DE102014002750A1

DE102014002750A1 - Zersetzungskammer

Info

Publication number: DE102014002750A1
Application number: DE102014002750.3A
Authority: DE
Inventors: James Goss; Duncan Engeham; Ryan M. Johnson
Original assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Current assignee: Cummins Intellectual Property Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140260209A1; US9021794B2

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform wird hier ein Apparat zur Zersetzung von Dieselabgasflüssigkeit in Ammoniak für ein System eines Verbrennungsmotors (Internal Combustion Engine, ICE) mit einem System zur selektiven katalytischen Reduktion beschrieben. Der Apparat umfasst eine Auslassabdeckung (412), eine an die Auslassabdeckung (412) gekoppelte Einlassabdeckung (410) und eine zwischen der Auslassabdeckung (412) und der Einlassabdeckung (410) angeordnete Trägerplatte (414). Die Trägerplatte (414) bildet mit der Auslassabdeckung (412) einen Auslasskanal und mit der Einlassabdeckung (410) einen Einlasskanal. Der Einlasskanal ist strömungstechnisch an den Auslasskanal angekoppelt. Darüber hinaus kann der Einlasskanal neben dem Auslasskanal liegen.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Abgasnachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und, konkreter, Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) in einem Abgasnachbehandlungssystem.
Speziell betrifft die Erfindung eine Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe gemäß Anspruch 1 bzw. gemäß Anspruch 15 sowie ein Abgasnachbehandlungssystem mit einer Zersetzungskammer für Dieselabgasflüssigkeit gemäß Anspruch 11.
Abgasbehandlungssysteme empfangen und behandeln von einem Verbrennungsmotor erzeugtes Abgas. Typische Abgasnachbehandlungssysteme umfassen jedwede verschiedene Komponenten, die dafür konfiguriert sind, den Gehalt an im Abgas vorhandenen schädlichen Abgasemissionen zu verringern. Beispielsweise umfassen einige Abgasnachbehandlungssysteme für Dieselmotoren verschiedene Komponenten wie einen Dieseloxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC), einen Partikelfilter oder Dieselpartikelfilter (DPF) und einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR). In einigen Abgasnachbehandlungssystemen strömt Abgas zunächst durch den Dieseloxidationskatalysator, dann durch den Dieselpartikelfilter und anschließend durch den SCR-Katalysator.
Jede der DOC-, DPF- und SCR-Katalysator-Komponenten ist dafür konfiguriert, eine besondere Behandlung von Abgasemissionen bei dem Abgas durchzuführen, das die Komponenten durchströmt. Im Allgemeinen verringert der DOC den Gehalt an im Abgas vorhandenem Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen mittels Oxidationsverfahren. Der DPF filtert im Abgas vorhandene schädliche Dieselpartikel und Ruß. Abschließend verringert der SCR-Katalysator die im Abgas vorhandene Menge an Stickoxiden (NO_x).
Der SCR-Katalysator ist dafür konfiguriert, NO_x in Gegenwart von Ammoniak (NH₃) zu weniger schädlichen Emissionen, wie etwa N₂ und H₂O, zu reduzieren. Da Ammoniak kein natürliches Nebenprodukt des Verbrennungsprozesses ist, muss es dem Abgas unter Verwendung einer Dieselabgasflüssigkeit (DEF), die sich zu Ammoniak zersetzt, künstlich hinzugefügt werden, bevor das Abgas in den SCR-Katalysator eintritt.
Einige Abgasnachbehandlungssysteme des bisherigen Standes der Technik stellen jedoch keine ausreichende Zersetzung und Mischung von eingespritzter DEF bereit. Herkömmliche Systeme verursachen oft eine Abgasrückführung innerhalb des DEF-Zersetzungsrohrs oder Niedrigtemperaturbereiche innerhalb des Zersetzungsrohrs. Abgasrückführung und Niedrigtemperaturbereiche innerhalb des Zersetzungsrohrs können zu einer unzureichenden Mischung oder Zersetzung führen, was die Bildung von festen DEF-Ablagerungen an den Innenwänden des Zersetzungsrohrs und des DEF-Injektors zur Folge haben kann. Zu festen DEF-Ablagerungen gehören die festen Nebenprodukte einer unvollständigen Zersetzung von Harnstoff, wie etwa Biuret, Cyanursäure, Ammelid und Ammelin. Außerdem können eine ungenügende Mischung und Zersetzung zu einem niedrigen Index der Gleichverteilung von Ammoniakdampf führen, was eine ungleichmäßige Verteilung des Ammoniaks auf der Oberfläche des SCR-Katalysators, eine geringere NO_x-Umwandlungseffizienz und andere Mängel zur Folge haben kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung wurde als Reaktion auf den gegenwärtigen Stand der Technik und insbesondere als Reaktion auf die Probleme und Anforderungen in der Technik entwickelt, die durch die aktuell verfügbaren Abgasnachbehandlungssysteme, die ein SCR-System verwenden, nicht vollständig gelöst werden. Dementsprechend wurde der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung entwickelt, um verschiedene Ausführungsformen eines Apparats und eines Systems zur Verminderung nachteiliger Bedingungen infolge der Bildung von DEF-Ablagerungen bereitzustellen, das mindestens einige der oben genannten oder andere Mängel des bisherigen Stands der Technik behebt.
Die zuvor aufgezeigte Problemstellung wird in einer ersten Variante gelöst durch eine Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe gemäß Anspruch 1. Diese umfasst eine Auslassabdeckung, eine an die Auslassabdeckung gekoppelte Einlassabdeckung und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte. Die Trägerplatte bildet mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal. Der Einlasskanal ist strömungstechnisch an den Auslasskanal angekoppelt, und der Einlasskanal liegt neben dem Auslasskanal.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10.
Ein Dieselabgasflüssigkeitsinjektor kann mit der Einlassabdeckung gekoppelt sein, um eine Dieselabgasflüssigkeit in den Einlasskanal einzuspritzen.
In bestimmten Umsetzungsformen weist der Einlasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil auf, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Einlasskanal durchströmt.
Der Auslasskanal kann ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweisen, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Auslasskanal durchströmt.
Mindestens ein erstes Ende der Einlassabdeckung oder ein erstes Ende der Auslassabdeckung können eine Flüssigkeitsleiteinrichtung bilden, um die Strömungsrichtung einer Flüssigkeit zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal zu ändern.
