DE112008002052T5

DE112008002052T5 - Abgasbehandlungssystem mit NO2-Steuerung

Info

Publication number: DE112008002052T5
Application number: DE112008002052T
Authority: DE
Inventors: Wade J. Peoria Robel
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2010-06-10
Also published as: WO2009017597A1; CN101784767A; US7799289B2; US20090035195A1

Abstract

Abgasbehandlungssystem (30, 50, 80), umfassend:
einen katalytischen Partikelfilter (32), der in einer ersten Leitung (30a, 30a'', 30a''', 30a'''', 50a, 80a) angeordnet und ausgebildet ist, einen ersten Teil eines Abgasstroms zu empfangen, wobei der katalytische Partikelfilter mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet ist,
eine zweite Leitung (30b, 50b, 80b, 80b'), die ausgebildet ist, einen zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten,
eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (28, 28b), die stromabwärts von der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ausgebildet ist, einen vereinigten Abgasstrom zu empfangen, der den ersten und den zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Abgasbehandlungssystem und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem mit NO₂-Steuerung.
Hintergrund
Verbrennungsmotoren, einschließlich Dieselmotoren, Benzinmotoren, mit gasförmigem Kraftstoffbetriebene Motoren und andere bekannte Motoren können ein komplexes Gemisch von Luftschadstoffen ausstoßen. Die Luftschadstoffe können aus gasförmigen und festen Verbindungen, einschließlich Feststoffen, Stickstoffoxiden (NOx) und Schwefelverbindungen, zusammengesetzt sein. Aufgrund verstärkter Bedenken hinsichtlich der Umwelt wurden Abgasemissionsstandards immer strikter. Die Menge an Schadstoffen, die von einem Motor emittiert werden, kann abhängig vom Typ, der Größe und/oder der Klasse eines Motors reglementiert werden. Ein Verfahren, das von Motorenherstellern realisiert wurde, um der Reglementierung des an die Umwelt abgegebenen NOx zu genügen, bestand darin, eine Strategie zu realisieren, die als selektive katalytische Reduktion (SCR) bezeichnet wird.
Die SCR ist ein Verfahren, bei dem ein gasförmiges oder flüssiges Reduktionsmittel (z. B. Harnstoff oder Ammoniak) dem Abgasstrom von einem Motor zugesetzt wird. Der vereinigte Strom wird dann auf einem Katalysator absorbiert. Das Reduktionsmittel reagiert mit NOx in dem Abgasstrom unter Bildung von H₂O und N₂. Die SCR kann effektiver sein, wenn das Verhältnis von NO zu NO₂ in dem Abgasstrom, der dem SCR-Katalysator zugeführt wird, etwa 50:50 beträgt. Manche Motoren können jedoch einen Abgasstrom mit einem Verhältnis von NO zu NO₂ von etwa 95:5 erzeugen. Zur Erhöhung der relativen Menge von NO₂, um ein Verhältnis von NO zu NO₂ näher an 50:50 zu erhalten, kann ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) stromaufwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet werden, um NO zu NO₂ umzuwandeln.
Ein System, das einen DOC zur Erhöhung der relativen Menge von NO₂ in einem Abgasstrom umfasst, ist in dem US-Patent Nr. 6,846,464 (das '464 -Patent) beschrieben, das für Montreuil et al. erteilt worden ist. Das '464 -Patent beschreibt eine katalytische Vorrichtung, die zwei Kammern umfasst. Die erste Kammer umfasst Röhren, die mit einem katalytischen Material, wie z. B. Platin, beschichtet sind, das NO und Kohlenwasserstoffe oxidiert. Die zweite Kammer umfasst Röhren, die mit einem katalytischen Material, wie z. B. Palladium, beschichtet sind, das NO und Kohlenwasserstoffe oxidiert. Ein SCR-Katalysator ist stromabwärts von den zwei Kammern der katalytischen Vorrichtung bereitgestellt.
Obwohl das System des '464 -Patent einen Oxidationskatalysator bereitstellen kann, der die Menge von NO₂ in dem Abgasstrom erhöht, sind alle Röhren des Oxidationskatalysators mit einem NO-oxidierenden Material, wie z. B. Platin oder Palladium, beschichtet. Daher kontaktiert der gesamte Abgasstrom entweder die Platin- oder die Palladiumbeschichtung auf dem Oxidationskatalysator. Als Folge davon besteht ein Risiko dahingehend, dass verglichen mit NO zu viel NO₂ bereitgestellt wird. Wenn zu viel NO₂ vorliegt, ist die NOx-Reduktion in dem Reduktionskatalysator viel langsamer und daher ist ein größerer Reduktionskatalysator erforderlich, um NOx in dem Abgasstrom effektiv zu reduzieren.
Das offenbarte System betrifft die Lösung von einem oder mehreren der vorstehend genannten Probleme.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Abgasbehandlungssystem. Das Abgasbehandlungssystem umfasst einen katalytischen Partikelfilter, der in einer ersten Leitung angeordnet und ausgebildet ist, einen ersten Teil eines Abgasstroms zu empfangen. Der katalytische Partikelfilter ist mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet. Das Abgasbehandlungssystem umfasst auch eine zweite Leitung, die ausgebildet ist, einen zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten, und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, die stromabwärts von der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ist ausgebildet, einen vereinigten Abgasstrom zu empfangen, der den ersten und den zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Behandeln eines Abgasstroms. Das Verfahren umfasst das Erzeugen des Abgasstroms und das Leiten eines ersten Teils des Abgasstroms durch eine erste Leitung, die einen katalytischen Partikelfilter umfasst, der mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet ist. Das Verfahren umfasst auch das Leiten eines zweiten Teils des Abgasstroms durch eine zweite Leitung, die ausgebildet ist, den zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten. Darüber hinaus umfasst das Verfahren das Vereinigen des ersten und des zweiten Teils des Abgasstroms stromabwärts von dem katalytischen Partikelfilter zum Bilden eines vereinigten Abgasstroms, und das Leiten des vereinigten Abgasstroms zu einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Abgasbehandlungssystem, das einen katalytischen Partikelfilter umfasst, der in einer ersten Leitung angeordnet und ausgebildet ist, einen ersten Teil eines Abgasstroms zu empfangen. Der katalytische Partikelfilter ist mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet. Das Abgasbehandlungssystem umfasst ferner einen stromaufwärts angeordneten Injektor, der stromaufwärts von dem katalytischen Partikelfilter angeordnet ist. Der stromaufwärts angeordnete Injektor ist ausgebildet, ein Reduktionsmittel in den ersten Teil des Abgasstroms zu injizieren. Das Abgasbehandlungssystem umfasst auch eine zweite Leitung, die ausgebildet ist, einen zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten, und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, die stromabwärts von dem katalytischen Partikelfilter und der zweiten Leitung angeordnet ist. Die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ist so ausgebildet, dass sie einen vereinigten Abgasstrom empfängt, der den ersten und den zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems;
2 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarisch offenbarten Oxidationsvorrichtung für das Abgasbehandlungssystem von 1;
3 ist eine schematische Darstellung eines exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems, das zwei Abschnitte aufweist;
4A–4D sind schematische Darstellungen von exemplarisch offenbarten ersten Abschnitten des Abgasbehandlungssystems von 3;
5 ist eine schematische Darstellung eines weiteren exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems, das zwei Abschnitte aufweist;
6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems;
7 ist eine schematische Darstellung eines weiteren exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems, das zwei Abschnitte aufweist;
8 ist eine schematische Darstellung eines weiteren exemplarisch offenbarten Motors und Abgasbehandlungssystems, das zwei Abschnitte aufweist;
9A und 9B sind schematische Darstellungen von exemplarisch offenbarten ersten Abschnitten des Abgasbehandlungssystems von 8 und
9C ist eine schematische Darstellung eines exemplarisch offenbarten zweiten Abschnitts des Abgasbehandlungssystems von 8.
Detaillierte Beschreibung
Nachstehend wird detailliert auf exemplarische Ausführungsformen Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer dies möglich ist, werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen oder entsprechende Teile zu bezeichnen.
Wie es in der 1 gezeigt ist, wird eine Leistungsquelle, wie z. B. ein Motor 10, einer Maschine bereitgestellt. Die offenbarte Ausführungsform kann auf verschiedene Typen von Maschinen angewandt werden, wie z. B. eine stationäre oder mobile Maschine, die bestimmte Betriebsvorgänge im Zusammenhang mit einer Industrie, wie z. B. Tagebau, Bauwesen, Landwirtschaft, Transport, Energieerzeugung, Baumemtearbeiten, Forstwirtschaft oder jedweder anderen bekannten Industrie ausführt. Der Motor 10 kann ein Verbrennungsmotor, wie z. B. ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Motor oder jeweder andere bekannte Motor sein. Der Motor 10 kann alternativ eine andere Leistungsquelle sein, wie z. B. ein Ofen oder jedwede andere geeignete Leistungsquelle für ein mit Energie versorgtes System, wie z. B. eine Fabrik oder ein Kraftwerk. Der Betrieb des Motors 10 kann Leistung bzw. Energie und einen Abgasstrom erzeugen. Beispielsweise kann in jeder Brennkammer (nicht gezeigt) des Motors 10 Kraftstoff mit Luft gemischt und das Gemisch darin verbrannt werden, so dass ein Abgasstrom erzeugt wird, der in eine Abgasleitung geleitet wird. Der Abgasstrom kann Kohlenmonoxid, NOx, Kohlendioxid, Aldehyde, Ruß, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserdampf und/oder Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Wasserstoff und Methan, enthalten.
