DE102015009398A1

DE102015009398A1 - Ammoniakerzeugungssystem für ein SCR-System

Info

Publication number: DE102015009398A1
Application number: DE102015009398.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew Morgan Myer; Stephen M. Holl; Omkar Tendolkar; John D. Crofts; Samuel Johnson; Ambarish D. Khot
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-07-18
Publication date: 2016-03-17
Also published as: US20160076420A1; US9353665B2

Abstract

Ein System, das eine Reduktionsmittelquelle (116), die Reduktionsmittel speichert, ein Ammoniakerzeugungssystem (216), das ausgestaltet ist, um gasförmiges Ammoniak mittels Kavitation zu erzeugen, und eine Zufuhreinrichtung (210) für gasförmiges Ammoniak in Fluidkommunikation mit dem Ammoniakerzeugungssystem (216) und einem Abgassystem (190) beinhaltet. Das System kann das Ammoniakerzeugungssystem (216) unter Ansprechen darauf, dass eine ermittelte Temperatur eines Abgases eines Abgassystems (190) gleich oder unter einem vorbestimmten Wert ist, selektiv aktivieren. Das Ammoniakerzeugungssystem (216) kann Ultraschallkavitation oder laserinduzierte Kavitation verwenden, um unter Ansprechen darauf, dass die Temperatur des Abgases des Abgassystems (190) gleich oder unter dem vorbestimmten Wert ist, gasförmiges Ammoniak zu erzeugen, das dem Abgassystem (190) zuzuführen ist. Wenn die Temperatur des Abgases des Abgassystems (190) über dem vorbestimmten Wert ist, kann ein Dosiermodul (112) zum Dosieren von Reduktionsmittel In das Abgassystem (190) aktiviert werden.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Nachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Anmeldung Ammoniakerzeugungssysteme für SCR-Nachbehandlungssysteme.
Konkret betrifft die Erfindung ein System, das ein Abgassystem und eine Reduktionsmittelquelle umfasst, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Modul gemäß Anspruch 6. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch ein Arbeitsverfahren gemäß Anspruch 9.
Bei Verbrennungsmotoren, wie z. B. Dieselmotoren, können Stickstoffoxid-(NO_x)-Verbindungen im Abgas emittiert werden. Zur Reduzierung von NO_x-Emissionen kann ein Prozess der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) implementiert werden, um die NO_x-Verbindungen mithilfe eines Katalysators und eines Reduktionsmittels in neutralere Verbindungen, wie z. B. zweiatomigen Stickstoff, Wasser oder Kohlenstoffdioxid, umzuwandeln. Der Katalysator kann in einer Katalysatorkammer eines Abgassystems, wie z. B. desjenigen eines Fahrzeugs oder einer Stromerzeugungseinheit, enthalten sein. Typischerweise wird ein Reduktionsmittel, wie z. B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, vor der Katalysatorkammer in den Abgasstrom eingeleitet. Um das Reduktionsmittel für den SCR-Prozess in den Abgasstrom einzuleiten, kann ein SCR-System das Reduktionsmittel durch ein Dosiermodul eindosieren oder auf eine andere Weise einleiten, welches das Reduktionsmittel in ein Abgasrohr des Abgassystems stromaufwärts von der Katalysatorkammer verdampft oder sprüht. In einigen Fällen kann das Reduktionsmittel in gasförmiges Ammoniak umgewandelt werden, bevor es in ein Abgasrohr des Abgassystems dosiert wird. Das heißt, dass es in einigen Situationen bevorzugt sein kann, Reduktionsmittel, bevor es in das Abgasrohr dosiert wird, in Ammoniak umzuwandeln, wie z. B. unter den Bedingungen eines kalten Abgassystems.
Nach Anspruch 1 betrifft die Erfindung ein System, das ein Abgassystem mit einem SCR-Katalysator, eine Reduktionsmittelquelle, die Reduktionsmittel speichert, und ein Ammoniakerzeugungssystem beinhaltet, das ausgestaltet ist, um gasförmiges Ammoniak mittels Kavitation zu erzeugen. Das Ammoniakerzeugungssystem kann in Fluidkommunikation mit der Reduktionsmittelquelle sein.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Systems sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.
Anspruch 6 betrifft eine Vorrichtung, die ein erstes Modul beinhaltet, das ausgestaltet ist, um Daten, welche eine Temperatur eines Abgases eines Abgassystems anzeigen, von einem Temperaturfühler aufzunehmen und zu bestimmen, ob die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter einem vorbestimmten Wert sind. Die Vorrichtung beinhaltet ein zweites Modul, das ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen des ersten Moduls, dass die Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, ein Ammoniakerzeugungssystem zu aktivieren, um Ammoniak mittels Kavitation zu produzieren.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung des Anspruchs 6 sind Gegenstand der Ansprüche 7 und 8.
Anspruch 9 betrifft ein Verfahren, das das Empfangen von Daten, die eine Temperatur eines Abgases eines Abgassystems anzeigen, von einem Temperaturfühler beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet auch das Bestimmen, ob die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter einem vorbestimmten Wert sind. Das Verfahren beinhaltet ferner unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, das selektive Aktivieren eines Ammoniakerzeugungssystems, das ausgestaltet ist, um Ammoniak mittels Kavitation zu erzeugen, oder unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, über dem vorbestimmten Wert sind, das selektive Aktivieren eines Dosiermoduls.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 9 sind Gegenstand des Anspruchs 10.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen sind in den begleitenden Zeichnungen und der unten stehenden Beschreibung dargelegt. Sonstige Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der Offenbarung werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich, in denen:
1 ein schematisches Blockdiagramm eines Systems der selektiven katalytischen Reduktion ist, welches ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem für ein Abgassystem aufweist;
2 ein Blockdiagramm einer Implementierung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems ist, welches ein Ammoniakerzeugungssystem aufweist;
3 ein Blockdiagramm einer weiteren Implementierung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems ist, welches ein Ammoniakerzeugungssystem aufweist;
4 ein Blockdiagramm einer noch weiteren Implementierung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems ist, welches ein Ammoniakerzeugungssystem aufweist;
5 eine Aufrissansicht einer Implementierung einer Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak ist, die mehrere Leitkanäle und Prallbleche aufweist; und
6 ein Blockdiagramm einer Implementierung eines beispielhaften Prozesses zum Aktivieren eines Ammoniakerzeugungssystem ist.
Es versteht sich, dass einige oder alle Figuren schematische Darstellungen zum Zwecke der Veranschaulichung sind. Die Figuren werden zum Zwecke der Veranschaulichung einer oder mehrerer Implementierungen mit dem ausdrücklichen Einvernehmen bereitgestellt, dass sie nicht benutzt werden, um den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche einzuschränken.
Die verschiedenen Konzepte, die oben vorgestellt und unten ausführlicher erörtert werden, können in vielfältiger Weise implementiert werden, da die beschriebenen Konzepte nicht auf eine bestimmte Implementierungsweise beschränkt sind. Beispiele spezifischer Implementierungen und Anwendungen werden hauptsächlich zu veranschaulichenden Zwecken bereitgestellt.
I. Übersicht
In Abgassystemen mit SCR-Systemen können unterschiedliche Ausgestaltungen von Dosiermodulen und/oder Abgasrohren verwendet werden. Beispielsweise können luftunterstützte oder luftlose Dosiermodule verwendet werden. Um das Reduktionsmittel für den SCR-Prozess in den Abgasstrom einzuleiten, kann ein SCR-System das Reduktionsmittel durch ein Dosiermodul eindosieren oder auf eine andere Weise einleiten, welches das Reduktionsmittel in ein Abgasrohr des Abgassystems stromaufwärts von der Katalysatorkammer verdampft oder sprüht. In einigen Fällen kann das Reduktionsmittel in gasförmiges Ammoniak umgewandelt werden, bevor es in ein Abgasrohr des Abgassystems dosiert wird. Das heißt, dass es in einigen Situationen bevorzugt sein kann, Reduktionsmittel, bevor es in das Abgasrohr dosiert wird, in Ammoniak umzuwandeln, wie z. B. unter den Bedingungen eines kalten Abgassystems. Ein Ammoniakerzeugungssystem kann benutzt werden, das gasförmiges Ammoniak mittels Kavitation erzeugt. Das gasförmige Ammoniak kann mittels Ultraschallkavitation oder laserinduzierter Kavitation erzeugt werden.
