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Eine Technologie, wie zum Beispiel die Selektive Katalytische Reduktion (Selective Catalyst Reduction – SCR), kann zur NOx-Reduktion und zum Erzielen der Dieselemissionsforderungen verwendet werden. Bei einem Ansatz wird wässeriger Harnstoff in den Abgasstrom gespritzt, der darauf mit NOx an der Oberfläche eines SCR-Katalysators reagiert und in der Reduktion der NOx-Rohemissionen resultiert. Zur verbesserten NOx-Reduktion wird der flüssige Harnstoff, der in die Dieselabgase gesprüht wird, unter bestimmten Bedingungen typisch zerstäubt und gemischt, bevor er das Katalysatorsubstrat erreicht. Bei einem Mischansatz kann ein System aus zwei Mischern verwendet werden, um ein solches Mischen bereitzustellen, wobei ein erstes Element (zum Beispiel ein Zerstäuber) des Systems den Abgasstrom umlenkt und den Harnstoffspray zum Zerstäuben fängt, und ein zweites Element (zum Beispiel ein Verdrehmischer) das Mischen des Abgasstroms unterstützt. Als ein Beispiel kann der Zerstäuber mehrere (zum Beispiel neun) Luftklappen aufweisen, und der Verdrehmischer kann ein schraubenförmiges Mischelement aufweisen, das auf einen zentralen Stab geschweißt ist.
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Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben ein Problem bei solchen früheren Lösungen erkannt. Das Verdrehen des Stroms erfordert eine gewisse Länge oder Entfernung, um dem Strom ausreichend Winkelmoment aufzuerlegen, ohne den Strom übermäßig einzuschränken und zu viel Gegendruck zu schaffen. Bestimmte Fahrzeugkonfigurationen können jedoch den verfügbaren Bauraum einschränken, insbesondere die Länge zwischen der Reduktionsmitteleinspritzung und der Position des SCR-Katalysators.
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Bei einem Beispiel wird den oben genannten Problemen wenigstens teilweise durch ein System begegnet, das Folgendes aufweist: einen Injektor zur Einspritzung eines Mittels zur chemischen Reduktion des Abgases (Abgasreduktionsmittelinjektor) stromaufwärts eines Mischers, der Folgendes aufweist: eine Vielzahl konzentrisch kleinerer Ringe, die über Rippen untereinander verbunden sind, die eine Breite haben, die in eine Strömungsrichtung variiert, wobei die Rippen ringförmig eingerichtet sind, und mit einem ersten Rippensatz zwischen einem ersten Paar benachbarter Ringe, der winkelig von einem zweiten Rippensatz zwischen einem zweiten Paar benachbarter Ringe versetzt sind, wobei das erste und das zweite Ringpaar einen gemeinsamen Ring haben. Die von dieser Struktur geschaffene Geometrie kann verwendet werden, um umgebenden Strom um und durch die Rippen zu saugen, so dass das Mischen und Zerstäuben des eingespritzten flüssigen Reduktionsmittels auf die Rippen aufprallt.
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Es ist klar, dass die oben stehende Zusammenfassung gegeben wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung ausführlicher beschrieben werden, einzuführen. Sie bezweckt nicht, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Geltungsbereich allein durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung festgehalten werden, lösen.
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1 veranschaulicht ein Auspuffsystem zum Empfangen von Motorabgas.
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2 veranschaulicht eine Draufsicht eines Auspuffsystem-Zerstäubers, der in etwa maßstabgerecht gezeichnet ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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2A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 2.
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3 veranschaulicht eine Seitenansicht des Auspuffsystem-Zerstäubers der
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2, in etwa maßstabgerecht gezeichnet.
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3A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 3.
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4 veranschaulicht eine isometrische Ansicht des Auspuffsystem-Zerstäubers der 2, in etwa maßstabgerecht gezeichnet.
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4A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 4.
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5 veranschaulicht eine Draufsicht eines Auspuffsystem-Zerstäubers, der in etwa maßstabgerecht gezeichnet ist, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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5A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 5.
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6 veranschaulicht eine isometrische Ansicht des Auspuffsystem-Zerstäubers der 5, in etwa maßstabgerecht gezeichnet.
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6A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 6.
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7 veranschaulicht eine Seitenansicht des Auspuffsystem-Zerstäubers der
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5, in etwa maßstabgerecht gezeichnet.
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7A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 7.
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8 veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Auspuffsystem-Zerstäubers, der in etwa maßstabgerecht gezeichnet ist, gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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8A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 8.
