DE102012222929B4 - System für selektive katalytische Reduktion (SCR) zur NOx-Speicherung - Google Patents

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Abstract

Abgasbehandlungssystem (110) für einen Verbrennungsmotor (112), umfassendeine Abgasleitung (114) in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (112), die derart konfiguriert ist, ein Abgas (115) von dem Verbrennungsmotor (112) aufzunehmen, wobei das Abgas (115) Stickoxide („NOx“) und Wasser enthält;einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), der derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei der Durchströmbehälter (122) im Wesentlichen Wasser von dem Abgas (115) unterhalb einer Schwellentemperatur adsorbiert, wobei der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) einen ersten Abschnitt (180) mit einer darauf aufgetragenen SCR-Katalysatorzusammensetzung zur Umwandlung von NOxstromaufwärts eines zweiten Abschnitts (182) aufweist, der mit einem Washcoat aus Wasserabsorptionsmittelpartikeln zur temporären Speicherung von Wasser versehen ist;eine Vorrichtung (124) mit elektrisch beheiztem Katalysator („EHC“) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), die derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei die EHC-Vorrichtung (124) stromabwärts des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln (122) positioniert ist und wobei die EHC-Vorrichtung (124) selektiv aktiviert wird, um Wärme zu erzeugen;eine Vorrichtung (126) für selektive katalytische Reduktion („SCR“) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), die derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei die SCR-Vorrichtung (126) stromabwärts des Durchströmbehälters (122) positioniert ist und wobei die SCR-Vorrichtung (126) von der EHC-Vorrichtung (124) selektiv auf eine SCR-Anspringtemperatur erhitzt wird, und wobei die Gesamttemperatur der SCR-Vorrichtung (126) durch ein SCR-Temperaturprofil repräsentiert ist; undein Steuermodul (150) in Kommunikation mit der EHC-Vorrichtung (124), umfassend:eine Steuerlogik zur Bestimmung des SCR-Temperaturprofils; eine Steuerlogik zum Aktivieren der EHC-Vorrichtung (124), falls das SCR-Temperaturprofil unterhalb der SCR-Anspringtemperatur liegt, wobei die EHC-Vorrichtung (124) selektiv aktiviert wird, um die SCR-Vorrichtung (126) auf die SCR-Anspringtemperatur zu erhitzen, bevor der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) die Schwellentemperatur erreicht; undeine Steuerlogik zum Bestimmen der Temperatur der EHC-Vorrichtung (124) auf Grundlage einer Abgasströmung des Motors (112), einer Eingangsgastemperatur des Motors (112) und einer an die elektrische Heizung (132) gelieferten elektrischen Leistung.

Description

  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem mit einem elektrisch beheizten Katalysator („EHC“) und einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln, die im Wesentlichen Wasser von dem Abgas unterhalb einer Schwellentemperatur adsorbieren.
  • Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, 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 („PM“) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
  • Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von CO- und HC-Emissionen ist eine Oxidationskatalysatorvorrichtung („OC“). Die OC-Vorrichtung umfasst ein Durchströmsubstrat und eine auf das Substrat aufgetragene Katalysatorverbindung. Die Katalysatorverbindung des OC bewirkt eine Oxidationsreaktion der Abgase, sobald die OC-Vorrichtung eine Schwellen- oder Anspringtemperatur erreicht hat. Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von NOx-Emissionen ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“), die stromabwärts der OC-Vorrichtung positioniert sein kann. Die SCR-Vorrichtung weist ein Substrat auf, das eine auf das Substrat aufgetragene SCR-Katalysatorverbindung besitzt. Ein Reduktionsmittel wird typischerweise in heiße Abgase stromaufwärts der SCR-Vorrichtung gesprüht. Das Reduktionsmittel kann eine Harnstofflösung sein, die sich zu Ammoniak („NH3“) in den heißen Abgasen zersetzt und von der SCR-Vorrichtung adsorbiert wird. Das Ammoniak reduziert dann das NOx zu Stickstoff in der Anwesenheit des SCR-Katalysators. Die SCR-Vorrichtung muss eine Schwellen- oder Anspringtemperatur erreichen, um das NOx effektiv zu Stickstoff zu reduzieren. Vor einem Erreichen der Schwellen- oder Anspringtemperatur wirkt der SCR als ein NOx-Adsorber in der Anwesenheit von gespeicherten NH3. Genauer fängt die SCR-Vorrichtung NOx ab und speichert das NOx durch Bildung von Zwischenstoffen, wie Ammoniumnitraten und/oder -nitriten mit NH3, bis die Anspringtemperatur erreicht worden ist. Sobald die Anspringtemperatur erzielt ist, wird das NOx zu Stickstoff in der Anwesenheit des SCR-Katalysators reduziert.
  • Zusätzlich zu den gasförmigen Emissionen, die von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden, enthält das Abgas auch Wasserdampf. Genauer enthält beispielsweise das Abgas eines Dieselmotors typischerweise zwischen etwa 0,5 bis etwa 8 Prozent Wasserdampf. Jedoch kann Wasserdampf in dem Abgas die NOx-Adsorptionsfähigkeit über die SCR-Katalysatorverbindung vor Erreichen der Anspringtemperatur verringern. Demgemäß ist es erwünscht, eine effiziente Vorgehensweise zum Begrenzen der Menge an Wasserdampf in der Anwesenheit der SCR-Vorrichtung bereitzustellen, bevor die SCR-Vorrichtung die Anspringtemperatur erreicht.
