 von dem das Abgasrohr 66 durchströmenden Abgas durchströmbar ist.The combustion chamber 64 is in the exhaust pipe 66 arranged so that the combustion chamber 64 from which the exhaust pipe 66 flowing exhaust gas is flowable.

Mittels der Abgasklappe kann durch Bewegen, insbesondere Verschwenken, der Abgasklappe relativ zu den Abgasrohren 54 und 66 insbesondere in Abhängigkeit der Last und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10, eine das Abgasrohr 66 sowie die Brennkammer 64 durchströmende erste Menge des Abgases eingestellt werden. Außerdem kann mittels der Abgasklappe durch Bewegen, insbesondere Verschwenken, der Abgasklappe eine das Abgasrohr 54 und dabei die Brennkammer 64 umgehende zweite Menge des Abgases eingestellt werden. Das die Brennkammer 64 umgehende Abgas passiert die Abgasklappe und strömt beispielsweise von der Verbindungsstelle V1 zu der Verbindungsstelle V2, ohne durch das Abgasrohr 66 und somit ohne durch die Brennkammer 64 zu strömen.By means of the exhaust flap, the exhaust flap can be moved, in particular pivoted, relative to the exhaust pipes 54 and 66 in particular depending on the load and the speed of the internal combustion engine 10th , one the exhaust pipe 66 as well as the combustion chamber 64 flowing through the first amount of exhaust gas. In addition, by moving, in particular pivoting, the exhaust flap, the exhaust flap can be used to move the exhaust pipe 54 and the combustion chamber 64 immediate second amount of exhaust gas can be set. That the combustion chamber 64 immediate exhaust gas passes through the exhaust flap and flows, for example, from the connection point V1 to the junction V2 without going through the exhaust pipe 66 and therefore without going through the combustion chamber 64 to pour.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Brenner 56 beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine 10 eine Dosiereinrichtung 72 auf, mittels welcher, insbesondere unverbrannter, Kraftstoff in das Abgasrohr 66 und somit in das das Abgasrohr 66 durchströmende Abgas einspritzbar ist. Hierdurch bildet sich beispielsweise in dem Abgasrohr 66 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches den mittels der Dosiereinrichtung 72 in das Abgasrohr 66 eingespritzten Kraftstoff und Luft beziehungsweise Sauerstoff umfasst, die beziehungsweise der in dem Abgas, welches das Abgasrohr 66 durchströmt, enthalten ist.At the in 2nd shown embodiment has the burner 56 or the internal combustion engine 10th a dosing device 72 on, by means of which, in particular unburned, fuel in the exhaust pipe 66 and thus into the exhaust pipe 66 flowing exhaust gas can be injected. This forms, for example, in the exhaust pipe 66 a fuel-air mixture, which by means of the metering device 72 into the exhaust pipe 66 injected fuel and air or oxygen includes that in the exhaust gas that the exhaust pipe 66 flows through, is included.

Der Brenner 56 umfasst darüber hinaus eine Zündquelle 74, mittels welcher beispielsweise in der Brennkammer 64 wenigstens ein Zündfunke erzeugbar ist. Mittels des Zündfunkens kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 64 gezündet und in der Folge unter Ausbildung einer offenen Flamme verbrannt werden. Hierdurch wird das Abgas erwärmt.The burner 56 also includes an ignition source 74 , by means of which, for example, in the combustion chamber 64 at least one spark can be generated. The fuel-air mixture can be in the combustion chamber by means of the ignition spark 64 ignited and subsequently burned to form an open flame. This heats the exhaust gas.

