-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Abgassystem in einem Fahrzeug mit einer Dieselmaschine.
-
Neueste Emissionsvorschriften für Fahrzeuge, welche Dieselmaschinen einsetzen, begrenzen die Rußmenge, welche die Fahrzeuge ausstoßen dürfen. Der Ruß wird als ein Nebenprodukt der Verbrennung des Dieselkraftstoffs produziert und wird mit dem Fahrzeugabgas ausgestoßen. Dieselpartikelfilter (auch Fallen genannt), die dem Abgassystem hinzugefügt sind, begrenzen die Rußemissionen ausreichend, um die Vorschriften zu erfüllen.
-
Dieselpartikelfilter arbeiten durch Sammeln des Rußes, während sie es zulassen, dass die Abgase hindurchtreten. Wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, dann baut sich in dem Filter Ruß auf. Dieser Ruß muss periodisch aus dem Filter entfernt werden, um sicherzustellen, dass der Filter nicht verstopft wird. Ein verstopfter Filter kann möglicherweise Schaden an sich selbst oder an der Maschine verursachen.
-
Das Partikelmaterial, das sich in dem Filter aufbaut, kann durch einen Prozess entfernt werden, der Regeneration genannt wird. Die Regeneration wird durchgeführt, indem der Dieselpartikelfilter auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher der Ruß wegbrennt, wodurch der Filter ausgeräumt wird. Es gibt zwei allgemeine Arten der Regeneration – eine aktive Regeneration und eine passive Regeneration. Eine passive Regeneration tritt unter Fahrzeugbetriebsbedingungen auf, bei welchen die Temperatur in dem Dieselpartikelfilter von sich aus ausreichend ansteigt (durch die Energie, die bereits in dem Abgasstrom vorhanden ist), um etwas von dem Ruß wegzubrennen. Dies ist insofern vorteilhaft, als keine zusätzliche Energiezufuhr benötigt wird, damit der Regenerationsprozess auftritt. Während die passive Regeneration wünschenswert ist, kann man sich jedoch nicht darauf verlassen, dass sie den Ruß unter allen Fahrzeugbetriebsbedingungen ausreichend wegbrennt. Zum Beispiel kann eine passive Regeneration bei kalten Umgebungstemperaturen oder unter bestimmten Fahrbedingungen, wie zum Beispiel einem ausgedehnten Leerlauf oder einem Stadtfahren, nicht auftreten.
-
Somit kann eine aktive Regeneration angewendet werden, um sicherzustellen, dass ausreichende Rußmengen in dem Dieselpartikelfilter weggebrannt werden. Eine aktive Regeneration kann durch eine elektrische oder eine andere Art von Heizvorrichtung bewerkstelligt werden, die sich neben oder in dem Dieselpartikelfilter befindet und die aktiviert wird, um die Temperatur ausreichend zu erhöhen, um den Ruß wegzubrennen. Diese Art der Regeneration erfordert eine zusätzliche Hardware nahe dem Filter ebenso wie eine Energiequelle und Steuerungen zum Betrieb einer derartigen Heizvorrichtung.
-
Eine andere Art von aktiver Regeneration ist eine, bei welcher der Abgasstrom entweder durch späte Kraftstoffeinspritzung im Zylinder oder durch Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Abgasstrom mit Kraftstoff angereichert wird. Dieser Kraftstoff in dem Abgasstrom erhöht, während er verbrennt, die Temperatur des Abgasstroms – und daher des Dieselpartikelfilters – ausreichend, um zu bewirken, dass der Regenerationsprozess auftritt. Während diese Art von aktiver Regeneration die Notwendigkeit für eine zusätzliche Heizvorrichtungshardware nahe dem Filter vermeidet, erfordert sie, dass eine zusätzliche Energiezufuhr (zusätzlicher Kraftstoff) verwendet wird, um den Regenerationsprozess zu bewerkstelligen. Außerdem weist diese Art der Regeneration den Effekt auf, dass die Auspuffendrohrabgasaustrittstemperaturen viel höher angehoben werden, als typischerweise unter normalen Betriebsbedingungen erfahren wird. Diese Temperaturen können möglicherweise auf einen Pegel ansteigen, der in Bezug auf die Umwelt unerwünscht ist.
