DE602004008890T2

DE602004008890T2 - WÄRMESCHWANKUNGSMANAGEMENT IN MAGER ARBEITENDEN NOx-SPEICHER-ABGASSYSTEMEN

Info

Publication number: DE602004008890T2
Application number: DE602004008890T
Authority: DE
Inventors: Richard Vancouver ANCIMER; Jonathan M. Harris; Olivier Burnaby LEBASTARD; Mark E. Vancouver DUNN
Original assignee: Westport Power Inc
Current assignee: Westport Power Inc
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: DE602004008890D1; WO2004101962A1; EP1604099B1; US20060053776A1; CA2453689A1; EP1604099A1; JP2007502385A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln von Abgaswärme über den Bereich von Betriebsbedingungen, der von einem Nachbehandlungssystem mit Mager-NOx-Adsorber erfordert wird.
Allgemeiner Stand der Technik
Emissionsbegrenzungen für Verbrennungsmotoren werden bei Transport- und Energieanwendungen zunehmend wichtig. Stickoxide (NOx) verursachen besondere Bedenken. NOx bildet sich während der Verbrennung in Verbrennungsmotoren.
Ein Mager-NOx-Adsorber (MNA) kann verwendet werden, um NOx aus Abgas zu entfernen. MNAs reduzieren NOx, indem sie das NOx in einer Katalysator-Zwischenschicht auffangen. Das Auffangen von NOx in dem MNA wird hier als Adsorption bezeichnet. Das in der Zwischenschicht gespeicherte NOx wird periodisch zu Stickstoffgas (N₂) reduziert. Dieser Reduktionsvorgang wird als Regeneration oder Regenerationszyklus bezeichnet.
Wenn in dem Motorkraftstoff Schwefel gefunden wird, oder wenn Schwefel enthaltendes Motorschmieröl in die Brennkammer eingesickert ist, kann auch Schwefeloxid in der MNA-Zwischenschicht aufgefangen werden. Wie zum Beispiel in U.S.-Patent Nr. 6,393,834 erörtert, kann eine Schwefelvergiftung der MNAs durch Schwefeloxid im Abgas die Fähigkeit des MNA, NOx zu entfernen, beeinträchtigen. Das periodische Entfernen dieses Schwefeloxids während des Betriebs des Motors hilft, die Effizienz des MNA aufrechtzuerhalten. Vorgänge, die zum Entfernen von Schwefelverbindungen verwendet werden, werden als Desulfatierung bezeichnet. Sowohl Regenerations- als auch Desulfatierungszyklen erfordern eine Umgebung mit geringem Sauerstoffpotential (oder eine „fette" Umgebung), um effektiv zu sein. Regeneration, Desulfatierung und Entfernung von NOx arbeiten alle am besten, wenn die Abgastemperatur innerhalb unterschiedlicher Bereiche liegt.
Ein Artikel mit dem Titel „NOx Adsorbers", DieselNet Technology Guide, www.DieselNet.com (Bearbeitung vom September 2002), beschreibt ein Nachbehandlungssystem, bei dem eine Schwefelfalle, auch SOx-Adsorber genannt, stromaufwärts von einem NOx-Adsorber in einem Abgasstrang angeordnet ist, um die Rate der Schwefelvergiftung des NOx-Adsorbers zu reduzieren. Der Artikel offenbart, dass der von dem SOx-Adsorber freigegebene Schwefel neu adsorbiert wird, während er durch den NOx-Adsorber geht, es sei denn, ein Strang würde verwendet, um das Abgas während der Desulfatierung um den NOx-Adsorber umzuleiten.
Die auf Säure basierende Chemie der Zwischenschicht gibt die Temperaturbereiche vor, in denen die MNA-Zwischenschicht NOx und SOx effektiv auffängt. Im Allgemeinen sind aufgefangene Sulfatverbindungen stabiler als aufgefangene Nitratverbindungen. Das heißt, die Fähigkeit der MNA-Zwischenschicht, Sulfate zu speichern, erstreckt sich in höhere Temperaturbereiche, als es bei NOx der Fall ist. Aus ähnlichen Gründen ist die Temperatur, bei der die Desulfatierung vonstatten geht, tendenziell höher als die Temperatur, die zur Regeneration erforderlich ist.
„Desulfatierungstemperatur" wird hier verwendet, um die relativ hohe Temperatur zu bezeichnen, bei der Schwefel aus der MNA-Zwischenschicht effektiv freigegeben wird. Das Leistungsvermögen von aktuellen MNA-Zwischenschichten schwächt sich tendenziell ab, vor allem aufgrund von Sintern, wenn sie Temperaturen von über 700 °C ausgesetzt werden. Wenn 700 °C um einen signifikanten Betrag überschritten werden, erhöht sich die Abschwächungsrate. Desulfatierungstemperaturen können sich 700 °C annähern und sie überschreiten, was zu einem langfristig schlechten Leistungsvermögen des MNA führt.
Zur Regeneration des MNA wird allgemein eine Regenerationstemperatur bevorzugt, die niedriger als die Desulfatierungstemperatur ist.
Während der Adsorptionsphase ist das Abgas mager und NOx wird innerhalb des MNA aufgefangen. Niedrigere Abgastemperaturen können während der Adsorptionsphase toleriert werden und werden ausgewählt, um zu ermöglichen, dass der MNA NOx über einen geeigneten Bereich des Motorkennfelds adsorbiert. Bevorzugte Abgastemperaturen während eines Adsorptionszyklus können sich mit Regenerationstemperaturen überschneiden und sind im Allgemeinen niedriger als Desulfatierungstemperaturen (wobei alle von ihnen von der Zusammensetzung der Zwischenschicht, dem gewählten Reduktionsmittel und anderen Faktoren innerhalb des Nachbehandlungssystems abhängen).
Angesichts des Bereichs der bevorzugten Abgastemperaturen, die von der Nachbehandlungssteuerung, welche für den MNA angestrebt wird, abhängen, ist eine Flexibilität beim Bereitstellen dieser Temperaturen über den Bereich der möglichen Motorbetriebsbedingungen wichtig. Die Steuerung der Temperatur, der der MNA ausgesetzt ist, kann sowohl die Lebensdauer des MNA verlängern als auch seine Effektivität beim Entfernen von NOx aus dem Abgas von Verbrennungsmotoren verbessern. Zudem sind, je schneller die Regenerations- oder Desulfatierungstemperaturen innerhalb des Abgases erreicht und dann zu den bevorzugten Adsorptionszyklustemperaturen zurückgebracht werden, die Kraftstoffkosten zur Regeneration oder Desulfatierung desto geringer und es wird von dem Motor desto weniger NOx als Folge dieser Zyklen abgegeben.
Die Oxidation eines Reduktionsmittels in dem Abgas, die hier als Inline-Oxidation bezeichnet wird, kann die notwendige Wärme und Reduktionsmittel bereitstellen, um einen MNA entweder zu regenerieren oder zu desulfatieren sowie um die Umgebung mit reduziertem Sauerstoffpotential, die zur Desulfatierung notwendig ist, zu schaffen. Die Oxidation kann durch einen Katalysator gefördert werden. Der Katalysator sollte sich in ausreichend großer Nähe zu dem Motor befinden, so dass die Abgastemperaturen ausreichen, um zu bewirken, dass der Katalysator bei allen Motor-aus-Temperaturen „anspringt", doch noch immer nah genug an dem MNA, um Regenerationstemperaturen oder Desulfatierungstemperaturen für fettes Abgas bereitzustellen. Die reaktive Kapazität des MNA (die Fähigkeit des MNA, NOx aufzufangen) ist bei der Temperatur, die zum effektiven Betrieb des Reformer-/Oxidationskatalysators benötigt wird, jedoch relativ gering. Daher muss berücksichtigt werden, sicherzustellen, dass Abgas, das während eines Adsorptionszyklus durch den MNA geht, kühl genug ist (zum Beispiel mit Abstand zum Motor platziert), um zu ermöglichen, dass der MNA über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen effizient betrieben wird.
EP 1 134 367 beschreibt ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, das einen Abgasleiter und einen Umleitungsleiter mit einem Wärmetauscher, durch den Abgas fließen kann, umfasst, wobei der Gasfluss durch Schaltelemente gesteuert wird, die in dem Abgasleiter bereitgestellt sind. Der Abgasleiter gewährleistet den Abgasfluss durch einen ersten Katalysator und einen weiteren NO_x-Speicherungskatalysator, der in dem Abgasleiter bereitgestellt ist.
US 6,508,057 beschreibt eine Einrichtung zum Beseitigen von Stickstoffoxiden in einem Abgasstrang eines mager verbrennenden Verbrennungsmotors. Die Einrichtung beinhaltet eine NO_x-Falle und ein Kohlenwasserstoff-Einspritzventil, das stromaufwärts von einem Kohlenwasserstoffe behandelnden Katalysator platziert ist, welcher wiederum stromaufwärts von der NO_x-Falle bereitgestellt ist. Die Regeneration der NO_x-Falle wird bereitgestellt, indem die Sauerstoffkonzentration gesenkt und die Konzentration des Reduktionsmittels in dem Abgas erhöht wird.
Alle Verweise hier auf „stromaufwärts" und „stromabwärts" beschreiben die relative Position der Komponenten der Nachbehandlung in Beziehung auf die Richtung des Flusses von Abgas während eines Adsorptionszyklus des MNA-Nachbehandlungssystems (was nicht dasselbe sein muss wie der Fluss während eines Regenerationszyklus oder eines Desulfatierungszyklus), außer anderweitig angegeben.
Diese Erfindung stellt Verfahren und Vorrichtungen zum Regeln der Abgastemperatur unter Verwendung eines MNA über einen großen Bereich von Motorbetriebsbedingungen bereit.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Erfindung stellt ein Verfahren zum Regeln von Abgaswärme in einen MNA während Adsorptions-, Desulfatierungs- und Regenerationszyklen des MNA bereit. Ein Aspekt der Erfindung stellt eine Heißstrecke bereit, die eine Abkürzung um einen Kühlweg zwischen dem MNA und einem Oxidationskatalysator darstellt oder eine Umleitungsstrecke dafür bereitstellt. Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt eine lange Strecke oder Kühlstrecke durch das Nachbehandlungssystem bereit. Die Kühlstrecke ermöglicht, dass das Abgas, wo nötig, abkühlt. Ein anderer Aspekt stellt eine Kühlstrecke mit einem Wärmetauscher zwischen einem Oxidationskatalysator und einem MNA zum Kühlen des Abgases nach Bedarf bereit. Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt eine Kühlstrecke mit einer Turbine zwischen einem Oxidationskatalysator und einem MNA zum Kühlen des Abgases und Extrahieren von Energie aus der Abgaswärme bereit. Diese Energie kann in einem anderen Aspekt der Erfindung verwendet werden, um Luft in den Abgasstrom einzuführen, um das Abgas (durch Verdünnung) bei Bedarf zu kühlen. Ein anderer Aspekt der Erfindung stellt eine Schwefelfalle bereit, um Schwefel in dem Nachbehandlungssystem zu regeln.
Es wird ein Nachbehandlungssystem zur Behandlung von NOx, das in Abgas gefunden wird, welches während der Verbrennung eines Kraftstoffs innerhalb einer Brennkammer eines laufenden Verbrennungsmotors produziert wird, offenbart. Das System beinhaltet Folgendes:
einen Abgasstrang zum Leiten des Abgases aus dem Motor;
einen Mager-NOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist;
einen ersten Katalysator, der stromaufwärts von dem MNA in dem Abgasstrang angeordnet ist, wobei der Katalysator fähig ist, ein Reduktionsmittel in dem Abgas zu oxidieren;
einen Reduktionsmittelstrang zum Abgeben eines Reduktionsmittels aus einem Reduktionsmittelspeicher an den Katalysator;
eine Reduktionsmittelflusssteuerung, die in dem Reduktionsmittelstrang angeordnet ist, zum Steuern des Flusses des Reduktionsmittels in den Abgasstrang; und
eine Flusssteuerung zum Steuern des Flusses von Abgas durch den Heißstrang und den Kühlstrang.
Der Abgasstrang ist fähig, Abgas von dem ersten Katalysator an den Mager-NOx-Adsorber abzugeben.