II. Übersicht über das Nachbehandlungssystem
1 bildet ein Nachbehandlungssystem 100 ab, welches ein beispielhaftes Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 110 für ein Abgassystem 190 aufweist. Das Nachbehandlungssystem 100 beinhaltet einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102, das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 110, eine Zersetzungskammer bzw. -reaktor 104 und einen SCR-Katalysator 106.
Der DPF 102 ist zum Entfernen von Feststoffpartikeln wie Ruß aus dem Abgas ausgestaltet, welches in dem Abgassystem 190 strömt. Der DPF 102 beinhaltet einen Einlass, in dem das Abgas aufgenommen wird, und einen Auslass, aus dem das Abgas austritt, nachdem die Feststoffpartikeln im Wesentlichen aus dem Abgas herausgefiltert und/oder die Feststoffpartikeln in Kohlenstoffdioxid umgewandelt sind.
Die Zersetzungskammer 104 ist zum Umwandeln eines Reduktionsmittels, wie z. B. Harnstoff, wässriges Ammoniak oder Dieselabgasfluid (Diesel Exhaust Fluid, DEF), in Ammoniak ausgestaltet. Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 110, welches ein Dosiermodul 112 aufweist, welches zum Dosieren des Reduktionsmittels in die Zersetzungskammer 104 ausgestaltet ist. In einigen Implementierungen wird der Harnstoff, das wässrige Ammoniak oder das DEF stromaufwärts vom SCR-Katalysator 106 eingespritzt. Die Reduktionsmitteltröpfchen durchlaufen anschließend die Prozesse von Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak innerhalb des Abgassystems 190 zu bilden. Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet einen Einlass, der mit dem DPF 102 in Fluidkommunikation steht, um das Abgas aufzunehmen, welches NO_x-Emissionen enthält, und einen Auslass für das Abgas, NO_x-Emissionen, Ammoniak und/oder restliches Reduktionsmittel, um zu dem SCR-Katalysator 106 zu strömen.
Die Zersetzungskammer 104 beinhaltet das Dosiermodul 112, welches so an der Zersetzungskammer 104 angebracht ist, dass das Dosiermodul 112 ein Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff, wässriges Ammoniak oder DEF, in die Abgase dosieren kann, die in dem Abgassystem 190 strömen. Das Dosiermodul 112 kann einen Isolator 114 beinhalten, der zwischen einem Teil des Dosiermoduls 112 und dem Teil der Zersetzungskammer 104 positioniert ist, an der das Dosiermodul 112 angebracht ist. Das Dosiermodul 112 ist fluidmäßig mit einer oder mehreren Reduktionsmittelquellen 116 verbunden. In einigen Implementierungen kann eine Pumpe 118 zum Druckbeaufschlagen der Reduktionsmittelquelle 116 zur Versorgung des Dosiermoduls 112 benutzt werden.
Das Dosiermodul 112 ist auch elektrisch oder kommunikativ mit einer Steuerung 120 verbunden. Die Steuerung 120 ist ausgestaltet, um das Dosiermodul 112 zu steuern, um Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Die Steuerung 120 kann einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), einen Universalschaltkreis (Field-Programmable Gate Array, FPGA) usw. oder Kombinationen davon beinhalten. Die Steuerung 120 kann einen Speicher beinhalten, der u. a. eine elektronische, optische, magnetische oder beliebige andere Speicher- oder Übertragungseinrichtung sein kann, der zur Versorgung eines Prozessors, ASICs, FPGAs usw. mit Programmanweisungen in der Lage ist, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Speicher kann u. a. ein Speicherchip, ein EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein Flash-Speicher oder ein beliebiger anderer geeigneter Speicher sein, aus dem die Steuerung 120 Anweisungen auslesen kann. Die Anweisungen können Code von jeder geeigneten Programmiersprache beinhalten.
Die Steuerung 120 kann strukturiert sein, um bestimmte Operationen durchzuführen, die hierin beschrieben sind. In bestimmten Implementierungen bildet die Steuerung 120 einen Teil eines Verarbeitungsuntersystems, welches ein oder mehrere Rechengeräte mit Speicher-, Verarbeitungs- und/oder Kommunikationshardware beinhaltet. Die Steuerung 120 kann eine einzelne Einrichtung oder eine verteilte Einrichtung sein, und die Funktionen der Steuerung können von Hardware und/oder als Computeranweisungen in einem permanenten computerlesbaren Speichermedium ausgeführt werden.
In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet die Steuerung 120 ein oder mehrere Module, die strukturiert sind, um die Operationen der Steuerung 120 funktionell auszuführen. Die Beschreibung hierin einschließlich der Module unterstreicht die strukturelle Unabhängigkeit der Gesichtspunkte der Steuerung 120 und veranschaulicht eine Gruppierung von Operationen und Verantwortlichkeiten der Steuerung 120. Andere Gruppierungen, die ähnliche Gesamtoperationen ausführen, werden als innerhalb des Umfanges der vorliegenden Anmeldung befindlich aufgefasst. Module können als Hardware und/oder als Computeranweisungen in einem permanenten computerlesbaren Speichermedium implementiert sein und auf verschiedene Hardware- oder computerbasierte Komponenten verteilt sein. Spezifischere Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen von Steuerungsoperationen sind in dem Abschnitt enthalten, der auf 6 Bezug nimmt.
Beispielhafte und nicht einschränkende Implementierungselemente sind u. a. Fühler, die einen beliebigen Wert bereitstellen, der hierin bestimmt wird, Fühler, die einen beliebigen Wert bereitstellen, der eine Vorstufe eines Wertes ist, der hierin bestimmt wird, Datenverbindungs- und/oder Netzwerk-Hardware einschließlich Kommunikations-Chips, oszillierender Kristalle, Kommunikationsverbindungen, Kabel, verdrillter Kabel, Koaxialkabel, abgeschirmter Kabel, Sender, Empfänger und/oder Sendeempfänger, logischer Schaltungen, festverdrahteter logischer Schaltungen, rekonfigurierbarer logischer Schaltungen in einem bestimmten permanenten Zustand, konfiguriert gemäß der Modulspezifikation, jedes beliebige Stellglied einschließlich mindestens eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellglieds, eines Solenoids, eines Operationsverstärkers, analoger Steuerungselemente (Federn, Filter, Integratoren, Addierer, Teiler, Verstärkungselemente) und/oder digitaler Steuerungselemente.
Der SCR-Katalysator 106 ist ausgestaltet, um die Reduktion von NO_x-Emissionen durch Beschleunigung eines NO_x-Reduktionsprozesses zwischen dem Ammoniak und dem NO_x des Abgases zu zweiatomigem Stickstoff, Wasser und/oder Kohlenstoffdioxid zu beschleunigen. Der SCR-Katalysator 106 beinhaltet einen Einlass, der mit der Zersetzungskammer 104 in Fluidkommunikation ist, von der das Abgas und das Reduktionsmittel aufgenommen wird, und einen Auslass, der mit einem Ende des Abgassystems 190 in Fluidkommunikation ist.
Das Abgassystem 190 kann ferner einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) in Fluidkommunikation mit dem Abgassystem 190 (z. B. stromabwärts vom SCR-Katalysator 106 oder stromaufwärts vom DPF 102) zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid im Abgas umfassen.
