DE102016121870A1

DE102016121870A1 - System für einen Harnstoffmischer

Info

Publication number: DE102016121870A1
Application number: DE102016121870.7A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-05-18
Also published as: RU2016144162A; CN106703947A; US20170136410A1; RU2697895C2; RU2016144162A3; US10035102B2

Abstract

Es werden Systeme für einen Harnstoffmischer bereitgestellt. In einem Beispiel kann der Harnstoffmischer eine perforierte Röhre mit einer toroidalen Gestalt einschließen, die konfiguriert ist, um eine Harnstoffinjektion und einen Abgasstrom aufzunehmen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen einen Harnstoffmischer.
Hintergrund/Zusammenfassung
Eine Technologie zur Nachbehandlung von Motorabgas nutzt die selektive katalytische Reduktion (SCR), um das Auftreten gewisser chemischer Reaktionen zwischen NOx im Abgas und Ammoniak (NH3) zu ermöglichen. NH3 wird in ein Motorabgassystem stromaufwärts eines SCR-Katalysators durch Einspritzen von Harnstoff in einen Abgasweg eingebracht. Der Harnstoff zerfällt unter Hochtemperaturbedingungen entropisch zu NH3. Die SCR erleichtert die Reaktion zwischen NH3 und NOx zum Umwandeln von NOx zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O). Jedoch, wie vom Erfinder hierin erkannt, kann es beim Einspritzen von Harnstoff in den Abgasweg zu Problemen kommen. In einem Beispiel kann der Harnstoff unzulänglich in den Abgasstrom beigemischt werden (z. B. besitzt ein erster Teil des Abgasstroms eine höhere Konzentration an Harnstoff als ein zweiter Teil des Abgasstroms), was zu unzulänglicher Beschichtung des SCR und unzulänglicher Reaktivität zwischen Emissionen (z. B., NOx) und dem SCR führen kann. Außerdem können übermäßiges Mischen und Verwirbeln des Harnstoffs im Abgas ebenfalls Probleme, wie vermehrte Ablagerungen, bedingen.
Ansätze zum Bewältigen des des unzureichenden Mischens beinhalten das Einbringen einer Mischvorrichtung stromabwärts eines Harnstoffinjektors und stromaufwärts des SCR, so dass der Abgasstrom homogen sein kann. Andere Ansätze zum Bewältigen des Harnstoffmischens beinhalten eine stationäre Mischvorrichtung. Ein beispielhafter Ansatz wird bei Cho et al. in U.S. 2013/0104531 gezeigt. Darin ist ein statischer Mischer in einem Abgasdurchtrittsweg stromabwärts einer externen Röhre zum Einspritzen von Harnstoff lokalisiert. Das Abgas strömt durch den Abgasdurchtrittsweg und vereinigt sich mit einer Harnstoffinjektion, bevor es durch den statischen Mischer strömt.
Allerdings haben die Erfinder hierin potentielle Probleme mit solchen Systemen erkannt. Als ein Beispiel zeigt der oben beschriebene statische Mischer begrenzte Mischtauglichkeit, weil er wegen einer Direktionalität des Abgas-Ausstroms durch den Mischer unfähig ist, einen laminaren Abgasstrom vollständig zu mischen. Der statische Mischer innerhalb des Abgasdurchtrittswegs weist auch Herstellungs- und Verpackungs-Einschränkungen auf. Variierende Abgasdurchtrittsweg-Geometrien erfordern eine Abänderung bei der Herstellung des statischen Mischers, damit der Mischer eng anliegend in den Abgasdurchtrittsweg passt.
In einem Beispiel können die oben beschriebenen Probleme durch ein System für einen Harnstoffinjektor angegangen werden, der Harnstoff in eine perforierte Röhre einspritzt, wobei die Röhre ein Toroid ist und konfiguriert ist, um Abgas mit Einlässen aufzunehmen, die auf einer stromaufwärtigen Fläche, ausgerichtet in eine Richtung des eintreffenden Abgasstroms in einem Abgasdurchtrittsweg, angeordnet sind. Auf diese Weise kann Harnstoff sich mit Abgas in der perforierten Röhre vor Eintritt in den Abgasdurchtrittsweg mischen.
