DE102020128503B4 - Abgasstrang für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Abgasstranges, Kraftfahrzeug - Google Patents

Abgasstrang für ein Kraftfahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Abgasstranges, Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Es wird ein Abgasstrang (1) für ein Kraftfahrzeug (100), wobei der Abgasstrang (1) einen Abgasbrenner (2) aufweist, wobei der Abgasstrang (1) einen Drucksensor (3) zum Sensieren einer Flammbildung im Abgasbrenner (2) aufweist. Ferner werden ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug (100) vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasstrang für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betrieb eines Abgasstranges sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Zur Erfüllung der stets steigenden Anforderungen an die Umweltfreundlichkeit von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird die Behandlung der Abgase des Verbrennungsmotors im Abgasstrang immer aufwendiger. Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über komplexe Abgasstränge, deren einzelne Komponenten hocheffizient Beiträge zur Leistungsoptimierung des Kraftfahrzeugs und zur Reinigung der Abgase leisten.
  • Insbesondere an die Abgasreinigungskomponenten, wie beispielsweise Katalysatoren oder Partikelfilter werden hohe Ansprüche gestellt. Um diese Ansprüche zu erfüllen, müssen die Randbedingungen für den Betrieb der Abgasreinigungskomponenten stimmen. So ist beispielsweise der Wirkungsgrad von Katalysatoren abhängig von deren Temperatur. Insbesondere beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs liegt die Temperatur der Katalysatoren üblicherweise unter der sogenannten Light-Off-Temperatur, ab welcher die Katalysatoren mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten. Andere Abgasreinigungskomponenten, insbesondere Partikelfilter, müssen von Zeit zu Zeit auf eine Regenerationstemperatur gebracht werden, um von dort abgelagerten Rußpartikeln befreit zu werden.
  • Um schnell und gezielt auf diese hohen Temperaturen zu kommen, weisen Abgasstränge üblicherweise Abgasbrenner auf. In den Abgasbrennern wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet und das heiße Abgas aus der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches an die zu heizenden Stellen, beispielsweise zu einem Katalysator oder einem Partikelfilter, geleitet.
  • Typischerweise werden dem Abgasbrenner dazu über eine Zuluftstrecke Verbrennungsluft und über eine Kraftstoffleitung Kraftstoff zugeführt. In einer Brennkammer vermischen sich Verbrennungsluft und Kraftstoff und werden mit einem Zündmittel gezündet. Für einen fehlerfreien Betrieb des Abgasstranges ist es wichtig, dass die Zündung, also die Flammbildung, im Abgasbrenner überwacht wird. Temperatursensoren reagieren oft träge. Zudem ist es bei Temperatursensoren zur Erlangung exakter Aussagen über die Flammbildung äußerst kritisch, an welcher Stelle des Abgasbrenners sie angeordnet werden.
  • In diesem Zusammenhang sind aus der DE 10 2004 038 738 A1 , der DE 199 45 562 A1 und der DE 10 2012 215 414 A1 Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung von Abgasbrennern mittels Drucksensoren bekannt. Weiterhin ist aus der DE 101 25 588 C1 ein Brenner mit einem Klopfsensor zur Erfassung der Kraftstoffqualität und aus der DE 10 2019 114 788 A1 eine Überwachung eines Brenners mittels eines Klopfsensors bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasstrang zur Verfügung zu stellen, welcher die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern die Möglichkeit einer robusten und exakten Sensierung der Flammbildung im Abgasbrenner ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1.
