DE102012220536A1

DE102012220536A1 - Abgassystem für verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102012220536A1
Application number: DE102012220536A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore jun.; Joshua Clifford Bedford
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2013-05-16
Also published as: CN103104323A; US8713919B2; US20130118150A1; CN103104323B

Abstract

Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor an Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren. Ein Controller in Signalkommunikation mit dem Abgasnachbehandlungssystem ist derart konfiguriert, die Temperatur einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, wobei der Controller betreibbar ist, eine Ventilbaugruppe in eine offene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion sich bei oder oberhalb einer Betriebstemperatur befindet, und die Ventilbaugruppe zu einer geschlossenen Position zu bewegen, wenn sich die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur befindet, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein effizientes System zur Speicherung und Behandlung von Stickoxiden in dem Abgassystem.
HINTERGRUND
Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten, die in dem Abgassystem eines Verbrennungsmotors positioniert sind, angeordnet sind, sind vorgesehen, um bestimmte oder alle von diesen Abgasbestandteilen in gesetzlich nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln. Beispielsweise können Abgassysteme für Verbrennungsmotoren eines oder mehrere aus einer edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator-(”OC”)-Vorrichtung für die Reduktion von CO und überschüssigem HC, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) für die Reduktion von NOx, einen Adsorber zum Abfangen und Speichern von NOx, bis die SCR-Vorrichtung eine Betriebstemperatur erreicht, und eine Partikelfilter-(”PF”)-Vorrichtung für die Entfernung von Partikelmaterial von dem Motorabgas aufweisen.
Wie angegeben ist, umfasst eine Technologie, die entwickelt worden ist, um die Niveaus von NOx-Emissionen in Magerverbrennungsmotoren (beispielsweise Diesel- und Benzinmotoren) zu reduzieren, die Kraftstoff in Sauerstoffüberschuss verbrennen, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR” von engl.: ”selective catalytic reduction”). Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak (”NH₃”) umzuwandeln. Obwohl der Gebrauch eines Katalysators die Reduktion von Aktivierungsenergie, die für die SCR-Vorrichtung zum Reduzieren von NOx erforderlich ist, unterstützt, resultiert die stetig zunehmende Effizienz von Diesel- und anderen Magerverbrennungsmotoren in kälteren Abgastemperaturen, wenn sie moderat betrieben werden und nach einem Motorkaltstart. Derartige kältere Betriebstemperaturen verzögern den Betriebsstart der SCR-Vorrichtung, der eine minimale Betriebstemperatur erreichen muss, um NOx effizient zu reduzieren. Typischerweise kann der SCR möglicherweise keine geeigneten Betriebstemperaturen bis mehrere Minuten, nachdem der Motor gestartet ist, erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor an Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die derart konfiguriert ist, nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO in dem Abgas zu oxidieren, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels innerhalb eines aktiven Temperaturbereiches umzuwandeln, und eine NOx-Adsorberbaugruppe, die stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zwischen der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet ist. Die NOx-Adsorberbaugruppe umfasst ein Substrat, das Strömungsdurchgänge mit einer darauf aufgebrachten Adsorptionsmittelverbindung aufweist, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, einen Bypass sowie eine Ventilbaugruppe, die in Fluidkommunikation mit dem Bypass angeordnet ist. Das Ventil ist betreibbar, sich von einer offenen Position, in der Abgas durch den Bypass und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion strömt, zu einer geschlossenen Position zu bewegen, in der Abgas an einem Strömen durch den Bypass gehindert und durch Strömungsdurchgänge und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion getrieben wird. Ein Controller in Signalkommunikation mit dem Abgasnachbehandlungssystem ist derart konfiguriert, die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, wobei der Controller derart betreibbar ist, dass er die Ventilbaugruppe in die offene Position bewegt, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bei oder oberhalb einer Betriebstemperatur liegt, und die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position bewegt, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur liegt, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform nur beispielhaft vorgesehen, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 eine schematische Ansicht eines Abgasbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor ist; und
