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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Partikelfilterregeneration und insbesondere eine strömungsgesteuerte und elektrisch unterstützte Zonen-Partikelfilterregeneration.
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HINTERGRUND
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Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”KW”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthalten kann, die Partikelmaterial bilden. In einem Motorabgassystem sind Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, vorgesehen, um bestimmte oder alle der Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
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Bei einer Abgasbehandlungstechnologie existieren verschiedene bekannte Filterstrukturen, die verwendet werden und eine Wirksamkeit bei der Entfernung des Partikelmaterials von dem Abgas gezeigt haben, wie Keramikwaben-Wandströmungsfilter, gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Keramik-Wandströmungsfilter haben in Kraftfahrzeuganwendungen eine signifikante Akzeptanz erfahren.
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Typischerweise ist ein Partikelfilter entlang eines Abgasstroms in einer Abgasleitung angeordnet, um das Partikelmaterial aus dem Abgas zu filtern. Mit der Zeit kann der Partikelfilter voll werden und es wird eine Regeneration erforderlich, um alle abgefangenen Partikel zu entfernen. Eine Regeneration eines Partikelfilters in Fahrzeuganwendungen erfolgt typischerweise automatisch und wird durch einen Motor- oder anderen Controller auf Grundlage von Signalen, die durch Motor- und Abgassystemsensoren erzeugt werden, gesteuert. Das Regenerationsereignis betrifft die Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters auf Niveaus, die oft über 600°C liegen, wodurch bewirkt wird, dass das angesammelte Partikelmaterial auf dem Partikelfilter zündet, um das angesammelte Partikelmaterial zu verbrennen, um die Fortsetzung des Filterprozesses zu ermöglichen. Bei einigen Konfigurationen wird Kraftstoff in den Abgasstrom eingespritzt, um eine Zündung des Partikelmaterials für eine Regeneration des Partikelfilters zu unterstützen.
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Es existieren Nachteile in Verbindung mit dem Regenerationsprozess. Beispielsweise kann überschüssiger Kraftstoff verbraucht werden, wenn Kraftstoff dem Abgasstrom hinzugefügt wird, um ein Zünden des Partikelmaterials zu unterstützen, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Motors reduziert wird. Emissionen, die durch den Regenerationsprozess (z. B. Aufwärtseinstellfaktoren (UAF von Engl.: ”upward adjustment factors”) für NOx und KW) erzeugt werden, stellen einen anderen Nachteil dar.
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Zusätzlich setzen die bei der Regeneration betroffenen Temperaturen den Partikelfilter unter Beanspruchung und können die Lebensdauer des Partikelfilters beeinträchtigen.
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Ferner kann während der Regeneration das gezündete Partikelmaterial an dem Partikelfilter anfällig gegenüber einem Auslöschen während Szenarien mit hoher Abgasströmung anfällig sein, was während einer Fahrzeugbeschleunigung stattfinden kann. In einigen Fällen kann die Regeneration des Partikelfilters vorzeitig angehalten werden, und Partikelmaterial kann an dem Partikelfilter verbleiben, wodurch die Leistungsfähigkeit des Partikelfilters und seinerseits ein Betriebswirkungsgrad des Motors beeinträchtigt werden.
