DE102015111081A1

DE102015111081A1 - System und Verfahren zum Mischen von Gas/Flüssigkeit in einem Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102015111081A1
Application number: DE102015111081.4A
Authority: DE
Inventors: Charles E. Solbrig; Melanie K. Corrigan; Ognyan N. Yanakiev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US20160024985A1; US9605573B2

Abstract

Ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, der ein verbessertes Mischen eines eingespritzten Fluids aufweist, umfasst eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Abgas von einem Verbrennungsmotor aufnimmt und das Abgas an das Abgasbehandlungssystem liefert. Eine Fluideinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung ist zur Lieferung eines Fluids in das Abgas konfiguriert, und ein Verdampfungsvolumen, das in der Abgasleitung stromabwärts der Fluideinspritzeinrichtung angeordnet ist, ist derart konfiguriert, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid- und Abgasgemisches zu verlangsamen, wodurch die Verweilzeit des Abgasgemisches darin erhöht wird. Ein Abgasbehandlungssystem ist derart konfiguriert, das Fluid- und Abgasgemisch aufzunehmen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme und insbesondere Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren sowie Fahrzeuge, die diese enthalten.
HINTERGRUND
Hersteller von Verbrennungsmotoren, insbesondere solchen, die in Automobilanwendungen verwendet werden, müssen Kundenwünsche hinsichtlich Leistungsfähigkeit unter Einhaltung verschiedener Vorschriften für reduzierte Abgasemissionen und verbesserte Fahrzeugwirtschaftlichkeit erfüllen. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit besteht darin, einen Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das überstöchiometrisch (Sauerstoffüberschuss) ist. Beispiele mager verbrennender Motoren umfassen Kompressionszündungs-(Diesel-) und mager verbrennende Funkenzündungsmotoren. Während mager verbrennende Motoren eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit besitzen können, ist das Abgas, das von einem solchen Motor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) aufweist, die Partikelmaterial (”PM”) bilden können. Die effiziente Reduktion dieser Abgasbestandteile ist wichtig, um Emissionsstandards zu erfüllen und die Fahrzeugwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Es sind verschiedene Abgasbehandlungssysteme für Fahrzeuganwendungen vorgeschlagen worden, die verschiedene Abgasbehandlungsvorrichtungen verwenden. Eine solche Behandlungsvorrichtung verwendet einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (”SCR”), der auf einem Katalysatorträger angeordnet ist, und ein NOx-Reduktionsmittel (z. B. flüssiger Harnstoff), der stromaufwärts von dem SCR-Katalysator eingespritzt wird. Die Kombination aus NOx-Reduktionsmittel/Katalysator ist wirksam, um das Niveau der NOx im Abgas in bekannter Weise zu reduzieren. Ein Abgasbehandlungssystem zum Gebrauch zur Senkung der hohen Niveaus an PM im Abgas ist die Partikelfilter-(”PF”)Vorrichtung. Der Filter ist ein physikalischer Aufbau zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas, und infolgedessen müssen die angesammelten Partikel periodisch durch einen Regenerationsprozess entfernt werden, der eine Erhöhung der Temperatur des Filters durch Einspritzen von Kraftstoff direkt in das Abgassystem in bekannter Weise betrifft.