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9 veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Auspuffsystem-Zerstäubers, der in etwa maßstabgerecht gezeichnet ist, gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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9A veranschaulicht einen Teil des Auspuffsystem-Zerstäubers der 9.
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Ein mehrstufiger teleskopförmiger Auspuffsystem-Zerstäuber wird offenbart. Der Auspuffsystem-Zerstäuber weist eine Vielzahl von Ringen auf, die über Rippen miteinander verbunden sind, wobei die Ringe und Rippen konzentrisch um eine gemeinsame zentrale Achse eingerichtet sind. Die Ringdurchmesser können abnehmen, während der Auspuffsystem-Zerstäuber in die Richtung des Abgasstroms durchquert wird, während die Rippen zu der gemeinsamen zentralen Achse ausrichten. Ein derartiger Auspuffsystem-Zerstäuber kann für parabolischen Abgasstrom geeignet sein und kann das Gewicht und die Kosten des Auspuffsystems sowie den Bauraum verringern. Andere Anwendungen sind jedoch auch möglich, und verschiedene Änderungen und alternative Ausführungsformen können nach Wunsch verwendet werden.
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1 veranschaulicht ein Auspuffsystem 100 zum Transportieren von Abgasen, die von einem Verbrennungsmotor 110 erzeugt werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel weist der Motor 110 einen Dieselmotor auf, der eine mechanische Leistung erzeugt, indem er ein Gemisch aus Luft und Dieselkraftstoff verbrennt. Alternativ kann der Motor 110 andere Typen von Motoren aufweisen, wie zum Beispiel Benzin verbrennende Motoren.
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Das Auspuffsystem 100 kann eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen: einen Auspuffsammler 120 zum Empfangen von Abgasen, die von einem oder mehreren Zylindern des Motors 110 erzeugt werden, einen Mischbereich 130, der stromabwärts des Auspuffsammlers 120 zum Empfangen eines flüssigen Reduktionsmittels eingerichtet ist, einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR) 140, der stromabwärts des Mischbereichs 130 eingerichtet ist, und eine Geräuschunterdrückungsvorrichtung 150, die stromabwärts des Katalysators 140 eingerichtet ist. Zusätzlich kann das Auspuffsystem 100 eine Vielzahl von Auspuffrohren oder Passagen zum strömungstechnischen Kuppeln der verschiedenen Auspuffsystembauteile aufweisen. Wie von 1 veranschaulicht, kann der Auspuffsammler 120 strömungstechnisch mit dem Mischbereich 130 durch eine oder mehrere Abgaspassagen 162 und 164 gekuppelt sein. Der Katalysator 140 kann strömungstechnisch mit der Geräuschunterdrückungsvorrichtung 150 durch die Abgaspassage 166 gekuppelt sein. Schließlich kann es den Abgasen erlaubt werden, von der Geräuschunterdrückungsvorrichtung 150 zu der Umgebung über die Abgaspassage 168 zu strömen. Zu bemerken ist, dass das Auspuffsystem 100, obwohl dies in 1 nicht veranschaulicht ist, ein Partikelfilter und/oder einen Dieseloxidationskatalysator aufweisen kann, der stromaufwärts oder stromabwärts des Katalysators 140 eingerichtet ist. Ferner sollte berücksichtigt werden, dass das Auspuffsystem 100 zwei oder mehr Katalysatoren aufweisen kann.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Mischbereich 130 eine größere Querschnittfläche oder Strömungsfläche haben als die stromaufwärtige Abgaspassage 164. Der Mischbereich 130 kann einen Injektor 136 zum selektiven Einspritzen einer Flüssigkeit in das Auspuffsystem aufweisen. Wie in 1 gezeigt, kann der Injektor 136 abgewinkelt werden, um Flüssigkeit schräg zu dem Mischbereich einzuspritzen. Alternativ kann der Injektor 136 in-line mit dem Mischbereich positioniert sein, um Flüssigkeit entlang der Richtung des Abgasstroms einzuspritzen. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Flüssigkeit, die von dem Injektor 136 eingespritzt wird, ein flüssiges Reduktionsmittel 178 wie zum Beispiel Ammoniak oder Harnstoff enthalten. Das flüssige Reduktionsmittel 178 kann zu dem Injektor 136 durch die Leitung 174 von einem Lagerbehälter 176 über eine Zwischenpumpe 172 geliefert werden. Der Mischbereich 130 kann auch einen Auspuffsystem-Zerstäuber 200, in Zusammenhang mit den 2 bis 9 ausführlicher beschrieben, aufweisen. Zu beachten ist, dass der Katalysator 140 einen beliebigen geeigneten Katalysator für die NOx-Reduktion oder andere Verbrennungsprodukte, die aus der Verbrennung des Kraftstoffs durch den Motor 110 resultieren, aufweisen kann.
