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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 28. September 2018 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0116160 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas, und insbesondere eine Vorrichtung und Verfahren zur Reinigung von Abgas, welche eine Vergiftung durch Harnstoffnebenprodukte vor der Regeneration einer Selektive-Katalytische-Reduktion (SCR) - Vorrichtung vermeiden kann.
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Im Allgemeinen weist, um Kohlmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC), Feinstaub (PM), Stickoxid (NOx) usw. als ein Verschmutzungsmaterial, das in einem Abgas enthalten ist, zu reduzieren, ein Abgassystem eines Motors (z.B. eines Verbrennungsmotors) eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie eine Dieseloxidationskatalysator (DOC) - Vorrichtung, einen Dieselpartikelfilter (DPF), eine Selektive-Katalytische-Reduktion (SCR) - Vorrichtung, eine Stickoxidspeicherkatalysator (Stickoxidfalle, LNT-Katalysator) - Vorrichtung usw. auf.
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Eine LNT-Vorrichtung verschließt und speichert Stickoxide, die durch magere Verbrennung eines Motors erzeugt werden, und reduziert und entlässt Stickoxide zu Stickstoff durch einen Reduktionsvorgang. Ein DPF ist eine Vorrichtung zur physikalischen Filterung von Partikeln, die in einem Dieselmotor erzeugt werden. Wenn Partikel gesammelt werden, werden sie in regelmäßigen Intervallen entfernt. Dieser Prozess wird Regenerationsprozess genannt, und er kann semipermanent verwendet werden. Außerdem dient der SCR-Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden des Abgases, das durch den DPF hindurchtritt.
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Indessen können, wenn ein Harnstoffeinspritzsystem verwendet wird, um Stickoxide in dem Abgas zu entfernen, Nebenprodukte von Harnstoff durch den SCR-Katalysator vergiftet werden, und die Leistung der SCR kann verschlechtert werden. In diesem Falle wird die Effizienz der SCR derart verringert, dass ein Fehlermodus erzeugt wird, und der Benutzer wird zu einer Wartung, wie einem Austausch des Katalysators, veranlasst. Jedoch können typische Harnstoffnebenprodukte bei hohen Temperaturen entfernt werden, um die Leistung der SCR wiederherzustellen. Daher wurde ein Verfahren zur Rückgewinnung der Leistung der SCR normalerweise durch Beheben der Vergiftung durch die Harnstoffnebenprodukte vor dem Fehlermodus des SCR-Leistungsausfalls (Aufleuchten der Motorwarnleuchte) erforscht.
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Mit der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgas geschaffen, die geeignet sind, die Leistung der SCR durch Erfassen der Druckdifferenz zwischen dem Zustrom und dem Abstrom des DPF und der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung wiederherzustellen, um eine Vergiftung durch Harnstoffnebenprodukte zuerst durch die DPF-Regeneration zu vermeiden.
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Eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist auf: einen Motor (z.B. einen Verbrennungsmotor), der eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor aufweist, Leistung durch Verbrennen eines Gemisches von Luft und Kraftstoff erzeugt, und Abgas, das bei dem Verbrennungsprozess erzeugt wird, über ein Abgasrohr zu der Außenseite auslässt, eine Stickoxidfalle-Katalysator(LNT)-Vorrichtung, die an (bzw. in) dem Abgasrohr montiert ist, Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, in einer Mageratmosphäre (z.B. einer schwachen oder dünnen Atmosphäre) einschließt, das Stickoxid in einer Fettatmosphäre (z.B. einer reichhaltigen oder satten Atmosphäre) desorbiert und die Stickoxide, die in dem Abgas enthalten sind, oder die desorbierten Stickoxide reduziert, ein Einspritzmodul, das an (bzw. in) dem Abgasrohr an einem hinteren Ende der LNT-Vorrichtung montiert ist und angepasst ist, ein Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen, einen Dieselpartikelfilter (DPF), der an (bzw. in) dem Abgasrohr an dem hinteren Ende des Einspritzmoduls zum Einschließen (bzw. Einfangen) von Partikeln (z.B. Feinstaub), die in dem Abgas enthalten sind, montiert ist, eine Selektive-Katalytische-Reduktion(SCR)-Vorrichtung, die an (bzw. in) dem Abgasrohr an dem hinteren Ende des DPF zum Reduzieren von Stickoxiden des Abgases, das durch den DPF hindurchtritt, montiert ist, und eine Steuereinrichtung, die den DPF durch Erhöhen der Abgastemperatur an der Vorderseite des DPF mittels eines Vergleichs zwischen einer Druckdifferenz über dem DPF und einem ersten Sollwert regeneriert und die SCR-Vorrichtung durch Erhöhen der Abgastemperatur an der Vorderseite der SCR-Vorrichtung mittels eines Vergleichs zwischen einer Reinigungsrate des Stickoxids der SCR-Vorrichtung und einem zweiten Sollwert regeneriert.