  • DE 199 01 760 A1 offenbart ein Verfahren zum Reinigen eines in einem Abgasstrang strömenden Abgasstromes eines Ottomotors, wobei der Abgasstrom im Abgasstrang nacheinander einen katalysatorbeschichteten Wabenkörper und einen Partikelfilter mit einer HC-, CO- und/oder NOxspeichernden Beschichtung durchströmt. Stromaufwärts des Wabenkörpers ist eine Wasserfalle angeordnet, die den katalytischen Wabenkörper trocken hält. Ferner kann stromaufwärts des Wabenkörpers auch ein elektrisch beheizbarer Katalysator angeordnet sein, um eine zeitweise erhöhte Abgastemperatur für eine katalytische Umsetzung der Schadstoffe auch unmittelbar nach dem Start des Motors sicherzustellen.
  • Weitere Abgasbehandlungsvorrichtungen sind in der DE 10 2007 040 439 A1 und der DE 10 2008 023 395 A1 offenbart.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasbehandlungssystem zu schaffen, das auf einfache und zuverlässige Weise beim Motorkaltstart eine Ablagerung von im Abgas enthaltenem Wasser in einem SCR-Katalysators vermeidet, während gleichzeitig im Normalbetrieb eine umfassende SCR-Reinigung des Abgases bereitgestellt wird.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, das eine Abgasleitung, einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln, eine Vorrichtung eines elektrisch beheizten Katalysators („EHC“), eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“) und ein Steuermodul aufweist. Die Abgasleitung steht in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und ist derart konfiguriert, ein Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Das Abgas enthält Stickoxide („NOx“) und Wasser. Der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, das Abgas aufzunehmen. Der Durchströmbehälter adsorbiert im Wesentlichen das Wasser von dem Abgas unterhalb einer Schwellentemperatur. Die EHC-Vorrichtung steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, das Abgas aufzunehmen. Die EHC-Vorrichtung ist stromabwärts des Durchströmbehälters platziert und wird selektiv aktiviert, um Wärme zu erzeugen. Die SCR-Vorrichtung steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, das Abgas aufzunehmen. Die SCR-Vorrichtung ist stromabwärts des Durchströmbehälters platziert. Die SCR-Vorrichtung wird von der EHC-Vorrichtung selektiv auf eine Anspringtemperatur erhitzt. Die Gesamttemperatur der SCR-Vorrichtung ist durch ein SCR-Temperaturprofil repräsentiert. Das Steuermodul steht in Kommunikation mit der EHC-Vorrichtung. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung des SCR-Temperaturprofils auf. Das Steuermodul weist auch eine Steuerlogik zum Aktivieren der EHC-Vorrichtung auf, falls sich das SCR-Temperaturprofil unterhalb der Anspringtemperatur befindet. Die EHC-Vorrichtung wird selektiv aktiviert, um die SCR-Vorrichtung auf die Anspringtemperatur zu erhitzen, bevor der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln die Schwellentemperatur erreicht.
    • 1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Abgasbehandlungssystems ist;
    • 2 ist eine alternative Darstellung des in 1 gezeigten Abgasbehandlungssystems ist; und
    • 3 ist ein Prozessflussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Aktivieren eines elektrisch beheizten Katalysators („EHC“) und einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“), wie in 1 gezeigt ist, zeigt.
  • Der hier verwendete Begriff Modul betrifft 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, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Abgasbehandlungssystem 10 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungs-(IC)-Motors 12 gerichtet. Das Abgasbehandlungssystem, das hier beschrieben ist, kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein, die Dieselmotorsysteme, Benzindirekteinspritzsysteme und Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 weist allgemein eine oder mehrere Abgasleitungen 14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen auf. Bei der Ausführungsform, wie gezeigt ist, weisen die Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems eine Oxidationskatalysatorvorrichtung („OC“) 20, einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22, eine Vorrichtung eines elektrisch beheizten Katalysators („EHC“) 24, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“) 26 und eine Partikelfiltervorrichtung („PF“) 30 auf. Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in 1 gezeigten AbgasbehandlungsVorrichtungen und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
  • In 1 transportiert die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas 15 von dem Verbrennungsmotor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10. Die OC-Vorrichtung 20 kann beispielsweise ein Durchström-Metall- oder - Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Metalle der Platingruppe aufweisen, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere Metalloxidkatalysatoren, wie Perowskite, oder Kombinationen daraus. Die OC-Vorrichtung 20 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger HC und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
  • Der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 ist stromabwärts der OC-Vorrichtung 20 angeordnet. Der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 kann beispielsweise ein Durchström-Metall- oder -Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat kann einen Washcoat aus Wasserabsorptionsmittelpartikeln aufweisen, wie beispielsweise Aluminiumoxidpartikeln, Aktivkohlepartikeln, Wasseradsorptionsmittel-Zeolithmaterialien, Wasserabsorptionsmittel-Molekularsiebmaterialien sowie Materialien aus metallorganischen Gerüsten („MOF“). Genauer sind die Wasseradsorptionsmittelpartikel zur temporären Speicherung von Wasser konfiguriert, das von dem Abgas 15 unterhalb einer Schwellentemperatur gesammelt wird. Bei einer Ausführungsform beträgt die Schwellentemperatur etwa 100°C. Das Abgas 15 erwärmt den Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 auf die Schwellentemperatur. Sobald der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 die Schwellentemperatur erreicht, wird im Wesentlichen das gesamte Wasser, das absorbiert worden ist, freigegeben.