DE112007002202T5 - Temperaturmanagement in einem Abgasbehandlungssystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems (10, 100), enthaltend;
Erfassen einer Temperatur, die repräsentativ für eine Temperatur eines Katalysatormaterials beim Anfahren einer Leistungsquelle (12) ist;
Vergleichen der erfassten Temperatur mit einer Schwellentemperatur;
Zünden einer Regenerationseinrichtung (20) des Abgasbehandlungssystems (10, 100) in Abhängigkeit von dem Vergleich, wobei die Regenerationseinrichtung (20) stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet ist; und
Betreiben der Regenerationseinrichtung (20) auf einer Zieltemperatur.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Abgasbehandlungssystem und insbesondere auf das Temperaturmanagement von einer oder mehreren Komponenten eines Abgasbehandlungssystems mit einer Regenerationseinrichtung.
  • Hintergrund
  • Verbrennungsmotoren, einschließlich Dieselmotoren, Benzinmotoren, Naturgasmotoren und anderen im Stand der Technik bekannten Motoren, puffen möglicherweise eine komplexe Mischung von Luftschadstoffen aus. Die Schadstoffe können aus gasförmigen Verbindungen, die Stickoxide enthalten können (NOx), und festen partikelförmigen Stoffen zusammengesetzt sein. Die partikelförmigen Stoffe können einen lösbaren organischen Anteil, Ruß (unverbrannten Kohlenstoff) und/oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten.
  • Aufgrund der erhöhten Aufmerksamkeit gegenüber der Umwelt wurden Abgasemissionsstandards strikter, und die Menge von Schadstoffen, die zur Umgebung von einem Motor emittiert wird, wird möglicherweise in Abhängigkeit von dem Typ des Motors, der Größe des Motors und/oder der Klasse des Motors reguliert. Ein Verfahren, das durch Motorhersteller eingesetzt wurde, um die Bestimmungen dieser Motoremissionen zu erfüllen, ist die Abgasrezirkulation (EGR). EGR-Systeme rezirkulieren die Abgasbeiprodukte in die Ansaugluftzufuhr des Verbrennungsmotors. Das an den Motorzylinder gerichtete Abgas reduziert die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Zylinders und erhöht die spezifische Wärme der Luft/Kraftstoffmischung, wodurch die maximale Verbrennungstemperatur innerhalb des Zylinders gesenkt wird. Die gesenkte maximale Verbrennungstemperatur und die verringerte Sauerstoffkonzentration können die chemische Reaktion des Verbrennungsprozesses verlangsamen und das Ausbilden von NOx verringern.
  • Bei vielen EGR-Anwendungen wird das Abgas durch einen Partikelfilter geführt, der gestaltet ist, einen Teil des Rußes, des lösbaren organischen Anteils und/oder der enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die durch das Abgas transportiert werden, einzufangen und/oder anderweitig zu extrahieren. Nach einer Benutzungszeitdauer kann der Partikelfilter möglicherweise saturiert werden und erfordert möglicherweise eine Reinigung durch einen Regenerationsprozess, bei dem das partikelförmige Material von dem Filter gereinigt wird. Zusätzlich kann der Partikelfilter ein oder mehrere Katalysatormaterialien enthalten, die gestaltet sind, einen Teil des Rußes, des lösbaren organischen Anteils und/oder der innerhalb des Abgases enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu oxidieren. Die Katalysatormaterialien können auch dazu beitragen, NOx und/oder Kohlenstoffmonoxid, das in dem Abgas vorhanden ist, zu reduzieren.
  • Die Katalysatormaterialien sind möglicherweise am effektivsten bei Temperaturen oberhalb ihrer passiven Regenerations- oder „Light-off"-Temperatur (der Temperatur, bei der die Katalysatormaterialien in der Lage sind, spontan partikelförmiges Material zu oxidieren). Man sagt, dass die Katalysatormaterialien somit eine relativ hohe Umwandlungseffizienz oberhalb ihrer Light-off-Temperaturen haben, und eine Spitzenumwandlungseffizienz der Materialien tritt möglicherweise im Bereich von ungefähr 300 Grad Celsius bis ungefähr 450 Grad Celsius auf. Bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, wie zum Beispiel während des Motoranfahrens oder während einer länger andauernden Leerlaufperiode, ist es jedoch möglich, dass die Katalysatormaterialien nicht in der Lage sind, das partikelförmige Material zu oxidieren. Als Folge ist es möglich, dass die Menge von Schadstoffen, die durch das System emittiert werden, die maximalen Emissionsgrenzen übersteigt, die durch die Umweltschutzbehörde festgesetzt sind, wenn die Katalysatormaterialien auf verhältnismäßig niedrigen Temperaturen sind. Solche Betriebszustände können durch eine Zunahme in der Menge von weißem Rauch, der das System verlässt, sowie eine Zunahme in der Intensität und Menge von unangenehmen Gerüchen, die abgegeben werden, gekennzeichnet sein.
  • Wie es im US-Patent Nr. 6,427,436 („dem '436 Patent") gezeigt ist, kann ein Filtersystem verwendet werden, um partikelförmiges Material aus einer Strömung von Motorabgas zu entfernen, ehe ein Teil des Gases an einen Einlassluftstrom des Motors zurückgespeist wird. Insbesondere offenbart das '436 Patent einen Motorabgasfilter, der einen Katalysator und ein Filterelement enthält. Ein Teil des gefilterten Abgases wird stromabwärts des Filters extrahiert und an einen Einlass des Motors durch eine Rezirkulationsschleife gerichtet.
  • Wenngleich das Filtersystem des '436 Patents den Motor vor schädlichem partikelförmigen Material schützen kann, ist das System möglicherweise nicht gestaltet, die Effektivität von Katalysatormaterialien zu verbessern, die sich im System befinden, indem aktiv die Temperatur der Katalysatormaterialien auf eine vorbestimmte Temperatur innerhalb ihres Spitzenumwandlungseffizienzbereichs erhöht wird.
  • Das offenbarte Abgasbehandlungssystem ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargestellten Probleme zu überwinden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems das Erfassen einer Temperatur, die repräsentativ für eine Katalysatormaterialtemperatur beim Anfahren einer Leistungsquelle ist, und das Vergleichen der erfassten Temperatur mit einer Schwellentemperatur. Das Verfahren enthält auch das Zünden einer Regenerationseinrichtung des Abgasbehandlungssystems in Abhängigkeit von dem Vergleich. Die Regenerationseinrichtung ist stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet. Das Verfahren enthält weiter das Betreiben der Regenerationseinrichtung auf einer Zieltemperatur.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Verringern der Emissionen eines Verbrennungsmotors das Zünden einer Regenerationseinrichtung, die in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungsmotor ist, und das Erhöhen der Temperatur eines Katalysatormaterials auf eine Zieltemperatur während eines Betriebs mit niedriger Abgastemperatur des Verbrennungsmotors. Das Verfahren enthält auch das Aufrechterhalten der Temperatur des Katalysatormaterials auf der Zieltemperatur während eines vorbestimmten Zeitraums.
  • Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält ein Abgasbehandlungssystem einer Leistungsquelle ein Katalysatormaterial und eine Regenerationseinrichtung, die stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet ist. Die Regenerationseinrichtung ist gestaltet, eine Temperatur des Katalysatormaterials auf eine Zieltemperatur beim Anfahren der Leistungsquelle und in Abhängigkeit von einem erfassten Parameter des Abgasbehandlungssystem zu erhöhen. Das System enthält weiter einen Partikelfilter, der gestaltet ist, Komponenten aus einer Abgasströmung der Leistungsquelle zu extrahieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Motors, der ein Abgasbehandlungssystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist.
  • 2 ist eine schematische Darstellung eines Motors, der ein Abgasbehandlungssystem gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufweist.
  • 3 ist ein Flussdiagramm einer Steuerstrategie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 veranschaulicht eine Leistungsquelle 12, die ein beispielhaftes Abgasbehandlungssystem 10 aufweist. Die Leistungsquelle 12 kann einen Motor, wie zum Beispiel einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Naturgasmotor oder jeden anderen Motor, der dem Fachmann geeignet erscheint, enthalten. Die Leistungsquelle 12 kann alternativ eine andere Leistungsquelle enthalten, wie zum Beispiel einen Ofen, oder jede andere Leistungsquelle, die im Stand der Technik bekannt ist.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 kann gestaltet sein, Abgase aus der Leistungsquelle 12 zu lenken, die Gase zu behandeln und einen Teil der behandelten Gase in einen Einlass 21 der Leistungsquelle 12 einzuführen. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann eine Energieextraktionsbaugruppe 22 und ein Behandlungselement 19 enthalten. Das Behandlungselement 19 kann beispielsweise eine Regenerationseinrichtung 20, einen Filter 16 und/oder einen Katalysator 18 enthalten. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiter eine Rezirkulationsleitung 24 enthalten, die strömungstechnisch zwischen dem Filter 16 und dem Katalysator 18 angeschlossen ist, und einen Strömungskühler 26. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiter einen Strömungssensor 28, ein Mischventil 30, eine Kompressionsbaugruppe 32 und einen Nachkühler 34 enthalten.
  • Eine Strömung des Abgases, das durch die Leistungsquelle 12 erzeugt wird, kann von der Leistungsquelle 12 an Bauteile des Abgasbehandlungssystems 10 mittels Strömungsleitungen 15 gerichtet werden. Es ist zu verstehen, dass die Leistungsquelle 12 eine oder mehrere Brennkammern (nicht dargestellt) enthalten kann, die mit einem Abgasverteiler in Strömungsverbindung stehen. Bei einer solchen beispielhaften Ausführungsform können die Strömungsleitungen 15 gestaltet sein, eine Strömung des Abgases von den Brennkammern an die Bauteile des Abgasbehandlungssystems 10 über den Abgasverteiler zu übertragen. Die Strömungsleitungen 15 können Rohrleitungen, Rohre und/oder andere die Abgasströmung transportierende Mittel enthalten, die im Stand der Technik bekannt sind. Die Strömungsleitungen 15 können aus Legierungen aus Stahl, Aluminium und/oder anderen Materialien, die im Stand der Technik bekannt sind, gebildet sein. Die Strömungsleitungen 15 können steif oder flexibel sein und können in der Lage sein, sicher Hochtemperaturabgasströmungen zu transportieren, wie zum Beispiel Strömungen, die Temperaturen jenseits von 700 Grad Celsius aufweisen (ungefähr 1292 Grad Fahrenheit).
  • Die Energieextraktionsbaugruppe 22 kann gestaltet sein, Energie von den Abgasen zu extrahieren, die durch die Leistungsquelle 12 erzeugt werden, und deren Druck zu reduzieren. Die Energieextraktionsbaugruppe 22 kann in Strömungsverbindung mit der Leistungsquelle 12 durch eine oder durch mehrere Strömungsleitungen 15 stehen und kann den Druck des Abgases auf irgendeinen gewünschten Druck reduzieren. Die Energieextraktionsbaugruppe 22 kann eine oder mehrere Turbinen 14, Diffusoren oder andere Energieextraktionseinrichtungen, die im Stand der Technik bekannt sind, enthalten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der die Energieextraktionsbaugruppe 22 mehr als eine Turbine 14 enthält, können die mehreren Turbinen 14 in einem parallelen Verhältnis oder in Serienverhältnis angeordnet sein. Es ist auch zu verstehen, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Energieextraktionsbaugruppe 22 alternativ weggelassen sein kann. In solch einer Ausführungsform kann die Leistungsquelle 12 zum Beispiel einen Saugmotor enthalten. Wie genauer unten beschrieben wird, kann ein Bauteil der Energieextraktionsbaugruppe 22 in bestimmten Ausführungsformen gestaltet sein, ein Bauteil der Kompressionsbaugruppe 32 anzutreiben.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 des Behandlungselements 19 in Strömungsverbindung mit der Energieextraktionsbaugruppe 22 über eine Strömungsleitung 15 stehen und kann gestaltet sein, die Temperatur einer Gesamtströmung von Abgas, das durch die Leistungsquelle 12 erzeugt wird, auf eine gewünschte Temperatur zu erhöhen. Die gewünschte Temperatur kann beispielsweise eine Regenerationstemperatur des Filters 16 sein. Entsprechend kann die Regenerationseinrichtung 20 gestaltet sein, zum aktiven Regenerieren des Filters 16 beizutragen. Alternativ kann die gewünschte Temperatur beispielsweise eine Schwellentemperatur sein, die der minimalen passiven Regenerationstemperatur oder der Light-off-Temperatur von Katalysatormaterialien entspricht, die stromabwärts der Regenerationseinrichtung 20 angeordnet sind. Die gewünschte Temperatur kann auch eine Zieltemperatur sein, die beispielsweise einem Spitzenumwandlungseffizienzbereich der Katalysatormaterialien entspricht. Dieser Spitzenumwandlungseffizienzbereich der Materialien kann im Bereich von ungefähr 300 Grad Celsius bis zu ungefähr 450 Grad Celsius auftreten, und in einer beispielhaften Ausführungsform kann die Zieltemperatur zwischen ungefähr 300 Grad Celsius und ungefähr 350 Grad Celsius sein. Die Zieltemperatur kann auch einer Minimaltemperatureinstellung der Regenerationseinrichtung 20 entsprechen. Wie nachfolgend diskutiert wird, können solche Katalysatormaterialien innerhalb eines Katalysators 18 des Abgasbehandlungssystems 10 angebracht sein. Alternativ können solche Katalysatormaterialien innerhalb eines Filters 36 (2) der vorliegenden Offenbarung angebracht sein. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 gestaltet sein, dass sie die Temperatur von nur einem Teil der Gesamtströmung des Abgases, das durch die Leistungsquelle 12 erzeugt wird, erhöht.
