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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Behandeln von Abgasen. Insbesondere wird ein Verdichter für ein Abgasbehandlungssystem diskutiert.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt enthält mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehende Hintergrundinformationen und stellt nicht unbedingt den Stand der Technik dar.
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Um zu versuchen, die während eines Verbrennungsmotorbetriebs in die Atmosphäre emittierte NOx- und Feinstaubmenge zu reduzieren, sind eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entwickelt worden. Abgasnachbehandlungssysteme sind insbesondere dann erforderlich, wenn Dieselverbrennungsprozesse ausgeführt werden. Typische Nachbehandlungssysteme für Dieselmotorabgas können eine oder mehrere Komponenten unter einem Dieselpartikelfilter (DPF), einem SCR-(selektive katalytische Reduktion)System, einer Kohlenwasserstoff(HC)einspritzeinrichtung und einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) aufweisen.
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Während des Verbrennungsmotorbetriebs fängt der DPF durch den Verbrennungsmotor emittierten Ruß auf und reduziert die Emission von Feinstaub (PM). Im Laufe der Zeit wird der DPF beladen und beginnt zu verstopfen. Für einen geeigneten Betrieb ist eine periodische Regeneration oder Oxidation des im DPF aufgefangenen Rußes erforderlich. Zum Regenerieren des DPF sind relativ hohe Abgastemperaturen in Kombination mit einer großen Sauerstoffmenge im Abgasstrom erforderlich, um den durch den Filter aufgefangenen Ruß zu oxidieren.
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Der DOC wird typischerweise verwendet, um Wärme zu erzeugen und den rußbeladen DPF zu regenerieren. Wenn Kohlenwasserstoffe (HC) bei oder oberhalb einer bestimmten Light-off-(Anspring)Temperatur auf den DOC aufgesprüht werden, werden die Kohlenwasserstoffe oxidieren. Diese Reaktion ist stark exotherm, so dass die Abgase während des Light-off-Vorgangs erwärmt werden. Die erwärmten Abgase werden zum Regenerieren des DPF verwendet.
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Bei vielen Motorbetriebszuständen ist das Abgas jedoch nicht heiß genug, um eine DOC-Light-off-Temperatur von etwa 300°C zu erreichen. Daher tritt eine derartige DPF-Regenerierung nicht passiv auf. Außerdem erfordern NOx-Adsorber und SCR-(selektive katalytische Reduktion)Systeme typischerweise eine minimale Abgastemperatur, um geeignet zu funktionieren. Daher kann ein Brenner vorgesehen sein, um den Abgasstrom stromaufwärts von den verschiedenen Nachbehandlungsvorrichtungen auf eine geeignete Temperatur zu erwärmen und eine Regeneration und einen effizienten Betrieb der Nachbehandlungsvorrichtungen zu ermöglichen.
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Obwohl in der Vergangenheit Luftverdichter in Verbindung mit Brennern für Abgasbehandlungssysteme verwendet worden sind, kann es vorteilhaft sein, einen verbesserten Luftverdichter bereitzustellen, um unter einer Vielzahl verschiedener Motorbetriebszustände eine geeignete Luftmenge für den Brenner bereitzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Kurzbeschreibung der Erfindung und soll nicht ihren vollen Umfang oder alle ihre Merkmale umfassend darstellen.
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In einer Form wird durch die vorliegende Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt, das einen Abgaskanal, eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einen Brenner, ein Luftzufuhrsystem und ein Steuermodul aufweisen kann. Der Abgaskanal kann Abgas von einem Verbrennungsmotor empfangen. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann im Abgaskanal angeordnet sein. Der Brenner kann in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem stromaufwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durch den Abgaskanal strömenden Abgas stehen. Das Luftzufuhrsystem kann in Fluidverbindung mit dem Brenner stehen und kann einen stromaufwärts vom Brenner angeordneten Luftverdichter aufweisen. Der Luftverdichter kann einen Pumpenmechanismus, eine Kupplungsanordnung zum selektiven Übertragen eines Drehmoment vom Verbrennungsmotor zum Pumpenmechanismus und einen Elektromotor zum selektiven Antreiben des Pumpenmechanismus aufweisen. Das Steuermodul kann mit der Kupplungsanordnung und mit dem Elektromotor kommunizieren. Das Steuermodul kann den Luftverdichter selektiv umschalten zwischen einem ersten Betriebsmodus, in dem die Kupplungsanordnung ein Drehmoment vom Verbrennungsmotor zum Pumpenmechanismus überträgt, und einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Elektromotor den Pumpenmechanismus antreibt.
