DE102016113602A1

DE102016113602A1 - Abgasmischer

Info

Publication number: DE102016113602A1
Application number: DE102016113602.6A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CN106437980B; RU2706089C2; CN106437980A; US10323560B2; RU2016131504A3; US20170044956A1; RU2016131504A

Abstract

Systeme für einen Mischer werden bereitgestellt. In einem Beispiel kann der Mischer sich schneidende Rohre mit mehreren Einlässen und/oder Auslässen aufweisen, die sich entlang einer Abgasleitung befinden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung beschreibt im Allgemeinen Systeme für eine Mischvorrichtung.
Hintergrund/Kurzdarstellung
Eine Technologie zur Nachbehandlung von Motorabgas nutzt die selektive katalytische Reduktion (SCR), um zu ermöglichen, dass bestimmte chemische Reaktionen zwischen NOx in dem Abgas und Ammoniak (NH₃) stattfinden. NH₃ wird in ein Motorabgassystem stromaufwärts eines SCR-Katalysators durch Einspritzen von Harnstoff in einen Abgasweg eingeleitet. Der Harnstoff baut sich unter hohen Temperaturbedingungen entropisch zu NH₃ ab. Der SCR ermöglicht die Reaktion zwischen NH₃ und NOx, um NOx in Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) umzuwandeln. Allerdings hat der vorliegende Erfinder erkannt, dass beim Einspritzen von Harnstoff in den Abgasweg Probleme auftreten können. In einem Beispiel kann Harnstoff der Abgasströmung schlecht beigemischt sein (z. B. weist ein erster Anteil der Abgasströmung eine höhere Harnstoffkonzentration auf als ein zweiter Anteil der Abgasströmung), was zu einer mangelhaften Beschichtung des SCR und einer mangelhaften Reaktivität zwischen Emissionen (z. B. NO_x) und dem SCR führen kann. Außerdem kann ein übermäßiges Mischen und Schütteln des Harnstoffs in dem Abgas gleichermaßen Probleme wie erhöhte Ablagerungen verursachen.
Versuche zur Überwindung einer schlechten Vermischung schließen das Einführen einer Mischvorrichtung stromabwärts einer Harnstoffeinspritzdüse und stromaufwärts des SCR ein, sodass die Abgasströmung homogen sein kann. Ein beispielhafter Ansatz ist von Liu et al. in der U.S. 8756913 dargestellt. Darin ist ein Abgassensormodul in einen Abgasweg eingeführt, um die Erhöhung einer Abgashomogenität zu unterstützen. Das Abgassensormodul umfasst ein pluszeichenförmiges (z. b. kreuzförmiges) Rohr mit mehreren Perforationen entlang einer Fläche des Moduls, die in eine Richtung weisen, die der Abgasströmung entgegengesetzt ist. Das Abgas tritt in das Modul ein und strömt zu einem Gassensor und tritt dann aus dem Modul über eine einzige kegelförmige Öffnung aus. Es kann ein zweites Modul vorhanden sein, das zum ersten oben beschriebenen Modul identisch ist und sich stromabwärts des ersten Moduls befindet, wobei sich eine Abgaskomponente zwischen dem ersten und dem zweiten Modul befindet.
Allerdings haben die Erfinder auch potenzielle Probleme mit solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel ist durch Einführen von zwei identischen Modulen in eine Abgasströmung die Vermischung in beiden Modulen ebenfalls identisch. Auf diese Weise wird eine Veränderung in der Abgasströmungsrichtung verringert, sodass die Zufälligkeit der Vermischung verringert werden kann. Darüber hinaus ist ein Sensor im Inneren jedes der Module angeordnet. Somit ist der Sensor auf die Messung nur von Anteilen des Abgases begrenzt, welche das Modul in der Abgasleitung abfangen kann.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch einen Mischer in Angriff genommen werden, der ein Paar Zylinderrohre umfasst, die sich senkrecht entlang einer Mittelachse einer Abgasleitung schneiden, wobei jedes der Zylinderrohre zwei längliche Einlässe proximal zu einer Abgasleitungswand und zwei abgewinkelte kreisförmige Auslässe proximal zu der Mittelachse umfassen, die zu einer Abgasströmungsrichtung, von dieser weg und senkrecht zu dieser weisen. Auf diese Weise strömt Abgas, das aus dem Mischer strömt, zu Bereichen der Abgasleitung, die von dem Mischer unbeeinflusst bleiben, und erhöht die Homogenität insgesamt des Abgases in der Abgasleitung. Auf diese Weise wird die Vermischung erhöht und eine Zusammensetzung von Abgas in der gesamten Abgasleitung ist im Wesentlichen gleich.
Als Beispiel kann der Mischer Abgas entlang eines äußeren Umfangs der Abgasleitung abfangen und ermöglichen, dass das Abgas an einem Zusammenströmungsbereich, der sich entlang einer Mittelachse des Mischers befindet, kollidiert und sich dort vermischt. Das gemischte Abgas strömt in die Abgasleitung, um mit ungemischtem Abgas der Abgasleitung weiter vermischt zu werden, indem es parallel zu oder senkrecht zu einer ungemischten Abgasströmung strömt.
Man wird verstehen, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten bereitzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Es sollen keine Hauptmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifiziert werden, dessen Schutzumfang einzig und allein in den Ansprüchen definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die mögliche Nachteile, die oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung erwähnt sind, beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 stellt einen beispielhaften Zylinder eines Motors dar.
2 stellt einen Mischer dar.
3A und 3B stellen Draufsichten eines stromaufwärtigen Abschnitts des Mischers bzw. eines stromabwärtigen Abschnitts des Mischers dar. 3A und 3B sind mit identischer Ausrichtung dargestellt, sodass die Figuren die relative Positionierung der Zylinderrohre in Bezug auf die vertikale Achse zeigen.
4 stellt eine Draufsicht des Mischers dar.
5 stellt eine isometrische Ansicht des Mischers in einer Abgasleitung dar.
2 und 5 sind in etwa maßstabsgetreu dargestellt, wenngleich andere relative Abmessungen verwendet werden können.
6 stellt eine beispielhafte Strömung dar, die durch eine Seitenansicht des Abgasmischers in der Abgasleitung strömt.
7 stellt eine Ausführungsform dar, die den Mischer stromabwärts eines Partikelfilters aufweist.
8 stellt eine Ausführungsform mit dem Mischer stromabwärts einer Harnstoffeinspritzdüse dar.
9 stellt eine Ausführungsform dar, die den Mischer stromaufwärts eines Gassensors zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren für einen Mischer, der sich in einer Abgasleitung eines Fahrzeugs befindet. Das Fahrzeug umfasst einen Motor, der ein Fahrzeug durch Verbrennung antreiben kann, wie in 1 dargestellt. Ein Verbrennungsprodukt ist Abgas, das verschiedene Bestandteile umfasst. Wie auch in 1 dargestellt, werden verschieden Sensoren, Aktoren und Behandlungsvorrichtungen verwendet, um das Abgas zu messen oder damit zu interagieren. Zum Erhalt genauer Messungen einer Zusammensetzung des Abgases wird wünschenswerterweise eine Homogenität des Abgases erhöht. Der Mischer, der in 2 dargestellt ist, kann eine Abgasströmung derart beeinflussen, dass eine Homogenität des Abgases erhöht wird. Draufsichten eines ersten Abschnitts und eines zweiten Abschnitts des Abgasmischers sind in 3A und 3B dargestellt. Eine Draufsicht des Abgasmischers, die einen Winkelversatz zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt darstellt, ist in 4 dargestellt. Der Mischer in einer Abgasleitung ist unter Bezugnahme auf 5 dargestellt. Ein Beispiel einer Abgasströmung durch den Mischer ist unter Bezugnahme auf 6 dargestellt. Allerdings können andere beispielhafte Strömungen vorhanden sein. Der Mischer kann sich stromabwärts eines Partikelfilters, stromabwärts einer Harnstoffeinspritzdüse und stromaufwärts eines selektiven katalytischen Reduktionsmittels (SCR) und stromaufwärts eines Abgassensors befinden, wie in 7, 8 bzw. 9 dargestellt.
Man wird zu schätzen wissen, dass 2 bis 5 in etwa maßstabsgetreu dargestellt sind, wenngleich auf Wunsch andere relative Abmessungen verwendet werden können. 2 bis 5 zeigen beispielhafte Konfigurationen in Bezug auf die Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls solche Elemente einander direkt kontaktierend oder direkt miteinander gekoppelt dargestellt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als direkt kontaktierend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die aneinander angrenzend oder benachbart zueinander dargestellt sind, mindestens in einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Als Beispiel können Komponenten, die an einer gemeinsamen Fläche in Kontakt miteinander stehen, als an einer gemeinsamen Fläche in Kontakt stehend bezeichnet werden. Als anderes Beispiel können Elemente, die voneinander entfernt mit nur einem Zwischenraum dazwischen und keinen anderen Komponenten angeordnet sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist ein schematisches Diagramm dargestellt, das einen Mehrzylindermotor 10 in einem Motorsystem 100 darstellt, das in einem Antriebssystem eines Automobils enthalten sein kann. Der Motor 10 kann von einem Steuersystem, das die Steuerung 12 aufweist, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 mittels einer Eingabevorrichtung 130 mindestens teilweise gesteuert werden. In diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zur Erzeugung eines proportionalen Pedalpositionssignals auf. Eine Verbrennungskammer 30 des Motors 10 kann einen Zylinder aufweisen, der durch Zylinderwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36 ausgebildet ist. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein zwischengeschaltetes Getriebesystem gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu aktivieren.
Die Verbrennungskammer 30 kann Ansaugluft von dem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über den Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können selektiv über ein entsprechendes Ansaugventil 52 und Abgasventil 54 mit der Verbrennungskammer 30 kommunizieren. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehrere Ansaugventile und/oder zwei oder mehrere Abgasventile aufweisen.
