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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung bereit und stellt nicht unbedingt den Stand der Technik dar.
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Vorgaben von Emissionsvorschriften ordnen an, dass Motoren Abgasnachbehandlungssysteme aufweisen, um den Ausstoß von beispielsweise Partikeln und NOx zu beseitigen oder zumindest wesentlich auf ein Minimum zu reduzieren. Zur Beseitigung oder Reduzierung des Ausstoßes von Partikeln und NOx können Abgasnachbehandlungssysteme Komponenten, wie z. B. einen Partikelfilter (z. B. einen Dieselpartikelfilter (DPF – Diesel Particulate Filter)), eine SCR-Komponente (SCR – Selective Catalyst Reduktion, selektive katalytische Reduktion) und eine DOC-Komponente (DOC – Diesel Oxidation Catalyst, Dieseloxidationskatalysator), umfassen.
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SCR- und DOC-Komponenten wirken allgemein mit Fluidzufuhrsystemen zusammen, die zur Behandlung des Abgases, bevor das Abgas in die SCR- oder DOC-Komponenten eintritt, ein Fluid (z. B. ein Kohlenwasserstofffluid, Harnstoff oder ein anderes Reagens) in den Abgasstrom einspritzen. Bei SCR kann beispielsweise eine Harnstoff enthaltende Reduktionsmittellösung in den Abgasstrom vor dem Eintritt in die SCR-Komponente eingespritzt werden. Bei DOC wird ein Kohlenwasserstoffreduktionsmittel, wie z. B. ein Dieselkraftstoff, in den Abgasstrom vor dem Eintritt in die DOC-Komponente eingespritzt.
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Die Fluidzufuhrsysteme beinhalten die Integration von Einspritzventilen, Pumpen, Filtern, Ventilen und anderen notwendigen Steuervorrichtungen zum Steuern der Eindosierung jedes dieser Fluide in den Abgasstrom. Allgemein können Fluidzufuhrsysteme für beispielsweise Lastkraftwagen der unteren, der mittleren und der oberen Gewichtsklasse eine einzige Einspritzquelle zur Eindosierung des Fluids in den Abgasstrom umfassen. Fluidzufuhrsysteme für Großmotoren für Lokomotiven, Schiffbau und stationäre Anwendungen können mehrere Einspritzquellen zum Einspritzen des Fluids in den Abgasstrom umfassen. Die Lösung verschiedener Probleme, wie z. B. Aufrechterhalten eines ordnungsgemäßen Einspritzdrucks, Systembeständigkeit, ausreichende Reduzierungen schädlicher Emissionen (z. B. Partikel und NOx), Kosten und Wartung, kann sich bei der Konstruktion dieser großtechnischen Anwendungen schwierig gestalten. Die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung stellen eine präzisere Steuerung des Fluiddrucks an den Einspritzventilen bereit, so dass die Größe der Sprühtröpfchen des Fluids innerhalb eines engeren Toleranzbereiches präziser reguliert werden kann.
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KURZDARSTELLUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Schutzbereichs oder aller ihrer Merkmale.
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Bei einer Ausführung stellt die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, bereit. Das Abgasnachbehandlungssystem kann eine Katalysatorkomponente und ein Abgasbehandlungsfluidzufuhrsystem zum Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in einen Abgasstrom an einer Stelle stromaufwärts der Katalysatorkomponente umfassen. Das Abgasbehandlungsfluidzufuhrsystem kann einen Tank zum Halten des Abgasbehandlungsfluids, einen Zufuhrkanal, ein oder mehrere Einspritzventile (z. B. 1–10 Einspritzventile oder mehr), ein Bypassventil und ein Steuermodul umfassen. Der Zufuhrkanal empfängt das Abgasbehandlungsfluid von dem Tank und führt das Abgasbehandlungsfluid einem Zufuhrverteiler zu. Die mehreren Einspritzventile empfangen das Abgasbehandlungsfluid von dem Zufuhrverteiler und dosieren das Abgasbehandlungsfluid in den Abgasstrom ein. Das Bypassventil gestattet selektiv, dass ein Teil des Abgasbehandlungsfluids in dem Zufuhrkanal durch einen Bypasskanal in den Tank zurückkehrt, ohne durch die Einspritzventile zu strömen. Das Steuermodul steuert das Bypassventil und die Einspritzventile basierend auf einem ersten Fluiddruck in dem Zufuhrkanal und einem zweiten Fluiddruck zwischen einem Einlass des Zufuhrverteilers und den Einspritzventilen.
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Bei einigen Ausführungsformen steuert das Steuermodul das Bypassventil dahingehend, einen vorbestimmten Fluiddruck in dem Zufuhrkanal zu erzielen, der höher als ein Sollfluiddruck an den Einspritzventilen ist.
