WO2007137706A1 - Baugruppe sowie verfahren zur verdampfung eines oxidierbaren flüssigkeitsgemischs und einleitung des bei der verdampfung erzeugten fluids in einen gasstrom - Google Patents

Baugruppe sowie verfahren zur verdampfung eines oxidierbaren flüssigkeitsgemischs und einleitung des bei der verdampfung erzeugten fluids in einen gasstrom Download PDF

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    • F01N2610/107—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance using glow plug heating elements

Definitions

  • the invention relates to an assembly and to a method for evaporating an oxidizable liquid mixture and introducing the fluid generated during the evaporation into a gas stream, in particular the exhaust gas stream of a
  • the assembly comprises an evaporation unit with a glow plug serving as a heating element, by means of which diesel fuel is vaporized and introduced into the exhaust gas flow of a motor vehicle upstream of a diesel particle filter or NGy storage catalytic converter.
  • the vaporized fuel serves as a reducing agent to periodically regenerate the particulate filter or catalyst.
  • the invention provides an assembly or a method by which or a particularly reliable evaporation of an oxidizable liquid mixture is achieved while minimizing energy consumption.
  • this is achieved by an assembly of the type mentioned above, with a main line in which the gas stream is guided and which has a mixing area in which a mixing of the gas stream with the fluid takes place, at least one heating device through which the liquid mixture heat is supplied at least one temperature sensor located downstream of the heater and upstream of the mixing area with respect to the fluid flow, and a control unit coupled to the temperature sensor, which controls a heater in response to the detected temperature.
  • the liquid mixture is a mixture whose temperature can be used to deduce the proportion of vapor, that is to say the proportion of the evaporated fluid in the total amount of fluid.
  • the temperature sensor and the control unit determines the vapor content, which could also be referred to as the degree of evaporation of the liquid mixture and which is in clear relation to the temperature of the fluid.
  • the control or regulation of the heating device thus takes place as a function of the vapor content in the fluid, wherein the controlled or regulated heating device can be that upstream of the temperature sensor or else a second, downstream heating device.
  • the embodiment according to the invention ensures that the controlled or regulated heating device is supplied with such an amount of energy that is necessary for a desired complete evaporation or a desired vapor content.
  • the heating device is controlled such that the fluid when introduced into the gas stream has a temperature corresponding to a predetermined vapor content. If the temperature (or vapor content) of the fluid is lower than desired, the amount of energy delivered by the heater to the fluid is increased. If the fluid already has the desired temperature or the temperature corresponding to the desired vapor content, then an amount of energy supplied can be kept constant or reduced.
  • a particularly good mixing of the fluid with the gas stream can be achieved in that the predetermined vapor content is 100%, the oxidizable liquid mixture is thus completely evaporated when introduced into the gas stream. Under certain circumstances, however, a lower vapor content may be desirable.
  • the temperature sensor can be located directly at the mouth of a in the
  • the temperature sensor can also be located anywhere in the fluid flow.
  • the temperature of interest can then be extrapolated based on the data determined by the sensor.
  • a first heating means which serves mainly for preheating the liquid mixture
  • one of these downstream second heating means which serves mainly for evaporation of the liquid mixture.
  • Such a system allows a more precise control of the amount of energy supplied to the fluid flow, wherein the first, the second or both heaters can be controlled or regulated.
  • the first heating device even in the first heating device, a small proportion of the liquid mixture is evaporated or in the second heating device, the liquid mixture is not completely evaporated.
  • the temperature sensor can be arranged downstream of the second heating device with regard to the fluid flow, that is to say at a point at which the fluid already has a high vapor content.
  • the temperature sensor is immediately upstream of the
  • Blending area arranged.
  • a temperature sensor may be arranged with respect to the fluid flow between the first and the second heating device.
  • the first, second, or both heaters may be controlled by the controller.
  • the first heater is e.g. to an electric preheater, especially after the water heater principle. This is characterized by its simplicity and cost-effectiveness and promptly responsive regulatory capability.
  • a heat exchanger may be used, e.g. uses the energy of the gas stream to preheat the liquid mixture.
  • the heating device or one of the heating means is designed as an arranged in a chamber electric heating element, in particular a glow plug. If two heating devices are present, the second heating device serving for evaporation is preferably designed in the manner described. - A -
  • the oxidizable liquid mixture comprises a liquid fuel or is a liquid fuel.
  • the oxidizable liquid mixture may comprise a fossil fuel, preferably derived from crude oil, or it may consist only of it.
