DE102011012401A1 - Gas/Flüssigkeits-Mischvorrichtung für Abgasnachbehandlung - Google Patents
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Abstract
Ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor umfasst eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie Abgas empfängt und an eine stromabwärtige Abgasbehandlungsvorrichtung liefert. Eine Injektoreinbuchtung erstreckt sich auswärts von der Abgasleitung stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung, und ein Abgasfluidinjektor ist durch eine Öffnung in der Injektoreinbuchtung montiert und steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist in einer stromaufwärtigen Richtung orientiert, um ein Abgasfluid an das Abgas in der stromaufwärtigen Richtung zu liefern. Eine Abgasströmungsablenkeinrichtung erstreckt sich auswärts von der Injektoreinbuchtung und in das Abgas in einer stromaufwärtigen Richtung. Die Abgasströmungsablenkeinrichtung ist stromaufwärts des Abgasfluidinjektors angeordnet und derart konfiguriert, dass sie ein turbulentes Niederdruck-Geschwindigkeitsfeld stromabwärts davon und benachbart zu dem Abgasfluidinjektor definiert.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem für Verbrennungsmotoren sowie Fahrzeuge, die diese enthalten.
- HINTERGRUND
- Hersteller von Verbrennungsmotoren müssen Kundenanforderungen erfüllen und verschiedenen Regulierungen bezüglich reduzierter Emissionen und verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit nachkommen. Ein Beispiel eines Weges der Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit besteht darin, einen Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das unterstöchiometrisch (Sauerstoffüberschuss) ist. Beispiele von mager verbrennenden Motoren umfassen Kompressionszündungs-(Diesel-) sowie mager verbrennende Funkenzündungsmotoren. Während mager verbrennende Motoren eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit besitzen können, ist das Abgas, das von einem solchen Motor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, jedoch ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) aufweist, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Die kommerzielle Anwendung von Magerverbrennungsmotoren ist aufgrund eines Mangels effektiver Verfahren zur ausreichenden Entfernung von NOx von dem mageren Abgasstrom, bevor er den Auspuff verlässt, zur Erfüllung von Regulierungen beschränkt gewesen. Somit ist die effiziente Reduzierung von NOx von Magerverbrennungs-Benzin- und Dieselabgas, bevor es den Auspuff verlässt, wichtig, um zukünftige Emissionsstandards zu erfüllen und die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
- Es sind verschiedene potentielle Abgasbehandlungssysteme für Fahrzeuganwendungen vorgeschlagen worden. Diese Systeme verwenden verschiedene Abgasbehandlungsvorrichtungen. Ein derartiges Abgasbehandlungssystem verwendet einen Katalysator für harnstoffselektive katalytische Reduktion (SCR) sowie ein NOx-Reduktionsmittel (beispielsweise Harnstoff), das stromaufwärts des Katalysators unter Verwendung eines allgemein stromabwärts weisenden Fluidinjektors injiziert wird. Das NOx-Reduktionsmittel wird in Ammoniak umgewandelt, das dazu verwendet wird, NOx in N2 zu reduzieren. Die Verwendung von Harnstoff als Reduktionsmittel erfordert eine Harnstoffverteilungsinfrastruktur und ein am Fahrzeug befindliches Überwachungssystem für dieses Sekundärfluid. Derartige Systeme erfordern eine periodische Katalysatorregeneration, die eine Kraftstoffinjektion oder Injektion von Reduktionsmittel betrifft, um das Speichermaterial des Katalysators zu regenerieren.
- Eine Abgasbehandlungstechnologie in Gebrauch für hohe Niveaus von Partikelmaterialreduktion ist die Dieselpartikelfiltervorrichtung (”DPF”). Es existieren verschiedene bekannte Filterstrukturen, die in DPFs verwendet sind und eine Wirksamkeit bei der Entfernung des Partikelmaterials von dem Abgas gezeigt haben, wie Keramikwaben-Wandströmungsfilter, Filter mit gewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Keramikwandströmungsfilter haben in Kraftfahrzeuganwendungen eine signifikante Akzeptanz erfahren. Der Filter ist ein physikalischer Aufbau zur Entfernung von Partikeln von Abgas, und infolge dessen besitzt die Ansammlung gefilterter Partikel die Wirkung der Erhöhung des Abgassystemgegendrucks, dem der Motor ausgesetzt ist. Um Gegendruckzunahmen, die durch die Ansammlung von Abgaspartikeln bewirkt werden, zu berücksichtigen, wird der DPF periodisch gereinigt oder regeneriert. Eine Regeneration eines DPF in Fahrzeuganwendungen erfolgt typischerweise automatisch und wird durch einen Motor- oder anderen Controller auf Grundlage von Signalen, die durch Motor- und Abgassystemsensoren erzeugt werden, gesteuert. Das Regenerationsereignis betrifft die Erhöhung der Temperatur des DPF auf Niveaus, die oftmals über 600°C liegen, um die angesammelten Partikel zu verbrennen.