In einer Ausführungsform des Nachbehandlungssystems sind der Kühlstrang und der Heißstrang zwischen dem Katalysator und dem NOx-Adsorber platziert. Der Kühlstrang ist vorzugsweise länger als der Abgasstrang.
Das System kann des Weiteren eine Turbine beinhalten, die innerhalb des Kühlstrangs angeordnet ist, die ein Druckluftgebläse antreibt, das in einem Luftverdünnungsstrang zum Komprimieren und Leiten von Luft in den Kühlstrang angeordnet ist.
Bei einer Ausführungsform des Systems kann ein Druckluftgebläse, das in einem Luftverdünnungsstrang angeordnet ist, Luft komprimieren und in den Kühlstrang leiten. Ein Wärmetauscher kann ebenfalls in dem Kühlstrang angeordnet sein.
Das Nachbehandlungssystem kann des Weiteren stromaufwärts von dem ersten Katalysator des Systems einen fest gekoppelten Katalysator in dem Abgasstrang beinhalten. Der Reduktionsmittelstrang gibt Reduktionsmittel stromaufwärts von dem fest gekoppelten Katalysator an den Abgasstrang ab. Bei einer anderen Ausführungsform gibt der Reduktionsmittelstrang Reduktionsmittel stromaufwärts von dem ersten Katalysator ab.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Systems kann der Abgasstrang einen Umleitungsstrang beinhalten, der verwendet wird, um Abgas um den ersten Katalysator zu leiten.
Das Nachbehandlungssystem kann des Weiteren einen SOx-Adsorber beinhalten, der relativ zu dem NOx-Adsorber in dem Abgasstrang angeordnet ist, um SOx aus dem Abgas zu entfernen, bevor es durch den NOx-Adsorber geht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Abgasstrang ferner einen Schwefelstrang zum Umleiten von Abgas um den NOx-Adsorber, wenn der SOx-Adsorber regeneriert wird, und eine Flusssteuerung zum Steuern des Abgasflusses durch den Schwefelstrang.
Es wird ein Nachbehandlungssystem zur Behandlung von NOx, das in Abgas gefunden wird, welches während der Verbrennung eines Kraftstoffs innerhalb einer Brennkammer eines laufenden Verbrennungsmotors produziert wird, offenbart. Das System beinhaltet Folgendes:
einen Abgasstrang zum Leiten des Abgases aus dem Motor und durch das Nachbehandlungssystem;
einen Mager-NOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist;
einen ersten Katalysator, der in dem Abgasstrang angeordnet ist, wobei der Katalysator fähig ist, ein Reduktionsmittel in dem Abgas zu oxidieren;
einen Reduktionsmittelstrang zum Abgeben des Reduktionsmittels aus einem Reduktionsmittelspeicher an den Abgasstrang stromaufwärts von dem Katalysator;
eine Reduktionsmittelflusssteuerung, die in dem Reduktionsmittelstrang angeordnet ist, zum Steuern des Flusses des Reduktionsmittels in den Abgasstrang;
einen SOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist;
einen Schwefelstrang, der fähig ist, Abgas um den NOx-Adsorber umzuleiten;
eine Flusssteuerung zum Steuern des Flusses von Abgas durch den Schwefelstrang, wobei der Abgasstrang Abgas von dem Katalysator und dem SOx-Adsorber an den Mager-NOx-Adsorber abgibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das System des Weiteren Folgendes: einen Schwefelstrang zum Umleiten von Abgas um den NOx-Adsorber und eine Flusssteuerung zum Steuern von Abgasfluss durch den Schwefelstrang.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mit einem Nachbehandlungssystem zum Entfernen von NOx aus Abgas ausgestattet ist, bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet einen Adsorptionszyklus, einen Regenerationszyklus und einen Desulfatierungszyklus.
Während des Adsorptionszyklus wird das Abgas auf innerhalb eines zuvor festgelegten Adsorptionstemperaturbereichs gekühlt, wenn das Abgas über dem Adsorptionstemperaturbereich liegt. Alles gekühlte Abgas wird durch einen Abgasstrang zu einem Mager-NOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist, geleitet.
Während des Regenerationszyklus wird das Abgas auf einen Lambda-Wert von weniger als oder gleich 1 oxidiert, das Abgas wird auf innerhalb eines zuvor festgelegten Regenerationstemperaturbereichs erwärmt, wenn das Abgas unter dem Regenerationstemperaturbereich liegt, und das oxidierte und erwärmte Abgas wird durch den Mager-NOx-Adsorber geleitet.
Während des Desulfatierungszyklus wird das Abgas auf einen Lambda-Wert von weniger als oder gleich 1 oxidiert, das Abgas wird auf innerhalb eines zuvor festgelegten Desulfatierungstemperaturbereichs erwärmt, wenn das Abgas unter dem Desulfatierungstemperaturbereich liegt, und das oxidierte und erwärmte Abgas wird durch den Mager-NOx-Adsorber geleitet.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens kann das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus des Weiteren eines oder mehrere der Folgenden beinhalten: Einführen von Luft in das Abgas, Expandieren des Abgases und Leiten von Abgas durch einen Wärmetauscher oder durch eine Turbine. In einem bevorzugten Beispiel wird die Turbine verwendet, um ein Gebläse zum Leiten von Luft in den Abgasstrang stromaufwärts von dem NOx-Adsorber anzutreiben.
Bei zusätzlichen bevorzugten Ausführungsformen kann das Kühlen des Abgases ferner Folgendes beinhalten: Führen des Abgases durch einen Kühlstrang oder Leiten eines Anteils des Abgases durch den Mager-NOx-Adsorber oder Leiten des Abgases durch einen SOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist, bevor das Abgas durch den NOx-Adsorber geleitet wird.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird Abgas erwärmt und oxidiert, indem das Abgas durch einen Katalysator geht, wobei ein Reduktionsmittel in das Abgas eingeführt wird.
Das Verfahren kann praktiziert werden, wobei das Reduktionsmittel einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff oder eine beliebige Kombination davon beinhaltet. In einem bevorzugten Beispiel beinhaltet der Kohlenwasserstoff Naturgas, Diesel, Methan, Ethan, Butan, Propan oder eine beliebige Kombination davon.
Weitere Aspekte der Erfindung und Merkmale spezifischer Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen, die nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, ist:
1 ein Graph, der den Fluss von Abgas und die Temperatur über den Bereich von Motorbetriebsbedingungen mit Zonen der Adsorption (normaler Zyklus), Regeneration und Desulfatierung aufzeigt;
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Nachbehandlungssystems des Gegenstands;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Nachbehandlungssystems des Gegenstands;
4 eine schematische Darstellung einer verallgemeinerten Ausführungsform des Nachbehandlungssystems des Gegenstands;
5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Nachbehandlungssystems des Gegenstands;
6 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des Nachbehandlungssystems des Gegenstands.
Ausführliche Beschreibung
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln von Abgaswärme in einem MNA-Nachbehandlungssystem werden offenbart. Der MNA wird zur Behandlung von Abgasen, die während der Verbrennung eines Kraftstoffs in der Brennkammer eines Motors geschaffen wurden, verwendet. Typischerweise werden relativ niedrige Abgastemperaturen (zum Beispiel < 450 °C) für den effektiven Betrieb des MNA benötigt. Es werden jedoch periodisch auch hohe Temperaturen und eine reduzierende Atmosphäre benötigt. Diese Erfordernisse sind nicht von Motorgeschwindigkeit und Lastbedingungen abhängig. Somit ist ein Mittel zum unabhängigen Steuern der Temperatur am MNA für einen effektiven Systembetrieb wünschenswert.
Bei Bedarf wird das Abgas aus dem Motor gekühlt, indem das Abgas durch einen Kühlstrang geht, der zum Beispiel einen Wärmetauscher, eine lange Strecke (lang im Vergleich zu einer Abgasstrecke, die für den Fall, das heißes Abgas gewünscht wird, bereitgestellt wird) oder ein turbinengetriebenes Gebläse verkörpert. Wenn eine Umgebung mit einem reduzierten Sauerstoffpotential gewünscht wird, kann ein Reduktionsmittel, das zum Beispiel Methan, andere Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff beinhalten kann, in den Abgasstrang eingeführt und oxidiert werden. Dies reduziert das Abgas und hebt die Temperatur des Abgases an.
1 stellt einen Graphen des Flusses von Abgas, der über die Temperatur aufgetragen ist, bereit. Die Fläche innerhalb der Kurve 800 definiert einen Bespielbereich von Fluss-/Temperatureigenschaften für Abgas, das aus einem Motorblock austritt, über Betriebsbedingungen des Motors. Die Fläche innerhalb der Kurve 802 definiert einen Bereich von Zieleigenschaften für das Abgas, das während der Regeneration in einen Katalysator geleitet wird. Die Fläche innerhalb der Kurve 804 definiert einen Bereich von Zieleigenschaften für das Abgas, das während eines Adsorptionszyklus (normaler Zyklus) durch einen MNA geht. Die Fläche innerhalb der Kurve 806 definiert einen Bereich von Zieleigenschaften für das Abgas durch einen MNA während der Desulfatierung.
Es sollte Sorge getragen werden, sicherzustellen, dass die Temperaturen nicht so hoch sind, als dass sie die Dauerhaltbarkeit oder die effektive Lebensdauer des MNA übermäßig reduzieren. Obwohl die Kurve 806 eine effektive Desulfatierung ermöglicht, ist es daher möglicherweise nicht wünschenswert zu erlauben, dass sich Abgase innerhalb des MNA in den höchsten Temperaturen innerhalb ihres Bereichs befinden, je nach den Eigenschaften des MNA. Punkt A ist eine typische mittlere Betriebsbedingung für einen Motor.
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Abgasstränge fließen von dem Motor und durch das Nachbehandlungssystem und sind aus einer Anzahl von Zweigen oder alternierenden Strängen zum Steuern der Nachbehandlung der Abgase zusammengesetzt. Diese umfassen den Anschlussstrang 12, Strang 12a, Heißstrang 49 und Umleitungsstrang 20. Der Anschlussstrang 12 trägt Abgase, die in die Richtung des Pfeils 14 fließen, von einem Motorblock 10 zu einem NOx-Nachbehandlungssystem, wo sie durch alternative Stränge geleitet werden können, die im Allgemeinen einen Abgasstrang ausmachen. Bei dem Nachbehandlungssystem trägt der Anschlussstrang 12 Abgase zum MNA 16, wie durch den Pfeil 14 angezeigt. Der Anschlussstrang 12 verzweigt sich in den Strang 12a und den Heißstrang 49, der den Strang 12a begrenzt.
Gase, die aus dem MNA 16 austreten, werden durch den Anschlussstrang 12 an einen Auslass abgegeben. Der Katalysator 18 ist stromaufwärts von dem MNA 16 in dem Anschlussstrang 12 angeordnet.
Der Begriff „Abgasstrang" wird hier verwendet, um alle Stränge zu umfassen, die Abgas innerhalb des Nachbehandlungssystems und in das und aus dem Nachbehandlungssystem tragen.
Der Anschlussstrang 12 verzweigt sich auch in den Umleitungsstrang 20, der fähig ist, einen Anteil des Abgases um den MNA 16 zu tragen, was wünschenswert sein kann, während der MNA 16 regeneriert oder desulfatiert wird. Das Abgas kann, wie durch den Pfeil 22 angezeigt, durch den Umleitungsstrang 20 geleitet werden, indem das Umgehungsventil 24 geöffnet wird. Das Umgehungsventil 24 kann irgendwo entlang dem Umleitungsstrang 20 angeordnet werden.
Die Ventile 24 und 30 werden bereitgestellt, um dabei zu helfen, den Fluss von Abgas durch den Anschlussstrang 12 während Regeneration und Desulfatierung zu steuern.
Ein optionaler, fest gekoppelter Katalysator 32 wird im Anschlussstrang 12 körperlich nah zum Motorblock 10 bereitgestellt. Ein Reduktionsmittel, vorzugsweise Methan oder ein anderer Kohlenwasserstoff oder Wasserstoff, kann kurz vor dem Katalysator 18 und/oder dem Katalysator 32 eingeführt werden. Reduktionsmittelventile 34 und 36 sind im jeweiligen Hauptstrang 38 und fest gekoppeltem Strang 40 angeordnet, wobei jeder rückwärts mit dem Speicher 44 verbunden ist, aus dem Reduktionsmittel verfügbar gemacht wird.