Mit dem Motor 10 ist ein Abgasbehandlungssystem 20 bereitgestellt. Der Abgasstrom kann als Fluid von dem Motor 10 zu dem Abgasbehandlungssystem 20 geleitet werden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, können andere Komponenten, wie z. B. ein oder mehrere Turbolader oder jedwede andere bekannte Komponente zum Behandeln oder Handhaben von Abgas zwischen der Abgasleitung des Motors 10 und dem Einlass des Abgasbehandlungssystems 20 angeordnet sein. Darüber hinaus können andere Emissionssteuerungsvorrichtungen, wie z. B. Abgasrückführungsvorrichtungen, innerhalb der Abgasleitung des Motors 10 angeordnet sein oder damit in Fluidverbindung stehen.
Das in der 1 gezeigte Abgasbehandlungssystem 20 kann gegebenenfalls einen stromaufwärts angeordneten Injektor 21 umfassen, der stromaufwärts von einer stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 angeordnet ist. Der stromaufwärts angeordnete Injektor 21 kann zum Injizieren eines Reduktionsmittels, wie z. B. Harnstoff, Ammoniak und/oder anderen Elementen oder Verbindungen bereitgestellt werden, das z. B. NOx, das in dem Abgasstrom enthalten ist, bei vorgegebenen Zeitpunkten, Drücken und Flussraten chemisch reduzieren kann.
Eine stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, wie z. B. ein SCR-Katalysator, kann stromabwärts von dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 angeordnet sein. Die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 kann die Menge an NOx in dem Abgasstrom chemisch reduzieren. Ein Reduktionsmittel, das in den Abgasstrom stromaufwärts von der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 injiziert wird, kann auf der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 absorbiert werden, so dass das Reduktionsmittel mit NOx in dem Abgasstrom unter Bildung von H₂O (Wasserdampf) und N₂ (Stickstoffgas) reagieren kann.
Das in der 1 gezeigte Abgasbehandlungssystem 20 umfasst eine Oxidationsvorrichtung 22, wie z. B. einen DOC, der den Abgasstrom direkt von dem Motor 10 oder von der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23, falls diese vorliegt, empfängt. Wenn die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 bereitgestellt ist, kann sie in geringem Abstand mit der Oxidationsvorrichtung 22 gekoppelt sein. Die Oxidationsvorrichtung 22 kann eine Vorrichtung mit einer porösen keramischen, wabenartigen Struktur oder einer Metallnetzstruktur sein. Die 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer exemplarischen wabenartigen Struktur der Oxidationsvorrichtung 22. Die Oxidationsvorrichtung 22 umfasst Löcher 22a, Kanäle, Durchgänge oder andere Öffnungen, durch die der Abgasstrom hindurchtreten kann. Gemäß einer Ausführungsform kann die Oxidationsvorrichtung 22 „teilweise beaufschlagt” sein, d. h. ein Prozentsatz von weniger als 100% (z. B. etwa 50%) der Löcher kann mit Platin oder einem anderen Material zum Oxidieren von NO, wie z. B. Palladium, Metalloxid, Rhodium oder einem anderen Edelmetall, beschichtet sein. Alternativ kann der Prozentsatz der Löcher 22a, die mit dem NO-oxidierenden Material beschichtet sind, z. B. etwa 25%, 35%, 45%, 55%, 65%, 75%, usw., betragen oder jedweder Prozentsatz dazwischen sein. Die restlichen Löcher können unbeschichtet sein. Der Prozentsatz von beschichteten Löchern 22a kann in der nachstehend beschriebenen Weise auf der Basis der Anwendung experimentell bestimmt werden, um eine gewünschte Menge von NO₂ in dem resultierenden Abgasstrom zu erhalten, wie z. B. 50% NO und 50% NO₂. Demgemäß kontaktiert nur ein Prozentsatz des gesamten Abgasstroms, der durch die Oxidationsvorrichtung 22 strömt, das NO-oxidierende Material, und der Prozentsatz des gesamten Abgasstroms, der das NO-oxidierende Material kontaktiert, hängt vom Prozentsatz der beschichteten Löcher 22a ab.
Wie es in der 1 gezeigt ist, kann das Abgasbehandlungssystem 20 einen Partikelfilter 24 umfassen, der stromabwärts von der Oxidationsvorrichtung 22 angeordnet sein kann. Der Partikelfilter 24 kann ein nicht-katalytischer Filter sein und kann ein Drahtnetz oder ein keramisches Wabenfiltermedium umfassen, das zur Entfernung von Feststoffen aus dem Abgasstrom genutzt wird. Alternativ kann der Partikelfilter 24 ein anderer Typ von Vorrichtung sein, der Partikel, Asche oder andere Materialien von dem Abgasstrom physikalisch einfängt. Der Partikelfilter 24 kann ein Filter des Wandströmungstyps, ein Filter des Durchströmungstyps oder ein anderer bekannter Filter sein. Ein Filter des „Wandströmungstyps” kann z. B. ein Filter sein, der eine Mehrzahl von Kanälen umfasst und bei dem gegenüber liegende Enden von angrenzenden Kanälen blockiert oder verschlossen sein können, um den Abgasstrom zu zwingen, sich radial durch eine Mehrzahl von relativ dünnen, porösen Wänden zu bewegen. Ein Filter des „Durchströmungstyps” kann z. B. ein Filter sein, der Feststoffe einfangen und speichern kann, während offene Kanäle vorliegen können, durch die der Abgasstrom strömen kann. Beispielsweise kann ein Filter des Durchströmungstyps Lagen oder andere Blockiermechanismen umfassen, die Feststoffe in die Richtung eines Netzes verteilen können, das Seiten der offenen Kanäle auskleidet. Alternativ kann der Partikelfilter 24 weggelassen werden, wenn der Abgasstrom von dem Motor 10 geringere Mengen an Feststoffen aufweist.
Der Partikelfilter 24 kann mit einer Wärmequelle 25 verbunden werden. Die Wärmequelle 25 kann jedwede herkömmliche, bekannte Wärmequelle sein. Solche Wärmequellen können z. B. einen Ofen, eine elektrische Heizeinrichtung, eine Kraftstoffverbrennungseinrichtung, usw., umfassen. Die Wärmequelle 25 kann Wärme zu jedwedem Partikelfilter leiten, der sich in dem Abgasbehandlungssystem 20 befindet, wie z. B. zu dem Partikelfilter 24, so dass die Feststoffe, die in dem Partikelfilter abgeschieden sind, thermisch gealtert werden. Alternativ kann die Wärmequelle 25 weggelassen werden und der Motor 10 kann den Abgasstrom erwärmen, der die Feststoffe in dem Partikelfilter 24 erwärmen kann. Die Wärmequelle 25 kann stromaufwärts von dem Partikelfilter und stromabwärts von dem Motor 10 angeordnet sein. In der in der 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsform ist die Wärmequelle 25 stromaufwärts von dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 und der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 und stromabwärts von dem Motor 10 angeordnet.
Ein Injektor 26, wie z. B. ein Injektor, wie er vorstehend im Zusammenhang mit dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 beschrieben worden ist, kann zum Injizieren des Reduktionsmittels, wie z. B. Harnstoff oder Ammoniak, in den Abgasstrom stromabwärts von dem Partikelfilter 24 bereitgestellt werden. Eine Steuerung 12 kann einen Eingabewert über die Verbindungsleitungen 14 von einer Mehrzahl von Quellen empfangen, einschließlich z. B. Sensoren, die zur Messung der Temperatur, der Drehzahl, des verbrauchten Kraftstoffs und/oder anderer Betriebseigenschaften des Motors 10 ausgebildet sind. Beispielsweise kann der zeitliche Ablauf der Injektionen durch einen oder mehrere der Injektoren 21, 26 mit Sensor-Eingabewerten synchronisiert werden, die von einem Sensor 40 (4C, 4D, 6 und 8) empfangen werden, wie z. B. einem nachstehend beschriebenen Temperatursensor, einem NOx-Sensor, einem Strömungssensor, einem Drucksensor, einer Zeitsteuerungseinrichtung oder jedweder anderen entsprechenden Sensorvorrichtung. Es ist ferner vorgesehen, dass gegebenenfalls Injektionen auf einer eingestellten periodischen Basis stattfinden, und zwar zusätzlich zu den Druck- oder Temperaturbedingungen oder ungeachtet der Druck- oder Temperaturbedingungen. Um diese spezifischen Injektionsereignisse zu erreichen, kann die Steuerung 12 den Betrieb von einem oder mehreren der Injektoren 21, 26 als Reaktion auf den einen oder die mehreren Eingabewert(e) steuern.
