DE102013105094B4

DE102013105094B4 - Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine

Info

Publication number: DE102013105094B4
Application number: DE102013105094.8A
Authority: DE
Inventors: Masumi Kinugawa; Shigeto Yahata; Yuuki Tarusawa; Keiji Noda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2033-05-18
Also published as: DE102013105094A1; JP2013249743A; JP5741527B2

Abstract

Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine (1) eines Fahrzeugs, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung aufweist:eine Reinigungseinheit (6), die konfiguriert ist, Stickoxid (NOx) in einem Abgas, das von der Maschine (1) abgelassen wird, zu reinigen;eine Kühleinheit (5), die in einer Abgaspassage (4) der Maschine (1) auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet ist, wobei die Kühleinheit (5) konfiguriert ist, Abgas zu kühlen;eine Bypasspassage (2), die ausgebildet ist, Abgas von einem Abschnitt der Abgaspassage (4) auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) und der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases zu einem Abschnitt der Abgaspassage (4) auf einer stromabwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) und der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases umzuleiten;eine Regeleinheit (14, 15), die konfiguriert ist, eine Flussrate von Abgas in der Bypasspassage (2) zu regeln; undein erstes Steuermittel (20, S39, S40, S56-S58, S63-S68) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15), um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn die Flussrate des Abgases eine Reinigungskapazität der Reinigungseinheit (6) überschreitet,wobei die Nachbehandlungsvorrichtung ferner einen Sammler (3) aufweist, der in der Abgaspassage (4) auf der stromaufwärtigen Seite der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases angeordnet ist und konfiguriert ist, Partikel (PM) aufzunehmen, wobei das erste Steuermittel (20, S39, S40, S56-S58, S63-S68) ein zweites Steuermittel (S20, S39, S56, S63, S64, S67) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn eine Sammeleffizienz des Sammlers (3) von ihrem höchsten Wert reduziert wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen eine Nachbehandlungsvorrichtung, die Stickoxid-(NOx)-Komponenten eines Abgases absorbiert und trennt. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine, die eine NOx-Absorptionstrennkapazität selbst in einem kühlen Temperaturzustand aufweist, kurz nachdem die Maschine kaltgestartet wurde.
Bei einer NOx-Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine, insbesondere eine Dieselmaschine, wird eine Reduktionsbehandlung von NOx unter Verwendung von beispielsweise einem Katalysator durchgeführt, um NOx-Komponenten zu reinigen. Gemäß einer derartigen Technologie kann die NOx-Reinigung nicht bei einer Temperatur ausgeführt werden, die niedriger als eine Betriebstemperatur (z. B. 200°C oder höher) ist, bei welcher der Katalysator funktioniert. Somit ist eine Technologie erforderlich, um die Betriebstemperatur zu erreichen, bei welcher der Katalysator funktioniert.
Darüber hinaus sind Edelmetalle wie teures Platin für einen Katalysator vom NOx-Ausschlussreduktionstyp oder vom Adsorptionsreduktionstyp erforderlich. Andererseits wird, obwohl Grundmetall für einen Katalysator eines selektiven Reduktionstyps verwendet werden kann, eine Vorrichtung zum Messen und Einspritzzuführen von Harnstoffwasser für ein Abgassystem benötigt, wodurch die Nachbehandlungsvorrichtung teuer wird. Deshalb wird eine günstigere Möglichkeit für eine NOx-Nachbehandlungsvorrichtung gemäß eines neuen Systems benötigt.
Genauer gesagt wird eine NOx-Reinigungsvorrichtung benötigt, die die folgenden Erfordernisse erfüllt: NOx-Reinigung ist selbst bei einer niedrigen Temperatur kurz nach einem Kaltstart der Maschine möglich; für die NOx-Reinigung wird kein teurer Katalysator wie ein Edelmetall verwendet; eine hohe Reinigungsleistung, die strikte Abgasregulierungen der Zukunft erfüllen kann.
Diesbezüglich wird in der JP H06- 173 657 A beispielsweise eine Technologie einer Abgasreinigung beschrieben, bei welcher NOx durch eine alkalische wässrige Lösung absorbiert wird. Die in dieser Veröffentlichung beschriebene Technik bietet den Vorteil, dass die alkalische wässrige Lösung günstig ist und dass die Lösung NOx bei einer relativ niedrigen Temperatur reinigen kann.
Gemäß der Technologie der JP H06- 173 657 A wird ein Kühlmittel vor der NOx-Absorptionsflüssigkeit zum Kühlen der Flüssigkeit bei einer derartigen Temperatur angeordnet bzw. vorgesehen, dass die Flüssigkeit optimal funktioniert. Wenn dies bei einer Maschine für ein Fahrzeug mit einem weiten Bereich bzw. verschiedenen Maschinenbetriebszuständen angewandt wird, steht dieses Verfahren jedoch den folgenden Herausforderungen gegenüber. Wenn die Kapazität des Kühlmittels derart auf einen Betriebszustand angepasst wird, dass die Maschine die maximale Abgastemperatur und die maximale Abgasflussrate überschreitet, wird das System zu groß, weshalb es schwierig wird, es im Fahrzeug anzuordnen. Daher ist es trotz des Falles des weiten Bereichs bzw. der vielen verschiedenen Betriebszustände wie bei der Maschine für das Fahrzeug erwünscht, die Nachbehandlungsvorrichtung derart zu konfigurieren, dass sie Ressourcen schonend und umweltfreundlich optimal adaptiert werden kann und dennoch eine entsprechende Leistung liefert.
Ferner gibt es bei der Technologie der JP H06- 173 657 A, wenn im Kühlmittel ein Fehler verursacht wird, die Möglichkeit, dass Abgas, welches nicht gekühlt ist, in das NOx-Absorptionsmittel gelangt, und einen Folgefehler der NOx-Absorptionsflüssigkeit, die sich aufgrund hoher Temperaturen zersetzt und zerfällt, auslöst. Somit ist es erwünscht, selbst im Falle eines Fehlers in der Nachbehandlungsvorrichtung eine Fehler-Sicherungsfunktion hinzuzufügen, so dass der Folgefehler verhindert werden kann und dass die Fahrsicherheit gewährleistet wird und schnell zur Reparatur fortgeschritten werden kann.
Zudem, wenn ein Dieselpartikelfilter (DPF) an einer Stromaufwärtsseite der Nachbehandlungsvorrichtung im Verfahren der JP H06- 173 657 A angeordnet ist, wird z. B. in einem Zustand, in welchem der DPF wiederhergestellt wird, so dass ein Feinstaub- bzw. Partikel-(PM)-Rückstandsbetrag am DMF klein ist, die PM-Sammeleffizienz niedrig und ein vergleichsweise größer Betrag an PM fließt in Richtung der stromabwärtigen Seite durch. Diese PM haften an einem Teil der Nachbehandlungsvorrichtung, wodurch die Leistung der Nachbehandlungsvorrichtung reduziert wird. Um dies zu verhindern, ist es erforderlich, dass die PM, welche hindurchströmen, nicht an der Nachbehandlungsvorrichtung haften oder zum Zeitpunkt einer niedrigen PM-Sammeleffizienz des DPF zumindest nicht zu leicht an der Vorrichtung haften.