- Ein Verfahren zur Erzeugung der Temperaturen, die in dem Abgassystem zur Regeneration des DPF erforderlich sind, besteht darin, nicht verbrannte HC an eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die stromaufwärts des DPF angeordnet ist, zu liefern. Die HC können durch Injektion von Kraftstoff direkt in das Abgassystem typischerweise unter Verwendung eines stromabwärts weisenden Abgasfluidinjektors geliefert werden. Die HC werden in der Oxidationskatalysatorvorrichtung oxidiert, was in einer exothermen Reaktion resultiert, die die Temperatur des Abgases erhöht. Das erwärmte Abgas gelangt stromabwärts zu dem DPF und verbrennt die Partikelansammlung.
- Während Systeme, die SCR-Katalysatoren und DPFs verwenden, zur NOx- und Partikelreduktion in Strömen einer Abgasströmung verwendet worden sind, ist der Einbau der verschiedenen Vorrichtungen, insbesondere bei relativ kleineren Fahrzeugen mit relativ kürzeren Radständen aufgrund des reduzierten Raumes problematisch geworden, der verfügbar ist, um die gewünschten Kombinationen von Vorrichtungen und die zugeordneten Injektionssysteme, die für die Einführung verschiedener Abgasbehandlungsfluide erforderlich sind, einzubauen. in einigen Fällen existiert nicht ausreichend Raum zum Einbau der Katalysator- und Filtervorrichtungen, während auch die erforderliche Mischlänge für die Umwandlung des injizierten Harnstoffs in Ammoniak und Verdampfung von HC bereitgestellt wird, insbesondere, wenn das System auch mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen für die Reduktion von oder Oxidation von anderen Abgasbestandteilen verwendet, einschließlich Kohlenmonoxid (CO), verschiedene Kohlenwasserstoffe (HC), Partikelmaterial (PM) und dergleichen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie Abgas von einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors aufnimmt und das Abgas stromabwärts an eine Abgasbehandlungsvorrichtung liefert. Eine Injektoreinbuchtung erstreckt sich auswärts von der Abgasleitung stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung, und ein AbgasfluidInjektor ist durch eine Öffnung in der Injektoreinbuchtung montiert und steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung und ist in einer stromaufwärtigen Richtung orientiert, um ein Abgasfluid an das stromabwärts strömende Abgas in der stromaufwärtigen Richtung zu liefern. Eine Abgasströmungsablenkeinrichtung erstreckt sich auswärts von der Injektoreinbuchtung und in das Abgas in einer stromaufwärtigen Richtung. Die Abgasströmungsablenkeinrichtung ist stromaufwärts des Abgasfluidinjektors angeordnet und derart konfiguriert, dass sie ein turbulentes Niederdruck-Geschwindigkeitsfeld stromabwärts davon und benachbart des Abgasfluidinjektors definiert.
- Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie Abgas von einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors aufnimmt und das Abgas stromabwärts an eine Mehrzahl von Abgasbehandlungsvorrichtungen liefert. Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ist derart konfiguriert, dass sie Stickoxide in dem Abgas reduziert. Eine Injektoreinbuchtung, die sich auswärts von der Abgasleitung erstreckt, ist stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion angeordnet, und der Abgasfluidinjektor ist durch eine Öffnung in der Injektoreinbuchtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung montiert und in einer stromaufwärtigen Richtung orientiert, um ein Ammoniakreduktionsmittel an das Abgas in der stromaufwärtigen Richtung zu liefern. Eine Abgasströmungsablenkeinrichtung erstreckt sich auswärts von der Injektoreinbuchtung in das Abgas in einer stromaufwärtigen Richtung. Die Abgasströmungsablenkeinrichtung ist stromaufwärts des Abgasfluidinjektors angeordnet und derart konfiguriert, dass sie ein turbulentes Niederdruck-Geschwindigkeitsfeld stromabwärts davon und benachbart der Ammoniakreduktionsmittellieferung definiert.
- Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich:
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
-
1 eine schematische teilweise Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Verbrennungsmotors und eines Abgasbehandlungssystems ist, wie hier offenbart ist; -
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt des Abgasbehandlungssystems von1 bei Kreis2 mit gewissen Merkmalen ist, die zu Zwecken der Beschreibung gestrichelt gezeigt sind; -
3 eine vergrößerte Seitenansicht teilweise im Schnitt des Abgasbehandlungssystems von1 bei Kreis2 ist; -
4 eine vergrößerte Seitenansicht teilweise im Schnitt des Abgasbehandlungssystems von1 bei Kreis2 ist, die Abgasströmungscharakteristiken darin zeigt; und -
5 eine vergrößerte Draufsicht teilweise im Schnitt des Abgasbehandlungssystems von1 bei Kreis2 ist, die Abgasströmungscharakteristiken darin zeigt. - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
- Nun Bezug nehmend auf
1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem, das allgemein mit10 bezeichnet ist, für die Reduktion geregelter Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors, wie eines Dieselmotors12 , gerichtet. Es sei angemerkt, dass der Dieselmotor12 lediglich beispielhafter Natur ist, und dass die hier beschriebene Erfindung in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein kann, die einen Abgaspartikelfilter implementieren. Derartige Motorsysteme können, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Benzindirektinjektionssysteme sowie Kompressionszündungssysteme mit homogener Ladung aufweisen. Zur Vereinfachung der Beschreibung und Diskussion ist die Offenbarung im Kontext eines Dieselmotors12 diskutiert. - Das Abgasbehandlungssystem weist eine Abgasleitung
14 auf, die verschiedene Segmente umfassen kann, die dazu dienen, Abgas16 von dem Dieselmotor12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems10 zu transportieren. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen können eine erste Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (”DOC1”)18 aufweisen. Die DOC1 kann ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat20 aufweisen, das in eine anschwellende bzw. intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird, das in einer Ummantelung oder einem Kanister21 aus rostfreiem Stahl eingebaut ist, die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung14 aufweist. Das Substrat20 besitzt eine Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt), die daran angeordnet ist. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Die DOC118 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger HC und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden. - Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”)
22 kann stromabwärts der DOC118 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der DOC1 kann die SCR22 auch ein Durchström-Keramik- oder Metallmonolithsubstrat24 aufweisen, das in eine intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird, das in eine Ummantelung oder einen Kanister25 aus rostfreiem Stahl eingebaut ist, die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung14 besitzt. Das Substrat24 besitzt eine daran aufgetragene SCR-Katalysatorzusammensetzung (nicht gezeigt). Die SCR-Katalysatorzusammensetzung enthält bevorzugt einen Zeolit sowie ein oder mehrere Grundmetallkomponenten, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium, die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas16 in der Anwesenheit eines injizierten Abgasfluides, wie einem Ammoniak-(”NH3”)-Reduktionsmittel umzuwandeln. Das NH3-Reduktionsmittel23 , das von dem Reduktionsmittelliefertank19 durch die Leitung17 geliefert wird, kann in die Abgasleitung14 an einer Stelle stromaufwärts des SCR22 unter Verwendung eines stromaufwärts orientierten oder stromaufwärts weisenden Injektors26 injiziert werden. Das Reduktionsmittel kann in der Form einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen, wenn es an das Abgas16 durch den stromaufwärts orientierten oder stromaufwärts weisenden Injektor26 geliefert wird. Ein Mischer oder Turbolator27 kann ebenfalls in der Abgasleitung14 in enger stromabwärtiger Nähe zu dem stromaufwärts weisenden Injektor26 angeordnet sein, um eine vollständige Mischung des Reduktionsmittels23 mit dem Abgas16 weiter zu unterstützen. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Abgasfilteranordnung, in diesem Fall eine Dieselpartikelfiltervorrichtung (”DPF”)