Als ein Beispiel umfasst die perforierte Röhre ferner innere und äußere Auslässe, welche in eine Richtung senkrecht zum eintreffenden Abgasstrom ausgerichtet sind. Darüber hinaus blicken die inneren und äußeren Auslässe zu einer zentralen Region und einer äußeren Region des Abgasdurchtrittswegs. Der Harnstoff kann sich mit Abgas in der perforierten Röhre mischen, vor dem Ausströmen aus den inneren bzw. äußeren Auslässen. Ein Gemisch, das aus den inneren Auslässen ausströmt, fließt in einer radialen Einwärtsrichtung zur zentralen Region, und ein Gemisch, das aus den äußeren Auslässen ausströmt, fließt in einer radialen Auswärtsrichtung zur äußeren Region. Auf diese Weise kann ein gesamter Abgasstrom durch den Abgasdurchtrittsweg in Kontakt mit dem Harnstoff kommen und das Mischen wird verstärkt.
Es sollte sich verstehen, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschriebung weiter beschrieben sind. Es ist damit nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder essentielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang einzig durch die Patentansprüche, die auf die detaillierte Beschriebung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungsbeispiele beschränkt, die irgendwelche der oben oder in jedwedem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Motorschema.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mischers in einem Abgasdurchtrittsweg, der an einen Injektor gekoppelt ist.
3 zeigt eine Draufsicht des Mischers.
4 zeigt Seitenansicht des Mischers.
2–4 sind maßstabsgetreu dargestellt, obwohl nach Bedarf andere relative Abmessungen verwendet werden können.
5 zeigt eine Fluiddynamik-Simulation zum Vergleichen eines linearen Harnstoffmischers mit dem Mischer der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft ein Beispiel eines Harnstoffmischers, umfassend eine ringförmige perforierte Röhre, die in einen Abgasdurchtrittsweg ragt. Ein Motor, gekoppelt an den Mischer, ist in 1 gezeigt. Der Mischer kann stromaufwärts eines SCR-Katalysators angeordnet sein, wobei der Mischer das Harnstoffmischen im Abgasstrom erhöhen kann. Der Mischer ist ein perforierter Ring mit einem linearen Durchtrittsweg, fluidisch angeschlossen an einen Harnstoffinjektor, wie in der 2 gezeigt. Der Ring kann zahlreiche Abgasströme generieren. Eine Draufsicht des Mischers ist in der 3 gezeigt. Eine Seitenansicht des Mischers ist in 4 gezeigt. Der Mischer kann in einen Abgasstrom-Weg reichen, wobei die Distanz bzw. Weglänge des Abgasstroms erhöht wird, wenn das Abgas durch den Ring abgefangen wird. Die erhöhte Distanz kann das Harnstoffmischen erhöhen, ohne Steigerung des Packungsplatzbedarfs. Ferner können Einlässe und Auslässe des Rings das Mischen verstärken, verglichen mit einem linearen Mischer, wie in der 5 gezeigt.
1–4 zeigen Beispielkonfigurationen mit der relativen Positionierung der diversen Komponenten. Falls als einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt, dann können solche Elemente als direkt kontaktierend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden, zumindest in einem Beispiel. In ähnlicher Weise können Elemente, die als miteinander fortlaufend oder benachbart gezeigt sind, fortlaufend bzw. benachbart miteinander sein, zumindest in einem Beispiel. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem Flächen-bündigen Kontakt miteinander liegen, als in Flächen-bündigem bzw. flächigem Kontakt miteinander bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander beabstandet mit nur einem Leerraum und keinen anderen Komponenten dazwischen positioniert sind, als solches bezeichnet werden, in zumindest einem Beispiel.
Fortfahrend mit der 1, ist ein schematisches Diagramm gezeigt, darstellend einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 in einem Motorsystem 100, der in einem Antriebssystem eines Automobils eingebunden sein kann. Der Motor 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, einschließlich eines Controllers 12, und durch Eingaben seitens einer Fahrzeugbedienperson 132 vermittels einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Beschleunigerpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals. Eine Verbrennungskammer 30 des Motors 10 kann einen Zylinder, gebildet durch Zylinderwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36, umfassen. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die reziprozierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein zwischengeschaltetes Getriebesystem an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Die Verbrennungskammer 30 kann Luft aus einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 empfangen und kann Verbrennungsabgase über einen Abgasdurchtrittsweg bzw. -kanal 48 ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgasdurchtrittsweg 48 können selektiv mit der Verbrennungskammer 30 über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 kommunizieren. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile einschließen.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch eine Nockenbetätigung vermittels jeweiliger Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils eine oder mehrere Nocken einschließen und können eines oder mehrere von Nockenprofilumschaltung(CPS)-, Variable-Nockenzeitsteuerung(VCT)-, Variable-Ventilzeitsteuerung(VVT)-, und/oder Variabler-Ventilhub(VVL)-Systemen nutzen, welche durch den Controller 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Beispielen können das Einlassventil 52 und/oder Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, gesteuert durch elektrische Ventilbetätigung, und ein Auslassventil, gesteuert durch Nockenbetätigung einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, einschließen.