Der Heißstrang 49 umgeht den Strang 12a des Abgasstrangs, der zwischen dem Katalysator 18 und dem MNA 16 verläuft. Ventile 51 und 57 sind im Heißstrang 49 bzw. Strang 12a angeordnet. Der Pfeil 53 zeigt die Flussrichtung im Heißstrang 49 an.
Der Temperatursensor 58 wird verwendet, um Temperaturen vor dem Katalysator 18 und MNA 16 zu messen, wie durch die jeweiligen Schnittpunkte der Sensorzuleitungen 60 und 62 innerhalb des Anschlussstrangs 12 gezeigt. Der Datenfluss ist wie durch die Datenrichtungslinien 63 angegeben. Der Sensor 58 leitet der Steuereinheit 64 durch die Zuleitung 66 Temperaturinformationen zu, wie durch die Datenrichtungslinie 67 angegeben. Die Zuleitung 70 stellt der Steuereinheit 64 Motordaten bereit, wie durch die Datenrichtungslinie 71 angegeben. Die Steuereinheit 64 betreibt die Ventile 24, 30, 34, 36, 51 und 57 durch die Zuleitung 72, wie durch die Datenrichtungslinien 75 angegeben.
3 zeigt ein Nachbehandlungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird Abgas vom Motorblock 10 durch Abgasstränge, die den Anschlussstrang 12 und den Heißstrang 86 umfassen, zum MNA 16 geleitet, wie durch den Pfeil 14 angegeben. Durch den Strang 38, wie durch das Ventil 36 gesteuert, kann ein Reduktionsmittel aus dem Speicher 44 in den Anschlussstrang 12 eingeführt worden. Der Katalysator 18 ist stromabwärts von der Anschlussstelle des Strangs 38 und des Anschlussstrangs 12 verfügbar, um ein Erwärmen und Oxidieren des Abgases über den Katalysator 18 nach Bedarf zu ermöglichen. Die Abgastemperatur wird des Weiteren durch ein turbinengetriebenes Gebläse 82, das in dem Anschlussstrang 12 angeordnet ist, gesteuert. Das Gebläse 82 nimmt Abgas an, expandiert und kühlt das Gas, um aus dem Gas Energie zu extrahieren, und verwendet diese Energie, um Luft durch den Strang 84 und das Ventil 80 zum Anschlussstrang 12 stromabwärts vom turbinengetriebenen Gebläse 82 und stromaufwärts vom MNA 16 zu leiten, wie durch den Pfeil 94 (in der gezeigten Ausführungsform) angegeben.
Der Abgasstrang umfasst den Heißstrang 86. Der Fluss durch den Heißstrang 86 wird durch das Ventil 90 gesteuert. Der Fluss durch den Strang 91 wird durch das Ventil 88 gesteuert, wie durch den Pfeil 92 angegeben.
4 zeigt eine verallgemeinerte schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems gemäß der Erfindung. 4 veranschaulicht drei mögliche Kühlschleifen, die zwischen dem Katalysator 18 und dem MNA 16 stromabwärts von dem Heißstrang 142 angebracht werden können. Der Fluss durch den Heißstrang 142 wird durch das Ventil 140 gesteuert. Abgasstränge in dieser Ausführungsform umfassen den Anschlussstrang 12, den Heißstrang 142 und die Kühlstränge 144, 146 und 148. Die Kühlstränge 144, 146 und 148 umfassen Komponenten des Abgasstrangs innerhalb des Nachbehandlungssystems. Die Wärmetauscherstrecke 144 weist einen Wärmetauscher auf, der in dem Anschlussstrang 12 angeordnet ist. Die Turbinenstrecke 146 weist eine Turbine 152 zum Konvertieren von Wärmeenergie des Abgases auf (zum Beispiel für einen Turbolader). Die lange Strecke 148 weist einen verlängerten Anschlussstrang 12 auf, der verlängert ist, um ein Kühlen des Abgases vor dem Abgeben des Abgases an den Katalysator 16 zu ermöglichen. Die lange Strecke 148 und die Turbinenstrecke 146 sind Versionen der Ausführungsformen, die in 2 bzw. 3 bereitgestellt sind. Einer oder mehrere der Kühlstränge 144, 146 und 148 oder andere hier offenbarte Ausführungsformen könnten in ein MNA-Nachbehandlungssystem inkorporiert werden.
Abgas wird durch Verbrennungsereignisse innerhalb einer oder mehrerer Brennkammern, die stromaufwärts von dem Anschlussstrang 12 im Motorblock 10 angeordnet sind, erzeugt. Abgas ergibt sich aus der Verbrennung von Kraftstoff. Zum Beispiel könnte der Kraftstoff Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff, wie etwa Naturgas, Diesel oder Benzin, oder ein gemischter Kraftstoff sein, der solche Kraftstoffe wie Naturgas oder Methan oder andere Kohlenwasserstoffe umfasst. Die Verbrennung eines Kraftstoffs, der Wasserstoff und einen Kohlenwasserstoffkraftstoff wie etwa Naturgas, Diesel oder einen gemischten Kohlenwasserstoff kombiniert, wird ebenfalls in Erwägung gezogen. Der Kraftstoff wird im Allgemeinen entweder direkt in die Brennkammer eingespritzt oder mit einer Quantität Luft vorgemischt, um eine begaste Ladung zu schaffen. In jedem Fall wird eine Funkenzündung, Zündung mit heißer Oberfläche oder Kompressionszündung benutzt, um den Verbrennungsvorgang innerhalb der Brennkammer zu initiieren.
Während eines Adsorptionszyklus des Nachbehandlungssystems ist es wünschenswert, den Fluss und die Abgastemperatur innerhalb der durch die Kurve 804 begrenzten Fläche zu wahren, um dabei zu helfen, eine angemessene Entfernung von NOx aus dem Abgas innerhalb der mageren, sauerstoffreichen Abgasumgebung sicherzustellen. Angesichts des Bereichs der Betriebstemperaturen und Flussraten für Abgas, das während eines Adsorptionszyklus erzeugt wird, erfordert ein Adsorptionszyklus des Nachbehandlungssystems das Kühlen des Abgases aus dem Motor vor dem MNA über mindestens einen Teil der Betriebsbedingungen. Dies lässt sich erreichen, indem bewirkt wird, dass mindestens ein signifikanter Anteil des Abgases durch einen Kühlstrang, stromaufwärts von dem MNA 16, fließt.
Während eines Adsorptionszyklus treibt der MNA 16 unter relativ kühlen, mageren (sauerstoffreichen) Betriebsbedingungen, das heißt mit einem Überschuss an Sauerstoff, der in dem Abgas zur Verfügung steht, NOx mittels des Folgenden zu (NO₃)₂: NO + ½O₂ (Pt) → NO₂ (1) XO + 2 NO₂ + ½O₂ → X(NO₃)₂ (2)wobei X in einer Zwischenschicht ist (die unten weiter beschrieben wird).
Wieder die Ausführungsform von 2 betrachtend werden die Ventile 24 und 51 geschlossen und Abgas fließt entlang dem Anschlussstrang 12, einschließlich des Anschlussstrangs 12a. Die Abgase kühlen ab, indem sie sich entlang der verlängerten Strecke fortbewegen, die durch den Strang 12a bereitgestellt wird. Das heißt, eine Kühlperiode durch den Strang 12 kann erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die Abgastemperatur in die Fläche 804 fällt. Das Abgas geht mit seiner gewünschten Temperatur durch den MNA 16, der NOx entfernt.
Die verlängerte Strecke zwischen dem Block 10 und dem MNA 16 hilft, während der Adsorption ein relativ kühles Abgas bereitzustellen. Die Streckenlänge, die durch den Strang 12a bereitgestellt wird, und das/die Abgasstrangmaterial(ien), die stromaufwärts vom MNA 16 verwendet werden, sind ausgewählt, um zu ermöglichen, dass die Abgastemperatur bei allen Lasten in die Fläche 804 fällt. Alternativ dazu kann, wenn der Motor nur selten innerhalb der höchsten Temperaturanteile der Fläche 800 läuft, die resultierende Abgabe von ungereinigtem NOx (NOx-Slip) für eine reduzierte Länge oder größere Flexibilität bei der Wahl der Materialien für den Strang 12a akzeptabel sein.
Bei der Ausführungsform von 3 umfasst die Kühlschleife statt eines verlängerten Strangs vom Katalysator 18 zum MNA 16 ein turbinengetriebenes Gebläse 82, das in dem Anschlussstrang 12 angeordnet ist. Wärme, die verwendet wird, um das turbinengetriebene Gebläse 82 anzutreiben und das Abgas vor dem MNA 16 zu kühlen, wird verwendet, um einen Kompressor anzutreiben, der Luft durch den Strang 84, an dem Ventil 80 vorbei und in den Anschlussstrang 12 einzieht. Das Abgas wird verdünnt und mit kühlerer Ansaugluft gekühlt. Die Ventile 90, 88 und 80 können verwendet werden, um die Temperatur der Abgase, die in den MNA 16 abgegeben werden, einzustellen. Das Ventil 88 ist optional. Die Turbine im turbinengetriebenen Gebläse 82 kann ebenfalls verwendet werden, um eine Welle anzutreiben, wenn gewünscht, um Arbeit für andere Zwecke zu erbringen.
4 zeigt eine Ausführungsform mit einer verallgemeinerten Kühlschleife. Hier wird die Abgasstrecke zwischen dem Katalysator 18 und dem MNA 16 in Kühlschleifen 144, 146 und 148 gezeigt.
Genauer gesagt ist eine Turbine in der Kühlschleife 146 gezeigt. Während sie verwendet wird, um in der für 3 erörterten Ausführungsform Luftverdünnung bereitzustellen, könnte sie auch verwendet werden, um Energie aus der Abgaswärme zu extrahieren, um einen Generator oder andere solche Anwendungen anzutreiben.
Auch könnte Luftverdünnung von einem unabhängigen Luftkompressor in den Abgasstrang geleitet werden. Dieser Kompressor könnte von einem unabhängigen Elektromotor oder einer anderen unabhängigen Energiequelle angetrieben werden. Hierbei könnte die Turbine eliminiert werden.
Das Motorkühlmittel oder ein anderes Kühlmittel (wie etwa Luft) könnte in einen Wärmetauscher 150 inkorporiert werden, um Wärme bei Bedarf aus dem Abgas abzuziehen, wie in der Kühlschleife 144 demonstriert. Die Kühlschleife 148 ist eine Verlängerung des Anschlussstrangs 12. Alle diese Verfahren können verwendet werden, um die Abgastemperatur nach unten zu treiben, um einen Adsorptionszyklus des Nachbehandlungssystems des Gegenstands zu gewährleisten.
Schließlich wird der MNA 16 weniger effektiv beim Entfernen von NOx, wenn X(NO₃)₂ die Adsorptionsstellen im MNA 16 aufbraucht. Als solches ist eine periodische Regeneration erforderlich, um NOx zu entfernen. Die Steuereinheit 64 bestimmt, wann der MNA 16 regeneriert werden muss.
Während der Regeneration stellt das Folgende einen Satz Reaktionen bereit, die über den Katalysator 18 zu finden sind, wobei das Reduktionsmittel Methan ist: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (3) CH₄ + ½2O₂ → CO + 2H₂ (4) CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (5) CO + H₂O → CO₂ + H₂ (6)wobei die Reaktion (6) je nach der Abgastemperatur im Gleichgewicht gehalten werden kann. Es sei auch angemerkt, dass die Gleichung (3) auftreten kann, aber nicht bevorzugt wird. Das gemäß Gleichungen (4) bis (6) erzeugte CO und H₂ werden dann für die Regeneration verwendet, zum Beispiel wie folgt: X(NO₃)₂ → XO + 2NO + 3/2O₂ (7) X(NO₃)₂ → XO + 2NO₂ + ½2O₂ (8) NO + H₂ → H₂O + ½N₂ (9) NO₂ + 2H₂ → ½N₂ + 2H₂O (10) NO + CO (Rh) → ½N₂ + CO₂ (11) NO₂ + 2CO → ½N₂ + 2CO₂ (12)wobei X in einer Zwischenschicht bereitgestellt wird. Ein Lambda von weniger als oder gleich 1, das ein niedriges Sauerstoffpotential in dem Abgas anzeigt, ist zugunsten von Reaktionen (7) bis (12); dies ist im Allgemeinen nicht der Fall, wenn Lambda größer als 1 ist.