Unter manchen Bedingungen, wie z. B. wenn eine Temperatur des Abgassystems 190 unter einer bestimmten Temperatur (z. B. unter 160°C, unter 200°C, unter 250°C usw.) ist, kann das Durchlaufen der zudosierten Reduktionsmitteltröpfchen der Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak innerhalb des Abgassystems 190 zu bilden, schwierig oder weniger effizient sein. Das heißt, dass das zudosierte Reduktionsmittel aus dem Dosiermodul 112 bei niedrigen Temperaturen möglicherweise vor dem SCR-Katalysator 106 nicht oder mit einer niedrigen Geschwindigkeit in gasförmiges Ammoniak umgewandelt wird. Demgemäß kann es nützlich sein, gasförmiges Ammoniak stromaufwärts vom SCR-Katalysator 106 zu erzeugen, um die NO_x-Emissionen zu reduzieren. Zudem wird durch die Erzeugung von gasförmigem Ammoniak kein Harnstoff in den Zersetzungsreaktor bzw. -rohr eingeleitet. Daher kann die Bildung von Harnstoffablagerungen im Wesentlichen vermieden werden, wenn gasförmiges Ammoniak in das Abgassystem eingeleitet wird. In einigen Fällen kann das gasförmige Ammoniak eingeleitet werden, bis die Abgastemperatur ausreichend hoch ist, dass das Auftreten von Harnstoffablagerungen wesentlich reduziert ist (z. B. die Oberflächentemperatur der Abgasrohrleitungen ausreichend hoch ist, dass der Kontakt mit Harnstoff die Bildung von Harnstoffablagerungen nicht oder nicht wesentlich reduziert).
III. Implementierungen von Reduktionsmittel-Zufuhrsystemen mit Ammoniakerzeugungssystemen
Allgemein Bezug nehmend auf 2 bis 4, können die Ammoniakerzeugungssysteme 216, 316, 416 implementiert sein, um gasförmiges Ammoniak zum Reduzieren von NO_x-Emissionen unter Benutzen des SCR-Katalysators 106 zu erzeugen. Die Ammoniakerzeugungssysteme 216, 316, 416 können verwendet werden, wenn eine Temperatur eines Abgases unter einer vorbestimmten Temperatur ist, wie z. B. unter 160°C, unter 200°C usw. Das heißt, ein Temperaturfühler 218, 318, 418 kann verwendet werden, um eine Temperatur des Abgases zu ermitteln, das durch das Abgassystem 190 strömt. Wenn die ermittelte Temperatur unter der vorbestimmten Temperatur ist, dann kann das Ammoniakerzeugungssystem 216, 316, 416 aktiviert werden, um gasförmiges Ammoniak zur Einleitung in das Abgassystem 190 zu erzeugen. Daher können selbst bei niedrigen Temperaturen die Reduktionsmittel-Zufuhrsysteme 200, 300, 400 ausgestaltet sein, um Ammoniak oder andere gasförmige Reduktionsmittel zum Reduzieren von NO_x-Emissionen in das Abgassystem 190 einzuleiten. In einigen Fällen können die Ammoniakerzeugungssysteme 216, 316, 416 aktiviert werden, immer wenn die Temperatur des Abgases unter der vorbestimmten Temperatur ist. So kann die Steuerung 120 ausgestaltet sein, um zwischen dem Einleiten von gasförmigem Ammoniak mittels eines Ammoniakerzeugungssystems 216, 316, 416 und dem Zudosieren von Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff, mittels eines Dosiermoduls 112 umzuschalten, wenn die ermittelte Temperatur des Abgases unter und/oder über der vorbestimmten Temperatur ist. So können, selbst wenn ein Fahrzeug in Betrieb war (d. h. kein Kaltstart), die Ammoniakerzeugungssysteme 216, 316, 416 verwendet werden, um gasförmiges Ammoniak zu erzeugen, wenn die Temperatur des Abgases unter der vorbestimmten Temperatur ist. Beispielsweise kann eine Temperatur des Abgases während einer Stadtfahrt, wenn das Fahrzeug im Leerlauf läuft oder sich in stockendem Verkehr bewegt, unter die vorbestimmte Temperatur fallen. Die Ammoniakerzeugungssysteme 216, 316, 416 können verwendet werden, um gasförmiges Ammoniak zum Reduzieren von NO_x-Emissionen unter Benutzen des SCR-Katalysators 106 zu erzeugen, sodass es weniger wahrscheinlich ist, dass sich Harnstoffablagerungen bilden, und/oder sodass NO_x-Emissionen weiter reduziert werden können als beim Zudosieren von Reduktionsmittel mittels des Dosiermoduls 112.
Bezug nehmend auf 2, beinhaltet ein Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 200 das Dosiermodul 112, welches so an der Zersetzungskammer 104 angebracht ist, dass das Dosiermodul 112 ein Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff, wässriges Ammoniak oder DEF, in die Abgase dosieren kann, die in dem Abgassystem 190 strömen. Das Dosiermodul 112 kann einen Isolator beinhalten, der zwischen einem Teil des Dosiermoduls 112 und dem Teil der Zersetzungskammer 104 positioniert ist, an der das Dosiermodul 112 angebracht ist. Das Dosiermodul 112 ist fluidmäßig mit einer oder mehreren Reduktionsmittelquellen 116 verbunden. In einigen Implementierungen kann eine Pumpe 118 zum Druckbeaufschlagen der Reduktionsmittelquelle 116 zur Versorgung des Dosiermoduls 112 benutzt werden.
Das Dosiermodul 112 ist elektrisch oder kommunikativ mit der Steuerung 120 verbunden. Die Steuerung 120 ist ausgestaltet, um das Dosiermodul 112 zu steuern, um Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Die Steuerung 120 kann einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), einen Universalschaltkreis (Field-Programmable Gate Array, FPGA) usw. oder Kombinationen davon beinhalten. Die Steuerung 120 kann einen Speicher beinhalten, der u. a. eine elektronische, optische, magnetische oder beliebige andere Speicher- oder Übertragungseinrichtung sein kann, der zur Versorgung eines Prozessors, ASICs, FPGAs usw. mit Programmanweisungen in der Lage ist, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Der Speicher kann u. a. ein Speicherchip, ein EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein EPROM (löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein Flash-Speicher oder ein beliebiger anderer geeigneter Speicher sein, aus dem die Steuerung 120 Anweisungen auslesen kann. Die Anweisungen können Code von jeder geeigneten Programmiersprache beinhalten.
Das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 200 beinhaltet ferner eine Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210, ein Ammoniakerzeugungssystem 216, ein Ventil 214 und eine Einlassleitung 212. In der gezeigten Implementierung kann das Ventil 214 elektrisch oder kommunikativ mit der Steuerung 120 gekoppelt sein, sodass die Steuerung 120 einen Zustand des Ventils 214 ändern kann, wie z. B. um Reduktionsmittel, das von der Pumpe 118 gepumpt wird, zu dem Dosiermodul 112 oder dem Ammoniakerzeugungssystem 216 zu richten. Das Ventil 214 kann ein Dreiwege-Magnetventil zum Umschalten zwischen der Einlassleitung 212 zu dem Ammoniakerzeugungssystem 216 und der Leitung zu dem Dosiermodul 112 sein. Zum Umschalten zwischen der Einlassleitung 212 zu dem Ammoniakerzeugungssystem 216 und der Leitung zu dem Dosiermodul 112 können auch andere Ventile 214 benutzt werden. Das Ventil 214 ist in Fluidkommunikation mit einer Auslassleitung von der Pumpe 118 zum Aufnehmen von gepumptem Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelquelle 116, wie z. B. einem Reduktionsmitteltank, und in Fluidkommunikation mit der Einlassleitung 212 zu dem Ammoniakerzeugungssystem 216 und der Leitung zu dem Dosiermodul 112, um dem Ammoniakerzeugungssystem 216 oder dem Dosiermodul 112 selektiv Reduktionsmittel zuzuführen.