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 zwei separate Abschnitte auf und ist in 2 dargestellt. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 110. Bei der alternativen Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, weist das Abgasbehandlungssystem 110 einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 122 auf, der einen ersten Abschnitt 180 besitzt, der stromaufwärts eines zweiten Abschnitts 182 positioniert ist. Der erste Abschnitt 180 des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 122 weist eine darauf aufgetragene SCR-Katalysatorzusammensetzung zur Umwandlung von NOx-Bestandteilen in dem Abgas 115 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak, auf. Der zweite Abschnitt 182 des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 122 weist einen Washcoat aus Wasserabsorptionsmittelpartikeln auf, der zur temporären Speicherung von Wasser konfiguriert ist, das von dem Abgas 15 unterhalb einer Schwellentemperatur gesammelt wird. Dies bedeutet, der zweite Abschnitt 182 weist keine darauf aufgetragene SCR-Katalysatorzusammensetzung zur Umwandlung von NOx-Bestandteilen in dem Abgas 15 auf. Das Abgasbehandlungssystem 110 weist auch eine OC-Vorrichtung 120 auf, die von dem Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 122 stromaufwärts in einem separaten Kanister platziert ist.
  • Zurück Bezug nehmend auf 1 ist die EHC-Vorrichtung 24 stromabwärts sowohl der OC-Vorrichtung 20 als auch des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22 angeordnet. Die EHC-Vorrichtung 24 weist einen Monolith 28 und eine elektrische Heizung 32 auf, wobei die elektrische Heizung 32 selektiv aktiviert wird und den Monolith 28 heizt. Die elektrische Heizung 32 ist mit einer elektrischen Quelle (nicht gezeigt) verbunden, die Leistung daran liefert. Bei einer Ausführungsform arbeitet die elektrische Heizung 32 bei einer Spannung von etwa 12 - 24 Volt und einem Leistungsbereich von etwa 1 - 3 Kilowatt, wobei jedoch zu verstehen sei, dass genauso gut andere Betriebsbedingungen verwendet werden können. Die EHC-Vorrichtung 24 kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein, das elektrisch leitend ist, wie dem gewickelten oder gestapelten Metallmonolith 28. Eine Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt) kann auf die EHC-Vorrichtung 24 als ein Washcoat aufgetragen sein und kann Metalle der Platingruppe, wie Platin („Pt“), Palladium („Pd“), Rhodium („Rh“) oderandere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus enthalten.
  • Die SCR-Vorrichtung 26 kann stromabwärts der EHC-Vorrichtung 24, des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22 und der OC-Vorrichtung 20 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der OC-Vorrichtung 20 kann die SCR-Vorrichtung 26 beispielsweise ein Durchström-Keramik- oder -Metall-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat kann eine daran aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung aufweisen. 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 15 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak umzuwandeln.
  • Bei dem Beispiel, wie gezeigt ist, kann ein Ammoniakreduktionsmittel 36 von einer Reduktionsmittellieferquelle (nicht gezeigt) geliefert werden und kann in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 unter Verwendung einer Einspritzeinrichtung 46 oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Lieferung des Reduktionsmittels an das Abgas 15 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel 36 kann in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft in der Einspritzeinrichtung 46 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprühnebels zu unterstützen. Ein Mischer oder Turbulator 48 kann ebenfalls in der Abgasleitung 14 in enger Nähe zu der Einspritzeinrichtung 46 angeordnet sein, um eine vollständige Mischung des Reduktionsmittels 36 mit dem Abgas 15 weiter zu unterstützen. Bei der Ausführungsform, wie in 1 gezeigt ist, ist die Einspritzeinrichtung 46 stromabwärts des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22 und stromaufwärts der EHC-Vorrichtung 24 positioniert. Bezug nehmend auf die Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, ist die Einspritzeinrichtung 146 stromabwärts einer OC-Vorrichtung 120 und stromaufwärts des ersten SCR-Teils 180 des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 122 positioniert. Bei der Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, schlupft oder gelangt ein Anteil eines Reduktionsmittels 136 durch das erste SCR-Teil 180 des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 122 und wird von einer SCR-Vorrichtung 126 aufgenommen.
  • Erneut Bezug nehmend auf 1 kann die PF-Vorrichtung 30 stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein. Die PF-Vorrichtung 30 dient dazu, das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die PF-Vorrichtung 30 unter Verwendung eines keramischen oder SiC-Wandströmungsmonolithfilters 23 aufgebaut sein, der in eine Schale oder einen Kanister gepackt sein kann, die/der beispielsweise aus rostfreiem Stahl aufgebaut ist und die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 besitzt. Der keramische oder SiC-Wandströmungsmonolithfilter 23 kann eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge besitzen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Untersatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende besitzen, sowie einen Untersatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende besitzen. Abgas 15, das in den Filter 23 durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen getrieben. Durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich längs erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgeschieden und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Verbrennungsmotor 12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische oder SiC-Wandströmungsmonolithfilter 30 lediglich beispielhafter Natur ist und dass die PF-Vorrichtung 30 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc.