Im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 10 sind beispielsweise wenigstens drei Betriebsbereiche vorgesehen. Bei einem ersten der Betriebsbereiche beträgt beispielsweise der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine 10 weniger als in etwa 4 bar, was beispielsweise einem Viertel der Volllast entspricht. Hierbei befindet sich die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise in ihrem Schubbetrieb oder in ihrem Zugbetrieb in einem Niedriglastbereich. Außerdem weist beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine 10 bei dem ersten Betriebsbereich geringe Drehzahlen auf. In dem ersten Betriebsbereich kann beispielsweise mittels der Dosiereinrichtung 72 eine Einbringung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und somit von unverbranntem Brennstoff in das Abgas erfolgen. In dem ersten Betriebsbereich befindet sich die Klappe 52 vorzugsweise in ihrer Endstellung E1, wodurch die Klappe 52 geschlossen ist, und der Brennstoff beziehungsweise das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels der Zündquelle 74 gezündet. So entströmt das gesamte Abgas durch die Brennkammer 64 und wird vorteilhaft, effektiv und effizient erwärmt.As part of a method for operating the internal combustion engine 10th for example, at least three operating areas are provided. In a first of the operating ranges, the effective mean pressure of the internal combustion engine is, for example 10th less than about 4 bar, which corresponds to a quarter of full load, for example. Here is the internal combustion engine 10th for example, in their overrun operation or in their train operation in a low-load range. In addition, for example, the internal combustion engine 10th low speeds in the first operating range. In the first operating range, for example, by means of the metering device 72 unburned hydrocarbons and thus unburned fuel are introduced into the exhaust gas. The flap is in the first operating area 52 preferably in its end position E1 , causing the flap 52 is closed, and the fuel or the air-fuel mixture is by means of the ignition source 74 ignited. All of the exhaust gas flows through the combustion chamber 64 and is heated advantageously, effectively and efficiently.

In einem zweiten der Betriebsbereiche beträgt der effektive Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise mehr als in etwa 4 bar, und die Verbrennungskraftmaschine 10 weist gegebenenfalls hohe Drehzahlen auf. In dem zweiten Betriebsbereich befindet sich die Abgasklappe beispielsweise in einer zwischen den Endstellungen E1 und E2 liegenden Zwischenstellung, sodass ein erster Teil des Abgases in und durch das Abgasrohr 66 strömt und ein zweiter Teil des Abgases das Abgasrohr 66 und somit die Brennkammer 64 umgeht. Hierdurch kann eine Strömungsgeschwindigkeit des die Brennkammer 64 durchströmenden Abgases gering gehalten werden, wodurch vermieden werden kann, dass die Flamme ausgeblasen wird. Mit anderen Worten kann sich die Flamme als stabile Flamme ausbilden.In a second of the operating ranges, the effective mean pressure of the internal combustion engine is 10th for example, more than about 4 bar, and the internal combustion engine 10th may have high speeds. In the second operating area, the exhaust flap is, for example, in one between the end positions E1 and E2 lying intermediate position, so that a first part of the exhaust gas in and through the exhaust pipe 66 flows and a second part of the exhaust gas the exhaust pipe 66 and thus the combustion chamber 64 deals. This allows a flow rate of the combustion chamber 64 flowing exhaust gas can be kept low, which can be avoided that the flame is blown out. In other words, the flame can develop as a stable flame.

In dem dritten Betriebsbereich weist die Verbrennungskraftmaschine 10 beispielsweise eine hohe Last auf. In dem dritten Betriebsbereich wird der Brenner nicht gezündet. Mit anderen Worten wird beispielsweise das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht mittels der Zündquelle 74 gezündet. Da dennoch unverbrannte Kohlenwasserstoffe mittels der Dosiereinrichtung 72 in das Abgas eingebracht werden, erfolgt eine Erhöhung der Abgastemperatur durch eine exotherme Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe an den Oxidationskatalysator.In the third operating range, the internal combustion engine 10th for example, a high load. The burner is not ignited in the third operating range. In other words, the fuel-air mixture, for example, is not by means of the ignition source 74 ignited. Since non-combusted hydrocarbons are still used with the metering device 72 are introduced into the exhaust gas an increase in the exhaust gas temperature through an exothermic oxidation of the unburned hydrocarbons to the oxidation catalyst.

Bei der Verbrennungskraftmaschine 10 und mittels des Verfahrens kann eine vorteilhafte Temperaturanhebung des Abgases bei einem Kaltstart und/oder in Niedriglastbereichen wie beispielsweise bei einer langen Bergabfahrt realisiert werden.At the internal combustion engine 10th and by means of the method, an advantageous temperature increase of the exhaust gas during a cold start and / or in low load ranges such as, for example, during a long downhill run can be realized.