-
Ebenso kann für Fahrzeuge mit dem hinzugefügten Dieselpartikelfilter der Filterregenerationsmodus des Maschinenbetriebs Geräusche in dem Abgas erzeugen, die verschieden oder lauter sind als die während der normalen Maschinenbetriebsart erzeugten. Demzufolge kann ein herkömmlicher Schalldämpfer eine verringerte Effektivität beim Verringern von unerwünschten Geräuschemissionen von dem Abgassystem sowohl während der normalen Fahrzeugbetriebsart als auch während der Regenerationsbetriebsart aufweisen.
-
Es ist deshalb wünschenswert, ein Abgassystem, das einen Dieselpartikelfilter verwendet, mit einem Mittel zum angemessenen Ausräumen des Filters zu versehen, während die Menge an zusätzlicher Energiezufuhr minimiert wird, die Menge und die Kosten von zusätzlicher Hardware, die nötig ist, um die Filterregeneration zu erzielen, minimiert werden, der Anstieg der Auspuffendrohrabgasaustrittstemperaturen während der Regeneration minimiert wird, der Abgasgegendruck während einer normalen Betriebsart minimiert wird und unerwünschte Geräuschemissionen von dem Abgassystem sowohl für die normale als auch für die Regenerationsbetriebsart verringert werden.
-
Die
DE 39 00 155 A1 offenbart ein Abgassystem für einen Dieselmotor, welches einen Schalldämpfer mit einem darin angeordneten Dieselpartikelfilter umfasst. Die Zufuhr des Abgasstroms an das Schalldämpfergehäuse und die Abfuhr des Abgasstroms aus dem Schalldämpfergehäuse erfolgt über verzweigte Zwischenrohre.
-
In der
DE 690 21 803 T2 ist ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor offenbart, welches einen Partikelfilter und einen Schalldämpfer aufweist. Der Partikelfilter und der Schalldämpfer sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wobei an der Eingangsseite des Gehäuses ein Ventil vorgesehen ist, welches in der Lage ist, die Abgasströmung zwischen zwei verschiedenen Strömungspfaden umzulenken.
-
Die
US 4 677 823 A offenbart ein Abgassystem mit einem Partikelfilter und einem stromabwärts des Partikelfilters vorgesehenen Zwischenrohr, welches zwei Strömungsabschnitte aufweist. Während einer der Strömungsabschnitte mit einem Schalldämpfer des Abgassystems in Verbindung steht, führt der andere Strömungsabschnitt das Abgas direkt in die Umgebung ab.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Betrieb und die Regeneration von Partikelfiltern hinsichtlich der Geräuschabgabe, des Gegendrucks sowie der Abgastemperatur am Auspuffendrohr zu optimieren.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Abgassystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Abgassystem für ein Fahrzeug mit einer Dieselmaschine. Das Abgassystem umfasst einen Dieselpartikelfilter mit einem stromaufwärts gelegenen Ende zum Empfangen von Abgasen und einem stromabwärts gelegenen Ende zum Austretenlassen der Abgase; ein Zwischenrohr, das funktionsmäßig mit dem stromabwärts gelegenen Ende des Dieselpartikelfilters in Eingriff steht und das einen Hauptströmungsabschnitt und einen Abschnitt mit eingeschränkter Strömung aufweist, wobei der Hauptströmungsabschnitt ein Partikelfiltergegendruckventil umfasst, das steuerbar ist, um die Strömung der Abgase in dem Hauptströmungsabschnitt selektiv einzuschränken, und wobei der Abschnitt mit eingeschränkter Strömung eine Einschränkung umfasst; und einen Schalldämpfer, der funktionsmäßig mit dem Zwischenrohr in Eingriff steht, um die Strömung der Abgase von dem Hauptströmungsabschnitt und dem Abschnitt mit eingeschränkter Strömung selektiv zu empfangen.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines Dieselpartikelfilters in einem Abgassystem eines Fahrzeugs mit einer Dieselmaschine, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Betrieb der Dieselmaschine und des Abgassystems in einer normalen Betriebsart; Aufrechterhalten eines offenen Partikelfiltergegendruckventils während der normalen Betriebsart, um eine Strömung von Abgasen durch einen ersten Abgasströmungspfad eines Schalldämpfers zu ermöglichen; Überwachen mindestens eines Parameters, der den Aufbau von Partikelmaterial in dem Dieselpartikelfilter angibt, während des Betriebs in der normalen Betriebsart; ein Ermitteln aus dem mindestens einen Parameter, wann der Dieselpartikelfilter eine Regeneration benötigt; ein Detektieren, dass ein Abgasgegendruck benötigt wird, um die Regeneration des Dieselpartikelfilters herbeizuführen; und ein Betrieb des Abgassystems in einem Regenerationsmodus, wenn der Dieselpartikelfilter eine Regeneration benötigt und der Abgasgegendruck benötigt wird, um die Regeneration des Dieselpartikelfilters herbeizuführen, indem das Partikelfiltergegendruckventil geschlossen wird, um die Strömung der Abgase durch einen zweiten Strömungspfad des Schalldämpfers umzuleiten, welcher eine Strömungseinschränkung umfasst.