In der Implementierung, die in 2 abgebildet ist, beinhaltet das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 200 einen Temperaturfühler 218, der elektrisch oder kommunikativ mit der Steuerung 120 gekoppelt ist. Der Temperaturfühler 218 kann ausgestaltet sein, um eine Temperatur des Abgases zu ermitteln, das durch das Abgassystem 190 strömt, und um der Steuerung 120 Daten zuzuführen, welche die ermittelte Temperatur anzeigen. Wie unten unter Bezugnahme auf 6 ausführlicher beschrieben wird, können die Daten, welche die ermittelte Temperatur des Abgases anzeigen, zum Steuern des Ventils 214 und/oder des Ammoniakerzeugungssystems 216 verwendet werden.
Die Einlassleitung 212 zu dem Ammoniakerzeugungssystem 216 ist in Fluidkommunikation mit einem Einlass zu dem Ammoniakerzeugungssystem 216 zum Versorgen des Ammoniakerzeugungssystems 216 mit flüssigem Reduktionsmittel. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann ein System sein, das ausgestaltet ist, um die Kavitation eines Fluids, wie z. B. des flüssigen Reduktionsmittels, das durch die Einlassleitung 212 zugeführt wird, zu verwenden, um eine nahezu augenblickliche Thermolyse und Zersetzung des Fluids zu bewirken. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann in einigen Implementierungen so ausgestaltet sein, dass es zur Kavitation des Fluids führt, was zu Druck- und Temperaturschwellen von beinah 1.000 atm bzw. 5.000°K führt. Solche Bedingungen können zur nahezu augenblicklichen (z. B. in der Größenordnung von 10 ms) Thermolyse und Zersetzung eines Reduktionsmittels, wie z. B. DEF, zu den zersetzten Bestandteilen NH₃, H₂O, und CO₂ führen.
In einigen Implementierungen verwendet das Ammoniakerzeugungssystem 216 Ultraschallchemie, um das Reduktionsmittel mittels Ultraschallkavitation zu zersetzen. In der Ultraschallchemie wird die Ultraschallanregung eines Fluids, wie z. B. des Reduktionsmittels, verwendet, um Kavitationsblasen und chemische Reaktionen, wie z. B. die Zersetzung des Reduktionsmittels, wie z. B. DEF, zu den zersetzten Bestandteilen NH₃, H₂O und CO₂ zu erzeugen. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann einen Ultraschallkopf beinhalten, der ein oder mehrere piezoelektrische Elemente zum Erzeugen von Ultraschallwellen aufweist. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann flüssiges Reduktionsmittel durch die Einlassleitung 212 aufnehmen und den Ultraschallkopf beinhalten, der zum Erzeugen von Ultraschallkavitation in dem aufgenommenen flüssigen Reduktionsmittel auf einen Teil der aufgenommenen Flüssigkeit gerichtet ist. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann das gasförmige Ammoniak mittels der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 in das Abgassystem 190 einleiten. Beispielsweise kann das Ammoniakerzeugungssystem 216 in Fluidkommunikation mit der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 sein, sodass gasförmiges Ammoniak, das von dem Ultraschallkopf des Ammoniakerzeugungssystems 216 produziert wird, aufgefangen und einem Einlass der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 zugeführt wird. Die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak kann die Form von beispielsweise einem oder mehreren Rohren oder Leitkanälen annehmen, wie unten ausführlicher beschrieben. Daher kann das Ammoniakerzeugungssystem 216 dem Abgassystem 190 selbst bei niedrigen Temperaturen des Abgassystems gasförmiges Ammoniak zuführen.
In anderen Implementierungen verwendet das Ammoniakerzeugungssystem 216 einen Laser, um das Reduktionsmittel mittels laserinduzierter Kavitation zu zersetzen. Ein Laser kann benutzt werden, um ein Fluid, wie z. B. das Reduktionsmittel, anzuregen und zu überhitzen, um Kavitationsblasen und chemische Reaktionen, wie z. B. die Zersetzung des Reduktionsmittels, wie z. B. DEF, zu den zersetzten Bestandteilen NH₃, H₂O und CO₂ zu erzeugen. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann einen oder mehrere Laser beinhalten, die in einer Flüssigkeit, wie z. B. dem Reduktionsmittel aus der Einlassleitung 212, einen in hohem Maße fokussierten Laserpuls produzieren, um die Moleküle in der Flüssigkeit zu spalten und ein ionisiertes heißes Plasma in der Nähe des Brennpunktes des Laserpulses von dem einen oder den mehreren Lasern zu erzeugen. Das erzeugte heiße Plasma rekombiniert, erhitzt die Flüssigkeit und erzeugt eine Dampfblase, die zur laserinduzierten Kavitation der Flüssigkeit führt. Laserpulse in ein stehendes Fluid, wie z. B. das Reduktionsmittel, führen zur Bildung instabiler Blasen, die augenblicklich Kavitation erfahren. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann flüssiges Reduktionsmittel durch die Einlassleitung 212 aufnehmen und den einen oder die mehreren Laser beinhalten, die zum Erzeugen von laserinduzierter Kavitation in dem aufgenommenen flüssigen Reduktionsmittel auf einen Teil der aufgenommenen Flüssigkeit gerichtet sind. Das Ammoniakerzeugungssystem 216 kann das gasförmige Ammoniak mittels der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 in das Abgassystem 190 einleiten. Beispielsweise kann das Ammoniakerzeugungssystem 216 in Fluidkommunikation mit der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 sein, sodass gasförmiges Ammoniak, das von dem einen oder den mehreren Lasern des Ammoniakerzeugungssystems 216 produziert wird, aufgefangen und einem Einlass der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 zugeführt wird. Daher kann das Ammoniakerzeugungssystem 216 dem Abgassystem 190 selbst bei niedrigen Temperaturen des Abgassystems gasförmiges Ammoniak zuführen.
In der Implementierung, die in 2 gezeigt ist, ist die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210 stromaufwärts von der Zersetzungskammer 104 positioniert, sodass gasförmiges Ammoniak durch die Zersetzungskammer 104 strömen kann, um sich in dem Abgas, das durch das Abgassystem 190 strömt, vor dem SCR-Katalysator 106 zu verteilen.
3 bildet eine weitere Implementierung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems 300 ab, welches eine Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310, ein Ammoniakerzeugungssystem 316, ein Ventil 314 und eine Einlassleitung 312 beinhaltet. Das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 300 ist dem Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 200 von 2 im Wesentlichen ähnlich. Die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310, das Ammoniakerzeugungssystem 316, das Ventil 314, die Einlassleitung 312 und der Temperaturfühler 318 können in der im Wesentlichen gleichen Weise wie die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210, ein Ammoniakerzeugungssystem 216, ein Ventil 214, eine Einlassleitung 212 und Temperaturfühler 218 von 2 konstruiert und/oder ausgestaltet sein. Die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310 von 3 befindet sich stromabwärts vom Zersetzungsreaktor 104 und stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 106. Daher kann gasförmiges Ammoniak hinter dem Zersetzungsreaktor 104 in das Abgassystem 190 eingeleitet werden. In einigen Implementierungen kann die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310 eine Mischeinrichtung sein oder darin integriert sein, um ebenfalls Reduktionsmittel, das von dem Dosiermodul 112 zudosiert wird, zu mischen. Daher kann unter Bedingungen niedriger Temperatur, wenn es für Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel schwierig oder weniger effizient sein kann, die Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse zu durchlaufen, um innerhalb des Abgassystems 190 gasförmiges Ammoniak zu bilden, die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310 zum Einleiten von gasförmigem Ammoniak, das durch das Ammoniakerzeugungssystem 316 erzeugt wird, verwendet werden. Wenn Bedingungen höherer Temperatur vorliegen (z. B. über 160°C, über 200°C usw.), kann die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 310 als eine Mischeinrichtung zum Vermischen von Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel von dem Dosiermodul 112 und/oder Ammoniak aus den Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel mit Abgas des Abgassystems 190 verwendet werden.