Bei den beiden Abgasbehandlungssystemen, die oben diskutiert sind, erfordert das eingespritzte Fluid eine vorgegebene Zeitspanne in der Abgasströmung für die richtige Herstellung der Mischung (z. B. Mischen oder chemische Umwandlung oder Verdampfung oder Verteilung des Fluids), bevor es richtig reagieren kann, um den gewünschten Vorteil bereitzustellen. Aufgrund des oftmals begrenzten Einbauraums ist es daher wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die dazu in der Lage sind, dies in der kürzest möglichen Länge auszuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, der ein verbessertes Mischen eines eingespritzten Fluids aufweist, eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Abgas von einem Verbrennungsmotor aufnimmt und das Abgas an das Abgasbehandlungssystem liefert. Eine Fluideinspritzeinrichtung steht in Fluidverbindung mit der Abgasleitung und ist derart konfiguriert, um ein Fluid in das Abgas abzugeben. Ein Aufbrechmischer ist in der Abgasleitung stromabwärts der Fluideinspritzeinrichtung angeordnet und derart konfiguriert, Fluidtröpfchen aufzubrechen. Ein Verdampfungsvolumen ist in der Abgasleitung stromabwärts des Aufbrechmischers angeordnet und dazu konfiguriert, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid- und Abgasgemischs zu verlangsamen, wodurch die Verweilzeit des Abgasgemisches darin erhöht wird. Ein Verteilungsmischer ist in der Abgasleitung stromabwärts des Verdampfungsvolumens angeordnet und derart konfiguriert, um das Fluid- und Abgasgemisch zu homogenisieren und zu verteilen, und eine Abgasbehandlungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, um das Fluid- und Abgasgemisch aufzunehmen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Mischen eines Fluids in einem Abgas in einem Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, dass ein Abgas von einem Verbrennungsmotor an eine Abgasleitung geliefert wird, die derart konfiguriert ist, um das Abgas aufzunehmen und das Abgas an das Abgasbehandlungssystem zu liefern, Fluid in das Abgas durch eine Fluideinspritzeinrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung eingespritzt wird, das Abgas- und Fluidgemisch durch einen Aufbrechmischer geführt wird, der in der Abgasleitung stromabwärts der Fluideinspritzeinrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, Fluidtröpfchen aufzubrechen, das Abgas- und Fluidgemisch an ein Verdampfungsvolumen geliefert wird, das in der Abgasleitung stromabwärts des Aufbrechmischers angeordnet und derart konfiguriert ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches zu verlangsamen, wodurch die Verweilzeit des Gemisches darin erhöht wird, das Abgas- und Fluidgemisch durch einen Verteilungsmischer geführt wird, der in der Abgasleitung stromabwärts des Verdampfungsvolumens angeordnet und derart konfiguriert ist, das Fluid- und Abgasgemisch zu homogenisieren und zu verteilen, und das Abgas- und Fluidgemisch an eine Abgasbehandlungsvorrichtung geliefert wird, die derart konfiguriert ist, um das Fluid- und Abgasgemisch aufzunehmen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, das eine verbesserte Mischung eines eingespritzten Fluides aufweist, eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von einem Verbrennungsmotor aufzunehmen und das Abgas an das Abgasbehandlungssystem zu liefern, eine Fluideinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, ein Fluid in das Abgas zu liefern, ein Verdampfungsvolumen, das in der Abgasleitung stromabwärts der Fluideinspritzeinrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid- und Abgasgemisches zu verlangsamen, wodurch die Verweilzeit des Abgasgemisches darin erhöht wird, und eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, das Fluid- und Abgasgemisch aufzunehmen.
Die obigen Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden Beschreibung der Ausführungsform offensichtlich, wobei die Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 eine teilweise schematische Ansicht eines Abgasbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor ist, das Merkmale der Erfindung verkörpert;
2 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts des Abgasbehandlungssystems von 1 an einem von erwähnten Schnitten ”A” ist;
3 eine beispielhafte Darstellung eines Aufbrechmischers ist, der Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
4 eine beispielhafte Darstellung eines Verteilungsmischers ist, der Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, für die Aufnahme von Abgas 16 von einem Verbrennungsmotor 12 gerichtet. Der Verbrennungsmotor 12 kann Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme mit Direkteinspritzung sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Abgasbehandlungssystem weist eine Abgasleitung 14 auf, die mehrere Segmente umfassen kann, die dazu dienen, Abgas 16 von dem Verbrennungsmotor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 zu transportieren. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen können eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”) 18 aufweisen. Eine OC-Vorrichtung 18 kann typischerweise ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat 20 aufweisen, das in eine starre Schale oder einen starren Kanister 21 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Leitung 14 gepackt ist. Das Substrat besitzt eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt). Die Oxidationskatalysatorverbindung kann beispielsweise als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Die OC-Vorrichtung 18 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger HC und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
