DE102010060136A1

DE102010060136A1 - Verfahren zum Regeln der einem Abgasbrenner zugeführten Luftmenge sowie Einric tung zum Zuführen der einem solchen Brenner zugeführten Luft

Info

Publication number: DE102010060136A1
Application number: DE102010060136A
Authority: DE
Inventors: Piotr Szablewski
Original assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Current assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-04-26

Abstract

Bei einem Verfahren zum Regeln der einem mit seinem Ausgang einen Abgasstrang 4 einer Brennkraftmaschine 2 in Strömungsrichtung des Abgases vor einem in den Abgasstrang 4 eingeschalteten Reinigungsaggregat 5, 6 beaufschlagenden Brenner zugeführten Luftmenge wird die dem Brenner 11 zugeführte Luft durch einen Verdichter 16 gefördert. Die durch den Verdichter 16 geförderte Luft wird durch eine Lavaldüse 19 geleitet, bevor diese den Brenner 11 beaufschlagt. Der Verdichter 16 wird derart betrieben, dass der Druck eingangsseitig zu der Lavaldüse 19 zumindest etwa dem 1,2-fachen des Druckes am Ausgang der Lavaldüse 19 entspricht. Beschrieben ist des weiteren eine Einrichtung 15 zum Regeln der einen mit seinem Ausgang einen Abgasstrang 4 einer Brennkraftmaschine 2 vor einem in den Abgasstrang 4 eingeschalteten Reinigungsaggregat 5, 6 beaufschlagendenden Brenner 11 zugeführten Luftmenge. Diese Einrichtung 15 umfasst einen Verdichter 16, der in die an den Lufteingang des Brenners 11 angeschlossene Luftzuführleitung 14 eingeschaltet ist. Dem Verdichter 16 ist in Strömungsrichtung der von ihm geförderten Luft nachgeschaltet in die Luftzuführleitung 14 eine Lavaldüse 19 oder eine aus zumindest zwei, parallel zueinander angeordneten Lavaldüsen gebildete Düseneinheit eingeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der einem mit seinem Ausgang einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases vor einem in den Abgasstrang eingeschalteten Reinigungsaggregat beaufschlagenden Brenner zugeführten Luftmenge, bei welchem Verfahren die dem Brenner zugeführte Luft durch einen Verdichter gefördert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Zuführen der einem mit seinem Ausgang einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine in Strömungsrichtung des Abgases vor einem in den Abgasstrang eingeschalteten Reinigungsaggregat beaufschlagendenden Brenner zugeführten Luftmenge mit einem motorisch angetriebenen Verdichter, eingeschaltet in die an den Lufteingang des Brenners angeschlossene Luftzuführleitung.
Zum Reinigen der von einer Brennkraftmaschine, etwa eines Dieselmotors ausgestoßenen Abgase ist es mitunter erforderlich, dass das Abgas bzw. das Abgasreinigungsaggregat eine bestimmte Mindesttemperatur aufweisen muss. Um eine solche Abgasnachbehandlungsvorgang auch dann durchführen zu können, wenn das Abgas und damit das Abgasreinigungsaggregat noch nicht die Mindesttemperatur aufweist, wird mitunter das Abgas durch zusätzliche Maßnahmen, etwa durch Einschaltung eines Abgasbrenners erwärmt.
Dieselbrennkraftmaschinen sind zum Reduzieren von schädlichen Emissionen mit Abgasreinigungsanlagen ausgerüstet. Das von einer solchen Dieselbrennkraftmaschine ausgestoßene Abgas wird zu diesem Zweck durch eine solche Abgasreinigungsanlage geleitet. Die Abgasreinigungsanlage umfasst einen Abgasstrang, in dem ein oder mehrere Abgasreinigungsaggregate eingeschaltet sind. Zum Entfernen von im Abgas mitgeführtem Ruß kann in den Abgasstrang ein Partikelfilter eingeschaltet sein. Auf der anströmseitigen Oberfläche des Partikelfilters akkumuliert der im Abgas mitgeführte Ruß. Damit im Zuge der sukzessiven Rußakkumulation der Abgasgegendruck nicht zu weit ansteigt und der Filter verstopft, wird bei ausreichender Rußbeladung des Filters eine Rußoxidation (Rußabbrand) herbeigeführt. Nach Abschluss einer solchen Rußoxidation ist der Partikelfilter regeneriert. Zurück bleibt ein nicht verbrennbarer Ascherest. Damit eine Rußoxidation stattfindet, muss der Ruß eine gewisse Temperatur aufweisen. Da je nach Betrieb der Dieselbrennkraftmaschine die notwendige Temperatur zum Auslösen eines Rußabbrandes durch das anströmende Abgas nicht immer erreicht wird, ist es in solchen Fällen erforderlich, zum Auslösen eines Regenerationsprozesses thermische Energie anderweitig zuzuführen. Dies erfolgt entweder durch Erwärmen des Filterkörpers oder seiner anströmseitigen Oberfläche mit Hilfe von elektrischen Heizelementen oder durch Erwärmen des dem Filter anströmenden Abgases durch Einsatz von Brennern und/oder Oxidationskatalysatoren, die zum Erhöhen der Abgastemperatur mit Kraftstoff beaufschlagt werden.