-
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Abgassystem wie vorstehend beschrieben mit einer Anordnung aus Schalldämpfer und Rohr für ein Fahrzeug mit einer Dieselmaschine. Die Anordnung aus Schalldämpfer und Rohr umfasst ein Zwischenrohr mit einem Hauptströmungsabschnitt und einem Abschnitt mit eingeschränkter Strömung, wobei der Hauptströmungsabschnitt ein Partikelfiltergegendruckventil umfasst, das steuerbar ist, um die Strömung von Abgasen in dem Hauptströmungsabschnitt selektiv einzuschränken, und wobei der Abschnitt mit eingeschränkter Strömung eine Einschränkung umfasst; und einen Schalldämpfer, der funktionsmäßig mit dem Zwischenrohr in Eingriff steht und der einen ersten Abgasströmungspfad und einen zweiten Abgasströmungspfad umfasst, wobei das Partikelfiltergegendruckventil in einer offenen Stellung die Strömung der Abgase durch den ersten Abgasströmungspfad ermöglicht und das Partikelfiltergegendruckventil in einer geschlossenen Stellung die Strömung der Abgase durch die Einschränkung und den zweiten Abgasströmungspfad leitet.
-
Ein Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Partikelfiltergegendruckventil geschlossen werden kann, wodurch mehr Maschinenlast erzeugt wird, welche wiederum mehr Abgaswärme erzeugt. Der Anstieg der Abgaswärme ermöglicht dann, dass die Regeneration stattfindet, auch unter Fahrzeugbetriebs- und Umgebungsbedingungen, bei denen sie ansonsten vielleicht nicht auftreten würde.
-
Die Regeneration kann demzufolge ohne eine Hinzufügung einer separaten Partikelfilterheizvorrichtung und unter Minimierung von zusätzlichem in den Abgasstrom eingespritztem Kraftstoff bewerkstelligt werden. Somit kann die Regeneration auftreten, wenn sie benötigt wird, um sicherzustellen, dass der Partikelfilter nicht verstopft wird, auch unter Fahrzeug- und Maschinenbetriebsbedingungen, die nicht förderlich sind, um eine Regeneration zu bewirken.
-
Ein Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Abgasgeräusche sowohl für den normalen Fahrmodus (mit einem offenen Gegendruckventil) als auch für die Regenerationsbetriebsart (mit einem geschlossenen Gegendruckventil) gedämpft und optimiert werden. Dies wird bewerkstelligt, während der Anstieg des Gegendrucks in dem normalen Fahrmodus minimiert wird.
-
Ein Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ausreichend Gegendruck erzeugt wird, um eine Regeneration in der Dieselpartikelfalle zu bewirken, während jeglicher Anstieg der Temperatur der Abgase, während sie aus dem Auspuffendrohr austreten, minimiert wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Abgassystems für ein Fahrzeug mit einer Dieselmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der schematischen Zeichnung von 1, welche einen Abgasströmungspfad für eine offene Ventilstellung zeigt.
-
3 ist eine Ansicht, die ähnlich 2 ist, aber einen Abgasströmungspfad für eine geschlossene Ventilstellung zeigt.
