DE102018125056B4 - Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (2), aufweisend einen Vorratstank (3) für Kraftstoff, eine Fluidfördereinrichtung und ein abgasführendes Rohr (11), und ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung (1).Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fluidfördereinrichtung zwei Dosierpumpen (5, 12) aufweist, wobei eine erste elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (5) den von ihr aus dem Vorratstank (3) entnommenen Kraftstoff über einen Verdampfer (7) zuführen kann, und wobei der Verdampfer (7) den Kraftstoff in das abgasführende Rohr (11) einspeisen kann, und wobei eine zweite elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (12) den von ihr dem Vorratstank entnommenen Kraftstoff einer Verbrennereinrichtung (13) zuführen kann, wobei die Verbrennereinrichtung (13) mit einem Verdichter (10) in Verbindung steht, der ihr Luft zuführen kann, und wobei die Verbrennereinrichtung (13) ihr Verbrennungsprodukt in das abgasführende Rohr (11) einspeisen kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors, aufweisend einen Vorratstank für Kraftstoff, eine Fluidfördereinrichtung und ein abgasführendes Rohr des Verbrennungsmotors.
- Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung sind bekannt und weit verbreitet. Bei einer bekannten und wirksamen Gattung von Vorrichtungen wird zusätzlicher Kraftstoff in die Abgasleitung eingespritzt und mit restlichem Sauerstoff im Abgas verbrannt. Dazu sind eine geeignete Anordnung der Einspritzanlage und eine ausreichend lange Vermischungsstrecke erforderlich, um eine befriedigende Wirkung, insbesondere eine Erhöhung der Abgastemperatur, zu erzielen. Die Druckschriften
EP 0532031 A1 undDE 10 2014 010 249 A1 zeigen beispielhafte Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Kraftstoff in ein abgasführendes Rohr einzubringen und dabei abhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors unterschiedliche geeignete Mittel zu nutzen, damit der Kraftstoff fein verteilt oder im schon verbrannten Zustand die Temperatur und die Zusammensetzung des Abgases des Verbrennungsmotors verändert.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten Anspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen 8. Anspruchs.
- Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Fluidfördereinrichtung zwei Dosierpumpen aufweist, wobei eine erste elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe den von ihr aus dem Vorratstank entnommenen Kraftstoff über einen Verdampfer zuführen kann, und wobei der Verdampfer den Kraftstoff in das abgasführende Rohr einspeisen kann.
- Eine zweite elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe kann den von ihr dem Vorratstank entnommenen Kraftstoff einer Verbrennereinrichtung zuführen, wobei die Verbrennereinrichtung mit einem Verdichter in Verbindung steht, der ihr Luft zuführen kann, und wobei die Verbrennereinrichtung ihr Verbrennungsprodukt in das abgasführende Rohr einspeisen kann.
- Weil zwei Dosierpumpen vorhanden sind, kann auf einfache und gesteuerte Weise die Methode des Einbringens des Brennstoffs in die Abgasleitung in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors angepasst werden. Die elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpen gestatten auf sehr einfache Weise eine Einstellung der Fördermenge pro Zeiteinheit, nämlich durch eine Einstellung der Frequenz des elektrischen Signals an den Elektromagneten.
- Die Verbrennereinrichtung weist eine Mischeinrichtung zur Vermischung von Luft und Brennstoff und eine Brennkammer auf, wobei die Brennkammer mit dem abgasführenden Rohr über eine Nebenleitung fluidisch verbunden ist.
- Der Einsatz eines Verbrenners bietet sich an, wenn das Abgas noch eine recht niedrige Temperatur ausweist.
- Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
- Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführung einen Abgasturbolader auf, der aus dem Verdichter und einer von dem Abgas des Verbrennungsmotors angetriebenen Turbine besteht, wobei der Verdichter auch die für die Verbrennereinrichtung erforderliche Luft bereitstellen kann.
- Dies stellt eine sehr preisgünstige Lösung der Versorgungsaufgabe dar, wenn ein Abgasturbolader vorhanden ist.