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Bei einigen Ausführungsformen steuert das Steuermodul das Bypassventil und die Einspritzventile dahingehend, einer Druckhöhe aufgrund von Unterschieden bei der vertikalen Höhe zwischen den Einspritzventilen und einer oder mehreren Pumpen des Fluidzufuhrsystems Rechnung zu tragen.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Nachbehandlungssystem einen Rückführkanal, der nicht eingespritztes Abgasbehandlungsfluid von den Einspritzventilen zu dem Tank zurückführt und eine Kühlung der Einspritzventile gestattet.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgasbehandlungsfluidzufuhrsystem ein Rückführventil, das entlang dem Rückführkanal zwischen einem Rückführverteiler und dem Bypasskanal angeordnet ist.
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Bei einigen Ausführungsformen steuert das Steuermodul das Rückführventil basierend auf einem dritten Fluiddruck in dem Rückführkanal.
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Bei einigen Ausführungsformen sind das Bypassventil und das Rückführventil pulsbreitenmoduliert.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgasbehandlungsfluidzufuhrsystem eine Ventilbypassleitung, die gestattet, dass Fluid das Rückführventil umgeht.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Ventilbypassleitung ein Rückschlagventil, das einen Fluidstrom durch die Ventilbypassleitung in einer ersten Richtung von einer ersten Stelle zwischen dem Rückführventil und dem Tank und einer zweiten Stelle zwischen dem Rückführventil und dem Rückführverteiler gestattet und einen Fluidstrom durch die Ventilbypassleitung in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist, verhindert.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgasbehandlungsfluidzufuhrsystem eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung des Zufuhrverteilers und von Einlassleitungen der Einspritzventile.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Abgasbehandlungsfluid um ein Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluid. Das Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluid kann an einer Stelle neben der Katalysatorkomponente zerstäubt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Katalysatorkomponente um eine Oxidationskatalysatorkomponente.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Abgasbehandlungsfluid um ein Harnstoff-Abgasbehandlungsfluid. Das Harnstoff Abgasbehandlungsfluid kann an einer Stelle neben der Katalysatorkomponente zerstäubt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Katalysatorkomponente um einen SCR-Katalysator.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgasnachbehandlungssystem einen Harnstoffqualitätssensor, der stromaufwärts mindestens eines der Einspritzventile angeordnet ist.
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Bei einigen Ausführungsformen spritzen die mehreren Einspritzventile das Abgasbehandlungsfluid in einen gemeinsamen Abgasstrom ein.
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Bei einigen Ausführungsformen spritzen die mehreren Einspritzventile das Abgasbehandlungsfluid in separate Abgasströme, die zu mehreren Verbrennungsmotoren gehören, ein.
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Bei einer weiteren Ausführung stellt die vorliegende Offenbarung ein Fluidzufuhrsystem zum Einspritzen von Abgasbehandlungsfluid in einen Strom von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, bereit. Das Fluidzufuhrsystem kann einen Tank zum Fassen des Abgasbehandlungsfluids, einen Zufuhrkanal, einen Zufuhrverteiler, ein oder mehrere Einspritzventile, einen Rückführkanal, einen Bypasskanal und einen ersten und einen zweiten Drucksensor umfassen. Der Zufuhrkanal empfängt das Abgasbehandlungsfluid von dem Tank. Der Zufuhrverteiler empfängt das Abgasbehandlungsfluid von dem Zufuhrkanal. Die mehreren Einspritzventile empfangen das Abgasbehandlungsfluid von dem Zufuhrverteiler. Das Abgasbehandlungsfluid wird von den Einspritzventilen durch den Rückführkanal zu dem Tank zurückgeführt. Der Bypasskanal verbindet den Zufuhrkanal mit dem Rückführkanal und kann ein Bypassventil umfassen, das den Fluidstrom dazwischen steuert. Der erste Drucksensor kann einen ersten Druck des Abgasbehandlungsfluids in dem Zufuhrkanal messen. Das Bypassventil wird basierend auf dem ersten Druck gesteuert. Der zweite Drucksensor kann einen zweiten Druck des Abgasbehandlungsfluids in dem Zufuhrverteiler messen. Die Einspritzventile können basierend auf dem zweiten Druck gesteuert werden.
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Bei einigen Ausführungsformen wird das Bypassventil dahingehend gesteuert, einen vorbestimmten Fluiddruck in dem Zufuhrkanal zu erzielen, der höher als ein Sollfluiddruck an den Einspritzventilen ist.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Fluidzufuhrsystem ein Rückführventil, das entlang dem Rückführkanal zwischen einem Rückführverteiler und dem Bypasskanal angeordnet ist.
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Bei einigen Ausführungsformen wird das Rückführventil basierend auf einem dritten Druck in dem Rückführkanal gesteuert.