-
4 ist eine schematische Ansicht, die ähnlich 3 ist, aber eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
5 ist eine schematische Ansicht eines Einschränkungsabschnitts eines mit einem Schalldämpfer verbundenen Rohrs gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
6 ist eine schematische Ansicht, die ähnlich 5 ist, aber eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
7 ist eine schematische Ansicht, die ähnlich 5 ist, aber eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1–3 stellen ein Abgassystem 20 dar, das Abgase von einer Dieselmaschine 22 empfängt, die Abgase behandelt, und sie von dem Fahrzeug weg in die Atmosphäre leitet. Insbesondere umfasst das Abgassystem 20 ein Abgasrohr 24 – stromabwärts der Maschine 22 – welches die Abgase in einen Dieseloxidationsumwandler 26 (auch als ein Dieseloxidationskatalysator bekannt) leitet. Der Dieseloxidationsumwandler 26 behandelt die Abgase, um die Mengen an bestimmten Bestandteilen zu verringern, welche in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Derartige Bestandteile können zum Beispiel Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) sein.
-
Ein erstes Zwischenrohr 28 ist mit dem stromabwärts gelegenen Ende des Dieseloxidationsumwandlers 26 verbunden und leitet die Abgase in einen Dieselpartikelfilter 30 (auch eine Dieselpartikelfalle genannt). Der Dieselpartikelfilter 30 ist im Wesentlichen ein Filter zum Sammeln (d. h. Einfangen) von Ruß (auch Dieselpartikelmaterial genannt) von dem Abgas, um die Rußmenge in den Abgasen zu minimieren. Das gerade diskutierte Fahrzeug und seine Komponenten sind den Fachleuten bekannt, und es bzw. sie wird bzw. werden somit hier nicht diskutiert oder detaillierter gezeigt.
-
Stromabwärts des Dieselpartikelfilters 30 befindet sich ein zweites Zwischenrohr 32. Das zweite Zwischenrohr 32 gabelt sich in einen Hauptströmungsabschnitt 34 und einen Abschnitt 36 mit eingeschränkter Strömung. Das zweite Zwischenrohr 32 kann eine separate Komponente sein, oder es kann alternativ einstückig mit dem Dieselpartikelfilter 30 oder einem Schalldämpfer 38 (unten diskutiert) ausgebildet sein, wenn es so gewünscht ist.
-
Ein Partikelfiltergegendruckventil 40 ist in dem Hauptströmungsabschnitt 34 angebracht. Das Gegendruckventil 40 kann zum Beispiel ein Ventil vom Ventilklappentyp sein, wobei eine Ventilplatte 42 an einer Steuerwelle 44 angebracht ist, die durch einen elektronisch gesteuerten Ventilaktuator 46 rotiert werden kann. Der Ventilaktuator 46 wird durch einen Controller 48 gesteuert. Während bei dieser Ausführungsform ein Ventil vom Ventilklappentyp als das Gegendruckventil 40 verwendet wird, können stattdessen andere Arten von automatisch gesteuerten Ventilen verwendet werden, wenn es so gewünscht ist. Außerdem können andere Arten von Ventilaktuatoren stattdessen verwendet werden, wie zum Beispiel Vakuum- (nicht gezeigt) oder Pneumatik- (nicht gezeigt), wenn es so gewünscht ist. Der Controller 48 kann aus einem oder mehreren einzelnen Controllern bestehen und kann aus verschiedenen Kombinationen von Software und Hardware gebildet sein, wie den Fachleuten bekannt ist.
-
Eine Einschränkung 50 befindet sich in dem Abschnitt 36 mit eingeschränkter Strömung des zweiten Zwischenrohrs 32. Die Einschränkung 50 ist eine Platte, die einen einzelnen Kanal 52 aufweist, der eine derartige Größe aufweist, dass er wesentlich kleiner ist als die Strömungsfläche des Abschnitts 36 mit eingeschränkter Strömung, so dass stromaufwärts dieser Einschränkung ein Gegendruck erzeugt wird, wenn die Abgasströmung durch den Abschnitt 36 mit eingeschränkter Strömung des zweiten Zwischenrohrs 32 geleitet wird.
-
Die Abschnitte 34, 36 des zweiten Zwischenrohrs 32 leiten die Abgasströmung in einen ersten Einlass 54 bzw. einen zweiten Einlass 56 und zu dem Schalldämpfer 38. Der Schalldämpfer 38 weist eine Außenwand 55, eine erste Innenwand 57 und eine zweite Innenwand 59 auf, welche das Innere des Schalldämpfers 38 in drei Kammern aufteilen – eine erste Kammer 58, eine zweite Kammer 60 und eine dritte Kammer 62.