In diesem Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Abgasventil 54 durch Nockenbetätigung der entsprechenden Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und ein oder mehrere Systeme mit Nockenprofilschaltung (CPS), variabler Nockensteuerung (VCT), variabler Ventilsteuerung (VVT) und/oder variablem Ventilhub (VVL) benutzen, die von der Steuerung 12 zum Variieren des Ventilbetriebs betrieben werden können. Die Position des Einlassventils 52 und Abgasventils 54 kann von den Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Beispielen können das Ansaugventil 52 und/oder das Abgasventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Ansaugventil, das über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Abgasventil aufweisen, das über die Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen gesteuert wird.
Eine Krafteinspritzdüse 69 ist direkt mit der Verbrennungskammer 30 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt dort hinein proportional zu der Pulsweite eines Signals gekoppelt, das von der Steuerung 12 empfangen wird. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 69 eine so genannte Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskammer 30 bereit. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann zum Beispiel in der Seite der Verbrennungskammer oder in der Oberseite der Verbrennungskammer befestigt sein. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 69 über ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler aufweist. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse aufweisen, die in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff in das Saugrohr stromaufwärts der Verbrennungskammer 30 bekannt ist.
Ein Zündfunken wird der Verbrennungskammer 30 über die Zündkerze 66 bereitgestellt. Das Zündsystem kann ferner eine Zündspule (nicht dargestellt) umfassen, um eine Spannung zu erhöhen, die der Zündkerze 66 zugeführt wird. In anderen Beispielen wie bei einem Diesel kann die Zündkerze 66 ausgelassen sein.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselscheibe 64 aufweisen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselscheibe 64 von der Steuerung 12 mittels eines Signals variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktor bereitgestellt wird, die in der Drossel 62 enthalten sind, wobei diese Konfiguration allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 zum Variieren der Ansaugluft, die der Verbrennungskammer 30 unter anderen Motorzylindern bereitgestellt wird, betätigt werden. Die Position der Drosselscheibe 64 kann der Steuerung 12 über ein Drosselpositionssignal bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Erfassen einer Luftmenge aufweisen, die in den Motor 10 eintritt.
Ein Abgassensor 126 ist mit dem Abgaskanal 48 stromaufwärts einer Emissionssteuerungsvorrichtung 70 in Übereinstimmung mit einer Abgasströmungsrichtung gekoppelt. Der Sensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgasluft-/Kraftstoff-Verhältnisses wie ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO(Universal oder Wide-Range Exhaust Gas Oxygen)-Sensor, ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (erwärmter EGO), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor sein. In einem Beispiel ist der stromaufwärtige Abgassensor 126 ein UEGO, der konfiguriert ist, eine Ausgabe wie ein Spannungssignal, das proportional zu der in dem Abgas vorhanden Sauerstoffmenge ist, bereitzustellen. Die Steuerung 12 wandelt eine Sauerstoffsensorausgabe mittels einer Sauerstoffsensor-Übertragungsfunktion in ein Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis um.
Die Emissionssteuerungsvorrichtung 70 ist entlang des Abgaskanals 48 stromabwärts sowohl des Abgassensors 126 als auch eines Mischers 68 angeordnet dargestellt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), ein NO_x-Abscheider, ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (SCR), verschiedene andere Emissionssteuerungsvorrichtungen oder Kombinationen davon sein. In einigen Ausführungsformen kann während des Betriebs des Motors 10 die Emissionssteuerungsvorrichtung 70 regelmäßig zurückgesetzt werden, indem mindestens ein Zylinder des Motors innerhalb eines bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrieben wird.
Der Mischer 68 ist stromaufwärts der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 und stromabwärts des Abgassensors 126 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann zusätzlich oder als Alternative ein zweiter Abgassensor zwischen dem Mischer 68 und der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 oder stromabwärts der Emissionssteuerungsvorrichtung angeordnet sein. Der Mischer 68 umfasst mehrere Abschnitte, zum Beispiel zwei oder mehrere Abschnitte und in einem Beispiel genau zwei Abschnitte, die entlang einer Abgasströmungsrichtung in dem Abgaskanal 48 hintereinander geschaltet sind. Der Mischer 68 kann eine Abgasströmung derart beeinflussen, dass eine Homogenität einer Abgasmischung erhöht wird, während das Abgas durch den Mischer 68 strömt. Der Mischer 68 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2–6 ausführlicher beschrieben.
Ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) 140 kann einen gewünschten Anteil von Abgas aus dem Abgaskanal 48 über den AGR-Kanal 152 zu dem Ansaugkrümmer 44 leiten. Die AGR-Menge, die dem Ansaugkrümmer 44 bereitgestellt wird, kann von der Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 144 variiert werden. Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System 140 verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer zu regulieren, sodass ein Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunktes während bestimmter Verbrennungsmodi bereitgestellt wird.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Nurlesespeicherchip 106 (z. B. nichtflüchtiger Speicher) dargestellt ist, einen wahlfreien Zugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus aufweist. Die Steuerung 12 kann zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Signalen verschiedene Signale von den Sensoren empfangen, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, einschließlich der Messung des induzierten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Motorpositionssignals von einem Halleffektsensor 118 (oder einem anderen Typ), der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; der Drosselklappenposition von einem Drosselklappenpositionssensor 65; und eines Krümmerabsolutdruck(MAP)-Signals von dem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal kann von der Steuerung 12 von dem Kurbelwellenpositionssensor 118 generiert werden. Ein Krümmerdrucksignal kann auch eine Anzeige eines Vakuums oder Drucks in dem Ansaugkrümmer 44 bereitstellen. Es sei klargestellt, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor und umgekehrt. Während des Motorbetriebs kann ein Motordrehmoment aus der Ausgabe des MAP-Sensors 122 und der Motordrehzahl hergeleitet werden. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erkannten Motordrehzahl eine Grundlage für die Schätzung einer Ladung (einschließlich der Luft) sein, die in den Zylinder eingeleitet wird. In einem Beispiel kann der Kurbelwellenpositionssensor 118, der auch als ein Motordrehmomentsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Pulsen für jede Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
Der Nurlesespeicher 106 des Speichermediums kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die nichtflüchtige Anweisungen repräsentieren, die von dem Prozessor 102 zur Ausführung der unten beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die in Erwägung gezogen werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind, ausführbar sind.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um einen Motorbetrieb basierend auf den empfangenen Signalen und Anweisungen einzustellen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind.
1 stellt ein beispielhaftes System dar, das einen Mischer umfasst. Der Mischer kann zwei oder mehrere Stufen (z. B. Abschnitte) umfassen. In einem Beispiel, das nur zwei Stufen aufweist, ist eine erste Stufe stromaufwärts der zweiten Stufe in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung angeordnet, die aus dem Motor austritt und zu einem Auspuffendrohr strömt. In einem anderen Beispiel kann der Mischer nur die erste Stufe oder nur die zweite Stufe umfassen, wobei die zweite Stufe eine andere als die erste Stufe ist. Die zweite, verschiedene Stufe befindet sich stromabwärts und weg von der ersten Stufe. Jede der ersten Stufe und der zweiten Stufe umfasst zwei Zylinderrohre, die sich an einer Mittelachse einer Abgasleitung senkrecht schneiden. Die Rohre schneiden einander vollständig an einem Mittelpunkt entlang der Länge der Rohre und definieren einen gemeinsamen inneren Bereich, der mit Einlässen bzw. Auslässen der entsprechenden Stufe verbunden ist. Die zweite Stufe ist um die Mittelachse der Abgasleitung in Bezug auf die erste Stufe, in einem Beispiel um 45 Grad, gedreht. Die erste Stufe umfasst insgesamt vier längliche Einlassöffnungen, wobei jedes Rohr zwei längliche Einlassöffnungen umfasst. Die länglichen Einlässe befinden sich distal zur Mittelachse nahe Enden der Rohre. Die erste Stufe umfasst ferner abgewinkelte, kreisförmige Auslässe proximal zur Mittelachse der Abgasleitung. Die kreisförmigen Auslässe sind derart abgewinkelt, dass Abgas, das aus den Auslässen strömt, in einer Richtung strömt, die senkrecht zu und parallel zu einer Abgasströmungsrichtung in der Abgasleitung (z. B. einem Abgasrohr) ist. In einem Beispiel weisen die kreisförmigen Auslässe seitwärts und weisen nicht mehr stromaufwärts als stromabwärts in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung, die aus dem Motor austritt und zu einem Auspuffendrohr strömt. Die zweite Stufe umfasst eine Öffnung, die ungefähr mit vier Punkten und sternförmig geformt und entlang der Mittelachse zentriert ist, wo sich jeder Punkt der Öffnung zu einem Ende der Zylinderrohre der zweiten Stufe erstreckt. Die zweite Stufe umfasst ferner zwei längliche Öffnungen nahe einem Ende jedes Rohrs, das in eine Richtung weist, die senkrecht zu der Abgasströmungsrichtung in der Abgasleitung ist. Die Einlässe der ersten und der zweiten Stufe sind symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Auslässe der ersten und der zweiten Stufe symmetrisch zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist die Abgasströmung, die von den Mischerkomponenten abgefangen wird, aufgrund der Position der Einlässe der ersten Stufe und der zweiten Stufe entgegengesetzt. Dabei hat ein Abgas, das durch den Mischer strömt, im Vergleich zu einem Abgas, das durch eine Abgasleitung ohne den Mischer oder mit nur einem einzigen Mischkomponententyp strömt, eine erhöhte Wahrscheinlichkeit zur Vermischung. Weitere Details des Mischers werden nachstehend ausführlicher beschrieben. Ausführliche Beschreibungen von zusätzlichen beispielhaften Details des oben beschriebenen Mischers sind in 2, 3A, 3B, 4 und 5 erläutert.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst ein System 200 einen Mischer 201, der physikalisch mit einem Mischerrohr 202 in einer Abgasleitung 204 gekoppelt ist. Der Mischer 201 umfasst zwei Stufen, die entlang einer Abgasströmungsrichtung in der Abgasleitung 204 angeordnet sind. Der Mischer 201 kann als Mischer 68 verwendet werden und kann in der Ausführungsform verwendet werden, die unter Bezugnahme auf 1 dargestellt ist. In der gegenwärtigen Darstellung ist nur eine Begrenzung der Abgasleitung 204 dargestellt, um das Mischerrohr 202 zu zeigen.