Der Einlasskanal und der Auslasskanal können jeweils ein nicht kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Gemäß einigen Umsetzungsformen wird die Trägerplatte aus mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitten gebildet, wobei die mindestens zwei nichtplanaren Abschnitte jeweils eine erste Oberfläche, die Teil des Einlasskanals ist, und eine zweite Oberfläche, die Teil des Auslasskanals ist, aufweisen. Die mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitte können so angeordnet sein, dass sie einen ersten Bereich im Auslasskanal bilden, der ein konvergierendes Querschnittsprofil umfasst, und einen zweiten Bereich im Auslasskanal bilden, der ein divergierendes Querschnittsprofil umfasst.
In einigen Umsetzungsformen umfasst die Auslassabdeckung eine Vielzahl von in einem Gittermuster ausgeformten Öffnungen. Die Vielzahl von Öffnungen kann jeweils einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,2 bis 0,3 in aufweisen, und das Gittermuster kann einen Rasterabstand im Bereich von etwa 0,5 bis 0,75 in aufweisen.
Gemäß einigen Umsetzungsformen umfasst die Einlassabdeckung eine Einlassöffnung, die strömungstechnisch mit einer Kammer gekoppelt ist, die durch eine äußere Abdeckung und die Einlassabdeckung gebildet ist. Die Kammer koppelt die Einlassöffnung strömungstechnisch an einen Dieselpartikelfilter.
Die äußere Abdeckung kann so konfiguriert sein, dass sie die innere Abdeckung umhüllt und eine Flüssigkeit um mindestens einen Abschnitt einer äußeren Oberfläche der Einlassabdeckung leitet. Mindestens ein Abschnitt der Einlassabdeckung kann so bei einer Temperatur gehalten werden, die im Wesentlichen der Temperatur von Flüssigkeit innerhalb der Kammer entspricht.
In einigen Umsetzungsformen umfasst die Einlassabdeckung ferner eine Vielzahl von Öffnungen, die in der Einlassabdeckung ein Gittermuster bilden. Alle Öffnungen weisen jeweils im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf.
Die Einlassabdeckung kann ferner eine nicht kreisförmige Öffnung aufweisen mit einer Querschnittsfläche, die größer ist als die einer Öffnung der Vielzahl von Öffnungen.
Die Auslassabdeckung kann auch eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, die ein Gittermuster bilden, das sich von einem ersten Ende der Auslassabdeckung bis zu einem zweiten Ende der Auslassabdeckung erstreckt. Die Querschnittsfläche von jeder der Vielzahl der Öffnungen kann entsprechend der Nähe zum ersten Ende ausgewählt werden.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung geht es in Anspruch 11 um ein Abgasnachbehandlungssystem, bei dem das zuvor aufgezeigte Problem gelöst ist. Dieses Abgasnachbehandlungssystem umfasst ein Gehäuse, das einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist. Das Gehäuse ist so konfiguriert, dass es einen Dieselpartikelfilter (DPF) und mindestens einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) umhüllt und einen Strom von Abgas durch den DPF und die SCR leitet. Der DPF ist strömungstechnisch mit dem Abgaseinlass gekoppelt und so konfiguriert, dass er den Strom von Abgas in eine erste Richtung leitet. Das System umfasst außerdem eine Zersetzungskammer für Dieselabgasflüssigkeit (Diesel Exhaust Fluid, DEF), die abnehmbar an dem Gehäuse befestigt ist und eine Flüssigkeitsverbindung mit dem DPF aufweist. Die Zersetzungskammer ist zwischen dem DPF und der SCR angeordnet. Die Zersetzungskammer umfasst eine an eine Auslassabdeckung gekoppelte Einlassabdeckung und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte. Die Trägerplatte bildet mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal. Der Einlasskanal ist strömungstechnisch an den Auslasskanal angekoppelt, und der Einlasskanal liegt neben dem Auslasskanal.
Gemäß einiger Umsetzungsformen des Systems weist der Einlasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil auf, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Einlasskanal durchströmt.
Der Auslasskanal kann ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweisen, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Auslasskanal durchströmt.
Die Trägerplatte kann aus mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitten gebildet sein, wobei jeder der beiden nichtplanaren Abschnitte eine erste Oberfläche, die Teil des Einlasskanals ist, und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche, die Teil des Auslasskanals ist, aufweist.
Das System kann auch eine Vielzahl von SCR-Katalysatoren mit jeweils einer Einlassoberfläche aufweisen, wobei die DEF-Zersetzungskammer so konfiguriert ist, dass sie eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung von DEF und Abgas an den Einlassoberflächen der Vielzahl von SCR-Katalysatoren bereitstellt.
In noch einer weiteren Ausführungsform gemäß Anspruch 15 umfasst eine Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe eine Auslassabdeckung, eine an die Auslassabdeckung gekoppelte Einlassabdeckung und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte. Die Trägerplatte bildet mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal, um einen Abgasstrom in eine erste Richtung zu leiten, und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal, um den Abgasstrom in eine zweite Richtung zu leiten, die parallel, aber entgegengesetzt zur ersten Richtung verläuft.
Eine Bezugnahme in dieser gesamten Schrift auf Merkmale, Vorteile oder ähnliche Formulierungen bedeutet nicht, dass alle Merkmale und Vorteile, die mit dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung verwirklicht werden können, in einer einzigen Ausführungsform oder Umsetzungsform des Gegenstands zu finden sind oder sein sollten. Vielmehr sind Formulierungen, die auf die Merkmale und Vorteile verweisen, so zu verstehen, dass ein bestimmtes Merkmal, ein bestimmter Vorteil oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform zu finden sind. Eine Erörterung der Merkmale und Vorteile und ähnlicher Formulierungen in dieser Schrift kann, muss sich jedoch nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform oder Umsetzungsform beziehen.
Die beschriebenen Merkmale, Vorteile und Eigenschaften des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung können in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen und/oder Umsetzungsformen kombiniert sein. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird verstehen, dass der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ohne eines oder mehrere der speziellen Merkmale oder Vorteile einer besonderen Ausführungsform oder Umsetzungsform angewendet werden kann. In anderen Fällen sind möglicherweise zusätzliche Merkmale und Vorteile in bestimmten Ausführungsformen und/oder Umsetzungsformen zu erkennen, die vielleicht nicht in allen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung vorhanden sind. Diese Merkmale und Vorteile des vorliegenden Gegenstands werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen deutlicher ersichtlich oder können durch die Anwendung des Gegenstands wie nachstehend dargelegt erkennbar werden.