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Was die Fahrzeuganwendungen betrifft, kann das Auspuffsystem 100 auf der Unterseite des Fahrzeugchassis eingerichtet sein. Zusätzlich ist zu bemerken, dass die Abgaspassage eine oder mehrere Krümmungen oder Kurven aufweisen kann, um eine besondere Fahrzeugeinrichtung unterzubringen. Ferner ist auch zu berücksichtigen, dass das Auspuffsystem 100 bei bestimmten Ausführungsformen zusätzliche Bauteile, die in 1 nicht veranschaulicht sind, aufweisen kann und/oder dass Bauteile, die hier beschrieben sind, weggelassen werden können. Die 2 bis 9 veranschaulichen zusätzliche Einzelheiten eines Teils der Abgaspassage zum Empfangen von Motorabgas, inklusive Auspuffsystem-Zerstäuber 200, 300 und 400 sowie 500, die sich jeder innerhalb des Mischbereichs 130 befinden können. Jeder der Auspuffsystem-Zerstäuber kann zum Beispiel innerhalb (zum Beispiel pressgepasst in) eines Auspuffrohrs (zum Beispiel Abgaspassage 164 in 1) des Motors 110 positioniert sein, so dass seine Außenkante neben und mit einer gemeinsamen Kontaktfläche mit einer Innenwand 203 des Mischbereichs 130, wie in 3 sichtbar, liegt.
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2 zeigt eine Draufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Auspuffsystem-Zerstäubers 200, der auch als ein Mischer bezeichnet werden kann. Der Zerstäuber 200 weist eine Anordnung kreisförmiger Ringe 202, 206, 208 und 228 auf, die in einer teleskopförmigen Konfiguration mit Durchmessern, die in eine Strömungsrichtung abnehmen, positioniert ist. Ein erster Ring 202 ist an einer am weitesten stromaufwärtigen Position eingerichtet und definiert eine innere Einlasspassage 204, die konfiguriert ist, um Motorabgas zu empfangen. Stromabwärts des ersten Rings 202 ist ein zweiter Ring 206 vorgesehen, der einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der des ersten Rings 202. Weiter stromabwärts des zweiten Rings 206 ist ein dritter Ring 208 vorgesehen, der einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der des ersten und des zweiten Rings 202 und 206. Schließlich ist ein vierter Ring 228, der einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der der Ringe 202, 206 und 208, an einer am weitesten stromabwärts liegenden Position vorgesehen und definiert eine innere Auslasspassage 211. Die Ringe 202, 206, 208 und 228 sind insgesamt direkt stromabwärts zueinander eingerichtet, haben einen Teil einer inneren Passage gemeinsam, die von dem Einlass 204 und dem Auslass 211 definiert ist, und sind konzentrisch um eine gemeinsame zentrale Achse 205 ausgerichtet. Bei einem solchen Beispiel sind daher alle Ringe zueinander konzentrisch. Die zentrale Achse 205 kann zu der zentralen Achse des Auspuffrohrs konzentrisch sein (zum Beispiel Abgaspassage 164 in 1), so dass eine zentrale Achse jedes Rings und die zentrale Achse 205 mit der zentralen Achse des Auspuffrohrs gefluchtet sind.
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Die Anordnung konzentrischer Ringe (zum Beispiel 202, 206, 208 und 228 in 2) kann eine Vielzahl gemeinsamer Attribute haben. Ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Stärke aufweisen, wobei die Stärke ein Maß der Länge entlang der zentralen Achse 205 ist. Da sie allmählich stromabwärts in die Richtung des Abgasstroms eingerichtet sind, können die Ringdurchmesser um einen konstanten Faktor verringert werden, zum Beispiel kann der Durchmesser des dritten Rings 208, der konzentrisch stromabwärts des zweiten Rings 206 eingerichtet ist, 20 % geringer sein als der des zweiten Rings 206, während der Durchmesser des zweiten Rings 206 ebenfalls 20 % geringer sein kann als der des ersten Rings 202 usw. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass dies ein nicht einschränkendes Beispiel ist, und dass Durchmesserunterschiede unter Ringpaaren oder um eine Anzahl unterschiedlicher Faktoren variieren können.