  • Ein Steuermodul 50 ist funktional mit dem Motor 12 und dem Abgasbehandlungssystem 10 verbunden und überwacht diese durch eine Anzahl von Sensoren. Das Steuermodul 50 ist auch funktional mit der elektrischen Heizung 32 der EHC-Vorrichtung 24, dem Motor 12 und der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 46 verbunden. 1 zeigt das Steuermodul 50 in Kommunikation mit drei Temperatursensoren 52, 54 und 56, die in der Abgasleitung 56 angeordnet sind. Der erste Temperatursensor 52 ist stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 vorgesehen, und der zweite Temperatursensor 54 ist stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet. Der dritte Temperatursensor ist stromabwärts des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22 platziert und steht in Kommunikation mit dem Steuermodul 50 zur Detektion der Temperatur des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22. Die Temperatursensoren 52, 54 und 56 senden elektrische Signale an das Steuermodul 50, die jeweils die Temperatur in der Abgasleitung 14 an spezifischen Stellen angeben. Das Steuermodul 50 steht auch in Kommunikation mit zwei NOx-Sensoren 60 und 62, die in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 stehen. Genauer ist der erste NOx-Sensor 60 stromabwärts des Verbrennungsmotors 12 und stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet, um ein NOx-Konzentrationsniveau zu detektieren. Der zweite NOx-Sensor 62 ist stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet, um das NOx-Konzentrationsniveau in der Abgasleitung 14 an spezifischen Stellen zu detektieren.
  • Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zum Überwachen des ersten Temperatursensors 52 und des zweiten Temperatursensors 54 und zum Berechnen eines Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 26 auf. Genauer werden der erste Temperatursensor 52 und der zweite Temperatursensor 54 gemeinsam gemittelt, um das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 26 zu erzeugen. das Steuermodul 50 weist auch eine Steuerlogik zum selektiven Aktivieren oder Deaktivieren der EHC-Vorrichtung 24 auf Grundlage des Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 26 auf. Genauer wird, wenn das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 26 oberhalb einer Anspring- oder Minimalbetriebstemperatur liegt, dann die elektrische Heizung 32 deaktiviert und heizt die EHC-Vorrichtung 24 nicht mehr. Jedoch ist, solange das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 26 unterhalb der Anspringtemperatur liegt, die elektrische Heizung 32 aktiviert oder bleibt aktiviert, und Wärme wird an die SCR-Vorrichtung 26 geliefert. Die SCR-Vorrichtung 26 wird auf die Anspringtemperatur erhitzt, was allgemein die Menge an NOx in dem Abgas 15 effektiv reduziert. Genauer wird das NOx in dem Abgas 15 zu Stickstoff nach einem Anspringen der SCR-Vorrichtung 26 reduziert.
  • Das Steuermodul 50 weist auch eine Steuerlogik zum Überwachen der Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 auf. Genauer kann das Steuermodul 50 die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 durch mehrere verschiedene Vorgehensweisen überwachen. Bei einer Vorgehensweise detektiert ein erster Temperatursensor 52, der stromabwärts der EHC-Vorrichtung 54 platziert ist und in Kommunikation mit dem Steuermodul 50 steht, die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24. Bei einer alternativen Vorgehensweise weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Bestimmen der Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 auf Grundlage von Betriebsparametern des Abgassystems 10 auf. Genauer kann die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 auf Grundlage der Abgasströmung des Motors 12, einer Eingangsgastemperatur des Motors 12 und der elektrischen Leistung berechnet werden, die an die elektrische Heizung 32 geliefert wird. Die Abgasströmung des Motors 12 wird durch Addition der Ansaugluftmasse des Motors 12 und der Kraftstoffmasse des Motors 12 berechnet, wobei die Ansaugluftmasse unter Verwendung eines Ansaugluftmassenstromsensors (nicht gezeigt) des Motors 12 gemessen wird, der den Luftmassenstrom misst, der in den Motor 12 eintritt. Der Kraftstoffmassenstrom wird durch Summieren der Gesamtmenge von Kraftstoff, die in den Motor 12 über eine gegebene Zeitperiode eingespritzt wird, gemessen. Der Kraftstoffmassenstrom wird zu dem Luftmassendurchfluss addiert, um die Abgasströmung des Motors 12 zu berechnen.
  • Das Steuermodul 50 kann auch eine Steuerlogik zur Bestimmung der Wasserspeicherkapazität des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln 22 aufweisen. Genauer sind die Absorptionsmittelpartikel spezifisch zum Halten von Wasser konfiguriert, bis die Schwellentemperatur erreicht ist. Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zur Überwachung des dritten Temperatursensors 56 auf, der die Temperatur des Absorbers 22 repräsentiert. Das Steuermodul 50 weist ferner eine Steuerlogik zur Bestimmung der Wasserspeicherkapazität des Absorbers 22 auf Grundlage der Temperatur des Absorbers 22 auf. Dies ist darauf zurückzuführen, da die Absorptionsmittelpartikel dazu neigen, bei geringeren Temperaturen mehr Wasser zu speichern, und dazu neigen, bei höheren Temperaturen das Wasser freizugeben oder zu desorbieren. Wie oben beschrieben ist, sind bei einer Ausführungsform die Absorptionsmittelpartikel zur temporären Speicherung von Wasser konfiguriert, das von dem Abgas 15 unterhalb einer Schwellentemperatur gesammelt wird. Sobald der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 die Schwellentemperatur erreicht, wird im Wesentlichen das gesamte absorbierte Wasser freigegeben.
  • Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 über einer Schwellen- oder EHC-Anspringtemperatur liegt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die EHC-Anspringtemperatur etwa 250°C. Falls die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 über der EHC-Anspringtemperatur liegt, dann weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Aberregen einer elektrischen Quelle (nicht gezeigt) der elektrischen Heizung 32 auf. In dem Fall, dass die EHC-Vorrichtung 24 aberregt ist, kann das Steuermodul 50 dann eine Steuerlogik zur kontinuierlichen Einstellung der Mehrzahl von Betriebsparametern des Motors 12 aufweisen, um die Temperatur des Abgases 15 zu steuern, das der SCR-Vorrichtung 26 bereitgestellt wird. Somit können in dem Fall, dass die EHC-Vorrichtung 24 aberregt wird, Betriebsparameter des Motors 12 modifiziert werden, um der SCR-Vorrichtung 26 Wärme bereitzustellen, so dass die SCR-Vorrichtung 26 ein Anspringen erreicht.
  • Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zur Bestimmung einer Menge von NOx in dem Abgas 15 auf, die von der SCR-Vorrichtung 26 reduziert wird. Die Menge an NOx in dem Abgas 15, die von der SCR-Vorrichtung 26 reduziert wird, kann auf Grundlage des Ausganges des ersten NOx-Sensors 60, des zweiten NOx-Sensors 62 und des SCR-Temperaturprofils basierend auf dem ersten und zweiten Temperatursensor 52 und 54 berechnet werden. Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zur Bestimmung der Menge von Reduktionsmittel 36 auf, die von der SCR-Vorrichtung 26 verbraucht wird, wobei die Menge des Reduktionsmittels 36, die verbraucht wird, auf der Menge von NOx in dem Abgas 15, die von der SCR-Vorrichtung 26 reduziert wird, basiert. Das Steuermodul 50 kann auch eine Steuerlogik zur Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 46 aufweisen, um das Reduktionsmittel 36, das von der SCR-Vorrichtung 26 verbraucht wird, wieder aufzufüllen. Beispielsweise weist bei einer Ausführungsform das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Bestimmung der Menge des Reduktionsmittels 36 auf, das die SCR-Vorrichtung 26 während eines vorhergehenden Kaltstarts des Motors 12 darin gespeichert hat. Das Steuermodul 50 weist ferner eine Steuerlogik zur Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 46 auf, um das Reduktionsmittel 36 auf das Niveau während des vorhergehenden Kaltstarts des Motors 12 zu ersetzen.
  • Vor Erreichen der Anspringtemperatur wirkt die SCR-Vorrichtung 26 typischerweise als ein NOx-Adsorber mit der Anwesenheit von NH3. Dies bedeutet, die SCR-Vorrichtung 26 ist zum Abfangen und Speichern des NOx konfiguriert, bis die Anspringtemperatur der SCR-Vorrichtung 26 erreicht worden ist. Jedoch enthält das Abgas 15 Wasserdampf, was die Speicherkapazität von NOx über die SCR-Vorrichtung 26 vermindert. Somit wird der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22, der stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung 26 platziert ist, in einem Bestreben bereitgestellt, temporär Wasser, das von einem Abgas 15 unterhalb einer Schwellentemperatur gesammelt wird, zu speichern. Der Durchströmbehälter von Absorptionsmittelpartikeln 22 reduziert oder beseitigt im Wesentlichen die Menge an Wasserdampf, die die SCR-Vorrichtung 26 erreicht, bevor die SCR-Vorrichtung 26 die Anspringtemperatur erreicht.
  • Die EHC-Vorrichtung 24 wird in einem Bestreben bereitgestellt, die SCR-Vorrichtung 26 auf die Anspringtemperatur zu erhitzen, bevor der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 die Schwellentemperatur erreicht. Dies ist so, da, sobald der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 die Schwellentemperatur erreicht, im Wesentlichen das gesamte Wasser, das von den Absorptionsmittelpartikeln absorbiert wird, freigegeben wird. Die Freigabe von Wasser an die SCR-Vorrichtung 26 kann die Menge an NOx, die die SCR-Vorrichtung 26 abzufangen und zu speichern in der Lage ist, bevor die Anspringtemperatur erreicht wird, vermindern. Somit wird die EHC-Vorrichtung 24 derart vorgesehen, dass die SCR-Vorrichtung 26 die Anspringtemperatur typischerweise erreicht, bevor der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln 22 die Schwellentemperatur erreicht.