-
Der Hauptströmungsabschnitt 34 leitet Abgas durch den ersten Einlass 54 in ein primäres Schalldämpferrohr 64, welches sich durch alle drei Kammern 58, 60, 62 hindurch bis zu einem Auslass 66 des Schalldämpfers 38 erstreckt. Der Schalldämpferauslass 66 leitet die Abgasströmung in ein Auspuffendrohr 76, welches sich bis zu einem stromabwärts gelegenen offenen Ende (nicht gezeigt) erstreckt, wo die Abgase von dem Fahrzeug in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Das primäre Schalldämpferrohr 64 umfasst einen ersten Satz von Durchbrechungen 68, die sich in der ersten Kammer 58 befinden, und einen zweiten Satz von Durchbrechungen 70, die sich in der zweiten Kammer 60 befinden. Der zweite Satz von Durchbrechungen 70 und die zweite Kammer 60 weisen in erster Linie eine derartige Größe und Form auf, um während des Betriebs mit offenem Ventil (das heißt, wenn das Gegendruckventil 40 offen ist, so dass die Abgasströmung im Wesentlichen durch den Hauptströmungsabschnitt 34 in das primäre Schalldämpferrohr 64 stattfindet) eine optimale Geräuschdämpfung zu schaffen.
-
Der Abschnitt 36 mit eingeschränkter Strömung des zweiten Zwischenrohrs 32 leitet Abgas durch den zweiten Einlass 56 in ein sekundäres Schalldämpferrohr 72, welches sich bis zu der dritten Kammer 62 hindurch erstreckt. Ein Rückführschalldämpferrohr 74 erstreckt sich von der dritten Kammer 62 bis zu der ersten Kammer 58. Die dritte Kammer 62 und die erste Kammer 58 weisen in erster Linie eine derartige Größe und Form auf, um während eines Betriebs mit geschlossenem Ventil (das heißt wenn das Gegendruckventil 40 geschlossen ist, so dass die Abgasströmung im Wesentlichen durch die Einschränkung 50, das sekundäre Schalldämpferrohr 72 und das Rückführschalldämpferrohr 74 stattfindet, bevor sie durch das primäre Schalldämpferrohr 64 strömt) eine optimale Geräuschdämpfung zu schaffen.
-
Das Abgassystem 20 kann auch einen stromaufwärts gelegenen Drucksensor 80 umfassen, der gerade vor dem Abgaseintritt in den Dieselpartikelfilter 30 angebracht ist, um den Druck in dem Abgasstrom gerade vor dem Eintritt in den Filter 30 zu messen. Ein stromabwärts gelegener Drucksensor 82 kann gerade nach dem Abgasaustritt aus dem Dieselpartikelfilter 30 in dem Abgassystem 20 angebracht sein, um den Druck in dem Abgasstrom nach dem Austritt aus dem Filter 30 zu messen. Sowohl der stromaufwärts gelegene als auch der stromabwärts gelegene Drucksensor 80, 82 stehen in Kommunikation mit dem Controller 48. Der Controller 48 kann auch in Kommunikation mit verschiedenen Komponenten der Dieselmaschine 22 stehen, wie den Fachleuten bekannt ist.
-
Der Betrieb des Dieselabgassystems 20 wird nun beschrieben. Während eines normalen Fahrbetriebs wird das Gegendruckventil 40 in der offenen Stellung (in 1 und 2 zu sehen) aufrechterhalten. Die Abgase strömen von der Dieselmaschine 22 durch den Dieseloxidationsumwandler 26 und durch den Dieselpartikelfilter 30 hindurch. Wenn sich das Gegendruckventil 40 in der offenen Stellung befindet, dann folgen die Abgase im Allgemeinen einem ersten Schalldämpferströmungspfad – in 2 durch die ersten Strömungspfadpfeile 86 angegeben – wobei die Abgase im Wesentlichen geradewegs durch das primäre Schalldämpferrohr 64 hindurch- und in das Auspuffendrohr 76 eintreten. Dies ermöglicht eine Abgasströmung durch den Schalldämpfer 38 bei einem minimalen Anstieg des Gegendrucks. Der erste und der zweite Satz von Durchbrechungen 68, 70 und die erste und die zweite Kammer 58, 60 (insbesondere der zweite Satz von Durchbrechungen und die zweite Kammer) werden eine Geräuschdämpfung schaffen, und sie können zum Beispiel abgestimmt sein, um ein harmonisches Maschinenabgasgeräusch zu verringern.