  • Die Regenerationseinrichtung 20 kann beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzung und eine Zündeinrichtung (nicht dargestellt), Heizspulen (nicht dargestellt) und/oder andere im Stand der Technik bekannte Wärmequellen enthalten. Solche Wärmequellen können innerhalb der Regenerationseinrichtung 20 angebracht sein und können gestaltet sein, beim Erhöhen der Temperatur der Abgasströmung durch Konvektion, Verbrennung und/oder andere Verfahren zu unterstützen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der die Regenerationseinrichtung 20 eine Kraftstoffeinspritzung und eine Zündeinrichtung enthält, ist zu verstehen, dass die Regenerationseinrichtung 20 eine Zufuhr einer brennbaren Substanz und eine Zufuhr von Sauerstoff zum Erleichtern der Verbrennung innerhalb der Regenerationseinrichtung 20 erhalten kann. Die brennbare Substanz kann beispielsweise Benzin, Dieselkraftstoff, Reformat und/oder jede andere im Stand der Technik bekannte brennbare Substanz enthalten. Die Sauerstoffzufuhr kann zusätzlich zu der Strömung auf verhältnismäßig niedrigem Druck des Abgases, die durch die Strömungsleitung 15 zur Regenerationseinrichtung 20 gerichtet ist, vorgesehen sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Sauerstoffzufuhr durch eine Gasströmung getragen werden, die an die Regenerationseinrichtung 20 von stromabwärts der Kompressionsbaugruppe 32 über eine Zufuhrleitung 40 gerichtet ist. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Gasströmung beispielsweise rezirkuliertes Abgas und Umgebungsluft enthalten. Es ist zu verstehen, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Zufuhrleitung 40 in Strömungsverbindung mit einem Auslass der Kompressionsbaugruppe 32 stehen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 bemessen und/oder anderweitig gestaltet sein, dass sie innerhalb eines Motorraums oder eines anderen Raums einer Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) unterzubringen ist, an der die Leistungsquelle 12 angebracht ist. In einer solchen Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 wünschenswerter Weise in Verbindung mit beispielsweise dem Filter 16, der Energieextraktionsbaugruppe 22, dem Katalysator 18 und/oder der Leistungsquelle 12 kalibriert sein. Die Kalibrierung der Regenerationseinrichtung 20 kann beispielsweise unter anderem das Einstellen der Rate, des Winkels und/oder der Zerstäubung enthalten, unter denen Kraftstoff in die Regenerationseinrichtung 20 eingespritzt wird, das Einstellen der Strömungsrate des zugeführten Sauerstoffs, das Einstellen der Intensität und/oder des Zündmusters der Zündeinrichtung, und das Einstellen der Länge, des Durchmessers, des Montagewinkels und/oder anderer Konfigurationen eines Gehäuses der Regenerationseinrichtung 20 enthalten. Eine solche Kalibrierung kann die zum Regenerieren des Filters 16 benötigte Zeit und die Menge von Kraftstoff oder anderen brennbaren Substanzen, die zur Regeneration benötigt werden, verringern. Eines dieser Ergebnisse kann die Gesamteffizienz des Abgasbehandlungssystems 10 verbessern. Es ist zu verstehen, dass die Effizienz der Abgasbehandlungssysteme 10, 100, die hier beschrieben werden, durch eine Vielzahl von Faktoren gemessen werden kann, die unter anderem die Menge des zur Regeneration verwendeten Kraftstoffs, die Länge der Regenerationsdauer und die Menge (Parts per Million) von Schadstoffen, die an die Umgebung freigegeben werden, enthalten.
  • Wie in 1 gezeigt, kann der Filter 16 des Behandlungselements 19 stromabwärts der Regenerationseinrichtung 20 angeschlossen sein. Der Filter 16 kann ein Gehäuse 25, einschließlich eines Einlasses 23 und eines Auslasses 31, enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 außerhalb des Gehäuses 25 angebracht sein und in Strömungsverbindung mit dem Einlass 23 des Gehäuses 25 stehen. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann die Regenerationseinrichtung 20 innerhalb des Gehäuses 25 des Filters 16 angeordnet sein. Der Filter 16 kann irgendein Typ eines Filters sein, der im Stand der Technik bekannt ist, der in der Lage ist, Material von einer Gasströmung zu extrahieren. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Filter 16 beispielsweise ein Partikelmaterialfilter sein, der positioniert ist, um Partikelmaterial von einer Abgasströmung der Leistungsquelle 12 zu extrahieren. Der Filter 16 kann beispielsweise ein Keramiksubstrat, ein metallisches Gitter, Schaum oder jedes andere poröse Material, das im Stand der Technik bekannt ist, enthalten. Diese Materialien können beispielsweise eine Wabenkonstruktionsstruktur innerhalb des Gehäuses 25 des Filters 16 bilden, um das Entfernen des Partikelmaterials zu vereinfachen. Wie oben diskutiert, kann das Partikelmaterial beispielsweise einen lösbaren organischen Anteil, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und/oder Ruß enthalten.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Teil des Abgases, das durch den Verbrennungsvorgang erzeugt wird, über Kolbendichtringe innerhalb eines (nicht dargestellten) Kurbelgehäuses der Leistungsquelle 12 hinaus auslecken. Dieser Teil des Abgases, der oft als „Blow-by-Gase" oder einfach „Blow-by" bezeichnet wird, kann eine oder mehrere der oben diskutierten Abgaskomponenten enthalten. Da das Kurbelgehäuse teilweise mit Schmieröl gefüllt ist, das unter hohen Temperaturen umgewälzt wird, können zusätzlich die Blow-by-Gase auch Öltröpfchen und Öldampf enthalten. Die Blow-by-Gase können sich innerhalb des Kurbelgehäuses über die Zeit ausbilden, wodurch der Druck innerhalb des Kurbelgehäuses erhöht wird. In einer solchen Ausführungsform kann eine Entlüftungsleitung 42 in Strömungsverbindung mit dem Kurbelgehäuse der Leistungsquelle 12 stehen. Die Entlüftungsleitung 42 kann auch beispielsweise mit einer Öffnung 46 in Strömungsverbindung stehen, die stromaufwärts des Filters 16 und/oder der Regenerationseinrichtung 20 angebracht ist.