4 bildet eine noch weitere Implementierung eines Reduktionsmittel-Zufuhrsystems 400 ab, welches eine Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410, ein Ammoniakerzeugungssystem 416 und eine Ammoniak-Zufuhrleitung 412 beinhaltet. In der abgebildeten Implementierung ist das Ammoniakerzeugungssystem 416 in Fluidkommunikation mit der Reduktionsmittelquelle 116 stromaufwärts von der Pumpe 118. In einigen Implementierungen kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 in die Reduktionsmittelquelle 116, wie z. B. in einen Reduktionsmitteltank, integriert sein. Das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann Ultraschallchemie verwenden, um das Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle 116 mittels Ultraschallkavitation zu zersetzen. Das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann einen Ultraschallkopf beinhalten, der ein oder mehrere piezoelektrische Elemente zum Erzeugen von Ultraschallwellen aufweist. Das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann flüssiges Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelquelle 116 aufnehmen und den Ultraschallkopf beinhalten, der zum Erzeugen von Ultraschallkavitation in dem aufgenommenen flüssigen Reduktionsmittel auf einen Teil des aufgenommenen flüssigen Reduktionsmittels gerichtet ist, und/oder das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann einen Ultraschallkopf aufweisen, der auf einen Teil des flüssigen Reduktionsmittels gerichtet ist, das in der Reduktionsmittelquelle 116 gespeichert ist. In einigen Implementierungen kann das gasförmige Ammoniak, das von dem Ammoniakerzeugungssystem 416 erzeugt wird, mittels einer Ammoniak-Zufuhrleitung 412 und einer Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 aufgefangen und in das Abgassystem 190 eingeleitet werden. Beispielsweise kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 durch die Ammoniak-Zufuhrleitung 412 in Fluidkommunikation mit der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 sein, sodass gasförmiges Ammoniak, das von dem Ultraschallkopf des Ammoniakerzeugungssystems 416 produziert wird, mittels der Ammoniak-Zufuhrleitung 412 aufgefangen und einem Einlass der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 zugeführt wird. Daher kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 dem Abgassystem 190 selbst bei niedrigen Temperaturen des Abgases gasförmiges Ammoniak zuführen.
In anderen Implementierungen verwendet das Ammoniakerzeugungssystem 416 einen Laser, um das Reduktionsmittel mittels laserinduzierter Kavitation zu zersetzen. Das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann einen oder mehrere Laser beinhalten, die in einer Flüssigkeit, wie z. B. Reduktionsmittel, einen in hohem Maße fokussierten Laserpuls erzeugen, um die Moleküle in der Flüssigkeit zu spalten und ein ionisiertes heißes Plasma in der Nähe des Brennpunktes des Laserpulses von dem einen oder den mehreren Lasern zu erzeugen. Das erzeugte heiße Plasma rekombiniert, erhitzt die Flüssigkeit und erzeugt eine Dampfblase, die zur laserinduzierten Kavitation der Flüssigkeit führt. Laserpulse in ein stehendes Fluid, wie z. B. das Reduktionsmittel, führen zur Bildung instabiler Blasen, die augenblicklich Kavitation erfahren. Das Ammoniakerzeugungssystem 416 kann flüssiges Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmittelquelle 116 aufgenommen wird, aufnehmen und den einen oder die mehreren Laser beinhalten, die zum Erzeugen von laserinduzierter Kavitation in dem aufgenommenen flüssigen Reduktionsmittel auf einen Teil der aufgenommenen Flüssigkeit gerichtet sind. In anderen Implementierungen kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 einen oder mehrere Laser beinhalten, die zum Erzeugen von laserinduzierter Kavitation in dem Reduktionsmittel auf einen Teil der Flüssigkeit der Reduktionsmittelquelle 116 gerichtet sind. In einigen Implementierungen wird das gasförmige Ammoniak, das von dem Ammoniakerzeugungssystem 416 erzeugt wird, mittels einer Ammoniak-Zufuhrleitung 412 und einer Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 aufgefangen und in das Abgassystem 190 eingeleitet. Beispielsweise kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 durch die Ammoniak-Zufuhrleitung 412 in Fluidkommunikation mit der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 sein, sodass gasförmiges Ammoniak, das von dem einen oder den mehreren Lasern des Ammoniakerzeugungssystems 416 produziert wird, mittels der Ammoniak-Zufuhrleitung 412 aufgefangen und einem Einlass der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 zugeführt wird. Daher kann das Ammoniakerzeugungssystem 416 dem Abgassystem 190 selbst bei niedrigen Temperaturen des Abgases gasförmiges Ammoniak zuführen.
In der Implementierung, die in 4 abgebildet ist, beinhaltet das Reduktionsmittel-Zufuhrsystem 400 einen Temperaturfühler 418, der elektrisch oder kommunikativ mit der Steuerung 120 gekoppelt ist. Der Temperaturfühler 418 kann ausgestaltet sein, um eine Temperatur des Abgases zu ermitteln, das durch das Abgassystem 190 strömt, und der Steuerung 120 Daten zuzuführen, welche die ermittelte Temperatur anzeigen. Wie unten unter Bezugnahme auf 6 ausführlicher beschrieben wird, können die Daten, welche die ermittelte Temperatur des Abgases anzeigen, zum Steuern des Ammoniakerzeugungssystems 416 verwendet werden.
In einigen Implementierungen kann die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 eine Mischeinrichtung sein oder darin integriert sein, um ebenfalls Reduktionsmittel, das von dem Dosiermodul 112 zudosiert wird, zu mischen. Daher kann unter Bedingungen niedriger Temperatur, wenn es für Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel schwierig oder weniger effizient sein kann, die Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse zu durchlaufen, um innerhalb des Abgassystems 190 gasförmiges Ammoniak zu bilden, die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 zum Einleiten von gasförmigem Ammoniak, das durch das Ammoniakerzeugungssystem 416 erzeugt wird, verwendet werden. Wenn Bedingungen höherer Temperatur vorliegen (z. B. über 160°C, über 200°C usw.), kann die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 410 als eine Mischeinrichtung zum Vermischen von Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel von dem Dosiermodul 112 und/oder Ammoniak aus den Tröpfchen von zudosiertem Reduktionsmittel mit Abgas des Abgassystems 190 verwendet werden.
5 bildet ein Beispiel für eine Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 500 ab, die innerhalb des Abgassystems 190 von 2 bis 4 als die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 210, 310, 410 eingesetzt werden kann. Die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 500 beinhaltet einen Einlass 502, einen ersten Leitkanal 504, einen zweiten Leitkanal 506 und mehrere Leitkanäle 510. Der Einlass 502 ist ausgestaltet, um mit einer Quelle von gasförmigem Ammoniak, wie z. B. gasförmigem Ammoniak, das von dem Ammoniakerzeugungssystem 216, 316, 416 von 2 bis 4 produziert wird, fluidmäßig gekoppelt und in Fluidkommunikation zu sein. Der erste Leitkanal 504 ist in Fluidkommunikation mit dem Einlass 502 und erstreckt sich von dem Einlass 502 nach unten. Der zweite Leitkanal 506 ist in Fluidkommunikation mit dem ersten Leitkanal 504, sodass der zweite Leitkanal 506 das gasförmige Ammoniak transportiert, das an dem Einlass 502 aufgenommen wird. In dem vorliegenden Beispiel ist der zweite Leitkanal 506 an einem Ende des ersten Leitkanals 504, das dem Einlass 502 entgegengesetzt ist, mit dem ersten Leitkanal 504 gekoppelt. Der zweite Leitkanal 506 erstreckt sich in Bezug auf die Kopplung an den ersten Leitkanal 504 in entgegengesetzte Richtungen nach außen, sodass der zweite Leitkanal 506 und der erste Leitkanal 504 eine T-Form bilden, wobei der zweite Leitkanal 506 im Wesentlichen im rechten Winkel zu dem ersten Leitkanals 504 ist. In einigen Implementierungen kann dem sich überschneidenden Teil des ersten Leitkanals 504 und des zweiten Leitkanals 506 ein stumpfer Körper hinzugefügt sein. In einigen Implementierungen kann der zweite Leitkanal 506 offene Enden oder geschlossene Enden aufweisen.
