[发明专利]用于加热催化器的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加热催化器的方法和装置，该催化器用于内燃机的废气后处理，尤其是天然气驱动的或双燃料驱动的、处于稀燃运行(Magerbetrieb)中的内燃机的废气后处理。

背景技术

为了净化内燃机废气而使用废气催化器，所述废气催化器借助可通流的催化剂载体上的催化涂层将不同的废气有害物质转化成对环境无害的成分。为了保证所述催化器的工作原理，必须实现确定的运行温度，即所谓的起燃温度或响应温度。在此，起燃温度限定为以下催化器温度：在该催化器温度的情况下催化器转化包含于废气中的碳氢化合物的50％。

在现有技术中，在机动车的内燃机中，使用不同的发动机内措施作为催化器热策略。其中一种已知的措施是点火角延迟。在此，将点燃空气燃料混合物的点火时间点或者说点火角向比具有最高效率的点火角晚的方向延迟。通过所述点火角延迟来降低燃烧效率并同时提高燃烧温度或者说废气温度，由此使催化器变热加速。

除了提到的催化器热策略外还已知，经常将小容积的前级催化器靠近内燃机布置，以便在冷启动内燃机后快速地加热主催化器。这种前级催化器由于其靠近内燃机并且由于其相对小的比热而快速地达到其起燃温度。前级催化器承担启动阶段期间的大部分转化功率，直至在排气系中在废气流动方向上看布置得离内燃机较远的主催化器达到其运行温度为止。

上述热措施基于提高废气温度，这些热措施的缺点在于：废气的热量部分地通过弯管和废气管导出并从而不能被用于加热催化器。相同的缺点例如也出现在仅具有一个大容积的主催化器的商用车中，其原因是主催化器装在离废气涡轮增压器约1米远的位置。由于废气涡轮增压器和催化器之间的间距而产生温度下降。

根据另一热方法，将次级空气吹入到废气弯管中，由此存在于废气中的未燃烧的碳氢化合物在高温弯管中还与新鲜空气在产生热量的情况下再燃烧并使催化器变热。该方法的缺点是用于附加的构件(例如在该情况下需要的次级气泵)的额外成本。

发明内容

提出一种用于加热催化器的方法，该催化器用于内燃机的、尤其天然气驱动的或“双燃料”驱动的内燃机的废气后处理。“双燃料”要理解为：并列地使用两种不同的燃料(例如天然气和柴油)来驱动内燃机。

所述内燃机经由第一燃料供应通道与燃料箱连接，在该燃料箱中，天然气被压缩到约200bar并且作为压缩天然气(CNG，Compressed Natural Gas)储存，或被冷却到约110K作为液态天然气(LNG，Liquefied Natural Gas)储存。此外，排气系经由废气涡轮增压器与所述内燃机连接。该排气系在废气流动方向上看依次具有废气通道、λ探针、加热装置和催化器。为了实施根据本发明的方法，将加热装置直接布置在催化器之前，使得存在于排气系中的空气在催化器之前被加热。

在根据本发明的方法中，加热装置的运行独立于内燃机的运行。此外，同时启动加热装置与内燃机。

根据本发明的方法优选可用于内燃机的废气后处理，尤其天然气驱动的或双燃料驱动的、处于稀燃运行中的内燃机的废气后处理系统。

本发明的另一方面涉及待在根据本发明的方法中使用的加热装置。根据一种优选实施方式，根据本发明的加热装置实施为天然气燃烧器，该天然气燃烧器具有废气入口侧、燃料吹入和点火装置、以及废气出口侧，所述燃料吹入和点火装置具有燃气喷嘴。优选，在内燃机的稀燃运行中运行根据本发明的加热装置，因为在该情况下在废气中除了已存在于废气通道中的空气外还存在过量空气。根据本发明的加热装置可经由第二燃料供应通道与内燃机的燃料箱连接。在该燃料箱中储备天然气(CNG，LNG)。

此外，根据本发明的加热装置在废气流动方向上看被直接布置在催化器之前，在此，根据一种优选实施方式，根据本发明的加热装置可与催化器力锁合地、形状锁合地或材料锁合地接合。

因为根据本发明方法的所述优选实施方式以稀燃运行的方式运行内燃机，所以内燃机废气中的氧含量足够用于运行加热装置，据此，根据本发明的加热装置无需任何附加的空气供应。

根据本发明的加热装置有利地使用在通过内燃机、尤其天然气驱动式或双燃料驱动式内燃机来驱动的车辆中。也可设想使用在火车头或船中，其中，所述火车头或船装备有内燃机、尤其天然气驱动的或双燃料驱动的内燃机；或使用在静止的设备中，该静止的设备配备有内燃机、尤其天然气驱动的或双燃料驱动的内燃机。

发明优点

根据本发明的方法的优点在于，通过使用在废气流动方向上看直接布置在催化器之前的加热装置而可使催化器加热与内燃机运行去耦合。