DE112007000284T5 - Verfahren und System zum Leiten von Abgas - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Leiten eines Abgasflusses, welches Folgendes aufweist:
Leiten eines ersten Anteils des Flusses durch einen ersten Flusspfad (16);
Leiten eines zweiten Anteils des Flusses durch einen zweiten Flusspfad (18);
Steigern der Temperatur von mindestens einem Teil des Flusses im ersten Flusspfad;
Leiten des Flusses im ersten Flusspfad durch einen Filter (24);
Zusammenleiten der ersten und zweiten Teile des Flusses stromabwärts des Filters, um einen kombinierten Fluss zu bilden;
Halten des kombinierten Flusses innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches; und
Leiten des kombinierten Flusses zu einem Katalysator (30, 32).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und ein System zum Leiten von Abgas und insbesondere auf ein Verfahren und ein System zum Leiten von Abgas in einem Nachbehandlungssystem.
  • Hintergrund
  • Motoren, die Dieselmotoren, Benzinmotoren, mit gasförmigem Brennstoff angetriebene Motoren und andere in der Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung aus Luftverunreinigungen ausstoßen. Die Luftverunreinigungen können aus gasförmigem und festem Material zusammengesetzt sein, was Partikelstoffe, Stickoxyde („NOx") und Schwefelverbindungen mit einschließt.
  • Aufgrund verstärkter Sorge um die Umwelt, sind Abgasemissionsstandards mit den Jahren immer strenger geworden. Die Menge der Verunreinigungen, die aus einem Motor ausgestoßen werden, kann abhängig von der Bauart, von der Größe und/oder von der Klasse des Motors geregelt sein. Ein Verfahren, welches von Motorherstellern eingerichtet worden ist, um mit den Regelungen für Partikelstoffe und NOx in Übereinstimmung zu kommen, die in die Umgebung ausgestoßen werden, ist gewesen, diese Verunreinigungen aus dem Abgasfluss eines Motors mit einem Nachbehandlungssystem zu entfernen, welches Filter aufweist. Jedoch kann die Verwendung von Filtern für verlängerte Zeitperioden bewirken, dass die Verunreinigungen sich in den Komponenten der Filter aufbauen, wodurch bewirkt wird, dass die Funktionsfähigkeit der Filter und die Leistung des Motors abnehmen.
  • Die gesammelten Partikelstoffe können aus dem Filtermaterial durch einen Prozess entfernt werden, der Regeneration genannt wird. Eine Partikelfalle kann durch Steigerung der Temperatur des Filtermaterials und der eingefangenen Partikelstoffe über die Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe regeneriert werden, wodurch die gesammelten Partikelstoffe weggebrannt werden. Diese Steigerung der Temperatur kann durch verschiedene Mittel bewirkt werden. Beispielsweise können einige Systeme ein Heizungselement einsetzen, um direkt einen oder mehrere Teile der Partikelfalle aufzuheizen (beispielsweise das Filtermaterial oder das äußere Gehäuse). Andere Systeme sind konfiguriert worden, um Abgase stromaufwärts der Partikelfalle aufzuheizen. Die aufgeheizten Gase fließen dann durch die Partikelfalle und übertragen Wärme auf das Filtermaterial und die eingefangenen Partikelstoffe. Solche Systeme können einen oder mehrere Motorbetriebsparameter verändern, wie beispielsweise das Verhältnis von Luft zu Brennstoff in den Brennkammern, um Abgase mit erhöhter Temperatur zu erzeugen. Alternativ können solche Systeme die Abgase stromaufwärts der Partikelfalle, beispielsweise mit einem Brenner, aufheizen, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, die zur Partikelfalle führt.
  • Ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselmotorabgasfilters wird in der englischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer GB 2 134 408 A („der '408-Veröffentlichung") von Wade u. a. beschrieben. Das Verfahren zur Regeneration des Abgasfilters, das in der '408-Veröffentlichung beschrieben wird, weist auf, das gesamte Abgas um den Filter durch eine Leitung als Bypass hindurchzuleiten bzw. überzuleiten, wodurch brennbares Gas zum Filter mit einer niedrigen Flussrate geliefert wird und die Temperatur des brennbaren Gases angehoben wird, um den Filter zu zünden. Wenn die Temperatur des aufgeheizten brennbaren Gases, welches den Filter verlässt, eine vorbestimmte Grenze überschreitet, wird der Regenerationsvorgang vollendet, und das Abgas kann wieder durch den Filter fließen.
  • Obwohl das System der '408-Veröffentlichung eine Partikelfalle zur Aufnahme von Partikelstoffen aufweist, wird das gesamte Abgas so geleitet, dass es den Filter umgeht (Bypass), wenn der Filter regeneriert wird. Daher werden keine Partikelstoffe aus dem Abgas während des Regenerationsvorgangs entfernt.
  • Obwohl die Partikelfalle der '408-Veröffentlichung Partikelstoffe aus dem Abgas entfernen kann, entfernt die Falle auch nicht andere Arten von Verunreinigungen in dem Abgas, wie beispielsweise NOx-Emissionen und Schwefelverbindungen.
