DE102009035304C5 - System zur Reinigung von Abgas - Google Patents

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Abstract

System zur Reinigung von Abgas, aufweisend einen Diesel-Partikelfilter (DPF) (40), welcher in dem Abgas enthaltenen Feinstaub (PM) fängt, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70), welcher Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff oxidiert, welche in dem Abgas enthalten sind, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100), welche in dem Abgas enthaltenes Stickstoffoxid reduziert, ein Dosier-Modul (80), welches stromaufwärts der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) angeordnet ist und ein Reduktionsmittel in das Abgas dosiert, und einen Regelungsabschnitt (160), welcher den Betrieb des Motors (10) regelt,wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (70), die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) und das Dosier-Modul (80) an einer Abgasleitung (20) montiert sind, und wobei die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) stromabwärts des Diesel-Partikelfilters (40) und des Diesel-Oxidationskatalysators (70) montiert ist, undwobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass eine Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, den Durchfluss des Abgases sowie den Motor (10) regelt, um die Abgastemperatur zu erhöhen,wobei zwischen dem Diesel-Partikelfilter (40) und dem Diesel-Oxidationskatalysator (70) an der Abgasleitung (20) ein Gegendruck-Regelungsventil (50) montiert ist, undwobei der Regelungsabschnitt (160) eingerichtet ist, den Durchfluss des Abgases zu regeln mittels Regelns des Betriebs von dem Gegendruck-Regelungsventil (50),wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70) und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100) in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, unddas Dosier-Modul (80) zwischen dem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70) und der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100) angeordnet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2008-0123537 , eingereicht am 5. Dezember 2008, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Reinigung von Abgas. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Reinigung von Abgas, welches die Abgasreinigungsleistung verbessert durch schnelles Erhöhen der Abgastemperatur auf eine Temperatur, bei der Stickstoffoxid mit einem Reduktionsmittel in einer SCR-Vorrichtung (SCR = selektive katalytische Reduktion) reagieren kann.
  • Beschreibung verwandter Technik
  • Im Allgemeinen wird Abgas, welches von einem Motor heraus durch einen Abgaskrümmer strömt, in einen katalytischen Konverter gelenkt, welcher an der Abgasleitung montiert ist, und darin gereinigt. Anschließend wird das Geräusch des Abgases reduziert, während es durch einen Dämpfer strömt, und dann wird das Abgas durch ein Auspuffrohr in die Umgebungsluft emittiert. Der katalytische Konverter ist von der Art eines Diesel-Partikelfilters (DPF) und reinigt Schadstoffe, welche in dem Abgas enthalten sind. In dem katalytischen Konverter ist ein katalytischer Träger zum Fangen von Feinstaub (PM), welcher in dem Abgas enthalten ist, und das Abgas, welches von dem Motor herausströmt, wird durch eine chemische Reaktion darin gereinigt.
  • Eine Art von katalytischen Konvertern ist eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Vorrichtung). In der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) reagieren Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Harnstoff, Ammoniak, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff (HC) besser mit Stickstoffoxid als mit Sauerstoff.
  • Gemäß einem konventionellen System zum Reinigen von Abgas sind an der Abgasleitung von einem Motor der Reihe nach ein Diesel-Partikelfilter, ein Diesel-Oxidationskatalysator und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) montiert. Daher strömt in dem Motor erzeugtes Abgas der Reihe nach durch den Diesel-Partikelfilter, den Diesel-Oxidationskatalysator und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), und in dem Abgas enthaltene Schadstoffe werden entfernt. D.h., der Diesel-Partikelfilter fängt Feinstaub (PM), welcher in dem Abgas enthalten ist; der Diesel-Oxidationskatalysator oxidiert Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff, welche in dem Abgas enthalten sind, zu Kohlenstoffdioxid; und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) reduziert Stickstoffoxid, welches in dem Abgas enthalten ist, zu Stickstoffgas.
  • Damit das Stickstoffoxid mit dem Reduktionsmittel reagieren kann, ist die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung größer oder gleich 200°C. Da die SCR-Vorrichtung an der hinteren Abgasleitung montiert ist, wird jedoch viel Zeit (zum Beispiel 270 Sek.) benötigt, um die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung auf eine Temperatur von größer als 200°C zu erhöhen, wie in 5 gezeigt. Daher wird, bevor die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) größer als 200°C ist, das in dem Abgas enthaltene Stickstoffoxid kaum reduziert und strömt nach Außen.
