DE102009042978A1 - Flow diffuser for an exhaust system - Google Patents
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Abstract
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vor. In einer Ausführungsform ist ein Abgasströmungsdiffusor vorgesehen, welcher einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert, umfasst. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf. Der Kanal ist durch ein erstes Element und ein zweites Element gebildet, die sich beide zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden. Das erste Element und das zweite Element umfassen jeweils ein Eingriffmerkmal, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt.Exemplary embodiments of the present invention provide apparatus, systems, and methods for distributing engine exhaust to one or more exhaust treatment devices. In one embodiment, an exhaust flow diffuser is provided that includes a channel defining an inlet port, an outlet port, and a flow path therebetween. The channel includes a first region located near the inlet port and a second region located near the outlet port. The second region has an increasing diameter along its length. The channel is formed by a first member and a second member both extending between the inlet port and the outlet port to form a portion of the first region and the second region. The first member and the second member each include an engagement feature extending between the inlet port and the outlet port.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vorgesehen.According to the teachings The present invention relates to devices, systems and methods for Distributing an engine exhaust to one or more exhaust treatment devices intended.
Hintergrundbackground
Abgassysteme von Verbrennungsmotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren, umfassen oft eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen, um die Menge von geregelten Bestandteilen innerhalb des Abgases zu reduzieren. Solche Behandlungssysteme können eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR von selective catalytic reduction), Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationsumwandler (DOC von diesel Oxidation converter) oder andere umfassen. Bevor das Abgas in eine Abgasbehandlungsvorrichtung strömt, kann das Abgas mit einer Harnstofflösung, einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder anderweitig vorbehandelt werden, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern. Eine Herausforderung bei solchen Vorrichtungen besteht in der gleichmäßigen Verteilung von Abgas- und Fluid-Zusatzstoffen zur Abgasbehandlungsvorrichtung und dabei gleichzeitig den räumlichen Beschränkungen für das Anordnen der Vorrichtung unter dem Fahrzeug gerecht zu werden. Oft, infolge der natürlichen Strömung des Abgases, wird das Abgas in Richtung eines mittleren Abschnitts der Abgasbehandlungsvorrichtung oder einer anderen speziellen Stelle geleitet. Dies hat einen Aufbau von Schadstoffen (z. B. Partikeln oder dergleichen) an einer speziellen Stelle der Abgasbe handlungsvorrichtung zur Folge, der eine zusätzliche Regenerativheizung zur Entfernung eines solchen Aufbaus erfordert. Anders ausgedrückt nutzen Behandlungssysteme nach dem Stand der Technik nicht die gesamte Vorrichtung effizient für die Umwandlung oder Behandlung. Es besteht demgemäß Bedarf an einer/m Vorrichtung, System und Verfahren, um eine gleichmäßige Verteilung von Abgas und Zusatzstoffen desselben an eine Abgasbehandlungsvorrichtung unter einer speziellen räumlichen Beschränkung vorzusehen.exhaust systems of internal combustion engines, in particular vehicle engines often one or more exhaust treatment devices to the amount to reduce regulated components within the exhaust gas. Such treatment systems can a device for selective catalytic reduction (SCR of selective catalytic reduction), diesel particulate filter (DPF), a Diesel oxidation converter (DOC from diesel Oxidation converter) or others include. Before the exhaust gas into an exhaust treatment device flows, For example, the exhaust gas may contain a urea solution, a hydrocarbon fuel or otherwise pretreated to the efficiency of the device to improve. There is a challenge with such devices in the even distribution of Exhaust and fluid additives to the exhaust treatment device and at the same time the spatial restrictions for the Arranging the device under the vehicle to meet. Often, as a result of the natural flow of the exhaust gas, the exhaust gas is directed toward a central portion the exhaust treatment device or other specific location directed. This has a structure of pollutants (eg particles or the like) at a specific location of the exhaust treatment apparatus As a result, the additional regenerative heating to remove such a structure requires. In other words, use Not all of the prior art treatment systems Device efficient for the transformation or treatment. There is accordingly a need on a device, system and method, for uniform distribution of exhaust gas and additives thereof to an exhaust treatment device under a special spatial restriction.