DE102010022940B4 - Abgaspartikelfiltersystem, Abgasbehandlungssystem sowie Verfahen zum Regenerieren eines Abgasfilters - Google Patents

Abgaspartikelfiltersystem, Abgasbehandlungssystem sowie Verfahen zum Regenerieren eines Abgasfilters Download PDF

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Abstract

Abgaspartikelfiltersystem für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend:
einen Verbrennungsmotor (12);
eine Abgasleitung (14), die in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor (12) steht und ausgelegt ist, Abgas (16) von diesem aufzunehmen;
eine Kohlenwasserstoffversorgung (63), die mit der Abgasleitung (14) für Zufuhr eines Kohlenwasserstoffs (65) zu dieser und zur Bildung eines Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches darin verbunden ist und mit dieser in Fluidverbindung steht;
eine Partikelfilteranordnung (28), die mit der Abgasleitung (14) in Fluidverbindung steht und ausgelegt ist, das Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisch aufzunehmen, wobei die Partikelfilteranordnung (28) umfasst:
einen in der Partikelfilteranordnung (28) angeordneten Abgasfilter (30) zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas (16); und
eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (50), die in der Partikelfilteranordnung (28) stromaufwärts des Abgasfilters (30) angeordnet und heizbar ist, um Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches auszulösen, um das Abgas (16) zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen;
dadurch gekennzeichnet , dass
das Abgaspartikelfiltersystem weiterhin eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) umfasst, die in der Partikelfilteranordnung (28) zwischen der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) und dem Abgasfilter (30) angeordnet ist und ausgelegt ist, um weitere Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches stromabwärts der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) auszulösen, um das Abgas (16) weiter zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgaspartikelfiltersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Abgasbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 zum Regenerieren eines Abgaspartikelfiltersystems, wie beispielsweise aus der DE 10 2008 039 585 A1 bekannt.
  • Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften DE 696 35 935 T2 , DE 100 62 956 A1 , EP 0 405 310 A2 , US 2007 / 0 056 268 A1 und US 6 021 639 A verwiesen.
  • Das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßene Abgas ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen wie Kohlenmonoxid („CO“), unverbrannte Kohlenwasserstoffe („HC“) und Stickoxide („NOx“) sowie Materialien kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial („PM“) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise auf Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einer Dieselmotor-Abgasanlage vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile zu ungeregelten Abgaskomponenten umzuwandeln.
  • Eine Abgasbehandlungstechnologie, die für hohe Werte von Partikelmaterialreduktion verwendet wird, ist die Dieselpartikeltfilter-Vorrichtung („DPF-Vorrichtung“). Es gibt mehrere bekannte Filterstrukturen, die in DPF verwendet werden und die Wirksamkeit beim Entfernen des Partikelmaterials aus dem Abgas gezeigt haben, beispielsweise keramische Wabenwandstromfilter, Wickel- oder Packfaserfilter, offenzellige Schäume, Sintermetallfasern, etc. Keramische Wandstromfilter haben bei Kraftfahrzeuganwendungen signifikante Akzeptanz gefunden.
  • Der Filter ist eine physikalische Struktur zum Entfernen von Partikeln aus Abgas, und dadurch hat das Ansammeln von gefilterten Partikeln die Wirkung des Steigerns des vom Motor erfahrenen Abgasanlagen-Gegen-drucks. Um Gegendrucksteigerungen, die durch das Ansammeln von Abgaspartikeln hervorgerufen werden, anzugehen, wird der DPF regelmäßig gereinigt oder regeneriert. Die Regeneration eines DPF ist bei Fahrzeuganwendungen typischerweise automatisch und wird von einem Motor oder anderen Steuergerät beruhend auf Signalen, die von Motor- und Abgasanlagensensoren erzeugt werden, gesteuert. Der Regenerationsvorgang umfasst das Anheben der Temperatur des DPF auf Werte, die häufig über 600°C liegen, um die angesammelten Partikel zu verbrennen.
