DE102007040360A1

DE102007040360A1 - Strömungsanordnung für ein Abgassystem

Info

Publication number: DE102007040360A1
Application number: DE102007040360A
Authority: DE
Inventors: James Peterborough Oxborrow
Original assignee: Perkins Engines Co Ltd
Current assignee: Perkins Engines Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-04-10
Also published as: US20080098499A1; US7805932B2

Abstract

Eine Strömungsanaordnung weist ein hohles Gehäuse auf, welches einen Hohlraum erfasst, der sich von einer nahen Öffnung zu einer entfernten Öffnung erstreckt. Die Strömungsanordnung kann einen ersten Satz an Luftleitschaufeln bzw. flächenförmigen Luftleitbauteilen aufweisen, wobei zumindest ein erstes flächenförmiges Bauteil innerhalb des Freiraums angebracht ist und wobei sich das zumindest eine erste flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Die Strömungsanordnung kann ebenso einen zweiten Satz flächenförmiger Bauteile aufweisen, wobei zumindest ein zweites flächenförmiges Bauteil innerhalb des Freiraums angebracht sein kann und wobei sich das zumindest eine zweite flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Ebenso kann die Strömungsanordnung einen zentralen Durchlass aufweisen, der im Wesentlichen frei von flächenförmigen Bauteilen ist und sich von der nahen Öffnung zur entfernten Öffnung erstreckt.

Description

Technischer Bereich
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Strömungsanordnung, welche gestaltet ist, um eine Gasströmung zu modifizieren, und genauer auf eine Strömungsanordnung für ein Abgassystem.
Stand der Technik
Maschinen, die Motoren verwenden, wobei Dieselmotoren, Benzinmotoren, gasbetriebene Motoren und andere nach Stand der Technik bekannte Motoren eingeschlossen sind, erzeugen oft eine Mischung verschmutzender Emissionen. Diese Emissionen können gasförmige und feste Materialien beinhalten wie Feinstaub, Stickoxide, und Schwefelverbindungen. Ein verstärktes Umweltbewusstsein hat dazu geführt, dass Aufsichtsbehörden die Emissionsstandards für solche Motoren verschärft haben, was die Motorenhersteller dazu zwingt, Systeme zu entwickeln, um die Emissionsievel weiter zu senken.
Eine Art von Vorrichtung, wie sie von Herstellern verwendet wird, um Emissionen zu verringern, ist ein Partikelfilter, welcher derart gestaltet ist, dass er Feinstaub aus einem Abgasstrom entfernt. Ein Feinstaubfilter weist eine Filteranordnung auf, welche in einem Abgassystem angebracht, und gestaltet ist, um Feinstaub einzufangen. Während solche Filter Emissionsievel senken können, können Filter im Lauf der Zeit verstopfen und weniger effektiv bei der Verringerung der Emissionsievel werden. Um eingefangene Materie zu entfernen, könne Feinstaubfilter in regelmäßigen Abständen regeneriert werden, wobei die Filtertemperatur erhöht wird, um Feinstaub abzubrennen und vom Filter zu entfernen. Die Regenerierung des Filters kann jedoch die Lebensdauer des Filters verringern und kann zusätzliche Energie zur Erhöhung der Filtertemperatur benötigen. Daher ist eine Beschrankung der Regenerierungszyklen des Filters erwünscht.
Die Leistung des Filters kann ebenfalls durch die Strömung des in den Filter eintretenden Abgases beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine ungleichförmige Strömung des Abgases einige Bereiche des Filters durch die Konzentration des Gasflusses, und damit des Feinstaubs, durch bestimmte Bereiche des Filtersystems überlasten. Solch eine ungleichmäßige Gasströmung kann das Verstopfen derjenigen Filterbereiche, die einer höheren Gasströmung ausgesetzt sind, beschleunigen, was zu häufigeren Filterregenerierungen führt. Daher kann die Leistung des Filters durch Vorsehen einer im Wesentlichen gleichförmigen Strömung des Abgases in den Filter-verbessert werden, um die Strömung der Partikel durch den Filter gleichmäßig zu verbreiten, das ungleichmäßige Verstopfen des Filters zu verringern, und die Häufigkeit der Filterregenerierung zu senken.
Ein Vorrichtung, die konfiguriert ist, um Abgase gleichmäßiger zu verteilen, ist in dem U.S. Patent Nr. 6,745,562 (bezeichnet als „das '562 Patent") von Berriman et al., erteilt am 8. Juni 2004, beschrieben. Das '562 Patent beschreibt einen Strömungsverteiler, der gestaltet ist, um in einem Abgassystem angebracht zu werden. Der Verteiler weist eine Struktur mit einem mittigen Loch und konischen Wänden auf, welche eingerichtet sind, um die Abgasströmung von einer Leitung mit kleinem Durchmesser zu einer Leitung mit großem Durchmesser, welche in Strömungsrichtung direkt oberhalb eines Katalysators liegen, zu zerstreuen.