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Das Steuermodul kann den Luftverdichter basierend auf einem Luftmengenbedarf des Brenners zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umschalten. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuermodul den Luftverdichter basierend auf einem Vergleich zwischen einem Leistungsbedarf des Luftverdichters und einem Leistungsschwellenwert des Elektromotors zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umschalten.
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In einer anderen Form wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Luftverdichters für ein Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt, das das Bestimmen eines Luftmengenbedarfs eines Brenners des Abgasnachbehandlungssystems beinhaltet. Es kann ein Leistungswert bestimmt werden, der erforderlich ist, um den Luftverdichter gemäß dem Bedarfswert zu betreiben. Das Verfahren kann auch einen Schritt aufweisen, in dem bestimmt wird, ob der Leistungswert oberhalb eines Leistungsschwellenwertes eines Elektromotors des Luftverdichters liegt. Der Luftverdichter kann basierend darauf, ob der Leistungswert über dem Leistungsschwellenwert liegt und/oder basierend auf Betriebszuständen des Verbrennungsmotors zwischen einem Elektromotorbetriebsmodus und einem Verbrennungsmotorbetriebsmodus umgeschaltet werden.
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Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Kurzbeschreibung dienen lediglich zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Erläuterung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors und eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Querschnittansicht eines Luftverdichters des Abgasnachbehandlungssystems von 1; und
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens zum Betreiben des Luftverdichters.
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In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen sich entsprechende Bezugszeichen sich entsprechende Teile.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden derart dargestellt, dass die vorliegende Beschreibung umfassend ist und der Umfang der Erfindung für Fachleute deutlich wird. Es werden zahlreiche spezifische Details dargestellt, wie etwa Beispiele bestimmter Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für Fachleute ist offensichtlich, dass spezifische Details nicht unbedingt verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen implementiert werden können und dass keine Details oder Ausführungsformen so ausgelegt werden sollen, dass der Umfang der Erfindung dadurch eingeschränkt werden soll. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden allgemein bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zum Beschreiben bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht im einschränkenden Sinne verstanden werden. Die hierin verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der”, ”die”, ”das” können auch die Pluralformen beinhalten, insofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Die Begriffe ”weist auf”, ”aufweisen”, ”einschließen” und ”mit”, sind inklusiv gemeint und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, einer oder mehrerer ganzer Zahlen, eines oder mehrerer Schritte, einer oder mehrerer Operationen, eines oder mehrerer Elemente, einer oder mehrerer Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen müssen nicht notwendigerweise in der jeweiligen diskutierten oder dargestellten Folge ausgeführt werden, insofern dies nicht nicht ausdrücklich angegeben ist. Es ist außerdem klar, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als ”auf”, ”in Eingriff stehend mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, in Eingriff stehend mit, verbunden oder gekoppelt mit dem anderen Element oder mit der anderen Schicht angeordnet sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff stehend mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Andere Begriffe zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen sollten auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. ”zwischen” versus ”direkt zwischen”, ”benachbart” versus ”direkt benachbart” usw.). Der hierin verwendete Ausdruck ”und/oder” beinhaltet beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Elemente.
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Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, dritte, usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu bezeichnen, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte durch diese Ausdrücke nicht eingeschränkt werden. Diese Ausdrücke werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Hierin verwendete Begriffe wie ”erste”, ”zweite” und andere numerische Ausdrücke sollen keine Folge oder Reihenfolge bezeichnen, insofern dies nicht eindeutig aus dem Kontext hervorgeht. So könnte innerhalb der Lehren der beispielhaften Ausführungsformen ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend diskutiert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden.
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Räumlich relative Ausdrücke, wie ”innen”, ”außen”, ”unterhalb”, ”unter”, ”tiefer”, ”oberhalb”, ”über” und dergleichen können hierin zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um eine Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder einem anderen Merkmal (anderen Merkmalen) zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt sind. Räumlich relative Ausdrücke können dazu dienen, unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder im Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung einzubeziehen. Beispielsweise würden, wenn die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, Elemente oder Merkmale, die als ”unterhalb” oder ”unter” anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben werden, dann ”über” den anderen Elementen oder Merkmalen angeordnet sein. Daher kann der beispielhafte Ausdruck ”unter” sowohl eine Ausrichtung ”über” als auch ”unter” beinhalten. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet sein (z. B. um 90 Grad gedreht oder eine andere Ausrichtung), und die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungen können entsprechend interpretiert werden.