  • Ein Verfahren zum Erzeugen der in der Abgasanlage für Regeneration des DPF erforderlichen Temperaturen ist das Zuführen von unverbranntem HC zu einer Oxidationskatalysatorvorrichtung, die stromaufwärts des DPF angeordnet ist. Das HC kann durch Einspritzen von Kraftstoff direkt in die Abgasanlage zugeführt werden oder kann durch „übermäßige Kraftstoffzufuhr“ zum Motor, was zu einem Austreten von unverbranntem HC aus dem Motor in dem Abgas führt, verwirklicht werden. Das HC wird in der Oxidationskatalysatorvorrichtung oxidiert, was zu einer exothermen Reaktion führt, die die Temperatur des Abgases anhebt. Das erwärmte Abgas bewegt sich stromabwärts zu dem DPF und verbrennt die Partikelansammlung. Ein Nachteil dieses Regenerationsverfahrens ist, dass die Zufuhr von unverbranntem HC zu der Motorabgasanlage den Wirkungsgrad des Motors/Fahrzeugs verringert, da der Kraftstoff nicht verwendet wird, um nutzbare Arbeit zu erbringen. Abhängig von der Zufuhrstelle des HC kann ferner der Wärmeverlust zu dem Motor und der Abgasanlage stromaufwärts des DPF signifikant sein; was den Wirkungsgrad des Systems weiter verringert. In Fällen, in denen Kraftstoff durch übermäßiges Zuführen von Kraftstoff zu dem Motor geliefert wird, kann auch etwas Kraftstoff die Kolben umgehen, was zu einer unerwünschten Kraftstoffverdünnung des Motoröls führt.
  • Ein anderes Verfahren zum Erzeugen von Temperaturen, die ausreichend sind, um den DPF zu regenerieren, umfasst die Anordnung einer elektrischen Heizvorrichtung benachbart zu der stromaufwärts liegenden Seite des Filters. Eingeschaltet dient die elektrische Heizvorrichtung dazu, Wärmeenergie zu der stromaufwärts liegenden Seite des Filters zu liefern, die für die Zündung der gefilterten Partikel ausreicht. Ein Nachteil dieses Regenerationsverfahrens ist, dass es erhebliche elektrische Leistung benötigt, um effektiv zu arbeiten, was für den Wirkungsgrad von Motor/Fahrzeug nachteilig ist. Ferner wird die Verbrennung von Partikeln an dem vorderen oder stromaufwärts liegenden Ende des DPF-Filters ausgelöst, und eine vollständige Regeneration des Filters stützt sich auf die Ausbreitung der Verbrennung durch die gesamte Vorrichtung.
  • Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Abgaspartikelfiltersystem, ein Abgasbehandlungssystem sowie ein Verfahren zum Regenerieren eines DPF vorzusehen, das für effizienten Betrieb desselben zu verringertem Verbrauch von HC und geringerem Strombedarf führt.
  • Diese Aufgabe wir mit einem Abgaspartikelfiltersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einem Abgasbehandlungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 3 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
  • Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen ohne Weiteres aus der folgenden eingehenden Beschreibung der besten Methoden zum Ausführen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen hervor.
  • Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten gehen lediglich beispielhaft aus der folgenden eingehenden Beschreibung der Ausführungsformen hervor, wobei die eingehende Beschreibung sich auf die Zeichnungen bezieht. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Abgasbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor;
    • 2 eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Dieselpartikelfiltervorrichtung, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
    • 3 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Dieselpartikelfiltervorrichtung, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert.
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
  • Unter Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, für die Reduktion von regulierten Abgasbestandteilen eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors 12, gerichtet. Es versteht sich, dass der Dieselmotor 12 lediglich beispielhafter Natur ist und dass die hierin beschriebene Erfindung in verschiedenen Motorsystemen implementiert werden kann, die einen Abgaspartikelfilter implementieren. Solche Motorsysteme können Benzindirekteinspritzsysteme und homogene Kompressionszündungsmotorsysteme umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Für einfache Beschreibung und Erläuterung wird die Offenbarung im Kontext eines Dieselmotors 12 erläutert.