Ein Treibstoffinjektor 69 ist gezeigt, der direkt an die Verbrennungskammer 30 gekoppelt ist, zum direkten Einspritzen von Treibstoff darin, im Verhältnis zur Pulsbreite eines aus dem Controller 12 empfangenen Signals. Auf diese Weise vollführt der Treibstoffinjektor 69 die sogenannte Direkteinspritzung von Treibstoff in die Verbrennungskammer 30. Der Treibstoffinjektor kann zum Beispiel in der Seite der Verbrennungskammer oder in der Spitze der Verbrennungskammer eingebaut sein. Treibstoff kann dem Treibstoffinjektor 69 durch ein Treibstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt werden, einschließlich eines Treibstofftanks, einer Treibstoffpumpe und einer Treibstoffschiene. In einigen Beispielen kann die Verbrennungskammer 30 alternativ oder zusätzlich einen Treibstoffinjektor beinhalten, der im Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die die sogenannte Saugrohreinspritzung von Treibstoff in den Saugstutzen stromaufwärts der Verbrennungskammer 30 vorsieht.
Ein Funke wird der Verbrennungskammer 30 mittels der Zündkerze 66 zugeführt. Das Zündsystem kann ferner eine Zündspule (nicht gezeigt) zum Erhöhen der Spannung umfassen, die an der Zündkerze 66 angelegt wird. In anderen Beispielen, wie einem Dieselmotor, kann die Zündkerze 66 weggelassen werden.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 beinhalten. In diesem besonderen Beispiel kann die Position der Drosselklappe 64 durch den Controller 12 vermittels eines Signals variiert werden, bereitgestellt an einen Elektromotor oder Aktuator, der mit der Drossel 62 vorgesehen ist, eine Konfiguration, die üblicherweise als Elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. In dieser Weise kann die Drossel 62 betätigt werden, um die an die Verbrennungskammer 30 bereitgestellte Einlassluft zwischen verschiedenen Motorzylindern zu variieren. Die Position der Drosselklappe 64 kann dem Controller 12 durch ein Drossel-Positionssignal bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Massen-Luftstromsensor 120 und einen Krümmer-Luftdrucksensor 122 zum Erfassen der in den Motor 10 eintretenden Luftmenge einschließen.
Ein Abgassensor 126 ist gezeigt, der an den Abgasdurchtrittsweg 48 stromaufwärts einer Emissionsminderungsvorrichtung 72 in Übereinstimmung mit einer Richtung des Abgasstroms gekoppelt ist. Der Sensor 126 kann jedweder geeignete Sensor zur Bereitstellung einer Anzeige des Abgas-Luft-Treibstoff-Verhältnisses sein, wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitspektrum-Abgas-Sauerstoff), ein Zwei-Zustands-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO ("heated EGO"), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor. In einem Beispiel ist der stromaufwärtige Abgassensor 126 ein UEGO, konfiguriert zum Vorsehen einer Ausgabe, wie eines Spannungssignals, das zur Menge an Sauerstoff, die im Abgas vorhanden ist, proportional ist. Der Controller 12 konvertiert die Sauerstoffsensor-Ausgabe vermittels einer Sauerstoffsensor-Transferfunktion in das Abgas-Luft-Treibstoff-Verhältnis.