Die Steuerung 12 kann diese Eingabewerte nutzen, um auf der Basis eines voreingestellten Steuerungsalgorithmus ein Steuerungssignal zu bilden. Das Steuerungssignal kann von der Steuerung 12 über die Verbindungsleitungen 14 zu verschiedenen Betätigungsvorrichtungen übertragen werden, wie z. B. den Injektoren 21, 26. Die Steuerung 12 kann als ein einzelner Mikroprozessor oder als mehrere Mikroprozessoren ausgeführt sein, die ein Mittel zum Steuern des Betriebs der Injektoren 21, 26 umfassen. Zahlreiche handelsübliche Mikroprozessoren können ausgebildet werden, um die Funktionen der Steuerung 12 auszuüben. Die Steuerung 12 kann Komponenten umfassen, die erforderlich sind, um eine Anwendung auszuführen, wie z. B. einen Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung und einen Prozessor, wie z. B. eine zentrale Verarbeitungseinheit oder jedwedes andere bekannte Mittel. Es ist vorgesehen, dass die Steuerung ferner in einer kommunikationsfähigen Weise mit einer oder mehreren Komponente(n) des Motors 10 gekoppelt ist, um dessen Betrieb zu ändern. Folglich können der Motor 10 und die Injektoren 21, 26 mit der Steuerung 12 verbunden sein und gegebenenfalls kann die Steuerung 12 in den Motor 10 integriert sein.
Alternativ kann der Sensor 40 sowohl als physischer Sensor als auch als virtueller Sensor ausgeführt sein, der in die Steuerung 12 integriert ist und ein Signal auf der Basis einer von einem Kennfeld gelieferten Abschätzung erzeugt. Der physische Sensor kann Parameter erfassen und an die Steuerung 12 weitergeben, z. B. einen oder mehrere von Motor-Kraftstoff/Luft-Einstellungen, der Motorbetriebsdrehzahl, der Motorlast, des Motor-Kraftstoffinjektionsprofils, anderen Motorbetriebsparametern, der Abgastemperatur, der Abgasflussrate, einer Temperatur von jedwedem Element innerhalb des Abgasbehandlungssystems 20, usw. Der virtuelle Sensor kann die Signale, die von einem oder mehreren physischen Sensor(en) empfangen worden sind, bewerten, und unter Nutzung von Beziehungen, die in einem oder mehreren Kennfeld(ern), das bzw. die in einem Speicher der Steuerung 12 enthalten ist bzw., sind, einen Betriebsparameter, wie z. B. das erwartete NO:NO₂-Verhältnis des Abgases, auf der Basis der erfassten Parameter abschätzen. Alternativ kann der Sensor 40 ein physischer Sensor sein, der das NO:NO₂-Verhältnis, die NOx-Menge, usw., erfassen kann.
Eine SCR-Vorrichtung 28, wie z. B. ein SCR-Katalysator oder ein anderer Typ von SCR-Vorrichtung, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 beschrieben worden ist, kann stromabwärts von dem Partikelfilter 24 und dem Injektor 26 angeordnet sein. Von dem Injektor 26 injizierter Harnstoff kann sich zu Ammoniak zersetzen und die SCR-Vorrichtung 28 kann eine Reaktion zwischen dem Ammoniak und NOx in dem Abgasstrom erleichtern, so dass Wasser und Stickstoffgas erzeugt werden, wodurch NOx aus dem Abgasstrom entfernt wird. Nach dem Verlassen der SCR-Vorrichtung 28 kann der Abgasstrom aus dem Abgasbehandlungssystem 20 ausgetragen werden, z. B. in die umgebende Atmosphäre freigesetzt werden. Alternativ kann eine zweite SCR-Vorrichtung 28a stromabwärts von der SCR-Vorrichtung 28 zum Empfangen des Abgasstroms angeordnet sein, bevor er aus dem Abgasbehandlungssystem 20 ausgetragen wird. Die zweite SCR-Vorrichtung 28a kann ferner die Menge an NOx in dem Abgasstrom vermindern, z. B. wenn das Volumen des Abgasstroms höher ist.
Die 3 veranschaulicht eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 30. Wie es in der 3 gezeigt ist, kann die Oxidationsvorrichtung 22 des in der 1 gezeigten Abgasbehandlungssystems 20 durch ein Teilsystem mit zwei Abschnitten mit einem ersten Abschnitt 30a und einem zweiten Abschnitt 30b ersetzt werden. Die vorstehend beschriebene SCR-Vorrichtung 28 kann stromabwärts von den zwei Abschnitten 30a, 30b angeordnet sein. Der erste Abschnitt 30a umfasst einen katalytischen Partikelfilter 32, wie z. B. einen katalytischen Dieselpartikelfilter (CDPF). Der katalytische Partikelfilter 32 kann z. B. ein Partikelfilter sein, wie z. B. die vorstehend im Zusammenhang mit dem Partikelfilter 24 beschriebenen Partikelfilter (z. B. ein Filter des Wandströmungstyps, ein Filter des Durchströmungstyps oder ein anderer Filtertyp), der ein schwammartiges Material oder einen anderen Typ von porösem oder schaumartigem Material aufweist, das einheitlich mit Platin oder einem anderen Material zur Oxidation von NO beschichtet sein kann, wie z. B. Palladium, einem Metalloxid, Rhodium oder einem anderen Edelmetall. Demgemäß kontaktiert entweder ein wesentlicher Teil des Abgases oder das gesamte Abgas, das durch den katalytischen Partikelfilter 32 strömt, das NO-oxidierende Material. In dem katalytischen Partikelfilter 32 oxidiert das NO-oxidierende Material NO unter Bildung von NO₂. Das NO₂ kann mit Kohlenstoff (Ruß) in den Feststoffen unter Bildung von CO und NO reagieren. Als Ergebnis kann die Menge an Kohlenstoff (Ruß) in dem katalytischen Partikelfilter 32 vermindert werden, wodurch der katalytische Partikelfilter 32 regeneriert wird.
Der zweite Abschnitt 30b kann in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts die Oxidationsvorrichtung 22 und den Partikelfilter 24 umfassen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschrieben worden sind. Die Oxidationsvorrichtung 22 und der Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 30b können in einer einzelnen Hülse oder einem einzelnen Gehäuse bereitgestellt werden. Gegebenenfalls kann in dem zweiten Abschnitt 30b stromabwärts von dem Partikelfilter 24 ein Ventil 34 bereitgestellt sein. Das Ventil 34 kann die Menge des Abgases steuern, das durch den zweiten Abschnitt 30b strömt und kann daher die Verteilung des Stroms zwischen den zwei Abschnitten 30a, 30b steuern. Beispielsweise kann ein Sensor 40 oder können mehrere Sensoren 40, der bzw. die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 4C beschrieben worden ist bzw. sind, zum Überwachen des NO:NO₂-Verhältnisses des Abgasstroms in dem ersten Abschnitt 30a und/oder dem zweiten Abschnitt 30b z. B. stromabwärts von dem katalytischen Partikelfilter 32 und/oder dem Partikelfilter 24 bereitgestellt werden. Alternativ kann das Ventil 34 weggelassen werden und der katalytische Partikelfilter 32 in dem ersten Abschnitt 30a kann bezüglich dessen Größe im Hinblick auf die Oxidationsvorrichtung 22 und den Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 30b ausgelegt werden, um die Verteilung des Stroms zwischen den zwei Abschnitten 30a, 30b zu steuern. Beispielsweise kann der katalytische Partikelfilter 32 in dem ersten Abschnitt 30a bezüglich der Größe so ausgelegt werden, dass etwa 50% des gesamten Abgasstroms zu dem katalytischen Partikelfilter 32 geleitet werden. Alternativ kann der katalytische Partikelfilter 32 bezüglich der Größe so ausgelegt werden, dass etwa 45%, 55%, 60%, usw., oder jedweder Prozentsatz dazwischen des Abgasstroms zu dem katalytischen Partikelfilter 32 geleitet werden. Das restliche Abgas strömt zu dem zweiten Abschnitt 30b. Die SCR-Vorrichtung 28 und die zweite SCR-Vorrichtung 28a, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 1 beschrieben worden sind, können stromabwärts von den zwei Abschnitten 30a, 30b angeordnet sein. Alternativ kann die zweite SCR-Vorrichtung 28a weggelassen werden.
Die 4A bis 4D veranschaulichen alternative exemplarische Ausführungsformen des ersten Abschnitts 30a des Abgasbehandlungssystems 30 der 3. In einem in der 4A gezeigten ersten Abschnitt 30a' kann der katalytische Partikelfilter 32 des in der 3 gezeigten ersten Abschnitts 30a in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts durch die Oxidationsvorrichtung 22 und den Partikelfilter 24 ersetzt werden, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschrieben worden sind. Alternativ kann in einem in der 4B gezeigten ersten Abschnitt 30a'' die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschriebene Oxidationsvorrichtung 22 stromaufwärts von dem katalytischen Partikelfilter 32 des in der 3 gezeigten ersten Abschnitts 30a angeordnet sein. Als eine weitere Alternative kann in einem in der 4C gezeigten ersten Abschnitt 30a''' der vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschriebene stromaufwärts angeordnete Injektor 21 stromaufwärts von dem in der 3 gezeigten katalytischen Partikelfilter 32 des ersten Abschnitts 30a angeordnet sein. Alternativ kann der stromaufwärts angeordnete Injektor 21 stromaufwärts von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 30a''', 30b und stromabwärts von der Wärmequelle 25 angeordnet sein. Der Sensor 40 kann zum Überwachen der Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 bereitgestellt werden. Signale, welche die erfasste Temperatur angeben, werden von dem Sensor 40 über die Verbindungsleitung 14 an die Steuerung 12 übertragen. Als eine weitere Alternative können in einem ersten Abschnitt 30a'''', der in der 4D gezeigt ist, der stromaufwärts angeordnete Injektor 21 und die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschrieben worden sind, stromaufwärts von dem in der 3 gezeigten katalytischen Partikelfilter 32 des ersten Abschnitts 30a angeordnet sein. Die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 kann in geringem Abstand an den katalytischen Partikelfilter 32 gekoppelt sein. Der vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 4C beschriebene Sensor 40 kann zum Überwachen der Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 bereitgestellt werden.