Die DE 10 2005 022 546 A1 offenbart eine Abgasanlage für einen mager betriebenen Motor, bei welcher ein Mager-NOx-Speicher und eine eines Paars von Schalldämpfereinrichtungen umgangen wird, wenn der Motor bei hoher Drehzahl und hoher Last arbeitet. Dies hat den Vorteil, eine Schädigung des Mager-NOx-Speichers unter diesen Betriebsbedingungen zu reduzieren, und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Leistung des Motors. Ein zweites Merkmal der Erfindung ist, dass ein Abgaskühler stromaufwärts des Mager-NOx-Speichers angeordnet ist, um die Temperatur der in den Mager-NOx-Speicher strömenden Abgase zu steuern, wenn von dem Motor ein mageres Gemisch verbrannt wird.
Die vorliegende Offenbarung trägt zumindest einer der vorstehenden Problematiken Rechnung. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine zu schaffen, die günstig herzustellen ist; die eine hohe NOx-Reinigungsleistung selbst bei niedrigen Temperaturen erbringen kann; die bei einem weiteren Bereich bzw. vielen verschiedenen Maschinenbetriebszuständen angewandt werden kann; die die Möglichkeit eines Folgefehlers beschränken kann; und die nicht einfach durch PM beeinflusst werden kann, welche durch einen DPF gelangt sind.
Um die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung zu lösen, ist eine Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Die Nachbehandlungsvorrichtung enthält eine Reinigungseinheit, eine Kühleinheit, eine Bypasspassage, eine Regeleinheit und ein erstes Steuermittel. Die Reinigungseinheit ist konfiguriert, Stickoxid (NOx) im Abgas, das von der Maschine ausgelassen wird, zu reinigen. Die Kühleinheit ist in einer Abgaspassage der Maschine auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet. Die Kühleinheit ist konfiguriert, das Abgas zu kühlen. Die Bypasspassage ist ausgebildet, um Abgas von einem Abschnitt der Abgaspassage auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit und der Kühleinheit in Flussrichtung des Abgases zu einem Abschnitt der Abgaspassage auf einer stromabwärtigen Seite der Reinigungseinheit und der Kühleinheit in Flussrichtung des Abgases umzuleiten bzw. zu passieren. Die Regeleinheit ist konfiguriert, eine Flussrate des Abgases in der Bypasspassage zu regeln. Das erste Steuermittel ist zum Steuern der Regeleinheit vorgesehen, um Abgas in die Bypasspassage auszulassen, wenn die Flussrate des Abgases eine Reinigungskapazität der Reinigungseinheit überschreitet.
Demnach ist eine Nachbehandlungsvorrichtung für die Maschine vorgesehen, die bei verschiedensten Fahrzeugbetriebszuständen angewandt werden kann; die die Möglichkeit eines Folgefehlers beschränken kann; und die nicht leicht durch die PM beeinflusst wird, welche durch den DPF passiert sind.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Diagramm zum Darstellen einer Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ein Diagramm zum Darstellen eines geschlossenen Zustands eines Auslassventil-Servomechanismus gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Diagramm zum Darstellen eines geöffneten Zustands des Auslassventil-Servomechanismus gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ein Diagramm zum Darstellen eines Auslassventil-Servomechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 ein Diagramm zum Darstellen eines Sperrventil-Servomechanismus einer Passage gemäß der zweiten Ausführungsform;
6 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Steuerprozesses für den Auslassventil-Servomechanismus gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Steuerprozesses für den Sperrventil-Servomechanismus in der Passage gemäß der zweiten Ausführungsform;
8 ein Diagramm zum Darstellen einer Beziehung zwischen einem PM-Rückstandsbetrag und einer PM-Sammeleffizienz in einem DPF gemäß einer dritten Ausführungsform; und
9 ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Steuerprozesses für einen Auslassventil-Servomechanismus bezüglich einer DPF-Sammeleffizienz gemäß der dritten Ausführungsform.

(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform ist in 1 dargestellt. Ein DPF (Sammler) 3 ist an einer Abgasleitung (Bypasspassage) 2 einer Maschine 1 angeordnet, und eine Abgas-Abzweigungsleitung 4 ist an einer Stromabwärtsseite des DPF 3 parallel zur Abgasleitung 2 angeordnet. Eine Kühleinheit 5 und eine NOx-Absorptionseinheit (Reinigungseinheit) 6 sind in dieser Reihenfolge in Flussrichtung des Abgases entlang der Abgas-Abzweigungsleitung 4 angeordnet. Ein Auslassventil (Regeleinheit) 14 ist in der Abgasleitung 2 auf einer Stromabwärtsseite von ihrem Abzweigungspunkt von der Abgas-Abzweigungsleitung 4 angeordnet, und ein Passagensperrventil (Regeleinheit) 15 ist in der Abgas-Abzweigungsleitung 4 auf einer Stromaufwärtsseite der Kühleinheit 5 angeordnet.
Die Maschine 1 lässt Luft durch einen Lufteinlass 7 ein. Luft wird durch einen Kompressor 8 eines Turboladers mit Druck beaufschlagt und die Luft, welche durch die Druckbeaufschlagung eine hohe Temperatur hatte, wird durch einen Zwischenkühler 9 gekühlt. Anschließend wird die Luft in den Einlasskrümmer 10 gespeist, um durch jede Öffnung in eine Brennkammer der Maschine 1 eingeführt zu werden. Luft und Kraftstoff werden gemischt, um in der Brennkammer der Maschine 1 verbrannt zu werden. Ein Kolben der Maschine 1 wird durch die Verbrennung dekomprimiert, um Leistung aus einer Drehkraft einer Maschinenwelle 11 zu erzeugen.
Das Abgas wird von der Brennkammer der Maschine 1 nach der Verbrennung in einen Abgaskrümmer 12 ausgelassen. Danach dreht das Abgas eine Turbine 13, die direkt mit dem Kompressor 8 des Turboladers verbunden ist, um Luft zu komprimieren bzw. mit Druck zu beaufschlagen. Danach wird das Abgas in die Abgasleitung 2 ausgelassen. Abgas passiert durch den DPF 3 und Feinstaub bzw. Partikel im Abgas werden durch den DPF gefiltert und aufgenommen (gesammelt). Das Abgas passiert durch eine DPF-Oberfläche. Gleichzeitig werden eine Kohlenwasserstoff-(HC)-Komponente und eine Kohlenmonoxid-(CO)-Komponente durch einen Oxidationskatalysator gereinigt, mit welchem die DPF-Oberfläche beschichtet ist. Anschließend fließt, da das Auslassventil 14 geschlossen und das Passagenspressventil 15 in einem normalen Fall geöffnet wird, das Abgas durch die Abgas-Abzweigungsleitung 4, um durch die Kühleinheit 5 gekühlt zu werden, und die Abgastemperatur fällt normalerweise in einen Bereich zwischen 100°C und 180°C.
Das gekühlte Abgas passiert ferner durch die NOx-Absorptionseinheit 6. NOx, das im Abgas enthalten ist, kommt in Kontakt mit NOx-Absorptionsflüssigkeit in der NOx-Absorptionseinheit 6, um in der Flüssigkeit absorbiert zu werden. PM, HC, CO und NOx werden in dieser Stufe entfernt und sauberes Abgas wird durch einen Abgasleitungsauslass 16 in die Atmosphäre ausgelassen.
Der DPF 3, der in dieser Ausführungsform vorgesehen ist, ist als Wandfluss-Typ-Abgasfilter bekannt, in welchem eine poröse Wand, die aus einer Keramiken besteht, als Filter dient.