  • Nun wird ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb des Abgasbehandlungssystems 10 erläutert. Bezug nehmend auf 3 ist ein beispielhaftes Prozessflussschaubild, das einen beispielhaften Prozess zum Betrieb des Abgasbehandlungssystems 10 veranschaulicht, allgemein mit Bezugszeichen 200 gezeigt. Der Prozess 200 beginnt bei Schritt 202, bei dem ein Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Überwachung der Temperatur einer EHC-Vorrichtung 24 aufweist. Wie oben diskutiert ist, kann das Steuermodul 50 die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 durch mehrere verschiedene Vorgehensweisen überwachen. Bei einer Vorgehensweise detektiert ein erster Temperatursensor 52, der stromabwärts der EHC-Vorrichtung 24 platziert ist und in Kommunikation mit dem Steuermodul 50 steht, die Temperatur der EHC-Vorrichtung 24. Bei einer alternativen Vorgehensweise weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Bestimmen der Temperatur der EHC-Vorrichtung 24 auf Grundlage von Betriebsparametern des Abgassystems 10 auf. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 204 fortfahren.
  • Bei Schritt 204 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die EHC-Vorrichtung 24 über der Anspringtemperatur liegt. Falls sich die EHC-Vorrichtung 24 über der Anspringtemperatur befindet, kann dann die EHC-Vorrichtung 24 deaktiviert werden und der Prozess 200 fährt mit Schritt 208 fort. Falls die EHC-Vorrichtung 24 sich unterhalb der Anspringtemperatur befindet, fährt der Prozess 200 mit Schritt 206 fort, bei dem die elektrische Heizung 32 aktiviert wird. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 208 fortfahren.
  • Bei Schritt 208 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Überwachen eines Temperaturprofils einer SCR-Vorrichtung 26 auf, um zu bestimmen, ob die SCR-Vorrichtung 26 über oder unter einer jeweiligen Anspringtemperatur liegt. Genauer steht Bezug nehmend auf 1 das Steuermodul 50 in Kommunikation mit zwei Temperatursensoren 52 und 54, die in einer Abgasleitung 14 angeordnet sind, wobei der erste Temperatursensor 52 stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 platziert ist und der zweite Temperatursensor 54 stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 vorgesehen ist. Das Steuermodul 50 weist eine Steuerlogik zum Überwachen des ersten Temperatursensors 52 und des zweiten Temperatursensors 54 und zum Berechnen eines Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 26 auf. Genauer werden der erste Temperatursensor 52 und der zweite Temperatursensor 54 gemeinsam gemittelt, um das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 26 zu erzeugen. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 210 fortfahren.
  • Bei Schritt 210 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die SCR-Vorrichtung 26 über oder unter der Anspringtemperatur liegt. In dem Fall, dass sich die SCR-Vorrichtung 26 über der Anspringtemperatur befindet, kann der Prozess 200 dann mit Schritt 212 fortfahren. Falls die SCR-Vorrichtung 26 unterhalb der Anspringtemperatur ist, kann der Prozess 200 dann zu Schritt 206 zurückkehren, bei dem die elektrische Heizung 32 aktiviert wird. Jedoch kann in dem Fall, dass die EHC-Vorrichtung 24 bei Schritt 204 deaktiviert wurde, das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum kontinuierlichen Einstellen der Mehrzahl von Betriebsparametern des Motors 12 aufweisen, um die Temperatur des Abgases 15 zu steuern, das der SCR-Vorrichtung 26 bereitgestellt wird, so dass die SCR-Vorrichtung 26 ein Anspringen erreicht.
  • Bei Schritt 212 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Deaktivieren der elektrischen Heizung 32 der EHC-Vorrichtung 24 auf. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 214 fortfahren.
  • Bei Schritt 214 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Bestimmung einer Menge von NOx in dem Abgas 15, die von der SCR-Vorrichtung 26 reduziert wird, und dann zur Bestimmung einer Menge des Reduktionsmittels 36, die von der SCR-Vorrichtung 26 verbraucht wird, auf Grundlage der Menge an reduziertem NOx auf. Die Menge an NOx in dem Abgas 15, die durch die SCR-Vorrichtung 26 reduziert ist, kann auf Grundlage des Ausgangs eines ersten NOx-Sensors 60, eines zweiten NOx-Sensors 62 und der Temperatur des SCR-Temperaturprofils auf Grundlage des ersten und zweiten Temperatursensors 52 und 54 berechnet werden. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 216 fortfahren.
  • Bei Schritt 216 weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Aktivieren einer Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 46 auf, um das Reduktionsmittel 36 zu der SCR-Vorrichtung 26 zu dosieren. Genauer weist bei einer beispielhaften Ausführungsform des Abgasbehandlungssystems 10 das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Aktivieren der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 46 auf, um das Reduktionsmittel 36 wiederaufzufüllen, das von der SCR-Vorrichtung 26 verbraucht wird. Der Prozess 200 kann dann enden.