  • Das Abgasbehandlungssystem umfasst eine Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, die dazu dienen, Abgas 16 von dem Dieselmotor 12 zu den verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 zu befördern. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen können eine erste Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung („DOC1“) 18 umfassen. Die DOC1 kann ein Durchström-Monolithsubstrat 20 aus Metall oder Keramik umfassen, das in einer (nicht gezeigten) anschwellenden Matte einwickelt ist, die sich bei Erwärmen weitet, was das Substrat, das in einem Edelstahlmantel oder Kanister 21 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 verpackt ist, sichert und isoliert. Das Substrat 20 weist eine (nicht gezeigte) darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung auf. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgebracht sein und kann Platingruppenmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidieren Katalysatoren oder eine Kombination derselben enthalten. Die DOC1 18 ist beim Behandeln von unverbranntem gasförmigen und nicht flüchtigen HC und CO brauchbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
  • Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“) 22 kann stromabwärts der DOC1 18 angeordnet werden. In zu DOC1 ähnlicher Weise kann die SCR 22 ebenfalls ein Durchström-Monolithsubstrat 24 aus Metall oder Keramik umfassen, das in einer (nicht gezeigten) anschwellenden Matte einwickelt ist, die sich bei Erwärmen weitet, was das Substrat, das in einem Edelstahlmantel oder Kanister 25 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 verpackt ist, sichert und isoliert. Das Substrat 24 weist eine (nicht gezeigte) darauf aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung auf. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung enthält vorzugsweise einen Zeolith und ein oder mehrere unedle Metallkomponenten, beispielsweise Eisen („Fe“), Kobalt („Co“), Kupfer („Cu“) oder Vanadium, die effizient arbeiten, um NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 bei Vorhandensein eines Reduktionsmittels wie Ammoniak (,NH3") umzuwandeln. Das von einem Reduktionsmittelzufuhrtank 19 durch die Leitung 17 zugeführte NH3-Reduktionsmittel 23 kann an einer Stelle stromaufwärts der SCR 22 unter Verwenden eines Injektors 26, der mit der Leitung 17 in Fluidverbindung steht, oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem Abgas 16 in die Abgasleitung 14 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel kann in Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann in dem Injektor 26 mit Luft gemischt werden, um die Verteilung des eingespritzten Sprühnebels zu unterstützen. Ein Mischer oder Wirbelelement 27 kann ebenfalls in der Abgasleitung 14 in großer Nähe zu dem Injektor 26 angeordnet sein, um das sorgfältige Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas 16 weiter zu unterstützen.
  • Unter Bezug auf 1 und 2 ist eine Abgasfilteranordnung, in diesem Fall eine Dieselpartikelfilteranordnung („DPF“) 28, in dem Abgasbehandlungssystem 10 stromabwärts der SCR 22 angeordnet und arbeitet, um Kohlenstoff und andere Partikel aus dem Abgas 16 zu filtern. Die DPF 28 kann unter Verwenden eines keramischen Wandstrom-Monolithfilters 30, 2, konstruiert sein, der in einer anschwellenden Matte 33 einwickelt ist, die sich bei Erwärmen weitet, was den Filter, der in einem Edelstahlmantel oder Kanister 31 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 verpackt ist, sichert und isoliert. Der keramische Wandstrom-Monolith weist mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Kanäle 32 auf, die durch sich in Längsrichtung erstreckende Wände 34 ausgebildet sind. Die Kanäle 32 umfassen eine Untergruppe von Einlasskanälen 36, die eind offenes Einlassende 38 und ein geschlossenes Auslassende 40 aufweisen, sowie eine Untergruppe von Auslasskanälen 42, die ein geschlossenes Einlassende 44 und ein offenes Auslassende 46 aufweisen. Durch die Einlassenden 38 der Einlasskanäle 36 in den Filter 30 eindringendes Abgas 16 wird gezwungen, durch benachbarte, sich in Längsrichtung erstreckende Wände 34 zu den Auslasskanälen 42 zu wandern. Durch diesen Wandstrommechanismus werden Kohlenstoff und andere Partikeln 48 aus dem Abgas 16 gefiltert. Die gefilterten Partikel werden auf den sich in Längsrichtung erstreckenden Wänden 34 der Einlasskanäle 36 abgelagert und haben im Laufe der Zeit die Wirkung des Verstärkens des Abgasgegendrucks, der von dem Dieselmotor 12 erfahren wird. Es versteht sich, dass der keramische Wandstrom-Monolithfilter 30 lediglich beispielhafter Natur ist und dass die DPF andere Filtervorrichtungen umfassen kann, beispielsweise Wickel- oder Packfaserfilter, offenzellige Schäume, Sintermetallfasern etc.