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Bei einigen Ausführungsformen sind das Bypassventil und das Rückführventil pulsbreitenmoduliert.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Fluidzufuhrsystem eine Ventilbypassleitung, die gestattet, dass Fluid das Rückführventil umgeht.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Ventilbypassleitung ein Rückschlagventil, das einen Fluidstrom durch die Ventilbypassleitung in einer ersten Richtung von einer ersten Stelle zwischen dem Rückführventil und dem Tank und einer zweiten Stelle zwischen dem Rückführventil und dem Rückführverteiler gestattet. Das Rückschlagventil verhindert einen Fluidstrom durch die Ventilbypassleitung in einer zweiten Richtung, die zur ersten Richtung entgegengesetzt ist.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Fluidzufuhrsystem eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung des Zufuhrverteilers und von Einlassleitungen der Einspritzventile.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Abgasbehandlungsfluid um ein Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluid. Das Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluid kann an einer Stelle neben einer Katalysatorkomponente in einen Abgasstrom eingespritzt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Katalysatorkomponente um eine Oxidationskatalysatorkomponente.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Abgasbehandlungsfluid um ein Harnstoff-Abgasbehandlungsfluid. Das Harnstoff-Abgasbehandlungsfluid kann an einer Stelle neben einer Katalysatorkomponente eingespritzt werden.
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Bei einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Katalysatorkomponente um einen SCR-Katalysator.
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Bei einigen Ausführungsformen spritzen die Einspritzventile das Abgasbehandlungsfluid in einen gemeinsamen Abgasstrom ein.
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Bei einigen Ausführungsformen spritzen die Einspritzventile das Abgasbehandlungsfluid in separate Abgasströme, die zu mehreren Verbrennungsmotoren gehören, ein.
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Bei einer weiteren Ausführung stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren bereit, das Zuführen von Abgasbehandlungsfluid von einem Tank zu einem Zufuhrverteiler; Steuern eines Einspritzventils, das das Abgasbehandlungsfluid von dem Zufuhrverteiler empfängt, basierend auf einem ersten Fluiddruck in dem Zufuhrverteiler; selektives Gestatten, dass ein Teil des Abgasbehandlungsfluids das Einspritzventil umgeht; und Steuern einer Menge des Abgasbehandlungsfluids, dem das Umgehen des Einspritzventils gestattet wird, basierend auf einem zweiten Fluiddruck stromaufwärts des Zufuhrverteilers umfassen kann.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Messen des zweiten Fluiddrucks mit einem Drucksensor, der entlang einem Zufuhrkanal angeordnet ist, der Abgasbehandlungsfluid von dem Tank zu dem Zufuhrverteiler zuführt.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuern des Einspritzventils Einstellen eines Pulsbreitenmodulationstastverhältnisses des Einspritzventils.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuern der Menge des Abgasbehandlungsfluids, dem das Umgehen des Einspritzventils gestattet wird, Einstellen eines Pulsbreitenmodulationstastverhältnisses eines Bypassventils.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Steuern eines Gegendrucks von Fluid an dem Einspritzventil mit einem Rückführventil, das in einem Rückführkanal angeordnet ist, durch den Abgasbehandlungsfluid von dem Einspritzventil zu dem Tank zurückgeführt wird.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuern des Gegendrucks von Fluid an dem Einspritzventil mit dem Rückführventil Steuern des Rückführventils basierend auf einem dritten Fluiddruck in dem Rückführkanal.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren selektives Gestatten, dass Abgasbehandlungsfluid das Rückführventil umgeht.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Detektieren von Fluidlecks durch Pumpen von Fluid durch den Rückführkanal zu einem Rückführverteiler.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Steuern des Rückführventils Einstellen eines Pulsbreitenmodulationstastverhältnisses des Rückführventils.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Zuführen von Abgasbehandlungsfluid Zuführen eines Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluids.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Einspritzen des Kohlenwasserstoff-Abgasbehandlungsfluids in einen Abgasstrom neben einem Oxidationskatalysator.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Zuführen von Abgasbehandlungsfluid Zuführen eines Harnstoff-Abgasbehandlungsfluids.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Einspritzen des Harnstoff-Abgasbehandlungsfluids in einen Abgasstrom neben einem SCR-Katalysator.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Steuern mehrerer Einspritzventile, die das Abgasbehandlungsfluid aus dem Zufuhrverteiler empfangen, basierend auf dem ersten Fluiddruck in dem Zufuhrverteiler.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Einspritzen des Abgasbehandlungsfluids in einen einzigen Abgasstrom mit den mehreren Einspritzventilen.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Einspritzen des Abgasbehandlungsfluids in mehrere Abgasströme mit den mehreren Einspritzventilen. Jeder der Abgasströme kann zu einem mehrerer Verbrennungsmotoren gehören.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren Zurückführen von nicht eingespritztem Abgasbehandlungsfluid von dem Einspritzventil zu dem Tank.
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Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hier bereitgestellten Beschreibung hervor. Die Beschreibung und die speziellen Beispiele in der vorliegenden Kurzdarstellung sollen lediglich der Veranschaulichung dienen und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Darstellung eines Fluidzufuhrsystems des Abgasnachbehandlungssystems von 1;
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3 ist eine schematische Darstellung eines Steuermoduls, das ein Ventil und Einspritzventile des Fluidzufuhrsystems von 2 steuert;
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4 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Fluidzufuhrsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
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5 ist eine schematische Darstellung eines Steuermoduls, das Ventile und Einspritzventile des Fluidzufuhrsystems von 4 steuert.