Eine Vorrichtung 22 für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) kann stromabwärts der OC-Vorrichtung 18 angeordnet sein und kann auf eine Weise ähnlich der OC-Vorrichtung auch ein Durchström-Keramik- oder Metallmonolithsubstrat 24 aufweisen, das in eine starre Schale oder einen starren Kanister 25 mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Leitung 14 gepackt ist. Das Substrat 24 besitzt eine daran aufgetragene SCR-Katalysatorzusammensetzung (nicht gezeigt). Die SCR-Katalysatorzusammensetzung enthält bevorzugt einen Zeolith sowie ein oder mehrere Grundmetallkomponenten, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 in der Anwesenheit eines eingespritzten Reduktionsmittelfluids auf Ammoniakbasis (”NH3”), wie Harnstoff 23, umzuwandeln. Das NH3-Reduktionsmittelfluid 23 kann in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 22 unter Verwendung einer Einspritzeinrichtung 26 eingespritzt werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Abgasfilterbaugruppe (”PF”) 28 in dem Abgasbehandlungssystem 10 stromabwärts der SCR-Vorrichtung 22 angeordnet und dient dazu, das Abgas 16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Der PF 28 kann unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters 30 aufgebaut sein, der in eine starre Schale oder einen starren Kanister 31 eingebaut ist. Der Kanister weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 auf. Abgas, das in den Filter 30 eintritt, wird durch benachbarte, sich in Längsrichtung erstreckende Wände (nicht gezeigt) getrieben, und durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Das gefilterte Material wird in dem Filter 30 abgeschieden und besitzt mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Verbrennungsmotor 12 durch das Abgasbehandlungssystem 10 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische Wandströmungsmonolithfilter, der beschrieben ist, lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der PF 28 andere Filtertypen mit ähnlicher Wirkung umfassen kann.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform erfordert die Zunahme des Abgasgegendruckes, der durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt wird, dass der Filter 30 des PF 28 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und Partikel typischerweise in einem Hochtemperaturereignis. Zu Regenerationszwecken kann ein zweiter Oxidationskatalysator (”OC2”) 58 stromaufwärts des Filters 30 angeordnet sein. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der OC2 eng benachbart dem stromaufwärtigen Ende 60 des Filters 30 positioniert und in demselben Behälter 31 untergebracht, obwohl andere Konfigurationen denkbar sind. Eine Einspritzeinrichtung 70 ist stromaufwärts des OC2 58 in Fluidkommunikation mit dem Abgas 16 in der Abgasleitung 14 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 70 ist derart konfiguriert, nicht verbrannten Kohlenwasserstoff (”HC”), wie Kraftstoff 72, in den Abgasstrom zur Lieferung an den OC2 58 und zur Oxidation darin einzuführen. Die Oxidation des Kraftstoffes in dem OC2 58 erwärmt das Abgas 16 auf eine Temperatur, die ausreichend ist, den angesammelten Kohlenstoff und die angesammelten Partikel wie in dem Filter 30 zu verbrennen, wodurch der PF 28 regeneriert und zum weiteren Gebrauch vorbereitet wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform und mit Bezug auf 2 und fortgesetztem Bezug auf 1 ist ein vergrößerter Schnitt ”A” des Abgasbehandlungssystems 10 gezeigt. Wie in 1 zu sehen ist, ist der Schnitt A an zwei Stellen gezeigt, und die folgende Beschreibung kann gleichermaßen mit dem Ersatz stromabwärtiger Vorrichtungen (SCR-Vorrichtung 22 oder OC2-Vorrichtung 58) als auch eingespritzter Fluide (Harnstoff-Reduktionsmittel 23 oder Kraftstoff 72) Anwendung finden. Es sei angemerkt, dass das Einspritzen eines NH3-haltigen Reduktionsmittels, wie Harnstoff 23, oder einem HC, wie Kraftstoff 72, stromaufwärts einer SCR-Vorrichtung 22 bzw. einem OC2 58 typischerweise die gewünschte Leistung erzielt, wenn das Fluid 23, 72 entweder fein zerstäubt, vorverdampft oder chemisch umgewandelt wie auch vollständig in dem abgassechzehn vor Eintritt in die stromabwärtige Vorrichtung 22, 58 verteilt ist. Wenn irgendwelche dieser Eigenschaften nicht erreicht werden, reduziert dies die Wirksamkeit der Katalysatorkomponenten, die sich an den Substraten 20, 24 befinden, wenn das Abgas- und Fluidgemisch durch die Vorrichtung strömt. Bei größeren Fahrzeugen (und den meisten stationären Anwendungen) können die Mischlänge und Verweilzeit des Abgases/Fluides einfach durch Verlängern der Länge zwischen der Fluideinspritzeinrichtung 26, 70 und der aufnehmenden Vorrichtung erreicht werden. Bei Anwendungen in kleinen Fahrzeugen kann beispielsweise der Einbauraum für eine Abgasnachbehandlung begrenzt sein, was neue Strategien erfordert, um ein Mischen und eine Vorbereitung der Fluide 23, 72 mit dem Abgas 16 zu erreichen.
