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Querverweis auf verwandte
Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Wirkung der am 21. Juli 2006
eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 11/491,207, die hiermit in
ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Abgassysteme und insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
die Reduktion unerwünschter
adsorbierter Substanzen, die sich in einem Abgasreinigungssystem
für einen
Verbrennungsmotor ansammeln.
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Berichtete
Auswirkungen einer exzessiven Kohlenwasserstoff (HC)- und H2O-Adsorption
in Abgasreinigungssystemen für
Verbrennungsmotoren umfassen beträchtliche Temperaturspitzen
und einen Austritt eines auffälligen
weißen
Dampfes mit einem spürbaren
Geruch durch das Auspuffendrohr unter bestimmten Bedingungen, insbesondere
nach einem längeren
Leerlaufbetrieb des Motors. Diese Bedingungen können eventuell eine Systembeschädigung oder
einen Systemausfall hervorrufen, was zu Wartungskosten oder Gewährleistungsansprüchen führen kann.
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Als
Folge dieser Risiken sind eine Beschädigung/eine Degeneration von
Oxidationskatalysatoreinrichtungen und zugehöriger Rußfilter berichtet worden. Die
niedrige Abgastemperatur und die geringe Raumgeschwindigkeit (hohe
Verweilzeit) von Abgas, die typisch für Leerlaufbetriebszustände ist,
begünstigt
eine Kohlenwasserstoffabsorption auf der Oberfläche von Oxidationskatalysatoren.
Bei längerem
Leerlaufbetrieb kann somit eine Kohlenwasserstoffansammlung beträchtlich
werden. Unter denselben oder ähnlichen
Bedingungen kann auch eine H2O-Adsorption
substantiell werden, was besonders bedrohlich ist, wenn das System
Temperaturen unter dem Gefrierpunkt ausgesetzt ist, während es
sich nicht im Betrieb befindet. Folglich besteht ein Bedürfnis für weitere
Fortentwicklungen auf diesem Technologiegebiet.
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Zusammenfassung
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine besondere Vorgehensweise zum Steuern
des Ansammelns adsorbierter und/oder absorbierter Substanzen. Weitere
Ausführungsformen umfassen
besondere Verfahren, Systeme, Geräte und Vorrichtungen zum Steuern
einer Adsorption und/oder Absorption einer oder mehrerer Substanzen
durch eine Nachbehandlungseinrichtung.
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Eine
andere Ausführungsform
ist auf ein System und ein Verfahren zum Steuern einer Behandlung
von Abgas während
längerer
Leerlaufperioden des Motors und/oder geringer Abgastemperatur gerichtet,
das einen mit einem elektronischen Steuermodul oder einer elektronischen
Steuereinheit verbundenen Motor umfassen kann. Die Steuereinheit kann
dazu programmiert oder betriebsfähig
sein, die Motordrehzahl des Motors bei Leerlaufdrehzahlen zu steuern.
Wenn der Motor im Leerlauf läuft,
erzeugt er Abgas, welches durch ein Abgasbehandlungssystem geleitet
werden muss, bevor es in die Atmosphäre gerät. Das Abgas kann durch die
Verwendung einer Oxidationskatalysatoreinheit gefiltert werden,
die in einem stromabwärts
des Motors mit selbigem verbundenen Abgasrohr angeordnet ist.
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Ein
Temperatursensor kann in dem Abgasrohr stromaufwärts der Oxidationskatalysatoreinrichtung
angeordnet sein, um die Temperatur des Abgases zu messen, wenn es
in die Oxidationskatalysatoreinheit eintritt. Die Steuereinheit
erhält
eine Vielzahl von Temperaturmesswerten von dem Temperatursensor.
Wenn ein entsprechender Temperaturmesswert sich oberhalb eines Desorptionswertes
befindet, veranlasst die Steuereinheit den Wert eines Zeitgebers,
das Niveau akkumulierter Kohlenwasserstoffe und/oder das Niveau
akkumulierten Wassers zu verringern oder herunterzuzählen. Wenn
der entsprechende Temperaturwert sich unterhalb eines Absorptionswertes
befindet, veranlasst die Steuereinheit den Wert des Zeitgebers,
das Niveau akkumulierter Kohlenwasserstoffe und/oder das Niveau
akkumulierten Wassers hochzuzählen.
Sobald der Zeitgeber, das Niveau akkumulierten Kohlenwasserstoffs und/oder
das Niveau akkumulierten Wassers eine Maximalschwelle erreicht,
tritt die Steuereinheit in einen Desorptionsmodus oder einen Wärmemanagementmodus
ein.
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Der
Wärmemanagementmodus
kann die Steuereinheit dazu veranlassen, den Motor anzuweisen, Abgas
mit einem höheren
Temperaturniveau und/oder einer höheren Raumgeschwindigkeit zu
erzeugen. Ferner kann der Wärmemanagementmodus eine
Kraftstoffdosierung in das Abgas, bevor es in die Oxidationskatalysatoreinheit
eintritt, abschalten. Der Wärmemanagementmodus
kann eine vorbestimmte Zeitdauer andauern. Am Ende des Wärmemanagementmodus
wird der Wert des Zeitgebers zurückgesetzt
oder gelöscht.