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Über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg geben übereinstimmende Bezugszahlen übereinstimmende Teile an.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen umfassender beschrieben.
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Es werden beispielhafte Ausführungsformen, bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Schutzumfang vollständig übermittelt. Es werden zahlreiche spezielle Details angeführt, wie z. B. Beispiele für spezielle Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die speziellen Details nicht eingesetzt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgestaltet werden können und dass keine als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend ausgelegt werden soll. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden allseits bekannte Verfahren, allseits bekannte Vorrichtungsstrukturen und allseits bekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
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Die hier verwendete Terminologie dient nur zum Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Wie hier verwendet wird, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der/die/das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Die Ausdrücke ”umfasst”, ”umfassen (d)”, ”enthalten (d)” und ”aufweisen(d)” sind inklusiv gemeint und geben deshalb das Vorhandensein von angeführten Merkmalen, ganzen zahlen, Schritten, Arbeitsgängen, Elementen und/oder Komponenten an, schließen aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen zahlen, Schritten, Arbeitsgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, verfahren und Arbeitsschritte dürfen nicht so verstanden werden, dass ihre Durchführung unbedingt in der speziellen erörterten oder dargestellten Reihenfolge erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als die Reihenfolge der Durchführung angegeben ist. Es versteht sich ferner, dass weitere oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann es bzw. sie sich direkt an dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn hingegen ein Element als ”direkt an”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet wird, sollte auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (beispielsweise ”zwischen” versus ”direkt zwischen”, ”neben” versus ”direkt neben” usw.). Wie hier verwendet, umfasst der Begriff ”und/oder” beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
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Obwohl hier die Begriffe erster, zweiter, dritter etc. zur Beschreibung verschiedener Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte verwendet werden können, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie ”erster”, ”zweiter” und sonstige hier verwendete numerische Begriffe implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern dies nicht eindeutig aus dem Kontext hervorgeht. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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1 stellt ein Abgasnachbehandlungssystem 10 zur Behandlung des von einem Verbrennungsmotor 12 in einen Auslasskanal 14 ausgegebenen Abgases dar. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann ein erstes Fluidzufuhrsystem 16, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 18, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 20, ein zweites Fluidzufuhrsystem 22 und einen SCR-Katalysator 24 umfassen. Obgleich in der Darstellung von 1 ein einziger Motor 12 Abgas in den Auslasskanal 14 ausstößt, können bei einigen Ausführungsformen mehrere Verbrennungsmotoren Abgas in den Auslasskanal 14 ausstoßen, so dass das Abgasnachbehandlungssystem 10 Abgas von all diesen Verbrennungsmotoren behandeln kann. Die mehreren Verbrennungsmotoren können gleichzeitig und/oder unabhängig voneinander in Betrieb sein.
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Das erste Fluidzufuhrsystem 16 kann einen Kohlenwasserstoff (z. B. Dieselkraftstoff) bei dem DOC 18 oder stromaufwärts davon in den Abgasstrom spritzen. Das zweite Fluidzufuhrsystem 22 kann Harnstoff (oder ein anderes Reagens) bei dem SCR-Katalysator 24 oder stromabwärts davon in den Abgasstrom spritzen. Es versteht sich, dass die speziellen Komponenten des Nachbehandlungssystems 10 und die Positionierung dieser Komponenten bezüglich der Fluidzufuhrsysteme 16, 22 von der oben beschriebenen und in 1 gezeigten Konfiguration abweichen können. Es versteht sich, dass die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auf solche Variationen anwendbar sind.
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2 stellt ein beispielhaftes Fluidzufuhrsystem dar. Eines oder beide der ersten Fluidzufuhrsysteme 16, 22 kann wie in 2 gezeigt konfiguriert sein. Somit kann die folgende Beschreibung des in 2 gezeigten Fluidzufuhrsystems gleichermaßen auf das erste und das zweite Fluidzufuhrsystem 16, 22 Anwendung finden.
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Wie in 2 gezeigt wird, kann das Fluidzufuhrsystem 16, 22 einen Tank 26, einen Filter 28, einen Temperatursensor 30, eine Pumpe 32, einen ersten Drucksensor 34, ein Bypassventil 36, einen oder mehrere Zufuhrverteiler 38, einen zweiten Drucksensor 40, ein oder mehrere Einspritzventile 42 und einen oder mehrere Rückführverteiler 44 umfassen. Der Tank 26 kann Fluid zu einem Zufuhrkanal 46 zuführen und Fluid von einem Rückführkanal 48 empfangen. Ein Bypasskanal 50 kann den Zufuhrkanal 46 direkt mit dem Rückführkanal 48 strömungsverbinden. Obgleich das in 2 dargestellte Fluidzufuhrsystem 16, 22 zwei Einspritzventile 42 umfasst, versteht sich, dass das Fluidzufuhrsystem 16, 22 eine beliebige Anzahl an Einspritzventilen 42 umfassen könnte. Zusätzlich oder alternativ dazu könnte das Fluidzufuhrsystem 16, 22 ein oder mehrere Einspritzventile 42 umfassen, die Fluid in separate Abgaskanäle 14 einspritzen, die zu verschiedenen mehrerer Motoren gehören. Es können stets einige solcher Motoren laufen, während andere abgeschaltet sein können, oder alle Motoren können gleichzeitig laufen oder gleichzeitig abgeschaltet sein. Somit kann bzw. können ein oder mehrere der Einspritzventile 42 abgeschaltet sein, während ein oder mehrere andere Einspritzventile 42 Fluid in einen Abgasstrom einspritzen kann bzw. können.