Obwohl die Vorrichtung des '562 Patents eine Abgasströmung umverteilen kann, kann die Vorrichtung weiter verbessert werden. Insbesondere kann die Vorrichtung des '562 Patent möglicherweise keine ausreichend gleichförmige Abgasströmung erzeugen, und die Vorrichtung kann möglicherweise unnötigen Rückstau innerhalb des Abgassystems hervorrufen. Weiterhin kann die Vorrichtung des '562 Patents teuer in der Herstellung sein und kann möglicherweise nicht einfach anzupassen sein, um in einer Vielzahl von Abgassystemen, welche unterschiedliche Größen aufweisen, betrieben zu werden.
Die offenbarte Strömungsanordnung zielt darauf ab, eines oder mehrere der oben beschriebenen Probleme zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführung der Erfindung zielt auf eine Strömungsanordnung mit einem hohles Gehäuse ab, welches einen Freiraum aufweist, der sich von einer nahen Öffnung zu einer entfernten Öffnung erstreckt. Die Strömungsanordnung kann einen ersten Satz an Luftleitschaufeln bzw. – flächenförmigen Bauteilen aufweisen, wobei zumindest ein erstes flächenförmiges Bauteil innerhalb des Freiraums angebracht ist, und wobei sich das zumindest eine erste flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Die Strömungsanordnung kann ebenso einen zweiten Satz von flächenförmigen Bauteilen aufweisen, wobei zumindest ein zweites flächenförmiges Bauteil innerhalb des Freiraums angebracht sein kann, und wobei sich das zumindest eine zweite Flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Ebenso kann die Strömungsanordnung einen zentralen Durchlass aufweisen, der im Wesentlichen frei von flächenförmigen Bauteilen ist und sich von der nahen Öffnung zur entfernten Öffnung erstreckt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Abgassystem, welches eine Abgasvorrichtung aufweist, die in einem Abgasstrom angebracht ist. Das Abgassystem kann eine Strömungsanordnung umfassen, welche innerhalb des Abgasstroms angebracht ist und sich in Strömungsrichtung oberhalb der Abgasvorrichtung befindet. Die Strömungsanordnung kann ein hohles Gehäuse umfassen, welches einen Freiraum aufweist, der sich von einer nahen Öffnung zu einer entfernten Öffnung er streckt. Die Strömungsanordnung kann ebenso einen ersten Satz an Luftleitschaufeln bzw. -flächenförmigen Bauteilen aufweisen, wobei zumindest ein erstes Flächenförmiges Bauteil innerhalb des Freiraums angebracht ist, und wobei sich das zumindest eine erste Flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Ein zweiter Satz an flächenförmigen Bauteilen kann in der Strömungsanordnung beinhaltet sein, so dass sich zumindest ein zweites von dem Gehäuse aus erstreckt und zwischen dem zumindest ersten flächenförmigen Bauteil und der entfernten Öffnung angebracht sein kann. Ebenso kann die Strömungsanordnung einen zentralen Durchlass aufweisen, der im Wesentlichen frei von flächenförmigen Bauteilen ist und sich von der nahen Öffnung zur entfernten Öffnung erstreckt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsanordnung, welche das Ausformen einer Vielzahl von Rohrteilen, und das Ausformen einer Vielzahl von flächenförmigen Bauteileinsätzen aus der Vielzahl von Rohrteilen beinhalten kann. Das Verfahren kann weiterhin die Positionierung der Vielzahl von flächenförmige Bauteileinsätzen innerhalb eines Gehäuses und das Befestigen der Vielzahl der flächenförmigen Bauteileinsätze an dem Gehäuse beinhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die begleitenden Zeichnungen, welche mit dieser Beschreibung verbunden und Teil davon sind, verdeutlichen beispielhafte Ausführungsbeispiele der Offenbarung und dienen zusammen mit der geschriebenen Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien des offenbarten Systems. In den Zeichnungen:
1 ist eine schematische Darstellung eines Abgassystems gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2A ist eine dreidimensionale Darstellung einer Strömungsanordnung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2B ist ein Längsschnitt durch eine Strömungsanordnung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
2C ist ein Querschnitt einer Strömungsanordnung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens der Herstellung eier Strömungsanordnung gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung
1 ist eine schematische Darstellung eines Abgassystems 10 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel. Das Abgassystem 10 kann konfiguriert sein, um einen Abgasstrom von einem Abgas produzierenden System aufzunehmen und feste, flüssige und/oder gasförmige Verbindugen aus dem Abgasstrom zu entfernen, bevor es den Abgasstrom in die Atmosphäre entlässt. Das Abgas produzierende System kann jegliches System beinhalten, welches Luft verschmutzende Substanzen produziert, wie beispielsweise eine Energiequelle 12. Die Energiequelle 12 kann jedes System beinhalten, das gestaltet ist, um Energie zu erzeugen. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Energiequelle 2 einen Verbrennungsmotor aufweisen, welcher eingerichtet ist, um jegliche geeignete Art von Kraftstoff zu verbrennen, wie Diesel, Benzin, Erdgas, Biokraftstoff, oder Mischungen daraus.
