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QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 62/355,708 , eingereicht am 28. Juni 2016, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein das Gebiet von Nachbehandlungssystemen für Verbrennungsmotoren.
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HINTERGRUND
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Bei Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, können Stickoxid-Verbindungen (NOx-Verbindungen) in das Abgas abgegeben werden. Zum Reduzieren von NOx-Emissionen kann ein SCR-Verfahren eingesetzt werden, um die NOx-Verbindungen mit Hilfe eines Katalysators und eines Reduktionsmittels in neutrale Verbindungen wie zweiatomigen Stickstoff, Wasser oder Kohlendioxid umzuwandeln. Der Katalysator kann in einer Katalysatorkammer eines Abgassystems, beispielsweise eines Fahrzeugs oder einer Energieerzeugungseinheit, enthalten sein. Ein Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniakanhydrid oder Harnstoff, wird üblicherweise vor der Katalysatorkammer in den Abgasstrom eingebracht. Um das Reduktionsmittel für den SCR-Prozess in den Abgasstrom einzubringen, kann ein SCR-System das Reduktionsmittel durch ein Dosiermodul, das das Reduktionsmittel der Katalysatorkammer vorgelagert in ein Abgasrohr der Abgasanlage verdampft oder sprüht, dosieren oder anderweitig einbringen. Das SCR-System kann einen oder mehrere Sensoren einschließen, um die Bedingungen innerhalb des Abgassystems zu überwachen.
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DARSTELLUNG
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Die hier beschriebenen Implementierungen beziehen sich auf die NH3-Schlupferkennung unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors.
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Eine Implementierung bezieht sich auf ein Verfahren zum Detektieren von NH3-Schlupf unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors. Das Verfahren beinhaltet das Zugreifen auf einen Temperaturwert eines Katalysators, das Feststellen, dass der Temperaturwert des Katalysators einen vorbestimmten Wert überschreitet, das Feststellen, dass eine oder mehrere Vorbedingungen erfüllt sind, das Zugreifen auf ein Systemausgangs-NOx-Messsignal von dem Systemausgangs-NOx-Sensor, das Feststellen eines geschätzten Systemausgangs-NOx-Werts, das Berechnen eines Deltawerts auf der Basis des Systemausgangs-NOx-Messsignals und des geschätzten Systemausgangs-NOx-Werts, und das Setzen eines Flags, der einen NH3-Schlupf für ein Abgassystem angibt, als Reaktion darauf, dass ein Mittelwert von Deltawerten, einschließlich des berechneten Deltawerts, für eine vorbestimmte Zeitspanne einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren Vorbedingungen das Feststellen einer Korrelation zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und einem Motorausgangs-NOx-Messsignal. Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren Vorbedingungen das Feststellen, dass ein Motor- oder Leerlaufereignis nicht aufgetreten ist. Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren Vorbedingungen, dass das Systemausgangs-NOx-Messsignal einen vorbestimmten Wert überschreitet. Bei einigen Implementierungen basiert das Feststellen des geschätzten Systemausgangs-NOx-Werts auf einem gefilterten Systemausgangs-NOx-Messsignal des Systems. Bei einigen Implementierungen beträgt der vorbestimmte Temperaturwert 300 Grad Celsius. In einigen Implementierungen umfasst das Berechnen des Delta-Werts eine Differenz zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und dem geschätzten Systemausgangs-NOx-Wert.
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Eine andere Implementierung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines NH3-Schlupfes unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors. Das Verfahren beinhaltet das Zugreifen auf einen Temperaturwert eines Katalysators, das Feststellen, dass der Temperaturwert des Katalysators unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, das Feststellen, dass eine oder mehrere Vorbedingungen erfüllt sind, das Zugreifen auf eine Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen, das Berechnen eines Mittelwerts der Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen und das Setzen eines Flags, der einen NH3-Schlupf für ein Abgassystem angibt, als Reaktion darauf, dass der berechnete Mittelwert der Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen für eine vorbestimmte Zeitspanne einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren Vorbedingungen das Feststellen einer Korrelation zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und einem Motorausgangs-NOx-Messsignal. Bei einigen Implementierungen beträgt der vorbestimmte Temperaturwert 300 Grad Celsius. Bei einigen Implementierungen werden die mehreren Systemausgangs-NOx-Messsignale von dem Systemausgangs-NOx-Sensor empfangen.