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Die Pumpe 32 kann in dem Tank 26 gespeichertes Fluid durch den Filter 28 und den Temperatursensor 30 ansaugen. Der Temperatursensor 30 kann eine Temperatur des dort hindurchströmenden Fluids detektieren und die Temperaturdaten durchgängig, periodisch oder auf Anforderung einem Steuermodul 52 übermitteln (3). Von der Pumpe 32 kann das Fluid durch den ersten Drucksensor 34 und in den Zufuhrkanal 46 strömen. Der erste Drucksensor 34 kann einen Druck des dort hindurchströmenden Fluids detektieren und die Druckdaten durchgängig, periodisch oder auf Anforderung dem Steuermodul 52 übermitteln. Von dem ersten Drucksensor 34 kann ein Teil des Fluids in dem Zufuhrkanal 46 oder das gesamte Fluid in dem Zufuhrkanal 46 in den Zufuhrverteiler 38 strömen. Der zweite Drucksensor 40 kann einen Druck des Fluids in dem Zufuhrverteiler 38 detektieren und die Druckdaten durchgängig, periodisch oder auf Anforderung dem Steuermodul 52 übermitteln.
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Von dem Zufuhrverteiler 38 kann Fluid über Zufuhrleitungen 54 den Einspritzventilen 42 zugeführt werden. Bei einigen Ausführungsformen des Fluidzufuhrsystems 22 kann bzw. können ein oder mehrere Harnstoffqualitätssensoren 58 entlang einer oder mehrerer Zufuhrleitungen 54 angeordnet sein. Der Harnstoffqualitätssensor 58 kann die Konzentration des Harnstoffs (z. B. den Ammoniakgehalt im Fluid), der den Einspritzventilen 42 zugeführt wird, erfassen. Der Harnstoffqualitätssensor 58 kann mit dem Steuermodul 52 in Verbindung stehen. Das Steuermodul 52 kann basierend auf Daten von dem Harnstoff Qualitätssensor 58 seine Steuerung des Bypassventils 36, der Einspritzventile 42 und/oder der Pumpe 32 ändern und/oder die Pumpe 32 abschalten.
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Ein erster Teil des durch die Zufuhrleitungen 54 strömenden Fluids wird in den durch den Auslasskanal 14 strömenden Abgasstrom eingespritzt. Überschüssiges Fluid (nicht eingespritztes Fluid) an den Einspritzventilen 42 strömt durch Rückführleitungen 56 zu dem Rückführverteiler 44. Das Steuermodul 52 kann den Betrieb der Einspritzventile 42 dahingehend steuern, die Menge an Fluid, die in den Abgasstrom eingespritzt wird, basierend auf Daten von dem Temperatursensor 30 und/oder dem ersten Drucksensor 34 und/oder dem zweiten Drucksensor 40 zu steuern. Bei einigen Ausführungsformen können die Einspritzventile 42 pulsbreitenmoduliert sein. Von dem Rückführverteiler 44 wird das Fluid zu dem Tank 26 zur Speicherung darin und/oder Rezirkulation durch das Fluidzufuhrsystem 16, 22 zurückgeführt.
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Das Steuermodul 52 kann den Betrieb des Bypassventils 36 dahingehend steuern, selektiv zu gestatten, dass ein Teil des Fluids in dem Zufuhrkanal 46 direkt durch den Bypasskanal 50 zu dem Rückführkanal 48 strömt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bypassventil 36 pulsbreitenmoduliert sein. Das Steuermodul 52 kann den Betrieb des Bypassventils 36 basierend auf Daten von dem Temperatursensor 30 und/oder dem ersten Drucksensor 34 und/oder dem zweiten Drucksensor 40 steuern.