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Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner eine Niederdruck-Abgasrückführung(LP-EGR)-Vorrichtung zwischen dem Motor und der LNT-Vorrichtung aufweisen.
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Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner einen Mischer aufweisen, der in dem Abgasrohr zwischen dem Einspritzmodul und dem DPF montiert ist und das Reduktionsmittel gleichmäßig zu dem Abgas mischt (bzw. mit dem Abgas vermischt).
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Ein erster Stickoxidsensor zum Erfassen der Menge von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF strömt, und zum Übertragen eines Signals an die Steuereinrichtung kann an einem vorderen Ende des DPF vorgesehen sein, und ein zweiter Stickoxidsensor zum Erfassen der Menge von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das von der SCR-Vorrichtung abgeführt wird, und zum Übertragen des erfassten Signals an die Steuereinrichtung kann an einem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung vorgesehen sein.
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Ein Differenzdrucksensor, der eine Druckdifferenz über dem DPF erfasst, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung zu übertragen, kann zwischen dem vorderen Ende des DPF und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung in dem Abgasrohr vorgesehen sein.
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Ein erster Temperatursensor, der die Temperatur des Abgases, das durch die LP-EGR-Vorrichtung hindurchtritt, erfasst, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung zu übertragen, kann an einem vorderen Ende der LNT-Vorrichtung vorgesehen sein, und ein zweiter Temperatursensor, der die Temperatur des Abgases, das in den DPF strömt, erfasst, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung zu übertragen, kann an einem hinteren Ende der LNT-Vorrichtung vorgesehen sein.
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Ein erster Sauerstoffsensor, der die Menge von Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, das durch die LP-EGR-Vorrichtung hindurchtritt, erfasst, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung zu übertragen, kann an einem vorderen Ende der LNT-Vorrichtung vorgesehen sein, und ein zweiter Sauerstoffsensor, der die Menge von Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF strömt, erfasst, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung zu übertragen, kann an einem hinteren Ende der LNT-Vorrichtung vorgesehen sein.
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Eine erste Nacheinspritzdüse, die Kraftstoff in den DPF nachspritzt, um den DPF zu regenerieren, wenn die Druckdifferenz über dem DPF größer als ein erster Sollwert ist, kann in dem DPF vorgesehen sein.
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Eine zweite Nacheinspritzdüse, die Kraftstoff in die SCR-Vorrichtung nachspritzt, um die SCR-Vorrichtung zu regenerieren, wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung kleiner als ein zweiter Sollwert ist, kann in der SCR-Vorrichtung vorgesehen sein.
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Ein Verfahren zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist auf: einen Druckdifferenzerfassungsschritt des Erfassens einer Druckdifferenz über einem Dieselpartikelfilter (DPF) durch einen Differenzdrucksensor, einen ersten Druckdifferenzvergleichsschritt des Vergleichens der Druckdifferenz über dem DPF mit einem ersten Sollwert, Einspritzen von Kraftstoff in den DPF, wenn die Druckdifferenz über dem DPF größer als der erste Sollwert ist, und Regenerieren des DPF durch Erhöhen der Abgastemperatur an dem vorderen Ende des DPF auf eine erste Temperatur, einen zweiten Druckdifferenzvergleichsschritt des Erfassens einer Druckdifferenz über dem DPF und des Vergleichens der Druckdifferenz über dem DPF mit dem ersten Sollwert, Erfassen einer Stickoxidreinigungsrate einer Selektive-Katalytische-Reduktion(SCR)-Vorrichtung durch Stickoxidsensoren, die an dem vorderen und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung vorgesehen sind, wenn die Druckdifferenz über dem DPF kleiner als der erste Sollwert ist, einen ersten Stickoxidreinigungsratenvergleichsschritt des Vergleichens der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung mit einem zweiten Sollwert, Einspritzen von Kraftstoff in die SCR-Vorrichtung und Erhöhen der Temperatur des Abgases an einem vorderen Ende der SCR-Vorrichtung auf eine zweite Temperatur, um die SCR-Vorrichtung zu regenerieren, wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung kleiner als der zweite Sollwert ist, einen zweiten Stickoxidreinigungsratenvergleichsschritt des Erfassens der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung und des Vergleichens der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung mit dem zweiten Sollwert, und Aufleuchten einer Warnleuchte, wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung kleiner als der zweite Sollwert ist.