2 ein Betriebsdiagramm ist, das einen beispielhaften Betriebsmodus eines Abschnitts des Abgasbehandlungssystems veranschaulicht, das Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem 10 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors 12 gerichtet. Es sei angemerkt, dass der Verbrennungsmotor 12 Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme und Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
Das Abgasbehandlungssystem weist eine Abgasleitung 14 auf, die mehrere Segmente umfassen kann, die dazu dienen, Abgas 16 von dem Verbrennungsmotor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 zu transportieren. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen können eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”) 18 aufweisen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die OC-Vorrichtung 18 ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat (”Substrat”) 20, das in eine starre Schale oder einen starren Kanister 22 zwischen einem Einlass und einem Auslass gepackt ist, die in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 stehen und derart konfiguriert sind, die Strömung von Abgas 16 hindurch zu unterstützen. Das Substrat 20 besitzt eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung 24. Die Oxidationskatalysatorverbindung 24 kann als ein Washcoat aufgebracht werden und kann Metalle der Platingruppe aufweisen, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus. Die OC-Vorrichtung 18 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nichtflüchtiger HC und CO nützlich, die von dem Motor 12 als Teil des Abgases 16 emittiert und die in einer exothermen Reaktion oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Vorrichtung 38 für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) stromabwärts der OC-Vorrichtung 18 angeordnet. Auf eine Art und Weise ähnlich der OC-Vorrichtung 18 kann die SCR-Vorrichtung 38 ein Durchström-Keramik- oder Metall-Monolithsubstrat (”Substrat”) 40 aufweisen, das in eine starre Schale oder einen starren Kanister 42 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt und derart konfiguriert ist, die Strömung von Abgas 16 hindurch zu unterstützen. Das Substrat 40 besitzt eine SCR-Katalysatorzusammensetzung 44, die darauf aufgebracht ist. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak (”NH₃”) bei ”aktiven” Temperaturen, die im Bereich von 200°C und darüber liegen, umzuwandeln. Wenn Betriebstemperaturen der SCR-Vorrichtung 38 unter aktiven Betriebstemperaturen liegen, kann unbehandeltes Abgas 16 (d. h. überschüssiges NOx) die Vorrichtung umgehen und von dem Abgasnachbehandlungssystem 10 ausgestoßen werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das NH3-Reduktionsmittel 48 in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 38 unter Verwendung einer Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 54, der in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 steht; oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Lieferung des Reduktionsmittels an das Abgas 16 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel kann in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft in der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 54 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprühnebels in dem Abgas 16 zu unterstützen. Gleichermaßen steht stromaufwärts der OC-Vorrichtung 18 angeordnet eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 58 in Fluidkommunikation mit dem Abgas 16 in der Abgasleitung 14. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 58 ist derart konfiguriert, nicht verbrannten Kraftstoff (”HC”) 60 in den Abgasstrom zur Lieferung an die OC-Vorrichtung 18 während gewisser Betriebsbedingungen des Abgasbehandlungssystems 10 einzuführen, wie hier beschrieben wird. Andere Verfahren zur Einführung von überschüssigem HC in das Abgas 16 können verwendet werden, wie Späteinspritzung von Kraftstoff in die Motorzylinder, was zur Folge hat, dass überschüssiger nicht verbrannter Kraftstoff die Zylinder als eine Komponente des Abgases 16 verlässt.
Stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 38 zwischen der SCR-Vorrichtung und der OC-Vorrichtung 18 ist eine NOx-Adsorberbaugruppe 68 angeordnet. Die NOx-Adsorberbaugruppe 68 kann in ihrem eigenen Kanister untergebracht sein oder, wie in 1 gezeigt ist, kann in dem Kanister 42 der SCR-Vorrichtung 38 untergebracht sein, wodurch die Anzahl einzelner Abgasbehandlungsvorrichtungen reduziert wird, die in dem Fall von Fahrzeuganwendungen des Verbrennungsmotors 12 in beschränkten Einbauraum gepackt werden müssen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die NOx-Adsorberbaugruppe 68 ein zylindrisches Substrat 70 umfassen, das sich radial einwärts von der Innenwand 46 der Schale oder des Kanisters 42 erstreckt, um sich axial erstreckende Strömungsdurchgänge (nicht gezeigt) in dem Substrat und einen sich axial erstreckenden Kanal oder Abgasbypass 72, der sich zentral davon erstreckt, zu definieren. Eine Ventilbaugruppe 75 ist in Fluidkommunikation mit dem sich axial erstreckenden Kanal oder Abgasbypass 42 des zylindrischen Substrats 70 angeordnet und derart betreibbar, sich zu einer geschlossenen Position (in 1 gezeigt), in der Abgas 16 an einem Strömen durch den Kanal 72 gehindert und durch die Strömungsdurchgänge des zylindrischen Substrats 70 und zu der SCR-Vorrichtung 38 getrieben wird, wie auch zu einer offenen (oder teilweise offenen) Position (nicht gezeigt) zu bewegen, in der Abgas 16 durch den Kanal oder den Abgasbypass 72 und zu der SCR-Vorrichtung 38 strömt. In der offenen Position strömt das Abgas 16 aufgrund der höheren Strömungsbegrenzung, die durch das Substrat bereitgestellt wird, nicht durch (oder strömt teilweise durch) das zylindrische Substrat 70 und strömt hauptsächlich durch den Kanal 72 und zu der SCR-Vorrichtung 38. Während die mit 68 in 1 gezeigte NOx-Adsorberbaugruppe den Gebrauch eines zylindrischen Substrats 70 mit einem sich axial erstreckenden Kanal oder Bypass 72 zeigt, ist diese Konfiguration lediglich beispielhafter Natur und Konfiguration und es sollte dem Fachmann klar sein, dass die Packungs- und Leistungsanforderungen andere Konfigurationen für sowohl das Substrat als auch den Abgasbypass 72 erfordern können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das zylindrische Substrat 70 der NOx-Adsorberbaugruppe 68 eine darauf aufgebrachte Adsorptionsmittelverbindung 76, wie Zeolit, auf. Die Adsorptionsmittelverbindung 76 ist so gewählt, dass sie NOx-Bestandteile von dem Abgas 16 während Perioden zeitweilig aufnimmt, wenn die SCR-Vorrichtung 38 keine geeignete Betriebstemperatur erreicht hat (oder unter diese Temperatur gefallen ist). Von einem derartigen Adsorptionsmittel 76 ist es bekannt, dass es eine beschränkte NOx-Speicherkapazität und einen beschränkten NOx-Speichertemperaturbereich besitzt und gespült werden muss, sobald es seine Speichergrenzen erreicht, sowie vor dem Wiedergebrauch.
Ein Controller, wie ein Motor-, ein Antriebsstrang- oder ein Fahrzeugcontroller 78, ist funktional mit dem Abgasbehandlungssystem 10 durch Signalkommunikation mit einer Anzahl von Sensoren verbunden und überwacht dieses, wie einen ersten und zweiten Temperatursensor 80 bzw. 82. Der erste Temperatursensor 80 überwacht die Temperatur nahe dem Auslass der OC-Vorrichtung 18, und der zweite Temperatursensor 82 überwacht die Temperatur stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 38 zwischen der SCR-Vorrichtung und der NOx-Adsorberbaugruppe 68. Der hier verwendete Begriff Controller kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten aufweisen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 wird nun ein beispielhafter Betriebsmodus des Abgasbehandlungssystems 10 beschrieben. Der Betriebsmodus ist insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 12 anwendbar, kann jedoch auch während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu Zeiten anwendbar sein, wenn die SCR-Vorrichtung 38 unter eine minimale Betriebstemperatur fällt. Solche Fälle können den Gebrauch des Verbrennungsmotors 12 als Teil eines Hybrid-Elektrofahrzeugsystems aufweisen, wenn ein häufiges Abschalten des Motors stattfindet, wie eine Stadtfahrt mit Stopp and Go.