  • Weiterhin können die aufgeheizten Gase, die zur Partikelfalle hin fließen, irgendwelche temperaturempfindlichen Komponenten stromabwärts der Partikelfalle beschädigen. Komponenten, die beschädigt werden können oder bei hohen Temperaturen weniger effizient sind, weisen einige Katalysatoren zur Entfernung von Verunreinigungen aus dem Abgas durch chemische Reaktion auf. Komponenten, die höheren Temperaturen widerstehen können, wie beispielsweise den Temperaturen, die zur Regeneration erforderlich sind, sind typischerweise teurer.
  • Das offenbarte System und das Verfahren sind darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Leiten eines Abgasflusses gerichtet. Das Verfahren weist auf, einen ersten Teil des Flusses durch einen ersten Flusspfad zu leiten, und einen zweiten Teil des Flusses durch einen zweiten Flusspfad zu leiten. Eine Temperatur von zumindest einem Teil des Flusses in dem ersten Flusspfad wird vergrößert, und der Fluss im ersten Flusspfad wird durch einen Filter geschickt. Die ersten und zweiten Teile des Flusses stromabwärts des Filters werden kombiniert bzw. zusammengeleitet, um einen kombinierten Fluss zu bilden. Der kombinierte Fluss wird in einem vorbestimmten Bereich von Temperaturen gehalten, und der kombinierte Fluss wird zu einem Katalysator geleitet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Nachbehandlungssystem gerichtet, welches erste und zweite Flusspfade aufweist. Jeder der Flusspfade nimmt einen getrennten Teil eines Flusses auf. Das Nachbehandlungssystem weist auch einen Filter und eine Regenerationsvorrichtung auf, die in dem ersten Flusspfad positioniert ist. Die Regenerationsvorrichtung ist strö mungsmittelmäßig mit einem Einlass des Filters verbunden und ist konfiguriert, um eine Temperatur von zumindest einem Teil des Flusses in dem ersten Flusspfad zu vergrößern. Die ersten und zweiten Flusspfade werden stromabwärts des Filters und der Regenerationsvorrichtung kombiniert bzw. zusammengeleitet, um einen kombinierten Fluss zu bilden. Das Nachbehandlungssystem weist auch einen Katalysator auf, der stromabwärts von der Stelle positioniert ist, wo die ersten und zweiten Flusspfade zusammenlaufen, und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um den kombinierten Fluss innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von Temperaturen zu halten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Leiten eines Abgasflusses gerichtet. Das Verfahren weist auf, einen ersten Teil des Flusses durch einen ersten Flusspfad zu leiten, und einen zweiten Teil des Flusses durch einen zweiten Flusspfad zu leiten. Eine Temperatur von zumindest einem Teil des Flusses in dem ersten Flusspfad wird vergrößert, und der Fluss im ersten Flusspfad wird durch einen Filter geschickt. Eine Menge eines Flusses, die durch den zweiten Flusspfad geleitet wird, wird gesteuert, wenn die Temperatur des mindestens einen Teils des Flusses im ersten Flusspfad vergrößert wird. Die ersten und zweiten Teile des Flusses stromabwärts des Filters werden kombiniert, um einen kombinierten Fluss zu bilden, und der kombinierte Fluss wird zu einem NOx-reduzierenden Katalysator geleitet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Motors mit einem Nachbehandlungssystem;
  • 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten Nachbehandlungssystems; und
  • 3 ist eine schematische Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften offenbarten Nachbehandlungssystems.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 veranschaulicht einen Verbrennungsmotor 10, wie beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen mit gasförmigem Brennstoff angetriebenen Motor oder irgendeinen anderen Motor, der einem Fachmann offensichtlich sein wird, und zwar mit einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines Nachbehandlungssystems 20. Der Motor 10 kann eine Abgas- bzw. Auslasssammelleitung 12 aufweisen, die einen Abgasfluss vom Motor 10 mit einem Einlass des Nachbehandlungssystems 20 über eine Eingangsflussleitung 14 verbindet. Der Motor 10 kann alternativ eine andere Leistungsquelle sein, wie beispielsweise ein Ofen oder irgendeine andere geeignete Leistungsquelle für ein mit Leistung versorgtes System, wie beispielsweise eine Fabrik oder eine Leistungserzeugungseinrichtung.