Ist eine Entstickung des Abgases gewünscht, werden in den Abgasstrang SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction) eingeschaltet. Für einen SCR-Prozess wird ein Reduktionsmittel benötigt. Als Reduktionsmittel wird Ammoniak eingesetzt. Dieses wird typischerweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung, dem SCR-Katalysator vorgeschaltet, in den Abgasstrang eingedüst. Dabei ist Sorge dafür zu tragen, dass die dem Abgasstrom beigemengte Harnstofflösung vor Erreichen des SCR-Katalysators zum Freigeben des darin enthaltenen Ammoniak thermolytisch aufgespalten worden ist. Eine thermolytische Aufspaltung der zugeführten Harnstofflösung erfolgt in der Temperatur des Abgasstromes, so dass lediglich eine ausreichende Strömungsstrecke zwischen dem Ort der Harnstoffeindüsung und dem SCR-Katalysator vorhanden sein muss. Zur Harnstoffaufbereitung innerhalb des Abgasstromes werden Mischrohre eingesetzt, in denen zum Unterstützen eines Zerstäubungsvorganges der Harnstofflösung Umgebungsluft zugeführt wird. Zur weiteren Unterstützung der Harnstoffaufbereitung innerhalb des Abgasstromes kann dieses erwärmt zugeführt werden. Hierzu sind jedoch zusätzliche Wärmequellen notwendig.
Aus DE 10 2005 054 733 A1 ist ein Brenner zur Katalysatoraufheizung mit gesteuerter oder geregelter Kraftstoffzuführung beschrieben. Bei dieser vorbekannten Abgasreinigungsanlage wird die für den Betrieb eines solchen Brenners benötigte Luft mit dem darin enthaltenen Sauerstoff dem Brenner mittels eines Verdichters zugeführt. Der Verdichter ist in die Luftzuführleitung, die den Lufteingang des Brenners beaufschlagt, eingeschaltet. Der Verdichter ist elektromotorisch angetrieben und durch eine Steuereinheit ansteuerbar. Angesteuert wird dieser aus Elektromotor und Verdichter gebildete Luftförderer in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines in die Luftzuführleitung des Brenners eingeschalteten Massenstromsensors. Einfluss in die Ansteuerung des Luftförderers hat die Betriebssituation des Brenners. Schließlich ist durch den Luftförderer die für den Betrieb des Brenners bei einer bekannten Kraftstoffzufuhrmenge notwendige Luftmenge zur Verfügung zu stellen. Diese Vorgabe als Soll-Wert wird in dem durch Luftförderer, Massenstromsensor und Steuereinheit gebildeten Regelkreis mit dem Ausgangssignal des Massenstromsensors abgeglichen (Ist-Wert). Bei Abweichungen des Ist-Wertes von dem vorgegebenen Soll-Wert wird die Leistung des Luftförderers entweder erhöht oder erniedrigt.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren sowie der diesbezüglichen Einrichtung ist ein entsprechender Regelaufwand notwendig, vor allem wenn der Brenner bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine betrieben werden soll. Nachteilig ist auch, dass infolge des Regelaufwandes der den Verdichter antreibenden Elektromotor entsprechend häufig hinsichtlich seiner Leistung geändert werden muss. Gerade bei raschen Änderungen mit zunehmender Leistung kann der Elektromotor und auch die zum Betrieb desselben notwendige Steuerung thermisch überlastet werden mit der Folge, dass dieser aufgrund seiner thermischen Überlastsicherung abschaltet.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine eingangs genannte Einrichtung dergestalt weiterzubilden, dass einem Abgasbrenner insbesondere auch bei einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem geringeren Regelaufwand die für seinen Betrieb notwendige Brennerluft zugeführt werden kann.