-
Ebenso wird während des normalen Fahrbetriebs, wenn Abgase durch das Abgassystem 20 hindurchströmen, Ruß in dem Dieselpartikelfilter 30 gesammelt. Demzufolge beginnt sich der Ruß mit der Zeit in dem Partikelfilter 30 aufzubauen. An einem bestimmten Punkt wird eine Entscheidung getroffen, dass der Ruß weggebrannt werden muss (das heißt der Filter regeneriert werden muss), um ein Verstopfen des Dieselpartikelfilters 30 zu vermeiden. Die Entscheidung, wann der Regenerationsmodus ausgelöst wird, kann auf einem oder mehreren von mehreren Faktoren beruhen.
-
Zum Beispiel kann der Controller 48 die Maschinenlaufzeit, die zurückgelegte Fahrstrecke des Fahrzeugs oder den Kraftstoffverbrauch, seitdem der letzte Regenerationsprozess aufgetreten ist, beobachten und den Regenerationsprozess nach einer vorbestimmten Maschinenlaufzeitdauer, einer vorbestimmten zurückgelegten Fahrstrecke des Fahrzeugs oder einem vorbestimmten Kraftstoffverbrauch auslösen, je nachdem, wie der Fall liegt. Als ein anderes Beispiel kann der Controller 48 den Druckabfall über den Partikelfilter 30 ermitteln, indem er die Differenz des gemessenen Drucks zwischen dem stromaufwärts gelegenen Drucksensor 80 und dem stromabwärts gelegenen Drucksensor 82 berechnet, wobei der Regenerationsprozess ausgelöst wird, wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz über den Partikelfilter 30 erreicht ist. Oder der Controller 48 kann einen Rußregenerationsalgorithmus anwenden, der eine Rußaufbaumenge auf der Grundlage einer Kombination von zwei oder mehr der zuvor aufgelisteten Faktoren oder anderen Faktoren schätzt.
-
Wenn die Entscheidung getroffen wurde, dass eine Regeneration des Partikelfilters 30 notwendig ist, beginnt der Controller 48 den Regenerationsprozess. Der Controller 48 kann bewirken, dass der Regenerationsprozess auftritt, indem er das Gegendruckventil 40 betätigt, indem er den Maschinenbetrieb ändert, um eine kleine Menge an zusätzlichem Kraftstoff einzubeziehen, die spät in dem Verbrennungszyklus eingespritzt wird, oder durch eine Kombination von beidem. Die bestimmten Aktionen, die durch den Controller 48 vorgenommen werden, können von den Maschinenbetriebs- und den Fahrzeugbetriebsbedingungen ebenso wie von den Umgebungsbedingungen abhängen. Das Partikelfiltergegendruckventil 40 wird vorzugsweise nur betätigt, wenn die Maschinen-, die Fahrzeugbetriebs-, und die Umgebungsbedingungen ein Erreichen der Regenerationstemperatur in dem Partikelfilter 30 schwierig machen – zum Beispiel während eines Maschinenleerlaufs oder während eines Betriebs mit geringer Geschwindigkeit/Last, und während kalter Umgebungstemperaturen, oder wenn es wünschenswert ist, die Auspuffendrohrabgasaustrittstemperaturen zu minimieren. Das Gegendruckventil 40 kann jedoch unter anderen Bedingungen betätigt werden, falls es zum Verbessern des Regenerationsprozesses als angemessen erachtet wird.
-
Eine zweite Betriebsart tritt auf, wenn eine Regeneration benötigt wird und es wünschenswert ist, das Gegendruckventil 40 zu schließen, um die Regeneration zu bewerkstelligen. Wenn das Gegendruckventil 40 geschlossen ist, folgen die Abgase im Allgemeinen einem zweiten Schalldämpferströmungspfad – in 3 durch die zweiten Strömungspfadpfeile 88 angegeben – bei dem die Abgase durch den Kanal 52 der Einschränkung 50, das zweite Schalldämpferrohr 72, die dritte Kammer 62, das Rückführschalldämpferrohr 74, die erste Kammer 58 hindurch und über den ersten Satz von Durchbrechungen 68 in das primäre Schalldämpferrohr 64 umgeleitet werden. Die Abgase strömen dann durch das primäre Schalldämpferrohr 64 hindurch und in das Auspuffendrohr 76.
