DE102013215632A1 - Exhaust gas treatment system for internal combustion engine, has exhaust pipe to receive exhaust gas from internal combustion engine and supply exhaust gas to exhaust gas treatment apparatus, and fluid delivery system to supply fluid - Google Patents
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Abstract
Description
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATION
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der U.S.-Patentanmeldung Seriennr. 61/680,826, die am 8. August 2012 eingereicht wurde und hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit vollständig eingeschlossen ist.This patent application claims the priority of U.S. Patent Application Ser. No. 61 / 680,826, filed Aug. 8, 2012, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
GEBIET DER FINDUNGFIELD OF FINDING
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere Abgasbehandlungssysteme, die zum vollständigen Mischen und Verdampfen eingespritzter Fluide in die Abgasströmung zu deren verbessertem Leistungsvermögen in der Lage sind.Exemplary embodiments of the invention relate to exhaust treatment systems for internal combustion engines, and more particularly to exhaust treatment systems capable of completely mixing and vaporizing injected fluids into the exhaust flow to their enhanced performance.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Hersteller von Verbrennungsmotoren müssen Kundenanforderungen erfüllen, während verschiedene gesetzliche Regulierungen bezüglich reduzierter Emissionen und verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit erfüllt werden müssen. Ein Beispiel eines Weges zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit besteht darin, einen Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das überstöchiometrisch (Sauerstoffüberschuss) ist. Beispiele mager verbrennender Motoren umfassen Kompressionszündungsmotoren (Dieselmotoren) und mager verbrennende Funkenzündungsmotoren. Während mager verbrennende Motoren eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit besitzen können, kann das Abgas, das von einem solchen Motor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, jedoch ein heterogenes Gemisch sein, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”KW”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) aufweist, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in verschiedenen Abgassystemvorrichtungen vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.Internal combustion engine manufacturers must meet customer requirements while meeting various regulatory requirements for reduced emissions and improved fuel economy. An example of a way to improve fuel economy is to operate an engine with an air / fuel ratio that is lean of stoichiometry (oxygen excess). Examples of lean burn engines include compression ignition engines (diesel engines) and lean burn spark ignition engines. While lean burn engines may have improved fuel economy, however, the exhaust gas expelled from such an engine, particularly a diesel engine, may be a heterogeneous mixture containing gaseous emissions such as carbon monoxide ("CO"), unburned hydrocarbons (" KW ") and nitrogen oxides (" NOx ") as well as condensed phase materials (liquids and solids) that form particulate matter (" PM "). Catalyst compositions, typically disposed on catalyst carriers or substrates, are provided in various exhaust system devices to convert some or all of these exhaust constituents to unregulated exhaust gas components.
Eine Abgasbehandlungstechnologie im Gebrauch für hohe Niveaus an Partikelmaterialreduzierung, insbesondere in Dieselmotoren, ist die Diesel Partikelfilter-(”DPF”)-Vorrichtung. Es existieren verschiedene bekannte Filterstrukturen, die in DPF-Vorrichtungen verwendet sind und eine Wirksamkeit bei der Entfernung des Partikelmaterials von dem Motorabgas gezeigt haben, wie Keramikwaben-Wandströmungsfilter, gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schaumfilter, gesinterte Metallschäume, etc. Keramikwandströmungsfilter haben in Kraftfahrzeuganwendungen eine signifikante Akzeptanz erfahren.One exhaust treatment technology in use for high levels of particulate matter reduction, particularly in diesel engines, is the Diesel Particulate Filter ("DPF") device. There are several known filter structures used in DPF devices that have demonstrated removal efficiency of the particulate matter from the engine exhaust, such as ceramic honeycomb wall-flow filters, wound or packed fiber filters, open-cell foam filters, sintered metal foams, etc. Ceramic wall-flow filters are used in automotive applications experienced significant acceptance.
Der Filter ist ein Aufbau zur Entfernung von Partikeln von dem Abgas, und infolge dessen besitzt die Ansammlung gefilterten Partikelmaterials schließlich die Wirkung der Erhöhung des Abgassystemgegendrucks, dem der Motor ausgesetzt ist. Eine derartige Zunahme des Gegendrucks besitzt schließlich einen negativen Einfluss auf die Motorleistungsfähigkeit und Kraftstoffwirtschaftlichkeit. Um Zunahmen des Abgassystemgegendrucks, die durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt werden, zu berücksichtigen, wird die DPF-Vorrichtung periodisch gereinigt oder regeneriert. Die Regeneration einer DPF-Vorrichtung in Fahrzeuganwendungen erfolgt typischerweise automatisch und wird durch einen Motor- oder anderen Controller auf Grundlage von Signalen ausgeführt, die durch Motor- und Abgassystemsensoren empfangen werden. Das Regenerationsereignis betrifft typischerweise das Anheben der Temperatur der DPF-Vorrichtung auf Niveaus, die oftmals über 600°C liegen, um die angesammelten Partikel zu verbrennen, wodurch die DPF-Vorrichtung gereinigt wird.The filter is a structure for removing particulates from the exhaust gas, and as a result, the accumulation of filtered particulate matter eventually has the effect of increasing the exhaust system back pressure to which the engine is exposed. Such an increase in back pressure eventually has a negative impact on engine performance and fuel economy. To account for increases in exhaust system back pressure caused by the accumulation of particulate matter, the DPF device is periodically cleaned or regenerated. Regeneration of a DPF device in vehicle applications typically occurs automatically and is performed by an engine or other controller based on signals received by engine and exhaust system sensors. The regeneration event typically involves raising the temperature of the DPF device to levels often above 600 ° C to burn the accumulated particulates, thereby cleaning the DPF device.