Gelöst wird die verfahrensbezogene Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, bei dem die durch den Verdichter geförderte Luft durch eine Lavaldüse geleitet wird, bevor diese den Brenner beaufschlagt, und der Verdichter derart betrieben wird, dass der Druck eingangsseitig bezüglich der Lavaldüse zumindest etwa dem 1,2-fachen des Druckes am Ausgang der Lavaldüse entspricht.
Die einrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5, bei der dem Verdichter in Strömungsrichtung der von ihm geforderten Luft nachgeschaltet in die Luftzuführleitung eine Lavaldüse oder eine aus zumindest zwei parallel zueinander angeordneten Lavaldüsen gebildete Düseneinheit eingeschaltet ist.
Bei dem beanspruchten Verfahren – gleiches gilt für die beanspruchte Einrichtung – erfolgt eine Regelung des Verdichterbetriebs zum Zuführen der für den Betrieb des Abgasbrenners benötigten Luft quasi selbsttätig. Ausgenutzt werden hierzu die Eigenschaften einer Lavaldüse, die sich einstellen, wenn ein bestimmtes Druckverhältnis zwischen dem düseneingangsseitigen Druck und dem Ausgangsdruck gegeben sind. Beträgt der Eingangsdruck zumindest etwa das 1,2-fache des Ausgangsdruckes der Lavaldüse, strömt durch die Engstelle der Düse ein konstanter Luftmassenstrom. Da die Querschnittsfläche der Engstelle der Lavaldüse bekannt ist und der Verdichter in einer Leistungsstufe betrieben wird, dass die vorgenannte Druckbedingung erfüllt ist, ist die die Engstelle der Düse durchströmende Luftmenge pro Zeiteinheit ebenfalls bekannt. Folglich kann bei diesem Verfahren und ebenso bei dieser Einrichtung auf ein aktives Messen des geförderten Luftmassenstroms mithin auf einen Luftmassensensor verzichtet werden. Folglich ist die Regelung der Brennerluftzufuhr vereinfacht.
Vorteilhaft ist ferner, dass bei entsprechender Einstellung des düseneingangsseitigen Druckes die Druckbedingung auch dann erfüllt ist, wenn infolge eines entsprechenden Lastbetriebes der Brennkraftmaschine der im Abgasstrang herrschende Druck, der in Bezug auf den Betrieb des Brenners auch als Gegendruck angesprochen werden kann, relativ hoch ist. Daher wird man das Verfahren zweckmäßigerweise so durchführen, dass der Eingangsdruck in Bezug auf die Lavaldüse zumindest etwa dem 1,2-fachen des maximal zu erwartenden Druckes im Abgasstrang entspricht. Folglich bleibt die dem Brenner zugeführte Luftmenge selbst bei sich ändernden Druckverhältnissen im Abgasstrang konstant. Daher ist es grundsätzlich nicht erforderlich, auf Druckänderungen im Abgasstrang durch entsprechendes Anpassen der Verdichterleistung zu reagieren. Daher besteht bei diesem Verfahren und bei dieser Einrichtung grundsätzlich nicht die Gefahr, dass bei Änderungen der Druckverhältnisse im Abgasstrang die Brennerflamme erlischt. Der Verdichter wird vorzugsweise mit einer solchen Leistung betrieben, dass das vorgenannte Druckverhältnis auch gegeben ist, wenn der maximal im Abgasstrang zu erwartende Gegendruck vorhanden ist.
Ausgenutzt wird in geschickter Weise der Umstand, dass durch Verwendung einer Lavaldüse, durch die der von dem Verdichter geförderte Luftmassenstrom geleitet wird, ausgangsseitig ein Verdichtungsstoß erzeugt wird, wenn das Druckverhältnis zwischen dem eingangsseitigen Druck und dem ausgangsseitigen Druck entsprechend hoch ist. Dieses schützt die Engstelle im Querschnitt der Lavaldüse vor Druckänderungen, sodass unabhängig von Druckänderungen im Abgasstrang durch die Engstelle der Lavaldüse ein gleich bleibender Luftmassenstrom strömt.