28 , in dem Abgasbehandlungssystem10 stromabwärts des SCR22 angeordnet und dient dazu, das Abgas16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Der DPF28 kann unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters30 aufgebaut sein, der in eine intumeszente Matte gewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei der Filter gesichert und isoliert wird, der in eine Ummantelung oder einen Kanister31 aus rostfreiem Stahl eingebaut ist, die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung14 besitzt. Abgas16 , das in den Filter30 eintritt, wird durch benachbarte, sich in Längsrichtung erstreckende Wände (nicht gezeigt) getrieben, und durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden in dem Filter30 abgeschieden und besitzen mit der Zeit die Wirkung einer Erhöhung des Abgasgegendruckes, dem der Dieselmotor12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass ein keramischer Wand strömungsmonolithfilter30 lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der DPF28 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie Filter aus gewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform erfordert die Zunahme des Abgasgegendruckes, der durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt wird, dass der DPF
28 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (> 600°C). Zu Regenerationszwecken kann eine zweite Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (”DOC2”)58 stromaufwärts des Filters30 nahe ihrem stromaufwärtigen Ende angeordnet sein. Bei der in1 gezeigten Ausführungsform ist der DOC258 ein Durchström-Metall- oder Keramikmonolithsubstrat60 , das in eine intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird, das in dem Kanister31 des DPF28 eingebaut ist. Das Substrat20 besitzt eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt). Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) und andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Während die beschriebene Ausführungsform den DOC258 , der in dem Kanister31 des DPF28 angeordnet ist, enthält, ist es denkbar, dass abhängig von dem Einbau und anderen Systembeschränkungen der DOC258 auch in einem separaten Kanister (nicht gezeigt) angeordnet sein kann, der stromaufwärts des DPF28 positioniert ist. - Stromaufwärts des DPF
28 in Fluidkommunikation mit dem Abgas16 in der Abgasleitung14 ist ein stromaufwärts orientierter oder stromaufwärts weisender HC- oder Kraftstoffinjektor62 angeordnet. Der Kraftstoffinjektor62 ist in Fluidkommunikation mit HC65 in dem Kraftstoffliefertank63 durch die Kraftstoffleitung61 derart konfiguriert, dass nicht verbranntes HC65 in den Abgasstrom zur Lieferung an den DOC258 , der dem DPF28 zugeordnet ist, eingeführt wird. Ein Mischer oder Turbolator64 kann ebenfalls in der Abgasleitung14 in enger stromabwärtiger Nähe zu dem HC-Injektor62 angeordnet sein, um ein vollständiges Mischen des HC mit dem Abgas16 weiter zu unterstützen. - Ein Controller, wie ein Fahrzeugcontroller
66 , ist funktionell mit dem Abgasbehandlungssystem10 durch eine Signalkommunikation mit einer Anzahl von Sensoren verbunden und überwacht dieses. Der hier verwendete Begriff ”Controller” kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Soft- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten aufweisen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt ein Gegendrucksensor
68 , der stromaufwärts des DPF28 angeordnet ist, ein Signal, das die Kohlenstoff- und Partikelbeladung in dem Keramik-Wandströmungsmonolithfilter30 angibt. Bei einer Bestimmung, dass der Gegendruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, dass den Bedarf angibt, den DPF28 zu regenerieren, aktiviert der Controller66 den HC-Injektor62 , um HC65 in die Abgasleitung14 zur Mischung mit dem Abgas16 zu liefern. Das Kraftstoff/Abgasgemisch tritt in den DOC258 ein, wobei eine Oxidation des HC in dem Abgas16 bewirkt und die Abgastemperatur auf ein Niveau (beispielsweise > 600°C) angehoben wird, das zur Regeneration des Kohlenstoffs und Partikelmaterials in dem Filter30 geeignet ist. Der Controller66 kann die Temperatur der exothermen Oxidationsreaktion in dem DOC258 und dem Keramik-Wandströmungsmonolithfilter30 durch den Temperatursensor70 überwachen und die HC-Lieferrate des Injektors62 einstellen, um eine vorbestimmte Temperatur aufrecht zu erhalten. - Ähnlicherweise erzeugt ein NOx-Sensor