  • Die Entlüftungsleitung 42 kann eine Rohrleitung, ein Rohr und/oder andere die Abgasströmung transportierende Mittel, die im Stand der Technik bekannt sind, enthalten, und kann bezüglich ihrer Struktur ähnlich den oben beschriebenen Strömungsleitungen 15 sein. Die Entlüftungsleitung 42 kann beispielsweise ein Rückschlagventil 44 und/oder jede andere im Stand der Technik bekannte Ventilbaugruppe enthalten. Das Rückschlagventil 44 kann gestaltet sein, beim steuerbaren Regulieren einer Strömung von Fluid durch die Entlüftungsleitung 42 zu unterstützen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Rückschlagventil 44 gestaltet sein, zum Freigeben von entstanden seienden Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse beizutragen.
  • Der Katalysator 18 des Abgasbehandlungssystems 10 kann stromabwärts des Filters 16 angebracht sein. Der Katalysator 18 kann Katalysatormaterialien enthalten, die beim Sammeln, Absorbieren, Adsorbieren und/oder Speichern von Kohlenwasserstoff, Schwefeloxiden und/oder Stickoxiden, die in einer Strömung enthalten sind, nützlich sind. Solche Katalysatormaterialien können beispielsweise Aluminium, Platin, Palladium, Rhodium, Barium, Cer und/oder Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, seltene Erdmetalle oder Kombinationen davon enthalten. Die Katalysatormaterialien können sich innerhalb des Katalysators 18 befinden, so dass die für das Sammeln von beispielsweise Kohlenwasserstoffen verfügbare Oberfläche maximiert wird. Der Katalysator 18 kann beispielsweise ein Keramiksubstrat, ein metallisches Gitter, Schaum oder jedes andere poröse Material, das im Stand der Technik bekannt ist, enthalten, und die Katalysatormaterialien können sich beispielsweise auf einem Substrat des Katalysators 18 befinden.
  • Wie es in 2 dargestellt ist, kann bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Filter 36 des Abgasbehandlungssystems 100 Katalysatormaterialien enthalten, die beim Sammeln, Absorbieren, Adsorbieren und/oder Speichern von Kohlenwasserstoffen, Schwefeloxiden und/oder Stickoxiden, die in einer Strömung enthalten sind, nützlich sind. Bei einer solchen Ausführungsform kann der Katalysator 18 (1) weggelassen werden. Die Katalysatormaterialien können beispielsweise irgendeines der oben im Bezug auf den Katalysator 18 (1) diskutierten Katalysatormaterialien enthalten. Die Katalysatormaterialien können sich innerhalb des Filters 36 befinden, so dass die für die Absorption, Adsorption und/oder das Speichern verfügbare Oberfläche maximiert wird. Die Katalysatormaterialien können sich auf einem Substrat des Filters 36 befinden. Die Katalysatormaterialien können dem Filter 36 durch irgendein herkömmliches Mittel zugefügt werden, wie beispielsweise durch Beschichten oder Sprühen, und das Substrat des Filters 36 kann teilweise oder vollständig mit den Materialien beschichtet sein. Es ist zu verstehen, dass das Vorhandensein von Katalysatormaterialien, wie zum Beispiel Platin und/oder Palladium, stromaufwärts der Rezirkulationsleitung 24 zum Ausbilden von Sulfat in dem Abgasbehandlungssystem 100 führen kann. Um die Menge von Sulfat, das in der beispielhaften Ausführungsform von 2 gebildet wird, zu minimieren, ist entsprechend möglich, nur minimale Mengen von Katalysatormaterialien in den Filter 36 einzubringen.
  • Es ist auch zu verstehen, dass die oben im Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Katalysatormaterialien in der Lage sein können, eine oder mehrere Komponenten einer Abgasströmung zu oxidieren, wie zum Beispiel partikelförmiges Material, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffmonoxid. Somit kann in der in 1 gezeigten Ausführungsform einem Teil des partikelförmigen Materials, der Kohlenwasserstoffe und/oder des Kohlenstoffmonoxids, die innerhalb der Abgasströmung enthalten sind, erlaubt werden, zurück zur Leistungsquelle 12 zu gelangen, ohne durch die Katalysatormaterialien oxidiert zu werden. Obwohl die oben beschriebenen Katalysatormaterialien zur Ausbildung von Sulfat möglicherweise beitragen, kann das Vorhandensein dieser Katalysatormaterialien, entweder auf einem Substrat des Filters 36 (2) oder in dem Katalysator 18 (1), die Gesamtemissionscharakteristika der Abgasbehandlungssysteme 10, 100 verbessern, indem beispielsweise Kohlenwasserstoffe von der behandelten Abgasströmung entfernt werden.
  • Es ist weiter zu verstehen, dass bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die auf dem Substrat des Filters 36 abgelagerten Katalysatormaterialien zum passiven Regenerieren des Filters 36 während des Leistungsquellenbetriebs beitragen können. Wenn die Leistungsquelle 12 arbeitet, können partikelförmige Materialien und andere Komponenten des Leistungsquellenabgases durch das Filtersubstrat gefangen werden. Die Abgasströmung kann Temperaturen von über beispielsweise 250 Grad Celsius während des normalen Betriebs der Leistungsquelle 12 erreichen (d. h. ohne die Leistungsquelle 12 auf eine solche Weise zu betreiben, dass die Temperatur des Abgases durch beispielsweise Vorsehen eines Waste-Gate-Ventils oder andere herkömmliche Verfahren erhöht wird), und das Abgas kann die Temperatur von zumindest einem Teil des Filtersubstrats durch konvektiven Wärmeübergang erhöhen. Bei solchen Temperaturen ist es möglich, dass die Bestandteile des Leistungsquellenabgases, die durch das Substrat des Filters 36 gefangen sind, mit dem sich auf dem Substrat befindenden Katalysatormaterial zu reagieren beginnen. Insbesondere kann das Katalysatormaterial passiv einen Teil des Filters 36 regenerieren, indem partikelförmiges Material, das durch das Filtersubstrat gefangen ist, sowie Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffe, die in der Abgasströmung enthalten sind, oxidiert werden. Oxidation kann bei der passiven Regenerationstemperatur oder Light-off-Temperatur des Filters 36 auftreten, bei der das Katalysatormaterial heiß genug ist, um mit den Komponenten der Abgasströmung zu reagieren, ohne dass zusätzliche Wärme durch beispielsweise die Regenerationseinrichtung 20 vorgesehen wird. Solche Light-off-Temperaturen können unter der Regenerationstemperatur des Filters 36 sein. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Light-off-Temperatur des Filters 36 zwischen ungefähr 250 Grad Celsius und ungefähr 350 Grad Celsius sein.