  • Der Motor 10 und das Nachbehandlungssystem 20 sind mit einer Steuervorrichtung 40 verbunden. Alternativ kann die Steuervorrichtung 40 in dem Motor 10 integriert sein. Die Steuervorrichtung 40 kann Signale zum Nachbehandlungssystem 20 übertragen, wie unten beschrieben. Die Steuervorrichtung 40 kann beispielsweise ein elektronisches Steuermodul („ECM” = electronic control module), eine zentrale Verarbeitungseinheit, ein Personal Computer, ein Laptop-Computer oder irgendeine andere in der Technik bekannte Steuervorrichtung sein. Die Steuervorrichtung 40 kann eine Eingangsgröße von einer Vielzahl von Quellen aufnehmen, die beispielsweise einen Temperatursensor 42 (genauer unten mit Bezug auf 2 beschrieben) und (nicht gezeigte) Motorsensoren aufweisen, beispielsweise Sensoren, die konfiguriert sind, um die Temperatur, die Drehzahl, die verbrauchte Brennstoffmenge und/oder andere Betriebscharakteristiken des Motors 10 zu messen. Die Steuervorrichtung 40 kann diese Eingangsgrößen verwenden, um ein Steuersignal basierend auf einem voreingestellten Steueralgorithmus zu bilden. Das Steuersignal kann von der Steuervorrichtung 40 zu verschiedenen Betätigungsvorrichtungen (die genauer unten beschrieben werden) über Kommunikations- bzw. Verbindungsleitungen 44 übertragen werden, die als gestrichelte Linien in den 1 und 2 gezeigt sind.
  • 2 veranschaulicht das Nachbehandlungssystem 20. Das Nachbehandlungssystem 20 entfernt Verunreinigungen aus dem Abgas. Das Abgas wird so aufgeteilt, dass ein erster Teil einem ersten Pfad folgt (Pfeil A) und dass ein zweiter Teil einem zweiten Pfad folgt (Pfeil B). Das Nachbehandlungssystem 20 kann ein Filtersystem 22 aufweisen, welches über eine erste Flussleitung 16, die dem ersten Pfad (Pfeil A) folgt, zumindest einen Teil des Flusses des Abgases aufnimmt, welches von der Auslasssammelleitung 12 des Motors 10 empfangen wird.
  • Das Filtersystem 22 fängt Partikelstoffe, Asche oder andere Materialien von einem Abgasfluss ein, um zu verhindern, dass sie aus dem Nachbehandlungssystem 20 in die Umgebung ausgestoßen werden. Das Filtersystem 22 kann einen Filter 24 aufweisen, wie beispielsweise einen Dieselpartikelfilter („DPF") oder irgendeine andere Art einer Vorrichtung, die physisch Partikelstoffe, Asche oder andere Materialien aus dem Abgas aufnimmt.
  • Das Filtersystem 22 kann auch eine Regenerationsvorrichtung 26 aufweisen, die stromaufwärts des Filters 24 gelegen ist. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird eine Hilfsregenerationsvorrichtung (ARD = auxiliary regeneration device) verwendet, um das Filtersystem 22 zu regenerieren.
  • Die Regeneration weist auf, die gesammelten Partikel aus dem Filter 24 zu entfernen, indem der Filter 24 hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Die hohen Temperaturen bewirken, dass die Partikel vom Filter 24 abbrennen. Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Filter 24 beispielsweise Temperaturen von ungefähr 600–700°C ausgesetzt sein. Alternativ dazu, stattdessen oder zusätzlich dazu, dass der Filter 24 hohen Temperaturen direkt ausgesetzt wird, kann der Abgasstrom stromaufwärts des Filters 24 auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, was den Filter 24 indirekt den hohen Temperaturen aussetzt.
  • Die Regenerationsvorrichtung 26 kann eine Vorrichtung sein, die bei der aktiven Regeneration verwendet wird. Wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „aktive Regeneration" auf die Verwendung einer Regenerationsvorrichtung oder irgendeiner anderen Wärmequelle, um das Abbrennen und/oder die Verbrennung von beispielsweise Ruß einzuleiten, der in einem Filter enthalten ist.
  • Die Regenerationsvorrichtung 26 kann beispielsweise eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen (nicht gezeigten) Zünder, (nicht gezeigte) Heizspulen, einen (nicht gezeigten) mit Brennstoff angetriebenen Brenner, eine (nicht gezeigte) Heizung mit elektrischem Widerstand, eine Motorsteuerstrategie und/oder andere in der Technik bekannte Wärmequellen aufweisen. Solche Wärmequellen können in der Regenerationsvorrichtung 26 angeordnet sein und können konfiguriert sein, um dabei zu helfen, die Temperatur des Abgasflusses durch Konvektion, Verbrennung und/oder andere Verfahren zu steigern. Die Regenerationsvorrichtung 26 kann das Liefern einer brennbaren Substanz und eine Lieferung von Sauerstoff zur Erleichterung der Verbrennung in der Regenerationsvorrichtung 26 aufnehmen. Die brennbare Substanz kann beispielsweise Benzin, Dieselbrennstoff, reformierter Brennstoff und/oder irgendeine andere in der Technik bekannte brennbare Substanz sein. Eine Sauerstoffversorgung kann zusätzlich zu dem Abgasfluss mit relativ niedrigem Druck vorgesehen sein, die zu der Regenerationsvorrichtung 26 durch die erste Flussleitung 16 geleitet wird bzw. werden.
  • Die hohen Temperaturen werden unter Verwendung der Regenerationsvorrichtung 26 erreicht. Die Regenerationsvorrichtung 26 verbrennt Brennstoff, um die Temperatur des Filters 24 oder des Abgases stromaufwärts des Filters 24 zu vergrößern, wodurch Abgas mit hoher Temperatur zum Filter 24 durch die erste Flussleitung 16 geleitet wird, um die Partikel in dem Filter 24 abzubrennen. Als eine Folge ist das Abgas, welches den Filter 24 verlässt, auf einer hohen Temperatur.