Damit die Vorteile des Gegenstands leichter verstanden werden können, folgt eine ausführlichere Beschreibung des vorstehend kurz beschriebenen Gegenstands unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Da es sich versteht, dass diese Zeichnungen nur typische Ausführungsformen des Gegenstands darstellen und deshalb nicht als einschränkend für dessen Schutzumfang zu betrachten sind, wird der Gegenstand noch genauer und eingehender mittels der Zeichnungen beschrieben und erläutert; dabei zeigt:
1 eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotorsystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
2 eine Ausführungsform des Systems zur Behandlung von Abgasen,
3 eine weitere Ausführungsform des Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
4 eine Ausführungsform der Zersetzungskammer gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
5 eine weitere Ausführungsform der Zersetzungskammer und
6 eine Draufsicht eines Querschnitts des Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Eine Bezugnahme auf „eine Ausführungsform” oder ähnliche Formulierungen in dieser Schrift bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben werden, in mindestens einer Ausführungsform des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Das Vorkommen der Wendung „in einer Ausführungsform” und ähnlicher Formulierungen in dieser Schrift kann, muss sich aber nicht notwendigerweise auf ein und dieselbe Ausführungsform beziehen. Ebenso bedeutet die Verwendung des Begriffs „Umsetzungsform” eine Umsetzungsform, die ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft aufweist, die im Zusammenhang mit einer oder mehreren Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, doch wenn eine ausdrückliche anderslautende Zuordnung fehlt, dann kann eine Umsetzungsform mit einer oder mehreren Ausführungsformen im Zusammenhang stehen.
Die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung können in geeigneter Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert sein. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten angeführt, um ein genaueres Verständnis von Ausführungsformen des Gegenstands zu vermitteln. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird jedoch erkennen, dass der Gegenstand ohne eine oder mehrere spezifische Einzelheiten oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. verwirklicht werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen, Materialien oder Vorgänge nicht dargestellt oder eingehend beschrieben, um zu vermeiden, dass Aspekte des Gegenstands nicht deutlich werden.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Verbrennungsmotorsystems 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das System 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 100 und ein Abgasnachbehandlungssystem 200, das an den Abgasauslass 110 des Motors gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor 100 kann ein kompressionsgezündeter Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor, oder ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Benzinmagermotor, sein. Der Motor 100 kann verschiedene, wenngleich nicht dargestellte Sensoren, wie etwa Temperatursensoren und Massenstromsensoren, umfassen.
Das Abgasnachbehandlungssystem 200 ist an ein Auslassrohr eines Abgaskrümmers gekoppelt. Das das Auslassrohr durchströmende Abgas wird durch den Abgasauslass 110 repräsentiert. Mindestens ein Teil des Abgasauslasses 110 durchströmt das Abgasnachbehandlungssystem 200. Im Allgemeinen ist das Abgasnachbehandlungssystem 200 dafür konfiguriert, verschiedene chemische Verbindungen und Partikelemissionen zu entfernen, die im vom Auslassrohr aufgenommenen Abgasauslass 110 vorhanden sind. Nach der Behandlung durch das Abgasnachbehandlungssystem 200 wird das Abgas über ein Auspuffrohr (nicht dargestellt) in die Atmosphäre ausgestoßen. Bei einigen Umsetzungsformen ist das Abgasnachbehandlungssystem 200 an einem Fahrzeug befestigt, in dem der Motor untergebracht ist.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 200 einen Oxidationskatalysator 210, einen Partikelfilter oder Dieselpartikelfilter (DPF) 220, ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) 230 mit einem Zuführungssystem für Dieselabgasflüssigkeit (Diesel Exhaust Fluid, DEF) 232, eine DEF-Zersetzungskammer 234 und einen SCR-Katalysator 235. In einer Abgasströmungsrichtung, die durch einen Richtungspfeil 244 angegeben ist, durchströmt der Abgasauslass 110 den Oxidationskatalysator 210, den DPF 220, die Zersetzungskammer 234 und den SCR-Katalysator 235 und wird dann über das Auspuffrohr in die Atmosphäre ausgestoßen. Anders gesagt, der DPF 220 ist stromabwärts des Oxidationskatalysators 210 angeordnet, und der SCR-Katalysator 235 ist stromabwärts des DPF 220 angeordnet.
Der Oxidationskatalysator 210, der DPF 220, die Zersetzungskammer 234 und der SCR-Katalysator 235 können durch ein Abgasrohr miteinander gekoppelt sein. Im Allgemeinen enthält das im Abgasnachbehandlungssystem 200 behandelte und in die Atmosphäre freigesetzte Abgas folglich weniger Schadstoffe, beispielsweise Dieselpartikel, NO_x und Kohlenwasserstoffe, wie etwa Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, als unbehandeltes Abgas.
Der Oxidationskatalysator 210 kann einer der im Stand der Technik bekannten Durchfluss-Dieseloxidationskatalysatoren (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) sein. Im Allgemeinen ist der Oxidationskatalysator 210 dafür konfiguriert, mindestens einen Teil der Partikel, z. B. die lösliche organische Fraktion von Ruß, im Abgas zu oxidieren und unverbrannte Kohlenwasserstoffe und CO im Abgas zu weniger umweltschädlichen Verbindungen zu reduzieren. Beispielsweise kann der Oxidationskatalysator 210 die Kohlenwasserstoff- und CO-Konzentrationen im Abgas soweit verringern, dass die vorgeschriebenen Emissionsnormen erfüllt werden.
Der DPF 220 kann einer der im Stand der Technik bekannten Partikelfilter sein, die dafür konfiguriert sind, Partikelkonzentrationen, z. B. Ruß und Asche, im Abgas zu verringern, damit vorgeschriebene Emissionsnormen erfüllt werden. Der DPF 220 kann elektrisch an eine Steuerungsvorrichtung gekoppelt sein, die verschiedene Eigenschaften des DPF 220 steuert, beispielsweise den Zeitpunkt und die Dauer von Filterregenerationsphasen.