  • Wenngleich zumindest ein Teil des partikelförmigen Materials, das innerhalb des Filters 36 enthalten ist, davon durch passive Regeneration oxidiert und/oder entfernt werden kann, ist zu verstehen, dass, wie es in 2 gezeigt ist, ein beispielhaftes Abgasbehandlungssystem 100 der vorliegenden Offenbarung dennoch eine Regenerationseinrichtung 20 enthalten kann. Die Verwendung eines katalytischen Filters 36 in Verbindung mit einer Regenerationseinrichtung 20 kann dazu beitragen, das Intervall zwischen aktiven Regenerationen zu erhöhen. Das Erhöhen dieses Intervalls kann beispielsweise die Menge von während des Betriebs der Leistungsquelle 12 verbranntem Kraftstoff reduzieren und kann somit die Kosten des Betreibens der Maschine, mit der die Leistungsquelle 12 verbunden ist, reduzieren. Ein Abgasbehandlungssystem 100, das sowohl einen katalytischen Filter 36 als auch eine Regenerationseinrichtung 20 enthält, kann es auch ermöglichen, dass Filterhersteller weniger Katalysatormaterial (wie zum Beispiel Edelmetalle) in den Filter 36 einschließen, wodurch die Kosten des Filters 36 und die Gesamtkosten des Systems 100 verringert werden.
  • Wieder auf 1 bezugnehmend, kann das Abgasbehandlungssystem 10 weiter eine Rezirkulationsleitung 24 enthalten, die in Strömungsverbindung stromabwärts des Filters 16 angeschlossen ist. Die Rezirkulationsleitung 24 kann zwischen dem Filter 16 und dem Katalysator 18 angeordnet sein und kann gestaltet sein, dazu beizutragen, einen Teil der Abgasströmung von dem Filter 16 zum Einlass 21 der Leistungsquelle 12 zu lenken. Die Rezirkulationsleitung 24 kann eine Rohrleitung, ein Rohr und/oder andere die Abgasströmung transportierende Mittel, die im Stand der Technik bekannt sind, enthalten und kann hinsichtlich der Struktur ähnlich den Strömungsleitungen 15 sein, die oben beschrieben sind. Bei einer Ausführungsform, bei der das Abgasbehandlungssystem 100 (2) einen Filter 36 enthält, der Katalysatormaterialien enthält, kann die Rezirkulationsleitung 24 stromabwärts des Filters 36 und stromaufwärts eines Abgassystemauslasses 17 angebracht sein.
  • Der Strömungskühler 26 kann in Strömungsverbindung an den Filter 16 über die Rezirkulationsleitung 24 angeschlossen sein und kann gestaltet sein, den Teil der Abgasströmung zu kühlen, der durch die Rezirkulationsleitung 24 gelangt. Der Strömungskühler 26 kann einen Flüssigkeit-zu-Luft Wärmetauscher enthalten, einen Luft-zu-Luft Wärmetauscher oder jede andere Art von Wärmetauscher, die im Stand der Technik zum Kühlen einer Abgasströmung bekannt ist. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Strömungskühler 26 weggelassen sein.
  • Das Mischungsventil 30 kann in Strömungsverbindung an den Strömungskühler 26 über die Rezirkulationsleitung 24 angeschlossen sein und kann gestaltet sein, beim Regulieren der Strömung des Abgases durch die Rezirkulationsleitung 24 zu unterstützen. Es ist zu verstehen, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Rückschlagventil (nicht dargestellt) in Strömungsverbindung mit der stromaufwärtigen Seite des Strömungskühlers 26 sein kann, um weiter beim Regulieren der Strömung des Abgases durch die Rezirkulationsleitung 24 zu unterstützen. Das Mischungsventil 30 kann ein Schieberventil, ein Flatterventil, ein Butterflyventil, ein Rückschlagventil, ein Membranventil, ein Absperrventil, ein Wechselventil, ein Kugelventil, ein Ringkolbenventil oder jede andere Art von Ventil, die im Stand der Technik bekannt ist, sein. Das Mischungsventil 30 kann manuell, elektrisch, hydraulisch, pneumatisch oder in irgendeiner anderen im Stand der Technik bekannten Weise betätigt werden. Das Mischungsventil 30 kann in Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Steuerung sein und kann selektiv in Abhängigkeit von einem oder mehreren vorbestimmten Zuständen betätigt werden.
  • Das Mischungsventil 30 kann auch in Strömungsverbindung mit einem Einlass 29 für Umgebungsluft des Abgasbehandlungssystems 10 stehen. Somit kann das Mischungsventil 30 gestaltet sein, die Menge der Abgasströmung, die in eine Strömungsleitung 27 gelangt, relativ zu der Menge von Umgebungsluft, die in die Strömungsleitung 27 gelangt, zu steuern. Wenn beispielsweise die Menge der Abgasströmung, die durch das Mischungsventil 30 gelangt, nach Bedarf erhöht werden soll, kann die Menge von der Umgebungsluftströmung, die durch das Mischungsventil 30 gelangt, proportional verringert werden und umgekehrt.
  • Wie es in 1 gezeigt ist, kann der Strömungssensor 28 in Strömungsverbindung mit der Rezirkulationsleitung 24 stromabwärts des Strömungskühlers 26 stehen. Der Strömungssensor 28 kann irgendein Typ von Luftmassenströmungssensor sein, wie zum Beispiel ein Heißdrahtanemometer oder ein Sensor vom Venturi-Typ. Der Strömungssensor 28 kann gestaltet sein, die Menge der Abgasströmung zu erfassen, die durch die Rezirkulationsleitung 24 gelangt. Es ist zu verstehen, dass der Strömungskühler 26 dazu beitragen kann, Fluktuationen in der Temperatur des Anteils der Abgasströmung, der durch die Rezirkulationsleitung 24 gelangt, zu reduzieren. Ein Verringern von Temperaturfluktuationen kann auch dazu beitragen, Fluktuationen in dem durch eine Strömung von Abgas eingenommenen Volumen zu verringern, da eine Gasmasse hoher Temperatur ein größeres Volumen einnimmt als eine gleiche Masse eines Gases bei niedriger Temperatur. Somit kann das Erfassen der Menge der Abgasströmung durch die Rezirkulationsleitung 24 an Positionen stromabwärts des Strömungskühlers 26 (d. h. bei einer verhältnismäßig kontrollierten Temperatur) zu genaueren Strömungsmessungen führen als Messungen, die stromaufwärts des Strömungskühlers 26 durchgeführt werden. Es ist weiter zu verstehen, dass der Strömungssensor 28 auch beispielsweise ein Thermoelement (nicht dargestellt) oder eine andere Einrichtung, die gestaltet ist, die Temperatur der Abgasströmung zu erfassen, enthalten kann.
