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Technisches Gebiet
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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.
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Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
offenbarte Abgasbehandlungssystem ist darauf gerichtet, eines oder
mehrere der oben dargestellten Probleme zu überwinden.
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Darstellung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Motors, der ein Abgasbehandlungssystem
gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung aufweist.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Motors, der ein Abgasbehandlungssystem
gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Offenbarung aufweist.
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3 ist
ein Flussdiagramm einer Steuerstrategie gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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