  • Der erfindungsgemäße Abgasstrang ermöglicht eine exakte und eindeutige Sensierung der Flammbildung über eine Druckänderung im Moment der Flammbildung im Abgasbrenner. Im Gegensatz zu einem Temperatursensor erfolgt die Erkennung der Flammbildung bei dem Drucksensor ohne eine durch die verzögerte Erwärmung des Temperatursensors bedingte Latenz. Zudem ist die Anordnung des Drucksensors wesentlich weniger kritisch, so dass der Drucksensor auch weiter von der Brennkammer des Abgasbrenners entfernt angeordnet werden kann und somit gut vor der durch die Verbrennung entstehenden Hitze geschützt ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Abgasstrang eine Zuluftstrecke zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Abgasbrenner aufweist, wobei der Drucksensor in der Zuluftstrecke und insbesondere außerhalb einer Brennkammer des Abgasbrenners angeordnet ist. Dies ermöglicht zum einen eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Bauraums sowie einen Schutz des Drucksensors vor zu starker Hitze.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasstrang einen weiteren Drucksensor aufweist, wobei der weitere Drucksensor in einer Abgasstrecke des Abgasbrenners angeordnet ist, wobei der Drucksensor und der weitere Drucksensor zum Ermitteln eines Differenzdrucks zwischen der Zuluftstrecke und der Abgasstrecke konfiguriert sind. Durch die Ermittlung des Drucks vor dem Abgasbrenner und der Ermittlung des Drucks nach dem Abgasbrenner kann über die Druckdifferenz höchst präzise auf eine Flammbildung geschlossen werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasstrang einen in dem Abgasbrenner, vorzugsweise in der Brennkammer, angeordneten optischen Sensor aufweist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise eine optische Kontrolle der Sensierung der Flammbildung ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zuluftstrecke eine Luftpumpe zum Fördern von Luft in den Abgasbrenner aufweist, wobei der Drucksensor zwischen der Luftpumpe und dem Abgasbrenner angeordnet ist, wobei der Drucksensor vorzugsweise zwischen der Luftpumpe und einem Ventil der Zuluftstrecke angeordnet ist. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise sichergestellt, dass der Drucksensor die durch die Flammbildung erzeugte Änderung des Drucks erfassen kann. Die Luftpumpe ist vorzugsweise regelbar, so dass mehr oder weniger Luft in den Abgasbrenner gefördert werden kann. Das Ventil ist vorzugsweise ein Rückschlagventil, welches verhindert, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Abgasbrenner in die Zuluftstrecke gelangt. Vorzugsweise weist die Zuluftstrecke einen Luftfilter auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drucksensor als Duo-Sensor zum Sensieren von Druck und Temperatur ausgeführt ist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die Temperatur der in den Abgasbrenner eingeleiteten Luft zu messen.
  • Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Abgasstrang einen Temperatursensor zum Sensieren einer Abgastemperatur des Abgasbrenners aufweist. Dies lässt auf vorteilhafte Weise die Messung einer Differenztemperatur zwischen in den Abgasbrenner strömender Luft und aus dem Abgasbrenner strömendem Abgas zu und erlaubt damit die Kontrolle der Sensierung der Flammbildung durch den Drucksensor.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine exakte Sensierung der Flammbildung im Abgasbrenner. Im Gegensatz zur Sensierung über eine Temperaturänderung erfolgt die Erkennung der Flammbildung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne eine durch die verzögerte Erwärmung eines Temperatursensors bedingte Latenz. Zudem ist der Ort der Sensierung des Drucks wesentlich weniger kritisch als bei einer temperaturgestützten Sensierung mit aus dem Stand der Technik bekannten Temperatursensoren.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass von dem Drucksensor der Luftdruck innerhalb einer Zuluftstrecke zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Abgasbrenner sensiert wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Drucksensor vor zu starker Hitze am Abgasbrenner gut geschützt ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flammbildung anhand eines Differenzdrucks zwischen der Zuluftstrecke und einer Abgasstrecke des Abgasbrenners sensiert wird. Hierdurch ergibt sich eine weitere sehr exakte Möglichkeit der Bestimmung der Flammbildung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flammbildung zusätzlich
    • - optisch im Inneren einer Brennkammer des Abgasbrenners und/oder
    • - über eine Temperaturdifferenz zwischen in den Abgasbrenner einströmender Luft und aus dem Abgasbrenner ausströmendem Abgas sensiert wird.
  • Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine gute Kontrolle der druckgestützten Sensierung der Flammbildung. Erfindungsgemäß wird die Flammbildung akustisch mittels eines Klopfsensors des Kraftfahrzeugs sensiert. Die Verwendung des Klopfsensors gestaltet sich als vorteilhaft, da dieser üblicherweise im Kraftfahrzeug vorhanden ist und somit keine weiteren Bauteile verwendet werden müssen.
  • Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 illustriert schematisch einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1 illustriert schematisch einen Abgasstrang 1 eines Kraftfahrzeugs 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abgasstrang 1 führt Abgase eines Verbrennungsmotors 13 eines Kraftfahrzeugs ab und reinigt diese in einem ersten Katalysator 14, einem zweiten Katalysator 15 und einem Partikelfilter 16.
  • Um, beispielsweise nach einem Kaltstart, den zweiten Katalysator 15 und den Partikelfilter 16 schnell und genau auf eine bestimmte Temperatur zu bringen, weist der Abgasstrang 1 einen Abgasbrenner 2 auf. Über eine Kraftstoffleitung 17 und eine Zuluftstrecke 4 werden Kraftstoff bzw. Verbrennungsluft in eine Brennkammer 5 des Abgasbrenners 2 geleitet. Das Gemisch aus Verbrennungsluft und Kraftstoff wird sodann in der Brennkammer 5 gezündet und verbrennt. Die dabei entstehenden heißen Abgase werden über eine Abgasstrecke 6 zum zweiten Katalysator 15 und zum Partikelfilter 16 geleitet und heizen diese.
  • Für eine exakte Regelung des Abgasstranges 1 ist es essentiell, dass die Verbrennung, insbesondere die Flammbildung, im Abgasbrenner 2 überwacht wird. Hierzu weist der Abgasstrang 1 einen Drucksensor 3 auf. Der Drucksensor 3 ist in der Zuluftstrecke 4 angeordnet und so weit vom Abgasbrenner 2 beabstandet, dass der Drucksensor 3 vor in der Brennkammer 5 entstehender Hitze geschützt ist. Zündet das Gemisch aus Verbrennungsluft und Kraftstoff in der Brennkammer 5 und kommt es dabei zur Flammbildung, so kann dies durch eine Änderung des Drucks von dem Drucksensor 3 registriert werden.
  • Zusätzlich zum Drucksensor 3 weist die Zuluftstrecke 4 einen Luftfilter 12 zur Reinigung der Verbrennungsluft, eine Luftpumpe 8 zur Erzeugung eines Luftstromes zum Abgasbrenner 2 hin und ein Ventil 9 auf. Der Drucksensor 3 ist zwischen der Luftpumpe 8 und dem Ventil 9, welches als Rückschlagventil ausgebildet ist, angeordnet. Dadurch ist der Drucksensor 3 in der Lage, die durch die Flammbildung erzeugte Druckänderung zu registrieren.
  • In der Abgasstrecke 6 des Abgasbrenners 2 ist ein weiterer Drucksensor 3` angeordnet. Zusammen mit dem Drucksensor 3 kann somit ein Differenzdruck über den Abgasbrenner 2 bestimmt werden. Hierdurch ist ebenfalls eine höchst genaue Sensierung der Flammbildung in der Brennkammer 5 möglich.
  • Ferner weist die Abgasstrecke 6 einen Temperatursensor 10 zur Messung der Temperatur des Abgases des Abgasbrenners 2 auf. Der Drucksensor 3 ist vorzugsweise als Duo-Sensor zur Ermittlung von Druck und Temperatur ausgeführt. Durch die Ermittlung der Temperatur in der Zuluftstrecke 4 und der Temperatur des Abgases des Abgasbrenners 2 ist es somit mit dem Drucksensor 3 und dem Temperatursensor 10 ebenfalls möglich, auf eine Flammbildung zu schließen und damit die druckgestützte Sensierung der Flammbildung zu kontrollieren. Zur Kontrolle der druckgestützten Sensierung der Flammbildung weist der Abgasbrenner 2 in der Brennkammer 5 weiterhin einen optischen Sensor 7 auf. Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, akustisch über einen Klopfsensor (siehe 2) des Kraftfahrzeugs auf eine Flammbildung zu schließen.
