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Diese Offenbarung behandelt allgemein Nachbehandlungssysteme zur Behandlung von Abgas aus Verbrennungsmotoren.
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Die Erfindung betrifft ein Reaktorrohr, das konfiguriert ist, um eine Injektion von Reduktionsmittel von einem Injektor in das aus einem Motor austretende Abgas zu empfangen (Anspruch 1), ein Nachbehandlungssystem mit einem entsprechenden Reaktorrohr (Anspruch 7) und ein Motorsystem mit einem Motor und einem Nachbehandlungssystem mit einem entsprechenden Reaktorrohr (Anspruch 9).
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Abgas-Nachbehandlungssysteme mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) sind eine wichtige Technologie zum Reduzieren von schädlichen Emissionen von Verbrennungsmotoren. Katalysator-Nachbehandlungssysteme mit selektiver katalytischer Reduktion schließen generell eine Speicherquelle für Reduktionsmittel (insbesondere Diesel Exhaust Fluid (DEF)) und eine Dosiereinheit ein, die mindestens eine Pumpeneinheit zum Beaufschlagen des Reduktionsmittels mit Druck aufweist. Die Katalysator-Nachbehandlungssysteme mit selektiver katalytischer Reduktion können auch eine Dosiereinrichtung einschließen, um eine geregelte Menge oder Durchsatzrate von Reduktionsmittel bereitzustellen, sowie einen Injektor, der eine Reduktionsmittellösung zu einem Zersetzungsbereich eines Abgas-Strömungspfads bereitstellt, der einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion vorgeschaltet angeordnet ist. Einige Katalysator-Nachbehandlungssysteme mit selektiver katalytischer Reduktion verwenden auch mit Druck beaufschlagtes Gas zur Unterstützung des Reduktionsmittelstroms zum Injektor.
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Während Katalysatorsysteme mit selektiver katalytischer Reduktion bei der Reduzierung von Stickoxid-Emissionen zweckmäßig sind, können sie eine Reihe von Nachteilen aufweisen. Beispielsweise vermischt sich das in den Abgasstrom injizierte Reduktionsmittel möglicherweise nicht korrekt mit dem aus einem Motor austretenden Abgasstrom. In einigen Fällen kann das Reduktionsmittel entlang einer Innenwand des Abgassystems flächenweise vorliegen und im Lauf der Zeit eine Ablagerung bilden.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Reaktorrohr zur Injektion von Reduktionsmittel anzugeben sowie ein entsprechendes Nachbehandlungssystem und ein entsprechendes Motorsystem.
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Das zuvor aufgezeigte Problem ist durch ein Reaktorrohr gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung stellt ein Reaktorrohr bereit, das konfiguriert ist, um eine Injektion von Reduktionsmittel von einem Injektor in das aus einem Motor austretende Abgas zu empfangen. Das Reaktorrohr umfasst einen Einlassabschnitt, eine Vielzahl von bzw. Lamellen, einen Auslassabschnitt und eine radiale Schleife. Der Einlassabschnitt ist strukturiert, um den Strom von aus dem Motor austretendem Abgas im Reaktorrohr zu empfangen. Die Lamellen sind in der Nähe des Einlassabschnitts positioniert und strukturiert, um eine Strömungsrichtung des Abgases zu ändern. Der Auslassabschnitt ist in fluidischer Kommunikation mit einem Katalysator und strukturiert, um es dem Abgas zu ermöglichen, aus dem Reaktorrohr auszutreten und in den Katalysator einzutreten. Weiter ist die radiale Schleife konfiguriert, um zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt zu verlaufen, und sie nimmt durch den Einlassabschnitt das Abgas auf. Die radiale Schleife leitet das Abgas auch in Richtung auf den Auslassabschnitt. Die radiale Schleife ist konfiguriert, um die Geschwindigkeit des Abgases so zu verringern, dass das Reduktionsmittel länger Zeit hat, um mit dem Abgas zu reagieren. Der Katalysator ist vorzugsweise ein solcher mit selektiver katalytischer Reduktion.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Reaktorrohrs sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6.
