-
Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
-
Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Um die nicht vollständig vermeidbaren Rohemissionen effektiv nachmotorisch umsetzen zu können, werden in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors mit Edelmetall beschichtete Katalysatoren verbaut. Damit diese Katalysatoren die Schadstoffe umsetzen können, ist ein minimales Temperaturniveau des Abgases und des Katalysators notwendig. Um den Katalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen, werden motorische Heizmaßnahmen wie eine Verstellung des Zündwinkels oder der Kraftstoffeinspritzung in Richtung „spät“ oder ein unterstöchiometrischer Betrieb des Verbrennungsmotors unter gleichzeitiger Einbringung von Sekundärluft genutzt. Um noch mehr Wärmeenergie gezielt in die Abgasanlage einzubringen, ist es möglich, den Katalysator elektrisch zu beheizen oder an der Abgasanlage einen zuschaltbaren Abgasbrenner zu installieren, um heißes Abgas in die Abgasanlage einzuleiten und die in der Abgasanlage angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten unabhängig vom Verbrennungsmotor zu erwärmen. Dies führt bei Motorstart mit derart vorkonditionierten Katalysatoren zu einer sehr hohen Konvertierungsrate und macht die Einhaltung von weiter verschärften Abgasnormen möglich. Dabei können die Emissionen bereits in der Heizphase des Katalysators deutlich reduziert werden.
-
Die
DE 199 22 388 A1 offenbart eine Standheizung für ein Kraftfahrzeug mit einem Aluminiumgrundkörper, wobei der Aluminiumgrundkörper eine Brennkammer für die Standheizung ausbildet und an das Kühlwassersystem des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Dabei wird der Aluminiumgrundkörper durch das Kühlwassersystem gekühlt und die Wärme auf das Kühlwasser übertragen, wodurch ein reibungs- und emissionsminimierter Start des Verbrennungsmotors möglich ist.
-
Aus der
DE 10 2005 054 733 A1 ist ein Abgasbrenner zum Aufheizen eines Drei-Wege-Katalysators einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Abgasbrenner weist eine Kraftstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zum Brenner, eine Luftzufuhreinrichtung zum Zuführen von Luft zum Brenner, sowie eine Steuer- oder Regeleinrichtung zur Einstellung eines gewünschten Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses im Brenner. Ferner ist aus der
DE 10 2005 054 733 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brenners bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung die von der Kraftstoffzufuhreinrichtung zum Brenner zugeführte Kraftstoffmasse an die von der Luftzufuhreinrichtung zum Brenner zugeführte Luftmasse anpasst.
-
Die
DE 195 42 649 A1 offenbart einen Gasbrenner für einen Gas-Wasserheizer mit mindestens einem Brennerelement, das eine Verteilerkammer in einem flachen Gehäuse hat. Das Brennerelement ist mit einer Brenneröffnungen versehen und trägt eine die Brennzone bildende Firstleiste. Ferner umfasst der Gasbrenner mit mindestens einem wasserführenden Kühlrohr, das mit dem Brennelement wärmeleitend verbunden ist und sich seitlich neben der Verteilerkammer quer zu deren Gehäuse erstreckt. Dabei ist vorgesehen, dass das Kühlrohr über ein neben dem Gehäuse der Verteilerkammer angeordnetes Wärmeleitblech mit der Firstleiste des Brennerelementes verbunden ist.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Kaltstartemissionen eines Kraftfahrzeuges weiter zu verringern und die Dauerhaltbarkeit des Abgasbrenners zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Abgasbrenner mit einem Gehäuse und einer Brennkammer, wobei an dem Gehäuse eine Luftanschluss zum Anschluss einer Luftversorgungseinrichtung des Abgasbrenners ausgebildet ist, gelöst. Dabei weist der Abgasbrenner eine Brennstoffversorgung auf, um der Brennkammer einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zuzuführen. An der Brennkammer ist ein Zündmechanismus zur Zündung eines brennbaren Brennstoff-Luft-Gemischs angeordnet. Ferner ist an die Brennkammer eine Abgasleitung angeschlossen, über welche der Abgasbrenner mit einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors verbindbar ist. Es ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Abgasbrenners aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, wobei an dem Gehäuse ein Kühlmittelzulauf und ein Kühlmittelrücklauf ausgebildet sind, über welche der Abgasbrenner an einen Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors anschließbar ist. Dadurch kann bereits vor einem Motorstart des Verbrennungsmotors eine Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente und eine gleichzeitige Erwärmung des Kühlmittels des Verbrennungsmotors erfolgen. Dadurch steht bereits unmittelbar nach einem Start des Verbrennungsmotors eine Abgasnachbehandlungskomponente zur Verfügung, um eine effiziente Konvertierung der im Abgasstrom des Verbrennungsmotors enthaltenen Schadstoffe zu ermöglichen. Gleichzeitig kann die Reibung des Verbrennungsmotors durch das Vorheizen des Kühlmittels reduziert werden, wodurch der Verbrauch gesenkt wird. Darüber hinaus werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors in der Kaltstartphase, insbesondere die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, verringert, da durch das Vorheizen des Kühlmittels eine bessere Verbrennung des in die Brennräume eingebrachten Kraftstoffs erreicht wird.