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Das
System kann computerlauffähigen
Code zum Steuern des Zeitgeberwertes und des Motors umfassen. Solange
die Temperatur des Abgases am Einlass der Oxidationskatalysatoreinheit
unterhalb einer Absorptionsschwelle ist, erhöht der computerlauffähige Code
den Wert des Zeitgebers. Wenn die Temperatur des Abgases am Einlass
der Oxidationskatalysatoreinrichtung oberhalb einer Desorptionsschwelle
ist, verringert der computerlauffähige Code den Wert des Zeitgebers.
Wenn der Zeitgeber einen Schwellenwert erreicht, arbeitet der computerlauffähige Code
eine Wärmemanagementroutine
ab.
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Die
Wärmemanagementroutine
versetzt den Motor in einen Desorptionsmodus, um die unerwünschte Ansammlung
einer Substanz im Abgasbehandlungssystem zu entfernen. Die Wärmemanagementroutine
kann die Steuereinheit des Fahrzeugs anweisen, den Motor in einen
erhöhten
Leerlaufzustand zu versetzen. Als Reaktion darauf veranlasst der
computerlauffähige
Code die Steuereinheit, die Temperatur und die Durchflussmenge des
vom Motor gelieferten Abgases zu erhöhen. Diese Temperaturzunahme
kann durch Erhöhen
der Drehzahl des Motors (was ein Ändern von Ventilsteuerzeiten/Einspritzzeitpunkten
umfassen kann), Ändern
der Geometrie eines Turboladers, Einstellen einer Ansaugdrosselklappe,
Einstellen einer Abgasdrosselklappe oder ähnliches erreicht werden. Die
Steuereinheit kann auch vom computerlauffähigen Code angewiesen werden,
eine Kraftstoffzudosierung während
des Desorptionsmodus abzuschalten.
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Weitere
Ausführungsformen,
Ausgestaltungen, Ziele, Merkmale, Vorteile, Aspekte und Wirkungen
der vorliegenden Anmeldung werden aus der folgenden Beschreibung
und den Zeichnungen ersichtlich werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr ist
der Schwerpunkt auf das Erläutern
der Grundlagen der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den
Figuren gleiche Bezugszeichen durch die unterschiedlichen Ansichten
einander entsprechende Teile.
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1 ist
eine teilweise schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotorsystem.
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2 ist
ein Schema eines erläuternden
Abgasmanagementsubsystems für
das Motorsystem aus 1.
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3 ist
ein Fließbild
einer Ausgestaltung eines Verfahrens zur Verringerung einer Adsorptionsstoffansammlung,
die mit dem Subsystem aus 2 ausgeführt werden
kann.
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4 ist
ein Zeitdiagramm, welches die Leistung des Verfahrens der 3 zusammen
mit dem Subsystem aus 2 betrifft.
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Genaue Beschreibung repräsentativer
Ausführungsformen
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Zum
Zwecke eines besseren Verständnisses der
Grundlagen der Erfindung wird nun Bezug genommen auf die in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
und es werden zum Beschreiben derselben spezielle Begriffe verwendet.
Es versteht sich nichtsdestrotrotz, dass dadurch keine Beschränkung des
Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Alle Abwandlungen
und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsformen und alle weiteren Anwendungen
der vorliegend beschriebenen Grundlagen der Erfindung, die einem
Fachmann auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet normalerweise einfallen
würden,
sind mitumfasst.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 100 in Gestalt einer Zugmaschine, das jedoch
alternativ eines aus einer Vielzahl anderer Fahrzeugarten wie etwa
Kleinlastwagen, mittelschwerer oder Schwerlastwagen, Bus, Pkw, SUV,
Reisebus oder eine andere Art von Landfahrzeug sein könnte. In
anderen Ausführungsformen
kann das Fahrzeug ein Seefahrzeug sein. Das Fahrzeug 100 hat
ein Verbrennungsmotorsystem 110, das einen Motor 112 umfasst.
Das System 110 enthält
ferner eine Steuereinrichtung 142. Der Motor 112 ist
vom Hubkolbentyp, der zur Kompressionszündung und Direkt- oder Einlasskanaleinspritzung von
Dieselkraftstoff ausgelegt ist. In anderen Ausführungsformen kann der Motor 112 jedoch
von anderer Art sein und/oder eine unterschiedliche Kraftstoffart verwenden.
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Ein
Abgasmanagementsubsystem 10 umfasst eine Nachbehandlungseinrichtung 117,
die wenigstens teilweise von einem Subsystemleitungsgehäuse 12 umschlossen
ist. Das Gehäuse 12 kann, wie
aus dem Stand der Technik bekannt, in unterschiedlichen verschiedenen
Formen und Größen ausgebildet
sein. Abgas vom Motor 112 bewegt sich durch eine Leitung 134 zum
Gehäuse 12 des
Abgasmanagementsubsystems 10. Die Nachbehandlungseinrichtung 117 sorgt
für die
Entfernung unerwünschter
Bestandteile aus dem Abgasstrom, während er das Gehäuse 12 unter
der Regelung der Steuereinrichtung 142 passiert. Nach einer
Behandlung durch die Einrichtung 117 des Subsystems 10 wird
das Abgas durch das Auspuffendrohr 194 in die Atmosphäre abgegeben.