  • a coal-derived fuel is conceivable.
  • a mixture of diesel fuel is used, biodiesel or a Biodieselanteil is conceivable in this context.
  • the main line represents an exhaust pipe of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle.
  • the oxidizable liquid mixture in this case may serve as a reducing agent for an exhaust gas purification system, such as a particulate filter or NGy storage catalyst.
  • the introduction of the fluid is then preferably upstream of the exhaust gas purification device.
  • the main line may be a supply line of a reforming device for producing a hydrogen-containing gas.
  • the oxidizable liquid mixture is preferably fuel, which is mixed in the vapor state with air and reacts in the reforming device to a hydrogen-containing gas.
  • Evaporation of an oxidizable liquid mixture and initiation of the fluid produced during the evaporation provided in the gas stream comprising the following steps: First, heat is supplied to the liquid mixture by means of at least one heater. Then, the temperature of the fluid flow downstream of the heater and upstream of a mixing portion of the fluid flow with the gas flow is detected, and a heater for the fluid flow is controlled depending on the detected temperature.
  • the controlled heater may be the above-mentioned heater, downstream of which temperature sensing is located, or a heater downstream of this (first) heater.
  • the temperature of the fluid when it is introduced into the gas stream is extrapolated on the basis of the determined temperature data. Alternatively, the temperature may also be measured directly at the point of entry into the gas stream.
  • Vapor fraction of the fluid determined.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exhaust system with a
  • FIG. 2 is a schematic representation of an exhaust system with a comparison with Figure 1 slightly modified inventive assembly
  • FIG. 3 is a schematic representation of a reforming device with an assembly according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between fluid temperature and vapor content.
  • FIG. 1 shows a detail of an exhaust system 10 for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle diesel engine (not shown), which has an exhaust gas purification system 12, here a particulate filter 14 with upstream oxidation catalyst 16, or a NCvSpeicherkatalysator 14, 16.
  • an exhaust gas purification system 12 here a particulate filter 14 with upstream oxidation catalyst 16, or a NCvSpeicherkatalysator 14, 16.
  • a heater 20 is arranged, which has a seated in a chamber 22 heating element 24, here a glow plug.
  • the heater 20 is connected to a fluid conduit 26 for an oxidizable liquid mixture comprising at least one liquid fuel, in particular diesel fuel.
  • other fossil fuels or biodiesel come into question. It is crucial that the mixture has such a composition that can be concluded from its temperature on its vapor content. This is possible, for example, if the individual components of the mixture have different boiling temperatures.
  • Heating device 20 is connected upstream of a water heater principle working first heater 28, which serves to preheat the fuel.
  • the first heater 28 is spatially separated from the second heater 20, which mainly serves to vaporize the fuel, and via the
  • Liquid line 26 connected to this fluidly.
  • the first heater 28, as seen in Figure 1 thermally separated from the exhaust stream and includes a coiled, wrapped with a heating wire 32nd
  • the assembly 19 comprises a control unit 34, which is coupled to a temperature sensor 36, which is arranged with respect to the fluid flow in the liquid line 26 downstream of the first heater 28, in particular between the first and the second heater.
  • the control unit 34 controls the power supply of the heating wire 32 and / or the heating element 24, thus the first and / or the second heating device.
  • a further temperature sensor 38 may be provided, which sits directly at the mouth 40 of an extending into the main line 18 inlet channel 42 for the fluid.
  • the first heating device 28 is activated by the power supply of the heating wire 32 being switched on by the control unit 34. In this way, the liquid mixture flowing through the heated pipe 30, a certain amount of energy is supplied. The liquid mixture is thus preheated and reaches in this preheated state via the line 26, the second heater 20, for example, was activated simultaneously with the first heater 28 by turning on the heating element 24.
  • the oxidizable liquid mixture (the fuel) is evaporated, if not yet done in the preheater 28, and introduced through the inlet channel 42 into the exhaust gas stream, with which it mixes in a mixing region 44 of the main line 18.
  • the fuel vapor is reacted in the oxidation catalyst 16 and thereby the exhaust gas is heated, whereby the particle filter 14 is regenerated.
  • the temperature of the fluid upstream of the mixing region 44 can be determined and used to determine in the control unit 34 the vapor fraction of the fluid, ie the proportion of the vaporized liquid mixture in the entire liquid mixture.
  • the vapor fraction of the fluid ie the proportion of the vaporized liquid mixture in the entire liquid mixture.