Die 5 veranschaulicht eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 50, in dem das in der 3 gezeigte Teilsystem der Abgasbehandlungsvorrichtung 30 mit zwei Abschnitten durch ein Teilsystem mit zwei Abschnitten ersetzt werden kann, das einen ersten Abschnitt 50a und einen zweiten Abschnitt 50b aufweist. Der erste Abschnitt 50a kann in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts den katalytischen Partikelfilter 32 und das Ventil 34 umfassen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 3 beschrieben worden sind. Der zweite Abschnitt 50b kann den Partikelfilter 24 und das Ventil 34 umfassen, die vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der 1 und 3 beschrieben worden sind. Die SCR-Vorrichtung 28 und die zweite SCR- Vorrichtung 28a, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschrieben worden sind, können sich stromabwärts von den zwei Abschnitten 50a, 50b befinden. Alternativ kann die zweite SCR-Vorrichtung 28a weggelassen werden. Als eine weitere Alternative kann der Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 50b weggelassen werden, z. B. wenn eine geringere Verminderung von Feststoffen in dem Abgasstrom erforderlich ist. Als weitere Alternative kann dann, wenn z. B. der Abgasstrom von dem Motor 10 eine geringe Menge an Feststoffen aufweist, der katalytische Partikelfilter 32 in dem ersten Abschnitt 50a durch eine Oxidationsvorrichtung, wie z. B. einen DOC oder einen anderen Typ von Oxidationsvorrichtung, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 von 1 beschrieben worden ist, ersetzt werden, und der Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 50b kann weggelassen werden.
Die 6 veranschaulicht eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 60. Wie es in der 6 gezeigt ist, kann das in der 1 gezeigte Abgasbehandlungssystem 20 ferner eine stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62, wie z. B. einen DOC oder einen anderen Typ von Oxidationsvorrichtung umfassen, der vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 von 1 beschrieben worden ist. Stromabwärts von der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 kann das Abgasbehandlungssystem 60 in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts ferner den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, die Oxidationsvorrichtung 22, den Partikelfilter 24, den Injektor 26 und die SCR-Vorrichtung 28 umfassen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschrieben worden sind. Alternativ kann der Partikelfilter 24 weggelassen werden. Die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62 und die Oxidationsvorrichtung 22 können ähnlich sein, jedoch verschiedene Prozentsätze der Löcher 22a (2) aufweisen, die mit dem NO-oxidierenden Material beschichtet sind. Beispielsweise können bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 etwa 25% der Löcher 22a beschichtet sein und bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72 in dem zweiten Abschnitt 70b können etwa 65% bis 100% der Löcher 22a beschichtet sein. Der vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 4C beschriebene Sensor 40 kann zum Überwachen der Temperatur und/oder des NO:NO₂-Verhältnisses des Abgasstroms stromabwärts von dem Partikelfilter 24 bereitgestellt sein. Alternativ kann der Sensor 40 an einer beliebigen Stelle stromabwärts von dem Motor 10 bereitgestellt sein, z. B. zwischen der Oxidationsvorrichtung 22 und der SCR-Vorrichtung 28.
Die 7 veranschaulicht eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 70. Wie es in der 7 gezeigt ist, kann das Abgasbehandlungssystem 70 ein Teilsystem mit zwei Abschnitten mit einem ersten Abschnitt 70a und einem zweiten Abschnitt 70b umfassen. Der erste Abschnitt 70a umfasst in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62, den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den Partikelfilter 24, die vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der 1 und 6 beschrieben worden sind. Der zweite Abschnitt 70b umfasst in der Reihenfolge von stromaufwärts nach stromabwärts auch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den Partikelfilter 24, die mit den entsprechenden Elementen in dem ersten Abschnitt 70a identisch sind oder diesen ähnlich sind. Eine stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 72 befindet sich stromaufwärts von dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 in dem zweiten Abschnitt 70b. Die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62 in dem ersten Abschnitt 70a und die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 72 in dem zweiten Abschnitt 70b können entsprechend ausgeführt sein, jedoch können sie verschiedene Prozentsätze der Löcher 22a (2) aufweisen, die mit dem NO-oxidierenden Material beschichtet sind. Beispielsweise können bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 in dem ersten Abschnitt 70a etwa 25% der Löcher 22a beschichtet sein und bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72 in dem zweiten Abschnitt 70b können etwa 65% bis 100% der Löcher 22a beschichtet sein. Die vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 1 beschriebene SCR-Vorrichtung 28 kann sich stromabwärts von den zwei Abschnitten 70a, 70b befinden.
Die 8 veranschaulicht eine weitere exemplarische Ausführungsform eines Abgasbehandlungssystems 80. Wie es in der 8 gezeigt ist, kann das Abgasbehandlungssystem 80 ein Teilsystem mit zwei Abschnitten mit einem ersten Abschnitt 80a und einem zweiten Abschnitt 80b umfassen. Der erste Abschnitt 80a kann dem ersten Abschnitt 30a'''' des in den 3 und 4D gezeigten Abgasbehandlungssystems 30 entsprechen, d. h. der erste Abschnitt 80a kann von stromaufwärts nach stromabwärts den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den katalytischen Partikelfilter 32 verbunden mit dem Sensor 40 umfassen. Der zweite Abschnitt 80b kann dem zweiten Abschnitt 70b des in der 7 gezeigten Abgasbehandlungssystems 70 entsprechen, d. h. der zweite Abschnitt 80b kann von stromaufwärts nach stromabwärts die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 72, den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den Partikelfilter 24 umfassen. Der Injektor 26 und die SCR-Vorrichtung 28, die vorstehend beschrieben worden sind, können sich stromabwärts von den zwei Abschnitten 80a, 80b befinden.
Die 9A und 9B veranschaulichen alternative exemplarische Ausführungsformen des ersten Abschnitts 80a des Abgasbehandlungssystems 80 von 8. Wie es in der 9A gezeigt ist, kann ein erster Abschnitt 80a' von stromaufwärts nach stromabwärts den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, die Oxidationsvorrichtung 22 und den Partikelfilter 24 umfassen, wie sie in der Ausführungsform von 1 bereitgestellt sind. Wie es in der 9B gezeigt ist, kann ein erster Abschnitt 80a'' von stromaufwärts nach stromabwärts die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62, den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den Partikelfilter 24 umfassen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der Ausführungsform von 7 beschrieben worden sind. Die 9C veranschaulicht eine alternative exemplarische Ausführungsform des zweiten Abschnitts 80b des Abgasbehandlungssystems 80 von 8. Wie es in der 9C gezeigt ist, kann ein zweiter Abschnitt 80b' von stromaufwärts nach stromabwärts den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, die Oxidationsvorrichtung 22 und den Partikelfilter 24 umfassen, wie sie in der Ausführungsform von 1 bereitgestellt sind.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Abgasbehandlungssystem kann in jedweder Maschine oder jedwedem angetriebenen System bereitgestellt werden, die bzw. das eine Leistungsquelle enthält, die einen Abgasstrom erzeugt, wie z. B. ein Motor. Das offenbarte Abgasbehandlungssystem kann die Menge an NO₂ relativ zu NO in dem Abgasstrom stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung erhöhen, so dass die SCR-Vorrichtung die Menge an NOx schneller und effizienter vermindern kann. Nachstehend wird der Betrieb des Abgasbehandlungssystems erläutert.
Gemäß der in der 1 gezeigten Ausführungsform des Abgasbehandlungssystems 20 kann der Abgasstrom von dem Motor 10 durch die Wärmequelle 25 erwärmt werden, bevor er zu der Oxidationsvorrichtung 22 geleitet wird. Gegebenenfalls kann ein Reduktionsmittel z. B. während Kaltstartbedingungen durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 in den Abgasstrom injiziert werden und dann kann der Strom von Reduktionsmittel und Abgas zu der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 geleitet werden, um die Menge an NOx in dem Abgasstrom zu vermindern, bevor er zu der Oxidationsvorrichtung 22 geleitet wird. Dann kann der Abgasstrom zu dem Partikelfilter 24 geleitet werden, wo Feststoffe entfernt werden können. Nach dem Austreten aus dem Partikelfilter 24 wird durch den Injektor 26 ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert und der Abgasstrom wird zu der SCR-Vorrichtung 28 und gegebenenfalls zu der zweiten SCR-Vorrichtung 28a geleitet, welche die Menge an NOx in dem Abgasstrom vermindert.
Die Effizienz der NOx-Reduktion durch die SCR-Vorrichtung 28 kann zumindest teilweise von dem Verhältnis von NO₂ zu NOx in dem Abgasstrom abhängen. Insbesondere kann die NOx-Reduktion durch die SCR-Vorrichtung 28 schneller und effizienter sein, wenn das Verhältnis von NO₂ zu NOx in dem Abgasstrom etwa 50:50 beträgt. Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann die Oxidationsvorrichtung 22 einen Teil des NO in dem Abgasstrom zu NO₂ umwandeln, so dass das NO:NO₂-Verhältnis näher an 50:50 liegt. Beispielsweise können etwa 50% bis 75% der Löcher 22a der Oxidationsvorrichtung 22 mit Platin beschichtet sein. In einer Ausführungsform können etwa 75% der Löcher 22a der Oxidationsvorrichtung 22 mit Platin beschichtet sein. Als Ergebnis kann das in der 1 gezeigte Abgasbehandlungssystem 20 Feststoffe vermindern und eine stärkere Verminderung von NOx vor dem Abgeben des Abgasstroms an die umgebende Atmosphäre bereitstellen.