Das SCR-System 230 umfasst ein DEF-Zuführungssystem 232, das eine DEF-Quelle 233, eine Pumpe 236 und einen DEF-Zuführungsmechanismus 238 (z. B. einen Injektor) beinhaltet. Die DEF-Quelle 233 kann ein Behälter oder Tank sein, der DEF aufnehmen kann, wie etwa Ammoniak (NH₃) oder Harnstoff. Die DEF-Quelle 233 befindet sich in einer DEF-Zuführungsverbindung mit der Pumpe 236, die dafür konfiguriert ist, DEF von der DEF-Quelle zum DEF-Zuführungsmechanismus 238 zu pumpen. Der DEF-Zuführungsmechanismus 238 ist an das Abgasrohr an einer Stelle stromaufseitig der Zersetzungskammer 234 und stromabseitig des DPF 220 gekoppelt. Der Zuführungsmechanismus 238 beinhaltet einen Injektor, der selektiv steuerbar ist, um DEF 250 durch eine Einführungsöffnung oder -röhre des Injektors in die DEF-Zersetzungskammer 234 direkt in den Abgasstrom einzuspritzen.
In einigen Ausführungsformen ist die Dieselabgasflüssigkeit Harnstoff, der sich zersetzt, wenn er durch die Zersetzungskammer 234 fließt, wodurch Ammoniak entsteht. Das Ammoniak reagiert in Anwesenheit des SCR-Katalysators 235 mit NO_x, um NO_x zu weniger schädlichen Emissionen, wie etwa N₂ und H₂O, zu reduzieren. Die Fähigkeit des SCR-Katalysators 235, NO_x zu weniger schädlichen Emission zu reduzieren, ist weitgehend von der Fähigkeit der Dieselabgasflüssigkeit, sich zu Ammoniak zu zersetzen, abhängig.
Aus Sicherheitsgründen im Zusammenhang mit der Speicherung von gasförmigem Ammoniak wird Ammoniak typischerweise nicht direkt in das Abgas eingespritzt. Dementsprechend ist das Abgasnachbehandlungssystem 200 dafür ausgelegt, die Dieselabgasflüssigkeit oder das Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen, die bzw. das in der Lage ist, sich in Anwesenheit von Abgas unter bestimmten Bedingungen in gasförmiges Ammoniak zu zersetzen. Die von herkömmlichen Abgasnachbehandlungssystemen üblicherweise verwendete DEF ist eine Harnstoff-Wasser-Lösung.
Die Zersetzung von DEF in gasförmiges Ammoniak läuft im Allgemeinen in drei Stufen ab. Zuerst vermischt sich die DEF mit Abgas, und aus der DEF wird mittels eines Verdampfungsprozesses Wasser entfernt. Zweitens verursacht die Temperatur des Abgases einen durch Thermolyse induzierten Phasenwechsel in der DEF und eine Zersetzung der DEF in Isocyansäure (HNCO) und NH₃. Drittens reagiert die Isocyansäure in einem Hydrolyseprozess unter bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen mit Wasser, wobei sie sich in Ammoniak und Kohlendioxid (CO₂) zersetzt. Das gasförmige Ammoniak wird dann an der Einlassfläche des SCR-Katalysators 235 eingeführt, strömt durch den Katalysator und wird im NO_x-Reduktionsprozess verbraucht. Nicht verbrauchtes Ammoniak, das aus dem SCR-System austritt, kann mittels eines Ammoniakoxidationskatalysators zu N₂ und anderen weniger schädlichen oder weniger giftigen Bestandteilen reduziert werden.
Der Zuführungsmechanismus 238 spritzt DEF in die Zersetzungskammer 234 ein. Bei der Einspritzung in den Abgasstrom wird die eingespritzte DEF durch den Abgasstrom erwärmt, wodurch die Zersetzung von DEF in Ammoniak ausgelöst wird. Wenn die DEF- und Abgasmischung durch die Zersetzungskammer strömt, vermischt sich die DEF weiter mit dem Abgas, bevor es in den SCR-Katalysator 235 eintritt. Wie nachfolgend beschrieben, ermöglicht die Konfiguration der Zersetzungskammer 234, dass sich die DEF so ausreichend zersetzt und mit dem Abgas vermischt, bevor sie in den SCR-Katalysator 235 eintritt, dass eine genügend gleichmäßige Verteilung von Ammoniak auf der Einlassfläche des SCR-Katalysators 235 bereitgestellt wird.
2 zeigt eine Ausführungsform des Systems 200 für die Behandlung von Abgasen. Das System 200 ist so konfiguriert, dass in einem Fahrzeug ein möglichst kleiner Längsraum belegt wird. Die Längsachse ist, Bezug nehmend auf 2, durch den Richtungspfeil 262 dargestellt. Das System 200 hält den Längsraumverbrauch in einem Fahrzeug gering, indem der SCR-Katalysator 235 auf dem DPF 220 gelagert ist. Abgas tritt in den DPF 220 ein und strömt in einer von den Richtungspfeilen 268 angezeigten Richtung weiter. Indem das Gas in einer ersten Längsrichtung durch den DPF 220 und anschließend in einer zweiten parallelen, aber entgegengesetzten Richtung durch den SCR-Katalysator 235 geleitet wird, wahrt das System 200 eine ausreichend große Strecke für die Behandlung des Abgases, während der insgesamt vom System 200 belegte Längsraum verringert wird.
Eine Abdeckung 270 ist am System 200 befestigt und umhüllt eine Auslassöffnung 272 und eine Einlassöffnung 274 der Zersetzungskammer 234. Die Abdeckung 270 bildet eine Kammer, die den DPF 220 und die Zersetzungskammer 234 strömungstechnisch koppelt. Anders gesagt, den DPF 220 durchströmendes Abgas strömt durch die von der Abdeckung 270 geschaffene Kammer zur Einlassöffnung 274 der Zersetzungskammer 234. Ein Gehäuse (nicht dargestellt) leitet das Abgas von der Zersetzungskammer 234 in mindestens einen SCR-Katalysator 235. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das System 200 mehrere SCR-Katalysatoren 235. Die SCR-Katalysatoren 235 weisen in einer Ausführungsform ähnliche Abmessungen auf wie ein traditioneller Pkw-SCR-Katalysator. Beispielsweise kann jeder SCR-Katalysator 235 einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 6 in und eine Länge im Bereich von 9 bis 12 in aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Summe der Querschnittsflächen der SCR-Katalysatoren 235 im Wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des DPF 220. In einer weiteren Ausführungsform ist die Summe der Mengendurchsätze der SCR-Katalysatoren 235 im Wesentlichen gleich dem Mengendurchsatz des DPF 220. Anders formuliert, das System 200 umfasst eine Menge von SCR-Katalysatoren 235, die in der Lage sind, einen Abgasdurchsatz und -druck gleich dem DPF 220 aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen wird dies mit einem einzigen SCR-Katalysator 235 erreicht, dessen Durchmesser ausreicht, um den angeführten Abgasdurchsatz aufrechtzuerhalten. In einer anderen Ausführungsform werden der Abgasdurchsatz und -druck mit einer Anordnung von SCR-Katalysatoren 235 aufrechterhalten, die zusammen den Abgasdurchsatz und -druck des DPF 220 aufrechterhalten können.