Das Abgassystem 10 kann eine Strömungsanordnung 14 aufweisen, welche in Strömungsrichtung oberhalb einer Abgasvorrichtung 16 angebracht ist. Die Strömungsanordnung 14 kann an jeder geeigneten Stelle innerhalb des Abgassystems 10 angebracht und eingerichtet sein, um einen Abgasstrom auf zunehmen. Insbesondere kann die Strömungsanordnung 14 eingerichtet sein, um einen Abgasstrom derart zu verändern, dass der Gasstrom in Strömungsrichtung unterhalb der Strömungsanordnung 14 einheitlicher sein kann als der Gasstrom in Strömungsrichtung oberhalb der Strömungsanordnung 14. Beispielsweise kann die Strömungsanordnung 14 eingerichtet sein, um einen Gasstrom umzuverteilen, um ein einheitlicheres Geschwindigkeitsund/oder Druckprofil in dem Gas, das die Strömungsanordnung 14 verlässt vorzusehen, als in dem Gas, das in die Strömungsanordnung 14 eintritt. Zusätzlich kann die Strömungsanordnung 14 modular aufgebaut sein, wobei die Strömungsanordnung 14 als Einzelvorrichtung hergestellt werden kann, wie es unten genauer beschrieben wird. Die Strömungsanordnung 14 in modulararer Form könnte einfach innerhalb des Abgassystems 10 angebracht und/oder daraus entfernt werden.
Das Abgassystem 10 kann eine oder mehrere Abgasvorrichtungen 16 aufweisen, die gestaltet sind, um die Menge der in die Umgebung abgegebenen Emissionen zu reduzieren. Beispielsweise kann eine Abgasvorrichtung 16 Katalysatoren, Filter, oder jede andere Vorrichtung umfassen, die konfiguriert sind, um jegliches unerwünschte Material, das von der Energiequelle 12 erzeugt wird, zumindest teilweise zu entfernen. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Abgasvorrichtung 16 einen Dieselpartikelfilter oder eine andere Art von Filter aufweisen, der gestaltet ist um Partikel, Ruß, oder andere Materialien einzufangen, die in Abgas vorhanden sind.
Die Strömungsanordnung 14 kann in Strömungsrichtung oberhalb der Abgasvorrichtung 16 angebracht sein, sodass das Abgas, das in die Abgasvorrichtung 16 eintritt, ein in Wesentlichen einheitliches Strömungsprofil aufweist. Ein im Wesentlichen einheitliches Strömungsprofil kann einen Gasstrom umfassen, der in einem Querschnitt durch den Gasstrom im Wesentlichen einheitlich ist. Beispielsweise kann eine turbulente Strömung ein einheitlicheres Geschwindigkeits- und/oder Druckprofil in einer Querschnittsfläche des Gasstroms aufweisen als ein mit einer laminaren Strömung assoziierten Geschwindigkeits- und/oder Druckprofil. Eine Gasgeschwindigkeit in der Mitte einer turbulenten Gasströmung kann ähnlich einer Gasgeschwindigkeit in der Nähe des Randes der turbulenten Gasströmung sein, während eine Gasgeschwindigkeit in der Mitte einer laminaren Gasströmung einer Gasgeschwindigkeit in der Nähe des Randes der laminaren Gasströmung möglicherweise nicht ähnlich ist. Eine im Wesentlichen einheitliche Gasströmung, die aus der Strömungsanordnung 14 austritt, kann in die Abgasvorrichtung 16 strömen. Solch eine gleichmäßige Verteilung der in die Abgasvorrichtung 16 eintretenden Gasströmung kann die Wahrscheinlichkeit verringern, dass ein Bereich eines Querschnitts der Abgasvorrichtung 16 deutlich mehr der Gasströmung empfängt als ein anderer Bereich des Querschnitts der Abgasvorrichtung 16. Das Überlasten eines Bereichs der Abgasvorrichtung 16 durch das Durchleiten einer verstärkten Gasströmung durch das Filtermaterial kann zum vorzeiten Verstopfen des überlasteten Bereichs des Filtermaterials führen. Im Gegensatz dazu bleiben andere Filterbereiche der Abgasvorrichtung 16, die eine geringere Gasströmung empfangen, unausgelastet. Eine im Wesentlichen einheitliche Gasströmung, die in die Abgasvorrichtung 16 eintritt, kann die Effizienz der Abgasvorrichtung 16 durch eine gleichmäßigere Verteilung der Gasströmung innerhalb der Abgasvorrichtung 16 verbessern. Beispielsweise kann so ein gleichmäßiges Gasprofil die Effizienz eines Filters verbessern, indem das Filtermaterial gleichmäßig belastet wird, und/oder durch Reduzierung der Häufigkeit der Filterregenerierungsprozeduren.