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Eine weitere Implementierung betrifft ein System, das ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Katalysator und einen Systemausgangs-NOx-Sensor beinhaltet. Das System beinhaltet auch eine Steuerung, die konfiguriert ist, um auf einen Temperaturwert des Katalysators zuzugreifen, festzustellen, dass der Temperaturwert des Katalysators einen vorbestimmten Wert überschreitet, festzustellen, dass eine oder mehrere erste Vorbedingungen erfüllt sind, auf ein Systemausgangs-NOx-Messsignal von dem Systemausgangs-NOx-Sensor zuzugreifen, einen geschätzten Systemausgangs-NOx-Wert zu Feststellen, einen Deltawert auf der Basis des Systemausgangs-NOx-Messsignals und des geschätzten Systemausgangs-NOx-Werts zu berechnen und einen Flag zu setzen, der einen NH3-Schlupf für ein Abgasnachbehandlungssystem angibt, als Reaktion darauf, dass ein Mittelwert von Deltawerten, einschließlich des berechneten Deltawerts, für eine vorbestimmte Zeitspanne einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren ersten Vorbedingungen das Feststellen einer Korrelation zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und einem Motorausgangs-NOx-Messsignal. Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren ersten Vorbedingungen das Feststellen, dass ein Motor- oder Leerlaufereignis nicht aufgetreten ist. Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren ersten Vorbedingungen, dass das Systemausgangs-NOx-Messsignal einen vorbestimmten Wert überschreitet. Bei einigen Implementierungen basiert das Feststellen des geschätzten Systemausgangs-NOx-Werts auf einem gefilterten Systemausgangs-NOx-Messsignal des Systems. In einigen Implementierungen umfasst das Berechnen des Delta-Werts eine Differenz zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und dem geschätzten Systemausgangs-NOx-Wert. In einigen Implementierungen ist die Steuerung weiterhin konfiguriert, um festzustellen, dass der Temperaturwert des Katalysators unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, festzustellen, dass eine oder mehrere zweite Vorbedingungen erfüllt sind, auf eine Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen zuzugreifen, einen Mittelwert der Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen zu berechnen und den Flag zu setzen, der einen NH3-Schlupf für ein Abgasnachbehandlungssystem angibt, als Reaktion darauf, dass der berechnete Mittelwert der Vielzahl von Systemausgangs-NOx-Messsignalen für eine vorbestimmte Zeitspanne einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei einigen Implementierungen beinhalten die eine oder die mehreren zweiten Vorbedingungen das Feststellen einer Korrelation zwischen dem Systemausgangs-NOx-Messsignal und einem Motorausgangs-NOx-Messsignal. Bei einigen Implementierungen beträgt der vorbestimmte Temperaturwert 300 Grad Celsius.
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Figurenliste
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Die Details einer oder mehrerer Implementierungen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden anhand der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich, in denen:
- 1 ein schematisches Schaubild eines beispielhaften selektiven katalytischen Reduktionssystems mit einem beispielhaften Reduktionsmittelzufuhrsystem für eine Abgasanlage;
- 2 ein graphisches Diagramm, das Erhöhungen eines Delta-Werts zwischen einem gemessenen SONOX-Signal und einem geschätzten SONOX-Wert zeigt, was einen NH3-Schlupf unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors anzeigt;
- 3 ein graphisches Diagramm, das Korrelationswerte zwischen einem gemessenen SONOX-Signal und einem Motorausgangs-NOx-Messsignal als eine Vorbedingung zum Erkennen von NH3-Schlupf unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors darstellt;
- 4 ein graphisches Diagramm, das Erhöhungen eines Delta-Werts zwischen einem gemessenen SONOX-Signal und einem geschätzten SONOX-Wert nach einem Motor- oder Leerlaufereignis als Vorbedingung zum Erkennen eines NH3-Schlupfs unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors zeigt;
- 5 ein graphisches Diagramm, das gemessene SONOX-Signale bei niedrigen Katalysatortemperaturen darstellt, um einen NH3-Schlupf unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors zu detektieren; und
- 6 ein Prozessdiagramm zum Erkennen eines NH3-Schlupfs unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors ist.
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Es ist anzumerken, dass es sich bei manchen oder allen der Figuren um schematische Darstellungen zu Zwecken der Veranschaulichung handelt. Die Figuren werden zum Zweck der Veranschaulichung einer oder mehrerer Implementierungen mit dem expliziten Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht verwendet werden, um den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu beschränken.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es folgen detailliertere Beschreibungen verschiedener Konzepte im Zusammenhang mit und Implementierungen von Verfahren, Vorrichtungen und Systemen zur NH3-Schlupferkennung unter Verwendung eines Systemausgangs-NOx-Sensors. Die verschiedenen, vorstehend vorgestellten und nachstehend ausführlich beschriebenen Konzepte können auf eine von zahlreichen Weisen implementiert werden, da die beschriebenen Konzepte nicht auf eine bestimmte Art und Weise der Implementierung beschränkt sind. Beispiele für spezielle Implementierungen und Anwendungen werden hauptsächlich zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt.
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Übersicht
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Bei manchen Abgasanlagen kann ein Sensormodul stromab eines SCR-Katalysators angeordnet sein, um eine oder mehrere Emissionen in dem Abgasstrom hinter dem SCR-Katalysator zu erkennen. Zum Beispiel kann ein NOx-Sensor nach dem SCR-Katalysator positioniert werden, um NOx innerhalb des Abgases zu erfassen, das den Auspuff des Fahrzeugs verlässt. Solche Emissionssensoren können nützlich sein, um einer Steuereinheit eine Rückkopplung bereitzustellen, um einen Betriebsparameter des Nachbehandlungssystems des Fahrzeugs zu modifizieren. Zum Beispiel kann ein NOx-Sensor verwendet werden, um eine Menge von NOx zu erfassen, die das Fahrzeugabgassystem verlässt, und falls das erfasste NOx zu hoch oder zu niedrig ist, kann die Steuereinheit eine Menge von Reduktionsmittel modifizieren, das durch ein Dosiermodul zugeführt wird.
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In einigen Fällen können andere Sensoren enthalten sein, um andere Verbindungen zu erfassen, wie beispielsweise ein NH3-Sensor. Jedoch können derartige Sensoren die Kosten und die Komplexität des Systems erhöhen. Dementsprechend kann es nützlich sein, die Querempfindlichkeit eines NOs-Sensors zu verwenden, um zu erfassen, wann ein NH3-Schlupf auftritt.