  • Die Strömungsleitung 27 stromabwärts des Mischungsventils 30 kann die Umgebungsluft/Abgasströmungsmischung zu der Kompressionsbaugruppe 32 lenken. Die Kompressionsbaugruppe 32 kann einen Kompressor 13 enthalten, der dazu gestaltet ist, den Druck einer Gasströmung auf einen gewünschten Druck zu erhöhen. Der Kompressor 13 kann einen Typ von Kompressor mit festgelegter Geometrie, einen Typ von Kompressor mit variabler Geometrie oder jeden anderen Typ von Kompressor, der im Stand der Technik bekannt ist, enthalten. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, kann die Kompressionsbaugruppe 32 mehr als einen Kompressor 13 enthalten, und die mehreren Kompressoren 13 können in einem parallelen Verhältnis oder in Serienverhältnis angeordnet sein. Ein Kompressor 13 der Kompressionsbaugruppe 32 kann mit einer Turbine 14 der Energieextraktionsbaugruppe 22 verbunden sein, und die Turbine 14 kann gestaltet sein, den Kompressor 13 anzutreiben. Insbesondere können, wenn heiße Abgasgase die Leistungsquelle 12 verlassen und sich gegen die (nicht dargestellten) Schaufeln der Turbine 14 expandieren, Bauteile der Turbine 14 sich drehen und den verbundenen Kompressor 13 antreiben. Alternativ kann bei einer Ausführungsform, bei der die Turbine 14 weggelassen ist, der Kompressor 13 durch beispielsweise die Leistungsquelle 12 angetrieben werden, oder durch jeden anderen Antrieb, der im Stand der Technik bekannt ist. Es ist auch zu verstehen, dass bei einem nicht unter Druck gesetzten Luftzuführungssystem die Kompressionsbaugruppe 32 weggelassen werden kann.
  • Der Nachkühler 34 kann in Strömungsverbindung mit der Leistungsquelle 12 über die Strömungsleitung 27 stehen und kann dazu gestaltet sein, eine Strömung von Gas zu kühlen, das durch die Strömungsleitung 27 gelangt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann diese Gasströmung die Umgebungsluft/Abgasströmungsmischung, die oben diskutiert ist, sein. Der Nachkühler 34 kann einen Flüssigkeit-zu-Luft Wärmetauscher, einen Luft-zu-Luft Wärmetauscher oder jede andere Art von Strömungskühler oder Wärmetauscher, die im Stand der Technik bekannt sind, enthalten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Nachkühler 34 nach Bedarf weggelassen sein.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiter einen Kondensatablauf 38 enthalten, der in Strömungsverbindung mit dem Nachkühler 34 steht. Der Kondensatablauf 38 kann dazu gestaltet sein, ein Fluid, wie zum Beispiel Wasser oder ein anderes Kondensat, das am Nachkühler 34 gebildet wird, zu sammeln. Es ist zu verstehen, dass solche Fluide aus beispielsweise kondensiertem Wasserdampf bestehen können, der in dem rezyklierten Abgas und/oder der Umgebungsluft enthalten ist. Bei einer solchen beispielhaften Ausführungsform kann der Kondensatablauf 38 einen entfernbar anbringbaren Fluidtank (nicht dargestellt) enthalten, der in der Lage ist, sicher das kondensierte Fluid zu speichern. Der Fluidtank kann dazu gestaltet sein, entfernt zu werden, sicher geleert zu werden und wieder mit dem Kondensatablauf 38 verbunden zu werden. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der Kondensatablauf 38 gestaltet sein, das kondensierte Fluid an einen Fluidbehälter (nicht dargestellt) und/oder ein anderes Bauteil oder einen anderen Ort auf der Arbeitsmaschine zu lenken. Alternativ kann der Kondensatablauf 38 gestaltet sein, das Fluid zur Umgebung oder der Oberfläche, durch die die Arbeitsmaschine getragen wird, zu richten.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die Abgasbehandlungssysteme 10, 100 der vorliegenden Offenbarung können mit jeder Einrichtung von Verbrennungstyp verwendet werden, wie beispielsweise einem Motor, einem Ofen oder jeder anderen Einrichtung, die im Stand der Technik bekannt ist, wo die Rezirkulation von reduziertem partikelförmigen Abgas in einen Einlass der Einrichtung gewünscht wird. Die Abgasbehandlungssysteme 10, 100 können nützlich sein beim Reduzieren der Menge von schädlichen Abgasemissionen, die zur Umgebung freigesetzt werden. Die Abgasbehandlungssysteme 10, 100 können auch in der Lage sein, die Teile des Abgases, das durch Komponenten des Systems gefangen wird, durch einen Regenerationsvorgang zu reinigen.
  • Wie oben beschrieben, kann der Verbrennungsvorgang eine komplexe Mischung von Luftschadstoffen erzeugen. Diese Schadstoffe können in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form vorliegen. Im Allgemeinen fallen die festen und flüssigen Schadstoffe in die drei Kategorien von Ruß, lösbarem organischen Anteil und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Der während der Verbrennung erzeugte Ruß kann kohlenstoffhaltige Materialien enthalten, und der lösbare organische Anteil kann unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, die abgelagert oder anderweitig chemisch mit dem Ruß verbunden sind.
  • Aufgrund eines zunehmenden Besorgnisses bezüglich dem Wohlergehen der Umgebung hat die Umweltschutzbehörde angeordnet, dass für 2007 Kohlenwasserstoffemissionen für Fahrzeuge auf Autobahnen geringer als oder gleich 0,14 Gramm/PS Stunde sind. Verschiedene Abgasbehandlungsstrategien werden benötigt, um diese strikten Emissionsanforderungen bei im Wesentlichen allen Leistungsquellenarbeitszuständen zu erreichen. Beispielsweise, wie nachfolgend diskutiert wird, können Bauteile der Abgasbehandlungssysteme 10, 100, wie zum Beispiel die Katalysatormaterialien, erwärmt werden, wenn das Fahrzeug bei Zuständen mit niedriger Abgastemperatur betrieben wird. Solche Zustände können beispielsweise beim Anfahren der Leistungsquelle 12 und während einer andauernden Zeitspanne, in der die Leistungsquelle 12 im Leerlauf oder nahe dem Leerlauf arbeitet, vorliegen. Bei solchen Bedingungen können die Katalysatormaterialien unter ihrer Light-off-Temperatur sein, und das Erwärmen der Katalysatormaterialien kann dazu beitragen, ihre Umwandlungseffizienz zu erhöhen. Die Arbeitsweise der Abgasbehandlungssysteme 10, 100 wird nun im Einzelnen erklärt. Solange es nicht anderweitig festgehalten ist, wird auf das Abgasbehandlungssystem 100 aus 2 und die in 3 dargestellte Steuerstrategie 50 während der Beschreibung Bezug genommen.