2A verdeutlicht eine schematische Darstellung einer Strömungsanordnung 14 gemäß einem offenbarten beispielhaften Ausführungsbeispiel. Die Strömungsanordnung 14 kann ein Gehäuse 18, und ein oder mehrere Flächenförmige Bauteile 19 aufweisen. Das Gehäuse 18 kann jede geeignete hohle Struktur aufweisen, die konfiguriert ist, um einen Strom von Abgas innerhalb des Abgassystems 10 aufzunehmen. Beispielsweise kann das Gehäuse 18 eine im Wesentlichen zylindrische Struktur aufweisen, wie in 2A gezeigt, wobei eine Längsachse des Gehäuses 18 durch die y-Achse dargestellt ist. Beispielsweise kann das Gehäuse 18 eine äußere Abmessung in einem Bereich von 50 mm bis 500 mm aufweisen.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 18 dimensioniert und konfiguriert sein, um in Strömungsrichtung oberhalb und/oder nahe bei der Abgasvorrichtung 16 angebracht zu werden. Das Gehäuse 18 kann einen Querschnitt in jeglicher geeigneten Form aufweisen, wie beispielsweise kreisförmig, oval, viereckig, rechteckig, dreieckig, oder Kombinationen davon. Weiterhin kann das Gehäuse 18 sich verjüngen, wobei eine äussere und/oder innere Abmessung entlang einer Längsachse (y-Achse) des Gehäuses 18 vergrössert und/oder verringert werden kann.
Die Strömungsanordnung 14 kann jegliche Anzahl an flächenförmigen Bauteilen 19 aufweisen. Insbesondere kann die Strömungsanordnung 14 einen ersten Satz flächenförmige Bauteile 20 und einen zweiten Satz flächenförmige Bauteile 22 aufweisen, wobei jeder Satz flächenförmige Bauteile 20, 22 eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 19 aufweisen kann. Jeder Satz flächenförmige Bauteile kann eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 19 aufweisen, welche in einer Reihe in dem Gehäuse 18 angeordnet sind. Speziellerweise kann jeder Satz flächenförmige Bauteile im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, wie beispielsweise einer Querebene innerhalb des Gehäuses 18, welche in 2A durch die x-z-Ebene dargestellt ist. Insbesondere können die Sätze flächenförmige Bauteile 20, 22 eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 19 in einer Querebene der Strömungsanordnung 14 umfassen.
In einigen Ausführungsbeispielen können sich die Sätze flächenförmige Bauteile an zwei unterschiedlichen Querebenen innerhalb eines Hohlraums 23 der Strömungsanordnung 14 befinden. Der Hohlraum 23 kann eine nahe Öffnung, die sich an einem nahen Teil des Gehäuses 18 mit einer entfernten Öffnung 26, die sich an einem entfernten Ende des Gehäuses 18 befindet, strömungstechnisch verbinden. Das entfernte Ende 24 kann konfiguriert sein, um einen Gasstrom innerhalb des Abgassystems 10 aufzunehmen. Die entfernte Öffnung 10 kann konfiguriert sein, um einen Abgasstrom in Strömungsrichtung oberhalb einer Abgasvorrichtung 16 auszulassen.
Wie in 2B gezeigt, kann sich der erste Satz flächenförmige Bauteile 20 in der Nähe der nahe gelegenen Öffnung 24 befinden, und der zweite Satz flächenförmige Bauteile 22 kann sich in der Nähe der entfernten Öffnung 26 befinden. Insbesondere können sich die ersten und zweiten Sätze flächenförmige Bauteile 22, 24 an jeglichen Positionen innerhalb des Hohlraums 23 befinden, sodass sich der erste Satz flächenförmige Bauteile 20 in der Nähe nahe des zweiten Satzes flächenförmige Bauteile 22 innerhalb des Hohlraums 23 befinden kann. Es ist ebenso denkbar, dass die Strömungsanordnung 14 mehr als zwei Sätze flächenförmige Bauteile aufweisen kann.
Der erste Satz flächenförmige Bauteile 20 kann jegliche Anzahl an flächenförmigen Bauteilen 28 umfassen, und der zweite Satz flächenförmige Bauteile 22 kann jegliche Anzahl von flächenförmigen Bauteilen 30 umfassen, wobei die flächenförmigen Bauteile 28, 30 gestaltet sein können, um die Gasströmung innerhalb der Strömungsanordnung 14 zu verändern. Die flächenförmigen Bauteile 28, 30 können innerhalb des Hohlraums 23 auf geeignete Art angebracht und gestaltet sein, um eine im Wesentlichen einheitliche Gasströmung zu erhalten. Beispielsweise können die flächenförmigen Bauteile 28, 30 radial in der x-z-Ebene innerhalb des Hohlraums 23 verteilt sein, wie in 2B gezeigt und unten genauer beschrieben.