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Gemäß Anspruch 7 stellt die Erfindung ein Nachbehandlungssystem bereit, das einen Injektor, einen Katalysator und ein Reaktorrohr umfasst. Der Injektor ist strukturiert, um in den von einem Motor empfangenen Abgasstrom ein Reduktionsmittel zu injizieren. Der Katalysator ist dem Injektor nachgeschaltet positioniert und zum Behandeln des Abgases strukturiert. Das dem Katalysator vorgeschaltete Reaktorrohr ist strukturiert, um das Reduktionsmittel vom Injektor zu empfangen. Das Reaktorrohr umfasst einen Einlassabschnitt, eine Vielzahl von n bzw. Lamellen, einen Auslassabschnitt und eine radiale Schleife. Der Einlassabschnitt ist strukturiert, um das Abgas zu empfangen. Die Lamellen sind in der Nähe des Einlassabschnitts positioniert und strukturiert, um den Abgasstrom umzulenken. Der Auslassabschnitt ist strukturiert, um es dem Abgas zu ermöglichen, aus dem Reaktorrohr auszutreten. Die radiale Schleife verläuft zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt, und sie nimmt den Abgasstrom in den Einlassabschnitt auf. Weiter leitet die radiale Schleife den Abgasstrom zum Auslassabschnitt, und sie ist konfiguriert, um die Geschwindigkeit des Abgases so zu verringern, dass das Reduktionsmittel länger Zeit hat, um mit dem Abgas zu reagieren.
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Bei diesem Nachbehandlungssystem können alle Varianten des Reaktorrohrs gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 realisiert sein. Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung des Nachbehandlungssystems ist im Übrigen Gegenstand von Anspruch 8.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Motorsystem, das konfiguriert ist, um Abgas mit weniger gefährlichen Substanzen in ein Motorsystem abzulassen, das einen Motor und ein Nachbehandlungssystem umfasst. Das Nachbehandlungssystem ist in fluidischer Kommunikation mit dem Motor und strukturiert, um das aus dem Motor austretende Abgas zu behandeln. Das Nachbehandlungssystem schließt einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion ein, der dem Motor nachgeschaltet positioniert ist und der strukturiert ist, um den Abgasstrom vom Motor aufzunehmen. Das Nachbehandlungssystem schließt auch ein Reaktorrohr in fluidischer Kommunikation mit dem Motor sowie den Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion ein. Das dem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion vorgeschaltete Reaktorrohr umfasst einen Einlassabschnitt, eine Vielzahl von Lamellen, einen Auslassabschnitt, eine oder mehrere perforierte Platte(n) und eine radiale Schleife. Der Einlassabschnitt ist strukturiert, um das Abgas zu empfangen. Die Lamellen sind in der Nähe des Einlassabschnitts positioniert und strukturiert, um eine Strömungsrichtung des Abgases anzupassen. Der Auslassabschnitt ist strukturiert, um es dem Abgas zu ermöglichen, aus dem Reaktorrohr auszutreten. Die eine oder die mehreren perforierten Platten sind in der Nähe des Auslassabschnitts positioniert und strukturiert, um sich inkrementell in unterschiedliche Positionen zu öffnen. Die radiale Schleife verläuft ebenfalls zwischen dem Einlassabschnitt und dem Auslassabschnitt. Die radiale Schleife nimmt den Abgasstrom vom Einlassabschnitt auf und leitet den Abgasstrom zum Auslassabschnitt. Weiter ist die radiale Schleife konfiguriert, um die Geschwindigkeit des Abgases so zu verringern, dass das Reduktionsmittel länger Zeit hat, um mit dem Abgas zu reagieren.
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Auch insoweit sind alle Ausführungsformen des Reaktorrohres gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 einsetzbar. Im Übrigen ist besonders interessant eine bevorzugte Variante, die in Anspruch 10 beschrieben ist.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Systeme beziehen sich auf ein Zersetzungsreaktorrohr, das als Zersetzungskammer dient, in der Abgas von einem Motor mit einem Reduktionsmittel interagiert, um die gewünschte Zersetzung schädlicher Abgaskomponenten durchzuführen.
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Einzelheiten von einer oder mehreren Ausführungsform(en) des in dieser Offenlegung beschriebenen Gegenstands sind in den beigefügten Zeichnungen und der folgenden Beschreibung aufgeführt. Weitere Merkmale und Aspekte des Gegenstands werden anhand der hier vorgelegten Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich.
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1 ist eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, das ein Reaktorrohr einschließt.
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2 ist eine vordere Ansicht einer Ausführungsform eines Reaktorrohrs, das mit einem Dieselpartikelfilter und einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion verbunden ist.
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3 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Reaktorrohrs.
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4 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Reaktorrohrs.
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5 ist eine Querschnittsansicht des Reaktorrohrs aus 3 mit der Darstellung eines Abgasstroms gemäß einer Ausführungsform.
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6 ist eine Querschnittsansicht des Reaktorrohrs aus 3 mit der Darstellung eines Abgasstroms.
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7 ist eine Perspektivansicht eines Nachbehandlungssystems einschließlich des Reaktorrohrs aus 3.
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8 ist eine Seitenansicht des Reaktorrohrs aus 7.
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9 ist eine Querschnittsansicht des Reaktorrohrs aus 7.
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10 ist eine Querschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines Reaktorrohrs.
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11 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des Reaktorrohrs aus 10.