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform beginnt der Betriebsmodus bei 100. Der Controller 78 greift bei 102 auf Temperaturinformation betreffend die SCR-Vorichtung 38 von dem zweiten Temperatursensor 82 zu. Falls die SCR-Vorrichtung 38 bei 104 bei oder oberhalb ihrer Betriebstemperatur liegt, kann der Betrieb enden oder zu Schritt 102 zurückkehren. Wenn die SCR-Vorrichtung bei 104 eine minimale Betriebstemperatur nicht erreicht hat oder unter diese abgefallen ist, greift der Controller bei 106 auf Temperaturinformation betreffend die OC-Vorrichtung 18 von dem ersten Temperatursensor 80 zu. Der Controller bestimmt bei 108, ob die OC-Vorrichtung 18 bei einer minimalen Betriebstemperatur liegt, die notwendig ist, um ausreichend Wärme durch das Abgas 16 zu der SCR-Vorrichtung 38 zu liefern, um die SCR-Vorrichtung auf ihre minimale Betriebstemperatur anzuheben. Falls die OC-Vorrichtung 18 unterhalb einer minimalen Betriebstemperatur liegt, die notwendig ist, um ausreichend Wärme durch das Abgas 16 an die SCR-Vorrichtung 38 zu liefern, um die SCR-Vorrichtung auf ihre minimale Betriebstemperatur anzuheben, weist der Controller die Ventilbaugruppe 75 bei 110 in eine geschlossene Position an, wodurch das Abgas 16 durch das zylindrische Substrat 70 zur Adsorption von NOx davon getrieben wird. Gleichzeitig mit dem Schließen der Ventilbaugruppe 75 bei 110 aktiviert der Controller die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 58, um Kraftstoff (”HC”) 60 in das Abgas 16 stromaufwärts der OC-Vorrichtung 18 zu liefern. Der eingespritzte Kraftstoff 60 oxidiert, wenn er durch die OC-Vorrichtung 18 gelangt, und die exotherme Reaktion erhöht schnell die Temperatur des Abgases 16. Der Controller überwacht bei 112 die Temperatur des Abgases 16 durch den ersten Temperatursensor 80. Wenn die Temperatur des Abgases 16 bei 114 auf ein Niveau erhöht worden ist, das ausreichend ist, um die SCR-Vorrichtung 38 schnell auf eine minimale Betriebstemperatur zu erwärmen, weist der Controller die Ventilbaugruppe 75 bei 116 in eine offene Position an, wodurch zugelassen wird, dass das erhitzte Abgas 16 das zylindrische Substrat 70 umgeht und direkt durch den sich axial erstreckenden Kanal oder Abgasbypass 72 und zu der SCR-Vorrichtung 38 strömt, wo es die Temperatur der SCR-Vorrichtung 38 auf eine Betriebstemperatur erhöht.
Bei Aktivierung der SCR-Vorrichtung 38, wie durch den Controller bei 118 durch Überwachung des Temperatursensors 82 bestimmt ist, kann bei 118 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 58 deaktiviert und die Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 54 aktiviert werden. Nach Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 54, was in einem Vollbetrieb der SCR-Vorrichtung 38 resultiert, bestimmt bei 120 der Controller erneut, ob die Temperatur des den OC 18 verlassenden Abgases bei einem Niveau liegt, das ausreichend ist, um bei 122 NOx-Bestandteile zu regenerieren oder zu desorbieren, die von der Adsorptionsmittelverbindung 76 an dem zylindrischen Substrat 70 der NOx-Adsorberbaugruppe 68 adsorbiert worden sind. Wenn dies der Fall ist, schließt der Controller 78 bei 124 die Ventilbaugruppe 75, wobei das Abgas 16 durch das zylindrische Substrat 70 getrieben wird, wo es das aufgenommene NOx desorbiert und dieses an die SCR-Vorrichtung 38 zur Reduktion darin transportiert. Wenn bei 122 der Controller bestimmt, dass die die OC-Vorrichtung 18 verlassende Abgastemperatur nicht auf einem Temperaturniveau liegt, die ausreichend ist, um NOx von der NOx-Adsorberbaugruppe 68 zu desorbieren, reaktiviert er bei 128 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 58, um Kraftstoff an die OC-Vorrichtung 18 zu liefern, wodurch die Abgastemperatur 16, die die OC-Vorrichtung verlässt, auf ein Niveau angehoben wird, das ausreichend ist, um bei 124 das NOx von der NOx-Adsorberbaugruppe 68 vor einem Schließen der Ventilbaugruppe 75 zu desorbieren. Nach einer vorbestimmten Zeit oder einem anderen gesetzten Parameter zur Bestimmung der vollständigen Desorption von NOx von der NOx-Adsorberbaugruppe 68 weist der Controller 78 bei 126 die Ventilbaugruppe 75 in die offene Position an, und das Abgas 16 strömt durch den Abgasdurchgang 72 oder den Abgasbypass und zu der SCR 38. Der Betriebsmodus des Abgasbehandlungssystems endet bei 130.