  • Somit läuft der erste Teil der Abgase durch das Filtersystem 20 über die erste Flussleitung 16 und wird während des Regenerationsprozesses durch die Regenerationsvorrichtung 26 aufgeheizt. Der zweite Teil des Abgases fließt durch eine zweite Flussleitung 18, die dem zweiten Pfad (Pfeil B) folgt und an dem Filtersystem 22 und der Regenerationsvorrichtung 26 vorbeiläuft.
  • Ein Ventil 28 des Nachbehandlungssystems 20 ist in dem zweiten Pfad positioniert (die zweite Flussleitung 18). Das Ventil 28 kann beispielsweise durch einen Elektromagnet oder eine andere (nicht gezeigte) in der Technik bekannte Betätigungsvorrichtung betätigt oder in anderer Weise gesteuert werden.
  • Das Ventil 28 ist typischerweise geschlossen. Jedoch kann das Ventil 28 betätigt werden, um sich während des Regenerationsprozesses zu öffnen. Das Ventil 28 und die Regenerationsvorrichtung 26 können Steuersignale von der Steuervorrichtung 40 über die Kommunikationsleitungen 44 empfangen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 40 Signale zur Betätigung des Ventils 28 und zur Aktivierung der Regenerationsvorrichtung 26 über die Kommunikations- bzw. Verbindungsleitungen 44 senden.
  • Der Temperatursensor 42 kann stromabwärts des Filters 22 vorgesehen sein. Der Temperatursensor 42 misst die Temperatur des Abgases stromabwärts des Filtersystems 22 und sendet ein Signal, welches die gemessene Temperatur anzeigt, an die Steuervorrichtung 40 über die Kommunikationsleitung 44.
  • Die Steuervorrichtung 40 kann bestimmen, wie viel des Abgases durch das Ventil 28 zu leiten ist (den zweiten Teil des Abgases). Das Abgas, welches nicht durch das Ventil 28 geschickt wird (der erste Teil des Abgases) wird dann zum Filtersystem 22 geschickt.
  • Stromabwärts des Filtersystems 22 und des Ventils 28 vermischen sich die ersten und zweiten Teile des Abgases miteinander, bevor sie zu einem Katalysator 30 geleitet werden, der auch in dem Nachbehandlungssystem 20 vorgesehen ist. Der Katalysator 30 ist stromabwärts des Filters 24 und des Ventils 28 entlang der Flussrichtung des Abgases positioniert.
  • Wie in 2 gezeigt, kann der Temperatursensor 42 nahe dem Auslass des Filters 24 vorgesehen sein. Der Temperatursensor 42 kann nahe an einer Nachbehandlungsvorrichtung positioniert sein, für welche eine Temperatur gesteuert wird. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird beispielsweise die Temperatur des Katalysators 30 gesteuert. Daher kann der Temperatursensor 42 in diesem Ausführungsbeispiel auch näher am Katalysator 30 vorgesehen sein.
  • Gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Katalysator 30 ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator), der Verunreinigungen, wie beispielsweise NOx, aus dem Abgas durch chemische Reaktion entfernt. Der SCR-Katalysator sieht eine katalytische Reduktion von NOx im Abgas unter Verwendung von Ammoniak oder Harnstoff vor.
  • Optional kann ein anderer Katalysator 32, beispielsweise ein Reinigungs- bzw. Nachreinigungskatalysator, wie beispielsweise ein Katalysator zur selektiven katalytischen Oxydation (SCO-Katalysator), stromabwärts des ersten Katalysators 30 vorgesehen sein, um andere Verunreinigungen aus dem Abgas zu entfernen.
  • Nachdem es durch den Katalysator (die Katalysatoren) 30, 32 behandelt wurde, fließt das Abgas durch eine Auslassflussleitung 34 und wird aus dem Nachbehandlungssystem 20 ausgelassen.
  • 3 veranschaulicht ein alternatives beispielhaftes Ausführungsbeispiel, in dem ein zweiter Filter 24 und eine zweite Regenerationsvorrichtung 26 in der zweiten Flussleitung 18 stromabwärts des Ventils 28 angeordnet sind. Die Filter und Regenerationsvorrichtungen in diesem alternativen Ausführungsbeispiel sind in einer parallelen Konfiguration. Ein zweites Ventil 28 kann auch in der zweite Flussleitung 18 positioniert sein, und ein zweiter Temperatursensor 42 kann nahe dem Auslass des zweiten Filters 24 positioniert sein.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das offenbarte Verfahren und das System zum Leiten des Abgasflusses kann bei irgendeinem Antriebssystem anwendbar sein, welches eine Leistungsquelle aufweist, die Abgas erzeugt. Das offenbarte Verfahren und das System zum Leiten des Abgasflusses gestatten, dass die Temperatur des Abgases, welches durch den Filter 24 und den Katalysator 30 fließt, getrennt gesteuert wird. Als eine Folge kann die Temperatur des Abgases, welches durch den Filter 24 fließt, hochgehalten werden, während die Temperatur des Abgases, welches zum Katalysator 30 fließt, auf einer niedrigeren Temperatur gehalten werden kann. Das Betriebsverfahren und das System zum Leiten des Abgasflusses werden nun erklärt.