Der Mischer 201 kann ein einstückiges maschinell bearbeitetes Stück sein. Der Mischer 201 kann ein oder mehrere eines Keramikmaterials, einer Metalllegierung, eines Siliziumderivats oder anderer geeigneter Materialien umfassen, die hohen Temperaturen standhalten und gleichzeitig eine Reibung mindern können, der eine Abgasströmung ausgesetzt ist, sodass ein Abgasdruck aufrechterhalten wird. Außerdem oder als Alternative kann der Mischer 201 eine oder mehrere Beschichtungen und Materialien umfassen, sodass Abgas Oberflächen des Mischers 201 kontaktieren kann, ohne dass sich Ruß oder andere Abgaskomponenten an dem Mischer 201 ablagern.
Der Mischer 201 umfasst einen ersten stromaufwärtigen Abschnitt 206 (z. B. erste Stufe) und einen zweiten stromabwärtigen Abschnitt 208 (z. B. zweite Stufe). In einem Beispiel befindet sich die erste Stufe 206 näher zu einem Motorauslass (z. B. Motor 10 aus 1) als die zweite Stufe 208. Die zweite Stufe 208 ist in einem Beispiel stromabwärts von der ersten Stufe 206 um 30 bis 40 Millimeter verlagert. Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass ein Abstand zwischen der ersten Stufe 206 und der zweiten Stufe 208 geringer als 30 Millimeter oder größer als 40 Millimeter sein kann. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Stufe 208 ausgelassen werden. Der Mischer 201, die erste Stufe 206 und die zweite Stufe 208 können in einem Beispiel drehsymmetrisch sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Abgasleitung 204 außerdem oder als Alternative mehr als einen Mischer 201 umfassen. Zum Beispiel kann die Abgasleitung 204 genau zwei der Mischer 201 umfassen. In dem Beispiel von zwei Mischern, die sich in der Abgasleitung 204 befinden, sind möglicherweise keine Komponenten zwischen einem ersten Mischer und einem zweiten Mischer angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die Mischer um ein oder mehrere Abgaskomponenten getrennt sein. Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass eine geeignete Anzahl von Mischern in der Abgasleitung 204 vorhanden sein kann.
Die zweite Stufe 208 kann in einem Beispiel von der ersten Stufe 206 um einen Winkel ovon 45° in Bezug auf eine Mittelachse 210 versetzt sein. Durch diesen Versatz, wobei die zwei Rohre jeweils senkrecht zueinander sind, kann eine Abgasströmung derart manipuliert werden, dass die Strömung zu der zweiten Stufe 208 geleitet wird, um nach dem Mischen in der ersten Stufe 206 weiter gemischt zu werden. Auf diese Weise erhöht eine Abgaszusammensetzung ihre Homogenität, was zu einer größeren Datenanalyse (z. B. Gaszusammensetzung, Rußkonzentration usw.) und Reaktivität (z. B. Oxidation, Reduktion usw.) führt.
Die erste Stufe 206 und die zweite Stufe 208 sind beide physikalisch direkt mit dem Mischerrohr 202 gekoppelt. Die erste Stufe 206 und die zweite Stufe 208 sind nicht drehbar fixiert und unbeweglich (z. B. statisch). Die erste Stufe 206 und die zweite Stufe 208 weisen im Wesentlichen die gleichen Außenabmessungen (z. B. Höhe, Länge und Breite) auf. Auf diese Weise können die erste Stufe 206 und die zweite Stufe 208 im Wesentlichen gleiche Abgasvolumina halten.
Die erste Stufe 206 umfasst ein Paar Zylinderrohre 212 und 214, die sich an der Mittelachse 210 senkrecht schneiden. Die Zylinderrohre 212 und 214 haben im Wesentlichen die gleiche Länge, den gleichen Durchmesser und die gleiche Höhe. In einem Beispiel schneiden sich Mittelachsen jedes der Rohre 212 und 214 mit der Mittelachse 210 des Abgasrohrs. In einem Beispiel schneiden sich die Rohre 212 und 214 vollständig an einem Mittelpunkt entlang der Länge der Rohre und definieren einen gemeinsamen inneren Bereich, der mit Einlässen bzw. Auslässen der ersten Stufe 206 verbunden ist. Wie dargestellt, umfasst die erste Stufe 206 einen pluszeichenförmigen (z. B. kreuzförmigen) Querschnitt entlang einer vertikalen Achse des Mischers 201. Enden der Rohre 212 und 214 grenzen an das Mischerrohr 202 an und sind daran befestigt. Abschnitte der Enden der Rohre 212 und 214 sind derart gekrümmt, dass ihre Krümmung einer Krümmung des Mischerrohrs 202 entspricht. Auf diese Weise sind die Rohre 212 und 214 hermetisch mit dem Mischerrohr 202 gekoppelt. Die Rohre 212 und 214 können mit dem Mischerrohr 202 verschmolzen oder verschweißt sein.
Das Rohr 212 umfasst zwei längliche Öffnungen 216, die sich distal zu der Mittelachse 210 befinden (z. B. proximal zu dem Mischerrohr 202). Die Öffnungen 216 sind an gegenüberliegenden Enden des Rohrs 212 angeordnet, sodass jedes Ende des Rohrs 212 eine einzige längliche Öffnung 216 umfasst. Außerdem umfasst das Rohr 214 zwei längliche Öffnungen 218, die zu den zwei länglichen Öffnungen 216, die sich distal zur Mittelachse 210 befinden, im Wesentlichen identisch sind. Die länglichen Öffnungen 218 sind an gegenüberliegenden Enden des Rohrs 214 angeordnet, sodass jedes Ende des Rohrs 214 eine einzige längliche Öffnung 218 umfasst. Ein Abstand zwischen den zwei länglichen Öffnungen 216 entspricht im Wesentlichen einem Abstand zwischen den zwei länglichen Öffnungen 218. Die länglichen Öffnungen 216 und 218 sind mit einem Innenraum der ersten Stufe 206 fluidisch gekoppelt.
Wie dargestellt, weisen die länglichen Öffnungen 216 und 218 in eine Richtung, die einer Abgasströmungsrichtung entgegensetzt ist. Der Pfeil 220 gibt eine Abgasströmungsrichtung an. Auf diese Weise kann Abgas, das in der Nähe eines äußeren Umfangs der ersten Stufe 206 strömt, in längliche Öffnungen 216 und 218 strömen und durch Durchgänge strömen, die sich in der ersten Stufe 206 befinden. Daher kann das Abgas, das in der Abgasleitung 204 strömt, in ein gesamtes Volumen der ersten Stufe 206 eintreten und dort hindurch strömen. Auf diese Weise können unterschiedliche Verbindungen, die durch die länglichen Öffnungen 216 und 218 strömen, kollidieren und sich in der ersten Stufe 206 vermischen, bevor sie aus der ersten Stufe 206 durch die Auslässe 222 austreten.
Die Auslässe 222 befinden sich proximal zu einem Schnittbereich zwischen den Rohren 212 und 214. Die Auslässe 222 sind kreisförmig und abgewinkelt. Zum Beispiel sind die Auslässe 222 derart ausgerichtet, dass ein vorderer Abschnitt der Auslässe 222 in eine Richtung weist, die einer Abgasströmung entgegengesetzt ist, und ein hinterer Abschnitt der Auslässe 222 in eine Richtung weist, die parallel zu einer Abgasströmung ist, während ein mittlerer Abschnitt in eine Richtung weist, die senkrecht zu einer Abgasströmung ist. Eine Hälfte jedes der Auslässe 222 befindet sich an dem Rohr 212, während sich die andere Hälfte an dem Rohr 214 befindet. Auf diese Weise kann ein Abgas, das durch die Abgasleitung 204 strömt, durch die Auslässe 222 strömen, ohne in die erste Stufe 206 einzutreten.
Ein Zusammenströmungsbereich 224 befindet sich entlang der Mittelachse 210 an dem Schnittpunkt zwischen den Rohren 212 und 214. Auf diese Weise kann Abgas, das von jeder der länglichen Öffnungen 216 und 218 abgefangen werden kann, an dem Zusammenströmungsbereich 224 strömen und kollidieren (sich z. B. vermischen), bevor es durch die Auslässe 222 strömt. Abgas, das aus der ersten Stufe 206 und durch die Auslässe 222 strömt, vermischt sich mit Abgas, das proximal zu und außerhalb der Auslässe 222 in der Abgasleitung 204 strömt. Somit wird eine Homogenität des Abgases in der ersten Stufe 206 erhöht. Abgas, das aus den Auslässen 222 strömt, wird durch Abgas, das in der Abgasleitung 204 strömt, außerhalb der ersten Stufe 206 umgeleitet und strömt in die zweite Stufe 208.
Die länglichen Öffnungen 216 und 218 sind konfiguriert, ein Gasvolumen in die erste Stufe 206 zu lassen, das im Wesentlichen einem Gasvolumen entspricht, das aus der ersten Stufe 206 durch die Auslässe 222 austritt. Auf diese Weise kann ein Abgasgegendruck infolge der ersten Stufe 206 nicht stattfinden. Darüber hinaus wird durch eine Gasströmungsrate in die erste Stufe 206, die im Wesentlichen einer Gasströmungsrate aus der ersten Stufe 206 entspricht, eine Vermischung von Gas in der ersten Stufe 206 im Vergleich zu einem Beispiel, das eine Gasströmungsrate umfasst, die geringer als eine Gasströmungsrate aus der ersten Stufe 206 ist, erhöht. In einer Ausführungsform kann ein Gesamtoberflächenbereich der länglichen Öffnungen 216 und 218 einem Gesamtoberflächenbereich der Auslässe 222 im Wesentlichen entsprechen. In einigen Ausführungsformen kann ein Gesamtoberflächenbereich der länglichen Öffnungen 216 und 218 einem Gesamtoberflächenbereich der Auslässe 222 nicht entsprechen.