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II. Überblick über das Nachbehandlungssystem
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1 stellt ein Nachbehandlungssystem 100 mit einem beispielhaften Reduktionsmittelzufuhrsystem 110 für eine Abgasanlage 190 dar. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102 ein, sowie das Reduktionsmittelzufuhrsystem 110, eine Zersetzungskammer oder einen Reaktor 104, einen SCR-Katalysator 106 und einen Sensor 150.
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Der DPF 102 ist dazu konfiguriert, Feinstaub, beispielsweise Ruß, aus in der Abgasanlage 190 strömendem Abgas zu entfernen. Der DPF 102 beinhaltet einen Einlass, durch den das Abgas eintritt, und einen Auslass, durch den das Abgas austritt, nachdem Feinstaub im Wesentlichen aus dem Abgas gefiltert wurde und/oder Feinstaub in Kohlendioxid umgewandelt wurde.
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Die Zersetzungskammer 104 ist dazu konfiguriert, ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff, wässrige Ammoniaklösung oder DEF in Ammoniak umzuwandeln. Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet ein Reduktionsmittelzuführsystem 110 mit einem Dosiermodul 112, das dazu konfiguriert ist, das Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Bei einigen Implementierungen wird das Reduktionsmittel vor dem SCR-Katalysator 106 eingespritzt. Die Reduktionsmitteltröpfchen durchlaufen dann die Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak innerhalb der Abgasanlage 190 zu bilden. Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet einen Einlass in Fluidverbindung mit dem DPF 102, um das Abgas aufzunehmen, das NOx-Emissionen enthält, sowie einen Auslass für das Abgas, NOx-Emissionen, Ammoniak und/oder verbleibendes Reduktionsmittel für die Strömung zum SCR-Katalysator 106.
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Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet das an der Zersetzungskammer 104 angebrachte Dosiermodul 112 dergestalt, dass das Dosiermodul 112 das Reduktionsmittel in die Abgase dosieren kann, die in die Abgasanlage 190 strömen. Das Dosiermodul 112 kann einen Isolator 114 beinhalten, der zwischen einem Abschnitt des Dosiermoduls 112 und dem Abschnitt der Zersetzungskammer 104 angeordnet ist, an dem das Dosiermodul 112 montiert ist. Das Dosiermodul 112 ist fluidisch mit einer oder mehreren Reduktionsmittelquellen 116 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann eine Pumpe 118 verwendet werden, um die Reduktionsmittelquelle 116 für die Zufuhr zum Dosiermodul 112 mit Druck zu beaufschlagen.
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Das Dosiermodul 112 und die Pumpe 118 sind ebenfalls elektrisch oder kommunikativ mit einer Steuerung 120 gekoppelt. Die Steuerung 120 ist dazu konfiguriert, das Dosiermodul 112 zu steuern, um Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Die Steuerung 120 kann auch zum Steuern der Pumpe 118 konfiguriert sein. Die Steuerung 120 kann einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application-specific integrated circuit (ASIC)), eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (field-programmable gate array (FPGA)) usw. oder Kombinationen davon beinhalten. Die Steuerung 120 kann einen Speicher beinhalten, der unter anderem eine elektronische, optische, magnetische oder eine andere Datenspeicher- oder Übermittlungsvorrichtung beinhaltet, die in der Lage ist, einem Prozessor, einer ASIC, einer FPGA usw. Programmanweisungen bereitzustellen. Der Speicher kann einen Speicherchip, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM)), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read only memory (EPROM)), einen Flash-Speicher oder einen anderen geeigneten Speicher beinhalten, aus dem die Steuerung 120 Anweisungen lesen kann. Die Anweisungen können Code von einer beliebigen geeigneten Programmiersprache beinhalten.
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Bei bestimmten Implementierungen ist die Steuerung 120 derart strukturiert, dass sie bestimmte Vorgänge durchführt, wie beispielsweise die hier in Bezug auf 6 beschriebenen. Bei bestimmten Umsetzungsformen stellt die Steuerung 120 einen Teil eines Verarbeitungsuntersystems dar, das ein oder mehrere Rechenvorrichtungen mit Speicher-, Verarbeitungs- und Kommunikationshardware einschließt. Bei der Steuerung 120 kann es sich um eine einzelne Vorrichtung oder eine verteilte Vorrichtung handeln, und die Funktionen der Steuerung 120 können durch Hardware und/oder als Computerbefehle auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Datenspeichermedium durchgeführt werden.
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Bei bestimmten Umsetzungsformen beinhaltet die Steuerung 120 ein oder mehrere Module oder Schaltungen, die strukturiert sind, die Operationen der Steuerung 120 funktional auszuführen. In bestimmten Implementierungen kann die Steuerung 120 ein NOx-Wert-Korrekturmodul zum Durchführen der in 6 beschriebenen Operationen einschließen. Die Beschreibung hierin, einschließlich der Module, betont die strukturelle Unabhängigkeit der Aspekte der Steuerung 120 und veranschaulicht ein mögliches Gruppieren von Operationen und Verantwortlichkeiten der Steuerung 120. Andere Gruppierungen, die ähnliche Gesamtoperationen durchführen, sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen zu betrachten. Module können in Hardware und/oder als Computerbefehle auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Datenspeichermedium implementiert sein, und Module können über verschiedene Hardware oder computerbasierte Komponenten verteilt sein. Genauere Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen der Steueroperationen sind in dem Abschnitt zu zu finden.