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In dem zweiten Druckdifferenzvergleichsschritt wird, wenn die Druckdifferenz über dem DPF nicht kleiner als der erste Sollwert ist, der Kraftstoff in den DPF nachgespritzt, die Temperatur des Abgases an dem vorderen Ende des DPF auf die erste Temperatur erhöht, und dadurch der DPF regeneriert.
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Das Verfahren zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ferner das Beenden der Regeneration der SCR-Vorrichtung, wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung nicht kleiner als der zweite Sollwert ist, in dem ersten Stickoxidreinigungsratenvergleichsschritt aufweisen.
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Der erste Sollwert kann ein Wert sein, der durch einen Versuch vorgesetzt wird und entsprechend einer Temperatur des DPF und einer Abgasströmungsrate geändert wird.
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Der zweite Sollwert kann ein Wert ist, der durch einen Versuch vorgesetzt wird und entsprechend einer Temperatur, einer Abgasströmungsrate und einer Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung geändert wird.
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Die erste Temperatur kann auf 600°C bis 650°C gesetzt werden.
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Die zweite Temperatur kann auf 600°C bis 700°C gesetzt werden.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, die SCR-Leistung durch erstes Erfassen der Druckdifferenz über dem DPF und der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung und durch erstes Beseitigen der Vergiftung durch die Harnstoffnebenprodukte mittels DPF-Regeneration zurückzugewinnen.
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Ferner ist es durch Wiederherstellen der Leistung der SCR möglich, die Wartung, wie das Aufleuchten der Warnleuchte und das Austauschen des Katalysators infolge der Leistungsverschlechterung der SCR-Vorrichtung, wegzulassen, wodurch die kommerzielle Nutzung der SCR-Vorrichtung verbessert wird und die Umweltbelastung reduziert wird, um die Kosten zu verringern.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Blockdiagramm von Eingabe- und Ausgabebeziehungen in einer Steuereinrichtung, die bei dem Verfahren zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
- 3 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt; und
- 4 ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, in welchem die Stickoxidreinigungseffizienz der SCR-Vorrichtung entsprechend der Regeneration durch das Harnstoffnebenprodukt in der Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung geändert ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung vollständiger mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchem beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie technisch versierte Fachleute realisieren würden, können die beschriebenen Ausführungsformen in verschiedenen anderen Weisen modifiziert werden, ohne von dem Sinn oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ferner wird in beispielhaften Ausführungsformen, da gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit derselben Konfiguration bezeichnen, eine erste beispielhafte Ausführungsform repräsentativ beschrieben, und in anderen beispielhaften Ausführungsformen werden nur Konfigurationen beschrieben, die sich von der ersten beispielhaften Ausführungsform unterscheiden.
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Die Zeichnungen sind schematisch und nicht maßstabsgerecht dargestellt. Relative Abmessungen und Verhältnisse von Abschnitten in den Zeichnungen sind übertrieben dargestellt oder in der Größe zur Klarheit und Einfachheit reduziert, und die Abmessungen sind nur beispielgebend und nicht einschränkend. Außerdem verwenden dieselben Strukturen, Elemente oder Komponenten, die in zwei oder mehreren Zeichnungen dargestellt sind, dieselben Bezugszeichen zum Aufzeigen gleicher Merkmale. Es versteht sich, dass, wenn ein Element, wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, so bezeichnet ist, dass es „an“ einem anderen Element ist, dieses direkt an dem anderen Element sein kann, oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können.