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die vorliegende Erfindung sieht Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vor. In einer speziellen Konfiguration ist ein Abgasströmungsdiffusor für ein Abgassystem vorgesehen. Der Diffusor umfasst einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf und die Auslassöffnung umfasst einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung. Der Kanal ist durch ein erstes Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Der Kanal ist auch durch ein zweites Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal um fasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Das erste und das zweite Eingriffmerkmal sind ausgebildet, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden.The The present invention provides devices, systems and methods for distributing an engine exhaust to one or more exhaust treatment devices in front. In a specific configuration is an exhaust flow diffuser for a Exhaust system provided. The diffuser includes a channel that has a Inlet port, an outlet opening and a flow path defined in between. The channel includes a first area that near the inlet opening is arranged, and a second area, which is arranged near the outlet opening is. The second area has an increasing diameter his length on and the outlet opening includes a diameter that is larger than a diameter the inlet opening. The channel is formed by a first element which extends between the inlet opening and the outlet opening extends to a portion of the first area and the second Area to form, wherein the first element is a first engagement feature which extends between the inlet opening and the outlet opening. The channel is also formed by a second element which extends between the inlet opening and the outlet opening extends to a portion of the first area and the second Form area, wherein the second element is a second engagement feature um, which extends between the inlet opening and the outlet opening. The first and second engagement features are configured to mate with each other to engage to connect the first and the second element and the flow path to build.
In einer weiteren Konfiguration ist ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Abgassystem umfasst einen Abgaskanal in fluidtechnischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor, um ein Abgas aufzunehmen und zu leiten. Das System umfasst auch eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung des Abgases. Das System umfasst ferner einen Diffusor, der zwischen dem Abgaskanal und der Abgasbehandlungsvorrichtung und in fluidtechnischer Verbindung damit angeordnet ist. Der Diffusor umfasst einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf und die Auslassöffnung umfasst einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung. Der Kanal ist durch ein erstes Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Der Kanal ist auch durch ein zweites Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei das erste und das zweite Eingriffmerkmal ausgebildet sind, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden. Der Kanal umfasst ferner einen Fluidinjektor, der zwischen dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Fluidinjektor Einspritzungen einer Harnstofflösung oder eines verbrennbaren Brennstoffes in das Abgas vorsieht.In another configuration, an exhaust system for an internal combustion engine is provided. The exhaust system includes an exhaust passage in fluid communication with the engine to receive and direct exhaust. The system also includes an exhaust treatment device for treating the exhaust gas. The system further includes a diffuser disposed between and in fluid communication with the exhaust passage and the exhaust treatment device. The diffuser includes a channel defining an inlet opening, an outlet opening, and a flow path therebetween. The channel includes a first region located near the inlet port and a second region located near the outlet port. The second region has an increasing diameter along its length and the outlet port has a diameter that is greater than a diameter of the inlet port. The channel is formed by a first member extending between the inlet port and the outlet port to form a portion of the first region and the second region, the first element including a first engagement feature extending between the inlet port and the outlet port , The channel is also formed by a second member extending between the inlet port and the outlet port to form a portion of the first region and the second region, the second element comprising a second engagement feature extending between the inlet port and the outlet port extends, wherein the first and the second engagement feature are formed to mating with one another engages to connect the first and the second element and form the flow path. The conduit further includes a fluid injector disposed between the internal combustion engine and the exhaust treatment device, the fluid injector providing injections of a urea solution or a combustible fuel into the exhaust.