-
Darüber hinaus kann die thermische Belastung für den Abgasbrenner reduziert werden, da die bei der Verbrennung von Kraftstoff in dem Abgasbrenner auftretende Wärme durch das Kühlmittel aus dem Gehäuse abgeführt wird. Dies ermöglicht den Einsatz von einfacheren und günstigeren Werkstoffen, wodurch die Herstellungskosten und/oder das Gewicht des Gehäuses verringert werden können. Ferner kann auf eine aufwendige Isolation des Abgasbrenners zum Schutz anderer Bauteile in der Nähe des Abgasbrenners verzichtet werden, da durch die verringerte Gehäusetemperatur weniger Wärme mittels Wärmestrahlung und/oder Wärmeleitung auf andere Bauteile übertragen wird.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Abgasbrenners möglich.
-
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Gehäuse Kühlkanäle ausgebildet sind, über welche die Wärme aus der Brennkammer abführbar ist. Durch Kühlkanäle in dem Gehäuse des Abgasbrenners kann eine besonders effiziente Wärmeabfuhr aus dem Bereich der thermisch hoch belasteten Brennkammer erreicht werden. Dabei kann das Kühlmittel gezielt derart um die Brennkammer geführt werden, dass die Abwärme der Brennkammer effizient genutzt wird, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu erwärmen und gleichzeitig die Temperatur des Gehäuses zu begrenzen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Abgasbrenners aus Aluminium ist. Ein Gehäuse aus Aluminium kann besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Dabei können die Kühlkanäle mit geringem Bearbeitungsaufwand in das Gehäuse eingebracht werden, um eine hinreichende Wärmeabfuhr sicherzustellen. Darüber hinaus kann durch ein Gehäuse aus Aluminium im Vergleich zu einem Stahlgehäuse das Gewicht des Abgasbrenners reduziert werden, was den Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Abgasbrenner reduziert.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Gehäuse des Abgasbrenners als Aluminium-Gussteil ausgeführt ist. Durch die Herstellung des Gehäuses in einem Gussverfahren, insbesondere in einem Aluminium-Spritzguss-Verfahren oder einem Aluminium-Druckguss-Verfahren, können die Kühlkanäle sowie die Anschlüsse für die Luftversorgung und die Brennstoffversorgung bereits beim Urformen hergestellt werden, so dass anschließend keine oder nur eine geringe weitere mechanische Bearbeitung des Gehäuses notwendig ist. Dadurch können die Kosten für die Bearbeitung verringert werden, wodurch der Abgasbrenner kostengünstig hergestellt werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasbrenners ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Abgasbrenners als ein Wärmetauscher ausgeführt ist. Dabei kann der Wärmetauscher insbesondere als Kreuzstrom- oder Gegenstrom-Wärmetauscher ausgeführt sein, um eine möglichst effiziente Wärmeübertragung von der Brennkammer des Abgasbrenners auf das Kühlmittel des Verbrennungsmotors sicherzustellen. Dabei wird das Kühlmittel durch die Kühlmittelpumpe des Verbrennungsmotors durch die Kühlkanäle des Wärmetauschers gefördert, um die Wärme von der Brennkammer abzuführen.