-
Die Einschränkung 50 erhöht den Gegendruck in dem Dieselpartikelfilter 30, was die Temperatur des Abgases ausreichend anhebt, um zu bewirken, dass eine Regeneration auftritt. Die Einschränkung 50 erzeugt auch eine thermodynamische Ausdehnung, während die Abgase durch die Einschränkung in das sekundäre Schalldämpferrohr 72 treten, welche die Temperatur der Abgase stromabwärts der Einschränkung 50 verringert. Zusätzlich wird der große Oberflächeninhalt des Schalldämpfers 38, durch den die umgeleiteten Abgase sich bewegen, eine zusätzliche Wärmeübertragung aus den Abgasen ermöglichen.
-
Die Ventilschließung wird durch den Controller 48 fortgesetzt, bis der gewünschte Umfang an Regeneration erreicht ist oder bis der Controller 48 bestimmt, dass es nicht länger vorteilhaft ist, das Ventil 40 geschlossen zu halten. Dies kann zum Beispiel auf einem vorbestimmten Druckabfall über den Partikelfilter 30 beruhen, der erreicht wird, auf einer vorbestimmten Länge der Regenerationszeit, einem Rußregenerationsalgorithmus, der die erreichte Menge an Rußabbrand schätzt, oder auf einem Ändern der Maschinenbetriebsbedingungen, bei denen eine hohe Abgaseinschränkung nicht länger vorteilhaft ist. Wenn die gewünschte Regeneration in dem Partikelfilter 30 oder eine angemessene Änderung der Maschinenbetriebsbedingungen erreicht ist, betätigt der Controller 48 das Gegendruckventil 40 in seine offene Stellung. Der Controller 48 beginnt dann den Prozess nochmals.
-
4 stellt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, bei der Elemente, welche die gleichen sind wie in der ersten Ausführungsform, mit denselben Nummern bezeichnet wurden, und geänderte Elemente Elementnummern der 100-Serie aufweisen. Bei dieser Ausführungsform umfasst das primäre Schalldämpferrohr 164 einen konzentrischen Helmholtz-Tuner 170, der sich in der zweiten Kammer 160 des Schalldämpfers 138 befindet, an Stelle des zweiten Satzes von Durchbrechungen. Dieser Helmholtz-Tuner 170 ist optimal abgestimmt, um Abgasgeräusche während der normalen Betriebsart zu dämpfen.
-
Andere Variationen können bei der Ausführungsform von 1–3 gemacht werden, während immer noch einige oder alle der offenbarten Vorteile bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Einschränkung, die angewendet wird, um bei geschlossenem Ventil Gegendruck zu erzeugen, verschiedene Formen annehmen. 5 stellt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei geänderte Elemente Elementnummern der 200-Serie aufweisen. Diese Ausführungsform ist der ersten und der zweiten Ausführungsform ähnlich, weist aber eine unterschiedliche Art der Gegendruckeinschränkung auf. Die Einschränkung 250 in dem Abschnitt 236 mit eingeschränkter Strömung weist einen im Wesentlichen konisch geformten, sich abwärts verjüngenden Abschnitt 252 auf, der sich dann radial nach außen erweitert, während er sich stromabwärts erstreckt, um sich mit dem sekundären Schalldämpferrohr 272 zu verbinden.
-
6 stellt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei geänderte Elemente Elementnummern der 300-Serie aufweisen. Diese Ausführungsform ist der ersten und der zweiten Ausführungsform ähnlich, weist aber eine andere Art der Gegendruckeinschränkung auf. Die Einschränkung 350 in dem Abschnitt 336 mit eingeschränkter Strömung ist ein poröses Element 352, welches den Abschnitt 336 ausfüllt, wodurch die Abgasströmung durch dieses poröse Material hindurch eingeschränkt wird.
-
7 stellt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei geänderte Elemente Elementnummern der 400-Serie aufweisen. Diese Ausführungsform ist der ersten und der zweiten Ausführungsform ähnlich, ist aber ein anderes Beispiel einer Gegendruckeinschränkung. Die Einschränkung 450 in dem Abschnitt 436 mit eingeschränkter Strömung ist ähnlich der Platte und dem einzelnen Kanal in der ersten Ausführungsform, umfasst aber mehrere kleinere Kanäle 452 zum Einschränken der Strömung.
-
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem diese Erfindung betreffenden Gebiet verschiedene alternative Gestaltungen und Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung erkennen, wie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.