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Zum Zweck eines besseren Verständnisses der Prinzipien der Offenbarung wird nun auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen verwiesen, und für deren Beschreibung werden bestimmte Begriffe verwendet. Es versteht sich dennoch, dass dadurch keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt ist; jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen und alle weiteren Anwendungen der Prinzipien der Offenbarung wie hierin dargestellt, die sich üblicherweise für Fachleute auf dem Gebiet der Offenbarung ergeben können, sind hierin berücksichtigt.
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Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Systeme beziehen sich auf ein Zersetzungs-Reaktorrohr (auch als „Reaktorrohr” bezeichnet), das zur Verwendung in einem Nachbehandlungssystem konfiguriert ist. Das Reaktorrohr kann mit einer Nachbehandlungskomponente wie z. B. einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform dient das Reaktorrohr als Zersetzungskammer, in der Abgas von einem Motor mit einem Reduktionsmittel interagiert (z. B. mit Diesel Exhaust Fluid). Das Reaktorrohr ist konfiguriert, um einen Abgasstrom von aus einem Motor austretendem Abgas aufzunehmen. Das Reaktorrohr kann konfiguriert sein, um eine Injektion von Reduktionsmittel von einem Injektor oder einer Dosiereinheit zu empfangen. Das hierin beschriebene Reaktorrohr ermöglicht die effektive Abgabe von Reduktionsmittel in eine Nachbehandlungskomponente (z. B. einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion), beispielsweise zur Reduktion von Stickoxiden.
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Mehrere Vorteile lassen sich über die Implementierung von Merkmalen des hierin erörterten Reaktorrohrs erzielen. Der Uniformity-Index (d. h. die Ausbreitung des Reduktionsmittels auf der Fläche des Katalysators) und die Verdampfung des Reduktionsmittels können durch die Merkmale des beschriebenen Reaktorrohrs maximiert werden. Weiter kann das Reaktorrohr Ablagerungen von Reduktionsmittel entlang der Innenfläche des Reaktorrohrs, Umweltauswirkungen und Druckeinschränkungen minimieren. Wegen der radialen Eigenschaft des Reaktorrohrs kann das Rohr selbst in einer kleineren axialen Größe konstruiert werden, um den beanspruchten Raum sowie die Materialkosten zu reduzieren und minimieren. Zudem erhält die Verwendung des Reaktorrohrs in reduzierter Größe die Widerstandsfähigkeit bei Dosierung von hohen Injektionsraten von Diesel Exhaust Fluid. Bei einem Beispiel können Ausführungsformen eines hierin beschriebenen Reaktorrohrs Merkmale implementieren, die offenbart sind im
US-Absicherungspatent (Provisional Patent Application) Nr. 61/890764 mit dem Titel „Diesel Exhaust Fluid Deposit Mitigation”, das hiermit in seiner Gesamtheit hierin übernommen wird.
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Mit Bezug auf 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems 100 gezeigt, das ein Reaktorrohr 150 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform einschließt. Das System 100 umfasst einen Motor 110, einen Oxidationskatalysator 120, einen Dieselpartikelfilter 130, eine Dosiereinheit 140, ein Reaktorrohr 150 und einen Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion. Das System 100 kann auch einen Abgabemechanismus für die Abgabe von Reduktionsmittel (z. B. von Diesel Exhaust Fluid) aus einem Speichertank zu einem mit einem Motor 110 verbundenen Abgassystem einschließen. Bei einer Ausführungsform ist das System 100 an einem durch den Motor 110 angetriebenen Fahrzeug bereitgestellt. Bei anderen Ausführungsformen kann das System 100 an einem Motor 110 bereitgestellt sein, der in anderen Anwendungen verwendet wird, wie z. B. bei der Stromerzeugung, in Pumpensystemen oder beliebigen anderen Anwendungen, die Leistung vom Motor 110 aufnehmen oder verwenden.
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Der Motor 110 kann ein Dieselmotor sein oder ein beliebiges internes Verbrennungstriebwerk, wobei Abgasbehandlung mit einem Reduktionsmittel bereitgestellt wird. Der Motor 110 erzeugt Abgas aus Verbrennungen, die in den Zylindern des Motors anfallen, wenn der Motor 110 betrieben wird. Der Motor 110 kann einen oder mehrere Motorzylinder umfassen, die durch ein Einlasssystem (nicht dargestellt) Kraftstoff und Luft aufnehmen, um eine Verbrennung zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Einlasssystem einen Turbolader einschließen, der mit Druck beaufschlagte Luft empfängt und die Luft zu einem mit den Motorzylindern verbundenen Ansaugverteiler weiterleitet. Die durch Verbrennung in den Motorzylindern freigegebene Energie wird verwendet, um beispielsweise ein den Motor 110 aufnehmendes Fahrzeug anzutreiben. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas kann durch einen Abgaskrümmer (nicht dargestellt) aus dem Motor austreten.