Die zweite Stufe 208 umfasst ein Paar Zylinderrohre 226 und 228, die sich an der Mittelachse 210 senkrecht schneiden. Ein Schnittbereich der Zylinderrohre 226 und 228 befindet sich direkt stromabwärts des Schnittpunktes zwischen den Zylinderrohren 212 und 214. Die Zylinderrohre 226 und 228 haben im Wesentlichen die gleiche Länge, den gleichen Durchmesser und die gleiche Höhe. Wie dargestellt, umfasst die zweite Stufe 208 einen „X-förmigen“ (z. B. Kreuzform, die um die Mittelachse gedreht ist) Querschnitt entlang der vertikalen Achse des Mischers 201. In einem Beispiel schneiden sich die Rohre 226 und 228 vollständig an einem Mittelpunkt entlang einer Länge der Rohre 226 und 228 und definieren einen gemeinsamen inneren Bereich, der mit Einlässen bzw. Auslässen der zweiten Stufe 208 verbunden ist. Äußere periphere Abschnitte (z. B. Enden) der Rohre 226 und 228 stehen an einer gemeinsamen Fläche mit dem Mischerrohr 202 in Kontakt und sind somit auf ähnliche Weise wie die Krümmung des Mischerrohrs 202 gekrümmt. Die Rohre 226 und 228 können mit dem Mischerrohr 202 verschmolzen oder verschweißt sein. Auf diese Weise sind die Rohre 226 und 228 hermetisch mit dem Mischerrohr 202 abgedichtet.
Ein Einlass 230 befindet sich entlang des Schnittbereichs der Rohre 226 und 228 der zweiten Stufe 208 direkt stromabwärts des Zusammenströmungsbereichs 224 und der Auslässe 222 der ersten Stufe 206. Der Einlass 230 ist eine Vierpunkt-Sternform, wobei sich jeder Punkt des Einlasses 230 zu einem äußeren Umfang (z. B. Ende) der zweiten Stufe 208 erstreckt. Ein Fachmann wird zu schätzen wissen, dass andere geeignete Einlassformen verwendet werden können (z. B. ein Quadrat, ein Kreis, eine Raute usw.). Der Einlass 230 koppelt einen inneren Abschnitt der zweiten Stufe 208 fluidisch mit der Abgasleitung 204. Auf diese Weise strömt Abgas, das durch die zweite Stufe 208 strömt, in den inneren Abschnitt der zweiten Stufe 208 und füllt ein Volumen der zweiten Stufe 208.
Die zweite Stufe 208 umfasst ferner Auslässe 232 und 234, die sich in der Nähe von äußeren Umfängen der Zylinderrohre 226 bzw. 228 befinden. In einem Beispiel umfasst das Rohr 226 genau vier Auslässe 232, wobei sich zwei Auslässe 232 an einem ersten Ende befinden und zwei Auslässe 232 an einem zweiten Ende des Rohrs 226 befinden. In ähnlicher Weise umfasst das Rohr 228 genau vier Auslässe 234, wobei sich zwei Auslässe 234 an einem ersten Ende befinden und zwei Auslässe 234 an einem zweiten Ende des Rohrs 228 befinden.
Die Auslässe 232 und 234 sind im Wesentlichen identisch. Die Auslässe 232 und 234 sind, ähnlich wie die Öffnungen 216 und 218 der ersten Stufe 206, länglich. Die Auslässe 232 weisen in eine Richtung, die zu dem Rohr 228 im Wesentlichen parallel ist, während die Auslässe 234 in eine Richtung weisen, die zu dem Rohr 226 im Wesentlichen parallel ist. Auf diese Weise weisen die Auslässe 232 und die Auslässe 234 in Richtungen, die senkrecht zueinander sind. Darüber hinaus sind die Auslässe 232 und 234 senkrecht zu der Abgasströmungsrichtung in der Abgasleitung 204. Auf diese Weise wird Abgas weiter gestört und eine Vermischung wird verbessert.
Der Einlass 230 und die Auslässe 232 und 234 können ermöglichen, dass ein im Wesentlichen gleiches Gasvolumen durch ihre Öffnungen strömt. Somit kann ein Gasvolumen, das in die zweite Stufe 208 eintritt, einem Gasvolumen, das aus der zweiten Stufe 208 austritt, im Wesentlichen entsprechen.
In einem Beispiel sind die Einlässe, Auslässe, Öffnungen, Schlitze usw. die einzigen Öffnungen durch die Wände der Rohre des Mischers. Mit anderen Worten sind keine anderen Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe in dem ersten und dem zweiten Satz von Rohren als die angegebenen vorhanden.
2 stellt einen stromaufwärtigen Abschnitt und einen stromabwärtigen Abschnitt eines Abgasmischers dar, der sich in einer Abgasleitung befindet. 3A und 3B zeigen Draufsichten des stromaufwärtigen Abschnitts bzw. des stromabwärtigen Abschnitts.
Unter Bezugnahme auf 3A ist eine zweidimensionale Draufsicht 300 eines stromaufwärtigen Abschnitts 306 (d. h. die erste Stufe 206 aus 2) dargestellt. Der stromaufwärtige Abschnitt 306 befindet sich in einem Mischerrohr 302. Das Mischerrohr 302 ist physikalisch mit einer Abgasleitung 304 gekoppelt. Das Mischerrohr 302 und die Abgasleitung 304 können wie das Mischerrohr 202 und die Abgasleitung 204 in der Ausführungsform aus 2 verwendet werden.
Vertikale und horizontale Achsen sind dargestellt. Die vertikale Achse erstreckt sich in eine Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Die vertikale Achse erstreckt sich in eine linke und rechte Richtung.
Die erste Stufe 306 umfasst Zylinderrohre 308 und 310. Das Zylinderrohr 310 ist parallel zu einer vertikalen Achse in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Das Zylinderrohr 308 ist parallel zu einer horizontalen Achse in einer linken und rechten Richtung. Das Zylinderrohr 308 schneidet das Zylinderrohr 310 an einem Zusammenströmungsbereich 318 senkrecht. Der Zusammenströmungsbereich 318 ermöglicht, dass sich Abgas, das aus dem Zylinderrohr 308 und dem Zylinderrohr 310 strömt, in der ersten Stufe 306 vermischt. Somit befindet sich der Zusammenströmungsbereich 318 in einem Abschnitt der ersten Stufe 306, wo eine Strömungsrichtung von Abgas aus jeder der länglichen Öffnungen 312 und 314 entgegengesetzt ist.
Wie dargestellt, umfasst das Rohr 308 ein Paar längliche Öffnungen 312. Eine erste der länglichen Öffnungen 312 befindet sich an einem ersten Ende (z. B. einem linken Ende) des Rohrs 308, während sich eine zweite der länglichen Öffnungen 312 an einem zweiten Ende (z. B. einem rechten Ende) des Rohrs 308 gegenüber der ersten länglichen Öffnung 312 befindet. Somit können die länglichen Öffnungen 312, während Abgas durch die Abgasleitung 304 strömt, Abgas von unterschiedlichen Zusammensetzungen (z. B. unterschiedlichen Konzentrationen von verschiedenen Verbindungen) aufnehmen. Das Abgas, das in den länglichen Öffnungen 312 aufgenommen wird, strömt durch eine innere Leitung des Rohrs 308.
In ähnlicher Weise umfasst das Rohr 310 ein Paar längliche Öffnungen 314, die zu den länglichen Öffnungen 312 im Wesentlichen identisch sind. Eine erste der länglichen Öffnungen 314 befindet sich an einem ersten Ende (z. B. einem oberen Ende) des Rohrs 310, während sich eine zweite der länglichen Öffnungen 314 an einem zweiten Ende (z. B. einem unteren Ende) des Rohrs 310 gegenüber der ersten länglichen Öffnung 312 befindet. Während Abgas durch die Abgasleitung 304 strömt, können die erste und die zweite längliche Öffnung 314 Abgas von unterschiedlichen Zusammensetzungen aufnehmen. Das Abgas, das in den länglichen Öffnungen 314 aufgenommen wird, strömt durch eine innere Leitung des Rohrs 310.
Die inneren Leitungen der Rohre 308 und 310 sind an dem Zusammenströmungsbereich 318 fluidisch gekoppelt. Die unterschiedlichen Abgaszusammensetzungen vermischen sich an dem Zusammenströmungsbereich 318, bevor sie aus den Auslässen 316 strömen. Wie oben beschrieben, weisen die Auslässe 316 in Richtungen, die zu einer Abgasströmungsrichtung entgegengesetzt, senkrecht und parallel sind. Auf diese Weise kann Abgas, das durch ein Zentrum der Abgasleitung 304 (z. B. einen Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen Achse) strömt, dazu beitragen, dass die Abgasmischung an dem Zusammenströmungsbereich 318 durch die Auslässe 316 zu einem Rest der Abgasleitung 304 (z. B. zu einem stromabwärtigen Abschnitt des Mischers 302) strömt.
In einem Beispiel kann eine Abgaszusammensetzung basierend auf einer Zone variieren. Zum Beispiel kann ein oberer äußerer Umfang entlang der vertikalen Achse in der Nähe der oberen länglichen Öffnung 314 eine andere Abgaszusammensetzung als die untere längliche Öffnung 314 aufweisen, die sich in der Nähe eines unteren äußeren Umfangs der vertikalen Achse befindet. In ähnlicher Weise kann ein linker äußerer Umfang der horizontalen Achse in der Nähe der linken länglichen Öffnung 312 eine andere Abgaszusammensetzung als die rechte längliche Öffnung 312 aufweisen, die sich in der Nähe eines rechten äußeren Umfangs der horizontalen Achse befindet. Darüber hinaus können sich die Abgaszusammensetzungen, die sich entlang der horizontalen Achse befinden, von denjenigen unterscheiden, die sich entlang der vertikalen Achse befinden. Somit kann jede der länglichen Öffnungen 312 und 314 ein unterschiedlich zusammengesetztes Abgas aufnehmen (z. B. nimmt der stromaufwärtige Abschnitt genau vier unterschiedliche Abgaszusammensetzungen auf, wobei eine andere Zusammensetzung durch jede der länglichen Öffnungen 312 und 314 strömt). Die vier Zusammensetzungen können sich vermischen und ihre Homogenität an dem Zusammenströmungsbereich 318 erhöhen. Eine fünfte Abgaszusammensetzung kann entlang eines Zentrums der Abgasleitung 304 (z. B. Schnittpunkt der vertikalen und horizontalen Achse) strömen und sich mit der Abgasströmung vermischen, die aus den Auslässen 316 strömt. Das Abgas, das aus den Auslässen 316 strömt, wird von der ersten Abgaszusammensetzung umgeleitet und strömt in einer Richtung, die zu der Abgasströmungsrichtung durch die Abgasleitung 304 parallel ist.