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Beispielhafte und nicht einschränkende Modulimplementierungselemente schließen Sensoren ein, die einen beliebigen hierin angegebenen Wert bereitstellen, Sensoren, die einen beliebigen Wert bereitstellen, bei dem es sich um einen Vorläufer zu einem hierin angegebenen Wert handelt, Datalink- und/oder Netzwerkhardware einschließlich von Kommunikationschips, oszillierenden Kristallen, Kommunikationsverbindungen, Kabeln, Twisted-Pair-Verdrahtungen, Koaxialverdrahtungen, abgeschirmten Verdrahtungen, Sendern, Empfängern und/oder Sender-Empfängern, Logikschaltungen, fest verdrahteten Logikschaltungen, rekonfigurierbaren Logikschaltungen in einem bestimmten, nichtflüchtigen Zustand, die entsprechend der Modulspezifikation konfiguriert sind, Aktoren einschließlich mindestens eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktors, einer Magnetspule, eines Operationsverstärkers, analoger Steuerelemente (Federn, Filter, Integratoren, Addierer, Teiler, Verstärkungselemente) und/oder digitaler Steuerelemente.
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Der SCR-Katalysator 106 ist dazu konfiguriert, zur Verringerung von NOx-Emissionen beizutragen, indem ein NOx-Reduktionsprozess zwischen dem Ammoniak und dem NOx des Abgases in zweiatomigen Stickstoff, Wasser und/oder Kohlendioxid beschleunigt wird. Der SCR-Katalysator 106 beinhaltet einen Einlass in Fluidverbindung mit der Zersetzungskammer 104, von der Abgas und Reduktionsmittel empfangen werden, und einen Auslass in Fluidverbindung mit einem Ende der Abgasanlage 190.
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Die Abgasanlage 190 kann ferner einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) in Fluidverbindung mit der Abgasanlage 190 beinhalten (z. B. dem SCR-Katalysator 106 nachgelagert oder dem DPF 102 vorgelagert), um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas zu oxidieren.
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Bei manchen Ausführungen kann der DPF 102 der Zersetzungskammer oder dem Reaktorrohr 104 nachgelagert positioniert sein. Beispielsweise können der DPF 102 und der SCR-Katalysator 106 in einer einzelnen Einheit, wie etwa einer SDPF, kombiniert sein. Bei manchen Ausführungen kann das Dosiermodul 112 stattdessen einem Turbolader nachgelagert oder einem Turbolader vorgelagert positioniert sein.
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Der Sensor 150 kann mit dem Abgassystem 190 gekoppelt sein, um einen Zustand des Abgasstroms durch das Abgassystem 190 zu erkennen. Bei einigen Implementierungen kann der Sensor 150 einen innerhalb des Abgassystems 190 angeordneten Teil haben, z. B. kann eine Spitze des Sensors 150 in einen Teil des Abgassystems 190 verlaufen. Bei anderen Implementierungen kann der Sensor 150 Abgas durch eine andere Leitung empfangen, wie z. B. durch ein Probenrohr, das vom Abgassystem 190 verläuft. Während der Sensor 150 so dargestellt ist, dass er stromab hinter dem SCR-Katalysator 106 positioniert ist, versteht es sich, dass der Sensor 150 an anderen Positionen des Abgassystems 190, einschließlich stromauf des DPF 102, im DPF 102, zwischen dem DPF 102 und der Zersetzungskammer 104, innerhalb der Zersetzungskammer 104, zwischen der Zersetzungskammer 104 und dem SCR-Katalysator 106, im SCR-Katalysator 106 oder hinter dem SCR-Katalysator 106 positioniert sein kann. Zusätzlich können zwei oder mehr Sensoren 150 verwendet werden, um einen Zustand des Abgases zu erkennen, wie z. B. zwei, drei, vier, fünf oder sechs Sensoren 150, wobei jeder Sensor 150 an einer der vorerwähnten Positionen des Abgassystems 190 angeordnet ist.
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III. Implementierungen der NH3-Schlupferkennung unter Verwendung eines NOx-Sensors
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Hier sind Verfahren und Systeme zur NH3- oder Ammoniakschlupferkennung unter Verwendung eines NOx-Sensors beschrieben. Die Ammoniakschlupferkennung kann von einer Temperatur eines SCR-Katalysators abhängig sein.
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Ein erstes Verfahren ist anwendbar, wenn der SCR-Katalysator eine hohe Temperatur aufweist, wie beispielsweise über 300 °C. Das Verfahren beinhaltet das Verfolgen einer Differenz zwischen einem ungefilterten Systemausgangs-NOx-(SONOX)-Messsignal, wie beispielsweise von einem NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators, ähnlich dem Sensor 150 in 1, und einem geschätzten SONOX-Signal. Ein NOx-Sensor kann gegenüber NH3 querempfindlich sein, wie zum Beispiel aufgrund des verwendeten Detektionsmaterials. Wenn eine Freisetzung von NH3 an dem Endrohr vorliegt, bewirkt die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NH3, dass die gemessene SONOX-Ausgabe als Reaktion darauf scharf ansteigt. Das SONOX-Messsignal steigt schneller als das geschätzte SONOX-Signal, was zu einer scharfen Zunahme der Differenz oder des Delta zwischen den zwei Signalen führt. Da ein großer NH3-Schlupf an dem Endrohr dazu neigt, viel langsamer abzuklingen als ein plötzlicher Endrohr-NOx-Anstieg, zeigt ein großes Delta zwischen der Roh-SONOX-Messung und dem geschätzten SONOX-Wert über eine vorbestimmte Zeitperiode einen NH3-Schlupf an.