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Wie oben beschrieben wird, steht das Steuermodul 52 mit dem ersten und dem zweiten Drucksensor 34, 40, dem Temperatursensor 30, dem Bypassventil 36 und den Einspritzventilen 42 in Verbindung. Das Steuermodul 52 kann beispielsweise einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit – anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis); einen elektronischen Schaltkreis; einen Prozessor (geteilt, dediziert oder gruppiert) und/oder Speicher (geteilt, dediziert oder gruppiert), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, und/oder einen kombinierten logischen Schaltkreis, und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, umfassen oder ein Teil davon sein. Das Steuermodul 52 kann ein Teil einer Steuereinheit, die ein oder mehrere andere Fahrzeugsysteme steuert, sein oder diese umfassen. Alternativ dazu kann das Steuermodul 52 eine Steuereinheit sein, die eigens für das Abgasnachbehandlungssystem 10 oder das Fluidzufuhrsystem 16, 22 vorgesehen ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Steuermodul 52 mit der Pumpe 32 in Verbindung stehen und deren Betrieb steuern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Steuermodul 52 die Pumpe 32 basierend auf von einem oder mehreren der Sensoren 30, 34, 40 empfangenen Daten dahingehend steuern (z. B. eine Geschwindigkeit oder ein Tastverhältnis der Pumpe 32 variieren), die gewünschten Durchsätze und/oder Fluiddrücke zu erzielen.
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Basierend auf den von dem ersten Drucksensor 34 empfangenen Daten kann das Steuermodul 52 das Bypassventil 36 dahingehend steuern, einen ersten vorbestimmten Fluiddruck in dem Zufuhrkanal 46 zu erzielen. Der erste vorbestimmte Fluiddruck kann ein Druck sein, der an einem oder mehreren der Einspritzventile 42 über einem gewünschten Sollfluiddruck liegt. Bei dem ersten vorbestimmten Fluiddruck und/oder dem Solldruck an den Einspritzventilen kann es sich um konstante Werte oder Werte, die sich basierend auf Betriebsbedingungen des einen oder der mehreren Motoren 12 (z. B. Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Abgastemperatur, Abgasdurchsatz) und/oder beispielsweise Temperaturdaten von dem Temperatursensor 30, ändern, handeln.
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Das Steuermodul 52 kann das Pulsbreitenmodulation(PWM – Pulse Width Modulation)-Tastverhältnis dahingehend einstellen, den ersten vorbestimmten Fluiddruck in dem Zufuhrkanal 46 zu erzielen. Das bedeutet, dass das Steuermodul 52, wenn der Fluiddruck in dem Zufuhrkanal 46 (d. h. an dem ersten Drucksensor 34) höher als der erste vorbestimmte Fluiddruck ist, das PWM-Tastverhältnis dahingehend einstellen kann, zu gestatten, dass mehr Fluid von dem Zufuhrkanal 46 durch den Bypasskanal 50 zu dem Rückführkanal 48 (der zurück zu dem Tank 26 führt) strömt. Wenn der Fluiddruck in dem Zufuhrkanal 46 (d. h. an dem ersten Drucksensor 34) unter dem ersten vorbestimmten Fluiddruck liegt, kann das Steuermodul 52 das PWM-Tastverhältnis dahingehend einstellen, den Fluidstrom durch den Zufuhrkanal 46 zu beschränken, wodurch dem Zufuhrverteiler 38 mehr Fluid zugeführt wird.
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Basierend auf von dem zweiten Drucksensor 40 empfangenen Daten kann das Steuermodul 52 das PWM-Tastverhältnis der Einspritzventile 42 dahingehend steuern, einen gewünschten Solldruck in den Zufuhrleitungen 54 in der Nähe der Einspritzventile 42 zu erzielen. Das bedeutet, dass das Steuermodul 52, wenn der Fluiddruck an dem zweiten Drucksensor 40 unter einem zweiten vorbestimmten Fluiddruck liegt, dass PWM-Tastverhältnis der Einspritzventile 42 dahingehend einstellen kann, die Menge an Fluid, die in den Abgasstrom 14 eingespritzt wird, zu reduzieren. Wenn der Fluiddruck an dem zweiten Drucksensor 40 höher als der zweite vorbestimmte Fluiddruck ist, kann das Steuermodul 52 das PWM-Tastverhältnis der Einspritzventile 42 dahingehend einstellen, die Menge an Fluid, die in den Abgasstrom 14 eingespritzt wird, zu erhöhen. Bei dem zweiten vorbestimmten Fluiddruck kann es sich um einen konstanten Wert oder einen Wert, der sich basierend auf Betriebsbedingungen des einen oder der mehreren Motoren 12 (z. B. Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Abgastemperatur, Abgasdurchsatz) und/oder beispielsweise Temperaturdaten von dem Temperatursensor 30, ändert, handeln.
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Es versteht sich, dass es jederzeit wünschenswert sein kann, dass ein oder mehrere der Einspritzventile 42 Fluid in den Abgasstrom 14 einspritzen, während ein anderes oder mehrere der Einspritzventile 42 abgeschaltet sind (das heißt kein Fluid in den Abgasstrom 14 einspritzen). Bei der Steuerung des PWM-Tastverhältnisses des Bypassventils 36 und/oder eines oder mehrerer der Einspritzventile 42 kann das Steuermodul 52 berücksichtigen, ob ein oder mehrere der Einspritzventile 42 zu einem gegebenen Zeitpunkt abgeschaltet sind, und die Tastverhältnisse der sich im Betrieb befindlichen Einspritzventile 42 entsprechend einstellen. Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere Einspritzventile 42 bei einem anderen PWM-Tastverhältnis als ein oder mehrere andere Einspritzventile 42 betrieben werden. Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können ein oder mehrere der Einspritzventile 42 eine andere Öffnungsgröße als ein oder mehrere andere Einspritzventile 42 zum Einspritzen unterschiedlicher Mengen an Fluid mit demselben oder verschiedenen Drücken aufweisen.