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2 zeigt
weitere Aspekte des Abgasmanagementsubsystems 10. Das Subsystem 10 ist dazu
betriebsfähig,
eine Ansammlung von Kohlenwasserstoffen, H2O
und eventuell anderen Substanzen zu verhindern, zu reduzieren oder
zu begrenzen, die üblicherweise
bei Normaltemperatur und Normaldruck flüssig sind. Diese Substanzen
neigen dazu, während
längerer
Leerlaufbetriebsperioden auf Oberflächen der im Gehäuse 12 angeordneten
Nachbehandlungseinrichtung 117 adsorbiert zu werden. Das
Gehäuse 12 hat
einen Abgaseinlass 14, der von einem Motor 112 erzeugtes
Abgas aus einer Leitung 134 in der mit dem dargestellten
Pfeil angegebenen Richtung erhält.
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Das
Abgasmanagementsubsystem 10 umfasst einen stromabwärts des
Abgaseinlasses 14 angeordneten Dosierer 18. Der
Dosierer 18 kann eine in der Abgasleitung 12 angebrachte
Einspritzdüse
aufweisen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das mittels
des Dosierers 18 eingebrachte Agens Dieselkraftstoff, jedoch
sind andere Ausführungsbeispiele
denkbar, in denen ein oder mehrere verschiedene Dosieragenzien anstelle
oder ergänzend
zu Dieselkraftstoff verwendet werden. Ferner kann das Dosieren an
einer anderen als der dargestellten Stelle erfolgen. Beispielsweise
könnte
eine kraftstoffreiche Einstellung erhalten werden durch eine geeignete
Aktivierung von Kraftstoffeinspritzdüsen (nicht dargestellt), die
dem Motor Kraftstoff auf eine solche Weise zuführen, dass der Motor 112 ein
Abgas mit einem kontrollierten Maß unverbrannten (oder unvollständig verbrannten)
Kraftstoffs erzeugt (in Zylinder Dosierung). Der Dosierer 18 steht
in Fluidverbindung mit einer Kraftstoffleitung 40, die
mit derselben oder einer anderen Kraftstoffquelle (nicht gezeigt)
verbunden ist, die zur Versorgung des Motors 112 mit Kraftstoff
benutzt wird. Ein Absperrventil 42 ist vorgesehen, um die
Kraftstoffzufuhr zum Dosierer 18 in einem Notfall oder
bei bestimmten Fehlfunktionsbedingungen abzusperren.
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Das
Abgasmanagementsubsystem 10 umfasst auch eine Dieseloxidationskatalysator (DOC)-Einrichtung 22,
die sich stromabwärts
des Dosierers 18 befindet. Die DOC-Einrichtung 22 ist vom Durchströmungstyp,
der in Gestalt eines Behälters mit
einer wabenähnlichen
Struktur oder einem wabenähnlichen
Substrat ausgeführt
sein kann. Das Substrat kann eine große Oberfläche haben, die mit einem oder
mehreren aktiven Katalysatoren belegt ist. Diese Katalysatoren können als
kleine Mengen gut verteilter Edelmetalle wie etwa Platin oder Palladium
bereitgestellt sein. Jedoch sind andere DOC-Aufbauten, Zusammensetzungen
und/oder Anordnungen ebenfalls denkbar. Wenn das Abgas durch die
DOC-Einrichtung 22 läuft,
kommt es zur Katalyse einer exothermen Oxidationsreaktion, deren
Reaktionsteilnehmer typischerweise umfassen: molekularen Sauerstoff,
Kohlenmonoxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe
und flüssige
Kohlenwasserstofftröpfchen
(einschließlich
unverbrannten Kraftstoffs vom Dosierer 18). Eine solche
Oxidation ist zur Entfernung ausgewählter Bestandteile erwünscht, insbesondere
für eine
Weiterbehandlung stromabwärts
der DOC-Einrichtung 22.
Die DOC-Einrichtung 22 wird deshalb manchmal als ein Vorkatalysator
bezeichnet, obwohl sie katalytisches Material enthalten und eine oder
mehrere katalytische Reaktionen initiieren kann.
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Das
Subsystem 10 enthält
auch einen Einlasstemperatursensor 24, der sich innerhalb
des Gehäuses 12 stromaufwärts der
DOC-Einrichtung 22 zum Messen der Temperatur des in die
DOC-Einrichtung 22 eintretenden Abgases befindet, und einen Auslasstemperatursensor 26,
der sich im Gehäuse 12 stromabwärts der
DOC-Einrichtung 22 zum Messen der Temperatur des die DOC-Einrichtung 22 verlassenden
Abgases befindet. Das Subsystem 10 weist einen katalysierten
Partikelfilter 28 auf, der stromabwärts des Sensors 26 angeordnet
ist, um Abgas aus der DOC-Einrichtung 22 zu erhalten.
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Der
Filter 28 kann dazu verwendet werden, partikelförmiges Material
in dem die DOC-Einrichtung 22 verlassenden Abgasstrom deutlich
zu verringern. Solches Material enthält Ruß, der häufig vorwiegend aus elementarem
Kohlenstoff besteht, ist jedoch nicht beschränkt darauf. In einer Ausgestaltung kann
der Filter 28 vom Wandströmungs-Rußauffangtyp mit einem geträgerten Katalysator
sein. Wenn Abgas in den Filter 28 eintritt, werden gewünschte Bestandteile
aufgefangen und im Filter 28 akkumuliert. Von Zeit zu Zeit
muss akkumuliertes Material aus dem Filter 28 entfernt
werden, was typischerweise mit einem Regenerationsprozess einhergeht.