  • Darüber hinaus wird, wenn die Temperatur des in dem Motor erzeugten Abgases durch Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge oder durch eine Nacheinspritzung erhöht wird, die Abgaswärme aufgrund der Wärmekapazität des Diesel-Partikelfilters während einer Anfangszeit des Anhebens der Abgastemperatur kaum auf den Diesel-Oxidationskatalysator und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) übertragen.
  • Wenn die die Kraftstoffeinspritzmenge weiter erhöht wird, tritt in dem Diesel-Partikelfilter ein übermäßiger Kohlenwasserstoff-Schlupf auf.
  • Daher sollten Techniken zur Reduktion des Kohlenwasserstoff-Schlupfs, welcher in dem Diesel-Partikelfilter auftritt, und zur schnellen Erhöhung der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung entwickelt werden.
  • Die in diesem Abschnitt der Erfindung offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der den Fachleuten bereits bekannt ist.
  • DE 60200714 T2 offenbart eine Abgasemissionsreinigungsvorrichtung für einen Dieselmotor, die eine erste Abgasemissionsreinigungseinrichtung, die in einer Abgaspassage eines Motors angeordnet ist mit einem ersten Dieselpartikelfilter vom sich kontinuierlich regenerierenden Typ und einem ersten SCR-Katalysator, eine Bypassabgaspassage, die neben einer Abgaspassage an der aufstromigen Seite der ersten Abgasemissionsreinigungseinrichtung platziert ist, eine zweite Abgasemissionsreinigungseinrichtung, die in der Bypassabgaspassage angeordnet ist mit einem zweiten Dieselpartikelfilter vom kontinuierlich regenerierenden Typ und einem zweiten SCR-Katalysator, eine Zuführungseinrichtung für Reduktionsmittel für die NOx-Reinigung, die aufstromig eines Abzweigabschnittes der Bypassabgaspassage angeordnet ist, eine Abgastemperaturbereichserfassungseinrichtung für das Erfassen eines Abgastemperaturbereichs des Motors, eine Abgastemperaturerhöhungseinrichtung für das Erhöhen der Abgastemperatur mittels einer Kombination eines Einlaßdrosselventils und eines Abgaseinführmechanismus für das Öffnen einer Abgaspassage eines Zylinders während eines Ansaugstoßes, eine Kanalschalteinrichtung für das Steuern des Flusses des Abgases zu der Bypassabgaspassage und eine Steuereinrichtung für das Steuern der Abgastemperaturerhöhungseinrichtung und der Kanalschalteinrichtung entsprechend eines Abgastemperaturbereichs aufweist, der durch die Abgastemperaturbereichserfassungseinrichtung erfasst wurde, wobei die Steuereinrichtung derart konstruiert ist, dass, wenn die Abgastemperaturbereichserfassungseinrichtung erfasst, dass die Abgastemperatur innerhalb eines vorbestimmten Tieftemperaturbereichs ist, die Abgastemperaturerhöhungseinrichtung die Abgastemperatur erhöht, und die Kanalschalteinrichtung den Kanal in solch einer Art und Weise schaltet, dass das Abgas durch die Bypassabgaspassage strömt und nachdem sie veranlasst hat, dass das Abgas durch die zweite Abgasemissionsreinigungseinrichtung hindurchtritt, veranlasst, dass das Abgas durch die erste Abgasemissionsreinigungseinrichtung tritt. DE 60302555 T2 offenbart einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine und ein Kraftfahrzeug, welches einen solchen Abgasstrang aufweist, und DE 112006002021 T5 offenbart ein Abgasreinigungsgerät.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein System zur Reinigung von Abgas bereitzustellen, welches Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Abgasreinigungsleistung aufweist durch ein schnelles Erhöhen der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Reinigung von Abgas gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
  • Erfindungsgemäß ist ein System zur Reinigung von Abgas gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Gestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das System zur Reinigung von Abgas einen Diesel-Partikelfilter (DPF), welcher in dem Abgas enthaltenen Feinstaub (PM) fängt, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC), welcher Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff oxidiert, welche in dem Abgas enthalten sind, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), welche in dem Abgas enthaltenes Stickstoffoxid reduziert, ein Dosier-Modul, welches stromaufwärts der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet ist und ein Reduktionsmittel in das Abgas dosiert, und einen Regelungsabschnitt auf, welcher den Betrieb des Motors regelt, wobei der Diesel-Partikelfilter, der Diesel-Oxidationskatalysator, die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion und das Dosier-Modul an einer Abgasleitung montiert sind, und wobei die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion stromabwärts des Diesel-Partikelfilters und des Diesel-Oxidationskatalysators montiert ist, und wobei der Regelungsabschnitt für den Fall, dass eine Wärmemodus-Eintrittsbedingung oder Heizmodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, den Durchfluss des Abgases sowie den Motor regelt, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
  • Die Wärmemodus-Eintrittsbedingung oder Heizmodus-Eintrittsbedingung kann zum Beispiel erfüllt sein, wenn eine Kühlmitteltemperatur, eine Außentemperatur des Fahrzeugs, eine Motoröl-Temperatur und die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der Abgasleitung jeweils größer sind als vorbestimmte Wert und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit.