- In einer zweiten Ausführung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter auf, der die für die Verbrennereinrichtung erforderliche Luft bereitstellen kann, wenn der Elektromotor eingeschaltet ist.
- Bei dieser Lösung ist man unabhängig von einem Abgasturbolader und verfügt über eine einfache Möglichkeit, den Luftstrom ein- und auszuschalten.
- Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Verdampfer auf, der Kraftstoff in das abgasführende Rohr einbringen kann, wobei der Verdampfer in bekannter Weise aus einem Gehäuse, einem elektrisch beheizten Glühstift, einem Einlass für den Kraftstoff und einem Auslass besteht.
- Ein Verdampfer bewirkt eine gute Vermischung des eingebrachten Kraftstoffs mit dem Abgas, wenn das Abgas eine ausreichend hohe Temperatur aufweist.
- Vorzugsweise sind die elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpen als Hubkolbenpumpen ausgeführt, wobei jeweils ein Elektromagnet gegen eine Rückstellfeder eine translatorisch wirkende Verdrängereinheit antreibt.
- Die Hubkolbenpumpe ist sehr einfach aufgebaut und gestattet auf sehr einfache Weise eine Veränderung der Fördermenge pro Zeiteinheit durch eine Veränderung der Ansteuerfrequenz.
- Die Dosierpumpen sind vorzugsweise als innen durchströmte Hubkolbenpumpen ausgeführt, wobei jeweils eine Magnetspule des Elektromagneten von dem von der Dosierpumpe geförderten Brennstoff durchströmt wird.
- Durch die Bauweise als innen durchströmte Hubkolbenpumpe ist eine dynamisch wirkende Abdichtung des Hubkolbens nicht erforderlich, man erreicht dadurch eine sehr zuverlässige Abdichtung der Dosierpumpe nach außen.
- Vorteilhafterweise weisen die Dosierpumpen jeweils eine mit einem Hubkolben der Verdrängereinheit kraft- oder formschlüssig verbundene Absperreinrichtung auf, die im Zusammenwirken mit einem Sitzelement in einem durch die Rückstellfeder vorgegebenen Ruhezustand der Dosierpumpen eine Durchströmung der Dosierpumpen verhindert, wenn der jeweilige Elektromagnet nicht bestromt ist. Dadurch wird ein Nachfließen von Kraftstoff im Ruhezustand oder ein Zurückfließen von Kraftstoff im Ruhezustand verhindert.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorteilhafterweise einen Temperatursensor auf, der die Gastemperatur in dem abgasführenden Rohr an eine programmgesteuerte elektrische Steuerung meldet, wobei die elektrische Steuerung die Elektromagnete der Dosierpumpen jeweils mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt, und wobei die gepulsten elektrischen Ströme zu den beiden Elektromagneten unterschiedliche Stromstärken und unterschiedliche Pulsfrequenzen aufweisen können. Die Pulsfrequenzen bestimmen dabei die Fördermenge pro Zeiteinheit der Dosierpumpen.
- Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zwei die Fluidfördereinrichtung bildenden Dosierpumpen jeweils durch eine programmgesteuerte elektrische Steuerung zeitweise mit pulsierendem elektrischen Strom beaufschlagt, wobei die elektrische Steuerung selbst eine Motorsteuerung des Verbrennungsmotors ist oder mit einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors in Wirkverbindung steht und Zustandsinformationen über die Belastung des Verbrennungsmotors und die Temperatur des Abgases verarbeiten kann.
- Dabei beaufschlagt die elektrische Steuerung in programmmäßig festgelegter Abhängigkeit von den genannten Zustandsinformationen die erste Dosierpumpe mit pulsierendem elektrischem Strom.
- Dabei wird die Frequenz des pulsierenden elektrischen Stroms zur Beaufschlagung der ersten Dosierpumpe von der elektrischen Steuerung in programmmäßig festgelegter Weise in Abhängigkeit von den oben genannten Zustandsinformationen bestimmt. Die Frequenz bestimmt die Fördermenge pro Zeiteinheit.