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Motorblock, in welchem mindestens ein Brennraum ausgebildet ist, sowie mit einer Abgasanlage, welche an einen Auslass des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Dabei weist der Motorblock mindestens einen Kühlmittelkanal auf, welcher von einem flüssigen Kühlmittel durchströmbar ist. In der Abgasanlage ist mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet, wobei stromaufwärts der mindestens einen Abgasnachbehandlungskomponente eine Einleitstelle zum Einleiten eines heißen Brennerabgases eines solchen Abgasbrenners vorgesehen ist, und wobei der Abgasbrenner und der Motorblock des Verbrennungsmotors durch das flüssige Kühlmittel eines gemeinsamen Kühlmittelkreislaufs durchströmt werden. Unter einem heißen Brennerabgas ist in diesem Zusammenhang ein Abgas zu verstehen, welches gegenüber dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors eine erhöhte Temperatur aufweist. Dabei weist das heiße Brennerabgas des Abgasbrenners eine Temperatur von mindestens 500°C, vorzugsweise von mindestens 800°C auf, um eine schnelle und effiziente Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponente zu ermöglichen. Durch das Vorheizen des Abgasnachbehandlungskomponente bereits vor einem Start des Verbrennungsmotors können die Emissionen in der Startphase minimiert werden. Dabei ist ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors möglich, sodass die Endrohremissionen bis an die Nähe der Nachweisbarkeit minimiert werden. Das Aufheizen des Kühlmittels führt zu einer Minimierung der Reibung bei einem Motorstart des Verbrennungsmotors, da durch das aufgeheizte Kühlmittel auch das Motoröl erwärmt wird, wodurch die Reibung minimiert wird. Ferner steigt die Brennraumtemperatur in der Startphase, sodass die Rohemissionen des Verbrennungsmotors gemindert werden können.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungskomponente ein Katalysator ist. Durch einen Katalysator können die verbleibenden Rohemissionen des Verbrennungsmotors einfach und effizient in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden. Dadurch können minimale Endrohremissionen auch in der Startphase des Verbrennungsmotors erreicht werden.
-
Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Katalysator als Drei-Wege-Katalysator oder als Vier-Wege-Katalysator ausgeführt ist. Durch einen Drei-Wege-Katalysator können sowohl die Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid, als auch die Stickoxidemissionen verringert werden. Durch einen Vier-Wege-Katalysator können zusätzlich die Partikelemissionen des Verbrennungsmotors verringert werden. Dabei kann der Abgasbrenner bei einem Vier-Wege-Katalysator auch dazu genutzt werden, eine Regeneration des Vier-Wege-Katalysators unabhängig vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors einzuleiten und den Vier-Wege-Katalysator auf eine zur Oxidation der im Vier-Wege-Katalysator zurückgehaltenen Rußpartikel aufzuheizen.