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1 zeigt ein Abgasnachbehandlungssystem 10 zum Behandeln des von einem exemplarischen Verbrennungsmotor 12 in einen Hauptabgaskanal 14 ausgegebenen Abgases. Eine Ansaugleitung 16 ist mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden, um dem Verbrennungsmotor Verbrennungsluft zuzuführen. Ein Kettenrad oder eine Riemenscheibe 18 kann mit einer Kurbelwelle 20 des Verbrennungsmotors direkt oder indirekt verbunden sein und kann sich während des Verbrennungsmotorbetriebs mit der Kurbelwelle 20 drehen. Ein Turbolader 22 weist ein angetriebenes Element (nicht dargestellt) auf, das in einem Abgasstrom angeordnet ist. Während des Verbrennungsmotorbetriebs veranlasst der Abgasstrom, dass das angetriebene Element sich dreht und Druckluft in den Einlasskanal 16 zuführt, bevor sie in den Verbrennungsmotor 12 eintritt. Es ist klar, dass das Abgasnachbehandlungssystem 10 auch verwendet werden kann, um von einem Saugmotor oder einem anderen Verbrennungsmotor, der keinen Turbolader aufweist, ausgegebenes Abgas zu behandeln.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann einen Brenner 26 aufweisen, der Kraftstoff von einem Kraftstoffzufuhrsystem 46 und Luft von einem Luftzufuhrsystem 48 empfängt. Der Brenner 26 ist stromabwärts vom Turbolader 22 und stromaufwärts von mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angeordnet. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können beispielsweise eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 28, einen Dieseloxidationskatalysator 30 und/oder einen Dieselpartikelfilter 32 aufweisen.
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Der Brenner 26 kann in einer Wärmeübertragungsbeziehung mit dem durch den Hauptabgaskanal 14 strömenden Abgas angeordnet sein. Der Brenner 26 kann zum Erwärmen des den Hauptabgaskanal 14 durchströmenden Abgases auf eine erhöhte Temperatur verwendet werden, wodurch die Effizienz des DOC 30 verbessert und eine Regenerierung des DPF 32 ermöglicht wird. Der Brenner 26 kann auch zum Vorwärmen einer oder mehrerer der Nachbehandlungsvorrichtungen vor der Zündung des Verbrennungsmotors 12 verwendet werden.
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Der Brenner 26 kann einen Kraftstoffeinlass 40 und einen Lufteinlass 42 und eine Zündvorrichtung 44 aufweisen. Der Kraftstoffeinlass 40 kann Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrsystem 46 empfangen (wie beispielsweise Dieselkraftstoff, Benzin, komprimiertes Erdgas oder Ethanol). Das Kraftstoffzufuhrsystem 46 kann einen Kraftstofftank 50, eine Kraftstoffpumpe 52 und eine mit dem Kraftstoffeinlass 40 verbundene Kraftstoffzufuhrleitung 54 aufweisen. Der Lufteinlass 42 kann Luft vom Luftzufuhrsystem 48 empfangen, das einen Luftfilter 56, einen Luftverdichter 58 und eine mit dem Lufteinlass 42 verbundene Luftzufuhrleitung 60 aufweisen kann. Die Zündvorrichtung 44 kann eine Einspritzeinrichtung, eine Düse, eine Zündkerze, eine Glühkerze und/oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung(en) aufweisen, die betreibbar ist (sind), um ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft zu zünden, die vom Kraftstoffeinlass 40 und vom Lufteinlass 42 empfangen werden.
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Gemäß 2 kann der Luftverdichter 58 des Luftzufuhrsystems 48 ein Gehäuse 62, einen Pumpenmechanismus 64, einen Elektromotor 66 und eine Kupplungsanordnung 68 aufweisen. Der Luftverdichter 58 ist als eine Vorrichtung mit zwei Eingängen konfiguriert. D. h., der Pumpenmechanismus 64 kann durch den Elektromotor 66, den Verbrennungsmotor 12 oder durch eine Kombination dieser beiden Antriebsquellen angetrieben werden. Der Pumpenmechanismus kann ein beliebiger geeigneter Pumpentyp sein, beispielsweise eine Verdrängerpumpe des Roots-Typs, eine Schraubenpumpe, eine Drehschieberpumpe, eine Spiralpumpe, eine Kolbenpumpe, eine Kreiselpumpe oder eine beliebige andersartige Pumpe. Das Gehäuse 62 kann eine Kammer 70 mit einem Lufteinlass 72 und einem Luftauslass 74 definieren. Wie in 1 dargestellt ist, kann der Lufteinlass 72 Luft vom Luftfilter 56 empfangen. Der Luftauslass 74 kann über die Luftzufuhrleitung 60 Luft an den Brenner 26 ausgeben.