  • 2 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 100 weist einen Verbrennungsmotor 13 und einen Abgasstrang 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf. Die Sensierung der Flammbildung im Abgasbrenner des Abgasstranges 1 wird akustisch mit einem Klopfsensor 11 überprüft.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Abgasstrang
    2
    Abgasbrenner
    3
    Drucksensor
    3'
    weiterer Drucksensor
    4
    Zuluftstrecke
    5
    Brennkammer
    6
    Abgasstrecke
    7
    optischer Sensor
    8
    Luftpumpe
    9
    Ventil
    10
    Temperatursensor
    11
    Klopfsensor
    12
    Luftfilter
    13
    Verbrennungsmotor
    14
    erster Katalysator
    15
    zweiter Katalysator
    16
    Partikelfilter
    17
    Kraftstoffleitung
    100
    Kraftfahrzeug

Claims (9)

  1. Kraftfahrzeug (100) aufweisend einen Abgasstrang (1) mit einem Abgasbrenner (2) und einer Zuluftstrecke (4) zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Abgasbrenner (2), wobei der Abgasstrang (1) einen Drucksensor (3) zum Sensieren einer Flammbildung im Abgasbrenner (2) aufweist, wobei der Drucksensor (3) in der Zuluftstrecke (4) angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, den Luftdruck innerhalb der Zuluftstrecke (4) zu sensieren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klopfsensor (11) des Kraftfahrzeugs (100) dazu konfiguriert ist, die Flammbildung zusätzlich akustisch zu sensieren.
  2. Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang (1) einen weiteren Drucksensor (3') aufweist, wobei der weitere Drucksensor (3') in einer Abgasstrecke (6) des Abgasbrenners (2) angeordnet ist, wobei der Drucksensor (3) und der weitere Drucksensor (3') zum Ermitteln eines Differenzdrucks zwischen der Zuluftstrecke (4) und der Abgasstrecke (6) konfiguriert sind.
  3. Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang (1) einen in dem Abgasbrenner (2), vorzugsweise in der Brennkammer (5), angeordneten optischen Sensor (7) aufweist.
  4. Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftstrecke (4) eine Luftpumpe (8) zum Fördern von Luft in den Abgasbrenner (2) aufweist, wobei der Drucksensor (3) zwischen der Luftpumpe (8) und dem Abgasbrenner (2) angeordnet ist, wobei der Drucksensor (3) vorzugsweise zwischen der Luftpumpe (8) und einem Ventil (9) der Zuluftstrecke (4) angeordnet ist.
  5. Kraftfahrzeug (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (3) als Duo-Sensor zum Sensieren von Druck und Temperatur ausgeführt ist.
  6. Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang (1) einen Temperatursensor (10) zum Sensieren einer Abgastemperatur des Abgasbrenners (2) aufweist.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Abgasstranges (1) eines Kraftfahrzeugs (100), wobei eine Flammbildung in einem Abgasbrenner (2) des Abgasstranges (1) mittels eines Drucksensors (3) sensiert wird, wobei von dem Drucksensor (3) der Luftdruck innerhalb einer Zuluftstrecke (4) zum Einleiten von Verbrennungsluft in den Abgasbrenner (2) sensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammbildung zusätzlich akustisch mittels eines Klopfsensors (11) des Kraftfahrzeugs (100) sensiert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die Flammbildung anhand eines Differenzdrucks zwischen der Zuluftstrecke (4) und einer Abgasstrecke (6) des Abgasbrenners (2) sensiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammbildung zusätzlich - optisch im Inneren einer Brennkammer (5) des Abgasbrenners (2) und/oder - über eine Temperaturdifferenz zwischen in den Abgasbrenner (2) einströmender Luft und aus dem Abgasbrenner (2) ausströmendem Abgas sensiert wird.
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