Der Brenner 56 ist vorzugsweise kurz vor dem SCR-Katalysator angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass der Brenner 56 kurz vor dem Oxidationskatalysator angeordnet ist.The burner 56 is preferably arranged just before the SCR catalytic converter. It is also conceivable that the burner 56 is arranged just before the oxidation catalyst.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 weist darüber hinaus eine Abgasrückführeinrichtung 76 auf. Dadurch kann zumindest ein Teil des die Abgasflut 44 durchströmenden Abgases mittels der Rückführleitung 78 aus der Flut 44 abgezweigt und zu dem Ansaugtrakt 30 rückgeführt werden. Hierdurch kann eine Abgasrückführung realisiert werden.The internal combustion engine 10th also has an exhaust gas recirculation device 76 on. This allows at least part of the exhaust gas flood 44 exhaust gas flowing through the return line 78 out of the flood 44 branched off and to the intake tract 30th be returned. In this way, exhaust gas recirculation can be implemented.

Die Abgasrückführeinrichtung 76 umfasst einen Abgasrückführkühler 80, welcher in der Rückführleitung 78 angeordnet ist. Mittels des Abgasrückführkühlers 80 kann das rückzuführende und in den Ansaugtrakt 30 einzuleitende Abgas gekühlt werden. Außerdem umfasst die Abgasrückführeinrichtung 76 ein Abgasrückführventil 82, mittels welchem eine Menge des rückzuführenden und in den Ansaugtrakt 30 einzuleitenden Abgases eingestellt werden kann.The exhaust gas recirculation device 76 includes an exhaust gas recirculation cooler 80 which is in the return line 78 is arranged. Using the exhaust gas recirculation cooler 80 can be returned and in the intake tract 30th exhaust gas to be introduced are cooled. The exhaust gas recirculation device also includes 76 an exhaust gas recirculation valve 82 , by means of which a lot of the recycled and in the intake tract 30th exhaust gas to be introduced can be adjusted.

Mittels der Ansaugluftdrosselklappe 40, dem Abgasrückführventil 82 und dem Wastegate 50 kann der Sauerstoffgehalt im Abgas und der Massenstrom reguliert werden. Zusätzlich kann mit einer variablen Klappe 52 der Brennermassenstrom eingestellt werden. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit in der Brennkammer 64 reduziert und der Betriebsbereich des Brenners erweitert werden.By means of the intake air throttle valve 40 , the exhaust gas recirculation valve 82 and the wastegate 50 the oxygen content in the exhaust gas and the mass flow can be regulated. In addition, with a variable flap 52 the burner mass flow can be set. This allows the flow rate in the combustion chamber 64 reduced and the operating range of the burner can be expanded.

In einer weiteren, in den Fig. nicht gezeigten Ausführungsform kann der Brenner 56 stromab des Oxidationskatalysators beziehungsweise stromab des Abgasnachbehandlungselements 20 und stromauf des SCR-Katalysators beziehungsweise stromauf des Abgasnachbehandlungselements 26 angeordnet sein. Dann ist beispielsweise die Dosiereinrichtung 58 stromab des Brenners 56 angeordnet. Wenn der Brenner 56 stromabwärts des Partikelfilters 22 in dem Abgastrakt vorgesehen ist, ist stromabwärts des Brenners 56 oder am Brenneraustritt vorteilhafterweise eine Partikelfilterscheibe vorzusehen, da ansonsten Kleinstpartikel in die Umgebung gelangen.In a further embodiment, not shown in the figures, the burner can 56 downstream of the oxidation catalyst or downstream of the exhaust gas aftertreatment element 20th and upstream of the SCR catalytic converter or upstream of the exhaust gas aftertreatment element 26 be arranged. Then, for example, the metering device 58 downstream of the burner 56 arranged. If the burner 56 downstream of the particle filter 22 is provided in the exhaust tract is downstream of the burner 56 or advantageously to provide a particle filter disc at the burner outlet, since otherwise very small particles get into the environment.

Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass stromauf des Abgasnachbehandlungselements 20 beziehungsweise stromauf des Oxidationskatalysators sowie vorzugsweise stromab des Brenners 56 ein weiteres, in den Fig. nicht gezeigtes Abgasnachbehandlungselement angeordnet ist, welches beispielsweise einen SCR-Katalysator und/oder einen Ammoniakschlupfkatalysator (ASC) umfasst. Dabei ist dann beispielsweise eine weitere Dosiereinrichtung vorgesehen, mittels welcher ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in das Abgas einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Die weitere Dosiereinrichtung ist dann beispielsweise stromauf des weiteren Abgasnachbehandlungselements, insbesondere stromauf des Brenners 56, und stromab der Turbine 36 angeordnet. Das weitere Abgasnachbehandlungselement ist vorzugsweise in der Box 28 und dabei stromauf des Abgasnachbehandlungselements 20 angeordnet.Alternatively or additionally, it is conceivable that upstream of the exhaust gas aftertreatment element 20th or upstream of the oxidation catalyst and preferably downstream of the burner 56 a further exhaust gas aftertreatment element, not shown in the figures, is arranged, which comprises, for example, an SCR catalytic converter and / or an ammonia slip catalytic converter (ASC). A further metering device is then provided, for example, by means of which a reducing agent for denitrifying the exhaust gas can be introduced, in particular injected, into the exhaust gas. The further metering device is then, for example, upstream of the further exhaust gas aftertreatment element, in particular upstream of the burner 56 , and downstream of the turbine 36 arranged. The further exhaust gas aftertreatment element is preferably in the box 28 and upstream of the exhaust gas aftertreatment element 20th arranged.

Ferner ist es denkbar, dass die Dosiereinrichtung 72 entfällt. Dann werden beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, welche mittels der Zündquelle 74 gezündet und dadurch verbrannt werden können, dadurch in das Abgas eingebracht, dass die unverbrannten Kohlenwasserstoffe direkt in wenigstens einen Zylinder 14 eingespritzt werden und von dem Zylinder 14 in den Abgastrakt 16 und weiter in die Brennkammer 64 gelangen.It is also conceivable that the metering device 72 not applicable. Then, for example, unburned hydrocarbons, which are by means of the ignition source 74 can be ignited and thereby burned, introduced into the exhaust gas in that the unburned hydrocarbons directly in at least one cylinder 14 be injected and from the cylinder 14 in the exhaust system 16 and further into the combustion chamber 64 reach.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn beispielsweise im Abgasrohr 66 stromab der Brennkammer 64 und somit stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung 18 ein als Partikelfilter, insbesondere als Dieselpartikelfilter, ausgebildeter Filter angeordnet ist, mittels welchem beispielsweise Ruß, der durch das Verbrennen des Brennstoffs in der Brennkammer 64 entstehen kann, zumindest teilweise aus dem Abgas gefiltert werden kann.It has also proven to be particularly advantageous if, for example, in the exhaust pipe 66 downstream of the combustion chamber 64 and thus upstream of the exhaust gas aftertreatment device 18th a filter designed as a particle filter, in particular as a diesel particle filter, is arranged, by means of which, for example, soot caused by the combustion of the fuel in the combustion chamber 64 can arise, can be filtered at least partially from the exhaust gas.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
1212
MotorgehäuseEngine housing
1414
Zylindercylinder
1616
AbgastraktExhaust system
1818th
AbgasnachbehandlungseinrichtungExhaust aftertreatment device
2020th
AbgasnachbehandlungselementExhaust aftertreatment element
2222
AbgasnachbehandlungselementExhaust aftertreatment element
2424th
AbgasnachbehandlungselementExhaust aftertreatment element
2626
AbgasnachbehandlungselementExhaust aftertreatment element
2828
Boxbox
33rd
AnsaugtraktIntake tract
3232
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
3434
Verdichtercompressor
3636
Turbineturbine
38 38
LadeluftkühlerIntercooler
4040
Drosselklappethrottle
4242
AbgasflutExhaust gas flood
4444
AbgasflutExhaust gas flood
4646
UmgehungseinrichtungBypass facility
4848
UmgehungsleitungBypass line
5050
VentilValve
5252
Klappeflap
5454
AbgasrohrExhaust pipe
5656
Brennerburner
5858
DosiereinrichtungDosing device
6060
Sensorsensor
6262
Sensorsensor
6464
BrennkammerCombustion chamber
6666
AbgasrohrExhaust pipe
6868
SchwenkachseSwivel axis
7070
Pfeilarrow
7272
DosiereinrichtungDosing device
7474
ZündquelleIgnition source
7676
AbgasrückführeinrichtungExhaust gas recirculation device
7878
RückführleitungReturn line
8080
AbgasrückführkühlerExhaust gas recirculation cooler
8282
AbgasrückführventilExhaust gas recirculation valve
E1E1
EndstellungEnd position
E2E2
EndstellungEnd position
p1p1
Druckprint
p2sp2s
Druckprint
p32p32
Druckprint
p31p31
Druckprint
p4p4
Druckprint
V1V1
VerbindungsstelleLiaison
V2V2
VerbindungsstelleLiaison