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In der in 2 dargestellten besonderen Ausführungsform weist der Pumpenmechanismus 64 ein erstes und ein zweites Arbeitselement 76, 78, eine erste und eine zweite Welle 80, 82, eine erste und eine zweite Lageranordnung 84, 86 sowie ein erstes und ein zweites Zahnrad 88, 90 auf. Das erste und das zweite Arbeitselement 76, 78 können innerhalb der Kammer 79 des Gehäuses 62 angeordnet sein und können mehrere Nocken 92 aufweisen. Durch eine Drehbewegung des ersten und des zweiten Arbeitselements 76, 78 relativ zueinander wird veranlasst, dass Luft über den Lufteinlass 72 in die Kammer 70 eingesaugt und Luft über den Luftauslass 74 aus der Kammer 70 ausgestoßen wird. Das erste und das zweite Arbeitselement 76, 78 können an der ersten bzw. an der zweiten Welle 80, 82 für eine Drehbewegung damit befestigt sein. Die erste und die zweite Welle 80, 82 können durch die erste und die zweite Lageranordnung 84, 86 drehbar gehalten werden. Das erste und das zweite Zahnrad 88, 90 können an der ersten bzw. an der zweiten Welle 80, 82 befestigt sein und miteinander kämmen, um eine Drehbewegung der Wellen 80, 82 mit der gleichen Drehzahl und in entgegengesetzte Richtungen zu veranlassen.
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Der Elektromotor 66 kann für einen Betrieb bis zu einem vorgegebenen Leistungsschwellenwert (beispielsweise einer maximalen Ausgangsleistung oder -kapazität) ausgelegt sein. Dieser Schwellenwert könnte beispielsweise zwischen etwa 1 und 1,5 Kilowatt liegen. Der Elektromotor 66 kann innerhalb des Gehäuses 62 angeordnet sein und einen Stator 94 und einen Rotor 96 aufweisen. Der Stator 94 kann relativ zum Gehäuse 62 fixiert sein und den Rotor 96 umschließen. Der Rotor 96 kann an der ersten Welle 80 befestigt sein. Der Stator 94 kann Wicklungen 98 aufweisen, die mit einer Batterie 100, einer Brennstoffzelle und/oder einer anderen elektrischen Energiespeichervorrichtung elektrisch verbunden sind. Der Elektromotor 66 kann einen Wechselrichter oder ein Frequenzumrichter aufweisen, um einen weiten Drehzahl- und Leistungsbereich zu erzielen. Wenn den Wicklungen 98 ein elektrischer Strom zugeführt wird, dreht sich der Rotor 96 relativ zum Stator 94, wodurch veranlasst wird, dass sich die erste Welle 80 relativ zum Gehäuse 62 dreht. Wie vorstehend beschrieben wurde, veranlasst die Drehbewegung einer unter der ersten oder der zweiten Welle 80, 82 aufgrund des Eingriffs zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad 88, 90 eine entsprechende Drehbewegung der anderen unter der ersten und der zweiten Welle 80, 82.
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Die Kupplungsanordnung 68 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein oder eine beliebige geeignete Konfiguration haben. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform kann die Kupplungsanordnung 68 eine Reibungsplatte 102 und eine Riemenscheibe 104 aufweisen. Die Reibungsplatte 102 kann an der zweiten Welle 82 drehbar befestigt, aber relativ zur zweiten Welle 82 und zur Riemenscheibe 104 axial beweglich sein. Die Kupplungsanordnung 68 kann einen Elektromagneten oder einen anderen elektromechanischen Aktuator aufweisen, der betreibbar ist, um die Reibungsplatte relativ zur Riemenscheibe 104 zwischen einer ersten und einer zweiten Position axial zu bewegen. In der ersten Position kann die Reibungsplatte 102 mit der Riemenscheibe 104 in Eingriff stehen, um die Riemenscheibe 104 relativ zur Reibungsplatte 102 und zur zweiten Welle 82 bezüglich einer Drehbewegung zu fixieren. In der zweiten Position kann die Reibungsplatte 102 von der Riemenscheibe 104 außer Eingriff stehen, um die Riemenscheibe 104 von der Reibungsplatte 102 und der zweiten Welle 82 zu entkoppeln, so dass die zweite Riemenscheibe 104 und die zweite Welle 82 sich frei und unabhängig voneinander drehen können.