Bei einer Ausführungsform wird eine Fluideinspritzeinrichtung 26, 70 korrekt gewählt, um eine richtige Eindringung und Zerstäubung des eingespritzten Fluides 23, 72 in das Abgas 16 an der Fluideinspritzstelle 80 zu erreichen und eine anfängliche Entwicklung des Fluides in kleine Tröpfchen zu unterstützen, die gut in der Abgasströmung in der Leitung 14 verteilt sind. Stromabwärts der Fluideinspritzstelle 80 ist bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Aufbrechmischer 82 in der Abgasleitung 14 angeordnet. Der Aufbrechmischer unterstützt das Aufbrechen jeglicher großer Flüssigkeitströpfchen, da sie aufgrund ihrer größeren Masse schwierig zu verteilen und zu verdampfen sind. Bei einer Ausführungsform ist der Aufbrechmischer 82 derart konfiguriert, eine Oberfläche 83 zum Aufprall und zum Aufbrechen von Flüssigkeit, wie auch, um eine radial auswärts orientierte Verwirbelung auf die Strömung des Abgases 16 und das Fluid 23, 72 aufzubringen, vorgesehen, deren Wirkungen nachfolgend diskutiert sind. Ein beispielhafter Aufbrechmischer 82 ist in 3 gezeigt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird einem Durchgang durch den Aufbrechmischer 82 folgend das Fluid- und Abgasgemisch 84 (das Abgas 16 und Kraftstoff 72 oder Abgas und Harnstoff 23 enthalten kann) in ein Verdampfungsvolumen oder eine ”Ausbauchung” 86 ausgetragen. Das Verdampfungsvolumen 86 verlangsamt die Strömungsgeschwindigkeit der Abgasströmung, wodurch die Verweilzeit des Abgasgemisches 84 darin erhöht wird, was Zeit zum Verdampfen ermöglicht. Zusätzlich bewegt die radial auswärts gerichtete Verwirbelung, die durch den Aufbrechmischer 82 erzeugt wird, das Gemisch zu der Außenseite des Volumens, wodurch die Pfadlänge und dadurch die Verweilzeit des Abgasgemisches 84 in dem Verdampfungsvolumen 86 erhöht werden. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist das Verdampfungsvolumen 86 als ein zweifacher konischer Aufbau konfiguriert, der einen ersten Ausdehnungskegelabschnitt 88 aufweist, der sich von dem Einlass 90 zu dem Zentralgebiet 92 erstreckt, wo er an einen zweiten Kompressionskegelabschnitt 94 angrenzt, der sich von dem Zentralgebiet zu einem Auslass 96 erstreckt. Die Konfiguration des gezeigten Verdampfungsvolumens dient dazu, die Geschwindigkeit der Abgasströmung, wenn das Abgas 16 von dem Einlass 90 zu dem Zentralgebiet 86 strömt, aufgrund des allmählich zunehmenden Umfangs des ersten Ausdehnungskegelabschnitts 88 allmählich zu reduzieren. Zusätzlich unterstützt die konische Konfiguration eine glatte Strömung des verwirbelnden Abgases 16 auswärts und entlang der Innenwand 98 des Verdampfungsvolumens 86, um die Verweilzeit des Abgas- und Fluidgemisches 84 darin zu steigern und nicht genutzte Zonen in dem Volumen zu vermeiden. Während das Verdampfungsvolumen in dem Schema von 2 in einem konischen Format gezeigt ist, sei angemerkt, dass gänzlich jede Konfiguration, die die Verlangsamungs- und Verdampfungswirkungen der Ausbauchung 86, wie beschrieben ist, erreicht, denkbar ist. Andere denkbare Konfigurationen können Verdampfungsvolumen 86 aufweisen, die runde, ovale und rechtwinklige Querschnitte haben.