  • one or both heating devices 20, 28 are controlled or regulated in such a way that the fluid temperature during introduction into the gas flow corresponds to just a predetermined vapor fraction (for example 100%).
  • the temperature of the introduced fluid can be determined directly via the temperature sensor 38; If this sensor is dispensed with, the temperature measured with the temperature sensor 36 can be extrapolated taking into account the quantity of heat supplied by the second heating device 20.
  • the system may be designed so that the preheating by the
  • Heating device 28 only takes place when the determined temperature is below a certain threshold.
  • the second heater 20 is solely responsible for the supply of the evaporation energy.
  • the first heating device 28 is intended to bring the liquid mixture to the evaporation temperature.
  • the temperature to be delivered to the liquid mixture must therefore be preferably adapted continuously to the ambient conditions.
  • the advantage with this is that, with the same fuel mass flow, the heater 20 will always receive the same amount of energy so that its dimensions (e.g., surface area of the corresponding glow plug and also its surface temperature) can be set very accurately. If the heater 20 is responsible only for the supply of the evaporation energy, this contributes to the fact that their surface temperature can be chosen lower overall. When using a glow plug their coking is avoided.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the exhaust system 10 with an assembly 19 according to the invention, which differs from the previously described only in that the pipe 30 is a substantially unbent long pipe from a tank 46 for the liquid mixture, here the fuel tank of the vehicle, to the heater 20 and its chamber 22 extends.
  • the liquid line 26 also forms the pipe 30th
  • FIG. 3 shows a further application of an assembly according to the invention
  • FIG. 3 shows a reforming device 48 for producing a hydrogen-containing gas, which has a feed line which forms the main line 18 here.
  • the main line 18 is an air supply.
  • the second heater 20 which in turn is a arranged in a chamber 22 heating element 24 in the form of a glow plug is downstream.
  • a heat exchanger which is positioned in the reforming device 48 downstream of a catalyst 50.
  • the second heater 20 can be controlled by the control unit 34 in response to the temperature detected by the temperature sensor 36 and / or 38 to achieve a predetermined vapor content when the fluid is introduced into the gas flow. Otherwise the procedure for evaporating the fuel proceeds analogously as described above.
  • Curve A in Figure 4 shows the relationship between the temperature of

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Abstract

Eine Baugruppe (19) zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom hat eine Hauptleitung (18), in der der Gasstrom geführt ist und die einen Vermischungsbereich (44) aufweist, in dem eine Vermischung des Gasstroms mit dem Fluid erfolgt, wenigstens eine Heizeinrichtung (20, 28), durch die dem Flüssigkeitsgemisch Wärme zugeführt wird, wenigstens einen Temperatursensor (36, 38), der bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der Heizeinrichtung (20, 28) und stromaufwärts des Vermischungsbereichs (44) angeordnet ist, und eine mit dem Temperatursensor (36, 38) gekoppelte Steuereinheit (34), die in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur eine Heizeinrichtung (20, 28) steuert bzw. regelt. Außerdem wird ein Verfahren zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom beschrieben.

Description

Baugruppe sowie Verfahren zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe sowie ein Verfahren zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom, insbesondere den Abgasstrom einer
Verbrennungskraftmaschine oder den Zuführgasstrom einer Reformierungs- einrichtung zur Erzeugung von wasserstoffhaltigem Gas.
Eine derartige Baugruppe und ein entsprechendes Verfahren sind z.B. aus der EP 1 369 557 A1 bekannt. Die Baugruppe umfaßt eine Verdampfungseinheit mit einer als Heizelement dienenden Glühkerze, mittels der Dieselkraftstoff verdampft und stromaufwärts eines Dieselpartikelfilters oder NGySpeicher- katalysators in den Abgasstrom eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird. Der verdampfte Kraftstoff dient als Reduktionsmittel, um den Partikelfilter bzw. Katalysator periodisch zu regenerieren.