  • Das Gegendruck-Regelungsventil ist zwischen dem Diesel-Partikelfilter und dem Diesel-Oxidationskatalysator an der Abgasleitung montiert, wobei der Regelungsabschnitt eingerichtet ist, den Durchfluss des Abgases zu regeln mittels Regelns des Betriebs von dem Gegendruck-Regelungsventil.
  • Der Regelungsabschnitt kann für den Fall, dass die Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, ermitteln, ob eine Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, wobei der Regelungsabschnitt für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, das Gegendruck-Regelungsventil regelt, um die Menge von Abgas, welches durch das Gegendruck-Regelungsventil strömt, zu reduzieren, und den Motor regelt, um eine schnelle Erwärmung durchzuführen.
  • Die schnelle Erwärmung des Motors kann zum Beispiel durchgeführt werden mittels Regelns der Öffnung eines Drosselventils, der Einspritzzeitvorgabe für einen Injektor oder eine Einspritzdüse und der Einspritzmenge davon gemäß einem ersten vorbestimmten Muster.
  • Der Regelungsabschnitt kann für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung nicht erfüllt ist, das Gegendruck-Regelungsventil öffnen und den Motor regeln, um ein normales Aufwärmen durchzuführen.
  • Das normale Aufwärmen kann zum Beispiel durchgeführt werden mittels Regelns der Öffnung eines Drosselventils, der Einspritzzeitvorgabe für einen Injektor oder eine Einspritzdüse und der Einspritzmenge davon gemäß einem zweiten vorbestimmten Muster.
  • Die Schnellwärme-Bedingung kann zum Beispiel erfüllt sein, wenn die Abgastemperatur zwischen dem Diesel-Partikelfilter und dem Diesel-Oxidationskatalysator niedriger ist als eine erste vorbestimmte Temperatur.
  • Das normale Aufwärmen kann zum Beispiel kontinuierlich durchgeführt werden, bis eine Wärmemodus-Austrittsbedingung erfüllt ist, wobei die Wärmemodus-Austrittsbedingung erfüllt ist, wenn die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion größer ist als eine zweite vorbestimmte Temperatur.
  • Der Diesel-Partikelfilter, der Diesel-Oxidationskatalysator und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion sind der Reihe nach angeordnet, und zwar insbesondere ausgehend von dem Motor.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das System zur Reinigung eines Abgases einen Diesel-Partikelfilter, welcher Feinstaub, welcher in dem Abgas enthalten ist, fängt, einen Diesel-Oxidationskatalysator, welcher Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff, welche in dem Abgas enthalten sind, oxidiert, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, welche Stickstoffoxid reduziert, welches in dem Abgas enthalten ist, und ein Dosier-Modul aufweisen, welches stromaufwärts der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion angeordnet ist und welches ein Reduktionsmittel in das Abgas dosiert, wobei der Diesel-Partikelfilter, der Diesel-Oxidationskatalysator, das Dosier-Modul und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion der Reihe nach an einer Abgasleitung von einem Motor montiert sind, wobei das System ferner einen Regelungsabschnitt aufweisen kann, welcher den Betrieb des Motors regelt, wobei der Regelungsabschnitt den Betrieb des Motors regelt, um für den Fall, dass eine Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, die Abgastemperatur zu erhöhen, und wobei der Regelungsabschnitt für den Fall, dass eine Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, den Motor regelt, um die Menge an Abgas, welche von dem Diesel-Partikelfilter zu dem Diesel-Oxidationskatalysator strömt, zu reduzieren, und um ein schnelles Aufwärmen durchzuführen.