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Der Zerstäuber der vorliegenden Offenbarung kann integral als ein einziger Teil gebildet werden. Alternativ können Teile des Zerstäubers getrennt gebildet und danach verbunden werden. Wie in den 2 bis 9 gezeigt, können Ringe (zum Beispiel 202, 206) über umfänglich positionierte Rippen (zum Beispiel 213, 214 und 215), die mit dem Umfang (zum Beispiel Außenkante) der Ringe gekuppelt sein können, miteinander verbunden sein. Die Rippen umfassen bei einem Beispiel untereinander verbindende Teile (die aus einem Metall gebildet sein können), die den Abgasstrom zwingen, durch die anderen Bereiche des Zerstäubers 200 zu laufen. Die Rippen können integral in sich als eine einzige Einheit gebildet werden, können integral mit benachbarten Ringen gemeinsam als eine einzige Einheit oder einzeln gebildet und danach mit anderen Teilen des Zerstäubers verbunden werden. Wenn der Zerstäuber nicht integral als eine einzige Einheit gebildet ist, können Rippen an den Ringen anhand einer Vielzahl von Verfahren (zum Beispiel durch Schweißen) befestigt werden.
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Bei bestimmten Ausführungen, wie in 2 anhand des Zerstäubers 200 gezeigt, sind einige oder alle Rippen ringförmig in einer ringförmigen Gruppierung und mit dem Winkel nach innen zu der zentralen Achse 205 in eine stromabwärtige Richtung und auch zu dem kleinsten Ring (zum Beispiel vierten Ring 228) in dem Zerstäuber 200 positioniert. Die Rippen können flach und mit einem spitzen Winkel nach innen abgewinkelt sein oder eine Biegung haben. Die Rippen können auch eine Anzahl gemeinsamer Attribute haben, darunter die Stärke. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Rippenstärke gleich der Ringstärke sein oder auch nicht oder kann unter Paaren, mit welchen sie befestigt sind, variieren. Die Ringe und Rippen bilden gemeinsam ringförmig angeordnete Öffnungen (zum Beispiel 210), wie zum Beispiel in 2 gezeigt. Öffnungen enthalten hohle Bereiche, durch die Abgas fließt. Bei den bereitgestellten beispielhaften Ausführungsformen sind einige oder alle der Öffnungen (zum Beispiel 210) gleichmäßig ringförmig voneinander beabstandet, obwohl ungleichmäßige Beabstandung ebenfalls möglich sein kann. Wie in den 2 bis 9 gezeigt, können Öffnungen nicht hohle Bereiche zwischen Ringen und Öffnungsbasen aufweisen, wobei die Öffnungsbasen Teile sind, die im Wesentlichen Ringbögen entsprechen und zu der zentralen Achse 205 senkrecht sind. Die Öffnungsbasen entsprechen daher eventuell nicht direkt einer Außenkante eines Rings, und etwas Material (zum Beispiel Metall), kann zwischen den Öffnungsbasen und den Ringkanten enthalten sein.