Die Erfindung schafft eine Baugruppe bzw. ein Verfahren, durch die bzw. das eine besonders zuverlässige Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs bei gleichzeitig minimalem Energieverbrauch erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Baugruppe der eingangs genannten Art erreicht, mit einer Hauptleitung, in der der Gasstrom geführt ist und die einen Vermischungsbereich aufweist, in dem eine Vermischung des Gasstroms mit dem Fluid erfolgt, wenigstens einer Heizeinrichtung, durch die dem Flüssigkeitsgemisch Wärme zugeführt wird, wenigstens einem Temperatursensor, der bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der Heizeinrichtung und stromaufwärts des Vermischungsbereichs angeordnet ist, und einer mit dem Temperatursensor gekoppelten Steuereinheit, die in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur eine Heizeinrichtung steuert bzw. regelt. Bei dem Flüssigkeitsgemisch handelt es sich um ein Gemisch, aus dessen Temperatur auf den Dampfanteil, also den Anteil des verdampften Fluids an der Gesamtfluidmenge, geschlossen werden kann. Mit Hilfe des Temperatursensors und der Steuereinheit wird also die Temperatur des Fluidstroms und daraus dessen Dampfanteil bestimmt, den man auch als Verdampfungsgrad des Flüssigkeitsgemischs bezeichnen könnte und der in eindeutiger Beziehung zur Temperatur des Fluids steht. Die Steuerung bzw. Regelung der Heizeinrichtung erfolgt also in Abhängigkeit vom Dampfanteil im Fluid, wobei es sich bei der gesteuerten bzw. geregelten Heizeinrichtung um diejenige stromaufwärts des Temperatursensors oder aber um eine zweite, nachgeschaltete Heizeinrichtung handeln kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird sichergestellt, daß der gesteuerten bzw. geregelten Heizeinrichtung gerade eine solche Energiemenge zugeführt wird, die für eine gewünschte vollständige Verdampfung bzw. einen gewünschten Dampfanteil nötig ist.
Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung derart gesteuert, daß das Fluid beim Einleiten in den Gasstrom eine Temperatur aufweist, die einem vorgegebenen Dampfanteil entspricht. Ist die Temperatur (bzw. der Dampfanteil) des Fluids niedriger als gewünscht, so wird die durch die Heizeinrichtung an das Fluid abgegebene Energiemenge erhöht. Hat das Fluid bereits die gewünschte Temperatur bzw. die dem gewünschten Dampfanteil entsprechende Temperatur, so kann eine zugeführte Energiemenge konstant gehalten oder reduziert werden.
Eine besonders gute Vermischung des Fluids mit dem Gasstrom läßt sich dadurch erreichen, daß der vorgegebene Dampfanteil 100 % beträgt, das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch also beim Einleiten in den Gasstrom vollständig verdampft ist. Unter Umständen kann jedoch auch ein geringerer Dampfanteil wünschenswert sein.
Zu Bestimmung der Temperatur beim Einleiten des Fluids in den Gasstrom kann der Temperatursensor unmittelbar an der Mündung eines sich in die
Hauptleitung erstreckenden Einlaßkanals für das Fluid sitzen. In diesem Fall wird die für die Steuerung bzw. Regelung der Heizeinrichtung interessante
Temperatur unmittelbar gemessen.
Alternativ kann jedoch auch der Temperatursensor an einer beliebigen Stelle des Fluidstroms sitzen. Optional läßt sich dann die interessierende Temperatur anhand der vom Sensor ermittelten Daten extrapolieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind eine erste Heizeinrichtung, die hauptsächlich zum Vorwärmen des Flüssigkeitsgemischs dient, und eine dieser nachgeschaltete zweite Heizeinrichtung, die hauptsächlich zum Verdampfen des Flüssigkeitsgemischs dient, vorgesehen. Ein solches System erlaubt eine genauere Steuerung bzw. Regelung der zugeführten Energiemenge zum Fluidstrom, wobei die erste, die zweite oder beide Heizeinrichtungen gesteuert bzw. geregelt werden können. Natürlich kann bei einer solchen Ausgestaltung bereits in der ersten Heizeinrichtung ein geringer Anteil des Flüssigkeitsgemischs verdampft bzw. in der zweiten Heizeinrichtung das Flüssigkeitsgemisch nicht vollständig verdampft werden. Alternativ ist es möglich, nur eine Heizeinrichtung (in diesem Fall die zweite) vorzusehen.
Im Falle von zwei Heizeinrichtungen kann der Temperatursensor bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der zweiten Heizeinrichtung angeordnet sein, also an einer Stelle, an der das Fluid bereits einen hohen Dampfanteil aufweist. Insbesondere ist der Temperatursensor unmittelbar stromaufwärts des
Vermischungsbereichs angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Temperatursensor bezüglich des Fluidstroms zwischen der ersten und der zweiten Heizeinrichtung angeordnet sein. Wiederum können die erste, die zweite oder beide Heizeinrichtungen von der Steuereinheit gesteuert bzw. geregelt werden.