Die Kühleinheit 5 für das Abgas ist ein Abgashitze-Wiederherstellungssystem durch ein Rankine-Zyklus-Verfahren, das z. B. in der JP 2002 115 573 A beschrieben ist, welches ein Maschinenkühlmittel oder dergleichen als Arbeitsfluid verwendet. Wie in dieser Veröffentlichung beschrieben, ist in diesem System ein Verdampfer zum Erzeugen eines hoch temperierten und hoch komprimierten Dampfes mit dem Abgas als Hitzequelle an einer Abgasleitung angeordnet. Wie einfach zu verstehen ist, wird bei diesem Verdampfer eine Kühlfunktion des Abgases durch das Wasser ausgeführt, das sich in hoch temperierten und hoch komprimierten Dampf umwandelt.
Ein Expander, dessen Wellenausgabe bzw. -leistung durch den hoch temperierten und hoch komprimierten Dampf mittels Betrieb des Rankine-Zyklusses erzeugt wird, wird betrieben, um die Wellenausgabe zu erzeugen. Ein Generator, dessen Wellenausgabe direkt mit dem Expander gekoppelt ist, wird dadurch betrieben, um somit elektrische Leistung zu erzeugen, welche in einem Kondensator 17 gespeichert wird. Alternativ wird ein Generatormotor 18 betrieben, der direkt mit der Maschinenausgangswelle gekoppelt ist, um die Maschinenleistung zu unterstützen. Demnach wird der Betrag der Wärme bzw. Hitze, die vom Abgas rückgewonnen wird, erneut als Rückgewinnungsenergie verwendet, um eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz der Maschine und eine Reduzierung der Kohlendioxid-(CO2)-Emission zu erzielen. Die Kühleinheit 5 in 1 enthält den Verdampfer, den Expander und den Generator, welche den Rankine-Zyklus bilden.
Das Beispiel der Patentanmeldung, welche sich auf ein Hybridfahrzeug bezieht, wird als Beispiel der bekannten Technik diskutiert. Alternativ kann bei einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Antrieb anstelle des Hybridantriebs die erzeugte elektrische Leistung ausschließlich im Kondensator 17 gespeichert werden, um eine Last zum Betreiben eines Maschinenladesystems bzw. Maschinenaufladesystems zu reduzieren.
Die NOx-Absorptionseinheit 6 wird z. B. in der JP H06- 173 657 A beschrieben. Diese Einheit 6 sieht eine alkalische wässrige Lösung für die NOx-Absorptionsflüssigkeit vor und fügt, falls benötigt, ein Reduktionsmittel hinzu. Ferner erzeugt die Einheit 6 ein Koronaentladungsfeld, um NOx effizient als Salpetersäure zu absorbieren. Dabei wird beschrieben, dass eine Außenwand eines Reaktionszylinders zum Absorbieren von NOx aus dem Abgas in die Absorptionsflüssigkeit durch die Koronaentladung derart gekühlt werden kann, dass eine Innenwandoberfläche des Zylinders in Kontakt mit dem Abgas 20°C bis 50°C erreicht. Außerdem wird beschrieben, dass eine ausreichende NOx-Reinigungsfunktion selbst dann erhaltem werden kann, wenn die Abgastemperatur bei ca. 250°C liegt. Basierend auf diesen Beschreibungen ist es offensichtlich, dass die ausreichende NOx-Reinigungsfunktion in einem Bereich von 20°C bis 250°C der Abgastemperatur erhalten werden kann. Genauer gesagt, wie beim Katalysator eines bekannten NOx-Ausschlussreduzierungstyps oder eines Katalysators eines Harnstoffadditionsauswahlreduzierungstyps bekannt, ist die NOx-Reinigungsfunktion nicht abgeschlossen, bis die Abgastemperatur gleich oder höher als 150°C bis 200°C ist. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren in der JP H06- 173 657 A kann sie NOx-Reinigungsfunktion selbst dann abgeschlossen bzw. ausgeführt werden, wenn die Temperatur normal ist, wobei der in der bekannten NOx-Katalysatorvorrichtung vorliegenden Problematik Rechung getragen werden kann.
Bei einem weiteren Beispiel kann bei der NOx-Absorptionseinheit 6 eine ionische Flüssigkeit als die NOx-Absorptionsflüssigkeit verwendet werden, die NOx chemisch absorbiert bzw. chemiesorbiert. Die ionische Flüssigkeit wird in einem Speichermittel gespeichert. Die ionische Flüssigkeit wird einem Gas-Flüssigkeit-Kontaktmittel zugespeist, welches an der Abgasleitung vorgesehen ist und in Kontakt mit dem Abgas gebracht wird, um NOx chemisch aufzunehmen. Anschließend wird die ionische Flüssigkeit durch ein Flüssigkeitswiederherstellungsmittel vom Abgas getrennt und wiederhergestellt, und die ionische Flüssigkeit wird in das Speichermittel zurückgeführt. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren kann NOx ohne Einfluss auf die Abgastemperatur aus dem Abgas gereinigt werden. Deshalb kann das Verfahren selbst im Falle einer niedrigen Abgastemperatur zum Zeitpunkt eines Startens der Maschine oder zum Zeitpunkt eines geringen Lastbetriebs ausgeführt werden, wenn der Katalysator des bekannten NOx-Ausschlussreduktionstyps oder des Harnstoffadditionsauswahlreduktionstyps nicht funktioniert.
Wie vorstehend beschrieben ist ein Konzept, dass die Kühlvorrichtung vor der NOx-Absorptionsflüssigkeit platziert ist, um die Abgastemperatur auf eine bestimmte Temperatur zu kühlen, dass die NOx-Absorptionsflüssigkeit optimal funktioniert; dass die Kühlvorrichtung die Abgashitze abführt, die durch den Rankine-Zyklus als Regenerationsenergie rückgewonnen wird, um die Maschinenkraftstoffeffizienz zu verbessern; und dass NOx im Abgas unter Verwendung der Absorptionsflüssigkeit mit einer NOx-Absorptionskapazität bei einer normalen Temperatur entfernt wird, eine exzellente Technologie, welche die Problematik löst, dass die Reinigung durch das herkömmliche Katalysatorverfahren nicht bei einer Temperatur ausgeführt werden kann, die gleich oder niedriger als 150°C bis 200°C ist.
Das Hinzufügen einer Auslassfunktion für Abgas wird beschrieben. Falls dieses Konzept bei einer Maschine für ein Automobil mit einem weiten Maschinenbetriebsbereich angewandt wird und falls die Kapazität der Kühleinheit bei einem Betriebszustand angewandt wird, bei welchem die Maschine die maximale Abgastemperatur und die maximale Abgasflussrate überschreitet, wird die Nachbehandlungsvorrichtung übermäßig groß, wodurch es schwierig wird, diese Vorrichtung im Fahrzeug unterzubringen.
Um dieser Problematik Rechnung zu tragen, wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Maximalwert (ca. ein Drittel bis zu einer Hälfte der maximalen Maschinenabgasflussrate) bezüglich der Betriebszustände, welche regelmäßig durch die Maschine erfüllt werden, auf eine Nennkapazität der Kühleinheit eingestellt. Falls die Nennkapazität überschritten wird, kommt eine Abgaspassage zum Einsatz, die die Kühleinheit und die NOx-Absorptionseinheit, die der Kühleinheit folgt, zum Einsatz. Durch den Betrieb des Ablassventils, das einen Abgasfluss durch diese Passage steuert, fließt der Betrag an Abgas, der größer als die Kapazität der Kühleinheit ist, durch diese Bypasspassage. Demnach kann die Flussrate des Abgases in dem Bereich, in dem sie durch die Kühleinheit bewältigt werden kann, gekühlt und NOx-gereinigt werden. Als Ergebnis wird eine optimale Lösung erzielt, bei welcher ein Umwelteinfluss aufgrund einer Luftverschmutzung durch NOx ohne übermäßigen Aufwand bezüglich der Kühleinheit auf ein gewisses Maß reduziert werden kann.