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Die Riemenscheibe 104 kann beispielsweise über einen Riemen 106 oder eine Kette mit der Riemenscheibe 18 verbunden sein (die mit der Kurbelwelle 20 des Verbrennungsmotors 12 verbunden ist, wie in 1 dargestellt ist). Auf diese Weise bewirkt der Betrieb des Verbrennungsmotors 12 eine Drehbewegung der Riemenscheibe 104 mit einer der Drehzahl der Kurbelwelle 20 des Verbrennungsmotors 12 proportionalen Drehzahl. D. h., wenn sich die Kurbelwelle 20 mit einer relativ niedrigen Drehzahl (beispielsweise im Leerlauf oder unter Niedriglastbetriebsbedingungen) dreht, kann die Riemenscheibe 104 sich mit einer relativ niedrigen Drehzahl drehen. Umgekehrt kann, wenn sich die Kurbelwelle 20 mit einer relativ hohen Drehzahl (beispielsweise während einer Beschleunigung oder unter Hochlastbetriebsbedingungen) dreht, die Riemenscheibe 104 sich mit einer relativ hohen Drehzahl drehen. Daher wird, wenn die Reibungsplatte 102 mit der Riemenscheibe 104 in Eingriff steht, eine Drehbewegung der Kurbelwelle 20 auf die zweite Welle 82 übertragen, um den Pumpenmechanismus 64 anzutreiben.
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Ein Steuermodul 110 (1) wird zum Überwachen und Regeln der Kraftstoff- und Luftdurchsätze durch das Kraftstoffzufuhrsystem 46 und das Luftzufuhrsystem 48 bereitgestellt. Das Steuermodul 110 kann außerdem den Betrieb der Zündeinrichtung 44 überwachen und steuern. Das Steuermodul 110 kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und/oder einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, aufweisen oder Teil dieser Komponenten sein. Das Steuermodul 110 kann eine Steuereinheit zum Steuern eines oder mehrerer anderer Fahrzeugsysteme aufweisen oder ein Teil davon sein. Alternativ kann das Steuermodul 110 eine dem Abgasnachbehandlungssystem 10 zugeordnete Steuereinheit sein.
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Wie in 1 dargestellt ist, kann das Steuermodul 110 mit der Zündvorrichtung 44, der Kraftstoffpumpe 52, dem Elektromotor 66 (über eine Motorantriebseinheit 112) und der Kupplungsanordnung 68 kommunizieren und ihren Betrieb steuern. Das Steuermodul 110 kann außerdem die Betriebszustände des Verbrennungsmotors 12, des Brenners 26 und/oder einer oder mehrerer der Nachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32 überwachen. Basierend auf derartigen Betriebszuständen kann das Steuermodul 110 bestimmen, ob der Luftverdichter 58 aktiviert werden soll, mit welcher Drehzahl oder Ausgangsleistung der Luftverdichter 58 betrieben werden soll und ob der Pumpenmechanismus 64 durch den Elektromotor 66 oder durch die Kurbelwelle 20 über den Riemen 106 und die Riemenscheibe 104 angetrieben werden soll.
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Der Elektromotor 66 des Luftverdichters 58 kann dafür konfiguriert sein, den Pumpenmechanismus 64 während Perioden eines relativ niedrigen Luftmengenbedarfs des Brenners 26 zu betätigen. Wenn das Abgasnachbehandlungssystem 10 eine relativ große Luftmenge für den Brenner 26 erfordert (d. h. eine Luftmenge, die mehr Leistung für den Pumpenmechanismus 64 erfordert als der Elektromotor 66 effektiv oder effizient erzeugen kann), kann das Steuermodul 110 veranlassen, dass der Elektromotor 66 abgeschaltet wird und veranlassen, dass die Kupplungsanordnung 68 die Riemenscheibe 104 mit der zweiten Welle 82 in Dreheingriff bringt, so dass der Verbrennungsmotor 12 den Pumpenmechanismus 64 antreiben kann.