Claims (9)

  1. Abgasbehandlungssystem (110) für einen Verbrennungsmotor (112), umfassend eine Abgasleitung (114) in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (112), die derart konfiguriert ist, ein Abgas (115) von dem Verbrennungsmotor (112) aufzunehmen, wobei das Abgas (115) Stickoxide („NOx“) und Wasser enthält; einen Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), der derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei der Durchströmbehälter (122) im Wesentlichen Wasser von dem Abgas (115) unterhalb einer Schwellentemperatur adsorbiert, wobei der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) einen ersten Abschnitt (180) mit einer darauf aufgetragenen SCR-Katalysatorzusammensetzung zur Umwandlung von NOx stromaufwärts eines zweiten Abschnitts (182) aufweist, der mit einem Washcoat aus Wasserabsorptionsmittelpartikeln zur temporären Speicherung von Wasser versehen ist; eine Vorrichtung (124) mit elektrisch beheiztem Katalysator („EHC“) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), die derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei die EHC-Vorrichtung (124) stromabwärts des Durchströmbehälters aus Absorptionsmittelpartikeln (122) positioniert ist und wobei die EHC-Vorrichtung (124) selektiv aktiviert wird, um Wärme zu erzeugen; eine Vorrichtung (126) für selektive katalytische Reduktion („SCR“) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114), die derart konfiguriert ist, das Abgas (115) aufzunehmen, wobei die SCR-Vorrichtung (126) stromabwärts des Durchströmbehälters (122) positioniert ist und wobei die SCR-Vorrichtung (126) von der EHC-Vorrichtung (124) selektiv auf eine SCR-Anspringtemperatur erhitzt wird, und wobei die Gesamttemperatur der SCR-Vorrichtung (126) durch ein SCR-Temperaturprofil repräsentiert ist; und ein Steuermodul (150) in Kommunikation mit der EHC-Vorrichtung (124), umfassend: eine Steuerlogik zur Bestimmung des SCR-Temperaturprofils; eine Steuerlogik zum Aktivieren der EHC-Vorrichtung (124), falls das SCR-Temperaturprofil unterhalb der SCR-Anspringtemperatur liegt, wobei die EHC-Vorrichtung (124) selektiv aktiviert wird, um die SCR-Vorrichtung (126) auf die SCR-Anspringtemperatur zu erhitzen, bevor der Durchströmbehälter aus Absorptionsmittelpartikeln (122) die Schwellentemperatur erreicht; und eine Steuerlogik zum Bestimmen der Temperatur der EHC-Vorrichtung (124) auf Grundlage einer Abgasströmung des Motors (112), einer Eingangsgastemperatur des Motors (112) und einer an die elektrische Heizung (132) gelieferten elektrischen Leistung.
  2. Abgasbehandlungssystem (110) nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor (152), der stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (126) angeordnet ist; und einen zweiten Temperatursensor (154), der stromabwärts der SCR-Vorrichtung (126) angeordnet ist.
  3. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zum Überwachen des ersten Temperatursensors (152) und des zweiten Temperatursensors (154) aufweist.
  4. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zur Berechnung des SCR-Temperaturprofils auf Grundlage von Signalen von dem ersten Temperatursensor (152) und dem zweiten Temperatursensor (154) aufweist, wobei die Temperaturen des ersten Temperatursensors (152) und des zweiten Temperatursensors (154) gemeinsam gemittelt sind, um das SCR-Temperaturprofil zu erzeugen.
  5. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei eine Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung (146) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114) steht und in Signalkommunikation mit dem Steuermodul (150) steht, und wobei die Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung (146) zur Dosierung eines Reduktionsmittels konfiguriert ist.
  6. Abgasbehandlungssystem (110) nach Anspruch 5, ferner mit einem ersten NOx-Sensor (160) und einem zweiten NOx-Sensor (162), die in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (114) stehen, wobei der erste NOx-Sensor (160) stromabwärts des Verbrennungsmotors (112) und stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (126) angeordnet ist und der zweite NOx-Sensor (162) stromabwärts der SCR-Vorrichtung (126) angeordnet ist, und wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zur Bestimmung einer Menge von NOx in dem Abgas (115), die von der SCR-Vorrichtung (126) reduziert wird, auf Grundlage des ersten NOx-Sensors (160), des zweiten NOx-Sensors (162) und der Temperatur des SCR-Temperaturprofils aufweist.
  7. Abgasbehandlungssystem (110) nach Anspruch 6, wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zur Bestimmung einer Menge des Reduktionsmittels aufweist, das die SCR-Vorrichtung (126) während eines vorhergehenden Kaltstarts des Verbrennungsmotors (112) darin gespeichert hat.
  8. Abgasbehandlungssystem (110) nach Anspruch 7, wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zur Bestimmung einer Menge des Reduktionsmittels aufweist, die von der SCR-Vorrichtung (126) verbraucht worden ist, um die Menge von NOx in dem Abgas (115), die von der SCR-Vorrichtung (126) reduziert ist, umzuwandeln.