Um das vorstehende Ziel zu erreichen, ist gemäß der Ausführungsform in 1 insbesondere das Auslassventil 14 vorgesehen. Das Öffnen und das Schließen dieses Ventils werden durch einen Servomechanismus 19 des Auslassventils gesteuert. Im Falle einer Steuerung durch ein elektromagnetisches Ventil und einen Negativdruck-Servomechanismus, wird die Steuerung durch Steuern des elektromagnetischen Ventils im Auslassventil-Servomechanismus 19 durch eine bekannte Steuereinheit (ECU; erstes bis sechstes Steuermittel; erstes Erfassungsmittel; Schließmittel; erstes und zweites Bestimmungsmittel) 20 unter Verwendung eines Mikrocomputers durchgeführt. Ein Erfassungswert eines Temperatursensors (erstes und zweites Erfassungsmittel) 21 zum Erfassen einer Abgastemperatur auf einer Stromabwärtsseite der Kühleinheit und die weiteren erforderlichen Teile von Maschineninformationen werden in die bekannte Steuereinheit 20 eingegeben. Die Steuereinheit 20 führt die Steuerung gemäß einem Flussdiagramm aus, welches hiernach im Detail erläutert wird.
Die vorliegende Ausführungsform für den Auslassventil-Servomechanismus ist in 2 dargestellt. Das Auslassventil 14, das in der Abgaspassage 2 angeordnet ist, ist als Drosselklappe konfiguriert. Eine Welle der Drosselklappe mit einem Verwendungsstück 23 außerhalb der Passage 2 verbunden. Eine Welle 25, die sich von einem zentralen Oberteil 26 einer Membran 29 im Negativdruck-Servomechanismus erstreckt, ist durch ein Gleitlager 27 verschiebbar bzw. gleitend gelagert. Das andere Ende der Welle 25 wird um 90° gebogen und in einen Lochabschnitt 24 des Verbindungsstücks 23 eingebracht. Ein kreisförmiger Außenumfang der Membran 29 ist durch einen Membrankammerkörper 30 derart fixiert, dass die Membran 29 eine obere Membrankammer von einer unteren Membrankammer trennt. Die Membran 29 wird durch eine Feder 28 in Richtung der unteren Seite gedrückt. Die Umgebungsluft wird in die obere Membrankammer durch eine Öffnung 32 eingeführt. Der Druck in der Abgasleitung 2 auf einer stromaufwärtigen Seite des Auslassventils 14 wird durch eine Verbindungsleitung 31 in die untere Membrankammer eingeführt.
Wenn der Abgasleitungsdruck in dieser Konfiguration einen vorbestimmten Druck oder mehr erreicht, wird die Feder 28 durch die Kraft, welche aufgrund eines Differenzialdrucks zwischen der oberen und der unteren Kammer der Membran 20 erzeugt wird, nach oben gedrückt, wodurch sie einen Zustand erreicht, der in 3 dargestellt ist. Das Auslassventil 14 wird als Ergebnis eines Anhebens des zentralen Oberteils 26 der Membran derart geöffnet, dass die Überflussrate des Abgases durch das Auslassventil fließen kann. Ein Öffnungsgrad des Auslassventils kann entsprechend danach ausgeglichen werden, wie die Kraft der Feder 28 und die Kraft, die durch den Abgasdruck erzeugt wird, sich ausgleichen. Deshalb kann, gemäß dieser Ausführungsform, die Überflussrate des Abgases durch den vorstehend beschriebenen mechanischen Mechanismus automatisch abgelassen werden.
Eine Modifikation des Auslassventil-Servomechanismus gemäß der ersten Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Dabei wird zur Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform in 1 ein Mechanismus hinzugefügt, der den Druck der oberen Membrankammer durch einen negativen Druck bzw. Unterdruck steuern kann. Dabei ist eine Leitung, die mit der Öffnung 32 des Membrankammerkörpers 30 verbunden ist, vorgesehen. Ein Unterdruck-Einführungseinlass 33 zum Einführen eines Unterdrucks ist auf einer linken Seite dieser Leitung vorgesehen. Bezüglich dieses Unterdrucks wird der Unterdruck, der durch eine Vakuumpumpe (nicht dargestellt) erstellt wird, eingeführt bzw. aufgebracht. Ein Umgebungslufteinführungseinlass 34 einschließlich einer Drossel zum Einführen der Umgebungsluft ist an einer oberen Seite der Leitung vorgesehen. Luft fließt von dem Umgebungslufteinführungseinlass 34 in Richtung des Unterdruck-Einführungseinlasses 33. Ein elektromagnetisches Ventil 35 ist in der Mitte eines Abschnitts der Leitung angeordnet, die zum Unterdruck-Einführungseinlass 33 führt. Das elektromagnetische Ventil 35 wird EIN oder AUS geschaltet, um geöffnet oder geschlossen zu werden. Ein EIN-AUS-Puls, welcher zwischen 5 und 50 Hz ausgewählt wird, wird am elektromagnetischen Ventil 35 angelegt. Durch Veränderung des EIN-AUS-Tastverhältnisses wird ein Unterdruckpegel, der an der oberen Membrankammer angelegt wird, gesteuert, wodurch der Öffnungsgrad des Auslassventils 14 gesteuert wird. Das elektromagnetische Ventil 35 erzeugt einen EIN-AUS-Puls mit einem gewünschten Tastverhältnis durch die Steuereinheit 20 in 1, um den Öffnungsgrad des Ventils 14 zu steuern.
Gemäß der Modifikation des Auslass-Servomechanismus in 4 wird ein Flussdiagramm für den Betrieb, der durch den Mikrocomputer der Steuereinheit 20 in dem Fall eines Antreibens des Auslassventil-Servomechanismus unter Verwendung der Steuereinheit 20 durchgeführt wird, in 6 dargestellt. 6 stellt ein Beispiel einer Anwendung einer 2L-Maschine, die für ein Automobil verwendet wird, dar.
Wenn diese Routine gestartet wird, schreitet die Steuerung zur Bestimmung S36 voran um zu bestimmen, ob ein Zustand eines Einlassluftflusses der Maschine für 10 Sekunden bzw. 10s oder länger 60 g/s oder größer ist. Da der Einlassluftfluss in etwa proportional zur Abgasflussrate ist, wird der Einlassluftfluss, welcher im Wesentlichen bei der Maschinensteuerung verwendet wird, angewandt. Falls dieser Zustand nicht erfüllt ist (NEIN), schreitet die Steuerung zur Bestimmung S37 voran, wo bestimmt wird, ob ein Zustand der Abgastemperatur für 15s oder länger 180°C oder höher ist. Falls dieser Zustand nicht erfüllt ist (NEIN), schreitet die Steuerung zu einer Prozessverarbeitung S38 voran, um das Auslassventil 14 unwirksam zu stellen, d. h., den Öffnungsgrad des Ventils 14 in eine vollständig geschlossene Position einzustellen, und beendet anschließend diese Routine. Falls der Zustand des Einlassluftflusses für 10s oder länger 60 g/s oder größer ist, oder falls der Zustand der Abgastemperatur für 15s oder länger 180°C oder höher ist (JA), schreitet die Steuerung zu einen Prozessablauf S39 voran, um das Ablassventil zu betreiben bzw. in einen wirksamen Zustand zu versetzen. Anschließend wird bei einer Prozessverarbeitung S40 die Pulstastrate, die bei dem elektromagnetischen Ventil 35 angesetzt wird, gemäß einem Maschinenbetriebszustand bestimmt und ein EIN-AUS-Pulssignal mit dem bestimmten Tastverhältnis wird zum elektromagnetischen Ventil übertragen. Die Bestimmung gemäß dem Maschinenbetriebszustand entspricht einem Verfahren, wobei z. B. eine Überflussrate, die den Einlassluftfluss von 60 g/s überschreitet, erhalten wird; der Auslassventilöffnungsgrad derart erhalten wird, dass diese Flussrate der Einlassluft durch das Auslassventil passiert; und das Tastverhältnis basierend auf diesem Öffnungsgrad bestimmt wird.