Bei der ersten Heizeinrichtung handelt es sich z.B. um eine elektrische Vorheizeinrichtung, insbesondere nach dem Durchlauferhitzerprinzip. Diese zeichnet sich durch ihre Einfachheit und Kostengünstigkeit und prompt ansprechende Regelungsfähigkeit aus.
Alternativ kann als erste Heizeinrichtung ein Wärmetauscher eingesetzt werden, der z.B. die Energie des Gasstromes nutzt, um das Flüssigkeitsgemisch vorzuwärmen.
Ferner ist vorgesehen, daß die Heizeinrichtung oder eine der Heizeinrichtungen als ein in einer Kammer angeordnetes elektrisches Heizelement, insbesondere eine Glühkerze, ausgebildet ist. Sind zwei Heizeinrichtungen vorhanden, so ist vorzugsweise die zweite, der Verdampfung dienende Heizeinrichtung in der beschriebenen Weise ausgebildet. - A -
Bevorzugt weist das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch einen Flüssigbrennstoff auf oder ist ein Flüssigbrennstoff.
Insbesondere kann das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch einen fossilen Kraftstoff aufweisen, der vorzugsweise aus Rohöl gewonnen wurde, oder es kann nur aus diesem bestehen. Daneben ist auch ein aus Kohle gewonnener Kraftstoff denkbar.
Vorzugsweise kommt ein Gemisch aus Dieselkraftstoff zum Einsatz, auch Biodiesel oder ein Biodieselanteil ist in diesem Zusammenhang denkbar.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stellt die Hauptleitung eine Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine dar, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch kann in diesem Fall als Reduktionsmittel für ein Abgasreinigungssystem, etwa einen Partikelfilter oder NGySpeicherkatalysator, dienen. Die Einleitung des Fluids erfolgt dann bevorzugt stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung.
Gemäß einer alternativen Anwendung kann es sich bei der Hauptleitung um eine Zuleitung einer Reformierungseinrichtung zur Erzeugung eines wasserstoff- haltigen Gases handeln. Wiederum ist das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch vorzugsweise Kraftstoff, der im dampfförmigen Zustand mit Luft vermischt wird und in der Reformierungseinrichtung zu einem wasserstoffhaltigen Gas reagiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur
Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in den Gasstrom vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist: Zunächst wird dem Flüssigkeitsgemisch mittels wenigstens einer Heizeinrichtung Wärme zugeführt. Dann wird die Temperatur des Fluidstroms stromabwärts der Heizeinrichtung und stromaufwärts eines Vermischungsbereichs des Fluidstroms mit dem Gasstrom ermittelt, und eine Heizeinrichtung für den Fluidstrom wird in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur gesteuert bzw. geregelt. Wiederum kann es sich bei der gesteuerten bzw. geregelten Heizeinrichtung um die oben erwähnte Heizeinrichtung, stromabwärts der die Temperaturerfassung angeordnet ist, oder eine dieser (ersten) Heizeinrichtung nachgeschaltete Heizeinrichtung handeln. Gemäß einer bevorzugten Variante wird die Temperatur des Fluids beim Einleiten in den Gasstrom anhand der ermittelten Temperaturdaten extrapoliert. Alternativ kann die Temperatur auch an der Einlaßstelle in den Gasstrom direkt gemessen werden.
Wie bereits beschrieben, wird vorzugsweise über die Temperatur der
Dampfanteil des Fluids bestimmt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
- Figur 1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einer
Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- Figur 2 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einer gegenüber Figur 1 leicht abgewandelten erfindungsgemäßen Baugruppe;
- Figur 3 eine schematische Darstellung einer Reformierungseinrichtung mit einer Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
- Figur 4 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Fluidtemperatur und Dampfanteil aufzeigt.
Figur 1 zeigt ausschnittsweise eine Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Kfz-Dieselmotor (nicht gezeigt), die ein Abgasreinigungssystem 12, hier einen Partikelfilter 14 mit vorgeschaltetem Oxidationskatalysator 16, oder einen NCvSpeicherkatalysator 14, 16 aufweist. An einer Hauptleitung 18 in Form einer Abgasleitung für den Abgasstrom ist stromaufwärts des Abgasreinigungssystems 12 eine Heizeinrichtung 20 angeordnet, die ein in einer Kammer 22 sitzendes Heizelement 24, hier eine Glühkerze, aufweist. Die Heizeinrichtung 20 ist an eine Flüssigkeitsleitung 26 für ein oxidierbares Flüssigkeitsgemisch angeschlossen, das wenigstens einen Flüssigbrennstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, aufweist. Alternativ kommen andere fossile Kraftstoffe oder auch Biodiesel in Frage. Entscheidend ist, daß das Gemisch eine derartige Zusammensetzung aufweist, daß sich aus seiner Temperatur auf seinen Dampfanteil schließen läßt. Dies ist z.B. möglich, wenn die einzelnen Komponenten des Gemischs unterschiedliche Siedetemperaturen aufweisen.