Unter Bezugnahme auf 3B ist eine zweidimensionale Draufsicht 350 eines stromabwärtigen Abschnitts 356 (z. B. die zweite Stufe 208 aus 2) dargestellt. Der stromabwärtige Abschnitt 356 befindet sich in einem Mischerrohr 352. Das Mischerrohr 352 ist physikalisch mit einer Abgasleitung 354 gekoppelt. Das Mischerrohr 352 und die Abgasleitung 354 können zu dem Mischerrohr 202 und der Abgasleitung 204 aus 2 im Wesentlichen identisch sein. Zusätzlich oder als Alternative können das Mischerrohr 352 und die Abgasleitung 354 Verlängerungen des Mischerrohrs 302 bzw. der Abgasleitung 304 aus 3A sein. Somit kann sich der stromabwärtige Abschnitt 356 stromabwärts des stromaufwärtigen Abschnitts 306 befinden. In einem solchen Beispiel owird der stromabwärtige Abschnitt 356 um eine Mittelachse um 45° in Bezug auf den stromaufwärtigen Abschnitt gedreht, wie oben in Bezug auf 2 beschrieben.
Eine vertikale und horizontale Achse sind dargestellt. Die vertikale Achse erstreckt sich in eine Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Die horizontale Achse erstreckt sich in eine linke und rechte Richtung. Die vertikale und die horizontale Achse aus 3B sind in Bezug oauf die vertikale und die horizontale Achse aus 3A um 45° gedreht, um sie mit dem stromabwärtigen Abschnitt 356 auszurichten.
Der stromabwärtige Abschnitt 356 umfasst Zylinderrohre 358 und 360. Das Zylinderrohr 358 ist parallel zu der vertikalen Achse in einer Richtung nach links und nach rechts. Das Zylinderrohr 360 ist parallel zu der vertikalen Achse in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Das Zylinderrohr 358 schneidet das Zylinderrohr 360 an einem Zentrum der Abgasleitung (z. B. Schnittpunkt zwischen der horizontalen und der vertikalen Achse) senkrecht.
An dem Schnittpunkt der Zylinderrohre 358 und 360 befindet sich ein sternförmiger Einlass 362. Der sternförmige Einlass 362 ist eine Vierpunkt-Sternform, wobei sich jeder Punkt zu einem anderen Ende der zweiten Stufe 356 erstreckt. Zum Beispiel erstrecken sich die vier Punkte in eine Richtung nach oben, nach unten, nach links bzw. nach rechts.
Wie oben in 2 beschrieben, sind der stromaufwärtige Abschnitt 306 (z. B. die erste Stufe 206) und der stromabwärtige Abschnitt 356 (z. B. die zweite Stufe 208) entlang einer Mittelachse (z. B. Mittelachse 210) der Abgasleitung 354 (z. B. Abgasleitung 204) ausgerichtet. Daher befindet sich der Einlass 362 (z. B. Einlass 230 aus 2), der mit der Mittelachse ausgerichtet ist, direkt stromabwärts der Auslässe 316 (z. B. Auslässe 222 aus 2) und nimmt mindestens einen Anteil einer Abgasmischung auf, die durch die Auslässe 316 strömt. Auf diese Weise ist der stromabwärtige Abschnitt 356 zu dem stromaufwärtigen Abschnitt 306 komplementär und vermischt das Abgas weiter.
Abgas wird eingefüllt und strömt durch verschiedene innere Kanäle des stromabwärtigen Abschnitts 356, während das Abgas in den stromabwärtigen Abschnitt 356 durch den Einlass 362 eintritt. Die inneren Kanäle folgen einem Weg, der einer Richtung der Rohre 358 und 360 im Wesentlichen ähnlich ist. Zum Beispiel teilt sich die Abgasmischung in vier separate Strömungen auf, von denen jede zu einem anderen Ende des stromabwärtigen Abschnitts 356 strömt. Zum Beispiel strömt die Abgasmischung zu einem oberen Ende und einem unteren Ende des Rohrs 360 und zu einem linken Ende und einem rechten Ende des Rohrs 358.
Das Abgas in dem horizontalen Rohr 358 kann aus den Auslässen 364 strömen. Wie dargestellt, umfassen sowohl das linke Ende als auch das reche Ende ein Paar der Auslässe 364. In einem Beispiel umfasst das Rohr 358 genau vier Auslässe 364. Die Auslässe 364 weisen in eine Aufwärts- und Abwärtsrichtung. Abgas, das aus den Auslässen 364 strömt, ist parallel zu der vertikalen Achse.
Das Abgas in dem vertikalen Rohr 360 kann aus den Auslässen 366 strömen. Wie dargestellt, umfassen sowohl das Aufwärtsende als auch das Abwärtsende ein Paar der Auslässe 366. In einem Beispiel umfasst das Rohr 360 genau vier Auslässe 366, wobei zwei der Auslässe 366 an dem Aufwärtsende angeordnet sind und die anderen zwei Auslasse 366 an dem Abwärtsende angeordnet sind. Die Auslässe 366 weisen in eine Richtung nach links und nach rechts. Abgas, das aus den Auslässen 366 strömt, ist parallel zu der horizontalen Achse.
In einem Beispiel nimmt der stromabwärtige Abschnitt 356 mindestens einen Abschnitt der Abgasmischung (z. B. die Abgasmischung, die ein erstes, zweites, drittes, viertes und fünftes Abgas mit variierenden Zusammensetzungen mischt) von dem stromaufwärtigen Abschnitt 306 auf, bevor die Abgasmischung weiter gemischt wird. Wie oben beschrieben, strömt das Abgas in vier unterschiedliche Richtungen in dem stromabwärtigen Abschnitt 356. Das Abgas kann aus dem stromabwärtigen Abschnitt 356 in vier Zonen der Abgasleitung strömen, wo Abgas noch nicht mit dem stromaufwärtigen oder dem stromabwärtigen Abschnitt interagiert hat.
Zum Beispiel kann Abgas, das entweder in einer Richtung nach links oben, in einer Richtung nach rechts oben, einer Richtung nach links unten oder einer Richtung nach rechts unten strömt, nicht mit dem stromaufwärtigen Abschnitt 306 interagieren und bleibt unvermischt. Allerdings vermischt sich die Abgasmischung, die aus dem stromabwärtigen Abschnitt 356 strömt, aufgrund der Drehung des stromabwärtigen Abschnitts 356 in Bezug auf den stromaufwärtigen Abschnitt 306 mit dem unvermischten Abgas. Auf diese Weise wird eine Homogenität von Abgas, das durch die Abgasleitung strömt, erhöht, sodass eine Zusammensetzung von Abgas in einer beliebigen Zone der Abgasleitung einer Zusammensetzung von Abgas in einer anderen Zone relativ ähnlich ist.
3A und 3B stellen zweidimensionale Draufsichten einer ersten Stufe bzw. einer zweiten Stufe eines Mischers dar. Wie oben beschrieben, sammelt die erste Stufe Abgas aus einem äußeren Umfang einer Abgasleitung und leitet das Abgas zu einem Zusammenströmungsbereich, um zu ermöglichen, dass sich das Abgas vermischt, bevor das Abgas zu einem zentralen Abschnitt der Abgasleitung geleitet wird. Das gemischte Abgas in dem zentralen Abschnitt der Abgasleitung strömt zu einem Einlass der zweiten Stufe, die sich entlang eines zentralen Abschnitts der Abgasleitung befindet. Das Abgas in der zweiten Stufe wird zu einem äußeren Abschnitt der Abgasleitung geleitet, um weiter durch die Abgasleitung zu strömen. 4 stellt eine Draufsicht des gesamten Mischers dar. Genauer stellt 4 einen Drehversatz zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe dar.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine zweidimensionale Draufsicht 400 des Mischers 401 dargestellt. Der Mischer 401 umfasst eine erste Stufe 402 und eine zweite Stufe 404. Die erste Stufe 402 ist durch durchgezogene Linien angegeben. Die zweite Stufe 404 ist durch gestrichelte Linien angegeben. Der Mischer 401 umfasst ferner ein Mischerrohr 406, das physikalisch sowohl mit der ersten Stufe 402 als auch der zweiten Stufe 404 gekoppelt ist. Das Mischerrohr 406 ist hermetisch an einer Abgasleitung 408 abgedichtet. Der Mischer 401 kann als der Mischer 201 in der Ausführungsform aus 2 verwendet werden und/oder als der Mischer 68 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden.
Der Bogen 410 stellt einen Winkel θ dar, der einen Winkelversatz zwischen der ersten Stufe 402 und der zweiten Stufe 404 darstellt. Wie dargestellt, beträgt der Winkel θ im oWesentlichen 45°. Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass der Winkel θ Werten von weniger als und größer als 45° (z. B. 30° und 60°) entsprechen kann. Darüber hinaus ermöglicht der Winkelversatz, dass sich das Abgas, das aus der zweiten Stufe 404 strömt, mit Abgas, das von der ersten Stufe 402 nicht betroffen war, kombiniert und vermischt, wie oben beschrieben.
4 stellt eine Draufsicht eines Abgasmischers dar, der eine erste Stufe und eine zweite Stufe aufweist und sich in einer Abgasleitung befindet. 5 stellt eine abgewinkelte isometrische Ansicht des Abgasmischers in einer Abgasleitung dar. Der Mischer umfasst zwei Abschnitte, nämlich einen stromaufwärtigen Abschnitt und einen stromabwärtigen Abschnitt, wobei der stromabwärtige Abschnitt um eine Mittelachse in Bezug auf den stromaufwärtigen Abschnitt gedreht wird. Auf diese Weise ist der stromabwärtige Abschnitt zu dem stromaufwärtigen Abschnitt komplementär.