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform erfordert der durch die Ansammlung von Partikelmaterial 48 hervorgerufene Anstieg des Abgasgegendrucks, dass der DPF 28 regelmäßig gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration umfasst die Oxidation oder das Abbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer angesammelter Partikel 48 in einem Umfeld, das typischerweise ein Hochtemperaturumfeld ist (>600°C). Für Regenerationszwecke ist eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung („EHC“) 50 in dem Kanister 31 der DPF 28 angeordnet. Die EHC 50 kann aus jedem geeigneten Material konstruiert sein, das elektrisch leitend ist, beispielsweise aus einem gewickelten oder gestapelten Metallmonolith 52. Eine elektrische Leitung 54, die mit einem elektrischen System verbunden ist, beispielsweise einem elektrischen System eines Fahrzeugs, liefert der EHC 50 Elektrizität, um dadurch die Vorrichtung zu beheizen, wie nachstehend weiter beschrieben wird. Eine (nicht gezeigte) Oxidationskatalysatorverbindung kann auf der EHC 50 als Washcoat aufgebracht werden und kann Platingruppenmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination derselben enthalten.
  • Es ist eine zweite Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung („DOC2“) 58 in dem Kanister 31 der DPF 28 angeordnet. Wie die DOC1 18 kann die DOC2 58 ein metallisches oder keramisches Durchström-Monolithsubstrat 60 umfassen, das in einer anschwellenden Matte 33 einwickelt ist, die sich bei Erwärmen weitet, was das Substrat in dem Edelstahlmantel oder Kanister 31 sichert und isoliert. Das Substrat 60 weist eine (nicht gezeigte) darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung auf. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgebracht sein und kann Platingruppenmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination derselben enthalten.
  • Unter erneutem Bezug auf 1 ist stromaufwärts der DPF 28 in Fluidverbindung mit dem Abgas 16 in der Abgasleitung 14 ein HC- oder Kraftstoffinjektor 62 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor 62 steht mit HC 65 in einem Kraftstoffzufuhrtank 63 durch eine Kraftstoffleitung 61 in Fluidverbindung, die ausgelegt ist, um unverbranntes HC 65 zur Zufuhr zu der DPF 28 in den Abgasstrom einzuleiten. Ein Mischer oder Wirbelelement 64 kann ebenfalls in der Abgasleitung 14 in großer Nähe zu dem HC-Injektor 62 angeordnet sein, um das sorgfältige Mischen des HC mit dem Abgas 16 weiter zu unterstützen.
  • Unter erneutem Bezug auf 1 ist ein Steuergerät, beispielsweise ein Fahrzeugsteuergerät 66, mit dem Abgasbehandlungssystem 10 durch Signalverbindung mit einer Anzahl von Sensoren funktionell verbunden und überwacht dieses. Wie hierin verwendet, kann der Begriff Steuergerät eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen, umfassen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt ein Gegendrucksensor 68, der sich stromaufwärts der DPF28 befindet, ein Signal, das Kohlenstoff- und Partikelbeladung in dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter 30 anzeigt. Bei einer Ermittlung, dass der Gegendruck einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der die Notwendigkeit anzeigt, die DPF 28 zu regenerieren, aktiviert das Steuergerät 66 die EHC 50 und hebt die Temperatur der EHC auf einen Wert an, der für eine schnelle HC-Oxidation geeignet ist (etwa 450°C). Ein Temperatursensor 70, der in dem Mantel 31 der DPF 28 angeordnet ist, überwacht die Abgastemperatur stromabwärts der EHC 50. Wenn die EHC 50 die erwünschte Betriebstemperatur erreicht hat, aktiviert das Steuergerät 66 den HC-Injektor 62, um Kraftstoff in die Abgasleitung 14 zum Mischen mit dem Abgas 16 zu liefern. Das Kraftstoff/Abgas-Gemisch dringt in die DPF 28 ein und strömt durch die beheizte EHC 50, die eine schnelle Oxidationsreaktion und ein sich ergebendes Exotherm auslöst. Das sich aus der Oxidationsreaktion in der EHC 50 ergebende erwärmte Abgas strömt durch die passive DOC2 58, was eine weitere, vollständige Oxidation des HC in dem Abgas 16 auslöst und die Abgastemperatur auf einen Wert (>600°C) anhebt, der für Regeneration des Kohlenstoff- und Partikelmaterials 48 in dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter 30 geeignet ist. Das Steuergerät 66 kann die Temperatur der exothermen Oxidationsreaktion in der EHC 50 der DOC2 58 und dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter 30 durch den Temperatursensor 70 überwachen und die HC-Zufuhrrate des Injektors 62 anpassen, um eine vorbestimmte Temperatur beizubehalten.