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Demgemäß ist es erwünscht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters bereitzustellen, das in einem reduzierten Kraftstoffverbrauch, Abgasemissionen nahe Null während der Partikelfilterregeneration resultiert und der während Szenarien mit hoher Abgasströmung regeneriert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Partikelfilterbaugruppe vorgesehen, die derart konfiguriert ist, einen Abgasstrom von einem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Die Partikelfilterbaugruppe weist ein Einlassende, das derart konfiguriert ist, den Abgasstrom aufzunehmen, einen Filter, der derart konfiguriert ist, Partikel von dem Abgasstrom zu entfernen, eine Heizvorrichtung, die stromaufwärts von dem Filter, der eine Mehrzahl von Zonen aufweist, positioniert ist, wobei jede Zone der Mehrzahl von Zonen unabhängig betreibbar ist, um einen entsprechenden Bereich des Filters zu heizen, und ein Abgasströmungsventil auf, das stromabwärts von dem Filter positioniert und derart konfiguriert ist, eine Strömung des Abgasstromes durch den Filter selektiv zu beschränken.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das System umfasst eine Abgasleitung, die sich von dem Motor erstreckt und derart konfiguriert ist, einen Abgasstrom von dem Motor aufzunehmen, sowie eine Partikelfilterbaugruppe, die in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom positioniert ist. Die Partikelfilterbaugruppe weist ein Einlassende, das derart konfiguriert ist, den Abgasstrom aufzunehmen, einen Filter, der derart konfiguriert ist, Partikel von dem Abgasstrom zu entfernen, eine Heizvorrichtung, die stromaufwärts von dem Filter, der eine Mehrzahl von Zonen aufweist, positioniert ist, wobei jede Zone der Mehrzahl von Zonen unabhängig betreibbar ist, um einen entsprechenden Bereich des Filters zu heizen, und ein Abgasströmungsventil auf, das stromabwärts von dem Filter positioniert und derart konfiguriert ist, eine Strömung des Abgasstromes durch den Filter selektiv zu beschränken.
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Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Steuerverfahren für eine strömungsgesteuerte in Zonen eingeteilte Regeneration einer Partikelfilterbaugruppe eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln, ob eine Regeneration eines bestimmten Bereiches des Filters notwendig ist, ein Aktivieren einer Zone einer Mehrzahl von Zonen einer Heizvorrichtung, um den bestimmten Bereich einer Mehrzahl von Bereichen des Filters zu heizen, und ein Einstellen einer Position einer Ventilplatte eine Mehrzahl von Ventilplatten eines Abgasströmungsventils, um eine Strömung eines Abgasstromes durch den bestimmten Bereich des Filters zu beschränken.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 ein Diagramm ist, das ein Abgasbehandlungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ein Diagramm ist, das Zonen eines Heizers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein Diagramm ist, das ein Abgasventil gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 ein Diagramm ist, das ein Verfahren einer strömungsgesteuerten, in Zonen eingeteilten Regeneration eines Partikelfilters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu beabsichtigt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und mit Bezug auf 1 ist ein Abgasbehandlungssystem 20 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile, die von einem Verbrennungsmotor 22 ausgestoßen werden, vorgesehen. Es sei zu verstehen, dass das hier beschriebene Abgasbehandlungssystem 20 in verschiedenen Motorsystemen verwendet werden kann, die einen Abgaspartikelfilter verwenden. Derartige Verbrennungsmotorsysteme können Dieselsysteme, Benzinsysteme sowie verschiedene Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Das Abgasbehandlungssystem 20 weist zumindest eine Abgasleitung 30 auf, die sich von dem Motor 22 erstreckt. Ein Abgasstrom 25 verlässt den Motor 22 und strömt in die Abgasleitung 30. Das Abgasbehandlungssystem 20 weist einen Oxidationskatalysator (OC) 32 auf, der in der Abgasleitung 30 in einem Strömungspfad des Abgasstromes positioniert ist. Der Oxidationskatalysator 32 kann ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine starre Schale oder Kanister mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung gepackt ist. Das Substrat kann eine Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt), die daran angeordnet ist, aufweisen, die als ein Washcoat aufgetragen sein kann und Platingruppenmetalle, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus enthalten kann. Der Oxidationskatalysator 32 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nichtflüchtiger KW und CO in dem Abgasstrom 25 nützlich, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
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Eine Einspritzeinrichtung 34 kann stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 32 positioniert sein. Die Einspritzeinrichtung 34 steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 30 und ist derart konfiguriert, ein Reduktionsmittel, wie Harnstoff oder Ammoniak oder eine Kombination daraus, periodisch und selektiv in den Abgasstrom 25 einzuspritzen. Es können andere geeignete Verfahren zum Liefern des Reduktionsmittels an den Abgasstrom 25 verwendet werden. Das Reduktionsmittel wird von einem Reduktionsmittelliefertank (nicht gezeigt) durch eine Lieferleitung (nicht gezeigt) geliefert. Das Reduktionsmittel kann in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft in der Einspritzeinrichtung 34 gemischt sein, um die Dispersion des eingespritzten Sprühnebels in dem Abgas zu unterstützen.