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Mit Bezug auf 4 und 5 wird ein weiteres Fluidzufuhrsystem 116 bereitgestellt. Das Fluidzufuhrsystem 116 kann anstelle eines der Fluidzufuhrsysteme 16, 22 in das Abgasnachbehandlungssystem 10 integriert sein. Die Struktur und die Funktion des Fluidzufuhrsystems 116 können denen des oben beschriebenen Fluidzufuhrsystems 16, 22 ähneln oder identisch dazu sein, abgesehen von etwaigen Ausnahmen, die im Folgendem beschrieben und/oder in den Figuren gezeigt werden. Daher werden ähnliche Merkmale nicht erneut detailliert beschrieben.
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Das Fluidzufuhrsystem 116 kann einen Tank 126, einen Filter 128, einen Temperatursensor 130, eine Pumpe 132, einen ersten Drucksensor 134 (der in einem Zufuhrkanal 146 angeordnet ist), ein Bypassventil 136 (das in einem Bypasskanal 150 angeordnet ist), einen oder mehrere Zufuhrverteiler 138, einen zweiten Drucksensor 140, eine oder mehrere Zufuhrleitungen 154, ein oder mehrere Einspritzventile 142, eine oder mehrere Rückführleitungen 156, einen oder mehrere Rückführverteiler 144, einen dritten Drucksensor 145, ein Rückführventil 147 (das in einem Rückführkanal 148 angeordnet ist) und ein Rückschlagventil 149 (das in einer Ventilbypassleitung 151 angeordnet ist) umfassen. Ein Steuermodul 152 kann mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Drucksensor 134, 140, 145, dem Temperatursensor 130, dem Bypassventil 136, den Einspritzventilen 142 und dem Rückführventil 147 in Verbindung stehen. Das Steuermodul 152 kann den Betrieb des Bypassventils 136, der Einspritzventile 142 und des Rückführventils 147 basierend auf von einem oder mehreren der Sensoren 130, 134, 140, 145 empfangenen Daten steuern. Die Struktur und die Funktion des Steuermoduls 152, der Sensoren 130, 134, 140, des Bypassventils 136 und der Einspritzventile 142 können denen des Steuermoduls 52, der Sensoren 30, 34, 40, des Bypassventils 36 und der Einspritzventile 42, die oben beschrieben werden, ähneln oder identisch dazu sein, abgesehen von etwaigen Ausnahmen, die im Folgendem beschrieben werden. Daher werden ähnliche Merkmale nicht erneut detailliert beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen kann bzw. können eine oder mehrere der Zufuhrleitungen 154 einen Harnstoffqualitätssensor 158 umfassen. Die Struktur und die Funktion des Harnstoffqualitätssensors 158 können denen des oben beschriebenen Harnstoffqualitätssensors 58 ähneln oder identisch dazu sein.
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Der dritte Drucksensor 145 kann einen Druck von Fluid in dem Rückführkanal 148 detektieren und diese Daten durchgängig, periodisch oder auf Anfrage dem Steuermodul 152 übermitteln. Basierend auf Daten von dem dritten Drucksensor 145 kann das Steuermodul 152 das PWM-Tastverhältnis des Rückführventils 147 dahingehend einstellen, einen dritten vorbestimmten Fluiddruck in dem Rückführkanal 148 zu erzielen. Das bedeutet, dass das Steuermodul 152, wenn der Fluiddruck in dem Rückführkanal 148 (d. h. an dem dritten Drucksensor 145) höher als der dritte vorbestimmte Fluiddruck ist, das PWM-Tastverhältnis dahingehend einstellen kann, zu gestatten, dass mehr Fluid durch den Rückführkanal 148 strömt. Wenn der Fluiddruck in dem Rückführkanal 148 (d. h. an dem dritten Drucksensor 145) unter dem dritten vorbestimmten Fluiddruck liegt, kann das Steuermodul 152 das PWM-Tastverhältnis des Rückführventils 147 dahingehend einstellen, den Fluidstrom dort hindurch zu beschränken. Die derartige Steuerung des Rückführventils 147 wirkt dahingehend, den Gegendruck an den Einspritzventilen 142 abzustimmen und eine Menge an Wärmeübertragung von den Einspritzventilen 142 auf das nicht eingespritzte Fluid abzustimmen. Bei dem dritten vorbestimmten Fluiddruck kann es sich um einen konstanten Wert oder einen Wert, der sich basierend auf Betriebsbedingungen des einen oder der mehreren Motoren 12 (z. B. Motordrehzahl, Motorlast, Motortemperatur, Abgastemperatur, Abgasdurchsatz) und/oder beispielsweise Temperaturdaten von dem Temperatursensor 130, ändert, handeln.