  • Der Regelungsabschnitt kann für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung nicht erfüllt ist, den Motor zum Beispiel derart regeln, dass dieser keine Abgasreduktionsregelung durchführt, sondern ein normales Aufwärmen durchführt.
  • Die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung kann zum Beispiel kontinuierlich durchgeführt werden, bis die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion größer ist als eine vorbestimmte Temperatur.
  • Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, welche im Detail ersichtlich sind aus und dargelegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zur Reinigung von Abgas gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, welches die Eingangs- und Ausgangs-Verknüpfungen eines Regelungsabschnitts zeigt, der ein System zum Reinigen von Abgas gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung regelt.
    • 3 ist ein Flussdiagramm zur Regelung der Abgastemperatur unter Verwendung eines Systems zur Reinigung des Abgases gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 ist ein Diagramm, welches die Abgastemperatur an jedem Abschnitt einer Abgasleitung für den Fall zeigt, dass ein System zur Reinigung von Abgas gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 5 ist ein Diagramm, welches die Abgastemperatur an jedem Abschnitt einer Abgasleitung für den Fall zeigt, dass ein konventionelles System zum Reinigen von Abgas verwendet wird.
  • Es sollte verstanden werden, dass die angehängten Zeichnungen nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sind und eine ein wenig vereinfachte Wiedergabe verschiedener Merkmale darstellen, welche die grundlegenden Prinzipien der Erfindung darstellen.
  • Die speziellen Designmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, zum Beispiel einschließlich der spezifischen Dimensionen, Orientierungen, Positionen und Formen, werden teilweise durch die speziell beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt werden.
  • In der Zeichnung beziehen sich die Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren der Zeichnung auf dieselben oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung gezeigt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit als Beispiel dienenden Ausführungsformen beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu beschränken. Hingegen soll die Erfindung dazu dienen, nicht nur die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abzudecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche von dem Geist und dem Umfang der Erfindung umfasst sind, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zur Reinigung von Abgas gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt ist, passiert oder strömt ein Abgas, welches in einem Motor 10 erzeugt wird, der Reihe nach durch einen Diesel-Partikelfilter (DPF) 40, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 70, ein Dosier-Modul 80 und eine Vorrichtung 100 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), und Schadstoffe, welche in dem Abgas enthalten sind, werden in diesem Prozess gereinigt. Anschließend strömt das Abgas durch ein Auspuffrohr 110 in die Umgebung. Der DPF 40, der DOC 70, das Dosier-Modul 80 und die SCR-Vorrichtung 100 sind an einer Abgasleitung 20 montiert.
  • Der Motor 10 weist eine Mehrzahl von Zylindern auf zum Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches. Der Zylinder ist verbunden mit einem Ansaugkrümmer, um das Luft-KraftstoffGemisch zu erhalten, und der Ansaugkrümmer ist verbunden mit einer Ansaugleitung, um Luft zu erhalten.
  • Darüber hinaus ist der Zylinder mit einem Abgaskrümmer verbunden, und das in einem Verbrennungsprozess erzeugte Abgas wird in dem Abgaskrümmer gesammelt. Der Abgaskrümmer ist mit der Abgasleitung 20 verbunden.
  • Der DPF 40 ist stromabwärts des Motors 10 montiert. Der DPF 40 fängt Feinstaub (PM), welcher in dem Abgas enthalten ist, und regeneriert den gefangenen PM (z.B. Ruß). Im Allgemeinen beginnt die Regeneration des Rußes, wenn die Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass des DPF 40 größer ist als ein vorbestimmter Druck (ungefähr 20-30kpa).
  • Darüber hinaus ist stromaufwärts des DPF 40 ein erster Temperatursensor 30 an der Abgasleitung 20 montiert, welcher eine Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DPF 40 detektiert. Hier wird die Abgas-Gas-Temperatur Abgastemperatur genannt.