Mehrere zusätzliche Leitkanäle 510 erstrecken sich von dem zweiten Leitkanal 506 aus. Jeder zusätzliche Leitkanal 510 ist in Fluidkommunikation mit dem zweiten Leitkanal 506 und dem ersten Leitkanal 504, sodass jeder Leitkanal 510 das gasförmige Ammoniak transportieren kann, das an dem Einlass 502 aufgenommen wird. In dem vorliegenden Beispiel sind die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 im Wesentlichen parallel. Außerdem ist jeder zusätzliche Leitkanal 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 im Wesentlichen im rechten Winkel zu dem zweiten Leitkanal 506 und im Wesentlichen parallel zu dem ersten Leitkanal 604. Somit versteht es sich, dass der erste Leitkanal 504, der zweite Leitkanal 506 und die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 durch Achsen definiert sein können, die im Wesentlichen koplanar sind. Die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 sind größenmäßig so ausgelegt, dass die Enden der zusätzlichen Leitkanäle 510 separate Segmente für eine kreisförmige Gestalt bilden, sodass die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 500 querschnittsbezogen innerhalb eines im Wesentlichen kreisförmigen Teils (z. B. eines Rohres) des Abgassystems angeordnet sein kann, was die Verteilungsfläche maximiert. In einigen Implementierungen kann jeder zusätzliche Leitkanal 510 ein offenes Ende, entgegengesetzt der Fluidkopplung an den zweiten Leitkanal 506 aufweisen, und/oder jeder zusätzliche Leitkanal 510 kann ein geschlossenes Ende aufweisen.
Der erste Leitkanal 504, der zweite Leitkanal 506 und/oder die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510, die in 5 gezeigt sind, sind röhrenartige Leitkanäle, obwohl für den ersten Leitkanal 504, den zweiten Leitkanal 506 und/oder die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 jede beliebige andere Querschnittsgestalt benutzt werden kann, wie z. B. quadratische Leitkanäle, rechteckige Leitkanäle, dreieckige Leitkanäle, elliptische Leitkanäle, vieleckige Leitkanäle usw. In einigen Implementierungen können der erste Leitkanal 504, der zweite Leitkanal 506 und/oder die mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 einen hydraulischen Durchmesser zwischen einschließlich einem Millimeter und einschließlich fünf Millimetern aufweisen. In einigen Implementierungen kann ein Querbauteil 514 mit zwei oder mehreren zusätzlichen Leitkanälen 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 fluidmäßig gekoppelt und in Fluidkommunikation sein. In dem gezeigten Beispiel ist ein einzelnes Querbauteil 514 abgebildet, das die zwei unteren innersten zusätzlichen Leitkanäle 510 fluidmäßig miteinander koppelt. In anderen Implementierungen kann ein Paar von Querbauteilen 514 die zwei unteren innersten zusätzlichen Leitkanäle 510 fluidmäßig koppeln. In noch anderen Implementierungen können andere Querbauteile 514 andere zusätzliche Leitkanäle 510 fluidmäßig koppeln. Das Querbauteil 514 kann auch weggelassen sein.
Jeder zusätzliche Leitkanal 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 beinhaltet eine oder mehrere Öffnungen 512 längs der Länge jedes zusätzlichen Leitkanals 510. In einigen Implementierungen beinhaltet jeder zusätzliche Leitkanal 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 drei oder mehr Öffnungen 512. In dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, weisen die äußersten zusätzlichen Leitkanäle 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 zwei Öffnungen 512 auf und die innersten zusätzlichen Leitkanäle 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 sechs Öffnungen 512 auf. Die Öffnungen 512 können von beliebiger Gestalt sein, einschließlich kreisförmiger Öffnungen, quadratischer Öffnungen, elliptischer Öffnungen, dreieckiger Öffnungen, rechteckiger Öffnungen usw. Jede Öffnung 512 kann einen hydraulischen Durchmesser zwischen einschließlich 0,5 Millimetern und einschließlich 1 Millimeter aufweisen.
In einigen Implementierungen können die Durchmesser der Öffnungen 512 bei einem zusätzlichen Leitkanal 510 in der Größe variieren, wie z. B. zunehmende hydraulische Durchmesser längs der Länge des zusätzlichen Leitkanals 510 oder abnehmende hydraulische Durchmesser längs der Länge des zusätzlichen Leitkanals 510. Beispielsweise kann eine erste Öffnung 512 der mehreren Öffnungen 512 eines zusätzlichen Leitkanals 510 einen ersten hydraulischen Durchmesser von 0,5 Millimetern aufweisen, eine zweite Öffnung 512 der mehreren Öffnungen 512 einen zweiten hydraulischen Durchmesser von 0,75 Millimetern aufweisen und eine dritte Öffnung 512 der mehreren Öffnungen 512 einen dritten hydraulischen Durchmesser von 1 Millimeter aufweisen. In anderen Implementierungen können die hydraulischen Durchmesser der mehreren Öffnungen 512 auf Grundlage des radialen Abstandes von einem Punkt variieren, wie z. B. an dem der zweite Leitkanal 506 an den ersten Leitkanal 504 gekoppelt ist. In noch weiteren Implementierungen können die hydraulischen Durchmesser der mehreren Öffnungen 512 im Wesentlichen gleich sein.
Die Öffnungen 512 können auf den Strom des Abgases bezogen im Wesentlichen parallel sein und an den zusätzlichen Leitkanälen 510 von dem Strom des Abgases weg positioniert sein (d. h. auf der stromabwärtigen Seite des Leitkanals 510). In anderen Implementierungen können die Öffnungen 512 an den zusätzlichen Leitkanälen 510 auf den Strom des Abgases bezogen unter nichtparallelen Winkeln bereitgestellt sein, wie z. B. zwischen einschließlich 90° (d. h. im rechten Winkel bezogen auf den Strom des Abgases) und einschließlich 0° (d. h. bezogen auf den Strom des Abgases parallel) auf den Strom des Abgases bezogen. In einigen Implementierungen können mehrere Öffnungen 512 an dem gleichen senkrechten Ort eines zusätzlichen Leitkanals 510 unter mehreren Winkeln bereitgestellt sein (z. B. zwei Öffnungen 512 unter Winkeln von 45°).