Im Allgemeinen kann eine Regenerationsstrategie eingesetzt werden, die auf einen Regenerationsfluss und eine Regenerationstemperatur des Abgases durch den MNA abzielt. Der Katalysator 18 hilft dabei, eine heiße und fette Umgebung bereitzustellen, wie sie zum Sicherstellen der Regeneration wünschenswert ist. Ein Reduktionsmittel, das dem Katalysator 18 während der Regeneration bereitgestellt wird, wird oxidiert und reformiert, um eine Abgasumgebung bereitzustellen, die ein niedriges Sauerstoffpotential aufweist und effektive Reduktionsmittel (vom Katalysator oder vom Reduktionsmittelspeicher 44) zur Regeneration, wie etwa CO und Wasserstoff, umfasst.
Wie oben angemerkt, muss jedoch die Regenerationstemperatur für das Abgas möglicherweise im Allgemeinen heißer als das Abgas sein, das den Block 10 über einige Motorbetriebsbedingungen verlässt, siehe Fläche 802. Daher kann es während der Regeneration vorteilhaft sein, im Katalysator 18 oder Block 10 erzeugte Wärme in dem Abgas, das an den MNA 16 abgegeben wird, zu lassen. Wo es vorgezogen wurde, MNA 16 während eines Adsorptionszyklus ein gutes Stück nach oder anderweitig thermisch „auf Distanz" von dem Block 10 zu haben, kann es wünschenswert sein, diese thermische Distanz während der Regeneration zu reduzieren. Als solches wird unter Bezug auf 2 das Reduktionsmittel vom Katalysator 18 zum MNA 16 mit angemessenen Abgastemperaturen geleitet, um die angestrebte Regenerationsumgebung mittels des Strangs 12a bereitzustellen. Da der Katalysator 18 anspringen gelassen wurde, um die Abgasumgebung zu reduzieren, reicht der resultierende Anstieg der Abgastemperatur während der Oxidation des Abgases im Allgemeinen für die Regeneration des MNA 16 aus. Daher sollte der Strang 12a im Allgemeinen ausreichen, um (NOx) MNA 16 zu regenerieren. Sollte zu viel Wärme durch den Strang 12a verloren werden, könnte der Heißstrang 49 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Sensoren (Einzahl oder Mehrzahl), die in dem Nachbehandlungssystem vor dem Katalysator 18 und MNA 16 angeordnet gezeigt sind, verwendet werden können, um den Fluss durch den MNA 16 während der Regeneration zu steuern. Die Sensoren könnten, wenn erforderlich, auch nach dem Katalysator 18 angeordnet werden.
Es ist auch möglich, einen Offline-Reformer zu verwenden, um ein Reduktionsmittel kurz vor dem MNA 16 in den Abgasstrang zu leiten. Dies könnte den Heißstrang 49 unnötig machen. Der Reformer könnte das Abgas nach Bedarf wärmen, indem er ein heißes Gas (wie etwa Luft) mit dem Reduktionsmittel bereitstellt. Ein solches System könnte auch die Vorteile der Umleitung 20 inkorporieren, indem die Menge des Abgases, die gewärmt und oxidiert werden muss, reduziert wird. Des Weiteren kann der Kühlstrang verwendet werden, um die Temperatur während eines Adsorptionszyklus zu steuern.
Unter Bezug auf 2 kann ein optionaler, fest gekoppelter Katalysator 32 bereitgestellt werden, um die Abgastemperaturen nach Wunsch zu erhöhen. Die Nähe des Katalysators 32 zum Motorblock 10 hilft sicherzustellen, dass das Abgas nicht zu kühl ist, um die Abgasumgebung zu oxidieren. Wenn die Steuereinheit eine Abgastemperatur unter einer Schwellentemperatur erkennt, stellt das Ventil 34 daher stromaufwärts von dem Katalysator 32 ein Reduktionsmittel bereit, wobei das Abgas ein gutes Stück stromaufwärts von dem MNA 16 gewärmt und oxidiert wird. Dies ist nützlich, wenn der Motor mit geringen Lasten läuft. Bei Niedriglastbetrieb ist das Abgas, das aus dem Block 10 austritt, relativ kühl. Der zusätzliche Katalysator 32 hilft auch, den Katalysator 18 bei Bedarf anspringen zu lassen. Der Katalysator 18 kann sich in einer Position in dem Abgasweg befinden, die ein Kompromiss zwischen der Nähe zum MNA 16 und der Nähe zum Block 10 ist, während sich der MNA 16 und der Block 10 thermisch voneinander entfernt befinden.
Unter Bezug auf 3 wird ein turbinengetriebenes Gebläse verwendet, um die Temperatur des Abgases zwischen dem Katalysator 18 und dem MNA 16 zu steuern. Wo das Abgas als unerwünscht kühl für die Regeneration bestimmt wird, wird die Last auf dem turbinengetriebenen Gebläse 82 reduziert oder eliminiert. Hier wird der Strang 91 bereitgestellt, um Ansaugluft durch das Ventil 88 zu leiten, wobei die Last reduziert oder eliminiert wird und daher ein Teil der Abgastemperatur gewahrt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Heißstrang 86 verwendet werden, um das turbinengetriebene Gebläse 82 zu umgehen, wenn die Abgaswärme bewahrt werden muss. Wie es einem Fachmann ersichtlich wäre, könnte das in 3 gezeigte System auch nur mit dem Heißstrang 86 betrieben werden.
Unter Bezug auf 4 können alle Kühlschleifen 144, 146 und 148 verwendet werden, um die Abgaswärme einzustellen, wobei der Heißstrang 142 zur Verfügung steht, um erwärmtes und oxidiertes Abgas entweder um die Turbine 152, den Wärmetauscher 150 oder die Verlängerung des Anschlussstrangs 12 von der Schleife 148 abzulenken. Zusätzlich dazu können Kombinationen der oben erörterten Systeme parallel oder in Reihe verwendet werden.
Wie in 2 gezeigt, können Sensoren in das Nachbehandlungssystem platziert werden, um die Temperatur zu überwachen und den Fluss von Abgas während der Regeneration gemäß diesen Ablesungen zu steuern.
Ein Regenerationszyklus, der auf die Regeneration des MNA 16 abzielt, wird den MNA 16 üblicherweise nicht desulfatieren. Innerhalb des MNA 16 braucht auch X(SO_x) die adsorbierenden Stellen auf, die anderweitig zur Verfügung stünden, um NOx zu entfernen. Um die Effizienz des MNA 16 zu wahren, wird daher periodisch auch ein Desulfatierungszyklus erforderlich, zusätzlich zu einem Regenerationszyklus.
Während eines Desulfatierungszyklus beinhaltet ein Beispielsatz von Reaktionsbedingungen über den Katalysator 18, wobei das Reduktionsmittel Methan ist, Folgendes: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O (13) CH₄ + ½O₂ → CO + 2H₂ (14)
Die resultierende fette und heiße Abgasumgebung wird wie folgt zur Desulfatierung verwendet: X(SO_x) → SO_x (15)wobei X in einer Zwischenschicht ist.
Wie bei der Regeneration sollte Lambda niedrig sein (quantitativ, ein Wert unter eins), um die Reaktion 7 zu begünstigen.
Zusätzlich zum Bereitstellen einer fetten Abgasumgebung muss die Temperatur des Abgases auf einer Temperatur gehalten werden, die zur effektiven Desulfatierung ausreicht. Die zur Desulfatierung erforderliche Temperatur ist höher als die zur Regeneration erforderliche Temperatur und typischerweise höher als die Temperatur des Abgases vom Block 10. Bei der Ausführungsform aus 2 wird, wenn ein Desulfatierungszyklus benötigt wird, der Heißstrang 49 geöffnet, um die von dem Abgas zurückgelegte Distanz durch das Umgehen des Strangs 12a von Strang 12 zu kürzen. Dies hilft sicherzustellen, dass die Wärme von dem Abgas nicht signifikant abgeführt wird, während das Abgas vom Katalysator 18 zum MNA 16 fließt. Wenn zusätzlich zu der langen Strecke der Wärmetauscher 150 oder das turbinengetriebene Gebläse 82 oder die Turbine 152 verwendet werden, kann, unter Bezug auf 3 und 4, der Heißstrang 49 außerdem diese Wärme reduzierenden Systeme nach Bedarf umgehen. Der Vorgang ist ähnlich dem zur Regeneration benötigten. Die für die Desulfatierung des MNA 16 angestrebten Temperaturen sind jedoch, unter Bezug auf Fläche 806 in 1, viel höher.
Die Adsorptions-, Regenerations- und Desulfatierungszyklen können durch eine Vorwärtssteuerung gesteuert werden, auf der Basis ausgewählter Parameter vom Motorkennfeld, oder durch Regelung, zum Teil auf der Basis von der Abgastemperatur und der reaktiven Kapazität des Katalysators 18 bei der gegebenen Abgastemperatur. Beispielhaft verwendet eine Vorwärtssteuerung eine Kalibrierung des Behandlungssystems über einen Bereich von Motorbetriebsbedingungen, um die Zeit einzuschätzen, die zur Regeneration oder Desulfatierung des MNA 16 in Anbetracht der Eigenschaften des Katalysators 18 erforderlich ist. Bei solchen Ausführungsformen überwacht die Steuereinheit solche Variablen wie die Motorlast und -geschwindigkeit und bestimmt dann aus einer Verweistabelle die Zeit, die zur Regeneration oder Desulfatierung benötigt wird.
Eine Vorwärtssteuerung kann durch solche Bedingungen wie Drehmoment, Geschwindigkeit, Ansaugleitungstemperatur, Ansaugleitungsdruck, Abgastemperatur und Abgasdruck vor den Katalysatoren sowie andere Bedingungen, die dem Fachmann der Technologie bekannt sind, getrieben werden. Das System kann so kalibriert werden, dass die Motorbetriebsbedingungen, die für NOx und Schwefelgehalt im Abgas indikativ sind, verwendet werden, um einzuschätzen, wann eine Regeneration oder Desulfatierung des MNA wünschenswert ist.
Die für die Desulfatierung erforderliche Zeit hängt im gewissen Maße von einer angenommenen Spanne von Schwefelgehalt in den Abgasen ab, der abhängig von solchen Faktoren wie der Quelle des in dem Motor verwendeten Kraftstoffs und der Quelle der in dem Motor verwendeten Schmieröle variieren kann.
Eine Regelung kann verwendet werden, um zu bestimmen, wann ein Regenerations- oder Desulfatierungszyklus begonnen werden sollte und wie jeder Zyklus in Anbetracht der gewählten Nachbehandlungsarchitektur effizient zu betreiben ist. Beispielhaft kann, unter Bezug auf eine der 2 bis 4, eine solche Steuerungsstrategie zum Auswählen eines Desulfatierungszyklus NOx-Pegel innerhalb des Anschlussstrangs 12 stromabwärts von dem MNA 16 über den Kurs vieler Regenerationszyklen überwachen. Wenn die Kapazität des MNA unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, kann die Steuereinheit einen Desulfatierungszyklus leiten. Die Kapazität des MNA kann zwischen Regenerationszyklen gemessen werden. Wenn die Dauer der Zeit zwischen Regenerationszyklen unter ein vorbestimmtes Niveau fällt, dann beginnt die Steuereinheit einen Desulfatierungszyklus. Die Steuereinheit kann den Abgasfluss und die Einführung des Reduktionsmittels steuern, um eine Desulfatierungsstrategie bereitzustellen, die hilft, die Verwendung des Reduktionsmittels zu begrenzen. Zur Regenerationszyklussteuerung kann der NOx-Slip durch den MNA 16 gemessen werden, um den Beginn eines Regenerationszyklus auszuwählen.