  • Beim Anfahren (Schritt 52) können Sensoren des Abgasbehandlungssystems 100 Parameter der Leistungsquelle 12 und/oder des Abgasbehandlungssystems 100 erfassen. Solche Parameter können beispielsweise die Motorgeschwindigkeit, die Motortemperatur, die Abgasströmungstemperatur, den Abgasströmungsdruck und/oder den Anteil von partikelförmigem Material enthalten. Die Sensoren können auch elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Steuerung verbunden sein und können gestaltet sein, Signale an die Steuerung zu schicken, die erfasste Information enthalten. Beispielsweise kann ein Temperatursensor 48 in der Nähe des Auslasses 31 des Filters 36 angeordnet sein und kann gestaltet sein, die Temperatur der Abgasströmung zu erfassen, die den Filter 36 verlässt. Alternativ kann der Temperatursensor 48 in der Nähe eines Auslasses des Katalysators 18 angeordnet sein (1). Entsprechend kann der Temperatursensor 48 gestaltet sein, eine Temperatur zu erfassen, die repräsentativ für die Katalysatormaterialtemperatur ist (Schritt 54), und kann auch gestaltet sein, Signale an die Steuerung auf einer im Wesentlichen kontinuierlichen Basis zu senden, die die erfasste Temperatur angeben. Die erfasste Temperatur kann repräsentativ für die Temperatur der Katalysatormaterialien beim Anfahren der Leistungsquelle 12 und/oder während eines fortgesetzten Betriebs bei niedriger Abgastemperatur der Leistungsquelle 12 sein.
  • Beim Empfangen von beispielsweise Temperaturinformation, die durch den Temperatursensor 48 geschickt wird, kann die Steuerung die Information zur weiteren Verwendung speichern. Die Steuerung kann auch die Information auf irgendeine herkömmliche mathematische und/oder statistische Weise bearbeiten, wie beispielsweise durch Eingeben der Information in einen oder mehrere vorgegebene Algorithmen, die dazu verwendet werden, ein oder mehrere Bauteile des Abgasbehandlungssystems 100 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung die erfasste Temperatur mit einer vorbestimmten Schwellentemperatur vergleichen (Schritt 56). Die Schwellentemperatur kann beispielsweise der Light-off-Temperatur der Katalysatormaterialien entsprechen, die innerhalb des Filters 36 angeordnet sind, und bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Schwellentemperatur ungefähr 250 Grad Celsius sein. Wenn die erfasste Temperatur über der vorbestimmten Schwellentemperatur ist, kann das Abgasbehandlungssystem 100 weiter entsprechend einer Steuerstrategie für den stationären Zustand arbeiten (Schritt 58), die innerhalb der Steuerung gespeichert ist. Die Steuerstrategie für den stationären Zustand kann für Situationen gelten, in denen beispielsweise die Temperatur der Katalysatormaterialien innerhalb des Filters 36 über der Light-off-Temperatur der Katalysatormaterialien ist. Wenn andererseits die erfasste Temperatur unter der vorbestimmten Schwellentemperatur ist, kann die Steuerung die Regenerationseinrichtung 20 zünden (Schritt 60).
  • Das Zünden der Regenerationseinrichtung 20 kann eine Anzahl von Systemverifikationsprozessen enthalten, wie beispielsweise das Erfassen des Drucks und/oder der Strömungsrate der brennbaren Substanz und der Zufuhr von Sauerstoff, die an die Regenerationseinrichtung 20 zur Verbrennung gerichtet ist, und im Wesentlichen das Blockieren einer Strömung von rezirkuliertem Abgas, bezüglich dessen, dass sie in das Mischungsventil 30 gelangt (und somit bezüglich dessen, dass sie in den Einlass 21 der Leistungsquelle 12 gelangt). Das Zünden der Regenerationseinrichtung 20 kann auch beispielsweise das Versorgen der Zündeinrichtung mit Energie, das Einspritzen der brennbaren Substanz und das Regulieren der Zufuhr von Sauerstoff, der zu der Regenerationseinrichtung 20 gelangt, enthalten.
  • Sobald die Regenerationseinrichtung 20 gezündet ist, kann die Regenerationseinrichtung 20 gesteuert werden, dass sie auf einer Zieltemperatur arbeitet (Schritt 62). Die Zieltemperatur kann der Minimaltemperatureinstellung der Regenerationseinrichtung 20 entsprechen und kann innerhalb eines Spitzenumwandlungseffizienzbereichs der Katalysatormaterialien sein. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Zieltemperatur zwischen ungefähr 300 Grad Celsius und ungefähr 350 Grad Celsius sein. Das Betreiben der Regenerationseinrichtung 20 auf diese Weise kann das Abgas, das durch sie strömt, auf die Zieltemperatur erwärmen und kann beginnen, die Temperatur der Katalysatormaterialien des Filters 36 durch Konvektion und/oder Wärmeleitung zu erhöhen. Entsprechend sollte eine Temperatur der Abgasströmung, die durch einen Temperatursensor 49 gemessen wird, der stromaufwärts der Katalysatormaterialien angeordnet ist, gleich der Zieltemperatur sein.
  • Die Steuerung kann auch einen oder mehrere Steuerparameter des Abgasbehandlungssystems 100 modifizieren (Schritt 64), und solche Modifikationen können die Steuerparameter, die während der Regeneration des Filters 36 verwendet werden, annähern. Beispielsweise kann die Steuerung die Position und/oder andere Einstellungen des Mischungsventils 30 modifizieren. Solche modifizierten Einstellungen können eine Strömung von rezirkuliertem Abgas zu wiederum dem Eindringen in das Mischungsventil 30 erlauben, können jedoch zu einer relativen Verringerung in der Menge von rezirkuliertem Abgas, das dem Einlass 21 der Leistungsquelle 12 zugeführt wird, führen, im Vergleich zu der Steuerungsstrategie für den stationären Zustand, die oben beschrieben ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Menge von rezirkuliertem Abgas, das dem Einlass 21 zugeführt wird, um ungefähr 50 Prozent unter diesen modifizierten Einstellungen reduziert sein. Die Steuerung kann auch die Taktung von einem oder mehreren Einlassventilen (nicht dargestellt) modifizieren, die dem Einlass 21 zugeordnet sind, und kann das Förderniveau der Energieextraktionsbaugruppe 22 verändern.
  • Die Temperatursensoren 48, 49 können dann verwendet werden, um eine Temperatur stromaufwärts und stromabwärts der Katalysatormaterialien zu erfassen (Schritt 66). Wie oben diskutiert, kann die Temperatur der Abgasströmung stromaufwärts der Katalysatormaterialien auf die Zieltemperatur durch die Regenerationseinrichtung 20 erhöht werden. Somit kann die durch den Temperatursensor 49 erfasste Temperatur ungefähr gleich der Zieltemperatur sein. Die durch den Temperatursensor 48 erfasste Temperatur kann andererseits die Temperatur der Katalysatormaterialien und/oder des Filters 36 annähern und kann anfänglich geringer als eine stromaufwärts davon erfasste Temperatur sein. Die Temperatursensoren 48, 49 können Signale an die Steuerung senden, die diese erfasste Temperaturinformation enthalten, und die Steuerung kann bestimmen, ob die stromabwärts der Katalysatormaterialien erfasste Temperatur größer oder gleich der Zieltemperatur ist (Schritt 68).