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Mindestens ein Teil des Mischbereichs 130 in 1 weist einen Ring (zum Beispiel ersten Ring 202) auf, dessen Oberflächennormalvektor zu der Abgasströmungsrichtung parallel ist. Wie oben beschrieben, kann das den Motor verlassende Abgas zuerst in den Mischbereich 130 eintreten, wo ein Fluid, wie zum Beispiel flüssiges Reduktionsmittel (zum Beispiel Ammoniak, Harnstoff usw.), in das Auspuffsystem über den Injektor 136, wie in 1 veranschaulicht, eingespritzt wird. Ringe (zum Beispiel 202 und 206) sowie Rippen (zum Beispiel 213), können bei einem Beispiel aus einem Typ von Metall gebaut sein, wobei sie in diesem Fall von dem Abgasstrom erwärmt werden. Die Flüssigkeitseinspritzung, die unterschiedliche Winkel haben kann, inklusive in-line mit der Abgasströmung oder schräg zu der Abgasströmung, führt kombiniert mit der Strömung, die von den Rippen und Öffnungen erzeugt wird, den Abgasstrom um und durch den Auspuffsystem-Zerstäuber 200. Ferner wird zerstäubte Flüssigkeit, die von dem heißen Metall der Ringe und Rippen zerstäubt werden kann, von dem Auspuffsystem-Zerstäuber 200 abgezogen. Daher unterstützt der Auspuffsystem-Zerstäuber 200 das weitere Mischen der Motorabgase, bevor die Motorabgase den SCR-Katalysator 140 erreichen. Derart, indem die Motorabgase besser gemischt werden, kann die Leistung des SCR-Katalysators 140 weiter verbessert und daher NOx weiter verringert werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen können die Rippen des Zerstäubers 200 als geometrisch zu ihren benachbarten Öffnungen komplementär betrachtet werden, wobei viele der Rippenmerkmale, die unten besprochen sind, konsequente Öffnungseigenschaften und umgekehrt implizieren. Wie zum Beispiel in 2 sichtbar, belegen sowohl die Öffnungen (zum Beispiel 210) als auch die Rippen (zum Beispiel 213) ringförmige Bereiche, die von Ringpaaren definiert sind (zum Beispiel der Ringbereich zwischen und definiert von dem ersten Ring 202 und dem zweiten Ring 206). Bei einer solchen Ausführungsform können sowohl die Öffnungen als auch die Rippen trapezförmig mit gebogenen Basen geformt sein. Andere Ausführungsformen sind jedoch möglich, bei welchen Rippen und Öffnungen alternativen Geometrien ähneln (zum Beispiel rechteckig, kreisförmig). Die Rippen (zum Beispiel 213) haben einen ersten Verbindungsbereich 220, der durch einen Bogen eines stromaufwärtigen Rings (zum Beispiel einen Bogen des ersten Rings 202) definiert ist, und einen zweiten Verbindungsbereich 222, der durch einen Bogen eines stromabwärtigen Rings (zum Beispiel ein Bogen des zweiten Rings 206) definiert ist, wobei beide Verbindungsbereiche in 2A gezeigt sind. Bei diesem nicht einschränkenden Beispiel ist der Bogen, dem der erste Verbindungsbereich 220 entspricht, ein Teil der Außenkante des ersten Rings 202. Ebenso ist der Bogen, dem der zweite Verbindungsbereich 222 entspricht, ein Teil der Außenkante des zweiten Rings 206. Derartige Bögen können Verbindungsbögen genannt werden, wobei ihre Längen Verbindungsbogenlängen genannt werden. Diese Anordnung ist in den 2 und 2A sichtbar, während 3 zeigt, dass die Rippen an den Seitenwänden ihrer jeweiligen Ringe befestigt sein können. Bei anderen Ausführungsformen können Rippen auch mit der Oberkante oder Unterkante der benachbarten stromaufwärtigen/stromabwärtigen Ringe gekuppelt sein. Mit Ausnahme der 8A, zeigen die 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A und 9A Ausführungsformen, bei welchen die Länge des zweiten Verbindungsbereichs 222 kleiner ist als die des ersten Verbindungsbereichs 220. Der Unterschied zwischen den Längen kann für alle Rippen in dem Zerstäuber 200 konstant sein oder kann unter den ringförmigen Bereichen in dem Zerstäuber 200 variieren. Alternative Ausführungsformen, bei welchen die Länge des zweiten Verbindungsbereichs 222 der Rippen größer ist als die Länge des ersten Verbindungsbereichs 220, wie in 8A gezeigt, können möglich sein.