Während eines Adsorptions-, Regenerations- oder Desulfatierungszyklus muss das Abgas dem MNA als mageres Abgas (während der Adsorption) oder als ein fettes Abgas (Sauerstoff verarmte Umgebung) und mit einer für den Adsorptions-, Regenerations- oder Desulfatierungszyklus angemessenen Temperatur, je nach Fall, bereitgestellt werden.
Der Fluss von Abgas durch den NOx-MNA während Regeneration wird hier als der Regenerationsfluss bezeichnet. Der Fluss von Abgas durch den MNA während Desulfatierung wird hier als Desulfatierungsfluss bezeichnet.
Unter Bezug auf 2 bestimmt die Steuereinheit 64 während eines Regenerationszyklus oder eines Desulfatierungszyklus eine Regenerations- oder Desulfatierungsstrategie im Allgemeinen auf der Basis des Abgasflusses, der Abgastemperatur, eines gewünschten Abgasflusses, der mit Rücksicht auf die reaktive Kapazität des Katalysators 18 bei einer gegebenen Abgastemperatur ausgewählt wird, und des Lambdas des Abgases aus dem Motor. Die Regenerations- und Desulfatierungsstrategie für einen gegebenen Regenerationszyklus oder Desulfatierungszyklus kann wie oben erörtert durch eine Strategie mit offenem Regelkreis oder geschlossenem Regelkreis ausgeführt werden. Die Regenerations- und Desulfatierungsstrategie kann durch die Quantität und Rate des Reduktionsmittels, das aus dem Speicher 44 in das Abgas eingeführt wird, und durch die Menge des Abgasflusses durch den Heißstrang 49, die von dem Ventil 51 vorgegeben wird, gesteuert werden.
Vor dem Katalysator 18 wird eine Umleitung bereitgestellt. Der Umleitungsstrang 20 mit dem durch die Ventile 24 und 30 gesteuerten Fluss hilft, die Menge an Abgas, die während entweder Regeneration oder Desulfatierung oxidiert oder erwärmt werden muss, zu reduzieren. Das Ziel ist es, eine Abgasumgebung bereitzustellen, bei der Lambda kleiner als oder gleich eins ist und die Temperatur des Abgases hoch genug ist, um entweder Reaktion (7) bis (12) oder (15) zu begünstigen, je nach Fall. Die Reduktionsmittel werden oxidiert, um die Energie bereitzustellen, die zum Erwärmen des Abgases erforderlich ist.
Während der Regeneration umfasst der Regenerationsfluss einen Anteil von Abgas, der nicht durch die Umleitung 20 abgelenkt wird, der oxidiert und erwärmt und in vielen Fällen durch den Strang 12a geführt wird.
Der Desulfatierungsfluss wird durch den Heißstrang 49 geleitet, so dass er im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Abgas durch den Strang 12a des Strangs 12 geführt wird, mehr Wärme behält.
Zu Beginn eines Desulfatierungszyklus bewirkt die Steuereinheit 64, dass sich das Ventil 51 öffnet und das Ventil 57 schließt. Der Desulfatierungsfluss umgeht den Strang 12a in einem gewissen Ausmaß, je nach der gewählten Steuerungsstrategie und der für das Ventil 57 in Strang 12a gewählten Ventilposition. Der Umleitungsstrang 20 ist hilfreich, um eine effiziente Regeneration und Desulfatierung sicherzustellen, er ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das System kann fähig sein, während der Desulfatierung einen vollen Abgasfluss durch den MNA bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass Oxidation durch den MNA mit anderen Reduktionsmitteln wie etwa Wasserstoff, Methan oder anderen Kohlenwasserstoffen auch ein Exotherm bereitstellen kann, das erforderlich ist, um Desulfatierungstemperaturen über den MNA und die notwendige fette Abgasumgebung bereitzustellen.
Unter Verwendung der oben für die Vorwärtssteuerung des Nachbehandlungssystems berücksichtigten Variablen wird die Steuereinheit vorzugsweise kalibriert, um den Fluss von Abgas durch den MNA und Reduktionsmittel in das Abgas auf der Basis der Motorgeschwindigkeit und -last kurz vor den und während der Regenerationszyklen oder Desulfatierungszyklen zu leiten. Motoransaugleitungstemperatur, Ansaugluftmassenfluss, Kraftstofffluss oder Ansaugleitungsdruck können auch als Indikatoren von Abgaseigenschaften verwendet werden, die zum Steuern des Desulfatierungszyklus nützlich sind. Eine konstante Zeit für den Desulfatierungszyklus kann ebenfalls verwendet werden. Dies kann angemessen sein, da die Zeit für den Desulfatierungszyklus im Vergleich zu solchen Variablen wie der Katalysatoranspringzeit und Zyklusvariationen, die sich auf den variierenden Abgasfluss beziehen, relativ lang ist.
Eine Strategie mit offenem Regelkreis setzt eine Motorkalibrierung ein, die eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen berücksichtigt, von denen jede für mindestens eines aus Abgastemperatur, Fluss und Lambdawert indikativ ist. Die Steuereinheit wird kalibriert, um einen gewünschten Fluss von Abgas durch den MNA auf der Basis der Charakteristika des Katalysators 18 und des MNA 16 zu leiten. Eine Verweistabelle kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Abgasfluss den gewünschten Regenerations- oder Desulfatierungsfluss übertrifft und, falls ja, kann die Steuereinheit 64 bewirken, dass das überschüssige Abgas über den Umleitungsstrang 20 um den MNA 16 abgelenkt wird. Der gewünschte Umleitungsfluss wird erreicht, indem die Ventile 24 und 30 eingestellt werden, um sie dem Zieldesulfatierungsfluss durch den MNA 16 anzupassen.
Die Verweistabelle kann auch verwendet werden, um eine gewünschte Flussrate über den Heißstrang 49 bereitzustellen. Wie oben erwähnt, kann das Ventil 51 bei Beginn eines Desulfatierungs- oder Regenerationszyklus geöffnet werden, um einen signifikanten Anteil des Regenerations- oder Desulfatierungsflusses durch den Heißstrang 49 zu leiten. Das Ventil 57, das im Strang 12a angeordnet ist, kann während Regeneration oder Desulfatierung über den Fluss durch den Heißstrang 49 eine zusätzliche Steuerung bereitstellen.
Ventile, die für den Zweck geeignet sind, welcher für die Ventile 51 und 57 beschrieben wurde, sind wohl bekannt. Zum Beispiel könnte jedes Ventil, das in der Ausführungsform der 2 bis 4 beschrieben wurde, ein einfaches Auf-Zu-Ventil, ein Mehrstellungsventil oder ein Steuerventil mit variablen Stellungen sein, wobei die Wahl des Ventiltyps von den Kosten und dem gewünschten Grad der Steuerung vorgegeben wird. Außerdem könnte eines der Ventile 51 oder 57 eliminiert werden, was die Steuerung reduziert, aber die Steuerungen vereinfacht und Kosten und Wartung durch Entfernen einer beweglichen Komponente reduziert. In jedem Fall kann die Steuereinheit den Desulfatierungsfluss durch Aufteilen des Flusses durch den Strang 12a und den Heißstrang 49 einstellen.
Mit Bezug auf die in 2 bereitgestellte Ausführungsform können auch die Ventile 51 eliminiert werden, wobei ein betriebsfähiges System zurückbleibt. Regenerations- und Desulfatierungsfluss und Adsorptionsabgasflusssteuerung müssten berücksichtigen, dass während aller Betriebsmodi ein Anteil des Desulfatierungsflusses vom Katalysator 18 durch den Heißstrang 49 zum MNA 16 geleitet würde. Durch das kontinuierliche Aufteilen des Abgasflusses auf diese Weise kann die Abgastemperatur am MNA 16 erhöht werden. Es könnte ein anderes Mittel bereitgestellt werden, wo erwünscht, um die Temperatur zu regeln, um das Abgas während eines Adsorptionszyklus unter einer Zieltemperatur zu halten. Alternativ dazu wird es ohne das Ventil 57 immer eine Quantität von Abgasfluss durch den Strang 12a geben, und die Steuereinheit müsste dies berücksichtigen. In allen Fällen können Strategien mit geschlossenem Regelkreis mit dem obigen kombiniert werden. Bei einigen Strategien mit geschlossenem Regelkreis kann der Temperatursensor 58 verwendet werden, um der Steuereinheit 64 Daten zuzuleiten, die von der Steuereinheit 64 verwendet werden können, um die Effizienz der Regenerations- und Desulfatierungszyklen zu steuern.
Die Verweistabelle für eine Vorwärtssteuerung kann auch eine Zielkonzentration des Reduktionsmittels vor dem Katalysator 18 während Regeneration oder Desulfatierung bereitstellen. Die Motorbetriebsbedingungen stellen Informationen über die Abgastemperatur, Fluss und Lambda des Abgases vom Block 10 bereit. Die Temperatur des Abgases kann verwendet werden, um die Menge des Reduktionsmittels, die zum Erreichen des Zieltemperaturbereichs für das Abgas während Regenerations- und Desulfatierungszyklen erforderlich ist, zu bestimmen. Dieser Zieltemperaturbereich sollte unter einer Temperatur gehalten werden, die den Katalysator schädigen könnte, und über einer Temperatur, die zur effizienten Reformation des Reduktionsmittels und daher Regeneration oder Desulfatierung des MNA 16 geeignet ist. Zudem bestimmt das Lambda des Abgases, das aus den Motorbetriebsbedingungen eingeschätzt wird, die Menge des Reduktionsmittels, die erforderlich ist, um eine ausreichend fette Abgasumgebung bereitzustellen, um eine effiziente Regeneration oder Desulfatierung zu unterstützen.
Wieder unter Bezug auf 1 könnte auch eine Strategie mit geschlossenem Regelkreis verwendet werden, bei der die Temperatur vor oder nach dem Katalysator 18 (siehe Sensor 58, der in der gezeigten Ausführungsform vor dem Katalysator 18 gezeigt ist) und vor dem MNA 16 durch den Strang 62 gemessen werden könnte. Die Last und Geschwindigkeit des Motors könnten von der Steuereinheit verwendet werden, um den Abgasfluss auf der Basis von Verweistabellen zu bestimmen. Ein Flussmesser innerhalb des Abgasstrangs könnte auch für eine weitere Regelung verwendet werden. Die Verweistabelle kann zusammen mit Sensorinformationen verwendet werden, um den Fluss von Reduktionsmittel, das in den Anschlussstrang 12 eingeführt werden soll, und wie viel Fluss von Abgas, falls überhaupt, während Regenerations- oder Desulfatierungszyklen durch das Ventil 24 und den Strang 20 geleitet werden soll, zu bestimmen, um einen Zielregenerations- oder -desulfatierungsfluss und eine Zielregenerations- oder -desulfatierungstemperatur zu wahren.
Wenn der Abgasfluss für den Katalysator 18 zu groß ist, um eine vollständige Oxidation von Methan zu ermöglichen, oder zu groß, um effizient zu desulfatieren, wird ein Teil des Flusses in den Umleitungsstrang 20 geleitet, bis der gewünschte Fluss erreicht wird.
Wenn die Temperatur vor dem MNA 16 zu hoch oder zu niedrig ist, kann die Methanquantität eingestellt werden, um die gewünschte Desulfatierungstemperatur zu erreichen. Dies kann auch durchgeführt werden, indem die Temperatur in den oder aus dem Katalysator 18 überwacht wird.
Wie bei dem obigen System mit offenem Regelkreis kann der Desulfatierungsfluss durch den Heißstrang 49 durch eine Kalibrierung bestimmt werden, die der Steuereinheit bereitgestellt wird, die ein Motorkennfeld entsprechend einer Flussaufteilung durch den Heißstrang 49 und den Strang 12a umfassen würde. Dies hängt von der Steuerung ab, die der Steuereinheit als Resultat der Verfügbarkeit und des Typs der Ventile im Strang 12a und/oder Heißstrang 49 zur Verfügung steht. Es könnte auch eine Vorwärtssteuerung verwendet werden, die auch die Temperatur des Regenerations- oder Desulfatierungsflusses vor dem MNA 16 berücksichtigen und diesen Desulfatierungsfluss durch den Heißstrang 49 und den Strang 12a leiten würde, um auf die gewünschte Temperatur, die erforderlich ist, um eine effiziente Regeneration oder Desulfatierung des MNA 16 sicherzustellen, abzuzielen. Die Temperatur kann auch verwendet werden, um das Ventil 36 zu steuern, um den Reduktionsmittelfluss oder die Reduktionsmittelquantität, die ein heißeres Abgas in den MNA 16 bereitstellt, zu variieren.