  • Während normaler Betriebsbedingungen ist die Regenerationsvorrichtung 26 inaktiv, sodass der Filter 24 sich nicht regeneriert und das Ventil 28 geschlossen ist. Das gesamte Abgas wird durch das Filtersystem 20 über die Einlassflussleitung 14, die erste Flussleitung 16 (in Richtung des Pfeils A) und die Auslassflussleitung 34 geleitet. Das Abgas, welches durch das Filtersystem 20 läuft, wird nicht unter Verwendung der Regenerationsvorrichtung 26 aufgeheizt.
  • Der in der Steuervorrichtung 40 programmierte Steueralgorithmus kann verwendet werden, um zu bestimmen, wann die Regeneration des Filters 24 zu beginnen ist, beispielsweise basierend auf einer Eingabe von dem Motor 10 oder einem (nicht gezeigten) Motorsensor, oder basierend auf einem vorbestimmten Zeitintervall. Um das Regenerationsverfahren zu beginnen, kann die Steuervorrichtung 40 Steuersignale durch die Kommunikationsleitungen 44 senden, um das Ventil 28 bzw. die Regenerationsvorrichtung 26 zu betätigen. Das Steuersignal, welches zum Ventil 28 übertragen wird, kann auch Informationen zur Steuerung des Abgasflusses durch das Ventil 28 aufweisen, wie beispielsweise die Menge des Abgases, die durch das Ventil 28 fließen darf.
  • Normalerweise ist das Ventil 28 in einem geschlossenen Zustand, was das gesamte Motorabgas dazu zwingt, durch das Filtersystem 22 in der ersten Flussleitung 16 zu fließen. Wenn das Ventil 28 betätigt wird, öffnet sich das Ventil 28 und das Abgas kann zwei Pfade hinunterfließen, nachdem es aus der Auslasssammelleitung 12 des Motors 10 ausgetreten ist. Wie in 2 gezeigt, folgt ein erster Teil des Abgases einem ersten Pfad (Pfeil A), und ein zweiter Teil des Abgases folgt einem zweiten Pfad (Pfeil B).
  • Das Ventil 28 empfängt das Steuersignal von der Steuervorrichtung 40, um ungefähr zur gleichen Zeit zu öffnen, wie der Regenerationsprozess beginnt. Bei spielsweise kann die Steuervorrichtung 40 das Betätigungssignal an das Ventil 28 ungefähr zur gleichen Zeit senden, wenn die Steuervorrichtung 40 das Betätigungssignal an die Regenerationsvorrichtung 26 sendet, um die Regeneration des Filters 26 zu beginnen, d. h. Wärme auf diesen aufzubringen. Die Steuervorrichtung 40 sendet diese Befehlssignale an die Regenerationsvorrichtung 26 und an das Ventil 28 durch die Kommunikationsleitungen 44, wie durch die gestrichelten Linien in 2 gezeigt.
  • Das Ventil 28 ist im zweiten Pfad positioniert, um die Flussmenge zu steuern, die durch die zweite Flussleitung 18 geleitet wird. Der Teil des Abgases, der entlang der zweiten Flussleitung 18 geleitet wird (in Richtung des Pfeils B in 2) läuft an dem Filtersystem 22 und der Regenerationsvorrichtung 26 vorbei. Daher wird dieser Teil nicht durch die Regenerationsvorrichtung 26 auf die hohen Temperaturen aufgeheizt, die zur Regeneration des Filters 24 nötig sind. Der restliche Teil des Flusses wird zum ersten Pfad (erste Flussleitung 16) zur Regenerationsvorrichtung 26 geleitet, die das Gas während des Regenerationsprozesses aufheizt, und dann zum Filtersystem 22. Während der Regeneration laufen der aufgeheizte erste Teil des Abgases und der nicht aufgeheizte zweite Teil des Abgases zusammen, bevor sie die Katalysatoren 30, 32 erreichen. Als eine Folge hat dieser kombinierte Abgasfluss eine insgesamt niedrigere Temperatur als die Temperatur des Abgases, die während der Regeneration erreicht wird.
  • Wenn die Steuervorrichtung 40 bestimmt hat, dass der Regenerationsprozess vollendet ist, kann die Steuervorrichtung 40 Steuersignale an das Ventil 28 senden, um das Ventil 28 zu schließen, und an die Regenerationsvorrichtung 26, um den Regenerationsprozess zu stoppen.
  • Die Informationen, die in den Steuersignalen vorgesehen sind, um das Ventil 28 zu öffnen und/oder zu schließen, werden unter Verwendung des Steueralgorithmus bestimmt, der in der Steuervorrichtung 40 einprogrammiert ist. Beispielsweise kann die Menge des Abgases, die durch das Ventil 28 durch die zweite Flussleitung 18 zu leiten ist (der zweite Teil des Abgases) eine konstante voreingestellte Menge sein oder kann unter Verwendung eines Regelungsprozesses (closed loop) bestimmt werden.