Unter Bezugnahme auf 5 stellt ein System 500 einen Mischer 502 dar, der sich in einer Abgasleitung 504 befindet. In einer Ausführungsform kann der Mischer 502 des Systems 500 als der Mischer 201 in der Ausführungsform aus 2 verwendet werden und/oder als der Mischer 68 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden. Pfeile, die sich entlang 5 befinden, geben eine Abgasströmungsrichtung in der Abgasleitung 504 an.
Der Mischer 502 umfasst ein Mischerrohr 506, das physikalisch mit der Abgasleitung 504 gekoppelt ist. Ein Abschnitt der Abgasleitung 504 wurde ausgelassen, um den Mischer 502 zu zeigen. Der Mischer 502 umfasst einen stromaufwärtigen Abschnitt 508 und einen stromabwärtigen Abschnitt 510. Der stromaufwärtige Abschnitt 508 und der stromabwärtige Abschnitt 510 weisen im Wesentlichen ähnliche Abmessungen auf. Der stromaufwärtige Abschnitt 508 befindet sich näher zu einem Motorauslass (z. B. Motor 10 aus 1) als der stromabwärtige Abschnitt 510. Auf diese Weise nimmt der stromaufwärtige Abschnitt 508 Abgas vor dem stromabwärtigen Abschnitt 510 auf. Der Mischer 502 umfasst Freiräume, die sich zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt 508 und dem stromabwärtigen Abschnitt 510 befinden. Der Mischer 502 umfasst ferner Freiräume zwischen Rohren des stromaufwärtigen Abschnitts 508 und des stromabwärtigen Abschnitts 510. Die Freiräume umfassen keine anderen Mischerelemente und sind von Leerraum besetzt. Der stromaufwärtige Abschnitt 508 und der stromabwärtige Abschnitt 510 sind mit einer Mittelachse 501 ausgerichtet und drehsymmetrisch dazu.
Wie dargestellt, sind der stromaufwärtige Abschnitt 508 und der stromabwärtige Abschnitt 510 gestaffelt. Zum Beispiel strömt Abgas, das durch Auslässe des stromaufwärtigen Abschnitts 508 strömt, mit erhöhter Wahrscheinlichkeit in den stromabwärtigen Abschnitt 510. Infolgedessen wird Abgas, das in dem stromaufwärtigen Abschnitt 508 vermischt wird, wahrscheinlich in dem stromabwärtigen Abschnitt 510 weiter vermischt.
5 stellt einen gesamten Abgasmischer in einer Abgasleitung dar. 6 zeigt eine beispielhafte Strömung eines Abgases, das mit einem Mischer interagiert. Der Mischer kann die Abgasströmung derart manipulieren, dass ein Abgasgesamtprofil im Gegensatz zu Bereichen von hoher Zusammensetzung und niedriger Zusammensetzung eine durchschnittliche Emissionszusammensetzung umfasst.
Unter Bezugnahme auf 6 stellt ein System 600 eine Abgasleitung 602 dar, die Abgas zu einem Abgasmischer 604 führt. Das System 600 ist erläuternder Natur und stellt eine beispielhafte Abgasströmung durch den Abgasmischer 604 dar. Der Fachmann wird zu schätzen wissen, dass andere Abgasströmungen durch den Mischer basierend auf einer Motorlast, Abgastemperatur usw. realisiert werden können. Zum Beispiel kann mit zunehmender Abgastemperatur die Vermischung durch den Mischer 502 aufgrund einer erhöhten Geschwindigkeit der Abgasströmung erhöht werden.
In einer Ausführungsform kann der Abgasmischer 604 des Systems 600 als der Mischer 201 in der Ausführungsform aus 2 verwendet werden und/oder als der Mischer 68 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden. 6 ist eine Seitenansicht des Mischers 604 und stellt einen Grundriss einer Struktur des Mischers 604 und seiner Komponenten dar. Die gestrichelte Linie 601 repräsentiert ein Zentrum der Abgasleitung 602 und trennt eine obere Hälfte 603A illustrativ von einer unteren Hälfte 603B der Abgasleitung 602.
Die Abgasleitung 602 (z. B. Abgaskanal 48) umfasst den Abgasmischer 604. Der Abgasmischer 604 ist mit der Abgasleitung 602 über ein Mischerrohr 606 physikalisch gekoppelt, wie oben beschrieben. Die Abgasleitung 602 bringt den gesamten Abgasmischer 604 und das Mischerrohr 606 unter.
Abgas, das durch die Abgasleitung 602 strömt, umfasst verschiedene Verbindungen. Wie dargestellt, ist eine erste Verbindung durch einen Pfeil mit durchgezogener Linie dargestellt, eine zweite Verbindung ist durch einen Pfeil mit kurz gestrichelter Linie dargestellt und eine dritte Verbindung ist durch einen Pfeil mit lang gestrichelter Linie dargestellt. Die verschiedenen Verbindungen in dem Abgas können einen oder mehrere von Sauerstoff, CO₂, Ruß, Kraftstoff, Harnstoff, Stickstoff usw. enthalten. Somit ist es möglich, dass eine größere Anzahl als drei Verbindungen durch die Abgasleitung 602 strömt. Eine Richtung der Verbindungen und der Abgasströmung ist durch die Pfeile angegeben.
Wie oben beschrieben, kann jede Zone der Abgasleitung 602 eine andere Zusammensetzung von Verbindungen umfassen, die in dem Abgas strömen. Der Mischer 604 trägt zu einer Erhöhung einer Gesamthomogenität des Abgases bei, sodass jede Zone der Abgasleitung 602 eine im Wesentlichen ähnliche Zusammensetzung von Verbindungen umfasst.
Das Abgas stromaufwärts des Mischers 604 ist heterogen. Die drei dargestellten Verbindungen sind vor dem Strömen durch den Mischer 604 getrennt. Nach Erreichen des Abgasmischers 604 interagiert das Abgas mit einem ersten Abschnitt 608 des Abgasmischers 604. Das Abgas strömt durch Kanäle des ersten Abschnitts 608, bevor es zu einem zweiten Abschnitt 610 strömt.
Der zweite Abschnitt 610 interagiert auch mit dem Abgas, bevor er zu Abgaskomponenten strömt, die sich stromabwärts des Mischers 604 befinden. 7, 8 und 9 stellen Ausführungsformen verschiedener Instrumente dar, die sich stromabwärts des Mischers 604 befinden. Ein Beispiel einer Abgasströmung durch den Mischer 604 unter Bezugnahme auf spezifische Komponenten des Mischers 604 wird nachstehend beschrieben.
Wenn Abgas beginnt, in den Mischer zu strömen, kann die erste Verbindung in einen oberen Einlass 612 strömen, der sich in der oberen Hälfte 603A befindet. Die dritte Verbindung kann in einen unteren Einlass 614 strömen, der sich in der unteren Hälfte 603B befindet. Der obere Einlass 612 und der untere Einlass 614 (z. B. Öffnungen 314 aus 3A) können sich an einem ersten Rohr des ersten Abschnitts 608 befinden. Die zweite Verbindung kann sowohl in einen linken mittleren Einlass als auch einen rechten mittleren Einlass (nicht dargestellt) strömen. Der linke mittlere Einlass und der rechte mittlere Einlass (z. B. Öffnungen 312 aus 3A) können sich an einem zweiten Rohr des ersten Abschnitts 608 befinden. Wie dargestellt, schneidet das zweite Rohr das erste Rohr am Zentrum der Abgasleitung 602 senkrecht.
Abgas strömt durch die Rohre des ersten Abschnitts 608 und vermischt sich an einem zentralen Abschnitt des ersten Abschnitts 608. Das Abgas strömt nach der Vermischung durch die Auslässe 616 und 618 (z. B. zwei der Auslässe 222 aus 3A) aus dem ersten Abschnitt. Wie dargestellt, lenkt der erste Abschnitt 608 die Abgasmischung (z. B. die erste, zweite und dritte Verbindung) derart, dass sie entlang des Zentrums der Abgasleitung 602 strömt.
Ein Abschnitt der Abgasmischung, die entlang des Zentrums der Abgasleitung strömt, wird von dem zweiten Abschnitt 610 über einen Einlass 620 erfasst. Die Doppelpfeillinie 619 stellt einen Abstand zwischen dem ersten Abschnitt 608 und dem zweiten Abschnitt 610 dar. Der Abstand kann ein Bereich von 30 bis 40 Millimetern sein. Man wird zu schätzen wissen, dass andere Abstände zwischen dem ersten Abschnitt 608 und dem zweiten Abschnitt 610 realisiert worden sind.
Wie oben beschrieben, wird Abgas, das von dem zweiten Abschnitt 610 aufgenommen wird, zu gleichen Teilen in vier Wege an Auslässe verteilt, die sich an Enden jedes Rohrs des zweiten Abschnitts 610 befinden (siehe 3B). Der obere Auslass 622 und der untere Auslass 624 (z. B. Auslässe 366 aus 3B) eines ersten Rohrs sind dargestellt. Wie dargestellt, setzen beide einen Anteil der Abgasmischung frei. Der zweite Abschnitt 610 umfasst ferner zwei weitere Auslässe direkt hinter den Auslässen 622 und 624. Daher sind aus der gegenwärtigen Ansicht die zwei anderen Auslässe des zweiten Abschnitts 610 nicht dargestellt. Aufgrund eines Winkelversatzes des zweiten Abschnitts 610 in Bezug auf den ersten Abschnitt 608 setzen alle Auslässe des zweiten Abschnitts 610 die Abgasmischung an einer Position der Abgasleitung 602 frei, an der sich kein Abgas vermischt hat. Zum Beispiel strömt ein Anteil des Abgases, das in die Abgasleitung 602 strömt, nicht in den ersten Abschnitt 608, sondern strömt vielmehr durch Freiräume um den ersten Abschnitt 608 und ist unvermischt. Der zweite Abschnitt 610 lenkt die Abgasmischung, die von dem ersten Abschnitt 608 aufgenommen wird, derart, dass sie in den unvermischten Anteil des Abgases strömt und sich mit diesem vermischt. Auf diese Weise weist Abgas in der Abgasleitung 602 stromabwärts des Mischers 604 (z. B. stromabwärts des zweiten Abschnitts 610) eine erhöhte Homogenität und eine im Wesentlichen gleichförmige Zusammensetzung auf.