72 , der stromabwärts des SCR22 angeordnet ist, ein Signal, das die NOx-Niveaus in dem den SCR22 verlassenden Abgas16 abgibt. Bei einer Bestimmung, dass die NOx-Niveaus ein vorbestimmtes Niveau erreicht haben, aktiviert der Controller66 den Injektor26 , um Reduktionsmittel23 in die Abgasleitung14 zur Mischung mit dem Abgas16 zu liefern. Das Ammoniak-Abgasgemisch tritt in den SCR22 ein, wo das Ammoniak die NOx zu N2 reduziert. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die
2 und3 sind vergrößerte Ansichten eines Abschnitts der Abgasleitung14 des Abgasbehandlungssystems10 gezeigt, in dem der Ammoniakreduktionsmittelinjektor26 in einer stromaufwärts weisenden Konfiguration angeordnet ist. Die Ansichten sind so gewählt worden, dass sie Merkmale des Ammoniakreduktionsmittelinjektors26 veranschaulichen; jedoch können ähnliche Merkmale und Beschreibungen auch für die Montage, Orientierung und den Betrieb des HC-Injektors62 Anwendung finden. Die Abgasleitung14 weist eine Injektoreinbuchtung40 auf, die in der Leitung geformt oder daran, wie durch Schweißen oder dergleichen, befestigt sein kann. Die Injektoreinbuchtung40 umfasst einen Injektorbefestigungsflansch42 mit einer darin geformten Öffnung44 zur Aufnahme des Injektorabschnittes oder der Spitze46 des Injektors26 darin. Ein Dichtkragen48 umgibt den Injektor26 , um eine Dichtung zwischen dem Injektor und der Abgasleitung14 zu definieren, wodurch eine Leckage von Abgas16 dazwischen verhindert wird, während der Injektor26 an der Stelle fixiert wird. Die Konfiguration der Injektoreinbuchtung40 und Orientierung des Befestigungsflansches42 wirken zusammen, um den Injektor26 in einer stromaufwärts weisenden Art und Weise zu orientieren, sodass die Achse52 des Injektors26 unter einem Winkel α,3 , bezüglich der Achse54 der Abgasleitung14 liegt. Der Winkel α (Alpha) liegt bevorzugt im Bereich von etwa 40° bis etwa 70° abhängig von Abgascharakteristiken, wie Strömungsvolumen und -geschwindigkeit. - Eine Abgasströmungsablenkeinrichtung
65 erstreckt sich auswärts von der Injektoreinbuchtung40 in die Strömung des Abgases16 stromaufwärts des Injektorabschnittes oder der Spitze46 des Injektors26 . Die Ablenkeinrichtung65 erstreckt sich in einer stromaufwärtigen Richtung unter einem Winkel γ (Gamma), der die Ablenkeinrichtung in der Strömung des Abgases16 allgemein parallel zu der Achse52 des Injektors26 konfiguriert. Die stromaufwärts weisende Fläche72 der Abgasströmungsablenkeinrichtung65 besitzt eine (in der Stromaufwärtsrichtung) nach außen weisende konvexe bogenförmige Konfiguration, die in bestimmten Aspekten der Rückseite eines Schuhlöffels ähnelt. Die bogenförmige stromaufwärtige Seite72 ist derart konfiguriert, dass sie die stromabwärtige Strömung von Abgas16 um die Abgasströmungsablenkeinrichtung65 trennt. Die Trennung der Strömung des Abgases16 um die Abgasströmungsablenkeinrichtung65 besitzt den Effekt der Erhöhung sowohl der Geschwindigkeit als auch des Drucks des Abgases16 in Zonen78 mit höherem Druck und höherer Geschwindigkeit relativ zu dem Abgasdruck stromaufwärts der Ablenkeinrichtung65 . Eine stromabwärts weisende Fläche74 der Abgasströmungsablenkeinrichtung65 ist konvex oder C-förmig und definiert ein turbulentes Feld76 mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit,5 , stromabwärts der Abgasströmungsablenkeinrichtung, in die das Ammoniakreduktionsmittel23 mit einer stromaufwärtigen Orientierung gesprüht wird. Das turbulente Feld76 mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit ist eine relativ stagnierende Zone stromabwärts der Abgasströmungsablenkeinrichtung65 , in die das Feld78 mit höherer Abgasgeschwindigkeit zu dem Zentrum der Abgasleitung14 hin zusammenfällt, wodurch die Tröpfchen des Ammoniakreduktionsmittels23 in die Strömung des Abgases16 in einer gleichförmigen Verteilung ohne Auftreffen des Sprühnebels auf Flächen des Abgasbehandlungssystems10 mitgeführt werden. Das Zusammenfallen des Feldes78 mit hoher Abgasgeschwindigkeit stromabwärts der Abgasströmungsablenkeinrichtung65 verleiht dem turbulenten Feld76 mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit eine Druckcharakteristik, die an ein Saugen grenzt, wodurch ermöglicht wird, dass das mitgeführte Ammoniakreduktionsmittel23 oder andere Abgasfluidtröpfchen (z. B. HC in dem Falle eines HC-Injektors62 ) darin räumlich verteilt und anschließend durch das Hochgeschwindigkeitsfeld78 an der Grenzfläche77 mitgeführt und stromabwärts zu dem SCR22 oder einer anderen Katalysatorvorrichtung des Abgasbehandlungssystems10 getragen werden. - Die Verwendung eines stromaufwärts weisenden Injektors