Die Emissionsminderungsvorrichtung 72 ist angeordnet entlang des Abgasdurchtrittswegs 48 stromabwärts sowohl des Abgassensors 126 als auch eines Mischers 68 gezeigt. Bei der Vorrichtung 72 kann es sich um einen Dreiweg-Katalysator (TWC), eine NO_x-Falle, ein selektives katalytisches Reduktionsmittel (SCR), verschiedene andere Emissionsminderungsvorrichtungen oder Kombinationen davon handeln. In einigen Beispielen kann, während des Betriebs des Motors 10, die Emissionsminderungsvorrichtung 72 periodisch zurückgesetzt werden durch Betätigen mindestens eines Zylinders des Motors innerhalb eines bestimmten Luft-Treibstoff-Verhältnisses.
Der Mischer 68 ist stromaufwärts der Emissionsminderungsvorrichtung 72 und stromabwärts des Abgassensors 126 gezeigt. In manchen Ausführungsformen kann, zusätzlich oder alternativ, ein zweiter Abgassensor zwischen dem Mischer 68 und der Emissionsminderungsvorrichtung 72 lokalisiert sein. Der Mischer 68 ist fluidisch an einen Harnstoffinjektor 70 gekoppelt. Der Mischer 68 umfasst eine lineare Röhre, fortlaufend mit einer Toroid-förmigen (Teigring-förmigen) perforierten Röhre. Die Röhre ist konfiguriert zum Aufnehmen von Abgas und umfasst ferner einen gemeinsamen inneren Durchtrittsweg zum Mischen des Harnstoffs und Abgases. Perforationen der Röhre sind konfiguriert, um ein Gemisch aus Harnstoff und Abgas zu Regionen des Abgasdurchtrittswegs 48 zu lenken, die radial benachbart zum Mischer 68 liegen.
Ein Abgasrückführungs(EGR)-System 140 kann einen gewünschten Teil des Abgases aus dem Abgasdurchtrittsweg 48 zum Ansaugkrümmer 44 durch einen EGR-Durchtrittsweg 152 leiten. Die an den Ansaugkrümmer 44 zugelieferte Menge an EGR kann durch den Controller 12 vermittels eines EGR-Ventils 144 variiert werden. Unter manchen Bedingungen kann das EGR-System 140 verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Treibstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer zu regulieren, wodurch ein Verfahren zum Steuern der Zeitgebung der Zündung während einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird.
Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, einschließlich einer Mikroprozessor-Einheit 102, Eingangs/Ausgangs-Ports 104, einem elektronischen Speicherungsmedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem besonderen Beispiel als ROM- bzw. Nur-Lese-Speicherchip 106 (z. B. nicht-flüchtiger Speicher) gezeigt ist, einem Schreib-Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff bzw. RAM 108, einem Aufrechterhaltungs- bzw. Keepalive-Speicher 110, und einem Datenbus. Der Controller 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, zusätzlich zu denjenigen Signalen, die zuvor erörtert wurden, einschließlich der Messung des eingeleiteten Massenluftstroms (MAF) aus dem Massenluftstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) aus einem an einen Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112; eines Motorpositionssignals aus einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder anderem Typ), der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; der Drosselposition aus einem Drosselpositionssensor 65; und dem Krümmerabsolutdruck(MAP)-Signal aus dem Sensor 122. Ein Motorgeschwindigkeits-Signal kann durch den Controller 12 aus dem Kurbelwellenpositionssensor 118 generiert werden. Das Krümmerdrucksignal liefert auch eine Anzeige des Vakuums, oder Drucks, im Ansaugkrümmer 44. Es sei bemerkt, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor, oder umgekehrt. Während des Motorbetriebs kann das Motordrehmoment aus der Ausgabe des MAP-Sensors 122 und der Motordrehzahl hergeleitet werden. Ferner kann dieser Sensor, zusammen mit der detektierten Motordrehzahl, eine Basis zur Schätzung der Beladung (einschließlich Luft) sein, die in den Zylinder eingeleitet wird. In einem Beispiel kann der Kurbelwellenpositionssensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Pulsen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
Das Speicherungsmedium Nur-Lese-Speicher 106 kann mit Computer-lesbaren Daten programmiert sein, die nicht-flüchtige Instruktionen, ausführbar durch den Prozessor 102 zur Durchführung der nachstehend beschriebenen Verfahren, sowie andere Varianten, die antizipiert aber nicht spezifisch aufgelistet sind, repräsentieren.