Wie oben angemerkt, wird abhängig von den Kosten und Erwägungen der Anwendung möglicherweise eine Strategie mit geschlossenem Regelkreis bevorzugt. Die oben erörterte Strategie mit offenem Regelkreis benutzt eine Kalibrierung des Systems, die eine Zieleinspritzrate und -quantität des Reduktionsmittels über einen Regenerations- und Desulfatierungszyklus bereitstellt, die auf den Motorbetriebsparametern wie etwa Last und Geschwindigkeit basieren, und die dynamische Überwachung und die zusätzliche Komplexität von Hardware und Software für das System eliminieren könnte. Der Kompromiss einer solchen Strategie liegt jedoch darin, dass sie eher dazu neigt, den MNA 16 unvollständig oder weniger effizient zu regenerieren oder zu desulfatieren.
Steuerungen, wie oben beschrieben, können auch verwendet werden, um Ausführungsformen mit einem turbinengetriebenen Gebläse 82 zu steuern. Hier wird jedoch eine Steuerung benötigt, um den Fluss von Luft durch das Ventil 80 in den Anschlussstrang 12 während Adsorptionszyklen zu überwachen. Während eines Regenerations- oder Desulfatierungszyklus kann das Ventil 90 geöffnet werden, um den ganzen oder einen Anteil des Flusses um das turbinengetriebene Gebläse 82 zu leiten, wie gewünscht, um das Temperaturerfordernis für Abgas durch den MNA 16 zu erfüllen. Obwohl es in dieser Ausführungsform nicht gezeigt ist, würde der Fachmann verstehen, dass auch eine Umleitung zwischen dem Katalysator 18 und dem MNA 16 (stromaufwärts von dem Katalysator 18 und stromabwärts von dem MNA 16) verwendet werden könnte. Diese Umleitung würde auf die gleiche Art und Weise verwendet, wie für die erste Ausführungsform in 1 beschrieben.
Zusätzlich zu dem Heißstrang 86 könnte auch der Strang 91 verwendet werden, um Last von dem turbinengetriebenen Gebläse 82 zu entfernen, wenn ein Bedarf besteht, Abgaswärme zu bewahren.
Für die in 3 gezeigte Ausführungsform könnten Flusssensoren durch das Ventil 80 und Temperatursensoren innerhalb des Strangs 12 verwendet werden, um für Adsorptions-, Regenerations- und Desulfatierungszyklen Regelung bereitzustellen.
Allgemeiner gesagt, könnten, unter Bezug auf 4, die drei Wärmetauscher oder Turbinen auch nach Bedarf gesteuert werden, um die Abgastemperatur bis zum MNA 16 hin zu manipulieren. Vorwärtssteuerungen oder Regelungen könnten Fluss und Temperatur durch den Abgasstrang in den MNA 16 steuern, um sicherzustellen, dass die Abgastemperatur in einen gewünschten Bereich fällt, ungeachtet der Betriebsanforderungen an den Motor und ungeachtet dessen, ob Adsorption, Regeneration oder Desulfatierung von dem Nachbehandlungssystem angestrebt wird.
Um das System zu vereinfachen, ist eine Alternative zum Verwenden von Steuerventilen mit variablem Fluss das Verwenden von Auf-Zu-Ventilen (oder auch anderen Ventilen mit mehrfachen Stellungen).
Zum Beispiel kann die Steuereinheit für die Ventile 24, 30, 51 und 57 einen aus einer Vielzahl von möglichen Einstellwerten auswählen, um den Fluss durch die Stränge 12, 20 und 49 zu steuern. Das Ventil 30 kann ganz offen oder teilweise offen sein. Die Ventile 24, 51 und 57 können geschlossen oder offen sein. Daher kann die Steuereinheit 70 eine Stellung für jedes Ventil gemäß den Motorbetriebsparametern auswählen, um den Abgasfluss durch den Strang 12 an einen zuvor festgelegten Zielwert anzupassen. Das heißt, bei geringer Geschwindigkeit und Last sind die Ventile 30 und 51 ganz offen und die Ventile 24 und 57 sind geschlossen. Bei höheren Lasten und Geschwindigkeiten sind die Ventile 24, 30 und 51 ganz offen und das Ventil 57 kann geschlossen sein. Bei noch höheren Geschwindigkeiten und Lasten ist das Ventil 30 teilweise offen und die Ventile 24 und 51 sind geöffnet, wohingegen das Ventil 57 geöffnet oder geschlossen sein kann.
Wie der Fachmann verstehen würde, könnten in den gezeigten Nachbehandlungssystemen verwendete Ventile jeder beliebige Flusssteuerungsmechanismus sein und bräuchten nicht auf Ventile beschränkt zu sein.
Andere Ventilkonfigurationen können ebenfalls verwendet werden. Eine größere Flexibilität der Steuereinheit beim Regeln des Flusses während Adsorptions-, Regenerations- und Desulfatierungszyklen hilft der Steuereinheit, einen zuvor festgelegten Zielfluss für jeden Zyklus zu erreichen. Ein Kompromiss ist dabei, dass eine solche Flexibilität in einem System resultieren kann, das teurere Ventile und kompliziertere Software zum Steuern dieser Ventile erfordert.
5 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung. Hier ist ein zweiter MNA hinzugefügt: der SOx-Adsorber 100. Abgasstränge umfassen den Anschlussstrang 12, Umleitungsstrang 20, Strang 12a, Heißstrang 49 und Schwefelstrang 106. Um den Fluss durch den SOx-Adsorber 100 zu steuern, werden die Ventile 102 und 104 verwendet, um den Abgasfluss durch den MNA 16 oder um den MNA 16 mittels des Schwefelstrangs 106 zu steuern. Die Ventile 108 und 110 werden verwendet, um den Umleitungsfluss (wenn erwünscht) um den MNA 16, den Katalysator 18 und den SOx-Adsorber 100 zu steuern. Wie oben erwähnt, sei hier angemerkt, dass sich die Umleitungssteuerventile 108 und 110 als eine Demonstration einer alternativen Architektur der Flusssteuerung beide im Umleitungsstrang 20 befinden, wohingegen sich in der oben in 2 demonstrierten Ausführungsform eines dieser Ventile in dem Anschlussstrang 12 befand.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform ist eine Version der in 2 gezeigten Ausführungsform, die modifiziert wurde, um den SOx-Adsorber 100 zu umfassen. Der SOx-Adsorber 100 verlängert die Zeit zwischen Desulfatierungszyklen. Der MNA 16 muss noch immer periodisch desulfatiert werden. Jedoch entfernt der SOx-Adsorber 100 im Strang 12a den größten Teil des SOx. Die Konzentration der Schwefelverbindungen in Abgas, das während eines Adsorptionszyklus durch den MNA 16 geht, ist klein. Die gezeigte Struktur muss jedoch noch immer die Desulfatierung von sowohl MNA 16 als auch dem SOx-MNA 100 ermöglichen.
Der MNA 16 kann im Wesentlichen wie oben beschrieben desulfatiert werden. Die zum Herbeiführen der Desulfatierung erforderliche Wärme wird von dem Katalysator 18, Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittelspeicher 44 (eingeführt durch Strang 42 und Ventil 36) und Heißstrang 49 bereitgestellt, wobei sichergestellt wird, dass die Wärme in dem Abgas für die Desulfatierung des MNA bewahrt wird.
Ein Regenerationszyklus des SOx-Adsorbers (wie MNA-Regenerationszyklen, entworfen, um die primär aufgefangene Komponente – in diesem Fall Schwefelverbindungen – periodisch freizugeben, um den Adsorber für weitere Adsorption freizumachen) muss ebenfalls inkorporiert werden. Wenn der SOx-Adsorber 100 „voll" ist, wird das Abgas mit Reaktion des Reduktionsmittels vom Speicher 44 über den Katalysator 18 oxidiert. Die resultierende fette Abgasumgebung durch den SOx-Adsorber 100 gibt Schwefel in das Abgas frei, das vom SOx-Adsorber 100 fließt. Dies ist so entworfen, dass es geschieht, wenn die Abgastemperaturen in einem Bereich ähnlich dem für die Freigabe von NOx aus dem MNA 16 liegen. Dies kann die Regeneration von NOx- und SOx-Adsorber zur gleichen Zeit ermöglichen, solange der freigegebene Schwefel um den MNA 16 herum geleitet wird. Hier wäre ein Strang direkt vom Katalysator 18 zum MNA 16 nötig, um ein relativ schwefelfreies Abgas bereitzustellen, das für die Regeneration des MNA 16 erforderlich ist. Ein Teil dieses selben Abgases würde zum SOx-Adsorber 100 geleitet, und das resultierende schwefelreiche Abgas würde über den Strang 106 aus dem Nachbehandlungssystem gehen. Das heißt, das resultierende Abgas wird durch das Ventil 104 und entlang Strang 106 aus dem System geführt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist es wichtig, dass das Ventil 102 geschlossen wird, um während eines Regenerationszyklus des SOx-Adsorbers eine Freigabe von schwefelreichem Abgas durch den MNA 16 zu vermeiden.
Die Regeneration des NOx- und SOx-Adsorbers könnte in Reihe geschehen, wobei das Abgas wie zur Regeneration des SOx-Adsorbers erwärmt und durch den Schwefelstrang 106 umgeleitet wird, wonach das Abgas unmittelbar durch den MNA 16 geht, sobald die Regeneration des SOx-Adsorbers abgeschlossen ist und wenig Schwefel zum MNA 16 geleitet wird, für einen Regenerationszyklus dieses Katalysators.
Der Umleitungsstrang 20 kann auch verwendet werden, um die Effizienz während der Regenerationszyklen des SOx-Adsorbers zu unterstützen, indem ein Teil des Abgases durch den Umleitungsstrang 20 geleitet wird, wodurch die zum Erwärmen des verbleibenden Abgases durch den Strang 12a erforderliche Energie reduziert wird.
Ein Reinigungskatalysator, nicht gezeigt, kann wahlweise bereitgestellt werden, um sicherzustellen, dass etwaiges Wasserstoffsulfid, das während der Regeneration des SOx-Adsorbers oder während der Desulfatierung freigegeben wird, zu Sulfat umgewandelt wird.
Es sei angemerkt, dass es bei dieser Ausführungsform weniger wichtig ist, den Heißstrang 49 einzuschließen, der zum Desulfatieren des MNA 16 verwendet wird. Da die Zeiträume zwischen den Desulfatierungszyklen des MNA 16 mit der Einführung des SOx-Adsorbers 100 beträchtlich vergrößert sind, ist der Verlust der Effizienz des zusätzlichen Erwärmens für das Abgas für die Desulfatierung weniger wichtig, um den größeren Wärmeverlust durch das Führen des Abgases durch den Strang 12a zu kompensieren.
Im Allgemeinen könnte ein angemessen großer SOx-Adsorber zum Beispiel die Zeit zwischen Desulfatierungszyklen des MNA 16 um einen Faktor 50 vergrößern. Beispielhaft könnte der SOx-Adsorber, je nach dem verwendeten Kraftstoff, ein Viertel der Größe relativ zum MNA betragen. Wie oben angemerkt, könnte der SOx-Adsorber ausgewählt werden, um einen Regenerationstemperaturbereich des SOx-Adsorbers ähnlich der Regenerationstemperatur des NOx-Adsorbers zu ermöglichen, so dass Komplikationen des Systems dadurch reduziert werden, dass für zwei unterschiedliche Vorgänge ähnliche Bedingungen ermöglicht werden. Wenn außerdem der Abgasfluss umgekehrt oder separiert werden kann, um von demselben Katalysator separat durch den SOx-Adsorber und den NOx-Adsorber zu fließen, dann kann beispielhaft die Regeneration dieser beiden Adsorber gleichzeitig geschehen.