Während der Betriebsmodus, der beschrieben ist, so in seiner Gesamtheit durchgeführt worden ist, sei angemerkt und ist es denkbar, dass möglicherweise bestimmte Schritte außerhalb der Reihenfolge oder überhaupt nicht abhängig von dem Status irgendeiner jeweiligen Abgasbehandlungsvorrichtung oder der Temperatur des Abgases 16 in dem Abgasbehandlungssystem 10 zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgeführt werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor zu Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren; eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die derart konfiguriert ist, nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO in dem Abgas zu oxidieren; eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels innerhalb eines aktiven Temperaturbereichs umzuwandeln; eine NOx-Adsorberbaugruppe, die stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zwischen der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet ist, umfassend: ein Substrat, das Abgasdurchgänge mit einer darauf aufgebrachten Adsorptionsmittelverbindung, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, und einen Abgasbypass definiert; eine Ventilbaugruppe, die in Fluidkommunikation mit dem Abgasbypass angeordnet und betreibbar ist, sich von einer offenen Position, in der Abgas durch den Abgasbypass und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion strömt, zu einer geschlossenen Position zu bewegen, in der Abgas an einem Strömen durch den Bypass gehindert wird und durch die Abgasdurchgänge und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion getrieben wird, und einen Controller in Signalkommunikation mit dem Abgasnachbehandlungssystem, der derart konfiguriert ist, die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, wobei der Controller betreibbar ist, die Ventilbaugruppe in die offene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bei oder oberhalb einer Betriebstemperatur liegt, und die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur liegt, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor, der nahe dem Auslass der Oxidationskatalysatorvorrichtung in Signalkommunikation mit dem Controller platziert ist, und einen zweiten Temperatursensor, der nahe dem Einlass der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion in Signalkommunikation mit dem Controller platziert ist; wobei der zweite Temperatursensor betreibbar ist, dem Controller zu signalisieren, die Ventilbaugruppe von der offenen zu der geschlossenen Position und von der geschlossenen zu der offenen Position relativ zu dem Abgasbypass zu bewegen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Signalkommunikation mit dem Controller, die auf Grundlage von Signalen von dem ersten und dem zweiten Temperatursensor betreibbar ist, Kohlenwasserstoff an das Abgas stromaufwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung zur Oxidation darin zu liefern, wodurch die Temperatur des hindurchgelangenden Abgases erhöht wird, wenn die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur liegt und wenn die Temperatur des Abgases unterhalb einer Temperatur liegt, die erforderlich ist, um NOx von der NOx-Adsorberbaugruppe vor einer Öffnungsbewegung der Ventilbaugruppe von der geschlossenen zu der offenen Position relativ zu dem Abgasbypass zu desorbieren.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung in Signalkommunikation mit dem Controller, die auf Grundlage von Signalen davon betreibbar ist, Reduktionsmittel an das Abgas stromaufwärts der selektiven Katalysatorvorrichtung zu liefern, um NOx von dem Abgas zu reduzieren, wenn die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bei oder oberhalb der Betriebstemperatur liegt und wenn sich das Ventil in der offenen Position relativ zu dem Abgasbypass befindet.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die NOx-Adsorberbaugruppe ferner umfasst: ein zylindrisches Substrat, das sich teilweise radial einwärts von einer Innenwand eines Baugruppenkanisters erstreckt, um Strömungsdurchgänge, die eine darauf aufgebrachte Adsorptionsmittelverbindung besitzen, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, und einen sich axial erstreckenden Kanal zu definieren; und eine Ventilbaugruppe, die in Fluidkommunikation mit dem sich axial erstreckenden Kanal des zylindrischen Substrats angeordnet und betreibbar ist, sich von einer offenen Position, in der Abgas durch den Kanal und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion strömt, zu einer geschlossenen Position zu bewegen, in der Abgas an einem Strömen durch den Kanal gehindert und zum Strömen durch die Strömungsdurchgänge des zylindrischen Substrats und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion getrieben wird.