26 ,62 mit der Ablenkeinrichtung65 erlaubt die Injektion von Abgasfluiden, wie Ammoniakreduktionsmittel23 oder HC65 , in einer kürzeren axialen Länge und mit weniger Strömungswiderstand für die Strömung von Abgas16 als mit herkömmlicheren Mischvorrichtungen27 ,64 , die anderweitig stromabwärts oder rechtwinklig zu der Strömung von Abgas16 orientiert sein müssen. In einigen Fällen können die herkömmlichen Mischervorrichtungen27 ,64 weggelassen werden. Zusätzlich sieht das Mitführen des Sprühnebels von Ammoniak23 beispielsweise eine angemessene Transportzeit in dem Abgas zum Stattfinden erforderlicher Reaktionen (beispielsweise Umwandlung zu NH3) vor Eintritt des Abgases in den SCR22 vor. Zusätzlich unterstützt die Verwendung der Ablenkeinrichtung65 die Verwendung eines stromaufwärts weisenden oder orientierten Injektors26 oder62 , was aufgrund einer Abscheidungsbildung und übermäßigen Temperaturen an der Injektionsspitze46 anderweitig nicht möglich wäre, die durch nicht abgeschirmtes Auftreffen des Abgases16 daran bewirkt werden. - Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und äquivalente Gegenelemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Abwandlungen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang derselben abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art offenbart sind, die zum Ausführen dieser Erfindung denkbar ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
Claims (10)
- Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie Abgas von einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors aufnimmt und dass Abgas stromabwärts zu einer Abgasbehandlungsvorrichtung liefert; eine Injektoreinbuchtung, die sich von der Abgasleitung stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung nach außen erstreckt; einen Abgasfluidinjektor, der durch eine Öffnung in der Injektoreinbuchtung in Fluidkommunikation mit dem Abgas in der Abgasleitung montiert und in einer stromaufwärtigen Richtung orientiert ist, um ein Abgasfluid an das stromabwärts strömende Abgas in der stromaufwärtigen Richtung zu liefern; und eine Abgasströmungsablenkeinrichtung, die sich von der Injektoreinbuchtung in das Abgas in einer stromaufwärtigen Richtung auswärts erstreckt, wobei die Abgasströmungsablenkeinrichtung stromaufwärts des Abgasfluidinjektors angeordnet und derart konfiguriert ist, dass sie ein turbulentes Feld mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit stromabwärts davon und benachbart zu dem Abgasfluidinjektor definiert, und dazu dient, das gelieferte Abgasfluid mitzuführen.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasströmungsablenkeinrichtung ferner umfasst: eine bogenförmige stromaufwärtige Seite, die derart konfiguriert ist, um die Strömung von Abgas um diese zu trennen; und eine konvexe stromabwärtige Seite, die derart konfiguriert ist, das turbulente Feld mit geringem Druck und geringer Geschwindigkeit stromabwärts der Abgasströmungsablenkeinrichtung zu definieren.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Abgasfluidinjektor in der stromaufwärtigen Richtung unter einem Winkel α zu einer Achse der Abgasleitung orientiert ist.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei der Winkel α im Bereich von etwa 40° bis etwa 70° liegen kann.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasströmungsablenkeinrichtung in der stromaufwärtigen Richtung unter einem Winkel γ zu einer Achse der Abgasleitung orientiert ist.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei der Winkel γ im Bereich von etwa 40° bis etwa 70° liegen kann.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Abgasfluidinjektor in der stromaufwärtigen Richtung unter einem Winkel α zu einer Achse der Abgasleitung orientiert ist, und wobei die Abgasströmungsablenkeinrichtung in der stromaufwärtigen Richtung unter einem Winkel γ zu einer Achse der Abgasleitung orientiert ist.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 7, wobei der Winkel α und der Winkel γ etwa gleich sind.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die stromabwärtige Abgasbehandlungsvorrichtung eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion umfasst und das Abgasfluid ein Ammoniakreduktionsmittel umfasst.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die stromabwärtige Abgasbehandlungsvorrichtung eine Oxidationskatalysatorvorrichtung umfasst und das Abgasfluid Kohlenwasserstoff umfasst.
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