Wie vorstehend beschrieben wird, wenn der Abgasdruck einen vorbestimmten Druck oder mehr erreicht, die Kapazität der Kühleinheit 5 überschritten, so dass die NOx-Reinigung nicht geeignet durch die NOx-Absorptionseinheit 6 ausgeführt werden kann. Deshalb wird das Abgas durch den mechanischen Mechanismus gemäß der Ausführungsform in den 2 und 3 und durch die elektrische Steuerung in der Modifikation gemäß 4 und 6 in die Abgasleitung 2 ausgelassen. Dadurch wird eine Reduzierung der NOx-Reinigungskapazität aufgrund einer übermäßigen Abgasflussrate verhindert.
(Zweite Ausführungsform)
Hiernach wird das Hinzufügen einer Passagenunterbrechungsfunktion beschrieben. Nachfolgen wird eine zweite Ausführungsform erläutert. Gemäß der folgenden zweiten und dritten Ausführungsform ist eine Systemkonfiguration, die vorliegend verwendet wird, ähnlich zu 1, soweit dies nicht anderweitig beschrieben wird, so dass auf eine Wiederholung von entsprechenden Beschreibungsteilen verzichtet wird.
In einem Fall, in welchem die Kühleinheit 5 aus bestimmten Gründen nicht mehr Funktioniert, oder wenn der Betrieb der Kühleinheit 5 aus bestimmten Gründen gestoppt wurde, fließt das Abgas, welches nicht gekühlt wird, in die NOx-Absorptionseinheit 6, welche der Einheit 5 folgt, um einen Folgefehler, wie beispielsweise einen Zerfall oder eine Zersetzung der NOx-Absorptionsflüssigkeit aufgrund der hohen Temperatur des Abgases, zu verursachen. Um dies zu verhindern, kann die Temperatur des Abgases, das von der Kühleinheit 5 ausgelassen wird, gemessen werden und die Nachbehandlungsvorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass, wenn die gemessene Temperatur eine vorbestimmte Temperatur oder höher erreicht, das Abgas nicht in die Kühleinheit 5 fließt.
Deshalb enthält die Ausführungsform in 1 das Passagensperrventil 15 zum Sperren der Passage 4. Das Passagensperrventil 15 ist gemäß einer Anordnung auf einer stromaufwärtigen Seite der Kühleinheit 5 dargestellt. Alternativ kann das Passagensperrventil 15 auf einer stromaufwärtigen Seite 36 der NOx-Absorptionseinheit 6 oder einer stromabwärtigen Seite 37 der NOx-Absorptionseinheit 6 angeordnet sein. Dabei ist es ausschließlich erforderlich, Abgas zu blockieren, das in die NOx-Absorptionseinheit 6 durch die Kühleinheit 5 fließt, da der beabsichtigte Effekt bei jeder der vorstehenden Positionen des Ventils 15 erzielt werden kann.
Ein Passagensperrventil-Servomechanismus 50 gemäß der Ausführungsform ist in 5 dargestellt. Das Passagensperrventil 15, das in der Abgasabzweigungsleitung 4 angeordnet ist, ist als Drosselklappe konfiguriert. Eine Welle der Drosselklappe ist mit einem Verbindungsstück 38 außerhalb der Leitung 4 verbunden. Eine Welle 41, die sich von einem zentralen Oberteil 40 einer Membran 39 in einem Unterdruck-Servomechanismus erstreckt, ist durch ein Gleitlager 42 einschließlich eines Stoppers gleitend bzw. verschiebbar gelagert. Das andere Ende der Welle 41 ist um 90° gebogen und in einem Loch 43 des Verbindungsstücks 38 eingebracht. Ein kreisförmiger Außenumfang der Membran 39 ist durch einen Membrankammerkörper 44 derart fixiert, dass die Membran 39 eine obere Membrankammer von einer unteren Membrankammer trennt. Die Membran 39 wird durch eine Feder 45 auf die untere Seite gedrückt. Ein Unterdruck, welcher durch eine Umgebungsluftöffnung 46 einschließlich einer Drossel, eine Unterdruckeinführungsöffnung bzw. ein Unterdruckeinführungseinlass 47 und ein elektromagnetisches Ventil 48, das in der Mitte eines Abschnitts der Leitung, die zum Einlass 47 führt, angeordnet ist, bestimmt wird, oder Umgebungsdruck, wird in die untere Membrankammer eingeführt. Der Umgebungsdruck wird in die untere Membrankammer durch einen Umgebungsluftverbindungseinlass 49 eingeführt.
Gemäß dieser Konfiguration, wenn das elektromagnetische Ventil 48 nicht derart erregt ist, dass es sich im geschlossenen Zustand befindet, weist die obere Membrankammer, die durch die Membran 39 und den Membrankammerkörper 44 definiert ist, den Umgebungsdruck auf und der Druck in der unteren Membrankammer ist auch der Umgebungsdruck. Deshalb wird das zentrale Oberteil 40 durch die Kraft der Feder 45 in Richtung der unteren Seite gedrückt und bei einer Position in Kontakt mit einem Stopper gestoppt, der für das Gleitlager 42 vorgesehen ist. Das Passagensperrventil 15 wird gemäß dieser Position in seinen vollständig geöffneten Zustand gesetzt.
Wenn das elektromagnetische Ventil 48 durch ein Erregungspuls-EIN-Signal, das durch die ECU 20 gegeben wird, in seinen geöffneten Zustand gesetzt wird, fließt die Umgebungsluft durch die Umgebungsluftöffnung 46 ein, um in dieser Reihenfolge durch das elektromagnetische Ventil 48 und den Unterdruckeinführungseinlass 47 zu passieren. Anschließend fließt die Umgebungsluft in eine Unterdruckquelle (nicht dargestellt). Deshalb wird in der oberen Membrankammer ein Unterdruck erzeugt. Eine Kraft, die in 5 nach oben geht und aufgrund des Unterdrucks auf die Membran 39 aufgebracht wird, überschreitet die Kraft der Feder 45, so dass das zentrale Oberteil 40 in Richtung einer Oberseite angehoben wird. Die Verschiebung des Oberteils 40 wird auf das Passagensteuerventil 15 über den Verbindungsmechanismus derart übertragen, dass das Ventil 15 in seinen vollständig geschlossenen Zustand versetzt wird. Auf diese Weise wird die Abgasabzweigungsleitung 4 geöffnet oder geschlossen.