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3 zeigt ein exemplarisches Verfahren zum Betreiben des Luftverdichters 58. In Schritt 210 kann das Steuermodul 110 basierend auf den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 12 und/oder des Abgasnachbehandlungssystems 10 bestimmen, ob ein Luftmenge für den Brenner 26 erforderlich ist, die es erfordert, dass der Luftverdichter 58 mit einer Leistung betrieben wird, die höher ist als der Leistungsschwellenwert des Elektromotors 66. Wenn der Luftmengenbedarf unterhalb des Schwellenwertes liegt, kann das Steuermodul 110 in Schritt 220 veranlassen, dass der Elektromotor 66 den Pumpenmechanismus 64 antreibt, um dem Brenner 26 Luft zuzuführen. Beispielsweise kann der Brenner 26 unter einer oder mehreren der folgenden Bedingungen nur eine relativ geringe Luftmenge benötigen: (1) wenn der Verbrennungsmotor 12 im Leerlaufzustand oder unter einer relativ niedrigen Last mit einer relativ niedrigen Motordrehzahl betrieben wird; (2) während der Zündung des Brenners 26 vor dem Starten des Verbrennungsmotors zum Vorwärmen der Nachbehandlungsvorrichtungen; (3) zwischen Zündereignissen im Brenner 26, um eine kleine den Brenner 26 durchströmende Luftmenge aufrechtzuerhalten, um zu verhindern, dass Abgas in den Brenner 26 eintritt oder um die in den Brenner eintretende Abgasmenge zu reduzieren, und um eine Akkumulierung von Kraftstoffresten und Nebenprodukten auf Komponenten des Brenner 26 zu reduzieren oder zu verhindern. Es versteht sich, dass unter zusätzlichen oder alternativen Betriebsbedingungen eine relativ niedrige Luftmenge erwünscht oder ausreichend sein kann.
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Wenn die Verbrennungsmotorbetriebszustände einen relativ großen Luftmengenbedarf für den Brenner 26 erfordern (beispielsweise, wenn der Verbrennungsmotor 12 bei relativ hohen Drehzahlen und/oder unter relativ hohen Lasten betrieben wird), kann das Steuermodul 110 in Schritt 230 den Elektromotor 66 abschalten und die Kupplungsanordnung 68 einrücken. In einigen Ausführungsformen kann das Steuermodul 110, bevor der Elektromotor 66 abgeschaltet und bevor die Kupplungsanordnung 68 eingerückt wird, die Drehzahl des Elektromotors 66 so regeln, dass die erste und die zweite Welle 80, 82 sich mit der gleichen Drehzahl (oder etwa mit der gleichen Drehzahl) drehen wie der Riemen 106 und die Riemenscheibe 104. Sobald diese Drehzahlen miteinander übereinstimmen oder nahezu miteinander übereinstimmen, kann das Steuermodul die Kupplungsanordnung 68 einrücken und den Elektromotor 66 abschalten. Dies kann Verschleiß der Kupplungsanordnung 68 vermindern und ermöglicht, dass der Fahrer die Änderung der auf den Verbrennungsmotor 12 ausgeübten Last weniger wahrnimmt. In Schritt 240 veranlasst das Einrücken der Kupplungsanordnung 68, dass der Pumpenmechanismus 64 durch den Verbrennungsmotor 12 über den Riemen 106 und die Riemenscheibe 104 angetrieben wird.
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In Schritt 250 kann das Steuermodul 110 beurteilen, ob der Leistungsbedarf des Luftverdichters 58 höher ist als der Betriebsleistungsschwellenwert des Elektromotors 66. Wenn der Leistungsbedarf höher ist als der Leistungsschwellenwert, kann das Steuermodul 110 die Kupplungsanordnung 68 in der eingerückten Position halten, um den Antrieb des Pumpenmechanismus 64 durch den Verbrennungsmotor 12 aufrechtzuerhalten. Wenn der Luftmengenbedarf des Luftverdichter 58 auf einen Wert abfällt, der innerhalb eines Bereichs liegt, der durch den Leistungsschwellenwert des Elektromotors 66 bereitgestellt werden kann, kann das Steuermodul 110 die Kupplungsanordnung 68 in Schritt 260 ausrücken und den Elektromotor 66 in Schritt 220 einschalten, um den Pumpenmechanismus 64 durch den Elektromotor 66 anzutreiben.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient zur Veranschaulichung und Erläuterung. Sie soll nicht umfassend sein oder die Erfindung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo möglich, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn diese nicht spezifisch dargestellt oder beschrieben ist. Außerdem sind innerhalb des Umfangs der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich.