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Die beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail. Infolgedessen werden verschiedene Modifikationen der Zeichnungen erwartet. Daher ist die beispielhafte Ausführungsform nicht auf einen speziellen Aspekt des dargestellten Bereichs beschränkt und umfasst zum Beispiel Modifikationen eines Aspektes durch die Herstellung.
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Nun wird mit Bezug auf die 1 und 2 eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt, weist das Abgassystem eines Verbrennungsmotors einen Motor 10, ein Abgasrohr 20, eine Niederdruck-Abgasrückführung(LP-EGR) - Vorrichtung 30, eine Stickoxidfalle (LNT) 40, ein Einspritzmodul 50, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 62, eine Selektive-Katalytische-Reduktion (SCR) -Vorrichtung 64 und eine Steuereinrichtung 70 auf.
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Der Motor 10 verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, in welchem Kraftstoff und Luft vermischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 ist mit einem Ansaugkrümmer 16 verbunden, um die Luft in einer Brennkammer 12 aufzunehmen, und ist mit einem Abgaskrümmer 18 derart verbunden, dass Abgas, das beim Verbrennungsprozess erzeugt wird, in dem Abgaskrümmer 18 gesammelt wird und zu der Außenseite des Motors 10 ausgelassen wird. Eine Einspritzdüse 14 ist in der Brennkammer 12 derart montiert, dass sie den Kraftstoff in die Brennkammer 12 einspritzt.
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Ein Dieselmotor ist hierin beispielgebend, jedoch kann ein Benzinmotor mit magerer Verbrennung verwendet werden. In dem Falle, dass der Benzinmotor verwendet wird, strömt das Luft/Kraftstoffgemisch über den Ansaugkrümmer 16 in die Brennkammer 12, und eine Zündkerze (nicht gezeigt) ist an einem oberen Abschnitt der Brennkammer 12 montiert. Außerdem ist, wenn ein Benzindirekteinspritzung (GDI) - Motor verwendet wird, die Einspritzdüse an dem oberen Abschnitt der Brennkammer 12 montiert.
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Außerdem können die Motoren mit verschiedenen Kompressionsverhältnissen, vorzugsweise einem Kompressionsverhältnis von kleiner als oder gleich 16,5 verwendet werden.
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Das Abgasrohr 20 ist mit dem Abgaskrümmer 18 verbunden, um das Abgas zu der Außenseite des Fahrzeuges auszulassen. Die LNT-Vorrichtung 40, das Einspritzmodul 50, der DPF 62 und die SCR-Vorrichtung 64 sind in dem Abgasrohr 20 montiert, um Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Partikel und Stickoxide usw., die in dem Abgas enthalten sind, zu entfernen.
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Die LP-EGR-Vorrichtung 30 ist in dem Abgasrohr 20 montiert, um einen Teil des Abgases, das aus dem Motor 10 ausgelassen wird, über die LP-EGR-Vorrichtung 30 zu dem Motor 10 zurückzuführen. Ferner ist die LP-EGR-Vorrichtung 30 mit dem Ansaugkrümmer 16 verbunden, um die Verbrennungstemperatur durch Vermischen eines Teils des Abgases mit Luft zu steuern. Diese Steuerung der Verbrennungstemperatur wird durch Steuerung der Menge des Abgases, das zu dem Ansaugkrümmer 16 geführt wird, unter der Steuerung der Steuereinrichtung 70 durchgeführt. Daher kann ein Rückführventil (nicht gezeigt), das von der Steuereinrichtung 70 gesteuert wird, in der Leitung montiert sein, welche die LP-EGR-Vorrichtung 30 und den Ansaugkrümmer 16 miteinander verbindet.
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Ein erster Sauerstoffsensor 72 ist in dem hinteren Abgasrohr 20 der LP-EGR-Vorrichtung 30 montiert, um die Menge von Sauerstoff in dem Abgas, das durch die LP-EGR-Vorrichtung 30 hindurchtritt, zu erfassen und die erfasste Menge von Sauerstoff an die Steuereinrichtung 70 zu übertragen, um die Durchführung der Mager/Fett-Steuerung des Abgases zu unterstützen.
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Ferner ist ein erster Temperatursensor 74 in dem hinteren Abgasrohr 20 der LP-EGR-Vorrichtung 30 montiert, um die Temperatur des Abgases, das durch die LP-EGR-Vorrichtung 30 hindurchtritt, zu erfassen.