Verfahren zum Betreiben eines Abgasbehandlungssystems, umfassend: eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor zu Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die derart konfiguriert ist, nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO in dem Abgas zu oxidieren, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels innerhalb eines aktiven Temperaturbereichs umzuwandeln, eine NOx-Adsorberbaugruppe, die stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zwischen der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet ist, wobei die NOx-Adsorberbaugruppe ein Substrat umfasst, das Strömungsdurchgänge mit einer darauf aufgebrachten Adsorptionsmittelverbindung, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, einen Abgasbypass und eine Ventilbaugruppe definiert, die in Fluidkommunikation mit dem Abgasbypass angeordnet und betreibbar ist, sich von einer offenen Position, in der Abgas hindurch und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion strömt, zu einer geschlossenen Position zu bewegen, in der Abgas an einem Strömen hindurch gehindert und durch die Strömungsdurchgänge des Substrates und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion getrieben wird, wobei das Abgasbehandlungssystem ferner einen Controller in Signalkommunikation mit dem Abgasnachbehandlungssystem umfasst, der derart konfiguriert ist, die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, wobei der Controller betreibbar ist, die Ventilbaugruppe in die offene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bei oder oberhalb einer Betriebstemperatur liegt, und die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur liegt, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Controller auf die Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung zugreift; falls die selektive Katalysatorvorrichtung eine minimale Betriebstemperatur nicht erreicht hat oder unter diese gefallen ist, der Controller auf die Temperatur der Oxidationskatalysatorvorrichtung zugreift; der Controller bestimmt, ob sich die Oxidationskatalysatorvorrichtung bei einer minimalen Betriebstemperatur befindet, die notwendig ist, um ausreichend Wärme durch das Abgas zu der selektiven Katalysatorvorrichtung zu liefern, um die selektive Katalysatorvorrichtung auf ihre minimale Betriebstemperatur anzuheben; falls die Oxidationskatalysatorvorrichtung unterhalb ihrer minimalen Betriebstemperatur liegt, der Controller die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position anweist, wodurch das Abgas durch das Substrat zur Adsorption von NOx davon getrieben wird; gleichzeitig mit dem Schließen der Ventilbaugruppe der Controller die Temperatur der Oxidationskatalysatorvorrichtung und die Temperatur des Abgases anhebt; der Controller die Temperatur des Abgases überwacht, und wenn die Temperatur des Abgases auf ein Niveau angehoben worden ist, das ausreichend ist, um die selektive Katalysatorvorrichtung auf eine minimale Betriebstemperatur zu erwärmen, dieser die Ventilbaugruppe in eine offene Position anweist, wodurch ermöglicht wird, dass das erhitzte Abgas das Substrat umgehen und direkt durch den Abgasbypass und zu der selektiven Katalysatorvorrichtung strömen kann, wo es dazu dient, die Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung auf eine Betriebstemperatur anzuheben.
Verfahren zum Betreiben des Abgasbehandlungssystems von Anspruch 6, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: nach einer Aktivierung der selektiven Katalysatorvorrichtung der Controller wiederum bestimmt, ob die Temperatur des den Oxidationskatalysator verlassenden Abgases ausreichend ist, um NOx-Bestandteile zu desorbieren, die durch die Adsorptionsmittelverbindung in dem Substrat der NOx-Adsorberbaugruppe adsorbiert worden sind; und falls die Abgastemperatur ausreichend ist, der Controller die Ventilbaugruppe schließt, wobei das Abgas durch das Substrat getrieben wird, wo es das aufgenommene NOx desorbiert und dieses an die selektive Katalysatorvorrichtung zur Reduktion darin transportiert.