In einigen Ausführungsbeispielen können sich die flächenförmigen Bauteile 28, 30 radial von einer inneren Oberfläche des Gehäuses 18 in Richtung einer Mitte des Hohlraums 23 erstrecken. In anderen Ausführungsbeispielen können sich die flächenförmigen Bauteile durch den Hohlraum 23 von einer Stelle auf dem Umfang des Hohlraums 23 zu einer anderen Stelle auf dem Umfang des Hohlraums 23 erstrecken, und können parallel, rechtwinklig, oder in jedem geeigneten Winkel zu anderen flächenförmigen Bauteilen innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die flächenförmige Bauteile 28, 30 könne auch in jedem geeigneten bezüglich zu einer Längsachse (y-Achse) des Gehäuses 18 angebracht sein. Beispielsweise kann der erste Satz flächenförmige Bauteile 20 eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 28 in einem ersten Winkel aufweisen, während der zweite Satz flächenförmige Bauteile 22 eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 30 in einem zweiten Winkel aufweisen kann. Insbesondere kann eines oder können mehrere flächenförmige Bauteile 28 unter einem Winkel von +30 Grad zu der Längsachse stehen, während eines oder mehrere flächenförmige Bauteile 30 unter einem Winkel von –30 Grad zur Längsachse stehen kann bzw. können. Ebenso kann eines oder können mehrere flächenförmige Bauteile innerhalb eines Satzes flächenförmiger Bauteile in verschiedenen Winkeln zu einem oder mehreren anderen flächenförmigen Bauteilen innerhalb des selben Satzes angebracht sein.
Die flächenförmige Bauteile 19 können jegliche Form aufweisen, was folgende Konfigurationen umfassen kann: im Wesentlichen eben, sich verjüngend, oder gekrümmt wie beispielsweise konvex oder konkav. Die flächenförmigen Bauteile 19 können auch verschiedene Eigenschaften (nicht gezeigt) aufweisen, wie beispielsweise Erweiterungen, Einkerbungen, Beschichtungen, oder andere Oberflächeneigenschaften, die derart beschaffen sind, dass sie die Erzeugung einer turbulenten Strömung und/oder eines einheitlichen Gasstroms verstärken. Ebenso können der erste Satz flächenförmige Bauteile 20 und/oder der zweite Satz flächenförmige Bauteile 22 eine oder mehrere Arten von flächenförmigen Bauteilen 19 aufweisen. Beispielsweise können die flächenförmige Bauteile 28, 30 verschiedene Formen, Verteilungen und/oder Konfigurationen innerhalb des Hohlraums 23 aufweisen.
2C ist eine seitlicher Querschnitt der Strömungsanordnung 14 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel. In einigen Ausführungsbeispielen können die flächenförmige Bauteile 28, 30 wie gezeigt verteilt und beschaffen sein, wobei die abwechselnden flächenförmige Bauteile 28, 30 eine annähernd ebene radiale Verteilung der flächenförmige Bauteile 19 bilden. Eine solche Konfiguration nicht fluchtender flächenförmiger Bauteile, wobei die flächenförmige Bauteile 28 und 30 nicht entlang einer allgemeinen Längsrichtung fluchtend angeordnet sind, kann einem Gas, das durch die Strömungsanordnung 14 strömt, die nötige Turbulenz verleihen, während es die Entstehung unerwünschten Staudrucks verhindert. Eine ähnliche Strömungsveränderung kann auch erreicht werden, wenn flächenförmige Bauteile unterschiedlicher flächenförmiger Bauteilsätze zumindest teilweise entlang einer allgemeinen Längsrichtung fluchtend angeordnet sind, wobei das flächenförmige Bauteil 28 bei Betrachtung in der x-z-Ebene (nicht gezeigt) über dem flächenförmigen Bauteil 30 angeordnet sein könnte. In anderen Ausführungsbeispielen können mehr als zwei Sätze flächenförmige Bauteile verteilt und/oder beschaffen sein, um eine annähernd ebene radiale Verteilung der flächenförmigen Bauteile in der x-z-Ebene zu bilden, sodass ein im Allgemeinen einheitlicher Gasstrom aus der Strömungsanordnung 14 austreten kann.
Die flächenförmigen Bauteile 19 können eine Spitze 32 und eine Basis 34 aufweisen, wobei die Basis 34 mit dem Gehäuse 18 verbunden ist und die Spitze 32 sich innerhalb des Hohlraums 23 befindet. In einigen Ausführungsbeispielen können die flächenförmige Bauteile 28, 30 derart angeordnet und konfiguriert sein, dass sich die Spitzen 32 nicht bis zu einer Mitte des Hohlraums 23 erstrecken. Solch eine Anordnung der flächenförmigen Bauteile kann einen im Allgemeinen ungehinderten Gasstrom durch einen zentralen Durchlass 36 erlauben, wobei der zentrale Durchlass 36 einen ausreichenden Gasstrom durch eine Mitte des Hohlraums 23 erlauben kann, um einen im Allgemeinen einheitlichen Gasstrom zu erzeugen, der die Strömungsanordnung 14 verlässt. Insbesondere kann der zentrale Durchlass 36 im Wesentlichen frei von flächenförmigen Bauteilen 19 sein und sich von der nahen Öffnung 24 zur entfernten Öffnung 26 erstrecken. Zusätzlich können die flächenförmigen Bauteile 19 geformt, verteilt konfiguriert, und/oder konfiguriert sein, um einen im Allgemeinen einheitlichen Gasstrom in Verbindung mit dem zentralen Durchlass 36 bereitzustellen.