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Die LNT-Vorrichtung 40 ist in der hinteren Abgasleitung 20 der LP-EGR-Vorrichtung 30 montiert. Die LNT-Vorrichtung 40 absorbiert Stickoxide, die in dem Abgas enthalten sind, in einer Mageratmosphäre, desorbiert Stickoxide, die in einer Fettatmosphäre eingeschlossen sind, und reduziert Stickoxide oder desorbierte Stickoxide, die in dem Abgas enthalten sind. Ferner oxidiert die LNT-Vorrichtung 40 Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC), die in dem Abgas enthalten sind.
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Hier versteht es sich, dass sich Kohlenwasserstoffe auf sowohl Abgas als auch aus Kohlenstoff und Wasserstoff zusammengesetzte Gemische beziehen, die in dem Kraftstoff enthalten sind.
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Ein zweiter Sauerstoffsensor 76, ein zweiter Temperatursensor 78 und ein erster Stickoxidsensor 80 sind in dem hinteren Abgasrohr 20 der LNT-Vorrichtung 40 montiert.
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Der zweite Sauerstoffsensor 76 erfasst die Menge von Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70. Basierend auf den erfassten Werten des ersten Sauerstoffsensors 72 und des zweiten Sauerstoffsensors 76 kann die Steuereinrichtung 70 die Mager/Fett-Steuerung des Abgases durchführen.
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Der zweite Temperatursensor 78 erfasst die Temperatur des Abgases, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der erste Stickoxidsensor 80 erfasst die Menge des Stickoxids, das in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70. Die Menge von Stickoxid, die in dem ersten Stickoxidsensor 80 erfasst wird, kann verwendet werden, um die Menge von Reduktionsmittel zu ermitteln, das in das Einspritzmodul 50 einzuspritzen ist.
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Das Einspritzmodul 50 ist in dem vorderen Endabgasrohr 20 des DPF 62 angebracht und wird von der Steuereinrichtung 70 gesteuert, um das Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen. Typischerweise spritzt das Einspritzmodul 50 Harnstoff ein, und der eingespritzte Harnstoff wird durch Hydrolyse in Ammoniak umgewandelt. Jedoch ist das Reduktionsmittel nicht auf Ammoniak beschränkt. Nachfolgend wird zur Vereinfachung der Beschreibung Ammoniak als ein Reduktionsmittel verwendet, und Harnstoff wird in das Einspritzmodul 50 eingespritzt. Jedoch versteht es sich, dass die Verwendung eines anderen Reduktionsmittels als Ammoniak innerhalb des technischen Gebiets der vorliegenden Erfindung in den Bereich der vorliegenden Erfindung einbezogen ist.
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Ein Mischer 55 ist in dem hinteren Abgasrohr 20 des Einspritzmoduls 50 montiert, um das Reduktionsmittel mit dem Abgas gleichmäßig zu mischen.
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Der DPF 62 ist in dem hinteren Endabgasrohr 20 des Mischers 55 montiert und sammelt die Partikel, die in dem Abgas enthalten sind.
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Indessen kann der DPF 62 durch einen Dieselpartikelfilter mit selektiver katalytischer Reduktion (SDPF) ersetzt werden, der mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion beschichtet ist. Der SDPF sammelt die Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, und kann das Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, durch das Reduktionsmittel reduzieren, das von dem Einspritzmodul eingespritzt wird.
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Der SDPF ist mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion an Trennwänden beschichtet, welche die Kanäle des Katalysators zur selektiven Reduktion bilden. Typischerweise weist der DPF eine Mehrzahl von Einlass- und Auslasskanälen auf. Der Einlasskanal ist an seinem einen Ende geöffnet und an seinem anderen Ende blockiert, und Abgas wird von dem vorderen Ende des DPF eingeführt. Ferner ist der Auslasskanal an dem einen Ende davon geschlossen und an dem anderen Ende davon geöffnet, um das Abgas in dem DPF auszulassen. Das Abgas, das über den Einlasskanal in den DPF strömt, tritt über die poröse Trennwand, die den Einlasskanal und den Auslasskanal trennt, in den Auslasskanal ein und wird über den Auslasskanal aus dem DPF ausgelassen. Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, werden während des Durchgangs des Abgases durch die poröse Trennwand hindurch gesammelt. Außerdem reduziert der Katalysator zur selektiven Reduktion, der an dem DPF beschichtet ist, das Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, durch das Reduktionsmittel, das von dem Einspritzmodul 50 eingespritzt wird.