Ein Regenerationsprozess beinhaltet ein Anheben der Temperatur,
um das aufgefangene Material mittels der Reaktion C + O2 → CO2 zu oxidieren, neben anderen. Dieser Temperaturanstieg
kann zumindest zum Teil durch Eindosieren von Kohlenwasserstoffen
in die DOC-Einrichtung 22 herbeigeführt werden, um unter anderem
die exotherme Reaktion CyHx +
O2 → CO2 + H2O zu katalysieren
und darüber
hinaus Bedingungen zu erleichtern, die zum Regenerieren des Filters 28 erwünscht sind.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
kommt mehr als ein Filter zum Einsatz (nicht gezeigt).
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Ein
Filtereinlass-Drucksensor 30 ist stromaufwärts des
Filters 28 angeordnet, um den Druck des in den Filter 28 eintretenden
Abgases zu messen. Ein Filterauslass-Drucksensor 32 ist stromabwärts des
Filters 28 zum Messen des aus dem Filter 28 austretenden
Abgases angeordnet. Zusätzlich
zu den oder anstelle der Sensoren 30 und 32 könnte ein Gasdifferenzdruckdetektor
verwendet werden. Es sollte verstanden werden, dass mit dem Ansammeln von
Material im Filter 28 ein Druckabfall über den Einlass und den Auslass
des Filters 28 auftreten und typischerweise ansteigen kann.
Wenn die Größe einer solchen
Druckdifferenz ein gewähltes
Niveau erreicht, kann sie ein Ausführen eines Filterregenerationszyklus
auslösen.
Ein Abgas-Auslasstemperatursensor 34 ist
stromabwärts
des Filters 28 angeordnet, um die Temperatur des Abgases
beim Verlassen des Abgasmanagementsubsystems 10 zu messen. Die
vom Sensor 34 angegebene Austrittstemperatur kann zusätzlich oder
alternativ zu einer mittels der Sensoren 30 und 32 ermittelten
Druckdifferenz dazu verwendet werden zu bestimmen, ob eine Regeneration
gewünscht
ist. Alternativ kann ein Zudosieren auf einer anderen Grundlage
ausgewählt
werden und/oder kann annähernd
kontinuierlich erfolgen, um für
eine im Wesentlichen konstante katalytische Reaktion zur selektiven
Entfernung mittels der Nachbehandlungseinrichtung 117 zu
sorgen.
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Die
Steuereinheit 142 ist allgemein dazu betriebsfähig, Funktionsgesichtspunkte
des Systems 110 einschließlich des Subsystems 10 zu
steuern und zu verwalten. Die Steuereinrichtung 142 enthält einen
Speicher 145 sowie eine Reihe von Eingängen und Ausgängen zur
Kopplung mit verschiedenen Sensoren und Subsystemen, die mit dem
Motor 112 verbunden sind. Die Steuereinrichtung 142 kann
eine elektronische Schaltung aus einem oder mehreren Bauteilen einschließlich digitaler
Schaltkreise, analoger Schaltkreise oder beidem sein. Die Steuereinrichtung 142 kann
durch Software und/oder Firmware programmierbar sein, kann eine
fest verdrahtete, speziell ausgebildete Vorrichtung oder eine Kombination
daraus sein. In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung 142 vom
programmierbaren, festkörperintegrierten
Schaltungstyp eines digitalen Signalprozessors (DSP), der den Speicher 145 und
eine oder mehrere Zentralverarbeitungseinheiten und/oder arithmetische
Logikeinheiten (CPUs, ALUs oder ähnliches)
enthält.
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Der
Speicher 145 kann aus einem oder mehreren Bauteilen bestehen
und von jedem flüchtigen oder
nicht-flüchtigen
Typ sein, einschließlich
des Festkörperbauart,
der Bauart optischer Speicher, der magnetischen Bauart, einer Kombination
daraus oder solcher anderer Anordnung, wie sie Fachleuten auf dem
Gebiet einfallen würden.
Die Steuereinrichtung 142 kann Signalaufbereiter, Signalformatwandler
(etwa A/D-Wandler
und D/A-Wandler), Begrenzer, Klemmen, Filter und ähnliches
umfassen, wie es zum Ausführen
der verschiedenen hierin beschriebenen Steuer- und Regeloperationen
notwendig ist. Optional kann die Steuereinrichtung 142 eine
Schnittstelle zu einem Computernetzwerk besitzen, die drahtlos sein
könnte,
was eine Mobilität
des Systems 110 zulässt,
oder durch ein Kabel, etwa einen elektrischen Leiter oder vom Typ
optische Faser. Diese Schnittstelle kann dazu benutzt werden, einen
Teil oder die Gesamtheit jeglicher programmierbarer Funktionslogik
für die
Steuereinrichtung 142 herunterzuladen, zu aktualisieren
oder zu ändern,
typischerweise durch Laden solcher Funktionslogik in den Speicher 145.
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Die
Steuereinrichtung 142 kann ein Standardtyp sein, der manchmal
als ein elektronisches oder Motorsteuermodul (ECM), elektronische
oder Motorsteuereinheit (ECU) oder ähnliches bezeichnet wird, der
auf die Regelung und Steuerung im Wesentlichen aller Aspekte des
Motorbetriebs gerichtet ist. Alternativ kann die Steuereinrichtung 142 speziell ausgestaltet
sein, um lediglich die hierin beschriebenen Operationen zu steuern
oder eine Untermenge gesteuerter Aspekte des Motors 112.