  • In einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird erwogen, dass unter manchen Umständen auf den Kraftstoffinjektor 62 zugunsten einer Motorsteuerung der Kohlenwasserstoffwerte in dem Abgas 16 verzichtet werden kann. In einem solchen Fall ist das Steuergerät, beispielsweise das Fahrzeugsteuergerät 66, mit dem Abgasbehandlungssystem 10 durch Signalverbindung mit einer Anzahl von Sensoren, beispielsweise Gegendrucksensor 68, funktionell verbunden und überwacht dieses. Der Gegendrucksensor erzeugt ein Signal, das die Kohlenstoff- und Partikelbeladung in dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter anzeigt, und bei einer Ermittlung, dass der Gegendruck einen vorbestimmten Wert erreicht hat, der die Notwendigkeit anzeigt, die DPF 28 zu regenerieren, aktiviert das Steuergerät 66 die EHC 50 und hebt die Temperatur der EHC auf einen Wert an, der für schnelle HC-Oxidation geeignet ist (etwa 450°C). Der Temperatursensor 70 überwacht die Abgastemperatur stromabwärts des EHC 50, und wenn die EHC 50 die Sollbetriebstemperatur erreicht hat, passt das Steuergerät 66 die Motorsteuerzeiten und Rate/Frequenz der Kraftstoffzufuhr an, um überschüssigen, unverbrannten Kraftstoff zum Mischen mit dem Abgas 16 in die Abgasleitung 14 zu befördern. Das Kraftstoff/Abgas-Gemisch gelangt in die DPF 28 und strömt durch die beheizte EHC 50, die eine schnelle Oxidationsreaktion und ein resultierendes Exotherm auslöst. Wie vorstehend strömt erwärmtes Abgas, das sich aus der Oxidationsreaktion in der EHC 50 ergibt, durch die passive DOC2 58, was eine weitere, vollständige Oxidation des HC in dem Abgas 16 auslöst und die Abgastemperatur auf einen Wert (>600°C) anhebt, der für Regeneration des Kohlenstoff- und Partikelmaterials 48 in dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter 30 geeignet ist. Das Steuergerät 66 kann die Temperatur der exothermen Oxidationsreaktion in der EHC 50 der DOC2 58 und dem keramischen Wandstrom-Monolithfilter 30 durch den Temperatursensor 70 überwachen und die HC-Zufuhrrate von dem Motor 12 anpassen, um eine vorbestimmte Temperatur beizubehalten.
  • Die Verwendung einer kleinen EHC 50 kombiniert mit einer passiven DOC2 58, um eine erwünschte exotherme Reaktion für die Regeneration der DPF 28 herzustellen, bewirkt ein Verringern der elektrischen Leistung, die erforderlich ist, um die Oxidationsreaktion auszulösen. In einer anderen in 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann ein Maß an Komplexität durch die Verwendung einer einzigen, größeren EHC 50 und Verzicht auf die passive DOC2 bei der DPF 28 beseitigt werden. Die Verwendung einer größeren EHC 50 kann aber aufgrund eines erhöhten Strombedarfs, der zum Betreiben der größeren Heizvorrichtung nötig ist, auf Kosten von Systemwirkungsgrad gehen.