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Die SCR-Vorrichtung 64 ist an dem hinteren Ende des DPF 62 montiert. Die SCR-Vorrichtung 64 reduziert das Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das durch den DPF 62 hindurchgetreten ist.
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Indessen ist ein Differenzdrucksensor 66 in dem Abgasrohr 20 montiert. Der Differenzdrucksensor 66 ist zwischen dem vorderen Ende des DPF 62 und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 vorgesehen und erfasst eine Druckdifferenz über dem DPF 62, um das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70 zu übertragen. Die Steuereinrichtung 70 kann derart steuern, dass sie den DPF 62 regeneriert, wenn die von dem Differenzdrucksensor 66 erfasste Druckdifferenz gleich wie oder größer als ein erster Sollwert ist. In diesem Falle können die Partikel, die in dem DPF 62 eingeschlossen sind, durch Erhöhen der Temperatur des Abgases an dem vorderen Ende des DPF 62 nach dem Einspritzen von Kraftstoff in den DPF 62 mit einer ersten Nacheinspritzdüse 15 verbrannt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der erste Sollwert ein Wert sein, der zuvor durch einen Versuch gesetzt wird und entsprechend der Temperatur des DPF 62 und der Abgasströmungsrate geändert wird.
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Ferner ist ein zweiter Stickoxidsensor 82 in dem Abgasrohr 20 an dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 montiert. Der zweite Stickoxidsensor 82 erfasst die Menge von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das von der SCR-Vorrichtung 64 abgeführt wird, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70. Die Steuereinrichtung 70 kann basierend auf dem erfassten Wert des zweiten Stickoxidsensors 82 überwachen, ob die SCR-Vorrichtung 64 normalerweise das Stickoxid entfernt, das in dem Abgas enthalten ist. Das heißt, der zweite Stickoxidsensor 82 kann verwendet werden, um die Leistung der SCR-Vorrichtung 64 zu beurteilen.
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Ferner kann die Stickoxidreinigungsrate durch den ersten Stickoxidsensor 80, der an dem vorderen Ende des DPF 62 vorgesehen ist, und den zweiten Stickoxidsensor 82, der an dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 vorgesehen ist, erfasst werden. Wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 kleiner als ein zweiter Sollwert ist, wird der Harnstoff von einer zweiten Nacheinspritzdüse 17 zurück in die SCR-Vorrichtung 64 eingespritzt, und die Abgastemperatur an dem vorderen Ende der SCR-Vorrichtung 64 wird erhöht, wodurch die Partikel, die in der SCR-Vorrichtung 64 eingeschlossen sind, verbrannt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der zweite Sollwert ein Wert sein, der zuvor durch einen Versuch gesetzt wird und sich entsprechend der Temperatur der SCR-Vorrichtung 64, der Abgasströmungsrate und der Stickoxidreinigungsrate ändert.
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Wie oben beschrieben, steuert die Steuereinrichtung 70 die Regeneration des DPF 62 durch den Differenzdruck über dem DPF 62 und die Regeneration der SCR-Vorrichtung 64 durch die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64.
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Mit Bezug auf 2 sind der erste Sauerstoffsensor 72, der erste Temperatursensor 74, der zweite Sauerstoffsensor 76, der zweite Temperatursensor 78, der erste Stickoxidsensor 80, der zweite Stickoxidsensor 82 und der Differenzdrucksensor 66 mit der Steuereinrichtung 70 elektrisch verbunden und übertragen die erfassten Werte an die Steuereinrichtung 70.
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Der erste Sauerstoffsensor 72 erfasst die Menge von Sauerstoff in dem Abgas, das durch die LP-EGR-Vorrichtung 30 hindurchgetreten ist, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70. Die Steuereinrichtung 70 kann die Durchführung der Mager/Fett-Steuerung des Abgases basierend auf der Menge von Sauerstoff in dem Abgas, die von dem ersten Sauerstoffsensor 72 erfasst wird, unterstützen. Der Wert, der von dem ersten Sauerstoffsensor 72 erfasst wird, kann mit Lambda (λ) bezeichnet werden. Das Lambda bedeutet das Verhältnis des tatsächlichen Luftvolumens zu dem theoretischen Luftvolumen. Wenn das Lambda 1 überschreitet, ist die Atmosphäre mager. Wenn das Lambda kleiner als 1 ist, ist die Atmosphäre fett.