Die Zersetzungskammer 234 ist so geformt, dass sie einen Einlasskanal, der strömungstechnisch mit der Einlassöffnung 274 gekoppelt ist, und einen Auslasskanal, der strömungstechnisch mit dem Einlasskanal gekoppelt ist, aufweist. Der Einlasskanal und der Auslasskanal werden unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 eingehender beschrieben.
3 zeigt eine andere Ausführungsform des Systems 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das System 200 umfasst, wie oben beschrieben, ein Gehäuse 302, das den DPF und die SCR-Katalysatoren 235 umschließt. Der DPF 220 ist, wie dargestellt, mit einem Auslass 304 geformt, der durch das Gehäuse 302 verläuft. Die Abdeckung 270 ist abnehmbar an das Gehäuse 302 gekoppelt und schafft eine Abdichtung, die verhindert, dass Abgase entweichen. Abgase strömen in eine Kammer, die durch die Abdeckung vom Auslass 304 des DPF bis zum Einlass 274 der Zersetzungskammer 234 gebildet wird. Die Kammer wird durch innere Oberflächen der Abdeckung 270 und das Gehäuse 302 gebildet. Das Abgas durchströmt die Kammer und in die Öffnung 274 der Zersetzungskammer 234.
In einer Ausführungsform ist die Zersetzungskammer 234 abnehmbar an das Gehäuse 302 gekoppelt. Die Zersetzungskammer 234 ist mittels eines Befestigungselements (nicht dargestellt) an das Gehäuse 302 gekoppelt. Beispielsweise kann die Zersetzungskammer 234 mittels Schrauben, Bolzen usw. befestigt sein.
In einer anderen Ausführungsform ist die Zersetzungskammer 234 fest an das Gehäuse 302 gekoppelt. Beispielsweise kann die Zersetzungskammer 234 am Gehäuse 302 angeschweißt sein.
In einer anderen Ausführungsform ist die Zersetzungskammer 234 mit dem Gehäuse als Einheit ausgebildet.
Eine Öffnung 306 im Gehäuse 302 kann ein Profil aufweisen, das einem äußeren Profil der Zersetzungskammer 234 entspricht. Die Öffnung 306 im Gehäuse 302 ist so konfiguriert, dass sie eine Auslassoberfläche der Zersetzungskammer aufnimmt, die unter Bezugnahme auf 5 eingehender beschrieben wird. Die Öffnung 306 ist so angeordnet und konfiguriert, dass das Abgas von der Zersetzungskammer 234 bis zu den SCR-Katalysatoren 235 strömen kann. Die SCR-Katalysatoren 235 können, wie dargestellt, ein kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen. In einer Ausführungsform sind die SCR-Katalysatoren 235 radial, mit einer ersten Schicht (SCR-Katalysator 235a) über und neben dem DPF 220 angeordnet. Eine zweite Schicht von SCR-Katalysatoren 235b kann in einer kompakten Anordnung über der ersten Schicht von SCR-Katalysatoren 235 angeordnet sein. Zusammen sind die Bündel von SCR-Katalysatoren 235a, 235b so konfiguriert, dass der Durchsatz des Abgases vom DPF 220 aufrechterhalten wird.
4 zeigt eine Ausführungsform der Zersetzungskammer 234 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Zersetzungskammer 234 ist in einer Ausführungsform eine im Wesentlichen rechteckige Vorrichtung, die eine Vielzahl von Öffnungen 402 auf einer Einlassseite 404 zur Aufnahme von Abgas und eine Vielzahl von Öffnungen 406 auf einer gegenüberliegenden Auslassseite 408 für den Auslass des Abgases aufweist. Der Klarheit und Einfachheit halber ist in 4 nur eine repräsentative Öffnung der Vielzahl von Öffnungen 402, 406 nummeriert.
Die Zersetzungskammer 234 wird aus einer Einlassabdeckung 410, einer Auslassabdeckung 412 und einer Trägerplatte 414, die zwischen der Einlassabdeckung 410 und der Auslassabdeckung 412 angeordnet ist, gebildet. Die Trägerplatte 414 kann Montageöffnungen 416 zur Aufnahme eines Befestigungselements und Kopplung der Zersetzungskammer 234 an das Gehäuse, wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, umfassen. Die Trägerplatte 414 bildet darüber hinaus eine Abgrenzung zwischen der Einlassseite 404 und der Auslassseite 408.
In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Löchern 406 der Auslassabdeckung 412 in einem Gittermuster angeordnet. Das Gittermuster kann wie dargestellt aussehen, oder die Vielzahl von Gitteröffnungen 406 kann alternativ senkrecht und waagerecht angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Vielzahl von Öffnungen 406 in einem Muster angeordnet sein, das auf dem Querschnittsprofil einer einzelnen Öffnung beruht. Anders gesagt, wenn das Querschnittsprofil der einzelnen Öffnung 406 ein Sechseck ist, kann das entsprechende Gittermuster einer Honigwabenstruktur ähneln. In einer Ausführungsform liegt der Rasterabstand 418 im Gittermuster im Bereich von etwa 0,5 bis 0,75 in. Der Begriff Rasterabstand bezieht sich auf den Abstand zwischen aufeinanderfolgenden entsprechenden Punkten im Gittermuster. Anders ausgedrückt, der Begriff Rasterabstand bezieht sich darauf, wie oft sich das Muster wiederholt. Jede Öffnung in der Auslassabdeckung 412 kann einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,2 bis 0,3 in aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform weist jede Öffnung 406 ein nicht kreisförmiges Querschnittsprofil auf. In dieser Ausführungsform kann jede Öffnung 406 der Auslassabdeckung 412 eine Querschnittsfläche ähnlich der Querschnittsfläche einer kreisförmigen Öffnung mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 0,2 bis 0,3 Zoll aufweisen.