  • Darüber hinaus ist stromabwärts des DPF 40 ein Gegendruck-Regelventil (BPCV) 50 an der Abgasleitung 20 montiert, welches die Menge an Abgas, welche von dem DPF 40 zu dem DOC 70 strömt, regelt.
  • Um die Abgasreinigungsleistung zu verbessern, kann ein Oxidationskatalysator in Form einer Beschichtung in dem DPF 40 vorgesehen sein.
  • Der DOC 70 ist stromabwärts des DPF 40 montiert und erhält das Abgas, aus dem der PM durch den DPF 40 entfernt wurde. In dem DOC 70 ist ein Oxidationskatalysator in der Form einer Beschichtung vorgesehen, um Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenstoffmonoxid (CO) zu Kohlenstoffdioxid CO2 zu oxidieren. Platin oder Palladium werden hauptsächlich für den Oxidationskatalysator verwendet.
  • Ein zweiter Temperatursensor 60 ist stromaufwärts des DOC 70 an der Abgasleitung 20 montiert und detektiert die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt des DOC 70.
  • Das Dosier-Modul 80 ist zwischen dem DOC 70 und der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion 100 montiert und dosiert ein Reduktionsmittel in das Abgas, welches in dem DOC 70 oxidiert wurde. Das Reduktionsmittel kann zum Beispiel Ammoniak sein. Üblicherweise wird über das Dosier-Modul 80 Harnstoff in das Abgas dosiert, und der Harnstoff wird abgebaut zu Ammoniak.
  • D.h., der Harnstoff wird mittels folgender chemischer Reaktion zu Ammoniak (NH3) abgebaut: (NH2)2CO→ NH3 + HNCO HNCO + H2O → NH3 + CO2
  • Das mit dem Reduktionsmittel vermischte Abgas wird der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reaktion 100 zugeführt. Darüber hinaus wird Oxidationswärme erzeugt, wenn in dem DOC 70 eine Oxidationsreaktion abläuft, und die Oxidationswärme wird auch auf die SCR-Vorrichtung 100 übertragen.
  • Die Vorrichtung 100 zur selektiven katalytischen Reaktion ist stromabwärts des Dosier-Moduls 80 montiert und weist einen Zeolith-Katalysator auf, an bzw. in dem Übergangselemente ionenausgetauscht sind. Die SCR-Vorrichtung 100 reduziert Stickstoffoxide (NOx), welche in dem Abgas enthalten sind, zu Stickstoffgas N2 unter Verwendung des Reduktionsmittels, um das NOx aus dem Abgas zu entfernen.
  • Die in der SCR-Vorrichtung 100 durchgeführten Reaktionsgleichungen sind wie folgt: 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O 2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O 8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O
  • Darüber hinaus ist stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 100 ein dritter Temperatursensor 90 an der Abgasleitung 20 montiert, welcher die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 detektiert.
  • Der DOC 70 kann auch stromaufwärts des DPF 40 angeordnet sein.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, welches die Eingangs- und Ausgangs-Beziehungen eines Regelungsabschnitts zeigt, welcher ein System zur Reinigung eines Abgases gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung regelt.
  • Der Regelungsabschnitt 160 führt eine Abgastemperatur-Erhöhungsregelung durch unter Verwendung von Regelungsparametern, welche von den jeweiligen Sensoren 120, 130, 140, 30, 60, 90 und 150 erhalten werden, und die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung wird im Detail beschrieben.
  • Ein Kühlmittel-Temperatursensor 120 detektiert eine Kühlmitteltemperatur und überträgt oder übermittelt ein entsprechendes Signal an den Regelungsabschnitt 160.
  • Ein Außentemperatursensor 130 detektiert eine Außentemperatur des Fahrzeugs und überträgt ein entsprechendes Signal an den Regelungsabschnitt 160.
  • Ein Öl-Temperatursensor 140 detektiert die Temperatur des Motoröls und überträgt ein entsprechendes Signal an den Regelungsabschnitt 160.
  • Der erste Temperatursensor 30 detektiert die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DPF 40 und überträgt ein entsprechendes Signal an den Regelungsabschnitt 160.
  • Der zweite Temperatursensor 60 detektiert die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DOC 70 und übermittelt ein entsprechendes Signal an den Regelungsabschnitt 160.