In einer noch weiteren Konfiguration ist ein Verfahren zum Ausgeben von Abgas von einem Verbrennungsmotor an eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass: Abgas durch einen Diffusor strömen gelassen wird, der fluidtechnisch mit dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung gekoppelt und zwischen diesen angeordnet ist, wobei der Diffusor aus einem ersten Element mit einer ersten Passfläche und einem zweiten Element mit einer zweiten Passfläche gebildet ist, wobei das erste und das zweite Element zusammengefügt werden können, um eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Fluidströmungspfad dazwischen zu bilden, wobei der Diffusor einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist, definiert, wobei der zweite Bereich einen allmählich zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge aufweist; und eine Harnstofflösung in das Abgas vor dem oder während des Strömens des Abgases durch den Diffusor eingespritzt wird.In Yet another configuration is a method of outputting exhaust gas from an internal combustion engine to an exhaust treatment device intended. The method includes: exhaust gas through a diffuser stream is left, fluidly with the internal combustion engine and coupled to the exhaust treatment device and disposed therebetween is, wherein the diffuser of a first element with a first Mating surface and a second element is formed with a second mating surface, wherein the first and the second element can be joined together to form an inlet opening, an outlet opening and a fluid flow path form between them, wherein the diffuser a first area, the near the inlet opening is arranged, and a second area, which is arranged near the outlet opening is defined, with the second area gradually increasing Diameter along its length having; and a urea solution into the exhaust before or during of streaming of the exhaust gas is injected through the diffuser.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der/den nachfolgenden Beschreibung, Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich und verständlich.The described above and other features and advantages of the exemplary embodiments The present invention will be apparent to those skilled in / from subsequent description, drawings and the appended claims and understandable.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung sind rein beispielhaft aus der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:Further Objects, features, advantages and details of the present invention are purely exemplary of the following detailed description the exemplary embodiments it is apparent that the detailed description is given in the drawings relates, in which:
Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments
Die vorliegende Erfindung sieht Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur gleichmäßigen Verteilung von Abgas von einem Motor an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen wie z. B. eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen Dieseloxidationsumwandler (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) oder andere vor. Durch diese Verteilung werden Schadstoffe des Abgases wie z. B. Stickoxide, Kohlenwasserstoffe, Partikel und andere gleichmäßig über einen Einlass der Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg verteilt. Dies ist besonders in einem DPF von Vorteil, da die Regenerationszeit zum Entfernen von Schadstoffen, die über die Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg angesammelt wurden, auf Grund der Reduktion oder Eliminierung eines lokalen Aufbaus reduziert werden kann. Ferner reduziert die gleichmäßige Verteilung des Abgases auch heiße Stellen, die über die Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg auf Grund dieses lokalen Aufbaus gebildet werden und die Haltbarkeit beeinflussen können.The The present invention provides devices, systems and methods for even distribution exhaust gas from an engine to one or more exhaust treatment devices such as B. a device for selective catalytic reduction (SCR), a diesel oxidation converter (DOC), diesel particulate filter (DPF) or others before. This distribution will pollutants the exhaust gas such. As nitrogen oxides, hydrocarbons, particles and others evenly over one Distributed inlet of the exhaust treatment device across. This is especially in a DPF advantageous because the regeneration time for Removing pollutants that over the exhaust treatment device have accumulated away due to Reduction or elimination of a local structure reduced can be. Furthermore, the uniform distribution of the exhaust gas reduces also hot Bodies that over the exhaust treatment device away due to this local Build up and can affect the durability.
Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden die/das Fluidströmungsgeschwindigkeit und -profil in die und aus der Abgasbehandlungsvorrichtung ohne nachteilige Auswirkung auf die Fluidströmungsgeschwindigkeit verbessert. Das/die verbesserte Fluidströmungsprofil und -geschwindigkeit lassen eine optimierte Unterbringung der Abgasbehand lungsvorrichtung zu und reduzieren eventuell das für die Behandlung des Abgases erforderliche Substratvolumen. Diese Reduktion verbessert die Haltbarkeit der Abgasbehandlungsvorrichtung und reduziert eventuell die Kosten des gesamten Motorabgassystems. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind besonders vorteilhaft in bestimmten Fahrzeugkonfigurationen, in denen die Unterbringungs- und Konstruktionsbeschränkungen eingrenzend wirken. Zum Beispiel ist es durch die Formkonfigurationen der Erfindung, z. B. des Diffusors oder anderweitig, möglich, bestimmte Fahrzeugkomponenten wie z. B. Rahmenelemente und im Spezielleren quer verlaufende Rahmenelemente wie bei einem Leiterrahmenaufbau ohne nachteilige Auswirkungen zu queren. Diese Formen lassen eine Fluidströmung durch relativ schmale Räume zu, während sie übermäßigen Gegendruck innerhalb des Abgassystems vermeiden und dabei dennoch eine gleichmäßige Ausgabe des Abgases an eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorsehen du eine verbesserte Unterbringung zulassen.By the features of the present invention will be the fluid flow rate and profile in and out of the exhaust treatment device without adverse Effect on fluid flow velocity improved. Leave the improved fluid flow profile and speed an optimized placement of Abgasbehand treatment device to and possibly reduce that for the treatment of the exhaust gas required substrate volume. These Reduction improves the durability of the exhaust treatment device and possibly reduce the cost of the entire engine exhaust system. The features of the present invention are particularly advantageous in certain vehicle configurations in which the accommodation and design constraints to be limited. For example, it is through the shape configurations the invention, z. B. the diffuser or otherwise, possible, certain Vehicle components such. B. frame elements and more specifically transverse frame members as in a ladder frame construction without adverse effects. These forms leave one fluid flow through relatively narrow spaces to, while they have excessive backpressure within the exhaust system while still providing a smooth output the exhaust gas to an exhaust treatment device you provide a allow for improved accommodation.
In
einer Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung des Abgases
durch eine geformte Konfiguration eines Fluidströmungsdiffusors erreicht, der zwischen
dem Motor und der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. In
einer weiteren Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung des Abgases durch
eine strategische Anordnung eines Injektors zwischen dem Motor und
der Abgasbehandlungsvorrichtung erreicht. In einer noch weiteren
Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung
des Abgases durch eine Anordnung einer Strömungstrenneinrichtung der vorliegenden
Erfindung zwischen dem Motor und der Abgasbehandlungsvorrichtung
erreicht. In noch weiteren Konfigurationen werden Kombinationen
von diesen oder anderen Merkmalen in Erwägung gezogen, wie hierin gezeigt
und beschrieben, um eine gleichmäßige Verteilung
des Abgases an eine Abgasbehandlungsvorrichtung zu bewirken. Durch
diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die
Strömung
von Abgas und Fluidzusatzstoffen (z. B. Harnstofflösung, Brennstoff
oder sonstige) durch eine Querschnittsfläche eines Einlasses einer Abgasbehandlungsvorrichtung gleichmäßig auszugeben.
Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf
Unter
Bezugnahme auf die Ausführungsformen,
die in den
Unter
Bezugnahme auf
Unter
Bezugnahme auf die
Die
Form der Einlassöffnung
Ebenso
kann der Kanal
Unter
Bezugnahme auf die
Des
Weiteren, mit Bezug auf die elliptischen, nicht kreisförmigen Abschnitte,
kann der Grad der elliptischen Form des Kanals
Wie
in den Zeichnungen gezeigt, ist der Kanal
Der
Diffusor
In
einer Ausführungsform
umfasst der Diffusor
Die
Trenneinrichtung
Unter
Bezugnahme auf die Ausführungsformen,
die in den
Es
wird in Erwägung
gezogen, dass die Trenneinrichtung
Optional,
wie in
Die
Trenneinrichtung
Wie
zuvor erwähnt,
kann das Abgasbehandlungssystem
Unter
Bezugnahme auf
Der
Diffusor
Solch
eine Strömungsmodifiziereinrichtung kann überall im
gesamten Kanal
Unter
Bezugnahme auf
Unter
Bezugnahme auf die
Die
vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Bereitstellung
einer Ausgabe von Abgas von einem Motor
Die
Diffusoren
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird für den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Art, die Erfindung auszuführen, offenbart ist. Vielmehr wird die Erfindung alle Ausführungsformen einschließen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.While the Invention with reference to exemplary embodiments is described for the skilled person will be aware that various changes have been made and elements of which by equivalents can be replaced without to depart from the scope of the invention. In addition, many modifications can be made to teach a particular situation or material to the teaching to adapt the invention, without departing from the essential scope. The invention is therefore not intended to the specific embodiment limited which is the best mode for carrying out the invention. Much more the invention will include all embodiments which fall within the scope of the appended claims.
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