本發(fā)明涉及一種用于加熱催化器的方法和裝置，該催化器用于內(nèi)燃機的廢氣后處理，尤其是天然氣驅(qū)動的或雙燃料驅(qū)動的、處于稀燃運行(Magerbetrieb)中的內(nèi)燃機的廢氣后處理。

背景技術(shù)：

為了凈化內(nèi)燃機廢氣而使用廢氣催化器，所述廢氣催化器借助可通流的催化劑載體上的催化涂層將不同的廢氣有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成對環(huán)境無害的成分。為了保證所述催化器的工作原理，必須實現(xiàn)確定的運行溫度，即所謂的起燃溫度或響應(yīng)溫度。在此，起燃溫度限定為以下催化器溫度：在該催化器溫度的情況下催化器轉(zhuǎn)化包含于廢氣中的碳氫化合物的50％。

在現(xiàn)有技術(shù)中，在機動車的內(nèi)燃機中，使用不同的發(fā)動機內(nèi)措施作為催化器熱策略。其中一種已知的措施是點火角延遲。在此，將點燃空氣燃料混合物的點火時間點或者說點火角向比具有最高效率的點火角晚的方向延遲。通過所述點火角延遲來降低燃燒效率并同時提高燃燒溫度或者說廢氣溫度，由此使催化器變熱加速。

除了提到的催化器熱策略外還已知，經(jīng)常將小容積的前級催化器靠近內(nèi)燃機布置，以便在冷啟動內(nèi)燃機后快速地加熱主催化器。這種前級催化器由于其靠近內(nèi)燃機并且由于其相對小的比熱而快速地達到其起燃溫度。前級催化器承擔(dān)啟動階段期間的大部分轉(zhuǎn)化功率，直至在排氣系中在廢氣流動方向上看布置得離內(nèi)燃機較遠的主催化器達到其運行溫度為止。

上述熱措施基于提高廢氣溫度，這些熱措施的缺點在于：廢氣的熱量部分地通過彎管和廢氣管導(dǎo)出并從而不能被用于加熱催化器。相同的缺點例如也出現(xiàn)在僅具有一個大容積的主催化器的商用車中，其原因是主催化器裝在離廢氣渦輪增壓器約1米遠的位置。由于廢氣渦輪增壓器和催化器之間的間距而產(chǎn)生溫度下降。

根據(jù)另一熱方法，將次級空氣吹入到廢氣彎管中，由此存在于廢氣中的未燃燒的碳氫化合物在高溫彎管中還與新鮮空氣在產(chǎn)生熱量的情況下再燃燒并使催化器變熱。該方法的缺點是用于附加的構(gòu)件(例如在該情況下需要的次級氣泵)的額外成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提出一種用于加熱催化器的方法，該催化器用于內(nèi)燃機的、尤其天然氣驅(qū)動的或“雙燃料”驅(qū)動的內(nèi)燃機的廢氣后處理?！半p燃料”要理解為：并列地使用兩種不同的燃料(例如天然氣和柴油)來驅(qū)動內(nèi)燃機。

所述內(nèi)燃機經(jīng)由第一燃料供應(yīng)通道與燃料箱連接，在該燃料箱中，天然氣被壓縮到約200bar并且作為壓縮天然氣(CNG，Compressed Natural Gas)儲存，或被冷卻到約110K作為液態(tài)天然氣(LNG，Liquefied Natural Gas)儲存。此外，排氣系經(jīng)由廢氣渦輪增壓器與所述內(nèi)燃機連接。該排氣系在廢氣流動方向上看依次具有廢氣通道、λ探針、加熱裝置和催化器。為了實施根據(jù)本發(fā)明的方法，將加熱裝置直接布置在催化器之前，使得存在于排氣系中的空氣在催化器之前被加熱。