  • Wenn die Menge des Anteils des Abgases, der durch das Ventil fließt, eine konstante voreingestellte Menge ist, dann gestattet das Ventil 28, dass kontinuierlich die gleiche Menge des Abgases hindurch läuft, bis ein Steuersignal von der Steuervorrichtung 40 empfangen wird, um aufzuhören zu gestatten, dass das Abgas durch das Ventil 28 fließt. Wenn jedoch die Menge des Anteils des Abgases, die durch das Ventil 28 fließt, unter Verwendung eines Regelungsprozesses (closed loop) bestimmt wird, dann kann das Ventil 28 Signale von der Steuervorrichtung 40 in regelmäßigen Zeitintervallen empfangen, oder immer dann, wenn die Steuervorrichtung 40 bestimmt hat, dass die Flussrate verändert werden sollte.
  • Nach dem Senden der Betätigungssignale an das Ventil 28 und die Regenerationsvorrichtung 26 kann die Steuervorrichtung 40 beispielsweise Messungen der Temperatur des Abgasstroms des Filtersystems 22 unter Verwendung des Temperatursensors 42 empfangen.
  • Wenn die gemessene Temperatur (T) gleich einer Schwellentemperatur (Tth) ist, oder über dieser ist, d. h. T ≥ Tth, dann kann die Steuervorrichtung 40 ein Steuersignal an das Ventil 28 senden, um inkrementell die Menge des Abgases zu vergrößern, die durch das Ventil 28 fließen darf. Mehr Abgas läuft an dem Filtersystem 22 vorbei, und weniger Abgas wird aufgeheizt, um den Filter 24 zu regenerieren. Als eine Folge nimmt die Temperatur des kombinierten Flusses der aufgeheizten und nicht aufgeheizten Teile des Abgases ab.
  • Wenn jedoch die gemessene Temperatur unter der Schwellentemperatur ist, d. h. T < Tth, dann kann die Steuervorrichtung 40 ein Steuersignal an das Ventil 28 senden, um die Menge des Abgases zu verringern, die durch das Ventil 28 fließen kann. Weniger Abgas läuft an dem Filtersystem 22 vorbei, und mehr Abgas wird aufgeheizt, um den Filter 24 zu regenerieren. Als eine Folge nimmt die Temperatur des kombinierten Flusses der aufgeheizten und nicht aufgeheizten Teile der Abgase zu.
  • Anstatt die Menge des Flusses durch das Ventil 28 zu verändern, falls T < Tth ist, kann die Steuervorrichtung 40 alternativ das Ventil 28 beispielsweise durch Verwendung eines Signals oder durch Abwesenheit eines Signals steuern, um die Menge des Abgases, die durch das Ventil 28 läuft, gleichzuhalten.
  • Die Steuervorrichtung 40 kann die gemessene Temperatur (T) überwachen und kann Steuersignale an das Ventil 28 in regelmäßigen Intervallen und/oder immer dann senden, wenn die gemessene Temperatur (T) die Schwellentemperatur (Tth) überschreitet. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann die Schwellentemperatur beispielsweise ungefähr 600°C sein, wenn ein Katalysator, der weniger effizient arbeitet, oder der bei Temperaturen über 600°C beschädigt werden kann, stromabwärts von der Stelle vorgesehen ist, wo die aufgeheizten und nicht aufgeheizten Teile des Abgases zusammenlaufen. Jedoch kann die Schwellentemperatur höher oder niedriger sein, und zwar abhängig von der vorgesehenen Nachbehandlungsvorrichtung (den Nachbehandlungsvorrichtungen) und den nötigen Temperaturen, um einen optimalen Wirkungsgrad der vorgesehenen Nachbehandlungsvorrichtung(en) aufrechtzuerhalten.
  • Um zu bestimmen, wie der Fluss des Abgases zwischen der ersten Flussleitung 16 und der zweiten Flussleitung 18 aufzuteilen ist, kann der von der Steuervorrichtung 40 verwendete Steueralgorithmus auch andere Variablen neben der gemessenen Temperatur berücksichtigen. Beispielsweise kann der Fluss zwischen den Flussleitungen 16, 18 zugeordnet sein, um eine Balance zwischen einem Zustand, in dem man genügend Fluss durch die zweite Flussleitung 18 hat, um eine geeignete Temperatur des zum Katalysator 30 geleiteten Abgases beizubehalten, und der Situation, dass man genügend Fluss durch die erste Flussleitung 16 vorsieht, um die Partikelstoffe aus dem Abgasfluss zu entfernen, zu treffen. Wenn eine große Menge an Abgas zur ersten Flussleitung 16 zugeteilt wird, und eine kleine Menge an Abgas zur zweiten Flussleitung 18 zugeordnet wird, können mehr Partikelstoffe aus dem Abgasfluss entfernt werden, jedoch ist das gesamte Abgas, welches zum Katalysator 30 geleitet wird, auf einer höheren Temperatur. Dies kann eine Beschädigung des Katalysators 30 riskieren oder kann bewirken, dass der Katalysator 30 weniger effizient arbeitet. Wenn andererseits eine große Menge an Abgas zur zweiten Flussleitung 18 zugeteilt wird, und eine kleine Menge an Abgas der ersten Flussleitung 16 zugeteilt wird, ist das gesamte Abgas, welches zum Katalysator 30 geleitet wird, auf einer niedrigeren Temperatur, wodurch gestattet wird, dass der Katalysator 30 effizient arbeitet, wenn der Katalysator 30 empfindlich für höhere Temperaturen ist. Wenn es jedoch eine kleine Flussgröße durch das Filtersystem 22 gibt, können weniger Partikelstoffe aus dem Abgasfluss entfernt werden, und mehr Partikelstoffe können ungefiltert durch das Ventil 28 laufen.