Die Oxidationsvorrichtung 22 ermöglicht auch die Regenerierung des Partikelfilters 24. Die Oxidationsvorrichtung 22 erhöht die Menge an NO₂, so dass NO₂ mit Kohlenstoff (Ruß) in den Feststoffen unter Bildung von CO und NO reagiert. Als Ergebnis wird die Menge an Kohlenstoff (Ruß) in dem Partikelfilter 24 vermindert, wodurch der Partikelfilter 24 regeneriert und das Risiko einer Ansammlung von Feststoffen und eines Verstopfens des Partikelfilters 24 vermindert wird.
Gemäß der in der 3 gezeigten Ausführungsform des Abgasbehandlungssystems 30 kann der Abgasstrom von dem Motor 10 durch die Wärmequelle 25 erwärmt werden, bevor er zu dem ersten und dem zweiten Abschnitt 30a, 30b geleitet wird. Ein erster Teil des Abgases strömt durch den ersten Abschnitt 30a, wo die gesamte oder eine wesentliche Menge des ersten Teils des Abgases die Platinbeschichtung des katalytischen Partikelfilters 32 kontaktiert, so dass ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Die Zunahme des NO₂ kann die Regenerierung des katalytischen Partikelfilters 32 in der vorstehend beschriebenen Weise ermöglichen und eine erhöhte Menge an NO₂ von dem ersten Abschnitt 30a zu der SCR-Vorrichtung 28 bereitstellen. Ein zweiter Teil des Abgases strömt durch den zweiten Abschnitt 30b, wo der zweite Teil des Abgases zu der teilweise beaufschlagten Oxidationsvorrichtung 22 geleitet wird. In einer exemplarischen Ausführungsform ist bei der Oxidationsvorrichtung 22 ein Prozentsatz von weniger als 50%, z. B. etwa 25%, der Löcher 22a mit Platin beschichtet. Demgemäß kann die Oxidationsvorrichtung 22 in dem zweiten Teil des Abgases einen Teil des NO zu NO₂ umwandeln. Die Zunahme des NO₂ kann die Regenerierung des Partikelfilters 24 in dem zweiten Abschnitt 30b ermöglichen, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 und dem Partikelfilter 24 der in der 1 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist. Die Zunahme des NO₂ kann auch ermöglichen, dass die SCR-Vorrichtung 28 die NOx-Reduktion schneller und effizienter ausführt, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Nach dem Austreten aus der Oxidationsvorrichtung 22 kann der zweite Teil des Abgases zu dem Partikelfilter 24 geleitet werden, wo Feststoffe entfernt werden können.
Die jeweiligen Teile des Abgases von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 30a, 30b werden vereinigt und ein Reduktionsmittel wird durch den Injektor 26 in den vereinigten Strom injiziert. Dann wird der vereinigte Strom zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitet, welche die Menge an NOx in dem vereinigten Strom vermindert. Gemäß den in den 3 und 4A bis 4D gezeigten Ausführungsformen kann die Größe der Komponenten in dem ersten Abschnitt 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' relativ zu der Oxidationsvorrichtung 22 und dem Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 30b so ausgelegt werden, dass der vereinigte Strom von dem ersten Abschnitt 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' und dem zweiten Abschnitt 30b ein NO:NO₂-Verhältnis aufweist, das näher an 50:50 liegt. Alternativ dazu oder zusätzlich kann bzw. können der Sensor 40 und/oder das Ventil 34 in dem zweiten Abschnitt 30b bereitgestellt werden, um auch die jeweiligen Mengen des Stroms in den zwei Abschnitten 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' und 30b zu steuern. Als Ergebnis kann die Reduktion von NOx in der SCR-Vorrichtung 28 effizienter und schneller sein. Das Abgasbehandlungssystem 30 kann Feststoffe vermindern (mit den Komponenten in dem ersten Abschnitt 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' und dem Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 30b) und es kann eine stärkere Verminderung von NOx vor dem Freisetzen des Abgasstroms an die umgebende Atmosphäre bereitstellen.
Alternativ kann einer oder können mehrere der Sensoren 40 bereitgestellt werden, z. B. in einem oder beiden der zwei Abschnitte 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' und 30b oder zwischen den zwei Abschnitten und der SCR-Vorrichtung 28. Demgemäß kann die Steuerung 12 die Verteilung des Stroms zwischen den zwei Abschnitten 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''' und 30b einstellen, wie z. B. durch Steuern des Ventils 34 auf der Basis einer erfassten Bedingung (z. B. des NO:NO₂-Verhältnisses), um eine genauere Steuerung der der SCR-Vorrichtung 28 zugeführten NO₂-Menge bereitzustellen. Bezüglich des Verhältnisses von NO:NO₂ in dem Abgas kann eine Regelung erreicht werden.
Gemäß der in der 4A gezeigten Ausführungsform kann der erste Teil des Abgases durch den ersten Abschnitt 30a' strömen, wobei der erste Teil des Abgases zu der teilweise beaufschlagten Oxidationsvorrichtung 22 und dann zu dem Partikelfilter 24 geleitet werden kann. In der exemplarischen Ausführungsform können bei der Oxidationsvorrichtung 22 etwa 50% oder ein niedrigerer Prozentsatz der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein. Demgemäß kann die Oxidationsvorrichtung 22 in dem ersten Teil des Abgases einen Teil des NO zu NO₂ umwandeln. Die Zunahme an NO₂ kann die Regenerierung des Partikelfilters 24 in dem ersten Abschnitt 30a' ermöglichen, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 und dem Partikelfilter 24 der in der 1 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist. Die Zunahme an NO₂ kann es der SCR-Vorrichtung 28 auch ermöglichen, die NOx-Reduktion schneller und effizienter auszuführen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Nach dem Austreten aus der Oxidationsvorrichtung 22 kann der erste Teil des Abgases zu dem Partikelfilter 24 geleitet werden, wo Feststoffe entfernt werden können.
Gemäß der in der 4B gezeigten Ausführungsform kann der erste Teil des Abgases durch den ersten Abschnitt 30a'' strömen, wobei der erste Teil des Abgases zu der teilweise beaufschlagten Oxidationsvorrichtung 22 und dann zu dem katalytischen Partikelfilter 32 geleitet werden kann. Bei der teilweise beaufschlagten Oxidationsvorrichtung 22 können etwa 50% oder ein niedrigerer Prozentsatz der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein. Demgemäß kann die Oxidationsvorrichtung 22 in dem ersten Teil des Abgases einen Teil des NO zu NO₂ umwandeln. Die Zunahme an NO₂ kann die Regenerierung des katalytischen Partikelfilters 32 ermöglichen und es der SCR-Vorrichtung 28 ermöglichen, die NOx-Reduktion schneller und effizienter auszuführen, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Darüber hinaus kann es der katalytische Partikelfilter 32 einer wesentlichen Menge des ersten Teils des Abgases oder dem gesamten ersten Teil des Abgases ermöglichen, die Platinbeschichtung des Filters 32 zu kontaktieren, wodurch ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Die Zunahme an NO₂ kann es dem katalytischen Partikelfilter 32 ermöglichen, sich zu regenerieren, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und sie kann der SCR-Vorrichtung 28 ermöglichen, die NOx-Reduktion schneller und effizienter auszuführen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Gemäß der in der 4C gezeigten Ausführungsform kann der erste Teil des Abgases durch den ersten Abschnitt 30a''' strömen, wo das Reduktionsmittel durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injiziert werden kann. Dann kann der Strom aus Reduktionsmittel und dem ersten Teil des Abgases zu dem katalytischen Partikelfilter 32 geleitet werden. Der katalytische Partikelfilter 32 kann es einer wesentlichen Menge des ersten Teils des Abgases oder dem gesamten ersten Teil des Abgases ermöglichen, die Platinbeschichtung des Filters 32 zu kontaktieren, wodurch ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Die Zunahme an NO₂ kann es dem katalytischen Partikelfilter 32 ermöglichen, sich zu regenerieren, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und sie kann der SCR-Vorrichtung 28 ermöglichen, die NOx-Reduktion schneller und effizienter auszuführen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform kann die Steuerung 12 ein Signal zu dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 senden, Reduktionsmittel zu injizieren, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, z. B. während Kaltstartbedingungen und/oder wenn eine Temperatur, die durch den Sensor 40 gemessen wird, der die Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 überwacht, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt (z. B. etwa 200°C bis 300°C, etwa 200°C bis 350°C oder ein anderer Temperaturbereich, in dem die NOx-Reduktion in der SCR-Vorrichtung 28 von dem NO:NO₂-Verhältnis abhängt). Wenn die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, kann die Steuerung 12 ein Signal zu dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 senden, Reduktionsmittel in den ersten Teil des Abgases stromaufwärts von dem katalytischen Partikelfilter 32 zu injizieren. Die Zugabe des Reduktionsmittels kann die Menge an NOx in dem ersten Teil des Abgases vermindern, der die Platinbeschichtung in dem katalytischen Partikelfilter 32 kontaktiert.