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Der erste Temperatursensor 74 erfasst die Temperatur des Abgases, das durch die LP-EGR-Vorrichtung 30 hindurchtritt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der zweite Sauerstoffsensor 76 erfasst die Menge von Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der zweite Temperatursensor 78 erfasst die Temperatur des Abgases, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der erste Stickoxidsensor 80 erfasst die Menge von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das in den DPF 62 strömt, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der zweite Stickoxidsensor 82 erfasst die Menge von Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, das von der SCR-Vorrichtung 64 abgeführt wird, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Der Differenzdrucksensor 66 ist zwischen dem vorderen Ende des DPF 62 und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 vorgesehen, um die Druckdifferenz über dem DPF 62 zu erfassen, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Die Steuereinrichtung 70 steuert die Regeneration des DPF 62 durch die Druckdifferenz über dem DPF 62 und die Regeneration der SCR-Vorrichtung 64 durch die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64.
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Indessen können in der Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eine Mehrzahl von Sensoren zusätzlich zu den in 2 gezeigten Sensoren montiert sein, jedoch sind diese zur Vereinfachung der Beschreibung weggelassen.
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Mit Bezug auf das Flussdiagramm in 3 wird zuerst eine Druckdifferenz über dem DPF 62 durch den Differenzdrucksensor 66 erfasst (S301). Der Differenzdrucksensor 66 ist zwischen dem vorderen Ende des DPF 62 und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 vorgesehen, um die Druckdifferenz über dem DPF 62 zu erfassen, und überträgt das erfasste Signal an die Steuereinrichtung 70.
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Dann wird die Druckdifferenz über dem DPF 62 mit dem ersten Sollwert verglichen (S302). Wenn die Druckdifferenz über dem DPF 62 größer als der erste Sollwert ist, wird der Kraftstoff in den DPF 62 nachgespritzt, und die Abgastemperatur an dem vorderen Ende des DPF 62 wird auf die erste Temperatur erhöht, um den DPF 62 zu regenerieren (S303). In diesem Falle können die Partikel, die in dem DPF 62 eingeschlossen sind, durch Einspritzen von Kraftstoff von der ersten Nacheinspritzdüse 15 zurück in den DPF 62 verbrannt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der erste Sollwert ein Wert sein, der zuvor durch einen Versuch gesetzt wird und entsprechend der Temperatur des DPF 62 und der Abgasströmungsrate geändert wird. Ebenso kann die erste Temperatur auf etwa 600°C bis etwa 650°C gesetzt werden.
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Dann wird die Druckdifferenz über dem DPF 62 erneut erfasst, und die Druckdifferenz über dem DPF 62 wird mit dem ersten Sollwert verglichen (S304). Die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 wird durch die Stickoxidsensoren 80 und 82, die an dem vorderen und dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 vorgesehen sind, erfasst, wenn die Druckdifferenz über dem DPF 62 kleiner als der erste Sollwert ist (S305). Wenn die Druckdifferenz über dem DPF 62 nicht kleiner als der erste Sollwert ist, wird der Kraftstoff in den DPF 62 nachgespritzt, die Temperatur des Abgases an dem vorderen Ende des DPF 62 wird auf die erste Temperatur erhöht, und der DPF 62 wird regeneriert (S303).
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Der erste Stickoxidsensor 80 ist an dem vorderen Ende des DPF 62 montiert, und der zweite Stickoxidsensor 82 ist an dem hinteren Ende der SCR-Vorrichtung 64 montiert. Die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 kann durch die Menge von Stickoxid erfasst werden, die von dem ersten Stickoxidsensor 80 und dem zweiten Stickoxidsensor 82 erfasst wird.