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Eine Steuerung, wie beispielsweise die Steuerung 120 aus 1, empfängt das Roh-SONOX-Messsignal vom NOx-Sensor und berechnet einen geschätzten SONOX-Wert. Der geschätzte SONOX-Wert kann unter Verwendung eines gefilterten SONOX-Messwerts berechnet werden. Die Steuerung bestimmt dann eine Differenz oder ein Delta zwischen dem ungefilterten SONOX-Messsignal und einem geschätzten SONOX-Wert. Die Steuerung speichert den ermittelten Differenzwert über eine Zeitperiode. Wenn eine plötzliche Freisetzung von NH3 an dem Endrohr vorliegt, bewirkt die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NH3, dass der gemessene SONOX-Ausgangswert als Reaktion über einen kurzen Zeitraum scharf ansteigt. Das ungefilterte SONOX-Messsignal steigt viel schneller als der geschätzte SONOX-Wert, was zu einer scharfen Zunahme des Delta zwischen den zwei Werten führt. Bezugnehmend auf 2 zeigen die hervorgehobenen Abschnitte 202, 204 solche Zunahmen in dem Delta 206, 208 zwischen dem gemessenen SONOX-Signal und dem geschätzten SONOX-Wert. Da ein großer NH3-Schlupf am Endrohr dazu neigt, viel langsamer abzuklingen als ein plötzlicher Endrohr-NOx-Anstieg, kann ein ausreichend großes Delta, das über eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten wird (beispielsweise unter Verwendung eines Durchschnitts der gespeicherten Delta-Werte, die einen vorbestimmten Wert überschreiten) verwendet werden, um NH3-Schlupf zu detektieren. Wenn das SONOX-Messsignal zunimmt, nimmt der geschätzte SONOX-Wert mit einer niedrigeren Rate zu. Wenn das SONOX-Messsignal auf einen Wert unterhalb des geschätzten SONOX-Werts abfällt, wird der geschätzte SONOX-Wert auf den aktuellen Wert des SONOX-Messsignals zurückgesetzt.
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Bei einigen Implementierungen müssen Vorbedingungen erfüllt sein, um zwischen Bedingungen zu unterscheiden, die ein erhöhtes Delta zwischen einem SONOX-Messsignal und einem geschätzten SONOX-Wert verursachen, bevor die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors verwendet wird, um NH3-Schlupf zu detektieren und/oder ein Flag gesetzt wird, der anzeigt, dass NH3-Schlupf aufgetreten ist. Eine erste Vorbedingung, die erfüllt werden muss, ist, dass das SONOX-Messsignal sich von dem Motorausgangs-NOx-Messsignal um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet und/oder nicht gut mit der Motorausgangs-NOx-Messung korreliert. Wie in 3 dargestellt, weist ein System 300, das NH3-Schlupf am Auspuffrohr aufweist, einen geringeren Grad der Kreuzkorrelation 310 zwischen den Motorausgangs-NOx- und SONOX-Messsignalen auf im Vergleich zu einem Grad der Kreuzkorrelation 330 zwischen den Motorausgangs-NOx- und SONOX-Messsignalen in einem System 320, das keinen NH3-Schlupf aufweist. Der Betrag des Versatzes, der durch den NH3-Schlupf auf das SONOX-Messsignal verursacht wird, senkt den Grad der Korrelation, da das gemessene SONOX-Signal aufgrund der Querempfindlichkeit des SONOX-Sensors gegenüber dem erhöhten NH3 größer als das Motorausgangs-NOx-Signal ist. Ist also der Korrelationsgrad für eine vorbestimmte Zeit persistent höher als erwartet, kann die NH3-Schlupferkennung ausgesetzt werden und/oder es kann ein Flag-Wert von 0 (oder umgekehrt 1, je nach Implementierung) für eine Variable für die Kreuzkorrelationsbedingung eingestellt werden.
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Eine andere Vorbedingung kann beinhalten, dass der Motor bei langen Motor- oder Leerlaufereignissen nicht arbeitet. Ein Motor- oder Leerlaufereignis einer vorbestimmten Länge führt dazu, dass der Motorausgangs-NOx auf sehr niedrige Pegel sinkt, begleitet von einem entsprechenden Abfall des SONOX auf sehr geringe Pegel. Während des langen Motorereignisses befindet sich die Dosierung auf einem minimalen Niveau, da kein Motorausgangs-NOx in das System gelangt, was dazu führt, dass der NH3-Speicher im SCR während eines langen Motorereignisses aufgebraucht wird. Am Ende eines langen Motor-/Leerlaufereignisses, wenn der Motorausgangs-NOx-Pegel plötzlich ansteigt, kann das SCR möglicherweise aufgrund der aufgebrauchten NH3-Speicherkapazitäten das NOx nicht effizient reduzieren, was zu einem plötzlichen Anstieg des SONOX-Pegels führt, wie im hervorgehobenen Abschnitt 400 von 4 dargestellt. Somit kann ein großes Delta zwischen dem ungefilterten SONOX-Messsignal und dem geschätzten oder gefilterten SONOX-Wert nach dem langen Motor- oder Leerlaufereignis bestimmt werden. Tritt also ein Leerlaufereignis auf, auf das ein Anstieg der Motorausgangs-NOx- und SONOX-Messsignale folgt, kann die NH3-Schlupferkennung für eine vorbestimmte feste Dauer ausgesetzt werden, als Reaktion auf das Ende eines langen Motor- oder Leerlaufereignisses. Das heißt, ein Flag-Wert von 0 (oder umgekehrt 1, abhängig von der Implementierung) kann für eine Variable für eine lange Motor/Leerlauf-Vorbedingung gesetzt werden.