-
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Katalysator als ein Oxidationskatalysator, ein NOx-Speicherkatalysator oder ein SCR-Katalysator ausgeführt ist. Durch diese Katalysatoren kann zumindest ein Teil der limitierten Abgaskomponenten in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden, wobei auch diese Katalysatoren eine zur Konvertierung notwendige Mindesttemperatur benötigen, welche durch das Einleiten der heißen Brennerabgase des Abgasbrenners bereits vor dem Start des Verbrennungsmotors erreicht werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass die Einleitstelle des Abgasbrenners stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers und stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Prinzipiell benötigen mittels Turbolader aufgeladene Verbrennungsmotoren mehr Bauraum, da zusätzliche Komponenten wie der Abgasturbolader und ggf. ein Ladeluftkühler im Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet werden müssen. Dadurch ist der freie Bauraum begrenzt. Deshalb kann der vorgeschlagenen Abgasbrenner insbesondere bei mittels Turbolader aufgeladenen Verbrennungsmotoren vorteilhaft sein, da durch das gekühlte Gehäuse eine besonders kompakte Bauweise möglich ist und der Abstand zu weiteren Komponenten aufgrund der reduzierten Bauteiltemperatur des Gehäuses verringert werden kann. Dadurch kann eine motornaher Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere ein motornaher Katalysator mit geringem Energieaufwand auf seine Funktionstemperatur aufgeheizt werden. Unter einer motornahen Abgasnachbehandlungskomponente ist in diesem Zusammenhang ein Bauteil zu verstehen, deren Einlass mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm, ab dem Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Durch die Einleitung der heißen Brennerabgase des Abgasbrenners unmittelbar stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente geht nur wenig Abwärme über die Wand das Abgaskanals verloren. Zudem müssen keine weiteren Bauteile mit erwärmt werden, sodass ein besonders effizientes Aufheizen der motornahen ersten Abgasnachbehandlungskomponente möglich ist.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einleitstelle des Abgasbrenners stromabwärts einer motornahen ersten Abgasnachbehandlungskomponente und stromaufwärts einer motorfernen zweiten Abgasnachbehandlungskomponente ausgebildet ist. Da die motornahe Abgasnachbehandlungskomponente im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors thermisch stärker beansprucht wird als eine motorferne Abgasnachbehandlungskomponente und eine katalytische Beschichtung der motornahen Abgasnachbehandlung somit schneller altert, kann es vorteilhaft sein, in der Startphase eine Konvertierung der Schadstoffe durch die motorferne Abgasnachbehandlungskomponente durchzuführen, bis der Abgasstrom des Verbrennungsmotors auch die motornahe(n) Abgasnachbehandlungskomponente(n) auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt hat. Dabei ist unter einer motorfernen Abgasnachbehandlungskomponente eine Abgasnachbehandlungskomponente zu verstehen, deren Einlass mit einer Abgaslauflänge von mindestens 100 cm ab dem Auslass des Verbrennungsmotors, vorzugsweise in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges, angeordnet ist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors ein Wärmetauscher angeordnet ist, um die Abwärme des Abgasbrenners auf eine Frischluftzufuhr für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges zu übertragen. Dadurch kann der Abgasbrenner zusätzlich die Funktion einer Standheizung übernehmen. Dadurch wird ein Komfortgewinn für die Passagiere erreicht, da diese in einen bereits vorgeheizten Fahrgastraum einsteigen können.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente mit einem solchen Abgasbrenner, wobei die Abgasnachbehandlungskomponente vor einem Start des Verbrennungsmotors oder ab einem Start des Verbrennungsmotors durch das heiße Brennerabgas des Abgasbrenners aufgeheizt wird, wobei die Wärme der Brennkammer über ein flüssiges Kühlmittel an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors abgeführt wird. Durch ein solches Verfahren ist es möglich, sowohl die Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einen Katalysator, als auch das Kühlmittel des Verbrennungsmotors aufzuheizen, wodurch die Rohemissionen des Verbrennungsmotors gesenkt werden und gleichzeitig bereits ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen im Abgasstrom des Verbrennungsmotors möglich ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kühlmittelpumpe des Verbrennungsmotors das Kühlmittel durch das Gehäuse des Abgasbrenners fördert, wenn der Abgasbrenner aktiviert wird. Durch den Anschluss des Gehäuses an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors kann die Kühlmittelpumpe des Verbrennungsmotors genutzt werden, um das Kühlmittel durch das Gehäuse des Abgasbrenners zu fördern und die Wärme von der Brennkammer des Abgasbrenners abzuführen.
-
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Abwärme des Abgasbrenners genutzt wird, um den Innenraum eines Kraftfahrzeuges zu erwärmen.