In der Implementierung der Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak 500, die in 5 gezeigt ist, beinhaltet die Einrichtung 500 mehrere Prallbleche 520. Die Prallbleche 520 können u. a. flache Bauteile sein, die sich von einem oder mehreren der zusätzlichen Leitkanäle 510 der mehreren zusätzlichen Leitkanäle 510 aus erstrecken. In einigen Implementierungen können die Prallbleche 520 Abmessungen von fünf Millimetern mal zehn Millimetern aufweisen. Prallbleche könnten rechteckig, kreisförmig, dreieckig, von jeder beliebigen anderen geschlossenen Gestalt oder jeder beliebigen anderen Ausgestaltung sein. In weiteren Implementierungen können die Prallbleche Abmessungen von fünf Millimetern mal fünfzehn Millimetern, von zehn Millimetern mal fünfzehn Millimetern oder jede beliebige andere Abmessung aufweisen. Wie in 5 gezeigt, sind drei Prallbleche 520 bereitgestellt, einschließlich eines Prallblechs, das sich von dem Querbauteil 514 aus erstreckt. Die Prallbleche 520 sind ausgestaltet, um die Turbulenz in dem Strom des Abgases zu erhöhen, um das Vermischen des verteilten gasförmigen Ammoniaks und des Abgases zu verbessern. In einigen Implementierungen können auch Leitbleche einbezogen sein, um die Turbulenz in dem Strom des Abgases zu erhöhen, um das Vermischen des verteilten gasförmigen Ammoniaks und des Abgases zu verbessern. Die Prallbleche 520 und/oder die Leitbleche können auch weggelassen sein.
Andere Zufuhreinrichtungen für gasförmiges Ammoniak, wie z. B. diejenigen, die in der US-Patentanmeldung Nr. 14/074,154 mit der Bezeichnung „Gaseous Reductant Delivery Devices and Systems”, eingereicht am 7. November 2013, beschrieben sind, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingebunden wird, können benutzt werden, um dem Abgassystem 190 gasförmiges Ammoniak oder andere Reduktionsmittel zuzuführen.
IV. Implementierung eines Prozesses zum Aktivieren des Ammoniakerzeugungssystems
6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozesses 600 zum Aktivieren eines Ammoniakerzeugungssystems für ein Abgassystem. Der Prozess 600 kann das Ermitteln einer Temperatur eines Abgases beinhalten (Block 610). Ein Temperaturfühler, wie z. B. die Temperaturfühler 218, 318, 418, kann eine Temperatur eines Abgases ermitteln, das in einem Abgassystem, wie z. B. dem Abgassystem 190, strömt. Daten, welche die ermittelte Temperatur anzeigen, können an eine Steuerung, wie z. B. die Steuerung 120, übermittelt und/oder von dieser empfangen werden. In einigen Implementierungen können die Daten, welche die ermittelte Temperatur anzeigen, von einem Temperaturermittlungsmodul der Steuerung 120 empfangen werden. Die Daten, welche die ermittelte Temperatur des Temperaturfühlers anzeigen, können modifiziert werden, entweder von dem Temperaturfühler oder von der Steuerung, um Verschiebungen oder Zunahmen zu berücksichtigen, welche die ermittelte Temperatur betreffen.
Der Prozess 600 beinhaltet das Bestimmen, ob die Temperatur des Abgases unter einem vorbestimmten Wert ist (Block 620). In einigen Implementierungen kann das Temperaturermittlungsmodul der Steuerung ausgestaltet sein, um die Daten, welche die ermittelte Temperatur anzeigen, mit einem vorbestimmten Wert, wie z. B. einem vorbestimmten Wert zwischen einschließlich 150°C bis einschließlich 200°C, zu vergleichen. In einigen Implementierungen kann der vorbestimmte Wert 160°C sein. In anderen Implementierungen kann der vorbestimmte Wert 200°C sein. Wenn die Daten, welche die ermittelte Temperatur anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, dann kann der Prozess 600 zum Aktivieren eines Ammoniakerzeugungssystems fortschreiten (Block 630). Wenn die Daten, welche die ermittelte Temperatur anzeigen, über dem vorbestimmten Wert sind, dann kann der Prozess 600 zum Ermitteln der Temperatur des Abgases zurückkehren (Block 610). In anderen Implementierungen kann der Prozess 600 zu anderen Operationen, wie z. B. dem Aktivieren des Dosiermoduls 112 (Block 640) fortschreiten, um Reduktionsmittel zuzudosieren.
In einigen Implementierungen kann das Aktivieren des Ammoniakerzeugungssystems (Block 630) das Aktivieren einer Pumpe, wie z. B. der Pumpe 118, und das Betätigen eines Ventils, wie z. B. des Ventils 214, 314, beinhalten, um dem Ammoniakerzeugungssystem, wie z. B. dem Ammoniakerzeugungssystem 216, 316, flüssiges Reduktionsmittel zuzuführen. Die Aktivierung des Ammoniakerzeugungssystems kann ferner das Aktivieren einer oder mehrerer Komponenten des Ammoniakerzeugungssystems 214, 314, wie z. B. das Aktivieren eines Ultraschallkopfes für ein Ammoniakerzeugungssystem 214, 314, das ausgestaltet ist, um Ammoniak mittels Ultraschallkavitation zu erzeugen, oder das Aktivieren eines oder mehrerer Laser für ein Ammoniakerzeugungssystem 214, 314, das ausgestaltet ist, um Ammoniak mittels laserinduzierter Kavitation zu erzeugen, beinhalten. In einigen Implementierungen kann das Aktivieren des Ammoniakerzeugungssystems (Block 630) nur das Aktivieren einer oder mehrerer Komponenten des Ammoniakerzeugungssystems 214, 314, wie z. B. das Aktivieren eines Ultraschallkopfees für ein Ammoniakerzeugungssystem 214, 314, das ausgestaltet ist, um Ammoniak mittels Ultraschallkavitation zu erzeugen, oder das Aktivieren eines oder mehrerer Laser für ein Ammoniakerzeugungssystem 214, 314, das ausgestaltet ist, um Ammoniak mittels laserinduzierter Kavitation zu erzeugen, beinhalten. In einigen Implementierungen kann der Prozess 600 zum Ermitteln der Temperatur des Abgases (Block 610) zurückkehren, um die Abgastemperatur zu ermitteln. Daher kann, während die Abgastemperatur unter dem vorbestimmten Wert ist, das Ammoniakerzeugungssystem aktiviert werden, um gasförmiges Ammoniak zu produzieren. Wenn die Abgastemperatur den vorbestimmten Wert übersteigt, dann kann das Dosiermodul aktiviert werden, um Reduktionsmittel zuzudosieren. In einigen Implementierungen kann die Aktivierung des Ammoniakerzeugungssystems auf einen Schlüsseleinsteckvorgang ansprechen (z. B. wenn ein Fahrzeug aktiviert wird, der Motor jedoch nicht angelassen wurde). In weiteren Implementierungen kann die Aktivierung des Ammoniakerzeugungssystems vor dem Anlassen eines Motors erfolgen.
Auch wenn diese Spezifikation viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs davon ausgelegt werden, was beansprucht wird, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Implementierungen spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Kontext getrennter Implementierungen beschrieben sind, können auch in Kombination mit einer einzelnen Implementierung implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzelnen Implementierung beschrieben sind, auch in mehreren Implementierungen getrennt oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Darüber hinaus können, auch wenn Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben werden oder sogar anfänglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Bei Verwendung in diesem Dokument sollen die Wörter „im Wesentlichen” und ähnliche Wörter eine breitgefächerte Bedeutung haben, die im Einklang mit der üblichen und akzeptierten Verwendung durch den Durchschnittsfachmann der Technik stehen, auf die sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht. Der Fachmann, der diese Offenbarung liest, sollte beachten, dass diese Ausdrücke eine Beschreibung von bestimmten beschriebenen und beanspruchten Merkmalen zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die angegebenen exakten Zahlenbereiche zu beschränken, sofern nichts anderes angegeben ist. Dementsprechend sollten diese Ausdrücke so ausgelegt werden, dass unbedeutende oder gegenstandslose Modifikationen oder Änderungen des beschriebenen und beanspruchten Gegenstandes entsprechend der Darstellung in den angefügten Ansprüchen als zum Umfang der Erfindung gehörend erachtet werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass Einschränkungen in den Ansprüchen nicht interpretiert werden sollten, „Mittel plus Funktion”-Einschränkungen unter dem US-Patentrecht in dem Falle zu bedeuten, dass das Wort „Mittel” darin nicht benutzt wird.