Der (bezüglich der Strömungsrichtung des Fluids in der Leitung 26 zweiten)
Heizeinrichtung 20 ist eine nach dem Durchlauferhitzerprinzip arbeitende erste Heizeinrichtung 28 vorgeschaltet, die zum Vorwärmen des Kraftstoffs dient. Die erste Heizeinrichtung 28 ist räumlich von der zweiten Heizeinrichtung 20 getrennt, die hauptsächlich der Verdampfung des Kraftstoffs dient, und über die
Flüssigkeitsleitung 26 mit dieser strömungsmäßig verbunden. Außerdem wird die erste Heizeinrichtung 28, wie aus Figur 1 ersichtlich, thermisch vom Abgasstrom getrennt und umfaßt eine gewendelte, mit einem Heizdraht 32 umwickelte
Rohrleitung 30.
Weiterhin umfaßt die Baugruppe 19 eine Steuereinheit 34, die mit einem Temperatursensor 36 gekoppelt ist, der bezüglich des Fluidstroms in der Flüssigkeitsleitung 26 stromabwärts der ersten Heizeinrichtung 28, hier insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Heizeinrichtung, angeordnet ist. Die Steuereinheit 34 steuert die Stromversorgung des Heizdrahts 32 und/oder des Heizelements 24, somit also die erste und/oder die zweite Heizeinrichtung.
Zusätzlich oder alternativ zum Temperatursensor 36 kann ein weiterer Temperatursensor 38 vorgesehen sein, der unmittelbar an der Mündung 40 eines sich in die Hauptleitung 18 erstreckenden Einlaßkanals 42 für das Fluid sitzt.
Wird nun ein Regenerationserfordernis des Abgasreinigungssystems 12 festgestellt, so wird die erste Heizeinrichtung 28 aktiviert, indem die Stromversorgung des Heizdrahts 32 durch die Steuereinheit 34 eingeschaltet wird. Auf diese Weise wird dem Flüssigkeitsgemisch, das durch die beheizte Rohrleitung 30 fließt, eine gewisse Energiemenge zugeführt. Das Flüssigkeitsgemisch wird also vorgewärmt und erreicht in diesem vorgewärmten Zustand über die Leitung 26 die zweite Heizeinrichtung 20, die z.B. gleichzeitig mit der ersten Heizeinrichtung 28 durch Einschalten des Heizelements 24 aktiviert wurde. In der zweiten Heizeinrichtung 20 wird das oxidierbare Flüssigkeits- gemisch (der Kraftstoff) verdampft, sofern noch nicht in der Vorheizeinrichtung 28 geschehen, und durch den Einlaßkanal 42 in den Abgasstrom eingebracht, mit dem es sich in einem Vermischungsbereich 44 der Hauptleitung 18 vermischt. Der Kraftstoff dampf wird im Oxidationskatalysator 16 umgesetzt und dadurch das Abgas erwärmt, wodurch man den Partikelfilter 14 regeneriert.
Mit Hilfe des Temperatursensors 36 oder 38 (oder gegebenenfalls mit beiden Sensoren) läßt sich die Temperatur des Fluids stromaufwärts des Vermischungs- bereichs 44 ermitteln und daraus in der Steuereinheit 34 der Dampfanteil des Fluids, also der Anteil des verdampften Flüssigkeitsgemischs am gesamten Flüssigkeitsgemisch, bestimmen. In Abhängigkeit vom Dampfanteil bzw. der zugehörigen Temperatur werden eine oder beide Heizeinrichtungen 20, 28 derart gesteuert bzw. geregelt, daß die Fluidtemperatur beim Einleiten in den Gasstrom gerade einem vorgegebenen Dampfanteil (z.B. 100 %) entspricht. Über den Temperatursensor 38 läßt sich die Temperatur des eingeleiteten Fluids natürlich direkt ermitteln; wird auf diesen Sensor verzichtet, kann die mit dem Temperatursensor 36 gemessene Temperatur unter Berücksichtigung der durch die zweite Heizeinrichtung 20 zugeführten Wärmemenge extrapoliert werden.