Die Öffnungen 406 der Auslassabdeckung 412 können jeweils eine einheitliche Querschnittsfläche aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform variiert die Querschnittsfläche der Öffnungen 406 entsprechend der Lage der Öffnung in der Auslassabdeckung 412. Beispielsweise können näher an einem ersten Ende 430 der Auslassabdeckung 412 gelegene Öffnungen 406 eine Querschnittsfläche aufweisen, die kleiner ist als bei Öffnungen 406, die näher an einem zweiten Ende 432 der Auslassabdeckung 412 liegen, oder umgekehrt.
Die Konfiguration (z. B. Menge, Größe, Muster usw.) der Öffnungen 406 kann sich nach der Konfiguration (z. B. Menge, Größe, Muster usw.) der SCR-Katalysatoren richten, um eine verhältnismäßig gleichmäßige Verteilung von DEF und Abgas an den Einlässen der SCR-Katalysatoren bereitzustellen.
In einer Ausführungsform ist die Einlassabdeckung 410 mit einer Einlassöffnung 420 ausgebildet. Die Einlassöffnung 420 ist an einem Ende der Einlassabdeckung 410 ausgebildet und ermöglicht das Eindringen eines DEF-Sprühnebels von einem DEF-Injektor. Ein, allerdings nicht dargestelltes, DEF-Sprühröhrchen kann an der Einlassabdeckung 410 über der Einlassöffnung 420 befestigt sein, um den Strom von Abgas durch die Einlassöffnung 420 einzuschränken, aber den Strom von eingespritzter DEF durch die Einlassöffnung 420 in den Einlasskanal der Zersetzungskammer 234 zuzulassen.
In einer anderen Ausführungsform ist die Einlassabdeckung 410 mit der Einlassöffnung 420 und einer Vielzahl kleinerer, um die Einlassöffnung 420 herum angeordneter Öffnungen 402 ausgebildet. In einem Beispiel sind die kleineren Öffnungen 402 von ähnlicher Größe wie die Öffnungen 406 der Auslassabdeckung 412. Durch die Vielzahl von kleineren Öffnungen 402 tritt Abgas in den Einlasskanal der Zersetzungskammer 234 ein.
5 zeigt eine andere Ausführungsform der Zersetzungskammer 234. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Zersetzungskammer 234 aus drei gesonderten Teilen, der Einlassabdeckung 410, der Trägerplatte 414 und der Auslassabdeckung 412. Die Einlassabdeckung 410, die Trägerplatte 414 und die Auslassabdeckung 412 können jeweils aus gestanztem Metall wie Stahl oder Aluminium bestehen. Das Material für die Zersetzungskammer 234 wird so gewählt, dass es chemisch beständig gegenüber der toxischen Umgebung des Abgases ist.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Zersetzungskammer 234 aus einem chemisch beständigen Polymer oder einem anderen Verbundwerkstoff.
Die Einlassabdeckung 410 und die Auslassabdeckung 412 können an der Trägerplatte 414 befestigt werden, um die Zersetzungskammer 234 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Einlassabdeckung 410 abnehmbar, um Reparaturen oder den Austausch der Einlassabdeckung 410 zu erleichtern. Ebenso kann die Auslassabdeckung 412 abnehmbar sein. In einer alternativen Ausführungsform sind die Einlassabdeckung 410 und die Auslassabdeckung 412 als einheitliche Vorrichtung mit der Trägerplatte 414 ausgebildet.
Die Trägerplatte 414 bildet mit der Einlassabdeckung 410 einen Einlasskanal 502 und mit der Auslassabdeckung 412 einen Auslasskanal 504, die beide unter Bezugnahme auf 6 weiter unten eingehender beschrieben werden. Die Trägerplatte 414 ist mit einem gebogenen Bereich 506 und einer Öffnung 508 ausgebildet. Der gebogene Bereich 506 leitet den Abgasstrom in den Einlasskanal 502 hin zur Öffnung 508. Die Öffnung 508 bildet einen Durchgang zwischen dem Einlasskanal 502 und dem Auslasskanal 504.
Ein entsprechender gebogener Bereich 510 kann in der Einlassabdeckung 410 ausgebildet sein, um den Abgasstrom hin zum Auslasskanal 504 zu drängen bzw. zu leiten. In einer alternativen Ausführungsform wird der Fachmann erkennen, dass in der Auslassabdeckung 412 ein ähnlicher gebogener Bereich ausgebildet sein kann, um den Abgasstrom zu leiten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Trägerplatte 414 einen Abgasstromablenker 512. In der dargestellten Ausführungsform besteht der Ablenker 512 aus einem gerollten Bogen eines Materials, der einer Träne ähnelt. In alternativen Ausführungsformen kann der Ablenker 512 in jeder Gestalt geformt sein, die den Abgasstrom in den gebogenen Bereich 510 der Einlassabdeckung 410 leitet. Zusammen leiten der Ablenker 512 und der gebogene Bereich 510 den Abgasstrom aus dem Einlasskanal 502 durch die Öffnung 508 hindurch und in den Auslasskanal 504.
6 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts des Systems 200 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Üblicherweise kann sich die eingespritzte Dieselabgasflüssigkeit aufgrund lokal begrenzter Abgasrückführung, Niedrigtemperaturbereichen von Abgas, schlechter Mischung von Dieselabgasflüssigkeit und Abgas oder ungünstiger Tröpfchengröße der eingespritzten Dieselabgasflüssigkeit nicht vollständig zu Ammoniak zersetzen. Bisweilen bildet eingespritzte Dieselabgasflüssigkeit feste Ablagerungen an den Innenwänden eines Abgassystems. Feste DEF-Ablagerungen können die Leistung des Motors und des Abgasbehandlungssystems nachteilig beeinflussen. Vorteilhafterweise überwindet die Zersetzungskammer 234, wie unter Bezugnahme auf 6 erörtert werden wird, diese Mängel. Im gesamten System 200 sind Richtungspfeile eingezeichnet, um die Richtung des Abgasstroms anzuzeigen.