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Bei einer Ausführungsform sind die Seiten der Rippen durch Liniensegmente definiert, die sich von einem stromaufwärtigen Ring (zum Beispiel dem ersten Ring 202) zu einem stromabwärtigen Ring (zum Beispiel dem zweiten Ring 206) ausbreiten, wobei die Liniensegmente durch eine Bogenlänge 207, gezeigt in 2A, getrennt sind, die zu allen Ringen und zu der zentralen Achse 205 konzentrisch ist. Ein Winkel 209, auch in 2A gezeigt, streicht über die Bogenlänge, wobei der Winkel 209 für alle Rippen konstant sein kann. Die Breite der Rippen, gekennzeichnet durch Bogenlängen, deren Endpunkte den Mittenpunkten der Seiten der Rippen entsprechen, kann entlang der Richtung des Abgasstroms variieren und eine zulaufende Form, wie in den 2 bis 9 sichtbar, bilden. Es ist jedoch klar, dass andere Ausführungsformen möglich sind, bei welchen die Seiten der Rippen nicht durch Strahlen parametriert werden können, die sich von der zentralen Achse 205 zu einer Rippenbasis erstrecken, oder durch Liniensegmente, die sich von einem stromaufwärtigen Ring zu einem stromabwärtigen Ring erstrecken. Es ist mit anderen Worten möglich, dass die Rippenseiten nicht gerade sind oder nicht radial nach außen vorstehen. Stattdessen können die Rippenseiten bei einem nicht einschränkenden Beispiel gebogen sein und zum Beispiel parabolische Kanten haben. Wie wenigstens in 2 gezeigt, verbinden Rippen (zum Beispiel 213) den ersten Ring 202 und den zweiten Ring 206, wobei die Ringe gemeinsam ein erstes Ringpaar 216 bilden. Ein erster Satz von Öffnungen 212 ist in diesem Ringbereich enthalten, wobei der erste Satz von Öffnungen die Öffnung enthält, die mit dem Bezugszeichen 212 bezeichnet ist, und die anderen Öffnungen in dem ringförmigen Bereich zwischen und definiert von dem ersten Ring 202 und dem zweiten Ring 206. Bei einer Ausführungsform kann der erste Satz von Öffnungen 212 dieselbe Anzahl von Öffnungen wie ein zweiter Satz von Öffnungen 218 aufweisen, wobei der zweite Satz von Öffnungen 218 Öffnungen in dem ringförmigen Bereich zwischen und definiert von dem zweiten Ring 206 und dem dritten Ring 208 enthält. Ähnlich kann die Anzahl der Rippen, die unter dem ersten Satz von Öffnungen 212 in seinem entsprechenden ringförmigen Bereich vorgesehen ist, gleich der Anzahl der Rippen sein, die unter dem zweiten Satz von Öffnungen 218 in seinem entsprechenden ringförmigen Bereich vorgesehen ist.
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Die Rippen (zum Beispiel 213) in dem Ringbereich zwischen und definiert von dem ersten Ring 202 und dem zweiten Ring 206 bilden einen ersten Rippensatz. Die Rippen (zum Beispiel 214) in dem Ringbereich zwischen und definiert von dem zweiten Ring 206 und dem dritten Ring 208 bilden einen zweiten Rippensatz. Ferner bilden die Rippen (zum Beispiel 215) in dem Ringbereich zwischen und definiert von dem dritten Ring 208 und dem vierten Ring 228 bilden einen dritten Rippensatz. Bei einer derartigen Ausführungsform sind abwechselnde Rippen von dem ersten und dem zweiten Rippensatz um einen Umfang eines gemeinsamen Rings (zum Beispiel zweiter Ring 206) verbunden. Geometrisch kann sein, dass der erste Rippensatz den zweiten Rippensatz nicht überlappt. Spezifischer werden bei einem solchen Fall keine Punkte in einem zweiten Verbindungsbereich (zum Beispiel 222) einer Rippe in dem ersten Rippensatz mit den Punkten in einem ersten Verbindungsbereich (zum Beispiel 220) einer Rippe in dem zweiten Rippensatz geteilt. Anders ausgedrückt entsprechen keine Punkte in der kürzeren Basis einer Rippe in dem ersten Rippensatz Punkten in der gegenüberliegenden Basis einer Rippe in dem zweiten Rippensatz. In diesem Fall sind der erste Rippensatz zwischen einem ersten Paar benachbarter Ringe (zum Beispiel 216) und dem zweiten Rippensatz zwischen einem zweiten Paar benachbarter Ringe (zum Beispiel 224) winkelig versetzt, wobei das erste und das zweite Ringpaar einen Ring gemeinsam haben (zum Beispiel den zweiten Ring 206). Anders ausgedrückt überlappen die Verbindungsbogenlängen von dem ersten und dem zweiten Rippensatz auf dem gemeinsamen Ring (zum Beispiel 206) den zweiten Satz stromabwärts des ersten Satzes nicht. Andererseits können Punkte in einem ersten und/oder zweiten Verbindungsbereich einer Rippe in dem ersten Rippensatz Punkten in einem ersten und/oder zweiten Verbindungsbereich einer Rippe in dem dritten Rippensatz entsprechen, wobei die Entsprechung darin besteht, dass ein Strahl, der sich von der zentralen Achse 205 erstreckt, Punkte in einem ersten und/oder zweiten Verbindungsbereich einer Rippe in dem dritten Rippensatz zusätzlich zu Punkten in einem ersten und/oder zweiten Verbindungsbereich einer Rippe in dem ersten Rippensatz schneiden würde. Das ist in der Draufsicht der 2 gezeigt. Außerdem kann die Entsprechung derart sein, dass ein Strahl, der sich von der zentralen Achse 205 erstreckt, den Mittenpunkt eines ersten und/oder zweiten Verbindungsbereichs einer Rippe in dem dritten Rippensatz zusätzlich zu dem Mittenpunkt eines ersten und/oder zweiten Verbindungsbereichs einer Rippe in dem ersten Rippensatz schneiden würde. In einem solchen Fall würde man den ersten Rippensatz und den dritten Rippensatz gefluchtet nennen.