In jedem Fall enthält
die Steuereinrichtung 142 vorzugsweise einen oder mehrere
Steueralgorithmen, die durch eine Funktionslogik in Gestalt von
Softwarebefehlen, Hardwarebefehlen, spezieller Hardware einer digitalen
und/oder analogen Art oder ähnlichem
festgelegt sind. Diese Logik wird im Folgenden genauer hinsichtlich
der Funktion verschiedener Aspekte des Systems 110 beschrieben.
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Die
Steuereinrichtung 142 ist betriebsfähig mit dem Dosierer 18 verbunden,
um gemäß ihrer Funktionslogik
selektiv ein Dosieren zu aktivieren, und ist ferner betriebsfähig mit
den Sensoren 24, 26, 30, 32 und 34 verbunden,
um von ihnen entsprechende Eingangssignale zu empfangen. Diese Verbindungen
sorgen für
die Regelung/Steuerung des Subsystems 10. Beispielsweise
kann die Steuereinrichtung 142 dazu programmiert sein,
akkumuliertes Material im Filter 28 anzeigende Eingangssignale
zu überwachen,
um eine Regeneration zu starten, wenn ein bestimmtes Niveau festgestellt
wird. Während
der Regeneration kann ein Zudosieren eingesetzt werden, um für eine erhöhte Temperatur
zu sorgen und auch ansonsten die Entfernung aufgefangenen Materials aus
dem Filter 28 auf die zuvor beschriebene Weise zu erleichtern.
Zusätzlich
oder alternativ regelt die Steuereinrichtung 142 in anderen
Ausführungsformen
verschiedene Nachbehandlungsprozesse und/oder andere Nachbehandlungseinrichtungen können zusätzlich oder
anstelle eines Teils oder der Ge samtheit der Nachbehandlungseinrichtung 117 vorhanden
sein. Zusätzlich
oder alternativ kann die Nachbehandlungseinrichtung 117 dazu
ausgelegt sein, aktiv Stickoxid (NOx)- und/oder Schwefeloxid (SOx)-Verbindungen
aufzufangen und sie so aus dem Abgasstrom zu entfernen. Ein solches
Auffangen kann mittels separater katalytischer Einrichtungen, Filter,
Adsorber oder ähnlichem
erfolgen und/oder in die dargestellte Einrichtung integriert sein.
Gemäß einer
Alternative wird ein Zudosieren eingesetzt, um ein selektiv katalytisch
reduzierendes (SCR)-Verfahren eines Standardtyps auszuführen.
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Das
Flussdiagramm der 3 gibt ein weiteres Nachbehandlungssteuerverfahren 50 wieder,
das mit dem Subsystem 110 entsprechend der Funktionslogik
der Steuereinrichtung 142 ausgeführt werden kann. Das Verfahren 50 ist
auf ein Verfolgen einer akkumulierten Menge adsorbierter Kohlenwasserstoffe
und/oder adsorbierten Wassers durch eine Nachbehandlungseinrichtung
wie etwa die DOC-Einrichtung 22 und das Initiieren eines
Desorptionsbetriebsmodus gerichtet, wenn die akkumulierte Menge einen
vorgegebenen Schwellenwert erreicht hat. Typischerweise wird eine
Adsorptionsakkumulation während
eines längeren
Leerlaufbetriebs des Systems 110 signifikant. Solche längeren Leerlaufbedingungen
können
insbesondere Bedeutung erlangen bei einem Leerlaufbetrieb über Nacht,
wie er für
bestimmte Stromerzeugungsanwendungen typisch ist, kann jedoch auch
bei anderen Anwendungen wie beispielsweise in Fahrzeugen, Pumpen
und ähnlichem
auftreten. Das Verfahren 50 wird im Folgenden unter Verwendung
von Adsorption durch Oberflächen der
DOC-Einrichtung 22 als
ein Beispiel beschrieben, es sollte sich jedoch verstehen, dass
ein ähnliches Verfahren
dazu verwendet werden könnte,
eine Adsorption durch andere Nachbehandlungskomponenten zu steuern.
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Das
Verfahren 50 beginnt mit einer Bedingung 52, die
testet, ob der Motor 112 in einem Zustand arbeitet, in
dem eine Materialansammlung durch Adsorption von Belang ist. Wie
zuvor erwähnt kann
dieser Zustand ein Leerlaufzustand des Motors 112 oder
ein anderer Betriebszustand abhängig
von den Besonderheiten der Situation sein. Wenn der Test der Bedingung 52 wahr
(ja) ist, tritt das Verfahren 50 in die Einlasstemperaturroutine 54 ein.
Wenn der Test der Bedingung 52 negativ (nein) ist, erreicht das
Verfahren 50 die Bedingung 72, die testet, ob
das Verfahren 50 fortgeführt werden soll oder nicht.
Wenn das Verfahren 50 fortgeführt wird (ja), kehrt die Steuerung
zur Wiederausführung
der Bedingung 52 zurück,
andernfalls stoppt das Verfahren 50. In unterschiedlichen
Ausführungsformen
wird das Verfahren 50 auf einer geplanten, periodischen
Basis durchgeführt
oder auf einer nicht-periodischen Basis als Reaktion auf einen Interrupt-Timer
oder eine zeitvariierende Abfrageroutine, um nur einige nicht einschränkende Möglichkeiten
zu nennen.