Claims (8)

  1. Abgaspartikelfiltersystem für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12); eine Abgasleitung (14), die in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor (12) steht und ausgelegt ist, Abgas (16) von diesem aufzunehmen; eine Kohlenwasserstoffversorgung (63), die mit der Abgasleitung (14) für Zufuhr eines Kohlenwasserstoffs (65) zu dieser und zur Bildung eines Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches darin verbunden ist und mit dieser in Fluidverbindung steht; eine Partikelfilteranordnung (28), die mit der Abgasleitung (14) in Fluidverbindung steht und ausgelegt ist, das Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisch aufzunehmen, wobei die Partikelfilteranordnung (28) umfasst: einen in der Partikelfilteranordnung (28) angeordneten Abgasfilter (30) zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas (16); und eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (50), die in der Partikelfilteranordnung (28) stromaufwärts des Abgasfilters (30) angeordnet und heizbar ist, um Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches auszulösen, um das Abgas (16) zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen; dadurch gekennzeichnet , dass das Abgaspartikelfiltersystem weiterhin eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) umfasst, die in der Partikelfilteranordnung (28) zwischen der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) und dem Abgasfilter (30) angeordnet ist und ausgelegt ist, um weitere Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches stromabwärts der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) auszulösen, um das Abgas (16) weiter zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen.
  2. Abgaspartikelfiltersystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine auf die elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (50), die Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) oder beide Vorrichtungen aufgebrachte Katalysatorverbindung, die ein Platingruppenmetall umfasst.
  3. Abgasbehandlungssystem (10) für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12); eine Abgasleitung (14), die in Fluidverbindung dem Verbrennungsmotor (12) steht und ausgelegt ist, Abgas (16) von diesem aufzunehmen und das Abgas (16) zwischen mehreren Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems (10) zu leiten; eine erste Oxidationskatalysatorvorrichtung (18), die für Oxidation von Kohlenwasserstoff und CO in dem Abgas (16) ausgelegt und in Fluidverbindung mit der Abgasleitung (14) angeordnet ist; eine Vorrichtung (22) für selektive katalytische Reduktion, die für Reduktion von Komponenten von NOx in dem Abgas (16) ausgelegt und in Fluidverbindung mit der Abgasleitung (14) stromabwärts der ersten Oxidationskatalysatorvorrichtung (18) angeordnet ist; einen Kohlenwasserstoffinjektor (62), der mit der Abgasleitung (14) stromabwärts der Vorrichtung (22) für selektive katalytische Reduktion verbunden ist und mit der Abgasleitung (14) für Zufuhr von Kohlenwasserstoff (65) zu dieser und für Bildung eines Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches in Fluidverbindung steht; eine Partikelfilteranordnung (28), die mit der Abgasleitung (14) in Fluidverbindung steht und stromabwärts des Kohlenwasserstoffinjektors (62) positioniert ist und für die Aufnahme des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches ausgelegt ist, wobei die Partikelfilteranordnung (28) umfasst: einen in der Partikelfilteranordnung (28) angeordneten Abgasfilter (30), der für das Entfernen von Partikeln aus dem Abgas (16) ausgelegt ist; und eine elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (50), die in der Partikelfilteranordnung (28) stromaufwärts des Abgasfilters (30) angeordnet und für Beheizen ausgelegt ist, um Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches auszulösen, um das Abgas (16) zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen; dadurch gekennzeichnet , dass das Abgasbehandlungssystem (10) weiterhin eine zweite Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) umfasst, die in der Partikelfilteranordnung (28) zwischen der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) und dem Abgasfilter (30) angeordnet und ausgelegt ist, um eine weitere Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches stromabwärts der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) auszulösen, und ausgelegt ist, um das Abgas (16) weiter zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen.
  4. Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: einen Reduktionsmittelinjektor (26), der mit der Abgasleitung (14) stromaufwärts der Vorrichtung (22) für selektive katalytische Reduktion verbunden ist und mit dem Abgas in Fluidverbindung steht und für Zufuhr eines Reduktionsmittels (23), das eine Ammoniakkomponente aufweist, zu der Vorrichtung (22) für selektive katalytische Reduktion ausgelegt ist.
  5. Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: einen Oxidationskatalysator, der auf die Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) und/oder die elektrisch beheizte Katalysatorvorrichtung (50) aufgebracht ist und ein Platingruppenmetall umfasst.