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Das Abgasbehandlungssystem 20 weist ferner eine Vorrichtung 36 für selektive katalytische Reduktion (SCR) auf, die in der Abgasleitung 30 stromabwärts von dem Oxidationskatalysator 32 und der Einspritzeinrichtung 34 angeordnet ist. Die SCR-Vorrichtung 36 ist in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 25 positioniert. Ähnlich dem Oxidationskatalysator 32 kann die SCR-Vorrichtung 36 auch ein Durchström-Keramik- oder Metall-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine starre Schale oder einen Kanister mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung gepackt ist. Das Substrat weist eine darauf aufgetragene SCR-Katalysatorzusammensetzung (nicht gezeigt) auf. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung enthält bevorzugt einen Zeolith sowie eine oder mehrere Unedelmetallkomponenten, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit des Reduktionsmittels umzuwandeln.
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Das Abgasbehandlungssystem 20 umfasst ferner eine Partikelfilterbaugruppe 40. Die Partikelfilterbaugruppe 40 steht in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 25 in der Abgasleitung 30 und ist derart konfiguriert, den Abgasstrom 25 aufzunehmen. Die Partikelfilterbaugruppe 40 kann stromabwärts von der Vorrichtung 36 für selektive katalytische Reduktion positioniert sein und dient dazu, den Abgasstrom 25 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist die Partikelfilterbaugruppe 40 ein Einlassende 42, eine Heizvorrichtung 44, einen Filter 46, ein Abgasströmungsventil 48 und ein Auslassende 50 auf. Die Partikelfilterbaugruppe 40 kann als ein Teil entlang der Abgasleitung 30 geformt sein. Der Abgasstrom 25 wird durch das Einlassende 42 aufgenommen, gelangt durch die Heizvorrichtung 44, den Filter 46 und das Abgasströmungsventil 48 und verlässt die Partikelfilterbaugruppe an dem Auslassende 50.
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Die Heizvorrichtung 44 ist in der Partikelfilterbaugruppe 40 positioniert und derart konfiguriert, den Filter 46 zu Regenerationszwecken zu erhitzen. Die Heizvorrichtung 44 ist an oder nahe einer Vorderseite, d. h. einer Seite, die am Nächsten zu dem Einlassende 42 angeordnet ist, des Filters 46 angeordnet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 44 eine elektrische Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung 44 kann beispielsweise durch Liefern von Leistung an einen Widerstandspfad der Heizvorrichtung 44 betrieben werden.
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Bezug nehmend auf 2 kann die Heizvorrichtung in eine Mehrzahl von Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 unterteilt sein. Es sei zu verstehen, dass die vier Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 hier nur zu beispielhaften Zwecken gezeigt und beschrieben sind und dass genauso eine verschiedene Anzahl, Größe und/oder Positionierung der Zonen möglich ist. Jede Zone Z1, Z2, Z3, Z4 kann einzeln unabhängig von den anderen Zonen durch Liefern von Leistung an einen Widerstandspfad in einer bestimmten Zone erhitzt werden. Das Heizen der Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 kann selektiv gesteuert werden. Somit kann die Heizvorrichtung 44 selektiv betrieben werden, um Wärme an den Filter 46 in Stufen auf Grundlage eines Betriebs einer bestimmten Zone Z1, Z2, Z3, Z4 zu liefern.