  • Der dritte Temperatursensor 90 detektiert die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 und übermittelt ein entsprechendes Signal an dem Regelungsabschnitt 160.
  • Ein Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor 150 detektiert eine Fahrzeuggeschwindigkeit und übermittelt ein entsprechendes Signal an dem Regelungsabschnitt 160.
  • Der Regelungsabschnitt 160 ermittelt unter Verwendung der Regelungsparameter, ob eine Wärmemodus- oder Heizmodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, ob eine Schnellwärme- oder Schnellheiz-Bedingung erfüllt ist und ob eine Wärmemodus- oder Heizmodus-Austrittsbedingung erfüllt ist.
  • Darüber hinaus regelt der Regelungs-Abschnitt 160 basierend auf dem Resultat der obigen Ermittlung ein Drosselventil 170, einen Injektor oder eine Einspritzdüse 180, das Gegendruck-Regelungsventil 50 und das Dosier-Modul 80.
  • Der in dem Regelungsabschnitt 160 durchgeführte Regelungsfluss wird im Folgenden im Detail beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm zur Regelung der Abgastemperatur unter Verwendung eines Systems zur Reinigung des Abgases gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 3 gezeigt, detektieren die jeweiligen Sensoren 120, 130, 140, 30, 60, 90 und 150 bei dem Schritt S200 Regelungsparameter und übermitteln die entsprechenden Signale an den Regelungsabschnitt 160.
  • Der Regelungsabschnitt 160 bestimmt oder ermittelt bei dem Schritt S210 basierend auf den Regelungsparametern, ob die Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist. Die Wärmemodus-Eintrittsbedingung ist erfüllt, wenn die Kühlmitteltemperatur, die Außentemperatur des Fahrzeugs, die Temperatur des Motoröls und die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Abgasleitung jeweils größer sind als vorbestimmte Werte und die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit. D.h., der Regelungsabschnitt 160 ermittelt unter Verwendung der Kühlmitteltemperatur, der Außentemperatur des Fahrzeugs, der Öltemperatur des Motors und der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Abgasleitung, ob der Motor 10 normal arbeitet bzw. normal betrieben wird, und bestimmt für den Fall, dass der Motor 10 normal betrieben wird, dass eine Erwärmung des Abgases benötigt wird. Wenn jedoch die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit ist, bestimmt der Regelungsabschnitt 160, dass eine Erwärmung des Abgases nicht benötigt wird, da die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 hoch ist.
  • Wenn die Wärmemodus-Eintrittsbedingung bei dem Schritt S210 nicht erfüllt ist, beendet der Regelungsabschnitt 160 die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung.
  • Wenn hingegen die Wärmemodus-Eintrittsbedingung bei dem Schritt S210 erfüllt ist, ermittelt der Regelungsabschnitt 160 bei dem Schritt S220, ob die Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist. Die Schnellwärme-Bedingung ist erfüllt, wenn die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DOC 70, welche mittels des zweiten Temperatursensors 60 detektiert wird, niedriger ist als eine erste vorbestimmte Temperatur (z.B. 150°C).
  • Wenn bei dem Schritt S220 die Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, schließt der Regelungsabschnitt 160 das Gegendruck-Regelungsventil 50 bei dem Schritt S230 und führt bei dem Schritt S240 eine Schnellwärme-Regelung durch. Wenn das Gegendruck-Regelungsventil 50 geschlossen wird, wird die Menge an Abgas, welche von dem DPF 40 zu dem DOC 70 strömt, reduziert. Gemäß einer solchen Abgasreduktionsregelung wird das dem DOC 70 zugeführte Abgas in einem Bereich reduziert, in dem der Motor 10 seinen Zündungs-An-Zustand aufrecht erhält.
  • Darüber hinaus wird die Schnellwärme-Regelung durchgeführt mittels Regelns der Öffnung des Drosselventils 170, der Einspritzzeitvorgabe der Einspritzdüse 180 (hier sowohl der Haupteinspritzdüse als auch der Einspritzdüse für die Nacheinspritzung) und der Einspritzmenge gemäß einem vorbestimmten Muster oder einer vorbestimmten Struktur. Die vorbestimmte Struktur oder das vorbestimmte Muster werden ermittelt durch eine Vielzahl von Experimenten und werden in dem Regelungsabschnitt 160 gespeichert.