  9. Abgasbehandlungssystem (110) nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul (150) eine Steuerlogik zur Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung (146) aufweist, um das Reduktionsmittel, das von der SCR-Vorrichtung (126) verbraucht wird, auf die Menge des Reduktionsmittels wieder aufzufüllen, das die SCR-Vorrichtung (126) während des vorhergehenden Kaltstarts des Verbrennungsmotors (112) darin gespeichert hat.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015048099A1 (en) * 2013-09-25 2015-04-02 Cummins Inc. Scr aftertreatment management to mitigate slip events
DE102014210661A1 (de) * 2014-06-04 2015-12-17 Thyssenkrupp Ag Verringerung der Emission von Stickoxiden beim Anfahren von Anlagen zur Herstellung von Salpetersäure
CN104110294B (zh) * 2014-07-23 2016-06-08 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 一种用于汽车scr系统的温度控制装置及其控制方法
US20160310893A1 (en) * 2015-04-22 2016-10-27 Babcock Power Environmental Inc. Constant direction regenerative selective catalytic reduction
CN206267926U (zh) * 2015-12-04 2017-06-20 天纳克（苏州）排放系统有限公司 集成装置及其尾气后处理系统
DE102017106766A1 (de) * 2016-03-31 2017-10-05 Johnson Matthey Public Limited Company Im Abgas vorhandenes elektrisches Element für NOx-Speicherkatalysator- und SCR-Systeme
US9856774B2 (en) * 2016-05-03 2018-01-02 GM Global Technology Operations LLC Engine exhaust system
DE102017113712A1 (de) * 2017-06-21 2018-12-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
US10641147B2 (en) * 2017-07-26 2020-05-05 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment systems utilizing a single electrically heated catalyst
DE102017218374A1 (de) 2017-10-13 2019-04-18 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln einer Heiztemperatur eines Heizelements für einen elektrisch beheizbaren Katalysator und Kraftfahrzeug
US10323559B1 (en) * 2017-12-12 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling selective catalytic reduction systems
FR3081507B1 (fr) * 2018-05-23 2020-06-19 Psa Automobiles Sa Procede et superviseur d’activation / desactivation de chauffage dans un systeme scr chauffe electriquement
DE102018208718B4 (de) 2018-06-04 2021-01-28 Vitesco Technologies GmbH Verfahren zum Betreiben eines elektrisch beheizbaren Katalysators
US10920645B2 (en) 2018-08-02 2021-02-16 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for on-board monitoring of a passive NOx adsorption catalyst
DE102018123586A1 (de) * 2018-09-25 2020-03-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
US11268418B2 (en) * 2019-01-18 2022-03-08 Caterpillar Inc. Engine system and operating strategy for selective in situ and ex situ limiting of NOx production
CN109931130B (zh) * 2019-03-27 2020-09-29 潍柴动力股份有限公司 一种scr控制方法及装置
US11098631B2 (en) * 2019-07-26 2021-08-24 Caterpillar Inc. NOx sensor protection system
DE102019121991B4 (de) * 2019-08-15 2023-06-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasanlage für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug umfassend eine solche
US11608763B2 (en) * 2021-01-05 2023-03-21 Ford Global Technologies, Llc Exhaust aftertreatment system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19901760A1 (de) * 1999-01-18 2000-07-27 Emitec Emissionstechnologie Verfahren und Anordnung zum Reinigen eines in einem Abgasstrang strömenden Abgasstromes eines Ottomotors
DE102008023395A1 (de) * 2007-05-15 2009-01-08 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Hybrid-HC-Absorber/EHC-PZEV-Abgasarchitektur
DE102007040439A1 (de) * 2007-08-28 2009-03-05 Daimler Ag Betriebs- und Diagnoseverfahren für ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6235254B1 (en) * 1997-07-01 2001-05-22 Lynntech, Inc. Hybrid catalyst heating system with water removal for enhanced emissions control
GB2340054B (en) * 1998-07-24 2001-11-07 Johnson Matthey Plc Combatting air pollution
DE10205968A1 (de) * 2002-02-14 2003-08-21 Bosch Gmbh Robert Diagnose eines Wasser-Adsorbers im Abgas eines Verbrennungsmotors
GB0220645D0 (en) * 2002-09-05 2002-10-16 Johnson Matthey Plc Exhaust system for a lean burn ic engine
DE102004027907A1 (de) * 2004-06-09 2005-12-29 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Regelsystem für eine mobile Verbrennungskraftmaschine
KR100680792B1 (ko) * 2005-12-09 2007-02-08 현대자동차주식회사 질소산화물 제거 촉매와 촉매 여과 장치를 구비한ＮＯｘ－ＰＭ 동시 저감 장치의 재생 제어 방법 및 장치
CN101054918B (zh) * 2006-04-12 2010-06-23 通用汽车环球科技运作公司 柴油机氧化催化器(doc)温度传感器合理性诊断
US7818960B2 (en) * 2007-03-14 2010-10-26 Gm Global Technology Operations, Inc. SCR cold start heating system for a diesel exhaust
US8713917B2 (en) * 2007-08-30 2014-05-06 GM Global Technology Operations LLC Method for reducing NH3 release from SCR catalysts during thermal transients
CN102132018B (zh) * 2008-03-03 2013-12-18 丰田自动车株式会社 内燃机的排气净化装置
US8464524B2 (en) * 2008-08-06 2013-06-18 Ford Global Technologies, Llc Trap for exhaust system
US8893475B2 (en) * 2010-03-11 2014-11-25 Cummins Inc. Control system for doser compensation in an SCR system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19901760A1 (de) * 1999-01-18 2000-07-27 Emitec Emissionstechnologie Verfahren und Anordnung zum Reinigen eines in einem Abgasstrang strömenden Abgasstromes eines Ottomotors
DE102008023395A1 (de) * 2007-05-15 2009-01-08 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Hybrid-HC-Absorber/EHC-PZEV-Abgasarchitektur
DE102007040439A1 (de) * 2007-08-28 2009-03-05 Daimler Ag Betriebs- und Diagnoseverfahren für ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem

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