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Erneut Bezug nehmend auf 1 ist der Filter 46 in der Partikelfilterbaugruppe 40 positioniert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Filter 46 unter Verwendung eines Keramik-Wandströmungsmonolithfilters geformt sein, der in eine starre wärmebeständige Schale oder in einen starren wärmebeständigen Kanister mit einem Einlassende und einem Auslassende in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 30 gepackt ist. Der keramische Wandströmungsmonolithfilter kann ein Monolithpartikelfänger sein und eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge aufweisen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Teilsatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende aufweisen, sowie einen Teilsatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende aufweisen. Abgas, das in den Filter durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen aufgrund dessen getrieben, dass benachbarte Einlass- und Auslassdurchgänge an gegenüberliegenden Enden verstopft oder geschlossen sind. Der Abgasstrom 25 wird von Kohlenstoff und anderen Partikeln durch diesen Wandströmungsmechanismus gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich längs erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgelagert und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Motor 22 ausgesetzt ist. Die Wände des Wandströmungsmonolithfilters können eine poröse keramische Wabenwand aus Cordieritmaterial umfassen. Es kann ein beliebiger Typ von Keramikmaterial, das für die hier dargestellten Zwecke geeignet ist, verwendet werden. Es sei zu verstehen, dass der Keramik-Wandströmungsfilter, der oben beschrieben ist, lediglich beispielhafter Natur ist und andere geeignete Filter in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann die Partikelfilterbaugruppe 40 andere Filtervorrichtungen aufweisen, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc., zusätzlich zu oder anstelle des oben beschriebenen Filters 46.
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Die einzelnen Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 sind so konfiguriert, um entsprechende Bereiche des Filters 46 zu heizen. Dies bedeutet, eine bestimmte Zone Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung 44 ist derart konfiguriert, einen Bereich des Filters 46 zu heizen, der allgemein der Größe, Form und Position (radial und umfangsbezogen) der jeweiligen Zone entspricht. Demgemäß kann der Filter 46 in Stufen auf Grundlage eines Betriebs der Heizvorrichtung 44 erhitzt werden, so dass eine gestufte Regeneration ausgeführt werden kann.
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Bezug nehmend auf 1 ist ein Abgasströmungsventil 48 in der Partikelfilterbaugruppe 40 benachbart dem Auslassende 50 und stromabwärts des Filters 46 positioniert. Das Abgasströmungsventil 48 steht in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 25, der aus dem Filter 46 strömt.
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Bezug nehmend auf 3 weist bei einer beispielhaften Ausführungsform das Abgasströmungsventil 48 eine Mehrzahl von Ventilplatten 52 auf. Das Abgasströmungsventil 48 kann beispielsweise vier Ventilplatten 52 aufweisen. Die Ventilplatten 52 können allgemein kreisförmig und in der Abgasleitung 30 positioniert sein, um so eine Strömung des Abgasstromes 25 selektiv zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass die Größe, form, Anzahl und/oder Position der Ventilplatten 52 nicht auf das Beispiel, das oben beschrieben und in 3 gezeigt ist, beschränkt ist. Es kann eine beliebige geeignete Anzahl von Ventilplatten 52 implementiert werden, und es können verschiedene Formen für die Ventilplatten 52 verwendet werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist jede Ventilplatte 52 drehbar montiert und zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegbar. Bezug nehmend auf 1 erstreckt sich in der offenen Position die Ventilplatte 52 allgemein parallel zu einer Strömungsrichtung des Abgasstromes 25 in der Abgasleitung 30. In der geschlossenen Position erstreckt sich die Ventilplatte 52 allgemein rechtwinklig zu der Strömungsrichtung des Abgasstromes 25 in der Abgasleitung 30, um so die Strömung des Abgasstromes 25 zu beschränken.