Die Steuerung 12 kann so ausgebildet sein, dass sie eine gewünschte Menge (oder Zielmenge) eines Reduktionsmittels zum Injizieren mit dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 auf der Basis von einem oder mehreren Kennfeld(em) festlegt, welche(s) die erfasste Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 und die gewünschte, zu injizierende Menge des Reduktionsmittels korreliert. Darüber hinaus kann bzw. können das bzw. die Kennfeld(er) die gewünschte, zu injizierende Menge des Reduktionsmittels auf der Basis einer gewünschten Menge an NO₂ zum Zuführen zu der SCR-Vorrichtung 28 festlegen, z. B. um ein gewünschtes NO:NO₂-Verhältnis von 50:50 zu erreichen. Die Steuerung 12 kann auch die Menge an Reduktionsmittel auf der Basis anderer Faktoren festlegen, z. B. von Eigenschaften des katalytischen Partikelfilters 32, einer abgeschätzten Menge an NO₂ in dem zweiten Teil des Abgases von dem zweiten Abschnitt 30b, usw. Demgemäß kann die Steuerung 12 durch die Nutzung des Kennfelds bzw. der Kennfelder die in den ersten Abschnitt 30a''' zu injizierende Menge des Reduktionsmittels auf der Basis einer erfassten Bedingung (z. B. der Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32) einstellen, um eine genauere Steuerung der Menge an NO₂, die der SCR-Vorrichtung 28 zugeführt wird, bereitzustellen. Bezüglich des Verhältnisses von NO:NO₂ in dem ersten Teil des Abgases kann eine Regelung erreicht werden. Die Festlegung, ob und wie viel Reduktionsmittel mit dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injiziert werden soll, wird auf der Basis der erfassten Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 eingestellt.
Gemäß der in der 4D gezeigten Ausführungsform kann der erste Teil des Abgases durch den ersten Abschnitt 30a'''' strömen, wo das Reduktionsmittel durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injiziert werden kann. Dann kann der Strom aus Reduktionsmittel und dem ersten Teil des Abgases zu der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 geleitet werden, um die Menge an NOx in dem Abgasstrom zu vermindern, bevor er zu dem katalytischen Partikelfilter 32 geleitet wird. Der katalytische Partikelfilter 32 kann es einer wesentlichen Menge des ersten Teils des Abgases oder dem gesamten ersten Teil des Abgases ermöglichen, die Platinbeschichtung des Filters 32 zu kontaktieren, wodurch ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Die Zunahme an NO₂ kann es dem katalytischen Partikelfilter 32 ermöglichen, sich zu regenerieren, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und sie kann der SCR-Vorrichtung 28 ermöglichen, die NOx-Reduktion schneller und effizienter auszuführen, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Die Steuerung 12 kann ein Signal an den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 senden, um Reduktionsmittel in den ersten Teil des Abgases zu injizieren, wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der in der 4C gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist. Die Zugabe des Reduktionsmittels stromaufwärts von der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 kann die Menge an NOx in dem ersten Teil des Abgases vermindern. Da weniger NOx vorliegt (das NO und NO₂ umfasst), wird dem katalytischen Partikelfilter 32 proportional weniger NO und NO₂ zugeführt. Daher gibt der katalytische Partikelfilter 32 weniger NO₂ ab als ohne die Zugabe von Reduktionsmittel.
Die Steuerung 12 kann auch so ausgebildet sein, dass die Menge des durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injizierten Reduktionsmittels eingestellt wird, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der in der 4C gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist. Demgemäß kann die Steuerung 12 durch die Nutzung des Kennfelds bzw. der Kennfelder die in den ersten Abschnitt 30a'''' zu injizierende Menge des Reduktionsmittels auf der Basis einer erfassten Bedingung (z. B. der Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32) einstellen, um eine genauere Steuerung der Menge an NO₂, die der SCR-Vorrichtung 28 zugeführt wird, bereitzustellen. Bezüglich des Verhältnisses von NO:NO₂ in dem ersten Teil des Abgases kann eine Regelung erreicht werden. Die Festlegung, ob und wie viel Reduktionsmittel mit dem stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injiziert werden soll, wird auf der Basis der erfassten Temperatur des katalytischen Partikelfilters 32 eingestellt.
Gemäß der in der 5 gezeigten Ausführungsform des Abgasbehandlungssystems 50 kann der Abgasstrom von dem Motor 10 durch die Wärmequelle 25 erwärmt werden, bevor er zu dem ersten und dem zweiten Abschnitt 50a, 50b geleitet wird. Ein erster Teil des Abgases strömt durch den ersten Abschnitt 50a, wo die gesamte Menge oder eine wesentliche Menge des ersten Teils des Abgases die Platinbeschichtung des katalytischen Partikelfilters 32 kontaktiert, so dass ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Die Zunahme an NO₂ kann es dem katalytischen Partikelfilter 32 ermöglichen, sich in der vorstehend beschriebenen Weise zu regenerieren, und sie kann eine erhöhte Menge an NO₂ von dem ersten Abschnitt 50a zu der SCR-Vorrichtung 28 bereitstellen. Ein zweiter Teil des Abgases strömt durch den zweiten Abschnitt 50b, wo der zweite Teil des Abgases zu dem Partikelfilter 24 geleitet wird. Der Partikelfilter 24 kann Feststoffe von dem zweiten Teil des Abgases entfernen. Dann werden die jeweiligen Teile des Abgases von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 50a, 50b vereinigt und ein Reduktionsmittel wird durch den Injektor 26 in den vereinigten Strom injiziert. Der vereinigte Strom wird zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitet, welche die Menge an NOx in dem vereinigten Strom vermindert.
Die Ventile 34 in dem ersten und dem zweiten Abschnitt 50a, 50b können durch die Steuerung 12 so gesteuert werden, dass sie die jeweiligen Mengen des Stroms durch die Abschnitte 50a, 50b steuern. In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Steuerung 12 die jeweiligen Mengen des Stroms durch die Ventile 34 so steuern, dass in dem Abgasstrom, der zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitet wird, ein NO:NO₂-Verhältnis von etwa 50:50 bereitgestellt wird. Als Ergebnis kann die Reduktion von NOx in der SCR-Vorrichtung 28 effizienter und schneller sein. Das Abgasbehandlungssystem 50 kann Feststoffe (mit dem katalytischen Partikelfilter 32 in dem ersten Abschnitt 50a und dem Partikelfilter 24 in dem zweiten Abschnitt 50b) vermindern und eine stärkere Verminderung von NOx bereitstellen, bevor der Abgasstrom an die umgebende Atmosphäre abgegeben wird.
Darüber hinaus kann die Steuerung 12 die Ventile 34 so steuern, dass die Ventile 34 in dem ersten und dem zweiten Abschnitt 50a, 50b gleichzeitig geschlossen werden können. Wenn die Ventile 34 gleichzeitig geschlossen werden, wird in dem Motor 10 ein Gegendruck erzeugt, was die Temperatur des Abgasstroms erhöht. Das Abgas mit der höheren Temperatur kann zur Regenerierung des katalytischen Partikelfilters 32 in dem ersten Abschnitt 50a und des Partikelfilters 24 in dem zweiten Abschnitt 50b verwendet werden. Demgemäß kann die Wärmequelle 25 weggelassen werden.
Gemäß der in der 6 gezeigten Ausführungsform des Abgasbehandlungssystems 60 kann der Abgasstrom von dem Motor 10 durch die Wärmequelle 25 erwärmt werden, bevor er zu der teilweise beaufschlagten stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 geleitet wird. In einer exemplarischen Ausführungsform ist bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 ein Prozentsatz von weniger als 50%, z. B. etwa 25%, der Löcher 22a mit Platin beschichtet. Alternativ können bzw. kann bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 etwa 50% oder ein anderer Prozentsatz von weniger als 100% der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein. Demgemäß kann die Oxidationsvorrichtung 22 in dem zweiten Teil des Abgases einen Teil des NO zu NO₂ umwandeln. Dann kann ein Reduktionsmittel durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 in den Abgasstrom injiziert werden und der Strom aus Reduktionsmittel und Abgas kann zu der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 geleitet werden, um die Menge an NOx in dem Abgasstrom zu vermindern. Da die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62 stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung 23 einen Teil des NO in NO₂ umwandelt, kann mit der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 eine höhere NOx-Reduktionseffizienz erreicht werden.
Der Abgasstrom wird dann zu der teilweise beaufschlagten Oxidationsvorrichtung 22 geleitet. In einer exemplarischen Ausführungsform ist bei der Oxidationsvorrichtung 22 ein Prozentsatz von 50% oder mehr als 50%, z. B. etwa 65%, der Löcher 22a mit Platin beschichtet. Alternativ können bzw. kann bei der Oxidationsvorrichtung 22 etwa 75% oder ein anderer Prozentsatz von weniger als 100% der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein. Demgemäß kann die Oxidationsvorrichtung 22 in dem Abgasstrom einen Teil des NO zu NO₂ umwandeln. Die Oxidationsvorrichtung 22 kann mehr NO zu NO₂ umwandeln als die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62, da bei der Oxidationsvorrichtung 22 ein größerer Prozentsatz der Löcher 22a mit Platin beschichtet ist. Dann kann der Abgasstrom gegebenenfalls zu dem Partikelfilter 24 geleitet werden, wo Feststoffe entfernt werden können. Die Zunahme an NO₂ durch die Oxidationsvorrichtung 22 kann die Regenerierung des Partikelfilters 24 ermöglichen, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 und dem Partikelfilter 24 der in der 1 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist.