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Nach
Eintritt in die Routine 54 wird die Bedingung 56 ausgeführt, die
testet, ob die vom Sensor 24 angegebene Einlasstemperatur
niedriger als eine untere Schwelle ist. Bei Temperaturen unterhalb
dieser Temperaturschwelle findet typischerweise eine Adsorption
statt. Dementsprechend fährt
die Bedingung 56 damit fort, eine Operation 58 mit
einem Zeitgeber-/Zählerinkrementsignal
INC (ja) zu aktualisieren. In der Operation 58 wird ein
digitaler Zähler,
der effektiv als eine Art von Zeitgeber arbeitet, in Reaktion auf
das INC-Signal aus der Bedingung 56 hochgezählt. Umgekehrt
rückt die
Routine zur Bedingung 60 vor, wenn der Test der Bedingung 56 negativ
(nein) ist. Die Bedingung 60 testet, ob die Einlasstemperatur
vom Sensor 28 größer als
eine obere Schwelle ist, oberhalb derer eine Desorption einer adsorbierten Substanz
(falls vorhanden) stattfindet. Wenn der Test der Bedingung 60 negativ
(nein) ist, fährt
das Verfahren 50 mit der Bedingung 72 fort, die
wie zuvor beschrieben ausgeführt
wird. Wenn der Test der Bedingung 60 wahr (ja) ist, wird
ein Dekrementierungssignal DEC zur Operation 58 gesandt,
um den Zähler herunterzuzählen.
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Aus
der Operation 58 tritt das Verfahren 50 in die
Zeitgeberroutine 62 ein. Die Zeitgeberroutine 62 beginnt
mit einer Bedingung 64. Die Bedingung 64 testet,
ob der Zeitgeber (Zähler)
eine vorgesehene obere Schwelle übersteigt.
Wenn der Test der Bedingung 64 negativ (nein) ist, fährt die
Routine 62 bei einer Bedingung 68 fort. Die Bedingung 68 testet,
ob der Zeitgeber (Zähler)
unterhalb einer vorgesehenen Schwelle ist. Wenn der Test der Bedingung 68 wahr (ja)
ist, wird die Routine 62 durch das Verfahren 50 verlassen
und es wird mit einer Operation 70 fortgefahren. In der
Operation 70 wird ein Zudosieren mit dem Dosierer 18 eingeschaltet,
falls es zuvor ausgeschaltet war, und der Betrieb des Subsystems 10 wird hinsichtlich
eines Adsorptionsansammlungsmanagements auf Normal gesetzt. Wenn
der Test der Bedingung 68 negativ (nein) ist, dann fährt das
Verfahren 50 mit der Bedingung 72 fort, wie zuvor
beschrieben.
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Wenn
der Test der Bedingung 64 der Routine 62 wahr
(ja) ist, trifft das Verfahren 50 beim Verlassen der Routine 62 auf
eine Operation 66. In der Operation 66 wird ein
Zudosieren ausgeschaltet und eine Erzeugung einer erhöhten Abgastemperatur
vom Motor 112 angefordert. Ferner wird ein Desorptionsbetriebsmodus
gestartet. Die Erhöhung
der Temperatur in der Operation 66 kann gemäß einem
nicht beschränkenden
Beispiel durch die Einstellung einer oder mehrerer Steuereinrichtungen 114 erreicht
werden. Solche Steuereinrichtungen 114 können Kraftstoffeinspritzdüsen, eine
Turboladerturbine mit veränderbarer
Geometrie, ein Abgasrückführungsventil, eine
Abgasdrosselklappe, eine Einlassdrosselklappe, eine Lufteinlassventilsteuerung,
eine Auslassventilsteuerung oder ähnliches umfassen, was die Temperatur
des Abgasstroms aus dem Motor 112 durch Einstellen beeinflusst.
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Wie
zuvor erläutert
kann ein Zeitgeber/Zähler
entweder ein Heraufzählsignal
INC oder ein Herunterzählsignal
DEC durch Ausführung
der Bedingung 56 bzw. 60 erhalten. Das Signal
INC entspricht der Rate adsorbierter Substanzakkumulation und das
Dekrementiersignal DEC entspricht der Rate, mit der diese Substanz
desorbiert wird. Zusammen überwacht
die Zeitgeberroutine 62 den vergangenen Adsorptions-/Desorptionsvorgang
durch Verfolgen, ob eine obere Schwelle erreicht worden ist, die
ein unerwünschtes
Maß akkumulierten
adsorbierten Materials anzeigt. Diese Schwelle kann für einen
gegebenen Satz von Betriebsbedingungen und/oder eine gegebene Ausrüstungskonfiguration
empirisch bestimmt werden. Oberhalb dieser Schwelle werden in der
Operation 66 Steuermaßnahmen
ergriffen, um die Temperatur zu erhöhen, so dass eine Desorption der
zuvor adsorbierten Substanz stattfindet.
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Entsprechend
bestimmt die Bedingung 68 der Routine 62, ob der
Zeitgeber (Timer) niedrig genug steht, dass ein normaler Betrieb
wieder aufgenommen werden kann (es liegt wenig oder keine Akkumulation
adsorbierter Substanz vor). Es sollte verstanden werden, dass die
untere Temperaturschwelle und die obere Temperaturschwelle der Bedingungen 56 und 60 der
Routine 54 empirisch bestimmt sind und sich allgemein voneinander
unterscheiden, dass jedoch in anderen Ausführungsbeispielen diese Temperaturen
gleich sein können.