Wenn ein solcher Abgasbrenner in unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben werden soll, was bedingt, dass dem Brenner eine größere oder eine kleinere Kraftstoffmenge zugeführt wird, ist es erforderlich, die dem Brenner zugeführte Luftmenge an die jeweilige Betriebsstufe des Brenners anzupassen. Es versteht sich, dass bei einem Betrieb des Brenners auf einer höheren Leistungsstufe diesem sodann auch eine größere Luftmenge zugeführt werden muss, verglichen mit einem Betrieb des Brenners in einer kleineren Leistungsstufe. Bei einem Betrieb des Brenners in mehreren Leistungsstufen ist daher vorgesehen, dass zum Bereitstellen unterschiedlicher Luftmengen anstelle einer einzigen Lavaldüse dem Verdichter eine Düseneinheit mit zwei oder mehr Lavaldüsen nachgeschaltet ist. Die Lavaldüsen einer solchen Düseneinheit sind strömungstechnisch gesehen parallel geschaltet. Dem Eingang jeder Düse ist typischerweise ein Absperrventil vorgeschaltet, welches durch eine Steuereinheit angesteuert ist. Die Querschnittsfläche der Lavaldüsen einer solchen Düseneinheit im Bereich ihrer Engstellen kann gleich oder auch unterschiedlich sein. Bei Einsatz von Lavaldüsen mit unterschiedlicher Querschnittsfläche im Bereich Ihrer Engstellen kann somit auf unterschiedliche Luftmengenerfordernisse seitens des Brenners durch Schalten der einen Lavaldüse oder der anderen Lavaldüse oder durch Schalten mehrerer oder aller Lavaldüsen einer solchen Düseneinheit begegnet werden. Hierbei versteht es sich, dass die vorbeschriebene Druckbedingung gilt, unabhängig davon, wie viele Lavaldüsen einer solchen Düseneinheit zum Zwecke ihrer Durchströmung durchgeschaltet sind. Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Verdichter mit konstanter Leistung betrieben werden. Zweckmäßiger dürfte es jedoch sein, den Verdichter sodann in Abhängigkeit von der geschalteten durchströmbaren Querschnittsfläche der Lavaldüsen hinsichtlich seiner Leistung anzutreiben. Entsprechend geringer ist die Verlustleistung.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1: In einer schematisierten Darstellung nach Art eines Blockschaltbildes eine an einen Dieselmotor angeschlossene Abgasreinigungsanlage mit einem Abgasbrenner und einer Luftzuführeinrichtung für den Abgasbrenner gemäß einer ersten Ausgestaltung,
2: In einer schematisierten Darstellung nach Art eines Blockschaltbildes eine an einen Dieselmotor angeschlossene Abgasreinigungsanlage mit einem Abgasbrenner und einer Luftzuführeinrichtung für den Abgasbrenner gemäß einer weiteren Ausgestaltung,
3: Die Luftzuführeinrichtung der Abgasreinigungsanlage der 2 in einer ersten Weiterbildung,
4: Die Luftzuführeinrichtung der Abgasreinigungsanlage der 2 in einer zweiten Weiterbildung und
5: Die Luftzuführeinrichtung der Abgasreinigungsanlage der 1 in einer Weiterbildung.
An den Abgaskrümmer 1 eines Dieselmotors 2 eines im Übrigen nicht näher dargestellten Fahrzeuges ist eine Abgasreinigungsanlage 3 angeschlossen. Die Abgasreinigungsanlage 3 des in den Figuren beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispiels verfügt über einen Abgasstrang 4, in den als Abgasreinigungsaggregat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Partikelfilter 5 sowie ein dem Partikelfilter 5 vorgeschalteter Oxidationskatalysator 6 eingeschaltet sind. Der Partikelfilter 5 und der Oxidationskatalysator 6 sind gemeinsam in einem Gehäuse 7 angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse 7 zwischen dem Oxidationskatalysator 6 und dem Partikelfilter 5 eine Schnittstelle zum Öffnen des Gehäuses 7 aufweist. Dieses dient dem Zweck, bei Bedarf an die anströmseitige Oberfläche des Partikelfilters 5 zu gelangen, etwa um Aschereste entfernen zu können. Das Gehäuse 7 verfügt über einen Eingangskonus 8, in den ein Abgasrohr 9 des Abgasstranges 4 mündet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet in den Eingangskonus 8 des Gehäuses 7 an der der Mündung des Abgasrohres 9 gegenüberliegenden Seite ein weiteres Rohr 10. Bei diesem handelt es sich um das Abgasrohr eines Brenners 11. Der Brenner 11 dient zum Zuführen von thermischer Energie in den Abgasstrang 4, insbesondere zum Zuführen von thermischer Energie zum Zwecke einer Regeneration des Partikelfilters 5.