Der Controller 12 empfängt Signale aus den verschiedenen Sensoren von 1 und benutzt die verschiedenen Aktuatoren von 1 zum Justieren des Motorbetriebs basierend auf den empfangenen Signalen und Instruktionen, die auf einem Speicher des Controllers gespeichert sind. Zum Beispiel kann das Justieren eines Oxidationszustands des SCR das Justieren eines Aktuators des Harnstoffinjektors, um Harnstoff einzuspritzen, damit der SCR reduziert wird, umfassen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mischers 200 in einem Abgasdurchtrittsweg 204. Der Mischer 200 ist fortlaufend und hohl, wobei ein ununterbrochener Durchtrittsweg darin für das Mischen von Harnstoff mit Abgas lokalisiert ist. Der Mischer 200 ist konfiguriert, um Abgas durch eine Vielzahl von Einlässen aufzunehmen, und um Abgas an radial zum Mischer 200 benachbarte Bereiche des Abgasdurchtrittswegs 204 auszustoßen. In der vorliegenden Abbildung ist ein Bereich eines Abgasrohrs 202 zur Darstellung des Mischers 200 gezeigt.
Ein Achsensystem 290 ist gezeigt, das drei Achsen umfasst, eine x-Achse in der horizontalen Richtung, eine y-Achse in der vertikalen Richtung, und die z-Achse in einer Richtung senkrecht zu sowohl der x- als auch y-Achse. Eine Zentralachse 295 des Abgasrohrs 202 ist durch eine große gestrichelte Linie dargestellt und ist im Wesentlichen parallel zur x-Achse. Die Zentralachse 295 kann auch eine Zentralachse der perforierten Röhre 210 sein. Eine Mischer-Zentralachse 299 ist durch eine mittlere gestrichelte Linie gezeigt. Die Mischer-Zentralachse 299 ist im Wesentlichen parallel zur y-Achse und somit senkrecht zur Zentralachse 295. Der Pfeil 298 zeigt die Gesamtrichtung des Abgasstroms im Abgasdurchtrittsweg 204. Pfeile mit kleiner gestrichelter Linie zeigen eine Richtung des Abgasstroms durch den Mischer 200. Große Strichlinien sind größer als mittlere Strichlinien, die größer als kleine Strichlinien sind.
Der Mischer 200 kann ein einstückig gefertigtes Bauteil sein. Der Mischer 200 kann aus einem oder mehreren von einem keramischen Material, einer Metalllegierung, einem Siliciumderivat, oder anderen geeigneten Materialien aufgebaut sein, die zum Überstehen hoher Temperaturen imstande sind, während sie zudem die Reibung abmildern, welche von einem Abgasstrom erfahren wird, so dass ein Abgasdruck aufrechterhalten wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Mischer 200 eine oder mehrere Beschichtungen und Materialien umfassen, so dass das Abgas Oberflächen des Mischers 200 kontaktieren kann, ohne Ruß oder andere Abgaskomponenten auf dem Mischer 200 abzuscheiden. Der Mischer 200 erstreckt sich abwärts entlang der Mischer-Zentralachse 299 in den Abgasdurchtrittsweg 204 hinein. Der Mischer 200 ist stationär und nicht-rotierbar befestigt.
Ein Adapter 208 verbindet fluidisch einen Injektor 206 mit dem Mischer 200. Der Adapter 208 ist röhrenförmig mit einem kreisförmigen Querschnitt entlang der x-Achse. Der Injektor 206 kann in ähnlicher Weise wie der Injektor 70 in der Ausführungsform von 1 verwendet werden. Der Injektor 206 kann an ein Harnstoffreservoir gekoppelt sein und Harnstoff basierend auf einem Signal, empfangen aus einem Controller (z. B. Controller 12), einspritzen. Der Adapter 208 ist in flächigem Kontakt mit einer äußeren Oberfläche des Abgasrohrs 202. Ein Innenraum 209 ist im Adapter 208 außerhalb des Abgasrohrs 202, fluidisch gekoppelt an den Injektor 206 und den Mischer 200, lokalisiert. In einem Beispiel kann Harnstoff in den Innenraum eingespritzt werden, wo Abgas zum Harnstoff fließen und ihn in den Mischer 200 spülen kann. In einem anderen Beispiel kann Harnstoff hinter dem Innenraum 209 direkt in den Mischer 200 eingespritzt werden. Auf diese Weise kann der Injektor 206 den Harnstoff innerhalb der perforierten Röhre 210 in einer Richtung senkrecht zur Zentralachse 295 einspritzen. Es gibt eine Öffnung im Abgasrohr 202, korrespondierend mit dem Innenraum 209 und dem Mischer 200, so dass Harnstoff und/oder Abgas zwischen den beiden fließen können. Der Adapter 208 ist hermetisch abgedichtet und vollständig vor der Umgebungsatmosphäre abgeschlossen. Abgas und/oder Harnstoff im Innenraum 209 können den Innenraum nur durch die Öffnung verlassen, welche das Abgas und/oder den Harnstoff in den Mischer 200 leitet. Der Mischer 200, Adapter 208 und Injektor 206 sind entlang der Mischer-Zentralachse 299 gefluchtet. In einem Beispiel fließt Abgas und/oder Harnstoff aus dem Innenraum 209 direkt in eine lineare Röhre 212.