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Erneut Bezug nehmend auf 1 weist das Abgasbehandlungssystem 20 eine Mehrzahl von NOx-Sensoren 54, 56 auf. Ein erster NOx-Sensor 54 kann stromaufwärts der Vorrichtung 36 für selektive katalytische Reduktion positioniert sein, und ein zweiter NOx-Sensor 56 kann stromabwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion positioniert sein. Die NOx-Sensoren 54, 56 können die Menge an NOx in dem Abgasstrom 25 detektieren, bevor und nachdem das Abgas durch die SCR-Vorrichtung 36 gelangt ist. Demgemäß kann eine Effizienz der SCR-Vorrichtung 36 ermittelt werden. Es sei zu verstehen, dass zusätzliche NOx-Sensoren an verschiedenen Positionen entlang der Abgasleitung 30 enthalten sein können, um die Menge an NOx in dem Abgasstrom 25 zu messen.
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Zusätzlich kann auch zumindest ein Temperatursensor 58 in der Abgasleitung 30 positioniert sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der zumindest eine Temperatursensor 58 an einem stromabwärtigen Ende der Partikelfilterbaugruppe 40 benachbart dem Auslassende 50 stromabwärts von dem Abgasströmungsventil 48 positioniert sein. Der zumindest eine Temperatursensor 58 ist derart konfiguriert, eine Temperatur des Abgasstromes 25 nach Durchgang durch die Partikelfilterbaugruppe 40 zu messen.
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Ein Controller 60, wie ein Fahrzeug- oder Motorcontroller, ist funktional mit dem Motor 22 und dem Abgasbehandlungssystem 20 durch Signalkommunikation mit verschiedenen Sensoren verbunden und überwacht diese, einschließlich dem ersten und zweiten NOx-Sensor 54, 56 und dem zumindest einen Temperatursensor 58. Der Controller 60 kann beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten aufweisen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Zusätzlich kann der Controller 60 kommunikativ mit der Einspritzeinrichtung 34, der Heizvorrichtung 44 und dem Abgasströmungsventil 48 verbunden sein. Demgemäß kann der Controller 60 die Einspritzeinrichtung 34, die Heizvorrichtung 44 und das Abgasströmungsventil 48 selektiv betreiben, um eine gestufte Regeneration des Filters 46 zu steuern, wie nachfolgend beschrieben ist. Ein Steuern der gestuften Regeneration des Filters 46 kann zumindest teilweise in Ansprechen auf Signale erfolgen, die von den verschiedenen Sensoren empfangen werden, einschließlich dem ersten und zweiten NOx-Sensor 54, 56 und zumindest einem Temperatursensor 58.
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Im Betrieb erfordert eine Zunahme des Abgasgegendrucks, die durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt wird, dass der Filter 46 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Eine Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (> 600°C). Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Filter 46 in Stufen regeneriert werden. Dies bedeutet, einzelne Bereiche des Filters 46 können nacheinander regeneriert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform entsprechen die Bereiche des Filters 46 den Zonen Z1, Z2, Z3 und Z4 der Heizvorrichtung 44. Somit kann der Filter 46 vier Bereiche entsprechend den jeweiligen Zonen Z1, Z2, Z3 und Z4 der Heizvorrichtung 44 aufweisen. Demgemäß kann die gestufte Regeneration für jeden Bereich des Filters 46 selektiv ausgeführt werden, so dass ein Bereich nacheinander nachfolgend erhitzt wird, um das Partikelmaterial, das sich in diesem Bereich angesammelt hat, zu zünden und diesen Bereich des Filters 46 zu regenerieren. Es sei zu verstehen, dass die Bereiche des Filters 46, die oben beschrieben sind, nur beispielhaften Zwecken dienen und dass irgendeine andere Anzahl geeigneter Bereiche auf Grundlage der Anzahl von Zonen des Heizelements 44 in Betracht gezogen wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen entsprechen die Anzahl, Größe, Form und Position der Bereiche des Filters 46 der Anzahl, Größe, Form und Position der Zonen der Heizvorrichtung 44. Jedoch kann die Anzahl, Größe, Form und Position der Bereiche von der Anzahl, Größe, Form und Position der Zonen variieren.