Bei dem Brenner 11 handelt es sich um einen Kraftstoffbrenner. Dieser ist angeschlossen an eine Kraftstoffzuführleitung 12, in die eine in nicht näher dargestellter Weise von einem Steuergerät angesteuerte Dosierpumpe 13 zum Dosieren der Kraftstoffzufuhr eingeschaltet ist. Angeschlossen an den Brenner 11 ist des Weiteren eine Luftzuführleitung 14. Über die Luftzuführleitung 14 wird die für einen Betrieb des Brenners 11 benötigte Luft zugeführt. Eingeschaltet in die Luftzufuhrleitung 14 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 15 in 1 gekennzeichnete Einrichtung zum Regeln der Luftzufuhr an den Brenner 11. Die Einrichtung 15 umfasst einen in die Luftzuführleitung 14 eingeschalteten Verdichter 16, der von einem Elektromotor 17 angetrieben ist. Der Elektromotor 17 ist über eine Ansteuerleitung mit einer Steuereinheit 18 verbunden, sodass der Elektromotor 17 und damit der Verdichter 16 von der Steuereinheit 18 angesteuert werden können.
In die Luftzuführleitung 14 ist, dem Verdichter 16 in Förderrichtung nachgeschaltet, eine Lavaldüse 19 eingeschaltet. Diese dient dem Zweck, die dem Brenner 11 über die Luftzuführleitung 14 an seinen Lufteingang geförderte Luftmenge konstant zu halten.
Die Regeleinheit 15 des Ausführungsbeispiels der 1 ist für einen hinsichtlich seiner Leistung konstanten Betrieb des Brenners 11 und damit ebenfalls des Verdichters 16 ausgelegt. Die Regeleinrichtung 15 arbeitet wie folgt: Ist die Zuführung von thermischer Energie in den Abgasstrang 4, beispielsweise für die Zwecke des Herbeiführens der Regeneration des Partikelfilters 5 vorgesehen, und ist die aktuelle Abgastemperatur nicht hoch genug, eine Regeneration auslösen zu können, wird der Brenner 11 gezündet und damit in Betrieb genommen. Die durch den Verdichter 16 geförderte Luftmenge ist an den Betrieb des Brenners 11 hinsichtlich seiner Leistung angepasst. Dabei wird der Verdichter 16 mit einer Leistung betrieben, dass auf der Eingangsseite der Lavaldüse 19 innerhalb der Luftzuführleitung 14 ein Druck aufgebaut wird und vorherrscht, der zumindest etwa dem 1,2-fachen des Druckes entspricht, der in der in dem der Lavaldüse 19 nachgeschalteten Abschnitt der Luftzuführleitung 14 herrscht. Bei diesem Druckverhältnis ist der die Engstelle der Lavaldüse 19 durchströmende Massenstrom auch unabhängig von im Abgasstrang 4 sich einstellenden Druckänderungen konstant, sodass dem Brenner 11 auch dann die für seinen Betrieb notwendige Luft in ausreichender Menge zugeführt wird, wenn sich die Druckverhältnisse im Abgasrohr 9 ändern.
2 zeigt eine Regeleinrichtung 15.1, die prinzipiell aufgebaut ist wie die Regeleinrichtung 15 der 1. In dieser sind daher gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie zu dem Ausführungsbeispiel der 1 gekennzeichnet. Die Regeleinrichtung 15.1 unterscheidet sich von der Regeleinrichtung 15 der 1 dadurch, dass dem Verdichter 16.1 nachgeschaltet eine Düseneinheit in die Luftzuführleitung 14.1 eingeschaltet ist. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Düseneinheit zwei parallel zueinander geschaltete Lavaldüsen 19.1, 19.2. Jeder Lavaldüse 19.1, 19.2 ist ein Absperrventil 20, 20.1 vorgeschaltet. Die Absperrventile 20, 20.1 sind an die Steuereinheit 18.1 angeschlossen.