Ein Flussdiagramm für den Betrieb, der durch den Mikrocomputer der Steuereinheit 20 durchgeführt wird, ist in 7 dargestellt. Wenn diese Routine gestartet wird, schreitet eine Steuerung zuerst zu einer Bestimmung S51 voran, um zu bestimmen, ob die Kühleinheit 5 abnormal ist, oder ob die Kühleinheit 5 unwirksam ist. Im Falle von NEIN, schreitet die Steuerung zur Bestimmung S52 voran, um zu bestimmen, ob ein Zustand der Abgastemperatur höher als 220°C ist, was einer Temperatur eines Beginns der Zersetzung oder des Zerfalls der NOx-Absorptionsflüssigkeit für 15s oder länger entspricht. Bei NEIN schreitet die Steuerung zum Prozessablauf S53 voran, um das Passagensperrventil 15 vollständig zu öffnen. Ferner schreitet der Prozessablauf S54 voran, um den Betrieb der Kühleinheit 5 aufrecht zu erhalten. Anschließend schreitet die Steuerung zum Prozessablauf S55 voran, um den Betrieb der NOx-Absorptionseinheit 6 aufrecht zu erhalten.
Falls die Kühleinheit 5 abnormal oder unwirksam ist (JA bei der Bestimmung S51) und falls der Zustand der Abgastemperatur höher als 220°C ist, was der Temperatur des Starts der Zersetzung oder des Zerfalls der NOx-Absorptionsflüssigkeit für 15s oder länger entspricht (JA bei der Bestimmung S52), schreitet die Steuerung zur Prozessverarbeitung S56 voran, um das Passagensperrventil 15 vollständig zu schließen. Ferner schreitet die Steuerung zur Prozessverarbeitung S57 voran, um den Betrieb der Kühleinheit 5 zu stoppen. Anschließend schreitet die Prozessverarbeitung S58 voran, um den Betrieb der NOx-Absorptionseinheit 6 zu stoppen. Danach schreitet die Steuerung zur Bestimmung S59 voran, um zu bestimmen, ob der vollständig geschlossene Zustand des Passagensperrventils 15 für 100s oder länger voranschreitet. Bei NEIN wird bis zum Ende dieser Routine kein Prozessablauf fortgeführt. Bei JA schreitet der Prozessablauf zu S60 voran, um einen Fahrer des Fahrzeugs durch einschalten einer Lampe oder dergleichen über die Abnormalität der Kühleinheit 5 zu informieren und einen fehlerhaften Zustand der Kühleinheit 5 zu speichern.
Wie vorstehend wird in dem Fall, in welchem die Kühlkapazität der Kühleinheit 5 aufgrund einer Fehlfunktion oder dergleichen reduziert ist bzw. wird, der Betrag des Abgases, der die Kühlkapazität zu diesem Punkt überschreitet (z. B. ein Gesamtbetrag des Abgases, falls die Kühlkapazität 0 ist) in die Abgasleitung 2 ausgelassen. Deshalb wird die reduzierte Kapazität der Einheit 6 (z. B. auf lange Sicht gesehen) als Ergebnis des Flusses des ungekühlten Abgases in die NOx-Absorptionseinheit 6 verhindert.
Obwohl die Funktionen des Auslassventils und des Passagensperrventils durch ein einzelnes Bypassventil konfiguriert sein können, sind sie gemäß der vorliegenden Ausführungsform und wie vorstehend durch die zwei Ventile konfiguriert. Die Vorteile dieser Konfiguration werden wie folgt beschrieben.
Die Kühleinheit 5 fällt aus und entsprechend erreicht das hoch temperierte Abgas die NOx-Absorptionseinheit 6 und verhindert durch den Folgefehler die Funktion der Einheit 6. Dabei sollte bei der Massenproduktion auf eine hohe Qualität geachtet werden, da dieser Folgefehler ein Fehler ist, der während der gesamten Laufzeit der Vorrichtung niemals auftreten sollte.
Die Kühleinheit 5 ist als Erweiterung eines fahrzeuginternen Klimaanlagensystems entwickelt und eine Vorhersagefehlerrate der Einheit 5 könnte nicht niedrig genug sein. Ferner ist es, da das Auslassventil und das Passagensperrventil, welche die Passage des Abgases öffnen oder schließen, in einer hoch temperierten Umgebung verwendet werden, schwierig, einen ausreichenden Schmiermechanismus zu deren Gleitabschnitte vorzusehen. Somit könnte eine Vorhersagefehlerrate nicht niedrig genug sein. Falls die Vorhersagefehlerrate der Kühleinheit 5 und die Vorhersagefehlerrate des Ventils, welches die Abgaspassage öffnet oder schließt, beide nicht niedrig genug sind und dennoch eine hohe Gesamtqualität erforderlich ist, muss ein Bauteil entwickelt werden, bei welchem trotz der simultanen Fehler der Kühleinheit sowie des Ventils zum Öffnen oder zum Schließen der Abgaspassage niemals der Folgefehler auftritt.
Genauer gesagt muss bei einem einzelnen Abgaspassagenöffnungs- und -schließventil von einem Fehler ausgegangen werden, dass die Kühleinheit einen Fehler aufweist und dass das Öffnungs- und Schließventil nicht in einem Zustand funktioniert, in welchem die Bypasspassage geschlossen ist, wobei die Abgaspassage die Kühleinheit und die NOx-Absorptionseinheit aufweist, die durch das Öffnungs- und Schließventil geöffnet ist bzw. wird. In diesem schlimmsten Fall kann der Betrieb derart beschränkt werden, dass die Maschinenabgastemperatur niedriger als 200 °C ist. Bei einem derart beschränkten Zustand ist es bezüglich der Maschine für das Fahrzeug möglich, dass das Fahrzeug nicht einmal eine leichte Steigung nach oben gefahren werden kann, d. h., eventuell keine Notfallfahrt mehr zu einer Werkstatt durchgeführt werden kann.
Falls das Auslassventil 14 und das Passagensperrventil 15 separat ausgestaltet sind, liegt bei einem Fehler des Auslassventils 14 in seinem geschlossenen Zustand und dem Fehler des Passagensperrventils 15 in seinem geöffneten Zustand zum gleichen Zeitpunkt wie der Fehler der Kühleinheit 5 ein dreifacher Fehler vor. Somit kann ein Doppelfehlermodus verhindert werden. Somit kann sogar der Problematik Rechnung getragen werden, dass ein Notfallfahren der Maschine bzw. des Fahrzeugs schwierig ist.
Eine Ausflussrate des Auslassventils 14 kann trotz des geschlossenen Zustandes des Auslassventils 14 auf mehr als das Vierfache der Ausflussrate des Passagensperrventils 15 eingestellt werden. Deshalb kann im Falle eines Schließfehlers des Auslassventils 14 (Fehler des Auslassventils 14 im geöffneten Zustand) durch Schließen des Passagensperrventils 15 ein Hauptstrom des Abgases durch die Bypassseite umgeleitet werden bzw. passieren. Ferner kann ein Auslassmechanismus, der durch Bezugszeichen 61 in 4 dargestellt ist, mit entsprechendem Aufwand hinzugefügt werden. Dabei wird der hinzugefügte Auslassmechanismus geöffnet, um einen Hauptbestandteil des Abgases durch die Bypassseite zu leiten. Als Ergebnis fließt das hoch temperierte Abgas nicht auf die Seite der Abgasabzweigungsleitung 4.