在根據(jù)本發(fā)明的方法中，加熱裝置的運行獨立于內(nèi)燃機的運行。此外，同時啟動加熱裝置與內(nèi)燃機。

根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選可用于內(nèi)燃機的廢氣后處理，尤其天然氣驅(qū)動的或雙燃料驅(qū)動的、處于稀燃運行中的內(nèi)燃機的廢氣后處理系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一方面涉及待在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用的加熱裝置。根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置實施為天然氣燃燒器，該天然氣燃燒器具有廢氣入口側(cè)、燃料吹入和點火裝置、以及廢氣出口側(cè)，所述燃料吹入和點火裝置具有燃氣噴嘴。優(yōu)選，在內(nèi)燃機的稀燃運行中運行根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置，因為在該情況下在廢氣中除了已存在于廢氣通道中的空氣外還存在過量空氣。根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置可經(jīng)由第二燃料供應(yīng)通道與內(nèi)燃機的燃料箱連接。在該燃料箱中儲備天然氣(CNG，LNG)。

此外，根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置在廢氣流動方向上看被直接布置在催化器之前，在此，根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置可與催化器力鎖合地、形狀鎖合地或材料鎖合地接合。

因為根據(jù)本發(fā)明方法的所述優(yōu)選實施方式以稀燃運行的方式運行內(nèi)燃機，所以內(nèi)燃機廢氣中的氧含量足夠用于運行加熱裝置，據(jù)此，根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置無需任何附加的空氣供應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置有利地使用在通過內(nèi)燃機、尤其天然氣驅(qū)動式或雙燃料驅(qū)動式內(nèi)燃機來驅(qū)動的車輛中。也可設(shè)想使用在火車頭或船中，其中，所述火車頭或船裝備有內(nèi)燃機、尤其天然氣驅(qū)動的或雙燃料驅(qū)動的內(nèi)燃機；或使用在靜止的設(shè)備中，該靜止的設(shè)備配備有內(nèi)燃機、尤其天然氣驅(qū)動的或雙燃料驅(qū)動的內(nèi)燃機。

發(fā)明優(yōu)點

根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點在于，通過使用在廢氣流動方向上看直接布置在催化器之前的加熱裝置而可使催化器加熱與內(nèi)燃機運行去耦合。

通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法，在啟動內(nèi)燃機后快速地達到催化器的起燃溫度，從而在冷啟動內(nèi)燃機后催化器很快就可用。

根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點在于該方法在內(nèi)燃機例如班車的內(nèi)燃機的空轉(zhuǎn)狀態(tài)中的使用。在通常有較長時間在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運行(例如在暫時停在?？空咎帟r)的班車中，催化器冷卻，因為在內(nèi)燃機空轉(zhuǎn)狀態(tài)中內(nèi)燃機廢氣可達到的溫度低。通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法極大地改善內(nèi)燃機空轉(zhuǎn)狀態(tài)中的廢氣質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)點在于，為實施所述方法僅需排氣系中的少量裝置。由此極大地降低應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法來進行廢氣后處理的成本。

此外有利的是，可降低在具有中央吹入裝置的內(nèi)燃機的情況下的排放。由于進氣管中的較長混合時間和冷啟動中的冷燃燒室，排氣系中的碳氫化合物濃度增大。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，將排氣系中未燃燒的碳氫化合物借助實施為天然氣燃燒器的加熱裝置再燃燒。

附圖說明

在后面根據(jù)實施例和附圖詳細解釋本發(fā)明。

附圖示出：

圖1根據(jù)本發(fā)明方法的實施方案的內(nèi)燃機的排氣系的示意圖，

圖2根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置的縱剖圖，以及

圖3根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置的橫剖圖。

具體實施方式

圖1示意性地直觀示出排氣系100的優(yōu)選實施方式，該排氣系用于實施根據(jù)本發(fā)明的方法，該方法用于加熱催化器12，該催化器用于內(nèi)燃機2的，尤其天然氣驅(qū)動的或雙燃料驅(qū)動的、處于稀燃運行中的內(nèi)燃機的廢氣后處理。