Auf diese Weise lenkt der Mischer 604 ein Abgas, das durch die Abgasleitung 602 strömt, durch die zwei Abschnitte, sodass sich verschiedene Abgaszonen vermischen und kollidieren, die sich sonst nicht vermischen würden. Somit wird eine Homogenität des Abgases in der gesamten Abgasleitung 602 stromabwärts des Mischers 604 erhöht.
6 stellt eine beispielhafte Abgasströmung durch einen Mischer dar. 7, 8 und 9 stellen verschiedene Ausführungsformen und/oder Positionen für die Positionierung des Mischers dar, um eine Homogenität der Abgasströmung zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf 7 stellt ein System 700 eine Ausführungsform eines Mischers 706 stromabwärts eines Partikelfilters 702 und stromaufwärts eines Rußsensors 708 dar. Der Rußsensor 708 kann Signale an eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) senden, um verschiedene Motoraktoren entsprechend zu modifizieren. Falls zum Beispiel ein Rußsensor erkennt, dass ein Rußpegel über einem Rußschwellenpegel liegt, dann kann die Steuerung 12 eine Drehmomentausgabe eines Fahrzeugs derart reduzieren, dass Rußemissionen reduziert werden. In einer Ausführungsform kann der Mischer 706 als der Mischer 68 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden.
Der Partikelfilter 702 liegt stromaufwärts des Mischers 706. Infolgedessen kann eine Abgasströmung, die von dem Partikelfilter 702 aufgenommen wird, im Vergleich zu einer Abgasströmung, die durch einen Mischer (z. B. den Mischer 706) wie oben beschrieben strömt, zunehmend heterogen sein. Der Partikelfilter 702 setzt das Abgas in einem Partikelfilter-Auslasskegel 704 stromaufwärts des Mischers 706 frei. Abgas, das in den Mischer 706 strömt, wird einer Vermischung unterzogen, die der Vermischung, die in Bezug auf 6 beschrieben wurde, im Wesentlichen ähnlich ist. Das Abgas stromabwärts des Mischers 706 ist im Vergleich zu dem Abgas stromaufwärts des Mischers 706 zunehmend homogen. Die Abgasströmung wird von dem Rußsensor 708 analysiert, um eine Rußmenge zu bestimmen, die durch den Partikelfilter 702 strömt. Aufgrund der Position des Rußsensors kann nur ein Anteil der Abgasströmung analysiert werden. Die Erhöhung der Homogenität erhöht die Genauigkeit der Messwerte des Rußsensors 708.
Unter Bezugnahme auf 8 stellt ein System 800 eine Abgasleitung 802 mit einer Harnstoffeinspritzdüse 804 dar. Die Harnstoffeinspritzdüse 804 liegt stromaufwärts eines Mischers 806. Der Mischer 806 liegt stromaufwärts eines selektiven Reduktionskatalysators (SCR) 808. Auf diese Weise kann sich der Harnstoff mit einem Abgas vermischen, sodass eine Abgas-Harnstoff-Mischung homogener ist als sie wäre, wenn sie nicht durch den Mischer 806 strömen würde. Durch Erhöhen der Vermischung von Harnstoff in das Abgas können Harnstoffbeschichtungsoberflächen des SCR 808 an Gleichförmigkeit zunehmen und somit die Effizienz steigern. Das System 800 kann als der Mischer 68 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden. In einem solchen Beispiel entspricht der Mischer 806 im Wesentlichen dem Mischer 68, wobei die Harnstoffeinspritzdüse 804 stromabwärts des Gassensors 126 und stromaufwärts des Mischers 68 angeordnet ist. Der SCR 808 entspricht der Emissionssteuerungsvorrichtung 70 oder befindet sich in dieser.
Unter Bezugnahme auf 9 stellt ein System 900 einen Mischer 902 dar, der an eine Abgasleitung 904 fluidisch gekoppelt ist. Der Motor 902 kann als der Motor 10 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden. Der Motor 902 stößt nach der Verbrennung Abgas in die Abgasleitung 904 aus. Das Abgas strömt durch die Abgasleitung 904, bevor sie einen Mischer 906 erreicht. Abgas wird in dem Mischer 906 vermischt, bevor es zu einem Gassensor 908 stromabwärts des Mischers strömt. Der Gassensor 908 kann als der Gassensor 126 in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden. Auf diese Weise kann der Gassensor 908 ein Abgas aufgrund einer Erhöhung der Homogenität genau messen. Falls zum Beispiel der Gassensor 908 ein UEGO-Sensor ist, dann kann im Vergleich zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von einem UEGO-Sensor eines unvermischten Abgases gemessen wird, ein genaueres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemessen werden.
Auf diese Weise kann ein kompakter, leicht herzustellender Mischer stromaufwärts verschiedener Abgassystemkomponenten angeordnet werden, um eine Genauigkeit einer Sensormessung zu erhöhen oder eine Effizienz von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu verbessern. Durch Anordnen einer komplementären zweiten Stufe stromabwärts und Winkelversatz zu einer ersten Stufe wird Abgas mehrere Male umgelenkt und vermischt, um eine Gesamthomogenität von Abgas in der Abgasleitung zu erhöhen. Der technische Effekt des Anordnens eines Abgasmischers in einer Abgasleitung dient der Verbesserung einer Abgasmischhomogenität, sodass Komponenten stromabwärts des Mischers ihre Funktionalität erhöhen können.
In einem ersten Beispiel zieht die vorliegende Erfindung einen Abgasmischer in Betracht, der ein Paar Zylinderrohre umfasst, die sich entlang einer Mittelachse einer Abgasleitung senkrecht schneiden, wobei jedes der Zylinderrohre stromaufwärts weisende Einlässe proximal zu einer Abgasleitungswand und Auslässe proximal zu dem Schnittpunkt und der Mittelachse, die von der Mittelachse radial auswärts weisen, umfasst.
In einer ersten Ausführungsform des Mischers des ersten Beispiels weist der Mischer außerdem oder als Alternative das Paar Zylinderrohre auf, wobei dieses ein erster Satz Zylinderrohre ist, die sich vollständig schneiden und einen gemeinsamen Innenbereich definieren, der mit jedem der Einlässe und Auslässe verbunden ist.
In einer zweiten Ausführungsform, die wahlweise die erste Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels umfasst der Mischer ferner einen zweiten, verschiedenen Satz von Zylinderrohren, die sich stromabwärts von und beabstandet von dem ersten Satz befinden.
In einer dritten Ausführungsform, die wahlweise die erste und die zweite Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels schneidet sich der zweite Satz von Zylinderrohren entlang der Mittelachse der Abgasleitung, wobei der zweite Satz eine Einlassöffnung, die an einer Mittelachse zentriert ist und stromaufwärts weist, wobei sich der Einlass zu jedem Ende der Zylinderrohre erstreckt, und ein Paar längliche Auslässe umfasst, die sich proximal zu jedem Ende der Zylinderrohre befinden, wobei die Auslässe seitwärts weisen und nicht mehr stromaufwärts als stromabwärts weisen.
In einer vierten Ausführungsform, die wahlweise eine oder mehrere der ersten bis dritten Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels weisen die Einlässe des ersten Satzes in eine Richtung, die zu einer Abgasströmung parallel ist.
In einer fünften Ausführungsform, die wahlweise eine oder mehrere der ersten bis vierten Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels ist der zweite Satz von Rohren zum ersten Satz von Rohren um einen Winkel von 45° entlang einer Mittelachse versetzt.
In einer sechsten Ausführungsform, die wahlweise eine oder mehrere der ersten bis fünften Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels sind der erste Satz und der zweite Satz von Rohren hohl.
In einer siebten Ausführungsform, die wahlweise eine oder mehrere der ersten bis sechsten Ausführungsform einschließt, des Mischers des ersten Beispiels sind keine anderen Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe in dem ersten und dem zweiten Satz von Rohren vorhanden als die angegebenen.
In einer achten Ausführungsform, die wahlweise eine oder mehrere der ersten bis siebten Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des ersten Beispiels sind die Einlässe symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Auslässe symmetrisch zueinander angeordnet sind.
In einem zweiten Beispiel zieht die vorliegende Erfindung einen Abgasmischer in Betracht, umfassend einen stromaufwärtigen Abschnitt mit einem ersten Satz von sich schneidenden Rohren, einen stromabwärtigen Abschnitt mit einem zweiten Satz von sich schneidenden Rohren, die von dem stromaufwärtigen Abschnitt beabstandet sind, wobei der stromabwärtige Abschnitt um eine Mittelachse eines Abgasrohrs in Bezug auf die erste Komponente gedreht ist.
In einer ersten Ausführungsform des Abgasmischers des zweiten sind die sich schneidenden Rohre sowohl des stromaufwärtigen Abschnitts als auch des stromabwärtigen Abschnitts jeweils hohl und mit der Abgasströmung in dem Abgasrohr fluidisch gekoppelt.
In einer zweiten Ausführungsform, die wahlweise die erste Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des zweiten Beispiels schneiden sich der erste Satz von sich schneidenden Rohren und der zweite Satz von sich schneidenden Rohren an der Mittelachse, sodass vier angrenzende Rohre für den ersten Satz und den zweiten Satz geschaffen werden, wobei jedes der vier Rohre gleich lang ist.
In einer dritten Ausführungsform, die wahlweise die erste und/oder zweite Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des zweiten Beispiels umfasst jedes Rohr des ersten Satzes des stromaufwärtigen Abschnitts längliche Einlassöffnungen proximal zu einem Ende jedes Rohrs, die in eine Richtung weisen, die der Abgasströmung in dem Abgasrohr entgegengesetzt ist, und wobei der stromaufwärtige Abschnitt abgewinkelte Auslässe proximal zur Mittelachse umfasst.