Eventuell kann das System so ausgelegt sein, daß die Vorwärmung durch die
Heizeinrichtung 28 nur dann erfolgt, wenn die ermittelte Temperatur unterhalb eines gewissen Schwellenwertes liegt. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht jedoch vor, daß die zweite Heizeinrichtung 20 allein für die Zufuhr der Verdampfungsenergie zuständig ist. Die erste Heizeinrichtung 28 hingegen soll das Flüssigkeitsgemisch auf Verdampfungstemperatur bringen. Dies bedeutet aber aufgrund der unterschiedlichen Umgebungstemperaturen einen nicht konstanten Energiebedarf für die Heizeinrichtung 28, deren an das Flüssigkeitsgemisch abzugebende Temperatur muß also vorzugsweise stufenlos an die Umgebungsbedingungen angepaßt werden. Der Vorteil dabei ist, daß bei gleichem Kraftstoffmassenstrom dann die Heizeinrichtung 20 immer die gleiche Energiemenge aufnimmt, so daß ihre Dimensionierung (z.B. Oberfläche der entsprechenden Glühkerze und auch deren Oberflächentemperatur) sehr genau eingestellt werden kann. Wenn die Heizeinrichtung 20 nur für die Zufuhr der Verdampfungsenergie verantwortlich ist, trägt dies dazu bei, daß ihre Oberflächentemperatur insgesamt niedriger gewählt werden kann. Bei Verwendung einer Glühkerze wird deren Verkoken damit vermieden.
Bei niedriger Umgebungstemperatur wird auch ein Einfrieren der Rohrleitung 30 vermieden. Das schnelle und möglichst feine Verteilen des Dampfes in der Hauptleitung 18 wird bei der Erfindung vor allem dadurch erreicht, daß aufgrund des geringen Partialdrucks des Dampfes eine Auskondensation des Flüssigkeitsgemischs vermieden wird. Der Partialdruck des Dampfes, insbesondere bei Verwendung von Dieseldampf, ist deshalb sehr gering, weil der Dampfanteil am Gesamt- abgasmassenstrom sehr gering ist. Dadurch sinkt auch die Dampf-/Konden- sationstemperatur weit unter die bekannte Temperaturspanne des Diesels (180 bis 3800C) auf unter 100 ^°0C.
Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Abgasanlage 10 mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe 19, die sich von der bisher beschriebenen lediglich dadurch unterscheidet, daß die Rohrleitung 30 sich als im wesentlichen ungebogenes langes Rohr von einem Tank 46 für das Flüssigkeitsgemisch, hier dem Kraftstofftank des Fahrzeugs, zur Heizeinrichtung 20 bzw. deren Kammer 22 erstreckt. Dabei bildet die Flüssigkeitsleitung 26 auch die Rohrleitung 30.
In Figur 3 ist eine weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Baugruppe
19 dargestellt, wobei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile wiederum gleiche Bezugszeichen tragen und im folgenden nur auf die Unterschiede zur bereits beschriebenen Baugruppe eingegangen wird.
Figur 3 zeigt eine Reformierungseinrichtung 48 zur Erzeugung eines wasser- stoffhaltigen Gases, die eine Zuleitung aufweist, die hier die Hauptleitung 18 bildet. Insbesondere ist die Hauptleitung 18 eine Luftzufuhr. In die Hauptleitung 18, die zum Teil durch eine vorgeschaltete Kammer der Reformierungseinrichtung 48 gebildet wird, ragt der Einlaßkanal 42 für das Fluid (auch hier Kraftstoff), der der zweiten Heizeinrichtung 20, bei der es sich wiederum um ein in einer Kammer 22 angeordnetes Heizelement 24 in Form einer Glühkerze handelt, nachgeschaltet ist. Als erste Heizeinrichtung 28 dient bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ein Wärmetauscher, der in der Reformierungseinrichtung 48 stromabwärts eines Katalysators 50 positioniert ist. Bei dieser Ausführungsform läßt sich natürlich nur die zweite Heizeinrichtung 20 durch die Steuereinheit 34 in Abhängigkeit von der durch den Temperatursensor 36 und/oder 38 erfaßten Temperatur steuern bzw. regeln, um einen vorgegebenen Dampfanteil beim Einleiten des Fluids in den Gasstrom zu erzielen. Ansonsten verläuft das Verfahren zum Verdampfen des Kraftstoffs analog wie zuvor beschrieben.