- Weiterhin vorzugsweise ist die elektrische Steuerung so programmiert, dass in dem Fall, dass die erste Dosierpumpe zur Versorgung der Verdampfereinrichtung wegen zu geringer Abgastemperatur nicht oder nur mit verminderter Frequenz mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt wird, stattdessen die zweite Dosierpumpe mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt wird, um die Verbrennereinrichtung mit Brennstoff zu versorgen, wobei gleichzeitig die Versorgung der Verbrennereinrichtung mit Luft aus einem Verdichter von der elektrischen Steuerung aktiviert wird.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung.
- Es zeigt:
-
1 Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einer Einspritzeinrichtung, einer Verbrennereinrichtung und einem T em peratursensor. -
2 Eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Verbrennereinrichtung und einem Verdampfer -
3 Eine Schemazeichnung der Abgasturboladers. -
4 Eine Schemazeichnung des elektromotorisch angetriebenen Verdichters. -
5 Eine Schemazeichnung der Verbrennereinrichtung -
6 Eine Schemazeichnung der Dosierpumpe - Die erfindungsgemäße Vorrichtung (
1 ) gemäß2 zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors (2 ) weist einen Vorratstank (3 ) für Kraftstoff, eine Fluidfördereinrichtung und ein abgasführendes Rohr (11 ) auf und enthält insbesondere als Fluidfördereinrichtung zwei Dosierpumpen (5 ,12 ), wobei eine erste elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (5 ) den von ihr aus dem Vorratstank (3 ) entnommenen Kraftstoff über eine erste Leitung (32 ) einem Verdampfer (7 ) zuführen kann, die den Kraftstoff in das abgasführende Rohr (11 ) einspeisen kann. - Dabei kann eine zweite elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (
12 ) den von ihr dem Vorratstank (3 ) entnommenen Kraftstoff über eine zweite Leitung (31 ) einer Verbrennereinrichtung (13 ) zuführen, wobei die Verbrennereinrichtung (13 ) über eine Luftleitung (8 ) mit einem Verdichter (10 ) in Verbindung steht, der ihr Luft zuführen kann, und wobei die Verbrennereinrichtung (13 ) ihr Verbrennungsprodukt in das abgasführende Rohr (11 ) einspeisen kann. - Die in
2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung (1 ) weist eine Verbrennereinrichtung (13 ) auf, die in einem erheblichen räumlichen Abstand von den anderen Bauteilen der Vorrichtung (1 ) angeordnet ist und das Verbrennungsprodukt über eine Nebenleitung (9 ) in das abgasführende Rohr (11 ) einbringt. - In der Ausführung gemäß
3 ist der Verdichter (10 ) mit einer von dem Abgas des Verbrennungsmotors (2 ) angetriebenen Turbine (15 ) gekuppelt, zusammen bilden sie einen Abgasturbolader (14 ). Der Verdichter (10 ) kann auch über die Luftleitung (8 ) die für die Verbrennereinrichtung (13 ) erforderliche Luft bereitstellen. - In der Ausführung gemäß
4 wird der Verdichter (10 ) von einem Elektromotor (28 ) angetrieben. Der Verdichter (10 ) kann die für die Verbrennereinrichtung (13 ) erforderliche Luft über die Luftleitung (8 ) bereitstellen, wenn der Elektromotor (28 ) eingeschaltet ist. - Die Verbrennereinrichtung (
13 ) weist gemäß5 eine Mischeinrichtung (16 ) zur Vermischung von Luft und Brennstoff und eine Brennkammer (17 ) auf, wobei die Brennkammer (17 ) mit dem abgasführenden Rohr (11 ) vorzugsweise über eine Nebenleitung (9 ) fluidisch verbunden ist. - Die elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpen (