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Eine weitere Vorbedingung kann beinhalten, dass das SONOX-Messsignal über einem oder mehreren Minimalschwellwerten liegt. Das heißt, das Vorhandensein von NH3-Schlupf an der Endrohr würde ein Mindestniveau an Versatz zu dem SONOX-Messsignal einführen. Wenn somit das SONOX-Messsignal unter einem vorbestimmten Wert liegt, kann die NH3-Schlupferkennung ausgesetzt werden, da es keinen oder einen minimalen NH3-Schlupf gibt. Das heißt, ein Flag-Wert von 0 (oder umgekehrt 1, abhängig von der Implementierung) kann für eine Variable für eine SONOX-Schwellwert-Vorbedingung gesetzt werden.
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Ein zweites Verfahren ist anwendbar, wenn der SCR-Katalysator eine niedrige Temperatur aufweist, wie unter 300 °C. Die SONOX-Werte sind niedrig, wenn die SCR-Betttemperatur niedrig ist, wie beispielsweise bei Motor-/Leerlaufereignissen und/oder wenn keine Last vorhanden ist, da auch die Motorausgangs-NOx-Werte niedrig sind. Wenn daher die SCR-Betttemperatur unter eine vorbestimmte Temperatur fällt, fällt das entsprechende SONOX-Messsignal ebenfalls auf einen niedrigen oder minimalen Wert in einer kurzen Zeitperiode ab. Falls restliches NH3 in dem Endrohr vorhanden ist, dann wird die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors in Richtung NH3 zu einem positiven Versatz in dem SONOX-Messsignal führen. Das heißt, wenn NH3-Schlupf auftritt, nachdem der Motor in ein Motor-/Leerlauf- oder ein Niedriglastereignis eingetreten ist, dann erkennt der NOx-Sensor den NH3-Schlupf als NOx, obwohl nur minimales Motorausgangs-NOx vorliegt (und daher minimal gemessenes SONOX vorliegen sollte). Während Motor- oder Leerlaufereignissen über eine vorbestimmte Zeitperiode wird das SONOX-Messsignal von der Steuerung für eine vorbestimmte Zeitdauer gespeichert. Wenn der Mittelwert der SONOX-Messsignale während dieser Periode einen vorbestimmten Wert nach dem vorbestimmten Zeitraum seit dem Start des Leerlaufereignisses überschreitet, zeigt das hohe SONOX-Messsignal einen NH3-Schlupf an, wie in 500 hervorgehoben und in 5 dargestellt. Das heißt, da das Motorausgangs-NOx während des Motorbetriebs oder Leerlaufs auf niedrigen oder minimalen Pegeln liegt, zeigt ein erhöhtes SONOX-Messsignal einen NH3-Schlupf am Endrohr an.
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Eine für die Niedertemperatur-NH3-Schlupferkennung zu erfüllende Vorbedingung kann die Bestimmung enthalten, dass sich das SONOX-Messsignal von dem Motorausgangs-NOx-Messsignal um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet und/oder nicht gut mit der Motorausgangs-NOx-Messung korreliert. Wie in 5 gezeigt, weist ein System 500, das NH3-Schlupf am Endrohr aufweist, einen niedrigeren Grad an Kreuzkorrelation zwischen den Motorausgangs-NOx- und SONOX-Messsignalen auf im Vergleich zu einem System 510, das keinen NH3-Schlupf aufweist. Der Betrag des Versatzes, der durch den NH3-Schlupf am SONOX-Messsignal verursacht wird, senkt den Grad der Korrelation. Ist also der Korrelationsgrad für eine vorbestimmte Zeit persistent höher als erwartet, kann die NH3-Schlupferkennung ausgesetzt werden und/oder es kann ein Flag-Wert von 0 (oder umgekehrt 1, je nach Implementierung) für eine Variable für die Kreuzkorrelationsbedingung eingestellt werden.
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6 zeigt ein Flussdiagramm eines Prozesses 600, der durch die Steuerung 120 für die hier beschriebenen Verfahren implementiert wird. Der Prozess 600 beinhaltet das Zugreifen auf einen Temperaturwert für einen Katalysator (Block 610). Das Zugreifen auf den Temperaturwert für einen Katalysator kann durch einen Temperatursensor stromauf eines Katalysators, stromab des Katalysators, im Katalysatorbett positioniert und/oder als virtuelle Temperatur basierend auf stromauf herrschenden Abgasbedingungen erfolgen.
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Der Prozess 600 beinhaltet ferner das Vergleichen der Temperatur mit einem vorbestimmten Wert, wie etwa 300 Grad Celsius (Block 620). Wenn die Temperatur über dem vorbestimmten Wert liegt, dann geht der Prozess weiter, um festzustellen, ob ein erster Satz von Vorbedingungen erfüllt ist (Block 630). Wenn die Temperatur gleich oder unter dem vorbestimmten Wert ist, dann geht der Prozess weiter, um festzustellen, ob ein zweiter Satz von Vorbedingungen erfüllt ist (Block 632).