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Die Ventilbypassleitung 151 ist mit dem Rückführkanal 148 verbunden und gestattet, dass Fluid das Rückführventil 147 umgeht, wenn die Ventile 136, 147 und die Einspritzventile aus (geschlossen) sind. Das Rückschlagventil 149 kann gestatten, dass Fluid in dem Rückführkanal 148 zwischen dem Tank 126 und dem Rückführventil 147 durch die Ventilbypassleitung 151 zu einer Stelle in dem Rückführkanal 148 zwischen dem Rückführventil 147 und dem Rückführverteiler 144 strömt. Das Rückschlagventil 149 kann einen Fluidstrom durch die Ventilbypassleitung 151 in der entgegengesetzten Richtung verhindern. Auf diese Weise verhindert das Rückschlagventil 149 bei Normalbetrieb des Nachbehandlungssystems 10 (bei dem ein oder mehrere der Einspritzventile 142 im Betrieb sind), dass Fluid das Rückführventil 147 umgeht. Das Rückschlagventil 149 und die Ventilbypassleitung 151 gestatten, dass das Fluidzufuhrsystem 116 (z. B. durch Pumpen von Fluid aus dem Tank 126 oder Luft mit einer Hilfspumpe (nicht gezeigt) zu dem Rückführverteiler 144 durch den Rückführkanal 148) zum Säubern des Fluidzufuhrsystems 116, zur Prüfung auf Lecks in dem Fluidzufuhrsystem 116 und/oder zum Spülen von Flüssigkeit aus einer oder mehreren Komponenten oder Rohren des Fluidzufuhrsystems 116, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit dort gefriert, rückgespült wird.
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Obgleich die Ventile 36, 136, 147 und die Einspritzventile 42, 142 nach der obigen Beschreibung pulsbreitenmoduliert sind, versteht sich, dass einige oder alle der Ventile 36, 136, 147 und/oder der Einspritzventile 42, 142 bei einigen Ausführungsformen nicht pulsbreitenmoduliert sein können. Stattdessen können einige oder alle der Ventile 36, 136, 147 und/oder Einspritzventile 42, 142 durch Variieren der Ventilstellungen zwischen vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Stellungen gesteuert werden.
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Obgleich dies in den Figuren nicht gezeigt wird, kann das Fluidzufuhrsystem 16, 22, 116 bei einigen Ausführungsformen ein zusätzliches Bypassventil (z. B. ein PWM-Bypassventil) umfassen, das selektiv gestattet, dass Fluid an dem Zufuhrverteiler 38, 138 oder zwischen dem Zufuhrverteiler 38, 138 und den Einspritzventilen 42, 142 die Einspritzventile 42, 142 umgeht und direkt zu dem Rückführkanal 48, 148 strömt. Solch ein Ventil kann beispielsweise vorteilhafterweise in ein System mit einer großen Anzahl an Einspritzventilen (z. B. 8 oder mehr), die durch denselben Zufuhrverteiler versorgt werden, integriert sein.
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Obgleich die Systeme 16, 22, 116 gemäß der Darstellung in den Figuren ein einziges Bypassventil 36, 136 und einen einzigen Bypasskanal 50, 150 aufweisen, können die Systeme 16, 22, 116 bei einigen Ausführungsformen mehrere Bypassventile 36, 136 und/oder mehrere Bypasskanäle 50, 150 umfassen.
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Des Weiteren können die Einspritzventile 42, 142, obgleich die Systeme 16, 22, 116 gemäß der obigen Beschreibung Rückführkanäle 48, 148 aufweisen, die nicht eingespritztes Fluid von den Einspritzventilen 42, 142 empfangen, bei einigen Ausführungsformen das gesamte Fluid, das ihnen zugeführt wird, einspritzen. Das bedeutet, dass die Einspritzventile 42, 142 nicht dafür ausgestattet sein können, Reagensfluid zum Kühlen und Zurückführen zum Tank 26, 126 zu empfangen. Bei solchen Ausführungsformen können die Systeme 16, 22, 116 keine Rückführleitungen 56, 156, die die Einspritzventile 42, 142 mit Rückführverteilern 44, 144 und dem Tank 26, 126 strömungskoppeln, umfassen. Bei einigen Ausführungsformen können die Einspritzventile 42, 142 Kühlmäntel umfassen, die ein Kühlmittelfluid (z. B. ein Fluid, bei dem es sich nicht um Harnstoff- oder Kohlenwasserstofffluid handelt) empfangen.
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Es versteht sich, dass der Zufuhrverteiler 38, 138 und der Rückführverteiler 44, 144 aus einem gemeinsamen Verteilerblock gebildet sein könnten, oder der Zufuhrverteiler 38, 138 und der Rückführverteiler 44, 144 eigenständige und separate Komponenten sein könnten.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zur Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo zutreffend, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn nicht speziell gezeigt oder beschrieben. Diese kann auch auf verschiedene Weise geändert werden. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden, und alle solchen Modifikationen sollen im Schutzumfang der Offenbarung mit enthalten sein.