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Das Abgas kann vor dem Eintritt in die Atmosphäre mehrere Komponenten durchlaufen. Wiederum mit Bezug auf 1 kann das Abgas aus dem Motor 110 austreten und in den Diesel-Oxidationskatalysator 120 strömen. Der Diesel-Oxidationskatalysator 120 ist eine Nachbehandlung für Abgas, die im Abgas vorgefundene Elemente oxidiert. Beispielsweise kann der Diesel-Oxidationskatalysator 120 Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser oxidieren. Das Abgas kann auch den Dieselpartikelfilter 130 durchlaufen, der Feinstaub und Ruß aus dem Abgas ausfiltert. Beim Austritt aus dem Dieselpartikelfilter 130 kann das Abgas in das Reaktorrohr 150 strömen. Das Reaktorrohr 150 ist konfiguriert, um das Abgas zusammen mit einem Reduktionsmittel in einer dazugehörigen Leitung aufzunehmen, sodass sich das Abgas und das Reduktionsmittel korrekt vermischen und zersetzen können. Das Reduktionsmittel in Form von Diesel Exhaust Fluid kann eine harnstoffbasierte Lösung umfassen, die sich mit dem Abgas vermischt, um sich chemisch zu Ammoniak zu zersetzen. Ein Beispiel für Diesel Exhaust Fluid umfasst eine Lösung aus 32,5% hochreinem Harnstoff und 67,5% deionisiertem Wasser. Es ist jedoch selbstverständlich, dass auch andere Lösungen von Diesel Exhaust Fluid und Reduktionsmittel verwendet werden können. Wie weiter oben erläutert, dient das Reaktorrohr 150 als Kammer für Diesel Exhaust Fluid, um mit Elementen im Abgas zu interagieren und sich zu Ammoniak zu zersetzen. Weitere Details hinsichtlich des Reaktorrohrs 150 werden im Folgenden erörtert und in den verbleibenden Figuren gezeigt.
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Eine Dosiereinheit 140 kann an das Reaktorrohr 150 anschließbar sein, um Diesel Exhaust Fluid zum Reaktorrohr 150 weiterzuleiten. Die Dosiereinheit 140 kann einen Injektor einschließen, der konfiguriert ist, um das Diesel Exhaust Fluid in das durch das Reaktorrohr 150 strömende Abgas zu injizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dosiereinheit 140 an einem Abschnitt des Abgassystems angebracht sein, der dem Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion vorgeschaltet ist. Beispielsweise kann die Dosiereinheit 140 so angebracht sein, dass der Injektor konfiguriert ist, um Diesel Exhaust Fluid nahe einem Einlassabschnitt des Reaktorrohrs 150 (z. B. einem mit dem Dieselpartikelfilter 130 verbundenen Ende) zu injizieren. Der Injektor kann einen Auslassabschnitt (bei einer besonderen Ausführungsform eine Düse) aufweisen, der eingerichtet ist, um wässrige Reduktionsmittel-Tropfen in das Abgas zu sprühen.
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Das Abgas strömt aus dem Reaktorrohr 150 in den Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion, wie in 1 gezeigt ist. Entsprechend einer Ausführungsform kann der Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion verwendet werden, um Stickoxide in weniger gefährliche Substanzen wie Stickstoff und Wasser umzuwandeln. Zur Erleichterung der Umwandlung kann der Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion ein Reduktionsmittel wie Harnstoff verwenden, um die Stickoxide beispielsweise in zweiatomigen Stickstoff und Wasser umzuwandeln.
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Die Dosiereinheit 140 kann verschiedene Strukturen umfassen, um die Übertragung des Diesel Exhaust Fluids aus dem Speichertank zur Dosiereinheit 140 und die Abgabe des Diesel Exhaust Fluids an Teile eines Abgassystems (z. B. an das Reaktorrohr 150) zu erleichtern. Beispielsweise kann die Dosiereinheit 140 eine Pumpe, eine Filterscheibe und ein der Pumpe vorgeschaltetes Rückschlagventil umfassen, um Diesel Exhaust Fluid vom Speichertank aufzunehmen. Bei einer Ausführungsform ist die Pumpe eine Membranpumpe, wenngleich es ersichtlich ist, dass ein beliebiger anderer Pumpentyp eingesetzt werden kann. Die Pumpe kann mit Druck beaufschlagtes Diesel Exhaust Fluid mit vorbestimmtem Druck ausgeben, das durch ein zweites Rückschlagventil, einen Pulsationsdämpfer und einen zweiten Filter strömen kann, um mit Druck beaufschlagtes Reduktionsmittel für ein Dosierventil bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dosiereinheit 140 weiter eine Bypass-Leitung um die Pumpe einschließen, die ein Bypass-Ventil hat, das zum Öffnen/Schließen und zum Ermöglichen oder Verhindern des Stroms von Diesel Exhaust Fluid durch die Bypass-Leitung zu einer der ersten Filterscheibe vorgeschalteten Position betreibbar ist. Bei einer Ausführungsform kann das Diesel Exhaust Fluid, beispielsweise während eines Spülvorgangs, zum Speichertank zurückgeleitet werden.