  6. Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: einen Gegendrucksensor (68), der in Fluidverbindung mit der Abgasleitung (14) steht, stromaufwärts des Abgasfilters (30) und der ausgelegt ist, um ein Signal zu erzeugen, das einen Gegendruck des Abgases (16) anzeigt; und ein Steuergerät (66), das in Signalverbindung mit dem Gegendrucksensor (68) und dem Kohlenwasserstoffinjektor (62) steht und ausgelegt ist, um Kohlenwasserstoff (65) in das Abgas (16) einzuspritzen, wenn das Signal einen vorbestimmten Wert erreicht, der die Notwendigkeit anzeigt, den Abgasfilter (30) zu beheizen und darin gesammelte Partikel zu verbrennen.
  7. Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, weiterhin umfassend: einen Temperatursensor (70), der für Fluidverbindung mit der Abgasleitung (14) in der Partikelfilteranordnung (28) ausgelegt ist und ausgelegt ist, um ein Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abgases (16) darin anzeigt; und ein Steuergerät (66), das mit dem Temperatursensor (70) und dem Kohlenwasserstoffinjektor (62) in Verbindung steht und ausgelegt ist, um die Rate der Kohlenwasserstoffzufuhr anzupassen, um eine Sollabgastemperatur beizubehalten, um Partikel in dem Abgasfilter (30) zu verbrennen. eine erste Untergruppe von Einlasskanälen (36), die ein offenes Einlassende (38) und ein geschlossenes Auslassende (40) aufweisen; und eine zweite Untergruppe von Auslasskanälen (42), die ein geschlossenes Einlassende (44) und ein offenes Auslassende (46) aufweisen, wobei das Abgas durch die Einlasskanäle (36) in den keramischen Monolith eindringt und durch die sich in Längsrichtung erstreckenden Wände (34) zu den Auslasskanälen (40) wandert, um Partikel aus dem Abgas (16) zu entfernen.
  8. Verfahren zum Regenerieren eines Abgaspartikelfiltersystems für einen Verbrennungsmotor (12) mit einer Abgasleitung (14), die mit dem Verbrennungsmotor (12) in Fluidverbindung steht und ausgelegt ist, Abgas (16) von diesem aufzunehmen, einer Kohlenwasserstoffversorgung (63), die mit der Abgasleitung (16) verbunden ist und zur Zufuhr von Kohlenwasserstoff (65) zu dieser mit dem Abgas (16) in Fluidverbindung steht, einer Partikelfilteranordnung (28) mit einem darin angeordneten Abgasfilter (30) zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas (16) und einer darin angeordneten elektrisch beheizten Katalysatoroxidationsvorrichtung (50) stromaufwärts des Abgasfilters (30); umfassend: Erfassen des Abgasgegendrucks stromaufwärts des Partikelfilters (30); Ermitteln, dass der Abgasgegendruck einen Wert erreicht hat, der die Notwendigkeit anzeigt, den Abgasfilter (30) zu beheizen und darin gesammelte Partikel zu verbrennen; Aktivieren der elektrisch beheizten Katalysatoroxidationsvorrichtung (50) auf eine Solltemperatur; Aktivieren der Kohlenwasserstoffversorgung (63), um unverbrannten Kohlenwasserstoff (65) stromaufwärts der elektrisch beheizten Katalysatoroxidationsvorrichtung (50) zuzuführen; und Überwachen der Temperatur des Partikelfilters (30) und Anpassen der Zufuhr von unverbranntem Kohlenwasserstoff (65), um Verbrennung von Partikeln von diesem zu bewirken; dadurch gekennzeichnet , dass die Partikelfilteranordnung (28) weiterhin eine zweite Oxidationskatalysatorvorrichtung (58) umfasst, die in der Partikelfilteranordnung (28) zwischen der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) und dem Abgasfilter (30) angeordnet und ausgelegt ist, um eine weitere Oxidation des Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisches stromabwärts der elektrisch beheizten Katalysatorvorrichtung (50) auszulösen, und ausgelegt ist, um das Abgas (16) weiter zu erwärmen und in dem Abgasfilter (30) gesammelte Partikel zu verbrennen.
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