Bezug nehmend auf 4 mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 wird das Abgas- und Flüssigkeitsgemisch 84, das das Verdampfungsvolumen 86 verlässt, erneut beschleunigt, wenn es durch den zweiten Kompressionskegelabschnitt 94 zu dem Auslass 96 strömt. Wenn das Gemisch das Verdampfungsvolumen 86 verlässt, wird es, wenn es noch nicht in einer homogenen Form (das heißt die Flüssigkeit und das Abgas sind ein homogenes Gemisch) vorliegt, weiter homogenisiert und gleichmäßig über die Seite des stromabwärtigen Katalysatorsubstrats 20, 24 verteilt, indem das Gemisch durch einen Verteilungsmischer 98 geführt wird, der in der Abgasleitung 14 angeordnet ist. Der Verteilungsmischer 58 kann einen Mischer vom Turbulator-Typ umfassen, der dem abgassechzehn eine verteilende Turbulenz verleiht, die eine richtige Homogenisierung vor einer Freisetzung des Fluid- und Abgasgemisches 84 an die jeweilige OC-Vorrichtung 18 oder SCR-Vorrichtung 22 sicherstellt.
Eine vernünftige Leistungsverbesserung ist aus den beispielhaften Ausführungsformen, die mit einer gewünschten Mischung eingespritzter Abgasfluide in ein Drittel bis zu einer Hälfte der typischen Mischlängendistanz von Standardsystemen ohne die beschriebenen Verbesserungen beschrieben ist, erreicht worden. Ferner kann oftmals ein besserer Kompromiss zwischen niedrigen und hohen Abgasdurchflüssen erreicht werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen und abhängig von der anfänglichen Sprühqualität und -anordnung in die Abgasströmung müssen nicht alle Teile des hier beschriebenen Systems notwendig sein.
Während die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.

Claims

Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, der ein verbessertes Mischen eines eingespritzten Fluids aufweist, umfassend: eine Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, Abgas von einem Verbrennungsmotor aufzunehmen und das Abgas an das Abgasbehandlungssystem zu liefern; eine Fluideinspritzeinrichtung in Fluidverbindung mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, um ein Fluid in das Abgas zu liefern; einen Aufbrechmischer, der in der Abgasleitung stromabwärts der Fluideinspritzeinrichtung angeordnet und derart konfiguriert ist, Fluidtröpfchen aufzubrechen; ein Verdampfungsvolumen, das in der Abgasleitung stromabwärts des Aufbrechmischers angeordnet und dazu konfiguriert ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid- und Abgasgemischs zu verlangsamen, wodurch die Verweilzeit des Abgasgemisches darin erhöht wird; einen Verteilungsmischer, der in der Abgasleitung stromabwärts des Verdampfungsvolumens angeordnet und derart konfiguriert ist, das Fluid- und Abgasgemisch zu homogenisieren und zu verteilen; und eine Abgasbehandlungsvorrichtung, die derart konfiguriert ist, das Fluid- und Abgasgemisch aufzunehmen.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Fluideinspritzeinrichtung derart konfiguriert ist, eine hohe Eindringung und Zerstäubung des eingespritzten Fluides in das Abgas an der Fluideinspritzstelle zu entwickeln.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Aufbrechmischer eine Oberfläche zum Auftreffen und Aufbrechen der Flüssigkeit und, um der Strömung des Abgases und des Fluides eine radial auswärts orientierte Verwirbelung zu verleihen, umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Verdampfungsvolumen einen zweifachen konischen Aufbau besitzt, der einen ersten Ausdehnungskegelabschnitt, der sich von einem Einlass zu einem Zentralgebiet erstreckt, und einen zweiten Kompressionskegelabschnitt aufweist, der sich von dem Zentralgebiet zu einem Auslass erstreckt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei der erste Ausdehnungskegelabschnitt einen zunehmenden Umfang umfasst, der sich von dem Einlass zu dem Zentralgebiet erstreckt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei der zweite Kompressionskegelabschnitt einen abnehmenden Umfang umfasst, der sich von dem Zentralgebiet zu dem Auslass erstreckt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Verteilungsmischer einen Mischer vom Turbulator-Typ umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Mischen der eingespritzten Abgasfluide auf ein Drittel bis zu einer Hälfte der typischen Mischlängendistanz von Standardsystemen reduziert ist.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion umfasst und das Fluid ein Reduktionsmittel auf NH3-Basis umfasst.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung eine Oxidationskatalysatorvorrichtung umfasst und das Fluid ein HC-Fluid umfasst.