  • Die Schritte S230 und S240 werden kontinuierlich durchgeführt, bis die Schnellwärme-Bedingung nicht erfüllt ist.
  • Wenn die Schnellwärme-Bedingung bei dem Schritt S220 nicht erfüllt ist, öffnet der Regelungsabschnitt 160 das Gegendruck-Regelungsventil 50 bei dem Schritt S250 und führt eine normale Wärmeregelung bei dem Schritt S260 durch. Wenn das Gegendruck-Regelungsventil 50 geöffnet wird, wird die Menge an Abgas, welche von dem DPF 40 zu dem DOC 70 strömt, nicht reduziert.
  • Darüber hinaus wird die normale Wärmeregelung durchgeführt mittels Regelns der Öffnung des Drosselventils 170, der Einspritzzeitvorgabe der Einspritzdüse 180 (hier von sowohl der Haupteinspritzdüse als auch der Einspritzdüse für die Nacheinspritzung) und der Einspritzmenge gemäß einem anderen vorbestimmten Muster, welches unterschiedlich ist gegenüber dem vorbestimmten Muster der Schnellwärme-Regelung. Dieses andere vorbestimmte Muster wird ermittelt mittels einer Vielzahl von Experimenten und ist in dem Regelungsabschnitt 160 gespeichert.
  • Anschließend ermittelt der Regelungsabschnitt 160 bei dem Schritt S270, ob die Wärmemodus-Austrittsbedingung erfüllt ist. Die Wärmemodus-Austrittsbedingung ist erfüllt, wenn die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DOC 100 höher ist als eine zweite vorbestimmte Temperatur (z.B. 200°C).
  • Wenn die Wärmemodus-Austrittsbedingung bei dem Schritt S270 nicht erfüllt ist, führt der Regelungsabschnitt 160 kontinuierlich die Schritte S250 und S260 durch.
  • Wenn die Wärmemodus-Austrittsbedingung bei dem Schritt S270 erfüllt ist, beendet der Regelungsabschnitt 160 die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung. D.h., da die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt des DOC 100 auf eine Temperatur erhöht ist, bei der die Reduktionsreaktion von Stickstoffoxid auftritt, führt der Regelungsabschnitt 160 die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung nicht durch.
  • 4 ist ein Diagramm, welches die Abgastemperatur an jedem Abschnitt einer Abgasleitung für den Fall zeigt, dass ein System zur Reinigung des Abgases gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, ist in dem Fall, dass ein System zur Reinigung des Abgases gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beträgt die Zeit oder Zeitspanne zur Erhöhung der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 auf eine Temperatur von größer als 200°C ungefähr 220 Sekunden. D.h., die Zeitspanne zum Erhöhen der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 auf eine Temperatur von größer als 200°C ist bei der als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um 50 bis 60 Sekunden schneller bzw. kürzer als bei einem konventionellen System zur Reinigung des Abgases. Da die Zeit zur Erhöhung der Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der SCR-Vorrichtung 100 auf eine Temperatur von größer als 200°C verkürzt wird, steigt die Abgasreinigungsleistung an.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Abgastemperatur stromabwärts des Diesel-Partikelfilters gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schnell erhöht werden durch Regelung der Menge an Abgas, welche von dem Diesel-Partikelfilter zu dem Diesel-Oxidationskatalysator strömt, und durch Durchführen einer Abgaswärmeregelung. Folglich kann auch die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion schnell erhöht werden.
  • Darüber hinaus kann die Abgasreinigungsleistung verbessert werden, da die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion schnell erhöht wird.
  • Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde dargestellt zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein und soll nicht dazu dienen, die Erfindung auf die speziell offenbarten Formen zu beschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die als Beispiel dienenden Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu beschreiben, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und zu verwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche, welche hieran angehängt sind, und ihre Äquivalente definiert ist.