Ein Verfahren zur Erzeugung der Temperaturen, die in dem Abgassystem zur Regeneration der DPF-Vorrichtung erforderlich sind, besteht darin, nicht verbrannte KW, oftmals in der Form von Roh-Kraftstoff, an eine Oxidationskatalysator-(”OC”-)Vorrichtung zu liefern, die stromaufwärts der DPF-vorrichtung angeordnet ist. Die OC-Vorrichtung trägt typischerweise eine Oxidationskatalysatorverbindung, die eine Oxidation von KW in einem exothermen Ereignis unterstützt, das die Temperatur des Abgases anhebt. Das erwärmte Abgas strömt stromabwärts zu der DPF-Vorrichtung, wo es die darin abgefangenen Partikel verbrennt. Eine Einspritzung des Kraftstoffs in das Abgasbehandlungssystem wird oftmals unter Verwendung von Einspritzeinrichtungen ausgeführt, ähnlich den in Motoren verwendeten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen. Eine gemeinsame Herausforderung für Konstrukteure von Abgassystemen besteht darin, die KW stromaufwärts der OC-Vorrichtung auf eine Weise einzuspritzen, die eine vollständige Dispersion von KW zulässt, um den gesamten OC zur Oxidation zu verwenden und vollständig zu verdampfen, um es so vollständig zu verbrennen, wenn es durch den OC gelangt.One method of generating the temperatures required in the exhaust system to regenerate the DPF device is to supply unburned HC, often in the form of raw fuel, to an oxidation catalyst ("OC") device. which is arranged upstream of the DPF device. The OC device typically carries an oxidation catalyst compound that promotes oxidation of HC in an exothermic event that raises the temperature of the exhaust gas. The heated exhaust gas flows downstream to the DPF device where it burns the particulates trapped therein. Injection of the fuel into the exhaust treatment system is often accomplished using injectors similar to the fuel injectors used in engines. A common challenge for exhaust system designers is to inject the HC upstream of the OC device in a manner that allows for complete dispersion of HC to use all of the OC for oxidation and completely vaporize it to completely burn it. when it passes through the OC.
Demgemäß ist es erwünscht, ein KW-Liefersystem bereitzustellen, das eine im Wesentlichen gleichförmige Mischung, Verteilung und Verdampfung eines Fluids erreicht, das in ein Abgas eines Abgasbehandlungssystems eingespritzt wird.Accordingly, it is desirable to provide a HC delivery system that achieves substantially uniform mixing, distribution, and vaporization of a fluid that is injected into an exhaust of an exhaust treatment system.
ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Abgas von dem Verbrennungsmotor aufnimmt und das Abgas an eine Abgasbehandlungsvorrichtung liefert. Ein Fluidliefersystem ist stromaufwärts der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet und derart konfiguriert, um ein Fluid daran zu liefern. Das Fluidliefersystem umfasst eine Fluideinspritzeinrichtung, ein Fluidrohr in Fluidkommunikation mit der Fluideinspritzeinrichtung, das sich radial in die Abgasleitung zur Aufnahme eines Fluids von einer Sprühspitze der Fluideinspritzeinrichtung erstreckt; einen Controller, der derart konfiguriert ist, die Fluideinspritzeinrichtung zur Lieferung von Fluid an das Fluidrohr mit Energie zu beaufschlagen, und eine Öffnung in dem Rohr, die jenseits der Grenzschicht der Abgasströmung in der Abgasleitung zur Freisetzung des Fluids in die Abgasströmung angeordnet ist.In an exemplary embodiment, an exhaust treatment system for an internal combustion engine includes an exhaust conduit configured to receive an exhaust gas from the internal combustion engine and deliver the exhaust gas to an exhaust treatment device. A fluid delivery system is disposed upstream of the exhaust treatment device and configured to deliver a fluid thereto. The fluid delivery system includes a fluid injector, a fluid tube in fluid communication with the fluid injector that extends radially into the exhaust conduit for receiving fluid from a spray tip of the fluid injector; a controller configured to energize the fluid injector for supplying fluid to the fluid tube, and an opening in the tube located beyond the boundary layer of exhaust gas flow in the exhaust conduit for releasing the fluid into the exhaust gas flow.
Das obige Merkmal und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen leichter offensichtlich.The above feature and advantages and other features and advantages of the invention will be more readily apparent from the following detailed description of the invention with reference to the accompanying drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND ANHANGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS AND APPENDIX
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen auch gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.The following description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure, its application, or uses. It should be understood that throughout the drawings, like reference numbers designate like or corresponding parts and features.
Bezugnehmend auf
Das Abgasbehandlungssystem
Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”)
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Abgasfilterbaugruppe, in diesem Fall eine Dieselpartikelfiltervorrichtung (”DPF”)
Bei einer beispielhaften Ausführungsform erfordert die Zunahme des Abgasgegendruckes, der durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt wird, dass der DPF
Stromaufwärts des DPF
Ein Controller, wie ein Fahrzeugcontroller
Nun Bezug nehmend auf die
KW-Fluidöffnungen
Erneut Bezug nehmend auf
Nun Bezug nehmend auf die
Die Kraftstoffdurchgänge
Wie in den
Nun Bezug nehmend auf
Nun Bezug nehmend auf
Bei beispielhaften Ausführungsformen können die Distanz von der Zerstäubungseinrichtung
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente an Stelle von Elementen derselben treten können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die besonderen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.While the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for elements thereof without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the particular embodiments disclosed, but that the invention include all embodiments falling within the scope of the present application.
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