In einer vierten Ausführungsform, die wahlweise die erste bis dritte Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des zweiten Beispiels umfasst jedes Rohr des zweiten Satzes des stromabwärtigen Abschnitts längliche Auslässe, die sich entlang eines Endes jedes Rohrs befinden und in eine Richtung weisen, die senkrecht zu der Mittelachse ist, und der stromabwärtige Abschnitt ferner eine sternförmige Vierpunktöffnung umfasst, die sich proximal zum Schnittpunkt der Rohre befindet, die entlang der Mittelachse zentriert sind.
In einer fünften Ausführungsform, die wahlweise die erste bis vierte Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers der zweiten Stufe weisen der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt einen kreuzförmigen Querschnitt auf.
In einer sechsten Ausführungsform, die wahlweise die erste bis fünfte Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des zweiten Beispiels sind der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt nicht drehbar an einem Abgaskanal fixiert.
In einer siebten Ausführungsform, die wahlweise die erste bis sechste Ausführungsform einschließt, des Abgasmischers des zweiten Beispiels sind der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt ortsfeste, statische Mischerkomponenten.
In einem dritten Beispiel zieht die vorliegende Erfindung einen Abgasmischer in Betracht, der einen ersten Abschnitt umfasst, der sich stromaufwärts eines zweiten Abschnitts in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung befindet, wobei der erste Abschnitt zwei sich senkrecht schneidende Zylinderrohre umfasst, wobei der erste Abschnitt ferner vier abgewinkelte Löcher umfasst, die proximal zu einem Schnittpunkt der Zylinderrohre sind, und vier längliche Öffnungen, wobei sich eine längliche Öffnung proximal zu einem Ende eines Rohrs befindet, wobei der zweite Abschnitt zwei sich senkrecht schneidende Zylinderrohre umfasst, wobei der zweite Abschnitt ferner acht Öffnungen, die sich proximal zu einem Ende jedes der Rohre des zweiten Abschnitts befinden, und eine sternförmige Vierpunktöffnung umfasst, die sich an einem Zentrum des zweiten Abschnitts befindet, wobei sich jeder Punkt der sternförmigen Öffnung zu einem Ende der Rohre des zweiten Abschnitts erstreckt.
In einer ersten Ausführungsform des Abgasmischers des dritten Beispiels sind der erste und der zweite Abschnitt physikalisch mit einem Mischerrohr gekoppelt, das verschiebbar angeordnet ist und mit einer Abgasleitung an einer gemeinsamen Fläche in Kontakt steht.
In einer zweiten Ausführungsform, die wahlweise die erste Ausführungsform einschließt, vermischt sich in dem Abgasmischer des dritten Beispiels Abgas in den Rohren des ersten Abschnitts vor dem zweiten Abschnitt, wobei Abgas in den Rohren des zweiten Abschnitts vor Austreten aus dem Abgasmischer weiter gemischt wird.
Es sei darauf verwiesen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Anweisungen in nicht flüchtigem Speicher gespeichert und von dem Steuersystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware aufweist. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie zum Beispiel ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. An sich können die verschiedenen dargelegten Vorgänge, Betriebsabläufe und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung für die Erfüllung der Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht unbedingt ausschlaggebend, sondern wird zwecks einer besseren Erläuterung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Betriebsabläufe und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, je nach der bestimmten verwendeten Strategie. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Betriebsabläufe und/oder Funktionen einen Code, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, grafisch darstellen, wobei die beschriebenen Vorgänge durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung aufweist.
Man wird zu schätzen wissen, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhaften Charakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden dürfen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die oben beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, 4-Boxermotoren und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich betrachtet werden, hervor. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder ein Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten und zwei oder mehrere solcher Elemente weder erforderlich machen noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch das Verändern der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentieren neuer Ansprüche in dieser oder einer zugehörigen Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, die im Hinblick auf die ursprünglichen Ansprüche einen breiteren, engeren, den gleichen oder einen anderen Schutzbereich aufweisen, sollen in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8756913 [0003]

Claims

Abgasmischer, umfassend: ein Paar Zylinderrohre, die sich entlang einer Mittelachse einer Abgasleitung senkrecht schneiden, wobei jedes der Zylinderrohre stromaufwärts weisende Einlässe proximal zu einer Abgasleitungswand und Auslässe proximal zu dem Schnittpunkt und der Mittelachse umfasst, die von der Mittelachse radial auswärts weisen.
Mischer nach Anspruch 1, wobei das Paar Zylinderrohre ein erster Satz von Zylinderrohren ist, die sich vollständig schneiden und einen gemeinsamen Innenbereich definieren, der mit jedem der Einlässe und Auslässe verbunden ist.
Mischer nach Anspruch 2, wobei der Mischer ferner einen zweiten, verschiedenen Satz von Zylinderrohren umfasst, die sich stromabwärts von und beabstandet von dem ersten Satz befinden.
Mischer nach Anspruch 3, wobei sich der zweite Satz von Zylinderrohren entlang der Mittelachse der Abgasleitung schneidet, wobei der zweite Satz eine Einlassöffnung umfasst, die an einer Mittelachse zentriert ist und stromaufwärts weist, wobei sich der Einlass zu jedem Ende der Zylinderrohre erstreckt, und ein Paar längliche Auslässe umfasst, die proximal zu jedem Ende der Zylinderrohre angeordnet sind, wobei die Auslässe seitwärts weisen und nicht mehr stromaufwärts als stromabwärts weisen.
Mischer nach Anspruch 3, wobei die Einlässe des ersten Satzes in eine Richtung weisen, die parallel zur Abgasströmung ist.
Mischer nach Anspruch 2, wobei der zweite Satz von Rohren zu dem ersten Satz ovon Rohren um einen Winkel von 45° entlang einer Mittelachse versetzt ist.
Mischer nach Anspruch 2, wobei der erste Satz und der zweite Satz von Rohren hohl sind.
Mischer nach Anspruch 3, wobei keine anderen Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe in dem ersten und dem zweiten Satz von Rohren als die angegebenen vorhanden sind.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die Einlässe symmetrisch zueinander angeordnet sind und wobei die Auslässe symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Abgasmischer, umfassend: einen stromaufwärtigen Abschnitt mit einem ersten Satz von sich schneidenden Rohren; einen stromabwärtigen Abschnitt mit einem zweiten Satz von sich schneidenden Rohren, der von dem stromaufwärtigen Abschnitt beabstandet ist, wobei der stromabwärtige Abschnitt um eine Mittelachse eines Abgasrohrs in Bezug auf die erste Komponente gedreht ist.
Abgasmischer nach Anspruch 10, wobei die sich schneidenden Rohre sowohl des stromaufwärtigen Abschnitts als auch des stromabwärtigen Abschnitts jeweils hohl sind und mit der Abgasströmung in dem Abgasrohr fluidisch gekoppelt sind.
Abgasmischer nach Anspruch 11, wobei sich der erste Satz von sich schneidenden Rohren und der zweite Satz von sich schneidenden Rohren an der Mittelachse schneiden, sodass vier angrenzende Rohre für den ersten Satz und den zweiten Satz geschaffen werden, wobei jedes der vier Rohre gleich lang ist.
Abgasmischer nach Anspruch 12, wobei jedes Rohr des ersten Satzes des stromaufwärtigen Abschnitts längliche Einlassöffnungen proximal zu einem Ende jedes Rohrs umfasst, die in eine Richtung weisen, die der Abgasströmung in dem Abgasrohr entgegengesetzt ist, und wobei der stromaufwärtige Abschnitt abgewinkelte Auslässe proximal zur Mittelachse umfasst.
Abgasmischer nach Anspruch 12, wobei jedes Rohr des zweiten Satzes des stromabwärtigen Abschnitts längliche Auslässe umfasst, die sich entlang eines Endes jedes Rohrs befinden und in eine Richtung weisen, die senkrecht zu der Mittelachse ist, und der stromabwärtige Abschnitt ferner eine sternförmige Vierpunktöffnung umfasst, die sich proximal zum Schnittpunkt der Rohre befindet, die entlang der Mittelachse zentriert sind.
Abgasmischer nach Anspruch 10, wobei der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisen.
Abgasmischer nach Anspruch 10, wobei der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt nicht drehbar an einem Abgaskanal fixiert sind.
Abgasmischer nach Anspruch 10, wobei der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt ortsfeste, statische Mischerkomponenten sind.
Abgasmischer, umfassend: einen ersten Abschnitt, der sich stromaufwärts eines zweiten Abschnitts in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung befindet; wobei der erste Abschnitt zwei sich senkrecht schneidende Zylinderrohre umfasst, wobei der erste Abschnitt ferner vier abgewinkelte Löcher proximal zu einem Schnittpunkt der Zylinderrohre und vier längliche Öffnungen umfasst, wobei sich eine längliche Öffnung proximal zu einem Ende eines Rohrs befindet; wobei der zweite Abschnitt zwei sich senkrecht schneidende Zylinderrohre umfasst, wobei der zweite Abschnitt ferner acht Öffnungen, die sich proximal zu einem Ende jedes der Rohre des zweiten Abschnitts befinden, und eine sternförmige Vierpunktöffnung umfasst, die sich an einem Zentrum des zweiten Abschnitts befindet, wobei sich jeder Punkt der sternenförmigen Öffnung zu einem Ende der Rohre des zweiten Abschnitts erstreckt.
Abgasmischer nach Anspruch 18, wobei der erste und der zweite Abschnitt physikalisch mit einem Mischerrohr gekoppelt sind, das verschiebbar angeordnet ist und mit einer Abgasleitung an einer gemeinsamen Fläche in Kontakt steht.
Abgasmischer nach Anspruch 18, wobei sich Abgas in den Rohren des ersten Abschnitts vor dem zweiten Abschnitt vermischt, wobei Abgas in den Rohren des zweiten Abschnitts vor Austreten aus dem Abgasmischer weiter gemischt wird.