(Dritte Ausführungsform)
Die Auslassfunktion zum Zeitpunkt der niedrigen PM-Sammeleffizienz des DPF wird nachfolgend beschrieben. Eine dritte Ausführungsform wird erläutert. Bei dieser Ausführungsform wird, wie in 1 dargestellt, der DPF 3 auf einer Stromaufwärtsseite der Kühleinheit 5 und der NOx-Absorptionseinheit 6 vorgesehen. Wenn die eingesammelten PM verbrannt werden und durch das Abgas, dessen Temperatur in einem Wiederherstellungsmodus des DPF 3 vorübergehend erhöht wurde, entfernt werden, wird die PM-Sammeleffizienz derart reduziert, dass ein vergleichsweise großer Betrag an Feinstaub bzw. PM, insbesondere eine Rußkomponente, in Richtung einer Stromabwärtsseite des DPF hindurchfließt. Als Ergebnis treten die folgenden Probleme auf. Der relativ große Betrag an PM wird in der NOx-Absorptionsflüssigkeit in der NOx-Absorptionseinheit 6 gemischt, wodurch ein Fluss der Absorptionsflüssigkeit verhindert wird. Wenn die Absorptionsflüssigkeit derart durch einen Injektor eingespritzt wird, dass die Absorptionsflüssigkeit effektiv in Kontakt mit dem Abgas gebracht wird, wird eine Passage für die Absorptionsflüssigkeit im Injektor geblockt, wodurch der Fluss der Absorptionsflüssigkeit verhindert wird.
8 stellt eine Beziehung zwischen dem PM-Rückstandsbetrag pro Volumeneinheit und die PM-Sammeleffizienz in einem Wandfluss-Typ-DPF aus Keramiken dar. Wenn der PM-Rückstandsbetrag durch die Wiederherstellung auf 0 reduziert wird, verschlechtert sich die Sammeleffizienz auf ca. 85%. Nach der Wiederherstellung wird die Maschine weiter betrieben, um schrittweise die PM abzulagern. Wenn 0,2 g/L PM oder mehr vorliegt, erreicht die Sammeleffizienz einen übermäßigen Pegel von 99%. Der PM-Rückstandsbetrag, bei welchem die Wiederherstellung durchgeführt wird, befindet sich normalerweise in einem Bereich von 2 g/L bis 6 g/L. Dabei wurde herausgefunden, dass unter der Voraussetzung, dass eine zurückgelegte Strecke von einer Wiederherstellung zur nächsten als eine Wiederherstellungsstrecke definiert wird, dass ein Phänomen einer reduzierten Sammeleffizienz bei einer zurückgelegten Strecke auftritt, welche 1/10 bis 1/30 der einen Wiederherstellungsstrecke während einer kurzen Betriebsdauer kurz nach der Wiederherstellung ist.
Um der vorstehenden Problematik Rechnung zu tragen wird, wenn die DPF-Sammeleffizienz von kurz vor dem Ende der Wiederherstellung bis kurz nach der Wiederherstellung verringert wird, so dass der relativ große Betrag an PM in Richtung der Stromabwärtsseite herausfliest, das Auslassventil 14 geöffnet und das Abgas mit den PM passiert bzw. umfliest die NOx-Absorptionseinheit 6 entsprechend und fließt durch die Abgasleitung 2. In diesem Fall kann die NOx-Reinigung an dem umfließenden Abgas nicht durchgeführt werden. Allerdings kann, da die zurückgelegte Strecke zum Durchführen dieser Umfließung kurz ist, der vorstehende Prozessablauf derart realisiert werden, dass der Durchschnittsbetrag an NOx, der in die Umgebungsluft ausgelassen wird, während das Fahrzeug die entsprechende Strecke zurücklegt, auf einen nur leicht verschlechterten Pegel beschränkt werden.
Um zu erzielen, dass die PM die Einheit 6 effektiv umfließen, ist die Abgaspassage 2, welche den Bypass bzw. die Umfließungspassage ausbildet, wie in 1 dargestellt gerade angeordnet und die Abgasabzweigungspassage 4, entlang welcher die Kühleinheit 5 und die NOx-Absorptionseinheit 6 angeordnet sind, ist derart Abgezweigt, dass sie lateral bzw. quer gebogen ist. Obwohl es sich bei den PM um kleinste Teile handelt, haben die PM eine Masse, weshalb die PM nicht leicht in den stark gebogenen Teil, aber leicht in die Passage 2 in gerader Richtung fließen. Deshalb kann der Fluss der PM in die NOx-Absorptionseinheit 6 durch Auswählen einer derartigen Anordnung reduziert werden.
Um die Aufnahme von NOx in die NOx-Absorptionseinheit 6 zu verringern kann das Passagensperrventil 15 gemäß der Öffnung des Auslassventils 14 geschlossen werden, wodurch der Fluss der PM in die Abgasabzweigungsleitung 4 verhindert werden kann.
Ein Flussdiagramm zum Durchführen der vorstehenden Prozessabläufe ist in 9 dargestellt. Wenn eine Routine gestartet wird, schreitet die Steuerung zuerst zur Prozessverarbeitung S62 voran, um die vorliegende Sammeleffizienz des DPF zu ermitteln bzw. abzuschätzen. Bezüglich der Ermittlung der Sammeleffizienz wird ein Differenzdruck zwischen vor und nach dem DPF gemessen, und als ein Ergebnis eines Vergleichs bei einer vorbestimmten Abgasflussrate liegt eine Beziehung vor, dass der PM-Rückstandsbetrag im Falle eines kleinen Differenzdrucks klein ist und dass der PM-Rückstandsbetrag im Falle eines großen Differentdrucks groß ist. Diese Beziehung wird im Voraus erhalten und in einem Speicher des Mikrocomputers gespeichert. Demnach kann der PM-Rückstandsbetrag basierend auf der Flussrate und dem Differenzdruck erhalten werden. Ferner kann die vorliegende DPF-Sammeleffizienz durch Speichern der Beziehung aus 8 basierend auf dem PM-Rückstandsbetrag erhalten werden. Darüber hinaus kann die DPF-Sammeleffizienz z. B. basierend auf einer vergangenen Betriebszeit der Maschine nach der Wiederherstellung, der zurückgelegten Strecke des Fahrzeugs, einer vergangenen Zeit seit der Wiederherstellung oder der zurückgelegten Strecke seit dem Rückgewinnungsstart erhalten werden. Zudem können die PM, die von der Maschine ausgelassen werden, jederzeit ermittelt und integriert werden, und ferner kann der PM-Verbrennungsbetrag (Rückstand) während der Wiederherstellung jederzeit ermittelt und integriert bzw. entsprechend verwendet werden. Demnach kann der vorliegende PM-Rückstandsbetrag ermittelt werden, um die vorliegende DPF-Sammeleffizienz zu erhalten.
Als nächstes schreitet die Steuerung zu einer Bestimmung S63 voran, um zu bestimmen, ob die DPF-Sammeleffizienz 95% oder niedriger ist. „95%“ ist ein Beispiel gemäß der Ausführungsform, wobei ein anderer numerischer Wert nahe an „95%“ verwendet werden kann. Bei JA bei der Bestimmung S63 schreitet die Steuerung zu den Prozessabläufen S64 bis S68 voran. Bei diesen Prozessabläufen ist das Passagensperrventil 15 vollständig geschlossen, um einen Fluss von Abgas in die Abgasabzweigungsleitung 4 zu stoppen; die Betreibe der Kühleinheit 5 und der NOx-Absorptionseinheit 6 werden gestoppt; und, um das Auslassventil zu öffnen, wird ein EIN-AUS-Signal, bei welchem das Tastverhältnis bzw. Pulstastverhältnis gemäß dem Maschinenbetriebszustand bestimmt wird, zum elektromagnetischen Ventil 37 übertragen, um das Ventil 35 entsprechend zu betätigen.