  • Der Steueralgorithmus kann programmiert sein, um eine minimale Menge an Abgas durch das Ventil 28 zu gestatten, d. h. den zweiten Teil des Abgases zu minimieren, weil der zweite Teil des Abgases nicht durch das Filtersystem 22 gefiltert wird. Die Menge an Abgas, die durch das Ventil 28 laufen darf, kann so gesteuert werden, dass die Menge ausreicht, um die Temperatur des kombinierten Abgases, welches zum Katalysator 30 geleitet wird, auf einer Schwellentemperatur oder geringfügig unter dieser zu halten.
  • Der Steueralgorithmus kann auch programmiert sein, um sicherzustellen, dass eine optimale Menge an Abgas durch das Filtersystem 22 geschickt wird, um den Filter 24 zu regenerieren. Die optimale Menge an Abgas zur Regeneration des Filters 24 wird basierend auf verschiedenen Variablen bestimmt, beispielsweise basierend auf der Flussrate des Abgases von der Auslasssammelleitung 12, basierend auf der Größe des Filters 24, basierend auf der Art des Motors 10 und basierend darauf, was der Motor 10 während der Regeneration tut. Als eine Folge kann der von der Steuervorrichtung 40 verwendete Steueralgorithmus auch diese Variablen bei der Bestimmung dessen berücksichtigen, wie der Fluss des Abgases zwischen der ersten Flussleitung 16 und der zweiten Flussleitung 18 aufzuteilen ist.
  • Als eine Folge kann die Temperatur des Abgases, welches durch den Filter 24 während der Regeneration fließt, hochgehalten werden, während die Temperatur des kombinierten Abgases, welches zum Katalysator 30 fließt, niedriger sein kann.
  • Als eine Folge können Katalysatoren und andere Nachbehandlungskomponenten vorgesehen sein, die aus kostengünstigerem Material gemacht sind. Spezielle Materialien, die den hohen Temperaturen während der Regeneration widerstehen können, sind nicht länger erforderlich, um die Nachbehandlungskomponenten stromabwärts von der Stelle aufzubauen, wo die nicht aufgeheizten und aufgeheizten Anteile des Abgases zusammenlaufen. Es können Katalysatoren 30, 32 verwendet werden, die für die hohen Temperaturen empfindlich sind, die typischerweise zur Regeneration erforderlich sind, beispielsweise vanadiumbasierte SCR-Katalysatoren. Wenn beispielsweise der Filter 24 Temperaturen von ungefähr 600–700°C ausgesetzt ist, dann können Katalysatoren 30, 32 verwendet werden, die aus Materialien gemacht sind, die bei Temperaturen über ungefähr 600°C weniger effizient sein können, während der hohe Wirkungsgrad des Nachbehandlungssystems 20 beibehalten wird. Die Katalysatoren 30, 32 werden weniger wahrscheinlich beschädigt, weil sie nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt sind, die für die Regeneration erforderlich sind.
  • Da ein Teil des Abgases an dem Filtersystem 22 während des Regenerationsprozesses vorbeiläuft, wird weniger Abgas durch das Filtersystem 22 geschickt. Weniger Energie ist zur Aufheizung des Abgases erforderlich, um den Filter 24 zu regenerieren. Als eine Folge ist weniger Brennstoff für den Regenerationsprozess nötig.
  • Wie in 3 gezeigt, können ein anderer Filter 24, eine Regenerationsvorrichtung 26, ein Temperatursensor 42 und optional ein Ventil 28 auch in der zweiten Flussleitung 18 angeordnet sein. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann der Betrieb dieser zusätzlichen Komponenten in der zweiten Flussleitung 18 der gleiche sein, wie für die gleichen Komponenten in der ersten Flussleitung 16. Der Teil des Abgases, der entlang der zweiten Flussleitung 18 geleitet wird, wird unter Verwendung des Filtersystems 22 in der zweiten Flussleitung 18 gefiltert. Als eine Folge wird der gesamte Fluss des Abgases, der durch die Einlassflussleitung 14 geliefert wird, unter Verwendung der zwei Filtersysteme 22 gefiltert. Zusätzlich können beide Filter 24 getrennt unter Verwendung der entsprechenden Regenerationsvorrichtungen 26 regeneriert werden. Die Steuervorrichtung 40 kann den Be trieb der Regenerationsvorrichtungen 26 in den getrennten Flussleitungen 16, 18 steuern, um sicherzustellen, dass nicht aufgeheiztes Abgas durch mindestens eine der Flussleitungen 16, 18 fließt, wenn die Regenerationsvorrichtung 26 in der anderen Flussleitung arbeitet. Daher kann nie mehr als eine Regenerationsvorrichtung 26 zur gleichen Zeit arbeiten. Als eine Folge kann die Temperatursteuerung des kombinierten Abgasflusses immer noch erreicht werden, während sichergestellt wird, dass Partikel aus dem Abgas gefiltert werden, welches durch beide Flussleitungen 16, 18 fließt, und zwar auch während der Regeneration eines der Filter 24.