-
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasbrenners zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente eines Verbrennungsmotors;
- 2 ein Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage und einem Kühlmittelkreislauf, wobei eine in der Abgasanlage angeordnete Abgasnachbehandlungskomponente durch einen erfindungsgemäßen Abgasbrenner beheizbar ist; und
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage und einem Kühlmittelkreislauf, wobei eine motorferne Abgasnachbehandlungskomponente durch einen erfindungsgemäßen Abgasbrenner beheizbar ist.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Abgasbrenner 36 zum Aufheizen einer Abgasnachbehandlungskomponente 28, 32 eines Verbrennungsmotors 10. Der Abgasbrenner 36 weist ein metallisches Gehäuse 40, vorzugsweise ein Aluminiumgehäuse, auf, in welchem eine Brennkammer 42 ausgebildet ist. Die Brennkammer 42 weist einen Luftanschluss 44 auf, über welchen der Brennkammer 42 mittels Frischluft zugeführt werden kann. Die Brennkammer 42 weist ferner eine Brennstoffversorgung 56 auf, über welche der Brennkammer 42 ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, welcher mittels der über den Luftanschluss 44 zugeführten Frischluft exotherm umgesetzt werden kann. Dazu ist an der Brennkammer 42 ein Zündmechanismus 64 angeordnet, um ein brennfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden. Ferner ist die Brennkammer 42 mit einer Abgasleitung 58 verbunden, welche an einen Abgaskanal eines Verbrennungsmotors 10 anschließbar ist.
-
In dem Gehäuse 40 ist ein Kühlkanal 66 ausgebildet, welcher einen Kühlmittelzulauf 46 mit einem Kühlmittelrücklauf 48 verbindet. Dabei durchzieht der Kühlkanal 66 das Gehäuse 40 des Abgasbrenners 36, um eine möglichst effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen und eine thermische Schädigung des Gehäuses 40 zu verhindern. Der Kühlmittelzulauf 46 und der Kühlmittelrücklauf 48 sind mit einem Kühlmittelkreislauf 50 eines Verbrennungsmotors 10 verbindbar.
-
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt, welcher mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. An der Abgasanlage 20 ist ein solcher Abgasbrenner 36 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine Motorblock 54 auf, in welchem eine Mehrzahl von Brennräumen 12 ausgebildet ist. An jedem Brennraum 12 ist ein Kraftstoffinjektor 14 angeordnet, um einen Kraftstoff in den Brennraum 12 einzuspritzen und dabei in feine Kraftstofftropfen zu zerstäuben. Ferner ist an jedem Brennraum 12 eine Zündkerze 16 angeordnet, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 zu entzünden. In dem Motorblock 54 sind mehreren Kühlmittelkanäle 70 ausgebildet, um eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Motorblock 54 zu ermöglichen und eine thermische Schädigung des Verbrennungsmotors 10 zu vermeiden. Dazu weist der Verbrennungsmotor 10 einen Kühlmittelkreislauf 50 auf, in welchem eine Kühlmittelpumpe 52 angeordnet ist, um ein flüssiges Kühlmittel 72 durch den Motorblock 54 des Verbrennungsmotors 10 zu fördern.
-
Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 eine Turbine 26 eines Abgasturboladers 24, stromabwärts der Turbine 26 eine motornahe erste Abgasnachbehandlungskomponente 28 in Form eines Drei-Wege-Katalysators 30 oder eines Vier-Wege-Katalysators und stromabwärts der motornahen ersten Abgasnachbehandlungskomponente 28 ein zweite, motorferne Abgasnachbehandlungskomponente 32, insbesondere ein weiterer Drei-Wege-Katalysator 34 oder ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet ist. Stromabwärts der Turbine 26 des Abgasturboladers 24 und stromaufwärts des ersten Katalysators 30 ist eine Einleitstelle 38 zur Einleitung der heißen Brennerabgase des Abgasbrenners 36 vorgesehen.
-
Der Abgasbrenner 36 ist über einen Kühlmittelzulauf 46 und einen Kühlmittelrücklauf 48 an dem Kühlmittelkreislauf 50 des Verbrennungsmotors 10 angeschlossen. Ferner ist eine Sekundärluftpumpe 74 vorgesehen, welche die Brennkammer 42 des Abgasbrenners 36 mit Frischluft versorgt. Die Brennstoffversorgung der Brennkammer 42 erfolgt vorzugsweise über eine Kraftstoffpumpe des Verbrennungsmotors 10 oder über eine zusätzliche Kraftstoffpumpe, wobei der Abgasbrenner 36 vorzugsweise mit dem gleichen Kraftstoff wie der Verbrennungsmotor 10 betrieben und vorzugsweise aus einem gemeinsamen Kraftstofftank mit Kraftstoff versorgt wird.