Wie oben beschrieben, umfasst das System 200 die am Gehäuse 302 angebrachte Abdeckung 270. Innerhalb der Abdeckung 270 vorgesehen und an das Gehäuse 302 gekoppelt ist die Zersetzungskammer 234. Innerhalb des Gehäuses vorgesehen sind der DPF 220 (hier nicht sichtbar) und die SCR-Katalysatoren 235a, 235b (wobei die SCR-Katalysatoren 235a neben dem DPF 220 und die SCR-Katalysatoren 235b über den Katalysatoren 235a angeordnet sind). Der SCR-Katalysator 235 kann einer von verschiedenen, aus dem Stand der Technik bekannten Katalysatoren sein. In einigen Ausführungsformen beispielsweise ist der SCR-Katalysator 235 ein Katalysator auf der Basis von Vanadium, und in anderen Umsetzungsformen ist der SCR-Katalysator ein Katalysator auf der Basis von Zeolith, wie etwa ein Cu-Zeolith- oder ein Fe-Zeolith-Katalysator. In einer Ausführungsform sind die SCR-Katalysatoren 235a, 235b koaxial angeordnet und umfassen auf derselben Ebene liegende Einlässe (siehe beispielsweise 3).
Die Abdeckung 270 leitet den Abgasstrom vom DPF 220 zur Zersetzungskammer 234. Die Abdeckung 270 umhüllt die Zersetzungskammer 234, und infolgedessen zirkuliert Abgas rund um die Außenseite der Zersetzungskammer 234, bevor es die Einlassöffnung 420 erreicht. Dementsprechend wird die Zersetzungskammer 234 bei der gleichen Temperatur wie das Abgas gehalten und es treten keine Niedrigtemperaturbereiche auf. So verhindert die Zersetzungskammer 234 vorteilhafterweise die Bildung fester DEF-Ablagerungen.
In einer Ausführungsform ist ein DEF-Injektor 602 an die Zersetzungskammer 234 nahe der Einlassöffnung 420 gekoppelt. Wie oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, spritzt der DEF-Injektor 602 Dieselabgasflüssigkeit (DEF) in den Abgasstrom. Die Zersetzungskammer 234 stellt nichtkreisförmige Einlass- und Auslasskanäle 502, 504 für die Zersetzung von DEF zu Ammoniak bereit. Die Trägerplatte 414 fungiert als Verteilerplatte, um sowohl den hohen Rückdruck (durch Erhöhung der Querschnittsfläche des Abgasstrompfades) als auch die gleichmäßige Verteilung des Abgasstroms auf mehrere SCR-Katalysatoren 235a, 235b zu gewährleisten.
In einer Ausführungsform wird der Einlasskanal 502 durch eine innere Oberfläche der Einlassabdeckung 410 und eine Oberfläche der Trägerplatte 414 gebildet. Der Einlasskanal 502 kann mit einer konvergierenden Querschnittsfläche ausgebildet sein. Anders ausgeführt, die Querschnittsfläche des Einlasskanals 502 ist an der Einlassöffnung 420 größer als am Durchgang 508. Die Verringerung der Querschnittsfläche führt dazu, dass der Abgasdurchsatz leicht ansteigt und der Abgasdruck lokal begrenzt sinkt, und durch beides nimmt die Mischung von DEF aus dem Injektor 602 mit Abgas zu. Das Volumen der Einlasskammer 502 wird so ausgewählt, dass unter allen Bedingungen für das System 200 reichlich Raum für DEF zur Verfügung steht.
Die Auslasskammer 504 ist neben der Einlasskammer 502 angeordnet und leitet das Abgas so, dass es im Allgemeinen parallel, aber entgegengesetzt zur Abgasstromrichtung der Einlasskammer strömt. Die Auslasskammer 504 wird aus einer Oberfläche der Trägerplatte 414 und der Auslassabdeckung 412 gebildet. Wie oben unter Bezugnahme auf den Einlasskanal 502 beschrieben, konvergiert die Querschnittsfläche der Auslasskammer 504 außerdem. Durch die konvergierende Querschnittsfläche wird der Abgasstrom gleichmäßig über die perforierte Auslassabdeckung 412 verteilt. Infolgedessen strömt das Abgas gleichmäßig in die einzelnen SCR-Katalysatoren 235a, 235b und letztlich in das Auspuffrohr 610 des Fahrzeugs.
In der vorstehenden Beschreibung werden unter Umständen bestimmte Begriffe wie „nach oben”, „nach unten”, „obere”, „untere”, „horizontale”, „vertikale”, „linke”, „rechte” und dergleichen verwendet. Diese Begriffe werden gegebenenfalls verwendet, damit die Beschreibung etwas verständlicher wird, wenn es um relative Beziehungen geht. Diese Begriffe sagen allerdings nichts über absolute Beziehungen, Positionen und/oder Ausrichtungen aus. So kann beispielsweise eine „obere” Oberfläche bei einem Gegenstand eine „untere” Oberfläche werden, indem man den Gegenstand einfach umdreht. Der Gegenstand ist jedoch immer noch derselbe. Weiterhin bedeuten die Begriffe „beinhalten”, „umfassen”, „aufweisen” und Variationen davon „einschließlich, aber nicht beschränkt auf”, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Eine Aufzählungsliste von Gegenständen bedeutet nicht, dass einige oder alle aufgezählten Gegenstände einander ausschließen und/oder einschließen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die Begriffe „einer” und „der” bedeuten auch „einer oder mehrere”, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Des Weiteren kann der Begriff „Vielzahl” als „mindestens zwei” definiert werden.
Darüber hinaus können Beispiele in dieser Schrift, bei denen ein Element an ein anderes Element „gekoppelt” ist, eine direkte und indirekte Kopplung beinhalten. Eine direkte Kopplung kann so definiert sein, dass ein Element an ein anderes Element gekoppelt ist und in einem gewissen Kontakt mit diesem steht. Eine indirekte Kopplung kann als Kopplung zwischen zwei Elementen definiert werden, die keinen direkten Kontakt miteinander haben, sondern bei denen sich zwischen den gekoppelten Elementen eines oder mehrere zusätzliche Elemente befinden. Ferner kann der Begriff des Befestigens eines Elements an einem anderen Element, wie er hier verwendet wird, eine direkte Befestigung und eine indirekte Befestigung einschließen. Außerdem beinhaltet der Begriff „neben”, wie er hier verwendet wird, nicht notwendigerweise einen Kontakt. Beispielsweise kann sich ein Element neben einem anderen Element befinden, ohne mit diesem Element Kontakt zu haben.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert sein, ohne dass von seinem Wesen oder wesentlichen Eigenschaften abgewichen wird. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten. Der Schutzumfang des Gegenstands wird somit nicht durch die oben stehenden Beschreibungen, sondern durch die beigefügten Ansprüche angegeben. Alle Änderungen, die im Rahmen der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche auftreten, sind in ihrem Schutzbereich inbegriffen.