Mit der Regeleinheit 15.1 können dem Brenner 11 somit unterschiedliche Luftmengen zur Verfügung stellt werden. Da sich die Querschnittsfläche im Bereich der Einschnürung der Lavaldüse 19.1 von derjenigen der Lavaldüse 19.2 unterscheidet, können mit der in 2 dargestellten Düseneinheit dem Brenner 11 drei unterschiedliche Luftmengen zugeführt werden. Dieses ist möglich entweder durch alleiniges Öffnen des Absperrventils 20, sodass dem Brenner 11 die durch die Lavaldüse 19.1 definierte Luftmenge zugeführt wird, oder durch alleiniges Öffnen des Absperrventils 20.1, sodass dem Brenner 11 die durch die Lavaldüse 19.2 definierte Luftmenge zugeführt wird, oder durch Öffnen beider Absperrventile 20, 20.1, wenn der Brenner 11 eine Luftmenge benötigt, die sich aus der Summe der durch die beiden Lavaldüsen 19.1, 19.2 definierten Menge ergibt. Der Brenner 11 kann daher in unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben werden, wobei in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Leistungsstufe die Regeleinrichtung 15.1 durch entsprechendes Schalten der Absperrventile 20 bzw. 20.1 und entsprechenden Betrieb des Verdichters 16 die benötigte Luft zur Verfügung stellt.
3 zeigt eine Regeleinrichtung 15.2 als Lufzuführeinrichtung zum Zuführen von Luft an den Brenner 11 in einer Weiterbildung der Regeleinrichtung 15.1 der 2. Aus diesem Grunde sind diejenigen Komponenten in der Regeleinrichtung 15.2, die auch in der Regeleinrichtung 15.1 enthalten sind, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Regeleinrichtung 15.2 verfügt neben den Komponenten der Regeleinrichtung 15.1 der 2 zusätzlich über einen Drucksensor 21, der eingangsseitig zu den beiden Lavaldüsen 19.1, 19.2 der Düseneinheit angeordnet ist. Der Drucksensor 21 ist an die Steuereinheit 18.1 angeschlossen, sodass die Steuereinheit 18.1 von dem Ausgangssignal des Drucksensors 21 beaufschlagt ist. Mittels des Drucksensors 21 kann der am Eingang der Lavaldüsen 19.1 bzw. 19.2 anstehende Druck kontrolliert werden. Das Drucksignal erlaubt ein Erkennen von Störungen hinsichtlich des gewünschten eingangsseitig an der oder den Lavaldüsen 19.1 bzw. 19.2 anstehenden Druckes. Genügt der über den Drucksensor 21 erfasste Druck nicht der Vorgabe, kann der Elektromotor 17.1 durch die Steuereinheit 18.1 mit einer höheren Leistung angetrieben werden, sodass durch den durch diesen angetriebenen Verdichter 16.1 der Eingangsdruck an der bzw. den Lavaldüsen 19.1, 19.2 erhöht wird.
4 zeigt eine weitere Regeleinrichtung 15.3, die ihrerseits wiederum eine Weiterbildung der Regeleinrichtung 15.2 der 3 entspricht. Folglich sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Regeleinrichtung 15.3 verfügt neben dem Drucksensor 21 über einen weiteren Drucksensor 22, der ausgangsseitig zu den Lavaldüsen 19.1, 19.2 der Düseneinheit angeordnet ist. Der Drucksensor 22 ist ebenfalls an die Steuereinheit 18.1 angeschlossen. Mit dem Drucksensor 22 ist der ausgangsseitig bezüglich der Lavaldüsen 19.1, 19.2 anstehende Druck im Abgasstrang erfassbar. Aus den Drucksignalen der Drucksensoren 21, 22 kann das Druckverhältnis überprüft werden, und zwar vor allem dahingehend, ob das Druckverhältnis den Anforderungen genügt, damit in der jeweils benutzten Lavaldüse 19.1 bzw. 19.2 der für die Erzeugung eines Verdichtungsstoßes notwendige kritische Zustand herrscht. In einer alternativen Ausgestaltung zu der in 4 gezeigten befindet sich der ausgangsseitig bezüglich der Lavaldüsen 19.1, 19.2 angeordnete Drucksensor noch vor dem Lufteingang des Brenners, eingeschaltet in die Luftzuführleitung 14.1.