3 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens 50 zur Herstellung einer Strömungsanordnung 14 gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel. Verschiedene Bestandteile der Strömungsanordnung 14 können aus jedem für die Verwendung in dem Abgassystem 10 geeigneten Material hergestellt werden. Idealerweise sollte das Material in der Lage sein, hohen Temperaturen und hohen Drücken auszuhalten und im Allgemeinen Korrosion zu widerstehen. Geeignete Materialien können beispielsweise Metalle und Metalllegierungen umfassen, wie beispielsweise rostfreier Stahl.
Zu Beginn kann ein Rohling 52 eines flächenförmigen Bauteils aus einer Platine eines geeigneten Materials (nicht gezeigt) gefertigt werden. Beispielsweise kann der Rohling 52 eines flächenförmigen Bauteils aus der Platine mittels Stanzen, Schneiden, Abtragen oder einem ähnlichen Prozess herausgearbeitet werden. Der Rohling 52 eines flächenförmigen Bauteils kann dann in einen Einsatz 54 eines flächenförmigen Bauteils umgeformt werden. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Formen des Einsatzes 54 eines flächenförmigen Bauteils einige Zwischenprozesse beinhalten, wobei einer oder mehrere Zwischenrohlinge 53 hergestellt werden. Wie in 3 gezeigt, kann der Zwischenrohling 53 geformt werden, indem der Rohling 52 eines flächenförmigen Bauteils in eine hauptsächlich kreisförmige Struktur umgeformt wird. Danach kann der Zwischenrohling 53 weiterverarbeitet werden, um eines oder mehrere der flächenförmige Bauteile 19 des Einsatzes 54 eines flächenförmigen Bauteils zu bilden. In anderen Ausführungsbeispielen kann eines oder können mehrere der flächenförmigen Bauteile 19 vor dem Formen eines Zwischenrohlings 53 ausgeformt werden. Der Einsatz 54 eines flächenförmigen Bauteils kann mittels jeglichen geeigneten Prozesses geformt werden, wie beispielsweise Formpressen, Biegen, Tiefziehen, und/oder Falten.
Nach dem Formen des Einsatzes 54 eines flächenförmigen Bauteils könne zwei oder mehr Einsätze 54 eines flächenförmigen Bauteils in dem Gehäuse 18 positioniert und daran befestigt werden. Das Gehäuse 18 kann wie bereits beschrieben aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, beispielsweise aus röhrenförmigen Stahl. Das Gehäuse 18 kann angemessen dimensioniert und geformt sein, um in dem Abgassystem 10 untergebracht zu werden, und kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere Einsätze 54 eines flächenförmigen Bauteils aufzunehmen.
In einigen Ausführungsbeispielen können zwei Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils innerhalb des Gehäuses 18 angebracht werden. Wie in 3 gezeigt, kann der Einsatz 54 eines flächenförmigen Bauteils innerhalb des Gehäuses 18 an einem nahen Ende 60 des Gehäuses 18 angebracht werden, und der Einsatzes 54' eines flächenförmigen Bauteils kann in dem Gehäuse 18 an einem entfernten Ende 62 des Gehäuses 18 angebracht werden. Die Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils können derart angebracht werden, dass die verschiedenen flächenförmigen Bauteile der Einsätze 54, 54 wie in 2B gezeigt positioniert sind, wobei die verschiedenen flächenförmige Bauteile der Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils gleichmäßig innerhalb des Gehäuses 18 verteilt sind.
Die Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils können nach der angemessenen Positionierung der Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils in dem Gehäuse 18 an dem Gehäuse 18 befestigt werden. Die Einsätze 54, 54' eines flächenförmigen Bauteils können mittels Schweissen, Hartlöten, Klemmen, Reibschluß, Gewinde oder jedem anderen geeigneten Befestigungsverfahren befestigt werden. Verschiedene andere Schritte und Herstellungsprozesse können während der Herstellung der Strömungsanordnung 14 eingesetzt werden, wie beispielsweise Beschichten, Schleifen, Polieren, oder Wärmebehandlung.