Claims (13)

  1. System zur Reinigung von Abgas, aufweisend einen Diesel-Partikelfilter (DPF) (40), welcher in dem Abgas enthaltenen Feinstaub (PM) fängt, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70), welcher Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff oxidiert, welche in dem Abgas enthalten sind, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100), welche in dem Abgas enthaltenes Stickstoffoxid reduziert, ein Dosier-Modul (80), welches stromaufwärts der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) angeordnet ist und ein Reduktionsmittel in das Abgas dosiert, und einen Regelungsabschnitt (160), welcher den Betrieb des Motors (10) regelt, wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (70), die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) und das Dosier-Modul (80) an einer Abgasleitung (20) montiert sind, und wobei die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) stromabwärts des Diesel-Partikelfilters (40) und des Diesel-Oxidationskatalysators (70) montiert ist, und wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass eine Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, den Durchfluss des Abgases sowie den Motor (10) regelt, um die Abgastemperatur zu erhöhen, wobei zwischen dem Diesel-Partikelfilter (40) und dem Diesel-Oxidationskatalysator (70) an der Abgasleitung (20) ein Gegendruck-Regelungsventil (50) montiert ist, und wobei der Regelungsabschnitt (160) eingerichtet ist, den Durchfluss des Abgases zu regeln mittels Regelns des Betriebs von dem Gegendruck-Regelungsventil (50), wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70) und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100) in der genannten Reihenfolge angeordnet sind, und das Dosier-Modul (80) zwischen dem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) (70) und der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) (100) angeordnet ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, wenn eine Kühlmitteltemperatur, eine Außentemperatur des Fahrzeugs, eine Motoröl-Temperatur und die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der Abgasleitung (20) jeweils größer sind als vorbestimmte Wert und wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit.
  3. System nach Anspruch 1, wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass die Wärmemodus-Eintrittsbedingung erfüllt ist, ermittelt, ob eine Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, und wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, das Gegendruck-Regelungsventil (50) regelt, um die Menge von Abgas, welches durch das Gegendruck-Regelungsventil (50) strömt, zu reduzieren, und den Motor (10) regelt, um eine schnelle Erwärmung durchzuführen.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die schnelle Erwärmung des Motors (10) durchgeführt wird mittels Regelns der Öffnung eines Drosselventils, der Einspritzzeitvorgabe für einen Injektor und der Einspritzmenge davon gemäß einem ersten vorbestimmten Muster.
  5. System nach Anspruch 3, wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung nicht erfüllt ist, das Gegendruck-Regelungsventil (50) öffnet und den Motor (10) regelt, um ein normales Aufwärmen durchzuführen.
  6. System nach Anspruch 5, wobei das normale Aufwärmen durchgeführt wird mittels Regelns der Öffnung eines Drosselventils, der Einspritzzeitvorgabe für einen Injektor und der Einspritzmenge davon gemäß einem zweiten vorbestimmten Muster.
  7. System nach Anspruch 3, wobei die Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, wenn die Abgastemperatur zwischen dem Diesel-Partikelfilter (40) und dem Diesel-Oxidationskatalysator (70) niedriger ist als eine erste vorbestimmte Temperatur.
  8. System nach Anspruch 5, wobei das normale Aufwärmen kontinuierlich durchgeführt wird, bis eine Wärmemodus-Austrittsbedingung erfüllt ist.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die Wärmemodus-Austrittsbedingung erfüllt ist, wenn die Abgastemperatur an einem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) größer ist als eine zweite vorbestimmte Temperatur.
  10. System nach Anspruch 1, wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (70) und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) ausgehend von dem Motor (10) der Reihe nach angeordnet sind.
  11. System nach Anspruch 1, wobei der Diesel-Partikelfilter (40), der Diesel-Oxidationskatalysator (70), das Dosier-Modul (80) und die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) der Reihe nach an einer Abgasleitung (20) von einem Motor (10) montiert sind und wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass eine Schnellwärme-Bedingung erfüllt ist, den Motor (10) regelt, um die Menge an Abgas, welche von dem Diesel-Partikelfilter (40) zu dem Diesel-Oxidationskatalysator (70) strömt, zu reduzieren, und um ein schnelles Aufwärmen durchzuführen.
  12. System nach Anspruch 11, wobei der Regelungsabschnitt (160) für den Fall, dass die Schnellwärme-Bedingung nicht erfüllt ist, den Motor (10) derart regelt, dass dieser keine Abgasreduktionsregelung durchführt, sondern ein normales Aufwärmen durchführt.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die Abgastemperatur-Erhöhungsregelung kontinuierlich durchgeführt wird, bis die Abgastemperatur an dem vorderen Abschnitt der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (100) größer ist als eine vorbestimmte Temperatur.
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