-
Im Betrieb des Abgasbrenners 36 wird der Kraftstoff mit der Frischluft in der Brennkammer 42 des Abgasbrenners 36 exotherm umgesetzt und das dabei entstehende Abgas über die Abgasleitung 58 an der Einleitstelle 38 in den Abgaskanal 22 des Verbrennungsmotors 10 eingeleitet. Das Abgas des Abgasbrenners 36 heizt dabei die unmittelbar stromabwärts der Einleitstelle 38 angeordnete Abgasnachbehandlungskomponente 28 sowie die weiter stromabwärts liegende Abgasnachbehandlungskomponente 32 auf. Dabei wird die in der Brennkammer 42 entstehende Wärme teilweise über den Kühlkanal 66 in dem Gehäuse 40 abgeführt, um eine thermische Schädigung des Gehäuses 40 zu vermeiden.
-
Der Betrieb des Abgasbrenners 36 wird über ein Steuergerät 60 gesteuert, welches gleichzeitig die Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 steuert.
-
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasbrenner 36 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie in 2 beschrieben, liegt die Einleitstelle 38 in diesem Ausführungsbeispiel stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 28 und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 32. Dadurch kann die im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 10 thermisch deutlich höher belastete erste Abgasnachbehandlungskomponente 28 entlastet werden, wodurch eine vorzeitige Alterung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 28 verhindert wird. Ferner kann der Abgasbrenner 36 in dieser Konfiguration auch genutzt werden, um in einer Schwachlastphase die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 auf eine Temperatur zu bringen, welche ansonsten im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 10 nur schwer oder durch eine deutliche Reduzierung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors 10 und somit eine entsprechende Verbrauchserhöhung möglich wäre. Dies ist insbesondere dann interessant, wenn die zweite Abgasnachbehandlungskomponenten 32 ein Partikelfilter mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung, insbesondere ein Vier-Wege-Katalysator, ist. Somit kann der Abgasbrenner 36 genutzt werden, um auch in einer Schwachlastphase des Verbrennungsmotors 10 eine Regeneration des Partikelfilters einzuleiten und die im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel zu oxidieren.
-
Ferner ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein zusätzlicher Wärmetauscher 68 vorgesehen, um die dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführte Frischluft zu erwärmen. Durch einen solchen Wärmetauscher 68 kann der Abgasbrenner 36 auch die Funktion einer Standheizung übernehmen. Alternativ kann ein solcher Wärmetauscher 68 auch in das Gehäuse 40 des Abgasbrenners 36 integriert werden, wodurch kein zusätzliches Bauteil benötigt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennkraftraum
- 14
- Kraftstoffinjektor
- 16
- Zündkerze
- 18
- Auslass
- 20
- Abgasanlage
- 22
- Abgaskanal
- 24
- Abgasturbolader
- 26
- Turbine
- 28
- erste Abgasnachbehandlungskomponente
- 30
- erste Katalysator
- 32
- zweite Abgasnachbehandlungskomponente
- 34
- zweiter Katalysator
- 36
- Abgasbrenner
- 38
- Einleitstelle
- 40
- Gehäuse
- 42
- Brennkammer
- 44
- Luftanschluss
- 46
- Kühlmittelzulauf
- 48
- Kühlmittelrücklauf
- 50
- Kühlmittelkreislauf
- 52
- Kühlmittelpumpe
- 54
- Motorblock
- 56
- Brennstoffversorgung
- 58
- Abgasleitung
- 60
- Steuergerät
- 62
- Luftversorgungseinrichtung
- 64
- Zündmechanismus
- 66
- Kühlkanal
- 68
- Wärmetauscher
- 70
- Kühlmittelkanal
- 72
- Kühlmittel
- 74
- Sekundärluftpumpe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19922388 A1 [0003]
- DE 102005054733 A1 [0004]
- DE 19542649 A1 [0005]