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Bei einigen Ausführungsformen verwendet die Dosiereinheit 140 luftgestützte Technologie, um Reduktionsmittel in den Abgasstrom zu injizieren. Bei anderen Ausführungsformen kann die Dosiereinheit 140 eine luftlose Konfiguration haben, wobei der Injektor das Diesel Exhaust Fluid ohne einen kombinierten Strom von mit Druck beaufschlagter Luft entladen kann. Der Speichertank kann einen Vorrat von Diesel Exhaust Fluid aufnehmen, und er kann belüftet sein, um die Entnahme des Reduktionsmittels an einem Port im Speichertank zu ermöglichen. Eine Leitung kann vom Port zur Dosiereinheit 140 verlaufen, um es der Dosiereinheit 140 zu ermöglichen, mit dem Speichertank in fluidischer Kommunikation zu sein. Die Dosiereinheit 140 kann auch in fluidischer Kommunikation mit dem Injektor sein. Wenn die Dosiereinheit 140 in Betrieb ist, kann sie Reduktionsmittel durch die Leitung aus dem Speichertank entnehmen und das Reduktionsmittel zum Injektor pumpen. Eine Rückflussleitung (nicht dargestellt) kann bereitgestellt sein, um überschüssiges Reduktionsmittel zum Speichertank zurückzuleiten. Die Dosiereinheit 140 kann durch eine Steuerung geregelt werden.
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2 zeigt eine vordere Ansicht einer Ausführungsform eines Reaktorrohrs 150, das mit einem Dieselpartikelfilter 130 und einem Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion verbunden ist. Der Dieselpartikelfilter 130 und der Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion sind so gezeigt, dass sie im Wesentlichen aneinander ausgerichtet positioniert sind. Sowohl der Dieselpartikelfilter 130 als auch der Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion haben eine Öffnung am Ende, um den Eintritt von Abgasstrom und das Austreten aus den Strukturen zu ermöglichen. Der Abgasstrom kann in den Dieselpartikelfilter 130 eintreten und durch die Öffnung des Dieselpartikelfilters austreten, um in das Reaktorrohr 150 zu gelangen. Der Abgasstrom kann anschließend den Körper des Reaktorrohrs 150 durchlaufen und aus dem Reaktorrohr 150 austreten. Der Abgasstrom kann anschließend in den Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion eintreten, um vor dem Eintritt in die Atmosphäre behandelt zu werden.
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Die in 2 gezeigte Ausführungsform des Reaktorrohrs 150 hat zwei Enden (z. B. einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt) und einen die Enden verbindenden Körper 230. Das Reaktorrohr 150 hat einen Leitungsbereich im Innern des Körpers 230, der es dem Reaktorrohr 150 ermöglicht, als Kanal zu fungieren, um dem Dieselpartikelfilter 130 die fluidische Verbindung mit dem Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion zu ermöglichen. Der Körper 230 des Reaktorrohrs krümmt sich um die gerade ausgerichtete Richtung des Dieselpartikelfilters 130 und des Katalysators 160 mit selektiver katalytischer Reduktion, um eine radiale Schleife zu erzeugen. Die radiale Schleife ist eine externe Schleife, die den Fluss des Abgasstroms unterbricht, indem der Abgasstrom radial um einen geradlinig ausgerichteten Pfad vom Dieselpartikelfilter 130 zum Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion geleitet wird. Die radiale Schleife kann eine schraubenartige Form oder eine nicht schraubenartige Form haben. Bei einer Ausführungsform kann sich die radiale Schleife um den Körper eines Nachbehandlungssystems wickeln, das einen Dieselpartikelfilter 130 und/oder einen Diesel-Oxidationskatalysator 120 umfasst, der im Wesentlichen in Reihe mit einem Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion angeordnet ist. Bei anderen Ausführungsformen sind der Dieselpartikelfilter 130 und/oder der Diesel-Oxidationskatalysator 120 nicht in Reihe mit dem Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion positioniert. Die radiale Schleife ist konfiguriert, um die Geschwindigkeit des Abgasstroms zu verringern, sodass das Reduktionsmittel länger Zeit hat, um mit dem Abgas zu reagieren. Bei einigen Ausführungsformen reduziert die radiale Schleife die Geschwindigkeit des Abgasstroms durch das Rohr. Die radiale Schleife des Körpers 230 trägt dazu bei, das Reaktorrohr 150 axial kompakt zu machen, was wiederum die Materialkosten reduziert und die Verwendung des Raums im Fahrzeug erhöht.