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Die Bestimmungen, ob der erste Satz von Vorbedingungen erfüllt ist, können das Zugreifen auf einen oder mehrere Flagwerte enthalten, die anzeigen, dass die Vorbedingungen erfüllt sind oder nicht. Der erste Satz von Vorbedingungen kann eine oder mehrere von der Kreuzkorrelationsbedingung, der langen Motor-/Leerlauf-Vorbedingung und/oder der Schwellwert-SONOX-Vorbedingung beinhalten. Das Feststellen, ob der erste Satz von Voraussetzungen erfüllt ist, kann das Vergleichen der Flagwerte mit einem Wert von 0 (oder 1, je nach Implementierung) beinhalten, um zu überprüfen, ob der erste Satz von Vorbedingungen erfüllt ist. Wenn der erste Satz von Vorbedingungen nicht erfüllt ist, kann der Prozess 600 enden (Block 690). Wenn der erste Satz von Vorbedingungen erfüllt ist, geht der Prozess 600 weiter, indem auf ein SONOX-Messsignal zugegriffen wird (Block 640).
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Das Zugreifen auf das SONOX-Messsignal (Block 640) kann das Zugreifen auf einen oder mehrere auf einem Speichermedium gespeicherte Werte und/oder das Lesen eines Eingangswerts von einem SONOX-Sensor beinhalten. Der Prozess 600 bestimmt einen geschätzten SONOX-Wert (Block 650) aus dem abgerufenen SONOX-Messsignal (Block 640). In einigen Implementierungen kann der geschätzte SONOX-Wert berechnet werden, indem ein gefilterter SONOX-Messwert aus dem abgerufenen SONOX-Messsignal verwendet wird (Block 640). Der Prozess 600 beinhaltet das Berechnen und Speichern eines Delta-Werts (Block 660). Der Delta-Wert kann zwischen dem abgerufenen ungefilterten SONOX-Messsignal (Block 640) und einem oder mehreren geschätzten SONOX-Werten berechnet werden (Block 650). Der Prozess 600 beinhaltet ferner das Feststellen, dass der Mittelwert von einem oder mehreren Deltawerten größer ist als ein vorbestimmter Wert (Block 670). In einigen Fällen basiert der Mittelwert des einen oder der mehreren Delta-Werte auf einer Anzahl von Delta-Werten über eine vorbestimmte Zeitperiode. Wenn der Mittelwert von einem oder mehreren Delta-Werten größer als der vorbestimmte Wert ist, dann kann ein NH3-Schlupf-Flag gesetzt werden (Block 680), um anzuzeigen, dass NH3-Schlupf vorliegt. Wenn der Mittelwert von einem oder mehreren Deltawerten kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, dann endet der Prozess (Block 690).
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Zurück zum Vergleichen der Temperatur mit einem vorbestimmten Wert, wie beispielsweise 300 Grad Celsius (Block 620) - wenn die Temperatur unter dem vorbestimmten Wert liegt, dann geht der Prozess weiter, um festzustellen, ob ein zweiter Satz von Vorbedingungen erfüllt ist (Block 632). Die Bestimmungen, ob der zweite Satz von Vorbedingungen erfüllt ist, können das Zugreifen auf einen oder mehrere Flagwerte enthalten, die anzeigen, dass die Vorbedingungen erfüllt sind oder nicht. Der zweite Satz von Vorbedingungen kann die Kreuzkorrelationsbedingung enthalten. Das Feststellen, ob der zweite Satz von Voraussetzungen erfüllt ist, kann das Vergleichen der Flagwerte mit einem Wert von 0 (oder 1, je nach Implementierung) beinhalten, um zu überprüfen, ob der zweite Satz von Vorbedingungen erfüllt ist. Wenn der zweite Satz von Vorbedingungen nicht erfüllt ist, dann kann der Prozess 600 enden (Block 690). Wenn der zweite Satz von Vorbedingungen erfüllt ist, geht der Prozess 600 weiter, indem auf ein SONOX-Messsignal zugegriffen wird (Block 642).
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Das Zugreifen auf das SONOX-Messsignal (Block 642) kann das Zugreifen auf einen oder mehrere auf einem Speichermedium gespeicherte Werte und/oder das Lesen eines Eingangswerts von einem SONOX-Sensor beinhalten. Der Prozess 600 bestimmt, ob ein Mittelwert eines oder mehrerer der abgerufenen SONOX-Messsignalwerte größer als ein vorbestimmter Wert ist (Block 672). In einigen Fällen basiert der Mittelwert des einen oder der mehreren der abgerufenen SONOX-Messsignalwerte auf einer Anzahl der abgerufenen SONOX-Messsignalwerte über eine vorbestimmte Zeitperiode. Wenn der Mittelwert von einem oder mehreren der abgerufenen SONOX-Messsignalwerte größer als der vorbestimmte Wert ist, dann kann ein NH3-Schlupf-Flag gesetzt werden (Block 680), um anzuzeigen, dass NH3-Schlupf vorliegt. Wenn der Mittelwert von einem oder mehreren der abgerufenen SONOX-Messsignalwerte kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, dann endet der Prozess (Block 690).
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Der Begriff „Steuerung“ schließt alle Arten von Einrichtungen, Vorrichtungen und Maschinen zum Verarbeiten von Daten ein, in beispielhafter Weise einen programmierbaren Prozessor, einen Computer, ein System auf einem Chip (system on a chip) oder mehrere davon, einen Abschnitt eines programmierten Prozessors oder Kombinationen des Vorhergehenden einschließend. Die Vorrichtung kann einen zweckgebundenen Logikschaltkreis, z. B. einen FPGA oder eine ASIC beinhalten. Die Vorrichtung kann zudem zusätzlich zur Hardware Code einschließen, der eine Ausführungsumgebung für das betreffende Computerprogramm erzeugt, z. B. Code, der Prozessorfirmware, einen Protokollstapel, ein Datenbankverwaltungssystem, ein Betriebssystem, eine plattformübergreifende Laufzeitumgebung, eine virtuelle Maschine oder eine Kombination aus einem oder mehreren davon darstellt. Die Vorrichtung und die Ausführungsumgebung können verschiedene unterschiedliche Rechenmodellinfrastrukturen verwirklichen, beispielsweise verteiltes Rechnen und Gitterrecheninfrastrukturen.