Claims

Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe umfassend eine Auslassabdeckung, eine an die Auslassabdeckung gekoppelte Einlassabdeckung und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte, wobei die Trägerplatte mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal bildet, wobei der Einlasskanal strömungstechnisch an den Auslasskanal angekoppelt ist und wobei sich der Einlasskanal neben dem Auslasskanal befindet.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweist, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Einlasskanal durchströmt, und/oder dass der Auslasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweist, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie den Auslasskanal durchströmt.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ende der Einlassabdeckung oder ein erstes Ende der Auslassabdeckung eine Flüssigkeitsleitvorrichtung zum Ändern der Richtung des Flüssigkeitsstroms einer Flüssigkeit zwischen dem Einlasskanal und dem Auslasskanal bildet.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitten gebildet ist, wobei jeder der mindestens zwei nichtplanaren Abschnitte eine erste Oberfläche, die Teil des Einlasskanals ist, und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche, die Teil des Auslasskanals ist, aufweist, wobei, vorzugsweise, die mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitte so angeordnet sind, dass sie im Auslasskanal einen ersten Bereich, der ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweist, und einen zweiten Bereich, der ein divergierendes Querschnittsprofil aufweist, bilden.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassabdeckung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die in einem Gittermuster ausgeformt sind, wobei, vorzugsweise, die Vielzahl von Öffnungen jeweils einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,2 bis 0,3 in aufweisen und das Gittermuster einen Rasterabstand im Bereich von etwa 0,5 bis 0,75 in aufweist.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassabdeckung eine Einlassöffnung umfasst, die strömungstechnisch an eine Kammer angekoppelt ist, die von einer äußeren Abdeckung und der Einlassabdeckung gebildet ist, wobei die Kammer die Einlassöffnung strömungstechnisch mit einem Dieselpartikelfilter koppelt, wobei, vorzugsweise, die äußere Abdeckung so konfiguriert ist, dass sie die interne Abdeckung einhüllt und eine Flüssigkeit um mindestens einen Abschnitt einer äußeren Oberfläche der Einlassabdeckung herumleitet, so dass mindestens ein Abschnitt der Einlassabdeckung bei einer Temperatur gehalten wird, die im Wesentlichen der Temperatur von Flüssigkeit im Inneren der Kammer entspricht.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal und der Auslasskanal jeweils ein nicht kreisförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Dieselabgasflüssigkeitsinjektor aufweist, gekoppelt mit der Einlassabdeckung, um eine Dieselabgasflüssigkeit in den Einlasskanal einzuspritzen.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassabdeckung eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die in der Einlassabdeckung ein Gittermuster bilden, wobei alle Öffnungen jeweils im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche aufweisen, wobei, vorzugsweise, die Einlassabdeckung ferner eine nicht kreisförmige Öffnung umfasst, die eine Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als die einer Öffnung der Vielzahl von Öffnungen.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassabdeckung eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die ein Gittermuster bilden, das sich von einem ersten Ende der Auslassabdeckung bis zu einem zweiten Ende der Auslassabdeckung erstreckt, und dass eine Querschnittsfläche jeder einzelnen Öffnung der Vielzahl von Öffnungen nach der Nähe zum ersten Ende im Gittermuster ausgewählt wird.
Abgasnachbehandlungssystem, umfassend ein Gehäuse, das einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass aufweist, wobei das Gehäuse so konfiguriert ist, dass es einen Dieselpartikelfilter (DPF) und mindestens einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (Selective Catalytic Reduction, SCR) umgibt und dass es einen Strom von Abgas durch den DPF und die SCR leitet, wobei der DPF strömungstechnisch an den Abgaseinlass angekoppelt und so konfiguriert ist, dass er den Strom von Abgas in eine erste Richtung leitet, eine Zersetzungskammer für Dieselabgasflüssigkeit (Diesel Exhaust Fluid, DEF), die abnehmbar am Gehäuse angebracht ist und sich in Flüssigkeitsverbindung mit dem DPF befindet, wobei die Zersetzungskammer zwischen dem DPF und der SCR angeordnet ist, wobei die Zersetzungskammer umfasst eine Einlassabdeckung, die an eine Auslassabdeckung gekoppelt ist, und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte, wobei die Trägerplatte mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal bildet, wobei der Einlasskanal strömungstechnisch an den Auslasskanal angekoppelt ist und wobei der Einlasskanal neben dem Auslasskanal liegt.
Abgasnachbehandlungssystem von Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweist, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den Einlasskanal strömt und/oder dass der Auslasskanal ein konvergierendes Querschnittsprofil aufweist, wodurch sich die Geschwindigkeit einer Flüssigkeit erhöht, wenn sie durch den Auslasskanal strömt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus mindestens zwei gekoppelten nichtplanaren Abschnitten gebildet ist, wobei jeder der mindestens zwei nichtplanaren Abschnitte eine erste Oberfläche, die Teil des Einlasskanals ist, und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche, die Teil des Auslasskanals ist, aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von SCR-Katalysatoren vorgesehen sind, die jeweils eine Einlassoberfläche umfassen, wobei die DEF-Zersetzungskammer so konfiguriert ist, dass sie eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung von DEF und Abgas an den Einlassoberflächen der Vielzahl von SCR-Katalysatoren bereitstellt.
Dieselabgasflüssigkeitszersetzungsbaugruppe umfassend eine Auslassabdeckung, eine an die Auslassabdeckung gekoppelte Einlassabdeckung; und eine zwischen der Auslassabdeckung und der Einlassabdeckung angeordnete Trägerplatte, wobei die Trägerplatte mit der Auslassabdeckung einen Auslasskanal zur Lenkung eines Abgasstroms in eine erste Richtung und mit der Einlassabdeckung einen Einlasskanal zur Lenkung des Abgasstroms in eine zweite Richtung, die parallel, aber entgegengesetzt zur ersten Richtung verläuft, bildet.