Die lineare Röhre 212 ist mit dem Adapter 208 entlang der Mischer-Zentralachse 299 gefluchtet. Die lineare Röhre 212 ist ein oberer Bereich des Mischers 200, der mit der perforierten Röhre 210 fortlaufend vorliegt. Die Röhren sind hohl und schneiden sich vollständig mit einem darin lokalisierten gemeinsamen inneren Durchtrittsweg. Der gemeinsame innere Durchtrittsweg zweiteilt sich von der linearen Röhre 212 zur perforierten Röhre 210 gabelförmig, wobei der gemeinsame innere Durchtrittsweg die gesamten 360° der perforierten Röhre 210 überspannt. Die lineare Röhre 212 ist zylindrisch, wohingegen die perforierte Röhre 210 toroidal ist. Ein Querschnitt der linearen Röhre 212 ist kreisförmig entlang der x- und z-Achsen. Ein Querschnitt der perforierten Röhre 210 besteht in zwei Kreisen entlang der Zentralachse 295 in der x-Richtung. Querschnitte der Röhren können andere geeignete Gestalten aufweisen, wie elliptisch, quadratisch, rechteckig, rautenförmig, dreieckig, pentagonal, hexagonal, etc. Ein Querschnitt der perforierten Röhre 210 hat eine Teigring-Gestalt entlang der y-Achse. Ein Innendurchmesser der linearen Röhre 212 kann im Wesentlichen gleich zu einem Innendurchmesser sein, betrachtet entlang eines beliebigen Abschnitts innerhalb der perforierten Röhre 210 in einem Beispiel, wie in 4 gezeigt. In einem anderen Beispiel kann der Innendurchmesser der linearen Röhre 212 größer oder kleiner als der Innendurchmesser des Toroids der perforierten Röhre 210 sein.
Die perforierten 210 und linearen 212 Röhren sind konfiguriert, um Abgas durch eine Vielzahl von Einlässen 214 aufzunehmen, die auf einer Stromaufwärts-Seite (Fläche), relativ zur Richtung des Abgasstroms, lokalisiert sind. Die perforierte Röhre 210 umfasst eine größere Anzahl an Einlässen 214 als die lineare Röhre 212. Die Einlässe 214 blicken in eine Richtung des eintreffenden Abgasstroms. Abgas aus dem Abgasdurchtrittsweg 204 kann ununterbrochen durch die Einlässe 214 in den gemeinsamen inneren Durchtrittsweg des Mischers 200 fließen. Abgas kann durch jedweden Bereich des gemeinsamen inneren Durchtrittswegs fließen. Zum Beispiel kann Abgas 360° um die perforierte Röhre 210 und/oder in die lineare Röhre 212 fließen. Abgas in der linearen Röhre 212 kann auch in den Innenraum 209 fließen. Abgas im Innenraum 209 und der linearen Röhre 212 kann nicht in den Abgasdurchtrittsweg 204 fließen. So ist eine Vielzahl von Auslässen 216 auf der perforierten Röhre 210 lokalisiert.