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Ein Computerprogramm (auch als Programm, Skript oder Code bekannt) kann in jeder Form von Programmiersprache geschrieben sein, einschließlich kompilierter oder interpretierter Sprachen, deklarativer oder prozeduraler Sprachen, und es kann in jeder Form eingesetzt werden, beispielsweise als eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Subroutine, Objekt oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Rechenumgebung geeignet ist. Ein Computerprogramm kann, muss jedoch nicht, einer Datei in einem Dateisystem entsprechen. Ein Programm kann in einem Abschnitt einer Datei, der weitere Programme oder Daten enthält (z. B. ein oder mehrere in einem Auszeichnungssprachendokument gespeicherte Skripte) in einer einzelnen dedizierten Datei für das fragliche Programm oder in mehreren koordinierten Dateien (z. B. Dateien, in denen ein oder mehrere Module, Unterprogramme oder Teile von Code gespeichert sind) gespeichert sein.
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Obwohl dieses Dokument viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs dessen aufgefasst werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die spezifisch für bestimmte Implementierungen sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Implementierungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Implementierung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Implementierung beschriebene Merkmale auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Zudem können, obwohl vorstehende Merkmale so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen fungieren und auch anfänglich als solche beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
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In ähnlicher Weise gilt, dass während Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, dies nicht so verstanden werden sollte, dass es erfordert, dass diese Operationen in der bestimmten Reihenfolge oder in sequenzieller Reihenfolge durchgeführt werden, oder dass alle veranschaulichten Operationen durchgeführt werden, um wünschenswerte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen kann die Trennung von verschiedenen Systemkomponenten in den oben beschriebenen Implementierungen nicht als Erfordern solcher Trennung in allen Implementierungen verstanden werden, und es sollte klar sein, dass die beschriebenen Komponenten und Systeme allgemein in ein einziges Produkt integriert sein können oder in mehreren Produkte auf greifbaren Medien verkörpert verpackt sein können.
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Wie hier verwendet, sollen „im Wesentlichen“ und ähnliche Begriffe eine weitreichende Bedeutung haben im Einklang mit der gebräuchlichen und akzeptierten Verwendung durch den Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht. Es ist für Fachleute, die diese Offenbarung lesen, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden. Zusätzlich wird festgestellt, dass Einschränkungen der Ansprüche für den Fall, dass der Begriff „Mittel“ darin nicht verwendet wird, nicht als „Mittel plus Funktion“-Einschränkungen unter den Patentgesetzen der USA darstellend zu interpretieren sind.
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Die Begriffe „gekoppelt“ und dergleichen, wie sie hierin verwendet werden, bedeuten das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Dieses Verbinden kann dadurch erreicht werden, dass die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und beliebige weitere Zwischenkomponenten miteinander integral als ein einziger einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dass die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und beliebige weitere Zwischenkomponenten aneinander befestigt sind.
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Die Begriffe „fluidgekoppelt“ oder „in Fluidverbindung“ und dergleichen, wie sie hierin verwendet werden, bedeuten, dass die zwei Komponenten oder Objekte einen zwischen den zwei Komponenten oder Objekten ausgebildeten Pfad aufweisen, in dem eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, Luft, gasförmiges Reduktionsmittel, gasförmiges Ammoniak usw. entweder mit oder ohne dazwischen geschaltete Komponenten oder Objekte strömen kann. Beispiele für Fluidkopplungen oder Konfigurationen zum Ermöglichen einer Fluidverbindung können Rohre, Kanäle oder jegliche anderen geeigneten Komponenten zum Ermöglichen des Strömens eines Fluids von einer Komponente zur anderen beinhalten.
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Es ist wichtig zu beachten, dass Konstruktion und Anordnung des in den vielfältigen beispielhaften Implementierungen gezeigten Systems lediglich veranschaulichender und nicht einschränkender Art sind. Es wird gewünscht, dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes und/oder Umfangs der beschriebenen Implementierungen fallen, geschützt sind. Es versteht sich, dass manche Merkmale nicht notwendig sind und Implementierungen, denen die verschiedenen Merkmale fehlen, als innerhalb des Umfangs der Anmeldung liegend betrachtet werden, wobei der Umfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Beim Lesen der Ansprüche ist beabsichtigt, dass bei der Verwendung von Worten wie „ein“, „eine“, „mindestens ein“ oder „mindestens ein Abschnitt“/„mindestens ein Anteil/Teil“ sowie deren Deklinationen nicht die Absicht besteht, den Anspruch auf nur einen Gegenstand zu begrenzen, sofern in dem Anspruch nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist. Soweit die Begriffe „mindestens ein Abschnitt“/„mindestens ein Anteil/Teil“ und/oder „ein Abschnitt“/„ein Anteil/Teil“ verwendet werden, kann der Gegenstand einen Abschnitt/einen Anteil/Teil und/oder den gesamten Gegenstand einschließen, sofern nicht ausdrücklich etwas Gegenteiliges angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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