  • Das in den beispielhaften Ausführungsbeispielen beschriebene Nachbehandlungssystem kann Partikelstoffe und andere Arten von Verunreinigungen entfernen, wie beispielsweise NOx-Emissionen. Die Partikelstoffe und die anderen Verunreinigungen können kontinuierlich entfernt werden, wie beispielsweise während des Regenerationsprozesses.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Verfahren und am System zum Leiten des Abgasflusses vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des offenbarten Verfahrens und Systems offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten Ausführungen gezeigt wird.
  • Zusammenfassung VERFAHREN UND SYSTEM ZUM LEITEN VON ABGAS
  • Ein Verfahren zum Leiten eines Abgasflusses weist auf, einen ersten Teil des Flusses durch einen ersten Flusspfad zu leiten, und einen zweiten Teil des Flusses durch einen zweiten Flusspfad zu leiten. Eine Temperatur von zumindest einem Teil des Flusses in dem ersten Flusspfad wird vergrößert, und der Fluss im ersten Flusspfad wird durch einen Filter geschickt. Die ersten und zweiten Teile des Flusses stromabwärts des Filters werden zusammengeleitet, um einen kombinierten Fluss zu bilden. Der kombinierte Fluss wird in einem vorbestimmten Bereich von Temperaturen gehalten, und der kombinierte Fluss wird zu einem Katalysator geleitet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - GB 2134408 A [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Leiten eines Abgasflusses, welches Folgendes aufweist: Leiten eines ersten Anteils des Flusses durch einen ersten Flusspfad (16); Leiten eines zweiten Anteils des Flusses durch einen zweiten Flusspfad (18); Steigern der Temperatur von mindestens einem Teil des Flusses im ersten Flusspfad; Leiten des Flusses im ersten Flusspfad durch einen Filter (24); Zusammenleiten der ersten und zweiten Teile des Flusses stromabwärts des Filters, um einen kombinierten Fluss zu bilden; Halten des kombinierten Flusses innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches; und Leiten des kombinierten Flusses zu einem Katalysator (30, 32).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, eine Flussmenge zu steuern, die durch den zweiten Flusspfad geleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Flussmenge, die durch den zweiten Flusspfad geleitet wird, gesteuert wird, wenn die Temperatur des mindestens einen Teils des Flusses im ersten Flusspfad ansteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Steuern der Flussmenge, die durch den zweiten Flusspfad geleitet wird, Folgendes aufweist: Vergleichen einer abgefühlten Temperatur des kombinierten Flusses mit dem vorbestimmten Temperaturbereich; und Verändern der Flussmenge, die durch den zweiten Flusspfad geleitet wird, ansprechend auf den Vergleich.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Temperaturbereich Temperaturen von weniger als 600°C aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Katalysator ein NOx-reduzierender Katalysator (30) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Temperatur des zumindest einen Teils des Flusses in dem ersten Flusspfad auf eine Temperatur zur Regeneration des Filters ansteigt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter aufweist, den Fluss im zweiten Flusspfad durch einen zweiten Filter (24) zu leiten.
  9. Nachbehandlungssystem (20), welches Folgendes aufweist: erste und zweite Flusspfade (16, 18), wobei jeder der Flusspfade einen getrennten Anteil eines Flusses aufnimmt; Filtermittel (24) und Regenerationsmittel (26), die in dem ersten Flusspfad (16) positioniert sind, wobei die Regenerationsmittel strömungsmittelmäßig mit einem Einlass der Filtermittel verbunden sind und konfiguriert sind, um eine Temperatur von zumindest einem Teil des Flusses im ersten Flusspfad zu vergrößern, wobei die ersten und zweiten Flusspfade stromabwärts der Filtermittel und der Regenerationsmittel zusammengeleitet werden, um einen kombinierten Fluss zu bilden; Katalysatormittel (30, 32), die stromabwärts von der Stelle positioniert sind, wo die ersten und zweiten Flusspfade zusammenlaufen; und Steuervorrichtungsmittel (40), die konfiguriert sind, um den kombinierten Fluss innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches zu halten.
  10. Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, welches weiter Ventilmittel (28) aufweist, die in dem zweiten Flusspfad positioniert sind, wobei die Ventilmittel konfiguriert sind, um eine Flussmenge im zweiten Flusspfad zu steuern.
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