Die Wörter „verbunden/gekoppelt”, „angeschlossen” und ähnliche bedeuten in diesem Dokument das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Eine solche Verbindung kann stationär (z. B. dauerhaft) oder mobil (z. B. entfernbar oder lösbar) sein. Eine solche Verbindung kann mit den beiden Komponenten oder den beiden Komponenten und zusätzlichen Zwischenkomponenten erreicht werden, die integral als einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den beiden Komponenten oder den beiden Komponenten und zusätzlichen, aneinander befestigten Zwischenkomponenten ausgebildet sind.
Die Ausdrücke „fluidmäßig gekoppelt”, „in Fluidkommunikation miteinander” und dergleichen bedeuten in diesem Dokument, dass zwei Komponenten oder Objekte einen Weg zwischen den beiden Komponenten oder Objekten gebildet haben, durch den ein Fluid, wie z. B. Wasser, Luft, gasförmiges Reduktionsmittel, gasförmiges Ammoniak etc., entweder mit oder ohne einschreitende Komponenten oder Objekte strömen können. Beispiele von Fluidkommunikationen oder -konfigurationen zur Ermöglichung einer Fluidkommunikation können Rohrleitungen, Kanäle oder beliebige andere geeignete Komponenten sein, die den Fluss eines Fluids von einer Komponente (oder Objekt) zur anderen ermöglichen.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Konstruktion und Anordnung des Systems, wie in den verschiedenen beispielhaften Implementierungen gezeigt, nur veranschaulichend und von Natur aus nicht einschränkend sind. Alle Veränderungen und Modifikationen, die dem Sinn und/oder dem Umfang der beschriebenen Implementierungen entsprechen, sollen geschützt werden. Es sollte verstanden werden, dass einige Merkmale unnötig sein können und dass Implementierungen, denen verschiedene Merkmale fehlen, als dem Umfang der Anmeldung entsprechend betrachtet werden können, wobei der Umfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Wenn beim Lesen der Ansprüche Wörter wie z. B. „ein”, „mindestens ein” oder „mindestens ein Teil” verwendet werden, ist das keine Absicht, den Anspruch auf nur ein Element zu beschränken, es sei denn, es ist im Anspruch speziell das Gegenteil angegeben. Wenn der Ausdruck „mindestens ein Teil” und/oder „ein Teil” verwendet wird, kann das Element einen Teil und/oder das komplette Element umfassen, es sei denn, es ist speziell das Gegenteil angegeben.

Claims

System, umfassend ein Abgassystem, das einen SCR-Katalysator beinhaltet, und eine Reduktionsmittelquelle, die Reduktionsmittel speichert, gekennzeichnet durch, ein Ammoniakerzeugungssystem, das ausgestaltet ist, um, vorzugsweise unter Ansprechen auf einen Schlüsselvorgang und/oder vor dem Anlassen eines Motors, gasförmiges Ammoniak mittels Kavitation zu erzeugen, wobei das Ammoniakerzeugungssystem operativ mit der Reduktionsmittelquelle verbunden ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniakerzeugungssystem ausgestaltet ist, um gasförmiges Ammoniak mittels Ultraschallkavitation zu erzeugen, und dazu vorzugsweise einen Ultraschallkopf umfasst, oder dass das Ammoniakerzeugungssystem ausgestaltet ist, um gasförmiges Ammoniak mittels laserinduzierter Kavitation zu erzeugen, und dazu vorzugsweise einen Laser umfasst.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen ist ein Temperaturfühler, der ausgestaltet ist, um eine Temperatur des Abgases des Abgassystems zu ermitteln, und eine Steuerung, die ausgestaltet ist, um Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, von dem Temperaturfühler zu empfangen und unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter einem vorbestimmten Wert sind, das Ammoniakerzeugungssystem zu aktivieren, wobei, vorzugsweise, der vorbestimmte Wert 160° Celsius oder 200° Celsius ist.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen ist ein Ventil in Fluidkommunikation mit und angeordnet zwischen dem Ammoniakerzeugungssystem und der Reduktionsmittelquelle, wobei die Steuerung ferner ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, das Ventil selektiv zu steuern, um dem Ammoniakerzeugungssystem Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle zuzuführen, wobei, vorzugsweise, ferner vorgesehen ist ein Reduktionsmittel-Dosiermodul in Fluidkommunikation mit dem Ventil, wobei die Steuerung ferner ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, über dem vorbestimmten Wert sind, das Ventil selektiv zu steuern, um dem Reduktionsmittel-Dosiermodul Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle zuzuführen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner vorgesehen ist eine Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak in Fluidkommunikation mit dem Ammoniakerzeugungssystem und dem Abgassystem, wobei die Zufuhreinrichtung für gasförmiges Ammoniak stromaufwärts von dem SCR-Katalysators positioniert ist.
Vorrichtung, umfassend ein erstes Modul, das ausgestaltet ist, um Daten, welche eine Temperatur eines Abgases eines Abgassystems anzeigen, von einem Temperaturfühler zu empfangen und um zu bestimmen, ob die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter einem vorbestimmten Wert sind, und ein zweites Modul, das ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen des ersten Moduls, dass die Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, ein Ammoniakerzeugungssystem zu aktivieren, um Ammoniak mittels Kavitation zu produzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul ausgestaltet ist, um einen Ultraschallkopf des Ammoniakerzeugungssystems zu aktivieren, um Ultraschallkavitation in einem Reduktionsmittel zu bewirken, oder dass das zweite Modul ausgestaltet ist, um einen Laser des Ammoniakerzeugungssystems zu aktivieren, um laserinduzierte Kavitation in einem Reduktionsmittel zu bewirken, wobei, vorzugsweise, der vorbestimmte Wert gleich oder kleiner als 200° Celsius ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Modul ferner ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, ein Ventil selektiv zu steuern, um dem Ammoniakerzeugungssystem Reduktionsmittel aus einer Reduktionsmittelquelle zuzuführen, und um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, über dem vorbestimmten Wert sind, das Ventil selektiv zu steuern, um Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle einem Reduktionsmittel-Dosiermodul zuzuführen.
Verfahren, umfassend folgende Verfahrensschritte: Empfangen, an einer Steuerung, von Daten, welche eine Temperatur eines Abgases eines Abgassystems anzeigen, von einem Temperaturfühler, Bestimmen, durch die Steuerung, ob die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter einem vorbestimmten Wert sind, und selektiv Aktivieren, unter Benutzen der Steuerung, eines Ammoniakerzeugungssystems, das ausgestaltet ist, um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, Ammoniak mittels Kavitation zu erzeugen, oder selektiv Aktivieren, unter Benutzen der Steuerung, eines Dosiermoduls unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, über dem vorbestimmten Wert sind.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren des Ammoniakerzeugungssystem das Aktivieren eines Ultraschallkopfes des Ammoniakerzeugungssystems beinhaltet, um Ultraschallkavitation in einem Reduktionsmittel zu bewirken, oder das Aktivieren eines Lasers des Ammoniakerzeugungssystems beinhaltet, um laserinduzierte Kavitation in einem Reduktionsmittel zu bewirken, wobei, vorzugsweise, der vorbestimmte Wert gleich oder unter 200°C ist, und/oder wobei, vorzugsweise, das selektive Aktivieren des Ammoniakerzeugungssystems das selektive Steuern eines Ventils umfasst, um unter Ansprechen auf das Bestimmen, dass die empfangenen Daten, welche die Temperatur des Abgases anzeigen, gleich oder unter dem vorbestimmten Wert sind, dem Ammoniakerzeugungssystem Reduktionsmittel aus einer Reduktionsmittelquelle zuzuführen.