Der Schwefelstrang 106 ist für das System nicht essenziell, doch ohne ihn sollte die Regeneration des SOx-Adsorbers entweder vermieden werden oder eine Umkehrflussstrategie einsetzen, wie diejenige, die für die nachfolgend erörterte Ausführungsform gelehrt wird (siehe 6 und die begleitende Erörterung).
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die den Umleitungsstrang 20 mit den Ventilen 108, 110 und, in dem Abgasstrang, den Katalysator 18, SOx-Adsorber 100 und MNA 16 umfasst. Diese Ausführungsform umfasst auch den Anschlussstrang 12, der sich in den Umkehrflussstrang 208 verzweigt. Der Abgasfluss durch den Strang 208 wird durch die Ventile 200 und 204 gesteuert. Im Allgemeinen umfassen die Abgasstränge den Anschlussstrang 12, den Umleitungsstrang 20, den Strang 208 und den Umkehrflussauslass 202.
Das Ventil 201 steuert den Fluss aus dem Umkehrflussauslass 202. Das Ventil 206 steuert den Fluss aus dem Anschlussstrang 12. Der Reduktionsmittelspeicher 44 ist mit dem Reduktionsmittelstrang 42 versehen. Das Ventil 36 steuert den Fluss des Reduktionsmittels zum Katalysator, wenn Regeneration und Desulfatierung erforderlich sind.
Im Betrieb fließt Abgas während eines Adsorptionszyklus vom Motorblock 10 durch den Strang 12 und den SOx-Adsorber 100, MNA 16 und heraus durch das Ventil 206. Die Ventile 108, 201 und 204 sind geschlossen, was das Abgas zwingt, durch das Ventil 206 und aus dem Nachbehandlungssystem heraus zu fließen. Die Steuerung des Systems kann wie oben beschrieben sein.
Wenn ein Regenerationszyklus erforderlich ist, wird der Fluss durch den Katalysator 18 bewahrt, wo das Ventil 36 geöffnet wird, um Reduktionsmittel einzuführen. Das fette, erwärmte Abgas kann durch das Ventil 204 in den MNA 16 und durch den Strang 202 aus dem System heraus geleitet werden. Wie oben erörtert, kann ein Teil des Abgases über den Strang 20 direkt um den Katalysator 18 herum umgeleitet werden.
Wenn die Systemsteuerung wählt, den MNA 16 zu desulfatieren, werden die Ventile 36 und 204 geöffnet. Die Ventile 108 und 110 können geöffnet werden, wenn eine Umleitung eines Teils des Abgases bevorzugt wird. Während der Desulfatierung des MNA 16 fließt Abgas vom Katalysator 18, wo mit der Einführung eines Reduktionsmittels zum Katalysator 18 das Abgas oxidiert, erwärmt und durch das Ventil 204 und den Strang 208 zum MNA 16 umgeleitet wird. Das Ventil 206 wird geschlossen, wobei das ganze Abgas durch den MNA 16 geführt wird. Schließlich wird das Abgas mit Schwefel vom MNA 16 vom Anschlussstrang 12 zum Strang 202 und durch das Ventil 200 aus dem Nachbehandlungssystem heraus geleitet.
Auf ähnliche Weise wird Abgas während der Regeneration des SOx-Adsorbers 100 in dieselbe Richtung geführt. Das erwärmte Abgas wird mittels des Strangs 208 durch das Ventil 204 und den MNA 16 zum SOx-Adsorber 100 geleitet. Nach dem Freigeben von Schwefel im SOx-Adsorber 100 wird das Abgas mittels des Strangs 202 durch das Ventil 200 aus dem System ausgestoßen.
Diese Ausführungsform könnte mit einem System mit geschlossenem Regelkreis betrieben werden. Ein Sensor könnte innerhalb der Nachbehandlungsarchitektur platziert werden, um den Schwefel-Slip oder NOx-Slip vom SOx-Adsorber 100 oder MNA 16 zu überwachen, um zu bestimmen, wann diese Adsorber regeneriert oder desulfatiert werden müssen, wonach die Ventile angemessen gesteuert würden. Der Sensor könnte auch Flussraten durch Teile des Nachbehandlungssystems messen, um dabei zu helfen, auf die Flusserfordernisse durch Teile des Systems während Adsorptions-, Desulfatierungs- und Regenerationszyklen abzuzielen. Genauso gut könnte das System kalibriert werden, um eine Strategie mit Regelung zu nutzen, die die Flussrate von Abgas und die Motorbetriebsbedingungen bestimmt oder einschätzt, um zu approximieren, wann die Regenerationszyklen auftreten sollten und wann die Desulfatierungszyklen auftreten sollten.
Während der Regenerations- und Desulfatierungszyklen, bei denen der Umleitungsstrang 20 verwendet wird, können die NOx-Pegel aus dem Strang 12 wesentlich ansteigen, da der Motor fortfährt zu laufen, ohne NOx-Behandlung des Abgases, das durch den Umleitungsstrang 20 geführt wird. Sobald die Regeneration und Desulfatierung jedoch abgeschlossen sind, fällt NOx schnell ab, da das ganze Abgas durch den neu regenerierten und desulfatierten MNA 16 geführt wird. Daher, genauso wie ein Wunsch, den Kraftstoffverbrauch (Verbrauch von Methan) zu reduzieren, begrenzen auch kurze Regenerations- und Desulfatierungszyklen die Menge an NOx, die während der Desulfatierung durch den Umleitungsstrang 20 ausgegeben wird. Je länger der Zeitraum, der für Regenerations- und Desulfatierungszyklen benötigt wird, desto mehr kumulatives Abgas fließt durch den Umleitungsstrang 20.
Der Katalysator 18 wird generell als ein Bett beschrieben, dass die relevanten Reaktionen, die oben angemerkt wurden, fördert, um ein gewünschtes Abgas mit einem Lambda unter oder gleich eins und auf oder über der Regenerations- oder Desulfatierungstemperatur bereitzustellen, je nach Fall. Da dieser Katalysator das Abgas schnell auf eine sehr hohe Temperatur erwärmen muss, muss er außerdem aus Materialien ausgewählt sein, die der für das Abgas benötigten Temperatur widerstehen können, und fähig sein, das Abgas schnell auf diese Temperaturen zu erwärmen. Ein Metallsubstrat zum Tragen des Katalysators wird im Allgemeinen bevorzugt, statt zum Beispiel eines Keramiksubstrats, wenn das Metallsubstrat die thermische Ansprechung auf den Katalysator 18 verbessert. Wie oben angemerkt, kann, je schneller die thermische Ansprechung, der Regenerations- oder Desulfatierungszyklus desto schneller abgeschlossen werden, wodurch die Menge an unbehandeltem Abgas, der das Fließen durch den Umleitungsstrang 20, wo genutzt, erlaubt wird, reduziert wird.
Der Katalysator 18 kann ein Teiloxidationskatalysator sein, der ein Reduktionsmittel (wie etwa Methan) teilweise oxidiert und das Reduktionsmittel reformiert – siehe Reaktionen (4) bis (6) für das Methan zum Beispiel.
Der Katalysator 18 kann auch ein Rücken-an-Rücken-Oxidationskatalysator und -reformer sein, die eine gemeinsame Grenzfläche teilen. Solche Katalysatoren oxidieren das Reduktionsmittel zunächst, bis das Sauerstoffpotential ausreichend reduziert worden ist. Diese zwei Katalysatoren, der Oxidationskatalysator und der Reformer, können auch im Strang 12 in Reihe angeordnet sein und müssen keine gemeinsame Grenzoberfläche teilen. Auch könnte ein Kombinationsreformer und -oxidationskatalysator verwendet werden, der den Reformer und den Oxidationskatalysator zusammen in einem gemischten Katalysator integriert. Jede Option stellt Kompromisse zwischen Kosten und Effizienz auf.
Ein Oxidationskatalysator kann eine Komponente des Katalysators 18 sein und kann jeder beliebige Oxidationskatalysator sein, der zum Oxidieren des Abgases zur Reduktion des Sauerstoffgehalts geeignet ist. Beispielhaft kann ein geeigneter Oxidationskatalysator die folgenden Reaktionen fördern: CxHy + (x + y/4) O₂ (Pt) → xCO₂ + y/2 H₂O CxHy + (x + y/4) O₂ (Pd) → xCO₂ + y/2 H₂O CxHy + (x/2) O₂ (Pd) → xCO + y/2 H₂ CO + ½ O₂ → CO₂
Nur als Beispiel und für die für diese Anwendung bekannten Betriebsbedingungen beinhaltet eine geeignete Zwischenschichtformulierung Al₂O₃. Andere geeignete Zwischenschichtformulierungen können auch verwendet werden, wie der Fachmann verstünde.
Ein Reformer kann eine Komponente des Katalysators 18 sein. Für diese Anwendung geeignete Reformer sind wohl bekannt. Der Reformer ist vorzugsweise geeignet, um einen Kohlenwasserstoff mit Wasser in CO und H₂ umzuwandeln. Beispielhaft kann der Reformer ein auf Edelmetall basierender Katalysator mit Zwischenschichtmaterialien, die Al₂O₃ umfassen, sein.
2 zeigt einen zusätzlichen Katalysator, den fest gekoppelten Katalysator 32, der nahe dem Motorblock 10 positioniert ist. Einige Systeme können einen solchen Katalysator umfassen, der dicht beim Motor angeordnet ist, um sicherzustellen, dass das Abgas heiß genug ist, um die Oxidation des Reduktionsmittels zu unterstützen. Das heißt, es gibt einige Entwürfe für Nachbehandlungssysteme, die aus dem Einsetzen eines fest gekoppelten Katalysators nahe dem Motorblock Nutzen ziehen würden, so dass die Abgastemperatur unter Bedingungen von geringer Last und/oder Geschwindigkeit oder Leerlaufbedingungen daran gehindert werden kann, unter einen Schwellenwert zu fallen, bei dem die stabile Oxidation von Methan im Katalysator 18 kompromittiert wäre. Der fest gekoppelte Katalysator ist typischerweise körperlich kleiner als der Katalysator 18 und daher leichter nahe dem Motor unterzubringen. Er würde den Katalysator 18 nicht ersetzen. Ein großer Katalysator ermöglicht es dem System, aus größeren Abgasflüssen Nutzen zu ziehen, um schnelle Desulfatierungszyklen bereitzustellen. Unter solchen Bedingungen bestehen daher Vorteile darin, einen fest gekoppelten Katalysator 32 nahe dem Motorblock 10 aufzuweisen, wobei der Strang 40 dem Abgas vor einem solchen Katalysator Methan zuführt. Der Katalysator 32 oxidiert das Reduktionsmittel, das aus dem Speicher 44 bereitgestellt wird, um das Abgas auf eine Temperatur zu erwärmen, die geeignet ist, um ein zufriendenstellendes Anspringen des Katalysators 18 zu ermöglichen.
Es sei auch angemerkt, dass der fest gekoppelte Katalysator vor eine Turbine platziert werden könnte, und das erwärmte Abgas, teilweise in der Turbine erwärmt, könnte verwendet werden, um dabei zu helfen, die Turbine für eine größere Flexibilität des Motors anzutreiben.
Wie oben angemerkt, hängen die Adsorptions-, Regenerations- und Desulfatierungszyklen von der Abgastemperatur ab. Zum Beispiel ist es für Regeneration und Desulfatierung wichtig, dass das in den Katalysator 18 eingeführte Abgas eine Temperatur über einer Mindesttemperatur aufweist, um sicherzustellen, dass der Katalysator anfänglich „anspringt". Eine Strategie, um eine angemessene Abgastemperatur aus der Brennkammer sicherzustellen, ist es, eine Verbrennungsstrategie oder Verbrennungszeitgebung zu wählen, die entweder für Regenerations- oder Desulfatierungszyklen eine relativ späte Wärmefreigabe sicherstellt, wie es bei funkengezündeten Motoren der Fall sein kann, oder durch das Sicherstellen einer schnellen Wärmefreigabe bei höheren Lasten für die Adsorption. Auch hilft eine verzögerte oder zweite direkte Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer, spät im Arbeitshub das Abgas vom Motorblock 10 zu erwärmen, wenn Regeneration oder Desulfatierung erforderlich ist. Dies kann auch die NOx-Pegel reduzieren, mit damit verbundenen Vorteilen während Regenerations- oder Desulfatierungszyklen, da eine Quantität von Abgas ohne NOx-Behandlung durch den Umleitungsstrang geleitet werden könnte. Ein reduzierter NOx-Pegel hat hier Vorteile. Andere Strategien sind dem Fachmann dieser Technologie wohl bekannt.