Es sollte ferner verstanden werden, dass diese Temperaturschwellen
sich abhängig
von der Art einer interessierenden adsorbierten Substanz verändern würden. Es
ist z. B. festgestellt worden, dass eine Kohlenwasserstoffadsorption
und -desorption bei anderen Temperaturschwellen stattfindet als
eine H2O-Adsorption und -desorption. Ähnlich können gewünschte obere
und untere Zeitgeberschwellen, die in den Bedingungen 64 und 68 der
Routine 62 verwendet werden, sich voneinander unterscheiden
und von einer Art eines adsorbierten Materials zu einem anderen
variieren. Darüber
hinaus könnte
in einer alternativen Ausgestaltung eine einzige Zeitgeberschwelle
anstelle von zwei verschiedenen Schwellen verwendet werden. Allgemein
können
die den Routinen 54 und 62 zugehörigen Schwellen
für eine
gegebene Konfiguration kalibriert und als Kalibrierwerte eingegeben
werden.
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Sobald
der Zeitgeber eine kalibrierte untere Schwelle erreicht, wird die
in der Operation 66 ausgelöste Anforderung zur thermischen
Behandlung in der Operation 70 gelöscht. Die kalibrierte untere Schwelle
für die
Bedingung 68 kann ein Wert von Null oder jede andere Zahl
sein. Wie in 4 illustriert, kann die Operation 66 auch
ein Flag 72 setzen, das anzeigt, wenn der Motor 112 in
einem Wärmebehandlungs-
oder Desorptionsmodus anstelle des Normalbetriebs arbeitet. Im Desorptionsmodus
wird das Flag 72 positiv gesetzt und im Normalmodus wird das
Flag 72 gelöscht
oder auf Null gesetzt. Die Zeitgeberwerte und Flag-Werte können auch
ausschaltsicher sein. Somit verliert das System 110 beim
erneuten Starten nicht die Information über den Status einer Absorption/Desorption
vor dem Neustart. Überraschenderweise
wurde festgestellt, dass weißer Rauch
und damit einhergehender Geruch verringert werden kann, dessen Auftreten
ansonsten nach längeren
Leerlaufbetriebsperioden beobachtet worden war.
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Viele
andere Alternativen, Ausgestaltungen, und Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung sind denkbar. Beispielsweise sollte verstanden werden,
dass obwohl verschiedene Subsysteme, Steuereinrichtungen und ähnliches
in Verbindung mit einem Landfahrzeug 100 gezeigt und beschrieben worden
sind, sie ebenfalls in Verbindung mit einer Reihe anderer Anwendungen
einschließlich
elektrischer Stromerzeuger, Schiffs- und Seefahrzeugantriebssysteme,
Pipeline- und anderen Pumpsystemen und anderen industriellen oder
gewerblichen Systemen und Vorrichtungen verwendet werden könnten, um
nur einige zu nennen. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen wird eine
Substanzansammlung anderer katalytischer Vorrichtungen gesteuert, die
zur Absorption und/oder Adsorption von Kohlenwasserstoff oder H2O in der Lage sind, anstelle solcher für Dieselkraftstoffanwendungen.
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In
einem anderen Beispiel enthält
ein System einen Verbrennungsmotor, der dazu betriebsfähig ist, Abgas
zu erzeugen, ein Abgassubsystem zum Aufnehmen des Abgases aus dem
Motor, das eine Nachbehandlungseinrichtung umfasst, einen in dem Abgassubsystem
stromaufwärts
der Nachbehandlungseinrichtung angeordneten Temperatursensor zum
Erfassen einer Temperatur von in die Nachbehandlungseinrichtung
eintretendem Abgas, eine auf diesen Sensor ansprechende Steuereinrichtung
und wenigstens ein Motorsteuergerät, das auf ein Ausgangssignal
der Steuereinrichtung anspricht. Die Steuereinrichtung misst die
Zeitdauer, in der sich die Temperatur unter einem ersten Wert entsprechend einer
Adsorption einer oder mehrerer Substanzen durch die Nachbehandlungseinrichtung
befindet und passt diese Zeitdauer selektiv für ein oder mehrere Zeitintervall(e)
an, in denen die Temperatur größer als
ein zweiter Wert ist, der einer Desorption der einen oder mehreren
Substanz(en) entspricht. Die Steuereinrichtung erzeugt ein Ausgangssignal,
wenn die Zeitdauer eine vorgewählte
Schwelle erreicht. Als Reaktion auf das Ausgangssignal erhöht das Motorsteuergerät die Temperatur
des in die Nachbehandlungseinrichtung eintretenden Abgases, um eine
Desorption dieser einen oder mehreren Substanz(en) zu bewirken.
In einer Ausgestaltung enthalten die Substanzen Kohlenwasserstoffe
und/oder H2O.
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Ein
noch anderes Beispiel umfasst ein Erzeugen von Abgas mit einem Motorsystem,
ein Erfassen einer Temperatur des in eine Nachbehandlungseinrichtung
eintretenden Abgases, ein Überwachen einer
Zeitdauer, in der die Temperatur kleiner als ein erster Wert ist,
der einer Adsorption einer oder mehrerer Substanzen durch die Nachbehandlungseinrichtung
entspricht, ein Einstellen der Zeitdauer für ein oder mehrere Zeitintervall(e),
in denen die Temperatur größer als
ein zweiter Wert ist, der einer Desorption der einen oder mehreren
Substanz(en) entspricht, und ein Erhöhen der Temperatur des Abgases,
um eine Desorption der einen oder mehreren Substanz(en) zu bewirken,
durch Steuern des Motorsystems als Antwort darauf, dass die Zeitdauer
eine Schwelle erreicht. In einer Ausgestaltung enthalten die Substanzen
Kohlenwasserstoffe und/oder H2O.