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Um einen bestimmten Bereich des Filters 46 zu regenerieren, wird zumindest eine Ventilplatte 52 des Abgasströmungsventils 48 in die geschlossene Position bewegt, um so eine Strömung des Abgasstromes 25 zu beschränken. Leistung wird an eine Zone Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung 44 geliefert, die allgemein an einer Stelle positioniert ist, wo der Abgasstrom 25 aufgrund der geschlossenen zumindest einen Ventilplatte 52 beschränkt ist. Somit wird ein Bereich des Filters 46 durch die betreibbare Zone Z1, Z2, Z3, Z4 in einem Gebiet erhitzt, an dem die Strömung des Abgasstromes beschränkt oder begrenzt ist. Das angesammelte Partikelmaterial in dem Bereich des Filters 46, der durch eine entsprechende Zone Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung erhitzt wird und wo die Strömung beschränkt ist, kann dann gezündet werden, so dass es wegbrennen kann. Demgemäß kann dieser Bereich des Filters 46 regeneriert werden. Da die Strömung des Abgasstromes 25 in diesem Bereich beschränkt ist, ist das gezündete Partikelmaterial wenig anfällig gegenüber einer Auslöschung. Wenn eine Regeneration dieses Bereiches vollständig ist, wird die zumindest eine geschlossene Ventilplatte 52 zu einer offenen Position bewegt und die Leistung zu der betreibbaren Zone der Heizvorrichtung 44 wird abgeschaltet, so dass die betreibbare Zone keine Erwärmung für den Filter mehr bereitstellt, die zur Regeneration ausreichend ist.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Prozess oben in Stufen ausgeführt, so dass, nachdem ein Bereich des Filters 46 regeneriert ist, eine andere Zone Z1, Z2, Z2, Z4 der Heizvorrichtung 44 betrieben wird, um Wärme an einen anderen entsprechenden Bereich des Filters 46 zu liefern. Zusätzlich wird eine andere Ventilplatte 52 geschlossen, um die Strömung des Abgasstromes 25 in einem Gebiet zu beschränken, das allgemein der betreibbaren Zone und dem zu regenerierenden Bereich des Filters 46 entspricht. Dieser Prozess wird sequentiell für jede Zone Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung 44 ausgeführt, so dass alle entsprechenden Bereiche des Filters 46 regeneriert werden. Demgemäß kann der Filter 46 als ein Ganzes, in Stufen, d. h. Bereich um Bereich, auf Grundlage des selektiven Betriebs der Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung und der jeweiligen Ventilplatten 52 regeneriert werden.
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4 zeigt ein Steuerverfahren zum Ausführen einer strömungsgesteuerten in Zonen eingeteilten Regeneration des Filters 46 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das beispielhafte Verfahren kann in einer kontinuierlichen Schleife ausgeführt werden. Gemäß dem beispielhaften Verfahren bestimmt bei 210 der Controller 60, ob eine Regeneration des Filters 46 notwendig ist. Wenn die Regeneration notwendig ist, ermittelt bei 220 der Controller 60 die Strömung des Abgasstromes 25 auf Grundlage von Abgastemperaturen des Abgasstromes 25, die von dem zumindest einen Temperatursensor 58 empfangen werden. Bei 230 ermittelt der Controller, ob die Strömung des Abgasstromes 25 einer Zielzone oder einem Zielbereich des zu regenerierenden Filters 46 entspricht. Bei 240 aktiviert oder erregt der Controller die Heizvorrichtung 44, falls die Strömung des Abgasstromes 25 einer Zielzone oder einem Zielbereich des zu regenerierenden Filters 46 entspricht. Insbesondere erregt der Controller eine Zone Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung 44 entsprechend einem zu regenerierenden Bereich des Filters 46. Beispielsweise wird mit Bezug auf 2, wenn ein Zentralbereich des Filters 46 zu regenerieren ist, dann eine Zentralzone Z1 der Heizvorrichtung 44 erregt. Dies bedeutet, Leistung wird an die Zentralzone Z1 der Heizvorrichtung geliefert, so dass die Heizvorrichtung Wärme an den Zentralbereich des Filters 46 ausgibt.