Wird durch die Auswertung der Drucksignale der Drucksensoren 21, 22 durch die Steuereinheit 18.1 festgestellt, dass das gewünschte Druckverhältnis nicht vorliegt und daher der gewünschte Zustand in den Lavaldüsen 19.1, 19.2 nicht gegeben ist, kann der Verdichter 16.1 durch den Elektromotor 17.1 zum Aufbau eines höheren Druckes angetrieben werden. Gleichfalls dient die in 4 gezeigte Anordnung auch dem Zweck, den Verdichter 16.1 bzw. den diesen antreibenden Elektromotor 17.1 auf einer möglichst geringen Leistungsstufe zu betreiben. Wird durch Auswerten der Drucksignale der Drucksignale 21, 22 festgestellt, dass das notwendige Mindestdruckverhältnis einschließlich eines gewissen Toleranzbereiches überschritten ist, kann der eingangsseitig an den Lavaldüsen 19.1 bzw. 19.2 anstehende Druck durch Reduzieren der Förderleistung des Verdichters 16.1 reduziert werden. Somit können der Elektromotor 17.1 und der Verdichter 16.1 in Abhängigkeit von dem tatsächlich benötigten Druck betrieben werden.
5 zeigt eine weitere Regeleinrichtung 15.4, die wiederum eine alternative Ausgestaltung zu der Regeleinrichtung 15 der 1 darstellt. Aus diesem Grunde sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Regeleinrichtung 15.4 unterscheidet sich von der Regeleinrichtung 15 der 1 dadurch, dass anstelle der Lavaldüse 19 mit konstanter Querschnittsfläche eine bezüglich der wirksamen Querschnittsfläche ihrer Engstelle einstellbare Lavaldüse 19.3 eingesetzt ist. Darüber hinaus verfügt die Regeleinrichtung 15.4 ebenso wie die Regeleinrichtung 15.3 der 4 über zwei Drucksensoren 21.1, 22.1. Bei der Ausgestaltung der Regeleinheit 15.4 kann der Düsenquerschnitt der Lavaldüse 19.3 stufenlos eingestellt werden, sodass im Unterschied zu der Ausgestaltung der Regeleinheiten 15.1, 15.2 oder 15.3 die Luftzufuhrmenge an den Brenner 11 stufenlos geregelt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Lavaldüse 19 ebenfalls an die Steuereinheit 18 angeschlossen. Die beiden Drucksensoren 21.1, 22.1 dienen zum Bereitstellen von Regelgrößen zum Einstellen des gewünschten Druckverhältnisses zwischen dem Eingang der Lavaldüse 19.3 und deren Ausgang, so wie dieses zu der Regeleinrichtung 15.3 der 4 beschrieben ist.
Von Vorteil bei Einsatz einer Lavaldüse mit einer Einstellbarkeit hinsichtlich ihrer wirksamen freien Querschnittsfläche an ihrer Engstelle, wie dieses durch die Lavaldüse 19.3 der Regeleinrichtung 15.4 realisiert ist, ist zudem, dass bei Nichtgebrauch der Regeleinrichtung 15.4 die Lavaldüse 19.3 geschlossen werden kann. Geschlossen wird die Lavaldüse 19.3, wenn der Verdichter nicht betrieben wird, um diesen vor Verschmutzungen aus dem Abgasstrang zu schützen. Diese Funktion kommt ebenfalls den Absperrventilen 20, 20.1 der Regeleinrichtungen 15.1, 15.2 und 15.3 zu.
Die Beschreibung der Erfindung macht deutlich, dass mit den beschriebenen Regeleinrichtungen das Zuführen einer definierten Luftmenge an den Brenner ohne besonderen Regelaufwand möglich ist. Vielmehr wird unter Ausnutzung der besonderen Eigenschaften einer Lavaldüse unabhängig von gewissen Druckänderungen im Abgasstrang und/oder gewissen Änderungen in der Förderleistung des Verdichters dem Brenner dieselbe Luftmenge zugeführt, vorausgesetzt, dass das Druckverhältnis zwischen dem Druck an der Eingangsseite der Lavaldüse zumindest etwa dem 1,2-fachen des Druckes auf der Ausgangsseite der Lavaldüse entspricht.
Je nach Konzeption der Regeleinrichtung kann es sinnvoll sein, zwischen dem Verdichter und der Lavaldüse oder der mehrere Lavaldüsen umfassenden Düseneinheit ein Abblasventil als Druckbegrenzer zum Begrenzen des an der oder den Lavaldüsen eingangsseitig anstehenden Druckes anzuordnen. In Ergänzung oder auch alternativ hierzu kann bei Vorsehen einer mehrere Lavaldüsen umfassenden Düseneinheit der Verdichter in Abhängigkeit von der jeweils freigeschalteten Querschnittsfläche der Düseneinheit in unterschiedlichen Leistungsstufen angetrieben werden.