Die Vielzahl von Auslässen umfasst innere Auslässe 216 und äußere Auslässe 218, die auf inneren und äußeren Radii der perforierten Röhre 210 angeordnet sind. Der Innenraum 209 und die lineare Röhre 212 umfassen keinerlei inneren 216 oder äußeren 218 Auslässe. Dies zwingt Abgas und Harnstoff in der linearen Röhre 212 dazu, durch die perforierte Röhre 210 zu fließen, vor dem Eintritt in den Abgasdurchtrittsweg 204. Die inneren Auslässe 216 blicken in eine Richtung radial einwärts zur Zentralachse 295. Die äußeren Auslässe 218 blicken in eine Richtung radial auswärts weg von der Zentralachse 295 hin zum Abgasrohr 202. Somit emittieren die inneren Auslässe 216 ein Abgas/Harnstoff-Gemisch in eine unterschiedliche Region des Abgasdurchtrittswegs 204 im Vergleich zu den äußeren Auslässen 218. Darüber hinaus fließt Abgas, das aus den inneren 216 und äußeren 218 Auslässen ausströmt, in einer Richtung senkrecht zum Pfeil 298 (Abgasstrom). Die Anzahl an inneren 216 und äußeren 218 Auslässen kann gleich oder ungleich sein. Die Größe der inneren 216 und äußeren 218 Auslässe kann gleich oder ungleich sein.
Die Einlässe 214 und inneren 216 und äußeren 218 Auslässe sind länglich, wobei die Einlässe und Auslässe jedoch andere geeignete Gestalten aufweisen können (kreisförmig, quadratisch, etc.). Die Einlässe 214 können größer sein als die inneren 216 und äußeren 218 Auslässe. In einem Beispiel können die Einlässe 214 exakt zweimal so groß wie die Auslässe sein. In einem anderen Beispiel können die Einlässe 214 kleiner oder größer als zweimal so groß wie die Auslässe sein. Die Anzahl von Einlässen 214 kann gleich der Anzahl von inneren Auslässen 216 und der Anzahl von äußeren Auslässen 218 sein. Auf diese Weise können zweimal so viele Auslässe (innere und äußere Auslässe zusammen) wie Einlässe 214 vorhanden sein. Als ein anderes Beispiel kann eine vereinigte Anzahl von inneren 216 und äußeren 218 Auslässe gleich der Anzahl von Einlässen 214 sein. Ein insgesamter Oberflächenbereich von Einlässen und Auslässen kann in einem Beispiel im Wesentlichen gleich sein, so dass eine Rate des in den Mischer 200 eintretenden Abgases im Wesentlichen gleich zu einer Rate von austretendem Abgas ist. Auf diese Weise wird ein Abgas-Rückdruck verringert. Alternativ kann ein Oberflächenbereich der Einlässe größer als ein Oberflächenbereich der Auslässe sein, so dass die Rate des in den Mischer 200 eintretenden Abgases größer ist als die Rate von austretendem Abgas. Auf diese Weise kann Abgas gepresst werden, um im Mischer 200 weiter vermischt zu werden. Der Mischer 200 umfasst keine anderen Einlässe oder zusätzlichen Auslässe zum Abgasdurchtrittsweg, außer jenen, die hierin spezifiziert sind. Darüber hinaus umfasst der Mischer 200 keinerlei Auslässe (Perforationen), die in eine stromabwärtige Richtung blicken.
Wie gezeigt, kann Abgas durch die Einlässe 214 strömen und aus den inneren Auslässen 216 und den äußeren Auslässen 218 ausströmen. Allerdings können verwickeltere Fließwege existieren. Zum Beispiel kann Abgas durch die Einlässe 214 eintreten, rund um jedweden Bereich des Mischers 200 fließen und entweder durch die inneren 216 oder äußeren 218 Auslässe herausfließen. Abgas in der linearen Röhre 212 kann sich mit Harnstoff im Innenraum 209 vermischen. Das Gemisch kann in die perforierte Röhre 210 fließen und sich mit Teilen des Abgases mischen, die keinen Harnstoff umfassen. Auf diese Weise wird Harnstoff im Mischer 200, vor dem Fließen in den Abgasdurchtrittsweg 204, gemischt. Das Gemisch von Harnstoff und Abgas wird zu Regionen des Abgasdurchtrittswegs 204 geleitet, wo Abgas eher unwahrscheinlich in den Mischer 200 eintritt (radial benachbart zum Mischer 200), wie es nachstehend in der 3 beschrieben wird. Als ein Beispiel kann Abgas, durch Strömung benachbart zum Abgasrohr 202 oder entlang der Zentralachse 295, um den Mischer 200 herum fließen. Abgas in diesen Bereichen kann mit Abgas, das durch die äußeren Auslässe 218 bzw. die inneren Auslässe 216 ausgestoßen wird, in Kontakt kommen. Auf diese Weise lenkt der Mischer 200 den Abgasstrom durch die inneren 216 und äußeren 218 Auslässe aus einer mit den Einlässen 214 gefluchteten Region zu den übrigen Regionen des Abgasdurchtrittswegs 204 um. Dieses Umleiten kann das Harnstoffmischen erhöhen und kann die SCR-Reaktivität verbessern. Zusätzlich kann eine "Pedasis" (Brownsche Bewegung) des Harnstoffs durch Strömenlassen von Abgas mit dem Harnstoff im Mischer 200, aber auch durch Ausströmenlassen des Harnstoff/Abgas-Gemischs aus dem Mischer 200 in einer Richtung 90° zum Abgasstrom, erhöht werden. Die Entropie kann zunehmen, was möglicherweise erhöhte Turbulenz und Vermischung erzeugt.