Da Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff effektive Reduktionsmittel sein können, kann der Speicher 44 die Kraftstoffspeicherungstanks sein, wenn der Motor von dem Reduktionsmittel angetrieben wird. Zum Beispiel kann bei Naturgasmotoren das Naturgas als das Reduktionsmittel verwendet werden.
Die Ventile 34 und 36 können außerdem Einspritzventile sein, die ein geeignetes Reduktionsmittel, wie etwa Methan, direkt in den Anschlussstrang 12 einspritzen. Einspritzventile würden eine bessere Steuerung der Zeitgebung und Quantität des Methan und daher eine bessere Steuerung der Dauer der Regenerations- oder Desulfatierungszyklen bereitstellen.
Der MNA 16 adsorbiert und speichert typischerweise NOx in der Katalysator-Zwischenschicht, während er unter mageren Bedingungen betrieben wird, und unter fetten Betriebsbedingungen, wenn eine Desulfatierungsmischung, die Wasserstoff und fettes Abgas umfasst, durch den MNA geht, kann NO₂ freigegeben und zu N₂ reduziert werden. Wie oben angemerkt, zeigt Folgendes einen typischen Betrieb des MNA unter mageren Bedingungen: NO + ½O₂(Pt) → NO₂ XO + 2NO₂ + ½O₂ → X(NO₃)₂ und unter fetten Bedingungen: X(NO₃)₂ → XO + 2NO + 3/2O₂ X(NO₃)₂ → XO + 2NO₂ + ½O₂ NO + CO (Rh) → ½N₂ + CO₂ 2NO₂ + 4H₂ → N₂ + 4H₂O wobei X in der Zwischenschicht bereitgestellt wird und typischerweise ein Alkali (z. B. K, Na, Li, Ce), ein Erdalkali (z. B. Ba, Ca, Sr, Mg) oder eine seltene Erde (z. B. La, Yt) ist.
Ein weiterer Vorteil kann verwirklicht werden, wenn ein Kraftstoff, der ein Reduktionsmittel wie etwa Methan und Wasserstoff als zwei Hauptkomponenten des Kraftstoffs kombiniert, verwendet wird. Beispielhaft könnte Naturgas mit 10 % bis 50 % Wasserstoff als Motorkraftstoff und für Regenerations- oder Desulfatierungszyklen angemessen sein. Ein solcher Kraftstoff könnte dann in den erörterten Ausführungsformen benutzt werden, wobei der Wasserstoff, der mit dem Kraftstoff vor dem Oxidationskatalysator eingeführt wird, helfen könnte, diese Katalysatoren anspringen zu lassen, und helfen könnte, eine Abgasumgebung mit einem Lambda von weniger als oder gleich 1 bereitzustellen. Durch das Bereitstellen einer Quantität von Wasserstoff in den Abgasstrom wird des Weiteren die Beanspruchung des Katalysators 18 reduziert. Aufgrund des Vorhandenseins des Wasserstoffs in dem eingespritzten Kraftstoff ist für die Desulfatierung weniger Reformieren erforderlich.
Reduktionsmittel, die verwendet werden könnten, umfassen solche Sachen wie Dieselkraftstoff, Benzin oder andere Kohlenwasserstoffe sowie Naturgas, Methan, Ethan, Propan, Butan oder Wasserstoff oder Kombinationen aus diesen Kraftstoffen.
Wann immer in dieser Offenbarung auf „Fluss" verwiesen wird, ist dies die Massen- oder Molarflussrate des in Frage stehenden Gases.
Es kann auch eine Abgasrückführung (AGR) benutzt werden, um dabei zu helfen, NOx-Emissionen während der Regenerations- oder Desulfatierungszyklen zu reduzieren, wenn ein Umleitungsstrang geöffnet wird. Erhöhte AGR-Raten während der Regeneration oder Desulfatierung können NOx, das in der Brennkammer erzeugt wird, reduzieren, was in weniger NOx, das durch den Umleitungsstrang 20 und in die Atmosphäre fließt, resultiert. Des Weiteren können Zunahmen der AGR auch verwendet werden, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas während der Regeneration oder Desulfatierung zu reduzieren, was wiederum die Beanspruchung des Oxidationskatalysators reduziert, um Sauerstoff während eines Regenerations- oder Desulfatierungszyklusses zu reduzieren, sowie um die Menge an Reduktionsmittel, die zum Verbrennen von Sauerstoff notwendig ist, zu reduzieren.
Während bestimmte Elemente, Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, versteht es sich selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese begrenzt ist, da vom Fachmann Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Bereich der vorliegenden Patentansprüche zu verlassen, insbesondere angesichts der vorangehenden Lehren.

Claims

Ein Nachbehandlungssystem zur Behandlung von NOx, das in Abgas gefunden wird, welches während der Verbrennung eines Kraftstoffs innerhalb einer Brennkammer eines laufenden Verbrennungsmotors produziert wird, wobei das Nachbehandlungssystem Folgendes beinhaltet: einen Abgasstrang zum Leiten des Abgases aus dem Motor (10) und durch das Nachbehandlungssystem, wobei der Abgasstrang einen Kühlstrang (12a) und einen Heißstrang (49) zum Regeln der Abgastemperatur während eines Adsorptionszyklus und eines Regenerationszyklus beinhaltet; einen Mager-NOx-Adsorber (16), der in dem Abgasstrang angeordnet ist; einen Katalysator (18), der in dem Abgasstrang angeordnet und fähig ist, ein Reduktionsmittel zu oxidieren und das oxidierte Reduktionsmittel in das Abgas zu leiten; eine Flusssteuerung (57, 51) zum Steuern des Flusses von Abgas durch den Heißstrang (49) und den Kühlstrang (12a); wobei der Abgasstrang fähig ist, Abgas aus dem Katalysator (18) an den Mager-NOx-Adsorber (16) abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasstrang einen Umleitungsstrang (20) beinhaltet, der fähig ist, das Abgas um den Katalysator (18) zu leiten, und dadurch, dass das System einen Reduktionsmittelstrang (38, 40) zum Abgeben eines Reduktionsmittels aus einem Reduktionsmittelspeicher (44) an den Katalysator (18) beinhaltet; und eine Reduktionsmittel-Flusssteuerung (34, 36), die in dem Reduktionsmittelstrang (38, 40) angeordnet ist, zum Steuern des Flusses des Reduktionsmittels in den Abgasstrang.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Kühlstrang (12a) und der Heißstrang (49) zwischen dem Katalysator (18) und dem NOx-Adsorber (16) liegen.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Kühlstrang (12a) länger als der Heißstrang (49) ist.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, das eine Turbine (152) beinhaltet, die in dem Kühlstrang (146) angeordnet ist.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 4, wobei die Turbine ein Druckluftgebläse (82) antreibt, das in einem Luftverdünnungsstrang (12) angeordnet und verbunden ist, um Luft zu komprimieren und die komprimierte Luft in den Kühlstrang zu leiten.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, das ein Druckluftgebläse (82) beinhaltet, das zum Komprimieren und Leiten von Luft in den Kühlstrang in einem Luftverdünnungsstrang (12) angeordnet ist.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, das einen Wärmetauscher (150) beinhaltet, der in dem Kühlstrang (144) angeordnet ist.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, das einen fest gekoppelten Katalysator (32) stromaufwärts von dem Katalysator (18) in dem Abgasstrang beinhaltet, wobei der Reduktionsmittelstrang (40) fähig ist, Reduktionsmittel stromaufwärts von dem fest gekoppelten Katalysator (32) an den Abgasstrang abzugeben.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Reduktionsmittelstrang (38) das Reduktionsmittel stromaufwärts von dem Katalysator (18) an den Abgasstrang abgibt.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, das ferner einen SOx-Adsorber (100) beinhaltet, der in dem Abgasstrang angeordnet ist, um SOx aus dem Abgas zu entfernen, bevor das Abgas während eines Adsorptionszyklus durch den NOx-Adsorber (16) geht.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 10, wobei der Abgasstrang ferner einen Schwefelstrang (106) zum Umleiten des Abgases um den NOx-Adsorber (16), wenn der SOx-Adsorber (100) regeneriert wird, und eine Flusssteuerung (102, 104) zum Steuern des Flusses von Abgas durch den Schwefelstrang (106) beinhaltet.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 10, wobei der Heißstrang (49) ein Umkehrflussstrang ist, der fähig ist, einen Fluss des Abgases alternieren zu lassen, wobei der NOx-Adsorber (16) stromaufwärts von dem SOx-Adsorber (100) liegt.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei eine Kühlstranglänge relativ zu einer Heißstranglänge so gewählt wird, das mehr Abgaswärme durch den Kühlstrang verteilt wird, als durch den Heißstrang auftreten würde.
Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Kühlstrangmaterial so gewählt wird, das mehr Abgaswärme durch den Kühlstrang verteilt wird, als durch den Heißstrang auftreten würde.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Nachbehandlungssystems zum Entfernen von NOx aus Abgas, das durch die Verbrennung eines Kraftstoffs in mindestens einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors erzeugt wird, wobei das Verfahren einen Adsorptionszyklus, einen Regenerationszyklus und einen Desulfatierungszyklus beinhaltet: während des Adsorptionszyklus: Kühlen des Adsorptionsgases auf innerhalb eines zuvor festgelegten Adsorptionstemperaturbereichs, wenn das Abgas über dem Adsorptionstemperaturbereich liegt, Leiten allen gekühlten Abgases durch einen Abgasstrang zu einem Mager-NOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist; während des Regenerationszyklus: Leiten eines ersten Anteils des Abgases durch einen Umleitungsstrang um den Mager-NOx-Adsorber, Oxidieren von mindestens einem zweiten Anteil des Abgases auf einen Lambda-Wert von weniger als oder gleich 1, Erwärmen mindestens des zweiten Anteils des Abgases auf innerhalb eines zuvor festgelegten Regenerationstemperaturbereichs, wenn mindestens der zweite Anteil des Abgases unter dem Regenerationstemperaturbereich liegt, Leiten des oxidierten und erwärmten Abgases durch den Mager-NOx-Adsorber; während des Desulfatierungszyklus: Oxidieren des Abgases auf einen Lambda-Wert von weniger als oder gleich 1, Erwärmen des Abgases auf innerhalb eines zuvor festgelegten Desulfatierungstemperaturbereichs, wenn das Abgas unter dem Desulfatierungstemperaturbereich liegt, Leiten des oxidierten und erwärmten Abgases durch den Mager-NOx-Adsorber.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus das Einführen von Luft in das Abgas beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus das Leiten des Abgases durch eine Turbine beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die Turbine verwendet wird, um ein Gebläse zum Leiten von Luft in den Abgasstrang stromaufwärts von dem NOx-Adsorber anzutreiben.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus das Expandieren des Abgases beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus das Leiten des Abgases durch einen Wärmetauscher beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Kühlen des Abgases während des Adsorptionszyklus das Führen des Abgases durch einen Kühlstrang beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei mindestens der zweite Anteil des Abgases den ersten Anteil des Abgases nicht umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei ein Anteil des Abgases während des Desulfatierungszyklus durch einen Umleitungsstrang um den Mager-NOx-Adsorber geleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Abgas während des Adsorptionszyklus durch einen SOx-Adsorber, der in dem Abgasstrang angeordnet ist, geleitet wird, bevor das Abgas durch den NOx-Adsorber geleitet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei das Abgas erwärmt und oxidiert wird, indem das Abgas durch einen Katalysator geht, wobei ein Reduktionsmittel in das Abgas eingeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei das Reduktionsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und Kombinationen davon besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 26, wobei das Reduktionsmittel einen Kohlenwasserstoff umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Naturgas, Diesel, Methan, Ethan, Butan, Propan und Kombinationen davon besteht.