5 ,12 ) sind vorzugsweise als Hubkolbenpumpen ausgeführt, wie6 zeigt. Dabei treibt jeweils ein Elektromagnet (20 ) gegen eine Rückstellfeder (25 ) eine translatorisch wirkende Verdängereinheit (21 ) an. - Die Dosierpumpen (
5 ,12 ) sind vorteilhafterweise als innen durchströmte Hubkolbenpumpen ausgeführt, wobei jeweils der von einer der Dosierpumpen (5 ,12 ) geförderte Brennstoff eine Magnetspule (22 ) des Elektromagneten (20 ) durchströmen kann und dabei kühlt. - Die Dosierpumpen (
5 ,12 ) weisen vorteilhafterweise jeweils eine mit einem Hubkolben (23 ) der Verdrängereinheit (21 ) kraft- oder formschlüssig verbundene Absperreinrichtung (24 ) auf, die im Zusammenwirken mit einem Sitzelement (26 ) in einem durch die Rückstellfeder (25 ) vorgegebenen Ruhezustand der Dosierpumpen (5 ,12 ) eine Durchströmung der Dosierpumpen (5 ,12 ) verhindert, wenn der jeweilige Elektromagnet (20 ,20' ) nicht bestromt ist. - Die erfindungsgemäße Vorrichtung (
1 ) weist vorteilhafterweise einen Temperatursensor (27 ) auf, der die Gastemperatur in dem abgasführenden Rohr (11 ) an eine programmgesteuerte elektrische Steuerung (30 ) meldet, wobei die elektrische Steuerung (30 ) die Elektromagnete (20 ,20' ) der Dosierpumpen (5 ,12 ) jeweils mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt, und wobei die gepulsten elektrischen Ströme zu den beiden Elektromagneten (20 ,20' ) unterschiedliche Stromstärken und unterschiedliche Pulsfrequenzen aufweisen können. - Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Vorratstank
- 5
- Dosierpumpe
- 6
- Einspritzeinrichtung
- 7
- Verdampfer
- 8
- Luftleitung
- 9
- Nebenleitung
- 10
- Verdichter
- 11
- abgasführendes Rohr
- 12
- Dosierpumpe
- 13
- Verbrennereinrichtung
- 14
- Abgasturbolader
- 15
- Turbine
- 16
- Mischeinrichtung
- 17
- Brennkammer
- 18
- Düse
- 19
- Auslass
- 20
- Elektromagnet
- 21
- Verdrängereinheit
- 22
- Magnetspule
- 23
- Hubkolben
- 24
- Absperreinrichtung
- 25
- Rückstellfeder
- 26
- Sitzelement
- 27
- Temperatursensor
- 28
- Elektromotor
- 29
- Einspritzventil
- 30
- Elektrische Steuerung
- 31
- Leitung für Kraftstoff
- 32
- Leitung für Kraftstoff
- 33
- Elektromagnetmittel
Claims (9)
- Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (2), aufweisend einen Vorratstank (3) für Kraftstoff, eine Fluidfördereinrichtung und ein abgasführendes Rohr (11) dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidfördereinrichtung zwei Dosierpumpen (5, 12) aufweist, wobei eine erste elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (5) den von ihr aus dem Vorratstank (3) entnommenen Kraftstoff über einen Verdampfer (7) zuführen kann, und wobei der Verdampfer (7) den Kraftstoff in das abgasführende Rohr (11) einspeisen kann, und wobei eine zweite elektromagnetisch angetriebene Dosierpumpe (12) den von ihr dem Vorratstank (3) entnommenen Kraftstoff einer Verbrennereinrichtung (13) zuführen kann, wobei die Verbrennereinrichtung (13) mit einem Verdichter (10) in Verbindung steht, der ihr Luft zuführen kann, und wobei die Verbrennereinrichtung (13) ihr Verbrennungsprodukt in das abgasführende Rohr (11) einspeisen kann, wobei die Verbrennereinrichtung (13) eine Mischeinrichtung (16) zur Vermischung von Luft und Brennstoff und eine Brennkammer (17) aufweist, und wobei die Brennkammer (17) mit dem abgasführenden Rohr (11) über eine Nebenleitung (9) fluidisch verbunden ist.