Industrielle Anwendbarkeit
Herkömmliche Abgassysteme könne verschiedene Filter, Katalysatoren und andere Vorrichtungen aufweisen, die eingerichtet sind, um Feinstaub und andere Bestandteile aus dem Abgas zu entfernen. Solche Abgassysteme können Leitungen mit Biegungen, gewundenen Bereichen und anderen Konfigurationen aufweisen, die unbeabsichtigterweise eine ungleichförmige Strömung des Abgases verursachen. Eine ungleichförmige Abgasströmung kann das Verstopfen einiger Bereiche eines Filters verursachen, während andere Filterbereiche zu gering verwendet werden, weil verschiedene Mengen des Abgases durch verschiedene Bereiche des Filtermaterials treten können. Bereiche des Materials, die einem starken Gasstrom ausgesetzt sind, können schneller verstopfen als andere Bereiche des Materials, die geringeren Gasstromraten ausgesetzt sind. Solch ein ungleichmäßiger Gasstrom kann die Filterleistung herabsetzen. Beispielsweise kann das vorzeitige Verstopfen die Betriebslebensdauer des Filters verringern und/oder die Notwendigkeit zur Filterregeneration erhöhen. Die vorliegende Offenbarung stellt eine Strömungsanordnung bereit, die konfiguriert ist, um eine gleichmäßigere Gasströmung oberhalb einer Abgasvorrichtung wie beispielsweise einem Partikelfilter zu erzeugen, und dadurch die Filterleistung zu erhöhen. Die vorliegende Offenbarung stellt ebenso ein effizientes Verfahren zur Herstellung der Strömungsanordnung bereit.
Die Strömungsanordnung 14 kann einen ungleichförmigen Abgasstrom durch das Umleiten des Abgasstroms durch die Strömungsanordnung 14 in einen gleichförmigen Abgasstrom modifizieren. Die Strömungsanordnung 14 kann in Strömungsrichtung oberhalb eines Filters oder einer ähnlichen Vorrichtung angebracht werden, die Vorteile daraus ziehen kann, dass die eintretende Gasströmung im Allgemeinen gleichförmig ist. Zusätzlich sollte die Strömungsanordnung 14 in der Lage sein, bei einer Vielzahl verschiedener Abgassystemkonfigurationen und in verschiedenen Motorenbetriebszuständen zu funktionieren. Beispielsweise sollte die Strömungsanordnung 14 eingerichtet sein, um bei Abgastemperaturen von ungefähr 700°C zu arbeiten. Ebenso sollte die Strömungsanordnung idealerweise jeglichen Staudruck nur geringfügig erhöhen, wenig oder keiner Wartung bedürfen, und vergleichsweise günstig herzustellen sein.
Wie zuvor beschrieben kann die Strömungsanordnung 14 zwei oder mehr Sätze flächenförmiger Bauteile 20, 22 aufweisen, wobei jeder Satz flächenförmiger Bauteile eine Vielzahl von flächenförmigen Bauteile 19 aufweisen kann. Form, Winkel und/oder Position der flächenförmigen Bauteile können alle variiert werden, um die Turbulenz des Abgasstroms, der durch die Strömungsanordnung 14 fließt, zu erhöhen, um ein im Allgemeinen gleichförmi ges Strömungsprofil zu erhalten. Beispielsweise können sich die flächenförmigen Bauteile 19 verjüngen, wobei die Basis 34 größer sein kann als die Spitze 32, um einen Winkel bezüglich einer Längsachse (y-Achse) einer Strömungsanordnung 14 geneigt und/oder derart angebracht sein, dass jedes flächenförmige Bauteil gleichmäßig radial verteilt ist.
Ein im Allgemeinen Strömungsprofil aus der Strömungsanordnung 14 sollte aufgrund der Anwesenheit der Strömungsanordnung 14 im Abgassystem 10 ohne deutliche Steigerung des Staudrucks erreicht werden. Eine solche Leistung kann erzielt werden, falls die Strömungsanordnung 14 zwei Sätze von zwölf sich verjüngenden flächenförmigen Bauteile aufweist, welche in zwei unterschiedlichen Querebenen positioniert sind, wobei die flächenförmigen Bauteile gleichmässig radial verteilt sind. Ein Satz flächenförmiger Bauteile kann in einem Winkel von +30° und der andere Satz flächenförmiger Bauteile kann in einem Winkel von –30° bezüglich einer Längsachse der Strömungsanordnung 14 geneigt sein. Eine solche Anordnung der flächenförmigen Bauteile kann die Bildung eines im Allgemeinen gleichförmigen Gasstroms erlauben, ohne den Staudruck deutlich anzuheben. Die Anordnung der flächenförmigen Bauteile kann in dem durch die Strömungsanordnung 14 strömenden Gasstrom eine ausreichende Turbulenz hervorrufen, um das Strömungsprofil des Abgases zu ändern. Zusätzlich kann der zentrale Durchlass 36 einen ausreichenden Fluss des Abgases durch die Mitte des Hohlraumes 23 bereitstellen, um einen im Allgemeinen gleichförmigen Gasstrom zu erzeugen, ohne den Staudruck deutlich zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein effizientes Verfahren zur Herstellung der Strömungsanordnung 14 bereit. Wie oben gezeigt und beschrieben, kann die Strömungsanordnung 14 in einfacher und robuster Weise hergestellt werden. Zudem sind nur drei Komponenten nötig, um die Strömungsanordnung 14 herzustellen. Diese Komponenten benötigen lediglich minimale maschinelle Verarbeitung und können unter Verwendung von herkömmlicher maschineller Ausstattung hergestellt werden. Daher kann das Herstellungsverfahren eine kostengünstige Herstellung der Strömungsanordnung 14 zulassen.