  • Wenn die stromabwärts der Katalysatormaterialien erfasste Temperatur geringer als die Zieltemperatur ist, kann die Regenerationseinrichtung 20 gesteuert werden, dass sie das Erwärmen des Abgases auf die Zieltemperatur fortsetzt, und die Temperatursensoren 48, 49 können weiter die Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts der Katalysatormaterialien erfassen (Schritt 66). Wenn andererseits die stromabwärts der Katalysatormaterialien erfasste Temperatur größer als oder gleich der Zieltemperatur ist, kann die Steuerung befehlen, dass die Regenerationseinrichtung 20 weiter auf der Zieltemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer brennt (Schritt 70). Die vorbestimmte Zeitdauer kann jede beliebige Länge von Zeit sein, die nützlich ist sicherzustellen, dass das gesamte Substrat, Gitter und/oder die andere Struktur, auf der die Katalysatormaterialien angeordnet sind, im Wesentlichen gleichmäßig die Zieltemperatur erreicht hat. Das Halten der Regenerationseinrichtung 20 auf der Zieltemperatur während der vorbestimmten Zeitdauer kann auch im Wesentlichen irgendwelche Fehler in den erfassten Temperaturwerten lindern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die vorbestimmte Zeitdauer 90 Sekunden sein. Sobald die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, kann die Regenerationseinrichtung 20 abgeschaltet werden (Schritt 72), und die Steuerparameter des Abgasbehandlungssystems 100, die in Schritt 62 modifiziert wurden, können auf die Werte, Positionen und/oder Einstellungen zurückgesetzt werden, die beim Anfahren gültig waren (Schritt 74). Die Werte, Positionen und/oder Einstellungen der Steuerparameter, die in Schritt 74 gewählt werden, können im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen sein, die durch die Steuerstrategie für den stationären Zustand gemäß Schritt 58 verwendet werden.
  • Das Steuern der Bauteile des Abgasbehandlungssystems auf diese Weise kann zum Reduzieren von beispielsweise den Emissionen von partikelförmigem Material der Leistungsquelle 12 beitragen. Insbesondere kann das rasche Erhöhen der Temperatur der Katalysatormaterialien, die innerhalb des Abgasbehandlungssystems 100 angeordnet sind, auf zumindest ihre Light-off-Temperatur zum Verringern von Kohlenwasserstoffemissionen der Leistungsquelle 12 beim Anfahren beitragen. Wie oben diskutiert, können, sobald die Katalysatormaterialien ihre Light-off-Temperatur erreichen, die Katalysatormaterialien im Wesentlichen den gesamten Kohlenwasserstoff oxidieren, der in einer Abgasströmung der Leistungsquelle 12 vorhanden ist, wodurch die Menge von schädlichen Schadstoffen reduziert wird, die zur Umgebung freigesetzt werden, und die Niveaus von weißem Rauch und Geruchsbelästigung, die durch das Abgasbehandlungssystem 100 emittiert werden, können minimiert werden.
  • Andere Ausführungsformen der offenbarten Abgasbehandlungssysteme 10, 100 werden den Fachleuten unter Berücksichtigung der Beschreibung offensichtlich. Beispielsweise können die Systeme 10, 100 zusätzliche Filter enthalten, wie zum Beispiel einen Schwefelfänger, der stromaufwärts des Filters 36 angebracht ist. Der Schwefelfänger kann nützlich sein, Schwefelmoleküle zu fassen, die durch die Abgasströmung transportiert werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Rahmen der Erfindung durch die folgenden Ansprüche angegeben wird.
  • Zusammenfassung
  • Temperaturmanagement in einem Abgasbehandlungssystem
  • Ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems (10, 100) enthält das Erfassen einer Temperatur, die repräsentativ für eine Katalysatormaterialtemperatur beim Anfahren einer Leistungsquelle (12) ist, und Vergleichen der erfassten Temperatur mit einer Schwellentemperatur. Das Verfahren enthält auch das Zünden einer Regenerationseinrichtung (20) des Abgasbehandlungssystems (10, 100) in Abhängigkeit von dem Vergleich. Die Regenerationseinrichtung (20) ist stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet. Das Verfahren enthält ferner das Betreiben der Regenerationseinrichtung auf einer Zieltemperatur.
  • 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
    • - US 6427436 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems (10, 100), enthaltend; Erfassen einer Temperatur, die repräsentativ für eine Temperatur eines Katalysatormaterials beim Anfahren einer Leistungsquelle (12) ist; Vergleichen der erfassten Temperatur mit einer Schwellentemperatur; Zünden einer Regenerationseinrichtung (20) des Abgasbehandlungssystems (10, 100) in Abhängigkeit von dem Vergleich, wobei die Regenerationseinrichtung (20) stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet ist; und Betreiben der Regenerationseinrichtung (20) auf einer Zieltemperatur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter enthaltend das Modifizieren eines Steuerparameters des Abgasbehandlungssystems (10, 100) in Abhängigkeit von dem Vergleich.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Modifizieren des Steuerparameters das Modifizieren von zumindest einem Element aus einer Position eines Mischungsventils (30), einer Taktung eines Einlassventils, das der Leistungsquelle (12) zugeordnet ist, und einem Förderniveau einer Energieextraktionsbaugruppe (22) enthält.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, weiter enthaltend das Erfassen einer ersten Temperatur an einem Ort stromaufwärts des Katalysatormaterials und einer zweiten Temperatur an einem Ort stromabwärts des Katalysatormaterials.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, weiter enthaltend das Vergleichen der ersten Temperatur mit der zweiten Temperatur und das Betreiben der Regenerationseinrichtung (20) auf der Zieltemperatur während einer vorbestimmten Zeitdauer in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen der ersten und der zweiten Temperatur.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, weiter enthaltend das Abschalten der Regenerationseinrichtung (20) und das Modifizieren eines Steuerparameters des Abgasbehandlungssystems (10, 100).
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellentemperatur eine Light-off-Temperatur des Katalysatormaterials ist.
  8. Abgasbehandlungssystem (10, 100) einer Leistungsquelle (12), enthaltend: ein Katalysatormaterial; eine Regenerationseinrichtung (20), die stromaufwärts des Katalysatormaterials angeordnet ist und dazu gestaltet ist, eine Temperatur des Katalysatormaterials auf eine Zieltemperatur beim Anfahren der Leistungsquelle (12) und in Abhängigkeit von einem erfassten Parameter des Abgasbehandlungssystems (10, 100) zu erhöhen; und einen Partikelfilter (16, 36), der gestaltet ist, Bestandteile aus einer Abgasströmung der Leistungsquelle (12) zu extrahieren.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der erfasste Parameter des Abgasbehandlungssystems (10, 100) eine Temperatur ist, die repräsentativ für das Katalysatormaterial beim Anfahren der Leistungsquelle (12) ist.
  10. System nach Anspruch 8, wobei die Zieltemperatur zwischen ungefähr 300 Grad Celsius und ungefähr 350 Grad Celsius liegt.
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