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Ein
noch anderes Beispiel umfasst ein Motorsystem, das aufweist: eine
Einrichtung zum Erzeugen von Abgas, eine Einrichtung zum Erfassen
einer Temperatur des in eine Nachbehandlungseinrichtung eintretenden
Abgases, eine Einrichtung zum Überwachen
einer Zeitdauer, in der die Temperatur kleiner als ein erster Wert
ist, der einer Adsorption einer Substanz enthaltend zumindest entweder
einen Kohlenwasserstoff und/oder Wasser durch die Nachbehandlungseinrichtung
entspricht, eine Einrichtung zum Einstellen der Zeitdauer für ein oder
mehrere Zeitintervall(e), in denen die Temperatur größer als
ein zweiter Wert ist, der einer Desorption einer solchen Substanz
entspricht, und eine Einrichtung zum Erhöhen der Temperatur des Abgases,
um eine Desorption der Substanz zu bewirken, durch Steuern des Motorsystems
in Antwort darauf, dass die Zeitdauer eine Schwelle erreicht.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
weist auf: eine Nachbehandlungseinrichtung mit einem Dosierer, der
dazu betriebsfähig
ist, selektiv ein Nachbehandlungsagens in ein Dieselmotorabgassystem
einzuführen,
eine Dieseloxidationskatalysatoreinrichtung stromabwärts des
Dosierers, einen Sensor stromaufwärts der Dieseloxidationskatalysatoreinrichtung,
um eine Temperatur des in die Dieseloxidationskatalysatoreinrichtung
eintretenden Abgasstroms zu erfassen, eine auf den Temperatursensor ansprechende
Steuereinrichtung mit einer Funktionslogik, die auf ein oder mehrere
Medien kodiert und von der Steuereinrichtung ausführbar ist,
um eine Zeitdauer zu messen, in der die Temperatur kleiner als ein
erster Wert ist, der einer Adsorption einer Substanz enthaltend
wenigstens einen Kohlenwasserstoff und/oder H2O
durch die Nachbehandlungseinrichtung entspricht, die Zeitdauer für ein oder
mehrere Zeitintervall(e) herabzusetzen, in denen die Temperatur
größer als
ein zweiter Wert ist, der einer Desorption der Substanz entspricht,
und die Temperatur des Abgases zu erhöhen, um eine Desorption der Substanz
zu bewirken, wenn die Zeitdauer eine Schwelle erreicht, die ein
unerwünschtes
Maß der Substanz
angibt.
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Jegliche
hierin angegebene Theorie, Arbeitsweise, Feststellung oder jeder
Nachweis ist dazu gedacht, das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu
verbessern und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung
in irgendeiner Weise abhängig
von solcher Theorie, Arbeitsweise, Feststellung oder solchem Nachweis
zu machen. Es sollte verstanden werden, dass zwar der Gebrauch des
Wortes "vorzugsweise" oder "bevorzugt" in der obigen Beschreibung
angibt, dass das so beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es
dennoch aber nicht notwendig sein kann und Ausführungsformen ohne selbiges
als innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegend angesehen
werden können,
wobei dieser Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche festgelegt
wird. Beim Lesen der Ansprüche
soll die Verwendung von Wörtern
wie "ein", "eine", "zumindest ein" oder "zumindest ein Teil" keine Absicht bedeuten,
den Anspruch auf nur ein einziges Teil einzuschränken, außer speziell in dem Anspruch
abweichend angegeben. Ferner kann bei Verwendung der Begriffe "zumindest ein Teil" und/oder "ein Teil" der Gegenstand einen
Teil und/oder den gesamten Gegenstand umfassen, außer speziell
abweichend angegeben. Zwar ist die Erfindung in den Zeichnungen und
der vorstehenden Beschreibung dargestellt und genau beschrieben
worden, jedoch ist selbige als erläuternd und nicht als beschränkend anzusehen,
wobei es sich versteht, dass nur die ausgewählten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben
worden sind und dass alle Änderungen,
Abwandlungen und Äquivalente,
die im Rahmen der wie hierin oder durch irgendeinen der folgenden
Ansprüche
definierten Erfindung liegen, geschützt sein sollen.
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Zusammenfassung
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Reduktion einer Akkumulation adsorbierter
Substanzen bei einer Abgasbehandlungseinrichtung
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Es
wird ein System, ein Verfahren und ein computerausführbares
Programm zum Verringern einer Kohlenwasserstoff- und Flüssigkeitsansammlung in
einem Abgasbehandlungssystem offenbart. Ein Zeitgeber wird dazu
verwendet, eine Zeitdauer zu überwachen,
die das System in entweder einem Absorptionsmodus oder einem Desorptionsmodus
verbringt. Wenn die Abgastemperatur am Einlass einer Oxidationskatalysatoreinrichtung
unter einer Absorptionsschwelle liegt, wird der Zeitgeber angewiesen, heraufzuzählen. Wenn
die Abgastemperatur über
einer Desorptionsschwelle liegt, wird der Zeitgeber angewiesen,
herunterzuzählen.
Bei einem vorbestimmten Zeitgeberschwellenwert wird der Motor angewiesen,
in einen Wärmemanagementmodus
einzutreten, der dazu betriebsfähig
ist, eine Ansammlung von Kohlenwasserstoff und Flüssigkeit
im Abgasbehandlungssystem zu verringern.