排氣系100經(jīng)由廢氣渦輪增壓器4與內(nèi)燃機2連接并且在廢氣流動方向36上看包括廢氣通道6、λ探針8、加熱裝置10、和催化器12，其中，加熱裝置10直接在催化器12之前布置在該催化器的廢氣入口側(cè)24。催化器12還具有廢氣出口側(cè)26。

內(nèi)燃機2經(jīng)由第一燃料供應(yīng)通道28與燃料箱14連接并且具有吸入側(cè)16以及在該內(nèi)燃機的出口側(cè)18具有廢氣渦輪增壓器4。天然氣(CNG，LNG)位于燃料箱14中。

根據(jù)圖1所示的排氣系100實施方式，根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置10實施為天然氣燃燒器。如圖1所示，該加熱裝置10經(jīng)由第二燃料供應(yīng)通道30與內(nèi)燃機2的燃料箱14連接并且直接布置在催化器12之前。為了將加熱裝置10裝配在催化器12上，可使用形狀鎖合、力鎖合或材料鎖合的接合方法，在這里優(yōu)選考慮力鎖合的接合方法。

排氣系100中的λ探針8感測空燃比(λ值)來進行λ調(diào)節(jié)并且將該空燃比傳遞給內(nèi)燃機2的控制裝置(未示出)。

一旦啟動內(nèi)燃機2，就在排氣系100中啟動加熱裝置10。由此，在催化器12之前預(yù)熱在冷啟動內(nèi)燃機2時排氣系100中所存在的空氣。被激活的加熱裝置10預(yù)熱的空氣具有顯著更高的溫度地流過催化器12，由此加熱催化器12并且在冷啟動內(nèi)燃機2后很快達到起燃溫度。

在內(nèi)燃機2空轉(zhuǎn)時，內(nèi)燃機2的廢氣沿著廢氣通道6流過激活的加熱裝置10，由此顯著提高內(nèi)燃機2的廢氣的溫度。

因為以稀燃運行的方式運行內(nèi)燃機2，所以內(nèi)燃機2的廢氣中的氧含量足夠用于運行加熱裝置10。因此，加熱裝置10不需要任何附加的空氣供應(yīng)，從而降低內(nèi)燃機2的廢氣后處理成本。

圖2和3示出根據(jù)本發(fā)明的、根據(jù)一種優(yōu)選實施方式的加熱裝置10并且僅作為示例來解釋根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置10的原理上的構(gòu)造。

圖2示出圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置10的一種優(yōu)選實施方式的縱剖圖，其中，加熱裝置10實施為天然氣燃燒器。加熱裝置10具有與廢氣通道6連接的廢氣入口側(cè)20、與第二燃料供應(yīng)通道30連接的燃料吹入和點火裝置32、以及與催化器12的廢氣入口側(cè)24連接的廢氣出口側(cè)22。儲存在燃料箱14中的燃料、即天然氣(CNG，LNG)通過第二燃料供應(yīng)通道30以及燃料吹入和點火裝置32被吹入到加熱裝置10中并且在那里燃燒。由此預(yù)熱內(nèi)燃機2的流動廢氣并且加熱催化器12。

作為圖2的補充，在圖3中示出實施為天然氣燃燒器的加熱裝置10的橫截面。燃料吹入和點火裝置32配備有多個燃氣噴嘴34并且與第二燃料供應(yīng)通道30連接。通過燃料吹入和點火裝置32的這些燃氣噴嘴34將燃料吹入到加熱裝置10中并且在那里點燃，從而預(yù)熱經(jīng)由廢氣通道6和廢氣入口側(cè)20流入到加熱裝置10中的內(nèi)燃機2廢氣。

本發(fā)明不局限于在這里所述的實施例和在此強調(diào)的這些方面。更確切地說，在通過權(quán)利要求給出的范圍內(nèi)能夠有處于本領(lǐng)域技術(shù)范疇內(nèi)的多種變型。