- Vorrichtung (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen Abgasturbolader (14) aufweist, der aus dem Verdichter (10) und einer von dem Abgas des Verbrennungsmotors (2) angetriebenen Turbine (15) besteht, wobei der Verdichter (10) zusätzlich die für die Verbrennereinrichtung (13) erforderliche Luft bereitstellen kann. - Vorrichtung (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen von einem Elektromotor (28) angetriebenen Verdichter (10) aufweist, der bei eingeschaltetem Elektromotor (28) die für die Verbrennereinrichtung (13) erforderliche Luft bereitstellen kann. - Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch angetriebenen Dosierpumpen (5, 12) als Hubkolbenpumpen ausgeführt sind, wobei jeweils ein Elektromagnet (20, 20') gegen eine Rückstellfeder (25) eine translatorisch wirkende Verdängereinheit (21) antreibt.
- Vorrichtung (1) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpen (5, 12) als innen durchströmte Hubkolbenpumpen ausgeführt sind, wobei jeweils eine Magnetspule (22) des Elektromagneten (20, 20') von dem von der Dosierpumpe (5, 12) geförderten Brennstoff durchströmbar ist. - Vorrichtung (1) nach
Anspruch 4 oder5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpen (5, 12) jeweils eine mit einem Hubkolben (23) der Verdrängereinheit (21) kraft- oder formschlüssig verbundene Absperreinrichtung (24) aufweisen, die bei unbestromtem Zustand des jeweiligen Elektromagneten (20, 20') im Zusammenwirken mit einem Sitzelement (26) in einem durch die Rückstellfeder (25) vorgegebenen Ruhezustand der Dosierpumpen (5, 12) eine Durchströmung der Dosierpumpen (5, 12) verhindert. - Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Temperatursensor (27) aufweist, der die Gastemperatur in dem abgasführenden Rohr (11) an eine programmgesteuerte elektrische Steuerung (30) meldet, wobei die elektrische Steuerung (30) die Elektromagnete (20, 20') der Dosierpumpen (5, 12) jeweils mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt, und wobei die gepulsten elektrischen Ströme zu den beiden Elektromagneten (20, 20') unterschiedliche Stromstärken und unterschiedliche Pulsfrequenzen aufweisen können.
- Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Nachbehandlung des Abgases eines Verbrennungsmotors (2), wobei die Vorrichtung (1) einen Vorratstank (3) für Kraftstoff, eine Fluidfördereinrichtung, eine Verdampfereinrichtung (7), eine Verbrennereinrichtung (13) und ein abgasführendes Rohr (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei die Fluidfördereinrichtung bildende Dosierpumpen (5, 12) jeweils durch eine programmgesteuerte elektrische Steuerung (30) zeitweise mit pulsierendem elektrischen Strom beaufschlagt werden, wobei die elektrische Steuerung (30) selbst eine Motorsteuerung des Verbrennungsmotors (2) ist oder mit einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors (2) in Verbindung steht und Zustandsinformationen über die Belastung des Verbrennungsmotors (2) und die Temperatur des Abgases verarbeiten kann, und wobei die elektrische Steuerung (30) in programmmäßig festgelegter Abhängigkeit von den genannten Zustandsinformationen die erste Dosierpumpe (5) mit pulsierendem elektrischem Strom beaufschlagen kann und dass eine Frequenz des pulsierenden elektrischen Stroms zur Beaufschlagung der ersten Dosierpumpe (5) von der elektrischen Steuerung (30) in programmmäßig festgelegter Weise in Abhängigkeit von den Zustandsinformationen über die Belastung des Verbrennungsmotors (2) und die Temperatur des Abgases bestimmt wird.
- Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (2) nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuerung (30) in dem Fall, dass die erste Dosierpumpe (5) zur Versorgung der Verdampfereinrichtung (7) wegen zu geringer Abgastemperatur nicht oder nur mit verminderter Frequenz mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt wird, stattdessen die zweite Dosierpumpe (12) mit gepulstem elektrischen Strom beaufschlagt, um die Verbrennereinrichtung (13) mit Brennstoff zu versorgen, wobei gleichzeitig die Versorgung der Verbrennereinrichtung (13) mit Luft aus einem Verdichter (10) von der elektrischen Steuerung (30) aktiviert wird.
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