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Die Breite der Rippen in einem Rippensatz kann im Vergleich zu denen in einem Rippensatz, die sich stromaufwärts befinden, kleiner sein (zum Beispiel kann die Breite von Rippen in dem dritten Rippensatz kleiner sein als die Breite von Rippen in dem zweiten Rippensatz, wie in 2 gezeigt). Genauer genommen können die Verbindungsbogenlängen, die mit einem ersten und einem zweiten Verbindungsbereich übereinstimmen, für Rippen in dem zweiten Rippensatz länger sein als für die von Rippen in dem dritten Rippensatz. Derart können sich Verbindungsbogenlängen auf einem stromaufwärtigen Ring des ersten Ringpaars von Verbindungsbogenlängen auf einem stromaufwärtigen Ring des zweiten Paars unterscheiden. Außerdem können die Rippenlängen variieren, wenn der Zerstäuber (zum Beispiel 200) entlang der Richtung des Abgasstroms durchquert wird. Das kann insbesondere der Fall sein, wenn die Entfernungen, die die Ringe trennen, variieren. Des Weiteren kann die Rippenneigung, wie sie von dem Winkel zwischen einem ersten und einem zweiten Verbindungsbereich gemessen wird (zum Beispiel 220 und 222 in 2A), ebenfalls variieren. Das kann besonders der Fall sein, wenn die Ringdurchmesser nicht um einen konstanten Faktor verringert werden, wenn der Zerstäuber entlang der Richtung des Abgasstroms durchquert wird. Zusätzlich kann die Rippengeometrie entlang der Richtung des Abgasstroms gebogen sein. Alternativ können die Rippen gerade sein, was die Länge entlang der Richtung des Abgasstroms minimiert. Bestimmte Gemeinsamkeiten können jedoch unter den Sätzen oder der gesamten Vielzahl von Rippen existieren, darunter die zulaufende Geometrie, zu der zentralen Achse 205 gebogene Geometrie, Materialzusammensetzung und Stärke.
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Bei bestimmten Ausführungsformen bilden der zweite Ring 206 und der dritte Ring 208 gemeinsam ein zweites Ringpaar 224. Das erste Ringpaar 216 und das zweite Ringpaar 224 haben einen gemeinsamen Ring, nämlich den zweiten Ring 206. Ferner kann ein vierter Ring 228 stromabwärts des dritten Rings 208 eingerichtet werden. Der dritte Ring 208 und der vierte Ring 228 bilden gemeinsam ein drittes Ringpaar 230. Das zweite Ringpaar 224 und das dritte Ringpaar 230 haben einen gemeinsamen Ring, nämlich den dritten Ring 208. Insgesamt weist eine solche Ausführungsform unter anderen Elementen genau drei Ringpaare auf, insgesamt vier Ringe, drei Sätze von Öffnungen und Rippen, wobei Ringe konzentrisch um eine zentrale Achse 205 und allmählich stromabwärts voneinander mit abnehmender Größe in die Richtung des Abgasstroms angeordnet sind. Die 2 bis 4, 8 und 9 stellen diese Anordnung dar, obwohl klar ist, dass dies nur ein veranschaulichendes Beispiel ist, und dass eine unterschiedliche Anzahl von Ringen, Rippen, Öffnungen und Sätzen von Öffnungen verwendet werden kann, ohne den Geltungsbereich und den Sinn der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.