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102012024260 A1 [0002]DE 102012024260 A1 [0002]
  • DE 102008032601 A1 [0003]DE 102008032601 A1 [0003]
  • DE 3532778 A1 [0003]DE 3532778 A1 [0003]

Claims (6)

Verbrennungskraftmaschine (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) durchströmbaren Abgastrakt (16), und mit einem in dem Abgastrakt (16) angeordneten Brenner (56), welcher eine Brennkammer (64) aufweist, in welcher zum Erwärmen des Abgases unter Ausbildung einer offenen Flamme ein Brennstoff mittels des Brenners (56) zu verbrennen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgastrakt (16) ein von dem Abgas durchströmbares Abgasrohr (66), in welchem die von dem das Abgasrohr (66) durchströmenden Abgas durchströmbare Brennkammer (64) angeordnet ist, und eine Klappe (53) aufweist, mittels welcher in Abhängigkeit von einer Last und einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (10) eine das Abgasrohr (66) durchströmende erste Menge und eine die Brennkammer (64) umgehende zweite Menge des Abgases einstellbar sind.Internal combustion engine (10) for a motor vehicle, with an exhaust tract (16) through which exhaust gas from the internal combustion engine (10) can flow, and with a burner (56) arranged in the exhaust tract (16), which has a combustion chamber (64) in which for heating of the exhaust gas, with the formation of an open flame, a fuel is to be burned by means of the burner (56), characterized in that the exhaust gas tract (16) has an exhaust pipe (66) through which the exhaust gas can flow, in which the exhaust gas flowing through the exhaust pipe (66) flowable combustion chamber (64) is arranged, and has a flap (53), by means of which, depending on a load and a speed of the internal combustion engine (10), a first quantity flowing through the exhaust pipe (66) and a second quantity bypassing the combustion chamber (64) of the exhaust gas are adjustable. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine Dosiereinrichtung (72), mittels welcher der Brennstoff in das das Abgasrohr (66) durchströmende Abgas einspritzbar ist.Internal combustion engine (10) after Claim 1 , characterized by a metering device (72) by means of which the fuel can be injected into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe (66). Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch der Brennstoff als ein Kraftstoff für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) ausgebildet ist, welcher mittels zumindest einer Nacheinspritzung in die Verbrennungskraftmaschine (10) einspritzbar ist.Internal combustion engine (10) after Claim 1 , characterized by the fuel being designed as a fuel for the operation of the internal combustion engine (10) which can be injected into the internal combustion engine (10) by means of at least one post-injection. Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgastrakt stromab des Brenners (56) ein Partikelfilter (22) und/oder ein Oxidationskatalysator (20) und/oder ein SCR-Katalysator (26) angeordnet ist.Internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust tract downstream of the burner (56) a particle filter (22) and / or an oxidation catalyst (20) and / or an SCR catalyst (26) is arranged. Verbrennungskraftmaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (56) dazu ausgebildet ist, das Abgas zu erwärmen, wenn ein effektiver Mitteldruck der Verbrennungskraftmaschine (10) kleiner oder gleich in etwa 4 bar ist und/oder das Abgas stromauf des Brenners (56) eine Temperatur aufweist, die geringer als eine Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators (20) ist.Internal combustion engine (10) after Claim 4 , characterized in that the burner (56) is designed to heat the exhaust gas when an effective mean pressure of the internal combustion engine (10) is less than or equal to approximately 4 bar and / or the exhaust gas upstream of the burner (56) has a temperature , which is lower than a light-off temperature of the oxidation catalyst (20). Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Method for operating an internal combustion engine (10) according to one of the preceding claims.
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