Bezugszeichenliste

1: Abgaskrümmer
2: Dieselmotor
3: Abgasreinigungsanlage
4: Abgasstrang
5: Partikelfilter
6: Oxidationskatalysator
7: Gehäuse
8: Eingangskonus
9: Abgasrohr
10: Rohr
11: Brenner
12: Kraftstoffzuführleitung
13: Dosierpumpe
14, 14.1: Luftzuführleitung
15, 15.1, 15.2, 15.3, 15.4: Regeleinrichtung
16, 16.1: Verdichter
17, 17.1: Elektromotor
18, 18.1: Steuereinheit
19, 19,1, 19.2, 19.3: Lavaldüse
20, 20.1: Absperrventil
21, 21.1: Drucksensor
22, 22.1: Drucksensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005054733 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Regeln der einem mit seinem Ausgang einen Abgasstrang (4) einer Brennkraftmaschine (2) in Strömungsrichtung des Abgases vor einem in den Abgasstrang (4) eingeschalteten Reinigungsaggregat (5, 6) beaufschlagenden Brenner (11) zugeführten Luftmenge, bei welchem Verfahren die dem Brenner (11) zugeführte Luft durch einen Verdichter (16, 16.1) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Verdichter (16, 16.1) geförderte Luft durch eine Lavaldüse (19; 19.1, 19.2; 19.3) geleitet wird, bevor diese den Brenner (11) beaufschlagt, und der Verdichter (16, 16.1) derart betrieben wird, dass der Druck eingangsseitig bezüglich der Lavaldüse (19; 19.1, 19.2; 19.3) zumindest etwa dem 1,2-fachen des Druckes am Ausgang der Lavaldüse (19; 19.1, 19.2; 19.3) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse Teil einer zumindest zwei parallel zueinander angeordnete Lavaldüsen (19.1, 19.2) umfassenden Düseneinheit ist und die geförderte Luft in Abhängigkeit von der gewünschten Brennerleistung durch eine, mehrere oder alle Lavaldüsen (19.1, 19.2) der Düseneinheit geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16, 16.1) mit konstanter Leistung angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (16, 16.1) in Abhängigkeit von der jeweils aktuell geschalteten Düsenquerschnittsfläche in unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben wird, wobei vorgesehen ist, dass mit größerer Düsenquerschnittsfläche der Verdichter (16, 16.1) in einer höheren Leistungsstufe angetrieben wird
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zwecke der Ansteuerung des Verdichters (16, 16.1) der eingangsseitig und/oder ausgangsseitig zu der Lavaldüse (19; 19.1, 19.2; 19.3) herrschende Druck erfasst wird.
Einrichtung zum Zuführen der einem mit seinem Ausgang einen Abgasstrang (4) einer Brennkraftmaschine (2) in Strömungsrichtung des Abgases vor einem in den Abgasstrang 4 eingeschalteten Reinigungsaggregat (5, 6) beaufschlagendenden Brenner (11) zugeführten Luftmenge mit einem motorisch angetriebenen Verdichter (16, 16.1), eingeschaltet in die an den Lufteingang des Brenners (11) angeschlossene Luftzuführleitung (14, 14.1), dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter (16, 16.1), in Strömungsrichtung der von ihm geforderten Luft nachgeschaltet, in die Luftzuführleitung (14, 14.1) eine Lavaldüse (19; 19.3) oder eine aus zumindest zwei parallel zueinander angeordneten Lavaldüsen (19.1, 19.2) gebildete Düseneinheit eingeschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der geförderten Luft der wenigstens einen Lavaldüse (19.1, 19.2) ein Absperrventil (20, 20.1) vorgeschaltet ist.
Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdichter und der einen Lavaldüse oder der Düseneinheit ein Abblasventil eingeschaltet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lavaldüse (19; 19.3) bzw. der mehrere Lavaldüsen (19.1, 19.2) umfassenden Düseneinheit ein Drucksensor (21, 22) vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet ist und der Ausgang der Drucksensoren (21, 22) eine Steuereinheit (18, 18.1) zum Ansteuern des Verdichters (16, 16.1) angeschlossen ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (19.3) hinsichtlich der freien Querschnittsfläche ihrer Engstelle einstellbar ist.