Nach dem Austreten aus dem Partikelfilter 24 wird durch den Injektor 26 Reduktionsmittel in den Abgasstrom injiziert und der Abgasstrom wird zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitet, welche die Menge an NOx in dem Abgasstrom vermindert. Das restliche NO₂ in dem Abgasstrom kann durch die SCR-Vorrichtung 28 zur Verminderung der Menge an NOx mit einer höheren Effizienz genutzt werden. In einer exemplarischen Ausführungsform können die Komponenten des Abgasbehandlungssystems 60, z. B. die stromaufwärts angeordnete Oxidationsvorrichtung 62, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23, die Oxidationsvorrichtung 22 und der Partikelfilter 24, so ausgebildet sein, dass sie ein NO:NO₂-Verhältnis in dem Abgasstrom zu der SCR-Vorrichtung 28 von etwa 50:50 bereitstellen.
Zur Bereitstellung eines NO:NO₂-Verhältnisses in dem Abgasstrom zu der SCR-Vorrichtung 28 von etwa 50:50 oder eines anderen optimalen Verhältnisses kann alternativ oder zusätzlich der Sensor 40 z. B. stromabwärts von der Oxidationsvorrichtung 22 bereitgestellt werden. Der Sensor 40 ermöglicht es der Steuerung 12, das NO:NO₂-Verhältnis zu bestimmen und für die Dosierung des Reduktionsmittels zu der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 eine Regelung bereitzustellen, wodurch die Umwandlungseffizienz der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 gesteuert werden kann. Der Sensor 40 kann ein Signal zu der Steuerung 12 übertragen, welches das NO:NO₂-Verhältnis in dem Abgasstrom angibt. Beispielsweise kann der Sensor 40 den vorstehend beschriebenen virtuellen Sensor und einen oder mehrere physische(n) Sensor(en) umfassen. Dann kann die Steuerung 12 den zeitlichen Ablauf und die Menge des durch den stromaufwärts angeordneten Injektors 21 injizierten Reduktionsmittels festlegen, um das NO:NO₂-Verhältnis des der SCR-Vorrichtung 28 zugeführten Abgasstroms zu steuern, z. B. durch Einstellen des NO:NO₂-Verhältnisses näher an 50:50. Beispielsweise kann bzw. können in dem Speicher der Steuerung 12 ein oder mehrere Kennfeld(er) gespeichert sein. Die Kennfelder können verwendet werden, um ein erfasstes NO:NO₂-Verhältnis des Abgasstroms auf der Basis der durch die physischen Sensoren erfassten Eigenschaften festzulegen, wie z. B. der Temperatur des Abgasstroms, der Raumgeschwindigkeit, des Luftstroms zu dem Motor 10, usw. Dann können die Kennfelder zur Festlegung des zeitlichen Ablaufs und der zu injizierenden Menge auf der Basis des erfassten NO:NO₂-Verhältnisses in dem Abgasstrom verwendet werden, um das NO:NO₂-Verhältnis nahe bei 50:50 zu halten. Folglich kann eine Regelung bezüglich des Verhältnisses von NO:NO₂ in dem Abgasstrom erreicht werden. Als Ergebnis kann die Verminderung von NOx in der SCR-Vorrichtung 28 über einen breiteren Bereich von Betriebsbedingungen (z. B. Abgastemperaturen) effizienter und schneller sein. Ferner kann das Abgasbehandlungssystem 60 Feststoffe in dem Abgasstrom mit dem Partikelfilter 24 vermindern und eine stärkere Verminderung von NOx bereitstellen, bevor der Abgasstrom an die umgebende Atmosphäre freigesetzt wird. Da ferner die Komponenten des Abgasbehandlungssystems 60 alter, kann durch die Regelung der Dosierung des Reduktionsmittels zu der stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtung 23 die Veränderung der Umwandlungseffizienz der anderen Komponenten, wie z. B. der Oxidationsvorrichtungen 62, 22, kompensiert werden, wodurch ein optimales NO:NO₂-Verhältnis für die SCR-Vorrichtung 28 aufrechterhalten wird. Die Regelung ermöglicht auch das aktive Steuern des NO:NO₂-Verhältnisses für die SCR-Vorrichtung 28.
Eine geringe Menge Ammoniak kann in dem Abgasstrom nach dem Hindurchtreten durch die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 zurückbleiben, z. B. in Situationen, bei denen eine Überdosierung des Reduktionsmittels durch die Injektoren 21, 26 vorliegt, oder wenn die Oxidationsvorrichtung 22 nicht das gesamte Ammoniak umwandeln kann. Die SCR-Vorrichtung 28 kann den restlichen Ammoniak (d. h. das entweichende Ammoniak) durch Umsetzen des Ammoniaks mit dem NOx in dem Abgasstrom zur Bildung von N₂ und Wasser entfernen. Ferner kann der Sensor 40 auch verwendet werden, um zu bestimmen, ob die durch den stromaufwärts angeordneten Injektor 21 injizierten Menge an Reduktionsmittel nicht innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, d. h. zu hoch oder zu niedrig ist, so dass das Entweichen von Ammoniak vermindert werden kann.
Gemäß der Ausführungsform des in der 7 gezeigten Abgasbehandlungssystems 70 kann der Abgasstrom von dem Motor 10 durch die Wärmequelle 25 erwärmt werden, bevor er zu dem ersten und dem zweiten Abschnitt 70a, 70b geleitet wird. Ein erster Teil des Abgasstroms strömt durch den ersten Abschnitt 70a, wo ein Prozentsatz des ersten Teils des Abgases die Platinbeschichtung in der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 in dem ersten Abschnitt 70a kontaktiert, so dass ein Teil des NO zu NO₂ umgewandelt wird. Der Prozentsatz wird auf der Basis der Anzahl der Löcher 22a der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62, die mit Platin beschichtet sind, festgelegt. Gleichzeitig strömt ein zweiter Teil des Abgasstroms durch den zweiten Abschnitt 70b, wo ein Prozentsatz des zweiten Teils des Abgases die Platinbeschichtung in der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72 in dem zweiten Abschnitt 70b kontaktiert, so dass NO zu NO₂ umgewandelt wird. Der Prozentsatz wird auf der Basis der Anzahl der Löcher 22a der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72, die mit Platin beschichtet sind, festgelegt. Demgemäß kann in dem ersten und dem zweiten Abschnitt 70a, 70b durch die jeweiligen stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtungen 62, 72 eine erhöhte Menge an NO₂ bereitgestellt werden.
Stromabwärts von den stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtungen 62, 72 in dem ersten bzw. dem zweiten Abschnitt 70a, 70b kann Reduktionsmittel in den Abgasstrom durch die jeweiligen stromaufwärts angeordneten Injektoren 21 injiziert werden. Der Strom aus Reduktionsmittel und Abgas kann zu den jeweiligen stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtungen 23 geleitet werden, um die Menge an NOx in dem Abgasstrom zu vermindern. Die Zunahme an NO₂ durch die stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtungen 62, 72 kann es den stromaufwärts angeordneten SCR-Vorrichtungen 23 ermöglichen, eine NOx-Reduktion schneller und effizienter durchzuführen, als es vorstehend beschrieben worden ist. Die jeweiligen Abgasströme werden dann zu den Partikelfiltern 24 in dem ersten bzw. zweiten Abschnitt 70a, 70b geleitet und die Partikelfilter 24 können Feststoffe von den jeweiligen Abgasströmen entfernen. Darüber hinaus kann ein Teil des NO₂, das durch die stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtungen 62, 72 in die Abgasströme in dem ersten bzw. zweiten Abschnitt 70a, 70b eingeführt worden ist, durch den Partikelfilter 24 zur Regenerierung genutzt werden, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der Oxidationsvorrichtung 22 und dem Partikelfilter 24 der in der 1 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist. Die jeweiligen Teile des Abgases von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 70a, 70b werden vereinigt und zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitet, welche die Menge an NOx in dem vereinigten Strom vermindert.
Die stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtungen 62, 72 können verschiedene Prozentsätze von Löchern 22a umfassen, die mit Platin beschichtet sind. In einer exemplarischen Ausführungsform kann bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 62 in dem ersten Abschnitt 70a ein Prozentsatz von weniger als 50%, z. B. 25%, der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein, und ein Prozentsatz von mehr als 50%, z. B. 65%, der Löcher 22a der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72 in dem zweiten Abschnitt 70b kann mit Platin beschichtet sein. Alternativ kann bei der stromaufwärts angeordneten Oxidationsvorrichtung 72 ein Prozentsatz von etwa 75% oder ein anderer Prozentsatz von weniger als 100% der Löcher 22a mit Platin beschichtet sein. Die Steuerung 12 kann Signale zu den stromaufwärts angeordneten Injektoren 21 senden, um die jeweiligen Mengen an Reduktionsmittel zu steuern, das in den ersten bzw. zweiten Abschnitt 70a, 70b injiziert wird, z. B. um ein NO:NO₂-Verhältnis von etwa 50:50 bereitzustellen, wodurch eine effizientere und schnellere NOx-Reduktion in der SCR-Vorrichtung 28 bereitgestellt wird. Als Ergebnis kann das Abgasbehandlungssystem 50 Feststoffe (mit den Partikelfiltern 24 in dem ersten und dem zweiten Abschnitt 70a, 70b) vermindern und eine stärkere Verminderung von NOx vor dem Freisetzen des Abgasstroms an die umgebende Atmosphäre bereitstellen.