Kurve A in Figur 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur des
Fluids und dem Dampfanteil für ein bestimmtes Flüssigkeitsgemisch. Wie zu erkennen ist, ist eine eindeutige Zuordnung zwischen Temperatur und
Dampfanteil möglich. Beim gezeigten Beispiel wird eine vollständige
Verdampfung bei einer Temperatur von etwa 360 0C erreicht (Linie B). Bei ca.
290 0C Fluidtemperatur liegt ein Dampfanteil von 70 % vor (Linie C). Es ist zu beachten, daß, abhängig von der Zusammensetzung des Flüssigkeitsgemischs, eine gewisse „Unscharfe" der Kurve A möglich ist.
Selbstverständlich kann bei sämtlichen Ausführungsformen auf die erste Heizeinrichtung 28 verzichtet werden, wobei dann auch der Temperatursensor 36 entfällt.
Darüber hinaus liegt es im Ermessen des Fachmanns, alle beschriebenen Merkmale sowohl einzeln wie auch in Kombination miteinander einzusetzen, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.

Claims

Patentansprüche
1. Baugruppe zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom, mit einer Hauptleitung (18), in der der Gasstrom geführt ist und die einen Vermischungsbereich (44) aufweist, in dem eine Vermischung des Gasstroms mit dem Fluid erfolgt, wenigstens einer Heizeinrichtung (20, 28), durch die dem Flüssigkeitsgemisch Wärme zugeführt wird, wenigstens einem Temperatursensor (36, 38), der bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der Heizeinrichtung (20, 28) und stromaufwärts des Vermischungsbereichs (44) angeordnet ist, und einer mit dem Temperatursensor (36, 38) gekoppelten Steuereinheit (34), die in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur eine Heizeinrichtung (20, 28) steuert bzw. regelt.
2. Baugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (20, 28) derart gesteuert wird, daß das Fluid beim Einleiten in den Gasstrom eine Temperatur aufweist, die einem vorgegebenen Dampfanteil entspricht.
3. Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorge- gebene Dampfanteil 100 % beträgt.
4. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (36, 38) unmittelbar an der Mündung (40) eines sich in die Hauptleitung (18) erstreckenden Einlaßkanals (42) für das Fluid sitzt.
5. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Heizeinrichtung (28), die hauptsächlich zum Vorwärmen des Flüssigkeitsgemischs dient, und eine dieser nachgeschaltete zweite Heizeinrichtung (20), die hauptsächlich zum Verdampfen des Flüssigkeitsgemischs dient, vorgesehen sind.
6. Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (38) bezüglich des Fluidstroms stromabwärts der zweiten Heizeinrichtung (20) angeordnet ist.
7. Baugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor (36) bezüglich des Fluidstroms zwischen der ersten und der zweiten Heizeinrichtung (20, 28) angeordnet ist.
8. Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ersten Heizeinrichtung (28) um eine elektrische Vorheizeinrichtung, insbesondere nach dem Durchlauferhitzerprinzip, handelt.
9. Baugruppe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der ersten Heizeinrichtung (28) um einen Wärmetauscher handelt.
10. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Heizeinrichtung (20) um ein in einer Kammer (22) angeordnetes elektrisches Heizelement (24), insbesondere eine Glühkerze, handelt.
11. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fluids beim Einleiten in den Gasstrom anhand der vom Temperatursensor (36) ermittelten Daten extrapoliert wird.
12. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch einen Flüssigbrennstoff aufweist.
13. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das oxidierbare Flüssigkeitsgemisch einen fossilen, ins- besondere aus Rohöl gewonnenen, Kraftstoff aufweist.
14. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Hauptleitung (18) um eine Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine handelt.
15. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Hauptleitung (18) um eine Zuleitung einer Reformierungs- einrichtung (48) zur Erzeugung eines wasserstoffhaltigen Gases handelt.
16. Verfahren zur Verdampfung eines oxidierbaren Flüssigkeitsgemischs und Einleitung des bei der Verdampfung erzeugten Fluids in einen Gasstrom, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Zuführen von Wärme zu dem Flüssigkeitsgemisch mittels wenigstens einer Heizeinrichtung (20, 28),
Ermitteln der Temperatur des Fluidstroms stromabwärts der Heizeinrichtung (20, 28) und stromaufwärts eines Vermischungsbereichs (44) des Fluidstroms mit dem Gasstrom, und
Steuern bzw. Regeln einer Heizeinrichtung (20, 28) für den Fluidstrom in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fluids beim Einleiten in den Gasstrom anhand der ermittelten
Temperaturdaten extrapoliert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß über die Temperatur der Dampfanteil des Fluids bestimmt wird.
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