Es wird für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der offenbarten Strömungsanordnung und des Herstellungsverfahrens vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann durch die Betrachtung der Beschreibung und der Ausführung des offenbarten Systems offensichtlich sein. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden sollen, wobei der wahre Umfang durch die folgenden Ansprüche und deren Entsprechungen angezeigt wird.

Claims

Eine Strömungsanordnung (14), welche umfasst: ein hohles Gehäuse (18), welches einen Hohlraum (23) aufweist, der sich von einer nahen Öffnung (24) zu einer entfernten Öffnung (26) erstreckt; einen ersten Satz flächenförmiger Bauteile (20), welcher zumindest ein erstes flächenförmiges Bauteil (28) umfasst, welches in dem Hohlraum angebracht ist, wobei sich das zumindest eine flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse weg erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung positioniert ist; einen zweiten Satz flächenförmiger Bauteile (22) welcher zumindest ein zweites flächenförmiges Bauteil (30) umfasst, welches in dem Hohlraum angebracht ist, wobei sich das zumindest eine flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse weg erstreckt und zwischen dem zumindest einen ersten flächenförmigen Bauteil und der entfernten Öffnung angebracht ist; einen von flächenförmigen Bauteilen im Wesentlichen freien zentralen Durchlass (36), der sich von der nahen Öffnung zur entfernten Öffnung erstreckt.
Die Strömungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Satz flächenförmiger Bauteile und der zweite Satz flächenförmiger Bauteile radial innerhalb des Hohlraums verteilt sind.
Die Strömungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Satz flächenförmiger Bauteile zwölf flächenförmige Bauteile umfasst und der zweite Satz flächenförmiger Bauteile zwölf flächenförmige Bauteile umfasst.
Die Strömungsanordnung gemäß Anspruch 1, wobei sich das zumindest eine erste flächenförmige Bauteil in einem ersten Winkel bezüglich einer Längsachse des Gehäuses befindet und sich das zumindest eine zweite flächenförmige Bauteil in einem vom ersten Winkel unterschiedlichen zweiten Winkel bezüglich einer Längsachse des Gehäuses befindet.
Ein Abgassystem (10) welches umfasst: eine Abgasvorrichtung (16), die sich innerhalb eines Abgasstroms befindet; die Strömungsanordnung eines der Patentansprüche 1–4, wobei die Strömungsanordnung innerhalb des Abgasstroms angeordnet ist und in Strömungsrichtung oberhalb der Abgasvorrichtung positioniert ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Strömungsanordnung (14), welches umfasst: das Formen einer Vielzahl von Rohlingen (52); das Formen einer Vielzahl von Einsätzen (54) eines flächenförmigen Bauteils aus der Vielzahl von Rohlingen; das Positionieren des Vielzahl von Einsätzen eines flächenförmigen Bauteils innerhalb eines Gehäuses (18); und das Befestigen der Vielzahl der Einsätze eines flächenförmigen Bauteils an dem Gehäuse.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Formen der Vielzahl von Rohlingen zumindest eines der folgenden Verfahren umfasst: Stanzen, Schneiden und Abtragen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Formen der Vielzahl von Einsätzen eines flächenförmigen Bauteils zumindest eines der folgenden Verfahren umfasst: Formen (molding), Walzen, Pressen (pressing) und Falzen (folding).
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Befestigen zumindest eines der folgenden Verfahren umfasst: Schweissen, Hartlöten, Klem men, Befestigen durch Reibschluss (friction fitting), und Befestigen mittels eines Gewindes.
Das Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die hergestellte Strömungsanordnung umfasst: einen Hohlraum (23) innerhalb des Gehäuses, wobei sich der Hohlraum von einer nahen Öffnung (24) zu einer entfernten Öffnung (26) erstreckt; einen ersten Satz flächenförmiger Bauteile (20), welcher zumindest ein erstes flächenförmiges Bauteil (28) umfasst, welches in dem Hohlraum angebracht ist, wobei sich das zumindest eine flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse weg erstreckt und zwischen der nahen Öffnung und der entfernten Öffnung positioniert ist; einen zweiten Satz flächenförmiger Bauteile (22) welcher zumindest ein zweites flächenförmiges Bauteil (30) umfasst, welches in dem Hohlraum angebracht ist, wobei sich das zumindest eine flächenförmige Bauteil von dem Gehäuse weg erstreckt und zwischen dem zumindest einen ersten flächenförmigen Bauteil und der entfernten Öffnung angebracht ist; einen von flächenförmigen Bauteilen im Wesentlichen freien zentralen Durchlass (36), der sich von der nahen Öffnung zur entfernten Öffnung erstreckt.