In einem Abgassystem mit zwei Abschnitten, wie z. B. den Abgasbehandlungssystemen 30, 50, 70, 80, wie sie in den 3, 5, 7 und 8 gezeigt sind, kann es sich bei dem Partikelfilter 24 und/oder dem katalytischen Partikelfilter 32 in einem der Abschnitte oder beiden Abschnitten um einen Filter des Durchströmungstyps handeln, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Verglichen mit Filtern des Wandströmungstyps weisen Filter des Durchströmungstyps einen geringeren Gegendruck auf. Wenn sich der Gegendruck stromaufwärts von dem Filter des Durchströmungstyps aufbaut, kann eine Differenz zwischen der Zielmenge oder gewünschten Menge des Stroms durch den jeweiligen Abschnitt und der tatsächlichen Menge des Stroms durch den Abschnitt vorliegen. Die Differenz zwischen der Zielmenge/der gewünschten Menge und der tatsächlichen Menge des Stroms kann eine Abweichung von dem Zielwert des NO:NO₂-Verhältnisses, z. B. 50:50, und dem tatsächlichen NO:NO₂-Verhältnis für die SCR-Vorrichtung 28 verursachen. Wenn daher der Partikelfilter 24 und/oder der katalytische Partikelfilter 32 in einem der Abschnitte oder beiden Abschnitten ein Filter des Durchströmungstyps ist, ist das Risiko, dass ein übermäßiger Gegendruck auftritt, geringer, wodurch ein effizienteres Abgasbehandlungssystem bereitgestellt wird.
Eine oder mehrere Eigenschaft(en) des Abgasbehandlungssystems 20, 30, 50, 60, 70, 80, z. B. der Prozentsatz der Löcher 22a, die in der Oxidationsvorrichtung 22, 62, 72 beschichtet sind, die Verteilung des Stroms zwischen zwei oder mehr Abschnitten 30a, 30a', 30a'', 30a''', 30a'''', 30b, 50a, 50b, 70a, 70b, 80a, 80a', 80a'', 80b, 80b', usw., kann bzw. können auf der Basis der Anwendung experimentell bestimmt werden. Beispielsweise kann bzw. können die Eigenschaft(en) bestimmt werden, wenn eine oder mehrere Komponente(n) des Abgasbehandlungssystems 20, 30, 50, 60, 70, 80, z. B. die Komponenten des Abgasbehandlungssystems 20, 30, 50, 60, 70, 80 stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung 28, bei einer vorgegebenen Betriebsbedingung arbeiten und wenn der zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitete Abgasstrom den Zielwert des NO:NO₂-Verhältnisses von 50:50 erreicht. Die vorgegebene Betriebsbedingung kann z. B. einen vorgegebenen Massenstrom, eine vorgegebene Temperatur oder eine andere Betriebsbedingung umfassen, wenn die NOx-Umwandlung schwierig ist und/oder wenn weniger als 50% NO₂ vorliegen. Der vorgegebene Massenstrom kann z. B. eine auf das Volumen pro Stunde bezogene Raumgeschwindigkeit (VHSV) von etwa 60000 (60000 h^–1) oder weniger sein, die vorgegebene Temperatur des Abgasstroms kann z. B. etwa 250 bis 350°C betragen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der Prozentsatz von Löchern, die in der Oxidationsvorrichtung beschichtet sind und/oder die Verteilung des Stroms zwischen zwei oder mehr Abschnitten bestimmt werden, wenn die folgenden Betriebsbedingungen erreicht werden: Die Komponenten des Abgasbehandlungssystems stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung 28 weisen eine VHSV von etwa 60000 h^–1 auf, die Temperatur des zu der SCR-Vorrichtung 28 geleiteten Abgasstroms liegt bei 250 bis 350°C und der zu der SCR-Vorrichtung 28 geleitete Abgasstrom erreicht ein NO:NO₂-Verhältnis von 50:50. Die bestimmte Eigenschaft (z. B. der Prozentsatz der beschichteten Löcher und/oder die Verteilung des Stroms) kann dann zur Zieleigenschaft für das Abgasbehandlungssystem 20, 30, 50, 60, 70, 80 werden.
Im Hinblick auf die vorstehende Offenbarung kann der Fachmann zusätzliche Konfigurationen des Abgasbehandlungssystems einfach konzipieren oder ermitteln, die ausreichend sind, um die gewünschten NO₂-Steuerungsfunktionen zu realisieren. Beispielsweise veranschaulichen die Ausführungsformen der in den 8 und 9A bis 9C gezeigten Abgasbehandlungssysteme 80 zusätzliche Konfigurationen der Komponenten, wie z. B. den stromaufwärts angeordneten Injektor 21, die Oxidationsvorrichtung 22, die stromaufwärts angeordnete SCR-Vorrichtung 23 und den Partikelfilter 24, der in den 1, 3, 4A bis 4D und 5 bis 7 gezeigten Abgasbehandlungssysteme. Das in den 8 und 9A bis 9C gezeigte Abgasbehandlungssystem 80 arbeitet unter Nutzung der gleichen Betriebsprinzipien, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den 1, 3, 4A bis 4D und 5 bis 7 beschrieben worden sind.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem Abgasbehandlungssystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen sind für Fachleute in Anbetracht der Beschreibung und bei Ausführung des offenbarten Abgasbehandlungssystems offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als exemplarisch aufgefasst werden, wobei der tatsächliche Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben ist.
Zusammenfassung
ABGASBEHANDLUNGSSYSTEM MIT NO₂-STEUERUNG
Ein Abgasbehandlungssystem (30, 50, 80) umfasst einen katalytischen Partikelfilter (32), der in einer ersten Leitung (30a, 30a'', 30a''', 30a'''', 50a, 80a) angeordnet und ausgebildet ist, einen ersten Teil eines Abgasstroms zu empfangen. Der katalytische Partikelfilter ist mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet. Das Abgasbehandlungssystem umfasst auch eine zweite Leitung (30b, 50b, 80b, 80b'), die ausgebildet ist, einen zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten, und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (28, 28b), die stromabwärts von der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ist ausgebildet, einen vereinigten Abgasstrom zu empfangen, der den ersten und den zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6846464 [0004, 0004, 0004, 0005]

Claims

Abgasbehandlungssystem (30, 50, 80), umfassend: einen katalytischen Partikelfilter (32), der in einer ersten Leitung (30a, 30a'', 30a''', 30a'''', 50a, 80a) angeordnet und ausgebildet ist, einen ersten Teil eines Abgasstroms zu empfangen, wobei der katalytische Partikelfilter mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet ist, eine zweite Leitung (30b, 50b, 80b, 80b'), die ausgebildet ist, einen zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten, eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (28, 28b), die stromabwärts von der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion ausgebildet ist, einen vereinigten Abgasstrom zu empfangen, der den ersten und den zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, das ferner einen in der zweiten Leitung angeordneten Partikelfilter (24) umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, bei dem mindestens einer des katalytischen Partikelfilters und des Partikelfilters ein Filter des Durchströmungstyps ist.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, das ferner eine Oxidationsvorrichtung (22, 72) umfasst, die stromaufwärts von dem Partikelfilter in der zweiten Leitung angeordnet ist, wobei die Oxidationsvorrichtung eine Mehrzahl von Kanälen (22a) aufweist, durch die der zweite Teil des Abgasstroms strömt, wobei ein Prozentsatz von weniger als 100% der Kanäle der Oxidationsvorrichtung mit dem katalytischen Material beschichtet ist.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, bei dem der erste Teil des Abgasstroms etwa 50% des vereinigten Abgasstroms umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, weiter umfassend: einen stromaufwärts angeordneten Injektor (21), der stromaufwärts von dem katalytischen Partikelfilter angeordnet ist, wobei der stromaufwärts angeordnete Injektor ausgebildet ist, ein Reduktionsmittel in den ersten Teil des Abgasstroms zu injizieren, einen Sensor (40), der ausgebildet ist, eine Eigenschaft des katalytischen Partikelfilters zu erfassen, und eine Steuerung (12), die mit dem Sensor verbunden ist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, eine erfasste Eigenschaft zu empfangen und ein Injizieren von Reduktionsmittel durch den stromaufwärts angeordneten Injektor auf der Basis der erfassten Eigenschaft zu steuern.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, das ferner ein erstes Ventil (34) umfasst, das in mindestens einer der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 7, bei dem das erste Ventil ausgebildet ist, eine Menge eines Stroms durch das Ventil auf der Basis eines Zielwerts für das NO:NO₂-Verhältnis in dem vereinigten Abgasstrom, der zu der Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion geleitet wird, zu steuern.
Verfahren zum Behandeln eines Abgasstroms, umfassend: Erzeugen des Abgasstroms, Leiten eines ersten Teils des Abgasstroms durch eine erste Leitung (30a, 30a'', 30a''', 30a'''', 50a, 80a), die einen katalytischen Partikelfilter (32) umfasst, der mindestens teilweise mit einem katalytischen Material zum Umwandeln von NO zu NO₂ beschichtet ist, Leiten eines zweiten Teils des Abgasstroms durch eine zweite Leitung (30b, 50b, 80b, 80b'), die ausgebildet ist, den zweiten Teil des Abgasstroms um den katalytischen Partikelfilter herum zu leiten, Vereinigen des ersten und des zweiten Teils des Abgasstroms stromabwärts von dem katalytischen Partikelfilter zum Bilden eines vereinigten Abgasstroms, und Leiten des vereinigten Abgasstroms zu einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (28, 28a).
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Einstellen einer Verteilung des Stroms zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Abgasstroms umfasst.