Verfahren zum Betreiben des Abgasbehandlungssystems, umfassend: eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor zu Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die derart konfiguriert ist, nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO in dem Abgas zu oxidieren, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels innerhalb eines aktiven Temperaturbereichs umzuwandeln, eine NOx-Adsorberbaugruppe, die stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zwischen der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet ist, wobei die NOx-Adsorberbaugruppe ein Substrat umfasst, das Strömungsdurchgänge mit einer darauf aufgebrachten Adsorptionsmittelverbindung, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, einen Abgasbypass und eine Ventilbaugruppe definiert, die in Fluidkommunikation damit angeordnet und betreibbar ist, sich von einer offenen Position, in der Abgas durch den Abgasbypass und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion strömt, zu einer geschlossenen Position zu bewegen, in der Abgas an einem Strömen durch den Abgasbypass gehindert wird und durch die Strömungsdurchgänge des Substrats und zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion getrieben wird, wobei das Abgasbehandlungssystem ferner einen Controller in Signalkommunikation mit dem Abgasnachbehandlungssystem umfasst, der derart konfiguriert ist, die Temperatur der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, wobei der Controller betreibbar ist, die Ventilbaugruppe in die offene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bei oder oberhalb einer Betriebstemperatur liegt, und die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position zu bewegen, wenn die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion unterhalb der Betriebstemperatur liegt, um NOx-Bestandteile von dem Abgas aufzunehmen, wobei das Verfahren umfasst, dass: der Controller auf die Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung zugreift; falls die selektive Katalysatorvorrichtung eine minimale Betriebstemperatur nicht erreicht hat oder unter diese gefallen ist, der Controller auf die Temperatur der Oxidationskatalysatorvorrichtung zugreift; der Controller bestimmt, ob sich die Oxidationskatalysatorvorrichtung bei einer minimalen Betriebstemperatur befindet, die notwendig ist, um ausreichend Wärme durch das Abgas zu der selektiven Katalysatorvorrichtung zu liefern, um die selektive Katalysatorvorrichtung auf ihre minimale Betriebstemperatur anzuheben; falls die Oxidationskatalysatorvorrichtung unterhalb ihrer minimalen Betriebstemperatur liegt, der Controller die Ventilbaugruppe in eine geschlossene Position anweist, wodurch das Abgas durch das Substrat zur Adsorption von NOx davon getrieben wird; gleichzeitig mit dem Schließen der Ventilbaugruppe der Controller die Temperatur der Oxidationskatalysatorvorrichtung und die Temperatur des Abgases anhebt; der Controller die Temperatur des Abgases überwacht, und wenn die Temperatur des Abgases auf ein Niveau angehoben worden ist, das ausreichend ist, um die selektive Katalysatorvorrichtung auf eine minimale Betriebstemperatur zu erwärmen, dieser die Ventilbaugruppe in eine offene Position anweist, wodurch ermöglicht wird, dass das erhitzte Abgas das Substrat umgehen und direkt durch den Abgasbypass und zu der selektiven Katalysatorvorrichtung strömen kann, wo es dazu dient, die Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung auf eine Betriebstemperatur anzuheben; nach Aktivierung der selektiven Katalysatorvorrichtung der Controller wiederum bestimmt, ob die Temperatur des den Oxidationskatalysator verlassenden Abgases NOx-Bestandteile ausreichend desorbiert, die von der Adsorptionsmittelverbindung in dem Substrat der NOx-Adsorberbaugruppe adsorbiert worden sind; falls die Abgastemperatur ausreichend ist, der Controller die Ventilbaugruppe schließt, wobei das Abgas durch das Substrat getrieben wird, wo es das aufgenommene NOx desorbiert und dieses an die selektive Katalysatorvorrichtung zur Reduktion darin transportiert; und nach einer vorbestimmten Zeit oder einem anderen eingestellten Parameter zur Bestimmung der vollständigen Desorption von NOx von der NOx-Adsorberbaugruppe der Controller die Ventilbaugruppe in die offene Position anweist und das Abgas durch den Abgasbypass und zu der selektiven Katalysatorvorrichtung strömt.