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Wenn die Strömung des Abgasstromes 25 keiner Zielzone oder keinem Zielbereich des Filters 46 entspricht, stellt der Controller 60 die Position einer Ventilplatte oder von Ventilplatten 52 bei 235 ein und setzt das Verfahren bei 230 fort.
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Dies bedeutet, dass auf Grundlage der Temperaturinformation, die von dem zumindest einen Temperatursensor 58 empfangen wird, der Controller 60 ermitteln kann, welche Zone oder welcher Bereich des Filters 46 zu regenerieren ist. Der Controller 60 betätigt das Abgasströmungsventil 48, um eine Ventilplatte 52 in eine geschlossene Position in eine Stelle zu bewegen, die allgemein einer Zone oder einem Bereich des zu regenerierenden Filters 46 entspricht, um so die Strömung von Abgas durch diese Zone oder diesen Bereich, der zu regenerieren ist, zu beschränken oder einzugrenzen.
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Bei 250 ermittelt der Controller 60, ob angesammeltes Partikelmaterial an dem Filter 46 gezündet worden ist. Wenn das angesammelte Partikelmaterial gezündet worden ist, wird die Heizvorrichtung 44 und insbesondere die erregte Zone der Heizvorrichtung 44 bei 255 abgeschaltet, und das Verfahren fährt mit 250 fort. Bei 260 ermittelt, wenn kein angesammeltes Partikelmaterial gezündet ist, der Controller 60, dass eine Regeneration für den Bereich des Filters 46, der der erregten Zone der Heizvorrichtung entspricht, vollständig ist. Bei 270 betätigt der Controller 60 das Abgasströmungsventil 48, um die geschlossene Ventilplatte 52 zu öffnen und die Regeneration in der nächsten Zone oder dem nächsten Bereich auszuführen. Dies bedeutet, dieser Prozess wird dann wiederholt, um den Filter 46 in anderen Bereichen durch selektives Schließen der anderen Ventilplatten 52 und Erregen der andern Zonen Z1, Z2, Z3, Z4 der Heizvorrichtung 44, wie oben beschrieben ist, zu regenerieren. Bei 280 wird das Verfahren beendet. Wenn der Controller 60 ermittelt, dass bei 260 die Regeneration für die Zone nicht vollständig ist, verlässt der Controller 60 den Prozess bei 280 und beginnt eine neue Schleife für den Prozess. Wenn ferner der Controller 60 ermittelt, dass bei 210 keine Regeneration erforderlich ist, verlässt der Controller den Prozess bei 280 und beginnt eine neue Schleife für den Prozess.
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Bei den beispielhaften Ausführungsformen oben sei angemerkt, dass der Filter 46 in Bereichen über den Gebrauch der Heizvorrichtung 44 erhitzt wird. Es ist denkbar, dass der Filter 46 in eine Mehrzahl von Bereichen unter Verwendung einer Mehrzahl von Formaten der Heizvorrichtung 44 segmentiert sein kann. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die oben beschrieben und in den 1–4 gezeigt sind.
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Bei den beispielhaften Ausführungsformen oben kann Kraftstoff gespart werden, da es nicht erforderlich ist, dass Kraftstoff in den Abgasstrom 25 eingespritzt wird, um das Partikelmaterial zu zünden. Zusätzlich können Emissionsnachteile von Aufwärtseinstellfaktoren (UAF), die der Regeneration des Filters zugeordnet sind, reduziert oder eliminiert werden. Noch weiter kann durch Regeneration des Filters in Zonen der Filter einer geringeren thermischen Beanspruchung ausgesetzt sein. Demgemäß kann die Lebensdauer des Filters verbessert werden, und Garantiekosten in Verbindung mit der Regeneration können reduziert werden.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.