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Reaktorrohrs 150. Der Abgasstrom kann über eine Vielzahl von Arten in das Reaktorrohr 150 eintreten, einschließlich eines Haupt-Einlassabschnitts, der den Eintritt von Luft in die Leitung im Inneren des Reaktorrohrs 150 ermöglicht. Bei einigen Ausführungsformen ist der Einlassabschnitt des Reaktorrohrs 150 geformt, um einen Staupunkt am Eingang zum Reaktorrohr 150 zu verhindern. Der Einlassabschnitt kann auch geformt sein, um einen Staupunkt an der Wand zu verhindern, die aus dem Diesel-Oxidationskatalysator 120 oder aus dem mit dem Reaktorrohr 150 fluidisch verbundenen Dieselpartikelfilter 130 austritt. Das Reaktorrohr 150 kann einen Port 360 haben, in den ein Injektor Diesel Exhaust Fluid injizieren kann. Teile des in das Reaktorrohr 150 eintretenden Abgasstroms können zum Port 360 geleitet werden, um eine bessere Integration des Diesel Exhaust Fluids in einen Hauptstrom von durch das Reaktorrohr 150 strömendem Abgases zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen kann sich Material wie Diesel Exhaust Fluid an der Innenwand des Reaktorrohrs 150 ansammeln und Ablagerungen entlang der Oberfläche erzeugen. Um die Ablagerungen zu verhindern, kann durch einen Kanal 370 strömende Bypass-Luft die Wärmeübertragung vom Abgas zu Räumen entlang der Innenwand des Reaktorrohrs 150 erhöhen. Das Abgas kann durch den Strömungskanal 360 in das Reaktorrohr 150 eintreten, um sich mit dem Reduktionsmittel und der Abgasmischung zu vereinen. Zusätzlich kann die erzeugte Strömung die Leitung des gemischten Stroms von Abgas und Reduktionsmittel zu einer von den Innenwänden entfernten Mittellinie des Reaktorrohrs 150 unterstützen. Bei einigen Ausführungsformen können Abschnitte des Reaktorrohrs 150 (z. B. der Kanal 370) ferner mit Diesel Exhaust Fluid unvermischtes Abgas, dem Reaktorrohr 150 nachgeschaltet, abgeben, um die Verhinderung des Auftreffens des Diesel Exhaust Fluids auf die Innenwände des Reaktorrohrs 150 weiter zu unterstützen.
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Das Reaktorrohr 150 kann eine Vielzahl von Strukturen haben, um den Strom weiter zu vermischen. Gemäß einigen Ausführungsformen ist der Einlassabschnitt mit einer Vielzahl von hinzugefügten Lamellen 350 geformt, die die Richtung des Stroms ändern, um einen gleitenden Übergang von einem Katalysatordurchmesser (z. B. vom Durchmesser eines Diesel-Oxidationskatalysators 120) in das Reaktorrohr 150 zu ermöglichen. Beispielsweise können die Lamellen 350 abgewinkelte Flächen bereitstellen, die gegenüber dem Strom herausragen, um den Strom über die Steuerung der Geschwindigkeitsvektoren zu leiten. Bei einigen Ausführungsformen beeinflussen die Lamellen 350 den Strom so, dass ein Teil des in das Reaktorrohr 150 eintretenden Abgasstroms in abgasgestützte Ports eintritt (z. B. in den Port 360), um die Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom zu unterstützen. Beispielsweise kann das Konzept bei einer besonderen Ausführungsform etwa 15% in abgasgestützte Ports leiten, um das Mitführen der Tropfen im Strom zu unterstützen und Ablagerungen zu verhindern (besonders an der Injektorspitze). Die Beeinflussung des Stroms leitet den Strom auch so, dass er keinen Stau- und Aufprallbereich innerhalb des radialen Rohrs erzeugt. Die Lamellen 350 wirken unterstützend, um zu verhindern, dass das tangentiale Moment des Stroms alle Reduktionsmitteltröpfchen zur Innenwandfläche des Reaktorrohrs 150 leitet. Zusätzlich kann durch die aktive Strömungsleitung und die Stauverhinderung die gesamte Druckbeschränkung des Reaktorrohrs 150 reduziert werden.