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Alternative Ausführungsformen, die drei Ringe aufweisen, sind zum Beispiel in den 5 bis 7 gezeigt. Bei diesem Beispiel weist ein Auspuffsystem-Zerstäuber 300 drei Ringe, zwei Ringpaare, drei Sätze von Öffnungen und Rippen und eine konvexe Scheibe 302 auf. Wie in den Ausführungsformen, die in den 2 bis 4 gezeigt sind, ist die Länge eines zweiten Verbindungsbereichs 222 der Rippen kleiner als die Länge eines ersten Verbindungsbereichs 220, was eine trapezförmige Rippenform bildet. Anders als die bisher offenbarten Ausführungsformen, ist die konvexe Scheibe 302 in einem am weitesten stromaufwärts liegenden Ring (zum Beispiel im dritten Ring 208) und dem Abgasstrom gegenüber positioniert. Diese konvexe Scheibe 302 hat eine Biegung, in der ein Punkt, der mit ihrer zentralen Achse 205 zusammenfällt, einem ersten Ring 202 näher ist als Punkte, die weiter von der zentralen Achse 205 entfernt sind. Die konvexe Scheibe 302 kann an dem dritten Ring 208 durch eine Vielzahl von Verfahren (zum Beispiel Schweißen) befestigt werden, oder der Auspuffsystem-Zerstäuber 300 kann ähnlich wie oben offenbart integral als eine Einheit ausgebildet sein. Die konvexe Scheibe 302 forciert den Luftstrom durch die Öffnungen 210. Mit anderen Worten kann kein Luftstrom durch den dritten Ring 208 durchgehen, kann aber um ihn und durch seine Öffnungen strömen.
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Die 8 und 9 veranschaulichen ferner alternative Ausführungsformen von Auspuffsystem-Zerstäubern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. 8 zeigt einen Zerstäuber 400, der dem Zerstäuber 200, der in den 2 bis 4 gezeigt ist, sehr ähnlich ist. Bei dieser Ausführungsform zeigt 8A jedoch, dass die Länge eines ersten Verbindungsbereichs 220 kleiner ist als die Länge eines zweiten Verbindungsbereichs 222 für die Rippen (zum Beispiel 213) in dem Zerstäuber 400, was eine trapezförmige Rippenform schafft. Umgekehrt zeigt 9A einen Teil eines Zerstäubers 500, bei dem Längen eines ersten Verbindungsbereichs 220 größer sind als die Längen eines zweiten Verbindungsbereichs 222 für die Rippen (zum Beispiel 213). Außerdem zeigt 9, dass eine alternative Bemessung möglich ist. Die Ringstärke kann zum Beispiel größer sein als die Stärke, die bei anderen Ausführungsformen gezeigt ist, und Ringe können um eine größere Entfernung getrennt sein, was den Neigungswinkel der Rippen steigert. Ferner zeigt 9, dass unregelmäßige Ringstärke möglich sein kann. Bei diesem Beispiel ist die Stärke eines vierten Rings 508, entlang der Richtung des Abgasstroms gemessen, größer als vorhergehende Ringe 502, 504 und 506.
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Derart ermöglicht die beanspruchte Konfiguration immer noch das Zerstäuben, jedoch mit verringerter Auswirkung auf Gewicht und Kosten. Der Auspuffsystem-Zerstäuber 200 kann einen Großteil des Motorabgases umlenken, während bei bestimmten Ausführungsformen eine Minorität des Motorabgases ungehindert durch den Zerstäuber strömen kann. Diese Minoritätsmenge an Motorabgas, die ungehindert strömt, kann durch die Kosten- und Gewichtseinsparungen, die durch den Zerstäuber erzielt werden, kompensiert werden. Ferner können Abgas-Gegendruckeffekte verringert werden.
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Derart kann das Auspuffsystem 100 gutes Zerstäuben und Mischen erzielen, so dass Bauraum verringert werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Auspuffsystemen, kann zum Beispiel das Auspuffsystem 100, das den Auspuffsystem-Zerstäuber 200 aufweist, den parabolischen Strom erleichtern, das Strömungsmuster gerade richten und Gemischeffizienz maximieren. Die Rippen steigern den Oberflächenbereich, fangen Flüssigkeitströpfchen auf und erlauben ein gesteigertes Mischen in dem wirbelnden Abgasstrom.
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Es ist klar, dass die Konfigurationen und Abläufe, die hier offenbart sind, beispielhafter Art sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht einschränkend betrachtet werden dürfen, denn zahlreiche Variationen sind möglich. Die obenstehende Technologie kann zum Beispiel an Motoren des Typs V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Zylinder-Boxermotoren und anderen Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Subkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
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Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Subkombinationen auf, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder Gleichwertiges beziehen. Solche Ansprüche müssen als das Einbauen eines oder mehrerer solcher Elemente aufweisend verstanden werden, die zwei oder mehrere solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Subkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können anhand einer Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch die Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
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Derartige Ansprüche, seien sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen im Geltungsbereich weiter, enger, gleich oder unterschiedlich, werden als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.