Bei NEIN bei der Bestimmung S65 schreitet die Steuerung zu den Prozessabläufen S69 bis S71 voran. Bei diesen Prozessabläufen wird das Passagensperrventil 15 geöffnet, um das Abgas in die Abgasabzweigungsleitung 4 zu leiten; und die Kühleinheit 5 und die NOx-Absorptionseinheit 6 werden betätigt. Anschließend schreitet die Steuerung zur Bestimmung S72 voran, um zu bestimmen, ob die zurückgelegte Strecke nach der Wiederherstellung A km oder länger ist. Dies ist so, obwohl zu bestimmen ist, ob die DPF-Sammeleffizienz gleich oder höher als 98 bis 99% ist, weil dies in einer niedrigeren numerischen Auflösung bzw. einem entsprechenden Anteil resultiert. Deshalb wird A km basierend auf einer entsprechenden Beziehung berechnet, dass die DPF-Sammeleffizienz 98 bis 99% erreicht, wenn das Fahrzeug nach dem Ende der Wiederherstellung eine Strecke von A km zurücklegt. Anstelle der zurückgelegten Strecke kann eine Betriebsdauer der Strecke der Maschine oder der geschätzte bzw. ermittelte PM-Rückstandsbetrag für einen Index bzw. ein Anzeichen der Bestimmung verwendet werden. Bei JA bei der Bestimmung S72 schreitet die Steuerung zu einem Prozessablauf S73 voran, um das Auslassventil unwirksam zu schalten (vollständig geschlossen). Bei NEIN bei der Bestimmung S72 wird bis zum Ende dieser Routine kein Prozessablauf ausgeführt.
Wie vorstehend beschrieben wird das Abgas, falls die Sammeleffizienz des DPF wie z. B. kurz nach der Wiederherstellung des DPF 3 vom höchsten Wert der DPF-Sammeleffizienz abfällt, in die Abgasleitung 2 augelassen. Entsprechend kann die Reduzierung der Kapazität der NOx-Absorptionseinheit durch den PM-Fluss nach dem DPF 3 entsprechend verhindert werden.
Die vorstehenden drei Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Die vorstehenden Ausführungsformen können geeignet modifiziert werden, ohne dabei vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel werden in der Ausführungsform von 9 das vollständige Schließen des Auslassventils und das vollständige Öffnen des Passagensperrventils jeweils durch unabhängige Bestimmungen derart ausgeführt, dass eine präzisere Steuerung ermöglicht wird. Alternativ können sie simultan durch die gleiche Bestimmung ausgeführt werden. Darüber hinaus kann ein integrierter Ventilmechanismus, in welchem die Funktionen des Auslassventils sowie des Passagensperrventils kombiniert werden, vorgesehen werden. Zudem ist die Maschine nicht auf die in den Ausführungsformen beschriebene Maschine beschränkt. Zum Beispiel kann eine Dieselmaschine oder eine Benzinmaschine verwendet werden.
Wenn die vorliegende Offenbarung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll vielmehr verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken. Zudem sind neben den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen auch weitere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element im Geiste und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verstehen.

Claims

Nachbehandlungsvorrichtung für eine Maschine (1) eines Fahrzeugs, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung aufweist: eine Reinigungseinheit (6), die konfiguriert ist, Stickoxid (NOx) in einem Abgas, das von der Maschine (1) abgelassen wird, zu reinigen; eine Kühleinheit (5), die in einer Abgaspassage (4) der Maschine (1) auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) in einer Flussrichtung des Abgases angeordnet ist, wobei die Kühleinheit (5) konfiguriert ist, Abgas zu kühlen; eine Bypasspassage (2), die ausgebildet ist, Abgas von einem Abschnitt der Abgaspassage (4) auf einer stromaufwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) und der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases zu einem Abschnitt der Abgaspassage (4) auf einer stromabwärtigen Seite der Reinigungseinheit (6) und der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases umzuleiten; eine Regeleinheit (14, 15), die konfiguriert ist, eine Flussrate von Abgas in der Bypasspassage (2) zu regeln; und ein erstes Steuermittel (20, S39, S40, S56-S58, S63-S68) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15), um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn die Flussrate des Abgases eine Reinigungskapazität der Reinigungseinheit (6) überschreitet, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung ferner einen Sammler (3) aufweist, der in der Abgaspassage (4) auf der stromaufwärtigen Seite der Kühleinheit (5) in Flussrichtung des Abgases angeordnet ist und konfiguriert ist, Partikel (PM) aufzunehmen, wobei das erste Steuermittel (20, S39, S40, S56-S58, S63-S68) ein zweites Steuermittel (S20, S39, S56, S63, S64, S67) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn eine Sammeleffizienz des Sammlers (3) von ihrem höchsten Wert reduziert wird.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 wobei das erste Steuermittel (20, S39, S40, S56-S58, S63-S68) das zweite Steuermittel (S20, S39, S56, S63, S64, S67) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn ein Betrag an Abgas von der Maschine (1) eine vorbestimmte Kühlkapazität der Kühleinheit (5) überschreitet.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das zweite Steuermittel (20, S39, S56, S63, S64, S67) ein drittes Steuermittel (20, S39) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn Druck des Abgases einen vorbestimmten Druck überschreitet.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend ein erstes Erfassungsmittel (20, 21, S51, S52) zum Erfassen einer Verringerung einer Kühlfunktion der Kühleinheit (5), wobei das zweite Steuermittel (20, S39, S56, S63, S64, S67) ein viertes Steuermittel (20, S56) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn das erste Erfassungsmittel (20, 21, S51, S52) die Verringerung der Kühlfunktion der Kühleinheit (5) erfasst.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: die Regeleinheit (14, 15) ein Sperrventil (15) enthält, das konfiguriert ist, einen Abgasfluss in die Kühleinheit (5) und die Reinigungseinheit (6) zu stoppen; und das vierte Steuermittel (20, S56) ein Schließmittel (20, S56) zum Schließen des Sperrventils (15) enthält, wenn das erste Erfassungsmittel (20, 21, S51, S52) die Verringerung der Kühlfunktion der Kühleinheit (5) erfasst.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das erste Erfassungsmittel (20, 21, S51, S52) enthält: ein zweites Erfassungsmittel (21) zum Erfassen einer Temperatur eines Abgases, das durch die Kühleinheit (5) passiert; und ein erstes Bestimmungsmittel (20, S52) zum Bestimmen, dass die Kühlfunktion der Kühleinheit (5) verringert wird, wenn die Temperatur, die durch das zweite Erfassungsmittel (21) erfasst wird, einen Schwellenwert überschreitet.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das zweite Steuermittel (20, S39, S56, S63, S64, S67) ein fünftes Steuermittel (20, S64, S67) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15) enthält, um Abgas in die Bypasspassage (2) nach einem Wiederherstellungsstart des Sammlers (3) bis zu einem Ende einer vorbestimmten Dauer nach einem Wiederherstellungsende des Sammlers (3) auszulassen.
Nachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das zweite Steuermittel (20, S39, S56, S63, S64, S67) enthält: ein zweites Bestimmungsmittel (20, S63) zum Bestimmen, dass die Sammeleffizienz des Sammlers (3) von ihrem höchsten Wert reduziert wird, basierend auf zumindest einem von: einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Sammlers (3) in Flussrichtung des Abgases; einer zurückgelegten Strecke des Fahrzeugs nach einem Wiederherstellungsende des Sammlers (3); und einem ermittelten Wert eines Rückstandsbetrags der PM im Sammler (3); und ein sechstes Steuermittel (20, S64, S67) zum Steuern der Regeleinheit (14, 15), um Abgas in die Bypasspassage (2) auszulassen, wenn das zweite Bestimmungsmittel (20, S63) bestimmt, dass die Sammeleffizienz des Sammlers (3) von ihrem höchsten Wert reduziert wird.