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Weiter kann sich mit Bezug auf 3 der Abgasstrom durch die Leitung 340 des Reaktorrohrs 150 in Richtung auf einen Auslassabschnitt 310 bewegen. Das Abgas kann weiter durch eine Anzahl von perforierten Platten 320 gelangen. Die perforierten Platten 320 können mit unterschiedlichen Anzahlen, Perforationen, Öffnungen, Texturen, Formen usw. vorliegen, um den Fluss des Abgasstroms zu leiten. Bei einigen Ausführungsformen sind die perforierten Platten 320 strukturiert, um das Reduktionsmittel über eine Fläche 330 des Katalysators 160 mit selektiver katalytischer Reduktion gleichmäßig so zu verteilen, dass die Fläche 330 des Katalysators 160 mit selektiver katalytischer Reduktion das Reduktionsmittel mit verbesserter Gleichmäßigkeit aufnehmen kann. Bei einer Ausführungsform kann das Reaktorrohr 150 zwei Stufen perforierter Platten haben, wobei sich die perforierten Platten in jeweils unterschiedlichem Ausmaß öffnen. Bei einer Ausführungsform ist die Vielzahl perforierter Platten strukturiert, um sich inkrementell in unterschiedliche Positionen zu öffnen. Entsprechend der Darstellung in 4 wird beispielsweise eine erste Lamelle 410 an einer Position geöffnet, während eine zweite Lamelle 420 inkrementell an einer von der Position der ersten Lamelle 410 unterschiedlichen Position geöffnet wird. Das Ausmaß der Öffnung der zweiten Lamelle 420 kann mehr oder weniger dem Ausmaß der Öffnung der ersten Lamelle 410 entsprechen. 4 zeigt ebenfalls den hinzugefügten abgasunterstützten Abschnitt 430 im Inneren des Reaktorrohrs 150. Die perforierten Platten 320 können hilfreich sein, um den Strömungsverteilungs-Index und den Uniformity-Index gleichzeitig zu maximieren.
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5 und 6 zeigen die Geschwindigkeit des Abgasstroms und/oder der Abgas- und Reduktionsmittelmischung, die sich durch das Reaktorrohr 150 bewegt. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Abgasstroms durch das Reaktorrohr aus 3, und 6 ist eine Seitenansicht des Abgasstroms im Reaktorrohr aus 3. Die Geschwindigkeit des Abgasstroms variiert an unterschiedlichen Positionen entlang des Strömungspfads des Reaktorrohrs 150 vom Einlassabschnitt zum Auslassabschnitt. Bei einer Ausführungsform ist die Geschwindigkeit des Abgasstroms in der dem Einlassabschnitt des Reaktorrohrs 150 nachgeschalteten radialen Schleife geringer als die Geschwindigkeit des Abgasstroms am Eingang in den Einlassabschnitt des Reaktorrohrs 150. Bei einigen Ausführungsformen ist die Geschwindigkeit des Abgasstroms in der Nähe des mittleren Bogens 610 der radialen Schleife geringer als die Geschwindigkeit des Abgasstroms in der Nähe des Einlassabschnitts des Reaktorrohrs 150.
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Entsprechend der Erörterung weiter oben ermöglicht die radiale externe Natur der hierin beschriebenen Ausführungsform eine lange Verweildauer des Tröpfchens, bevor es eingeführt und auf der Fläche eines Katalysators verteilt wird. Wegen der geringeren Geschwindigkeit hat beispielsweise das Diesel Exhaust Fluid Zeit, um vollständig zu verdampfen und einen wesentlichen Teil der Thermolyse abzuschließen. Dies bietet den Vorteil der Reduzierung des Wandfilms auf den perforierten Platten oder andere Strömungsmerkmale, die benötigt werden, um das Reduktionsmittel über der Katalysatorfläche zu verteilen. Dies schützt gegen das Reduktionsmittel, das flüssiges Wasser enthält oder die Thermolyse nicht begonnen hat, was zu umfangreichen Ablagerungen führen kann (die z. B. aus Harnstoff, Biuret und Triuret), die sich auf den Oberflächen des Reaktorrohrs 150 bilden, sowie zu Änderungen des Strömungsverteilungs-Index und einer drastisch geringeren Gesamtgleichmäßigkeit. Die radiale Natur reduziert auch die axiale Länge der Zersetzungskammer über die Verwendung des für die Katalysatoren reservierten verfügbaren Raums. Bei einigen Beispielen kann das Reaktorrohr 150 eine 5''-Querschnittsfläche haben, obwohl in anderen Implementierungen auch andere Flächen verwendet werden können. Das Hinzufügen von Lamellen und anderen Strömungsmischern kann die Spanne bei Druckanforderungen erhöhen, die verwendet werden kann, um das Rohr auf eine kleinere Fläche zu komprimieren.