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Dann wird die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 mit dem zweiten Sollwert verglichen (S306), und wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 kleiner als der zweite Sollwert ist, wird die SCR-Vorrichtung 64 mit Kraftstoff nachgespritzt, die Temperatur des Abgases an dem vorderen Ende der SCR-Vorrichtung 64 wird auf die zweite Temperatur erhöht, und die SCR-Vorrichtung 64 wird regeneriert (S307). In diesem Falle können die Partikel, die in der SCR-Vorrichtung 64 eingeschlossen sind, durch Einspritzen des Harnstoffs von der zweiten Nacheinspritzdüse 17 zurück in die SCR-Vorrichtung 64 verbrannt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der zweite Sollwert ein Wert sein, der zuvor durch einen Versuch gesetzt wird und sich entsprechend der Temperatur der SCR-Vorrichtung 64, der Abgasströmungsrate und der Stickoxidreinigungsrate ändert. Ebenso kann die zweite Temperatur auf etwa 600°C bis etwa 700°C gesetzt werden.
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Indessen wird, wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 nicht kleiner als der zweite Sollwert ist, die Regeneration der SCR-Vorrichtung 64 beendet (S310).
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Dann wird die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 erneut erfasst, und die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 wird mit dem zweiten Sollwert verglichen (S308). Wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 kleiner als der zweite Sollwert ist, wird die Warnleuchte eingeschaltet (S309). Wenn die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 nicht kleiner als der zweite Sollwert ist, kehrt der Prozess zu Schritt S301 zurück, wo die Druckdifferenz über dem DPF 62 erneut erfasst wird, und der Prozess fährt erneut fort.
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Mit Bezug auf 4 ist im Falle eines alten Motors (SCR_Alter Motor) die SCR-Vorrichtung 64 durch das Harnstoffnebenprodukt derart vergiftet, dass die Stickoxidreinigungsrate reduziert ist. Wenn die SCR-Vorrichtung 64 an dem vorderen Ende des Fahrzeuges (SCR_Alter Motor(Vorn)) installiert ist, tritt eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 41% bei 200°C und eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 55% bei 600°C auf. Wenn die SCR-Vorrichtung 64 an dem hinteren Ende des Fahrzeuges (SCR_Alter Motor(Hinten)) installiert ist, tritt eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 51% bei 200°C und eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 45% bei 600°C auf.
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Jedoch tritt im Falle der Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung (SCR_680°C HT(Ref#1)), wenn die SCR-Vorrichtung 64 bei 680°C hydrothermal behandelt wird, eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 74% bei 200°C und eine Stickoxidreinigungsrate von etwa 67% bei 600°C auf. Selbst wenn der Motor alt ist, ist es ersichtlich, dass, wenn die Stickoxidreinigungsrate nach der Regeneration der SCR-Vorrichtung 64 bei 700°C erfasst wurde (SCR_Alter Motor(Hinten)_700°C nach Regeneration), die Stickoxidreinigungsrate so hoch wie die Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung 64 gemäß der Erfindung bei 200°C und 600°C erreicht werden kann.
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Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung möglich, die SCR-Leistung durch erstes Erfassen der Druckdifferenz über dem DPF und der Stickoxidreinigungsrate der SCR-Vorrichtung und durch erstes Vermeiden der Vergiftung durch die Harnstoffnebenprodukte mittels DPF-Regeneration zurückzugewinnen.
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Ferner ist es durch Wiederherstellen der Leistung der SCR möglich, die Wartung, wie das Aufleuchten der Warnleuchte und das Austauschen des Katalysators infolge der Leistungsverschlechterung der SCR-Vorrichtung, wegzulassen, wodurch die kommerzielle Nutzung der SCR-Vorrichtung verbessert wird und die Umweltbelastung reduziert wird, um die Kosten zu verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 10:
- Motor
- 15:
- erste Nacheinspritzdüse
- 17:
- zweite Nacheinspritzdüse
- 20:
- Abgasrohr
- 30:
- Niederdruck-Abgasrückführung(LP-EGR)-Vorrichtung
- 40:
- Stickoxidfalle(LNT)-Vorrichtung
- 50:
- Einspritzmodul
- 55:
- Mischer
- 62:
- Dieselpartikelfilter (DPF)
- 64:
- Selektive-Katalytische-Reduktion (SCR) - Vorrichtung
- 66:
- Differenzdrucksensor
- 70:
- Steuereinrichtung
- 72:
- erster Sauerstoffsensor
- 74:
- erster Temperatursensor
- 76:
- zweiter Sauerstoffsensor
- 78:
- zweiter Temperatursensor
- 80:
- erster Stickoxidsensor
- 82:
- zweiter Stickoxidsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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