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7, 8 und 9 zeigen verschiedene Ansichten auf Systemebene mit dem Reaktorrohr 150. 7 zeigt eine Querschnittsansicht des Reaktorrohrs 150; 8 zeigt eine Seitenansicht des Reaktorrohrs 150; und 9 zeigt eine Querschnittsansicht des Reaktorrohrs 150 im Nachbehandlungssystem. Das Reaktorrohr 150 ist mit dem Nachbehandlungssystem verbunden, das einen Dieselpartikelfilter 130 und einen Katalysator 160 mit selektiver katalytischer Reduktion hat. Die Dosiereinheit 140 ist an der radialen Schleife des Reaktorrohrs 150 angebracht gezeigt. Bei einer Ausführungsform kann sich die radiale Schleife um mehr als 180 Grad um das Äußere des Dieselpartikelfilters 130 und des Katalysators 160 mit selektiver katalytischer Reduktion krümmen. Entsprechend der Erörterung weiter oben mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen des Reaktorrohrs 150 kann das Reaktorrohr 150 aus 7, 8, und 9 ähnliche hierin beschriebene Komponenten haben, wie z. B. einen Einlassabschnitt, einen Auslassabschnitt, eine Vielzahl von Lamellen und eine radiale Schleife. Der Einlassabschnitt kann spezifisch geformt sein, um die Umleitung der Strömung um die externe radiale Schleife zu beginnen. Lamellen können die Strömung durch die abgasgestützten Abschnitte in der Nähe der Injektionsstelle des Diesel Exhaust Fluids leiten, während gleichzeitig die Strömung beeinflusst wird, während sie sich durch die radiale Schleife bewegt, ohne sämtliche Tröpfchen in die Wand zu drücken. Die radiale Schleife ermöglicht das Verdampfen des Diesel Exhaust Fluids sowie ausreichende Zeit für die Einleitung der Thermolyse, bevor das Reduktionsmittel verteilt werden muss. Der Auslassabschnitt beginnt den Prozess der gleichmäßigen Verteilung des Reduktionsmittels über der Katalysatorfläche, während eine Reihe perforierter Platten die Gleichmäßigkeit und die Strömungsverteilung maximiert. Die externe und radiale Natur des Reaktorrohrs ermöglicht weiter maximale Zersetzung und Verteilung des Reduktionsmittels in einer extrem kleinen Axiallänge ohne zunehmenden Gegendruck oder Raumbedarf.
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10 und 11 stellen Ansichten noch einer weiteren Ausführungsform des Reaktorrohrs 150 dar. Das Reaktorrohr 150 aus 10 und 11 weist eine oder mehrere „Nadelloch”-Öffnungen 1100 entlang des Körpers 230 auf, um einem Teil des Abgases den Austritt aus dem Reaktorrohr 150 zu ermöglichen. Das Reaktorrohr 150 umfasst auch eine im Körper 230 positionierte Struktur 1200, um die Unterbrechung der Abgasströmung zu unterstützen. Die Struktur 1200 umfasst einen oberen Abschnitt mit einer Vielzahl von dünnen Streifen und einen unteren Abschnitt. Der obere Abschnitt ist durch eine oder mehrere Seitenwände mit dem unteren Abschnitt verbunden. Der untere Abschnitt kann eine oder mehrere eingedellte, gebogene und/oder gekrümmte Oberflächen mit einer oder mehreren Öffnungen haben, die in einer oder mehreren der Oberflächen positioniert sind. Bei einigen Ausführungsformen ist die Struktur 1200 entlang der radialen Schleife des Körpers 230 positioniert. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Struktur 1200 in der Nähe (z. B. oberhalb) eines Ports 360 des Reaktorrohrs 150 positioniert, der eine Öffnung bereitstellt, durch die Diesel Exhaust Fluid in das Reaktorrohr 150 injiziert wird. Die Struktur 1200 unterstützt das Vermischen des Diesel Exhaust Fluids mit dem Abgas im Inneren des Reaktorrohrs 150.
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Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen der Offenbarung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie soll nicht vollständig sein oder die Erfindung auf die präzise offenbarte Form einschränken, und Abänderungen und Variationen sind angesichts der vorstehenden Lehren möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erschlossen werden. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundzüge der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es Fachleuten auf diesem Gebiet zu ermöglichen, die Offenbarung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Abänderungen zu verwenden, die für die besondere vorgesehene Verwendung geeignet sein können. Weitere Ersetzungen, Abänderungen, Veränderungen und Auslassungen können an den Betriebsbedingungen und an der Anordnung der Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beim Lesen der Ansprüche ist davon auszugehen, dass bei der Verwendung von Worten wie „ein”, „eine”, „mindestens ein/eine” oder „zumindest zum Teil” keine Absicht zur Einschränkung des Anspruchs auf nur einen Gegenstand bestand, soweit in dem Anspruch nichts Anderslautendes spezifisch angegeben ist. Soweit die Begriffe „zumindest zum Teil” und/oder „teilweise” verwendet werden, kann der Gegenstand einen Teil und/oder den gesamten Gegenstand einschließen, sofern nicht spezifisch etwas Anderslautendes angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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