3 zeigt eine Draufsicht 300 des Mischers 200. Daher weisen vorangehend vorgestellte Komponenten die gleiche Ziffer in den nachfolgenden Figuren auf. Wie gezeigt, ist der Mischer 200 physikalisch an einen Adapter 208 gekoppelt, der einen Injektor 206 beherbergt. Der Mischer 200 ist konfiguriert, um eine Harnstoffinjektion und einen Abgasstrom aufzunehmen, so dass sich ein Gemisch von Harnstoff und Abgas innerhalb eines gemeinsamen inneren Durchtrittswegs des Mischers 200 bilden kann, vor dem Abfließen zu einem Abgasdurchtrittsweg 204.
Ein Achsensystem 390 beinhaltet zwei Achsen, eine x-Achse parallel zur horizontalen Achse und eine y-Achse parallel zur vertikalen Achse. Eine Zentralachse 395 des Mischers 200 ist parallel zur y-Achse, via einer gestrichelten Linie.
Der Mischer 200 umfasst eine perforierte Röhre 210 und eine lineare Röhre 212, die sich vollständig schneiden, mit einem darin lokalisierten gemeinsamen inneren Durchtrittsweg. Beide Röhren umfassen Einlässe 214, die in einer Richtung entgegengesetzt dem Abgasstrom ausgerichtet sind. Die perforierte Röhre 210 umfasst innere 216 und äußere 218 Auslässe, die in entgegengesetzte radiale Richtungen ausgerichtet sind. Die inneren Auslässe 216 sind auf einer entgegengesetzten Seite des Mischers 200, verglichen mit den äußeren Auslässen 218, lokalisiert. Die Auslässe sind zu den Einlässen 214 auf der perforierten Röhre radial fehlausgerichtet. Die Fehlausrichtung auf diese Weise kann die Abgasturbulenz im Mischer 200 erhöhen, was das Harnstoffmischen verbessern kann. In einer Ausführungsform können, zusätzlich oder alternativ, die inneren Auslässe 216 mit den äußeren Auslässen 218 radial fehlausgerichtet sein.
Die perforierte Röhre 210 ist konzentrisch mit dem Abgasrohr 202. Eine äußere Region 310 ist zwischen der perforierten Röhre 210 und dem Abgasrohr 202 lokalisiert, und kann dem Abgas gestatten, ununterbrochen durchzufließen. Die äußere Region 310 ist radial benachbart zum Mischer 200 und kann Abgas und/oder Harnstoff aus den äußeren Auslässen 218 empfangen. Der Abgasstrom in der äußeren Region 310 kann im Wesentlichen senkrecht zum Abgas und/oder Harnstoff sein, welche aus den äußeren Auslässen 218 ausströmen.
Die perforierte Röhre 210 ist von dem Abgasrohr 202 um eine Distanz 305 beabstandet angeordnet. Die Distanz 305 kann rund um einen gesamten äußersten Umkreis der perforierten Röhre 210 im Wesentlichen gleich sein. In einem Beispiel kann die Distanz 305 im Wesentlichen gleich zu einer Länge der linearen Röhre 212 sein. In einem anderen Beispiel kann die Distanz 305 größer oder kleiner als die Länge der linearen Röhre 212 sein. Auf diese Weise ist die perforierte (toroidale) Röhre gleichmäßig von einer Abgasrohrinnenwand in Hinsicht auf eine Auslässe aufweisende Außenwand der perforierten Röhre und eine Auslässe aufweisende Innenwand der perforierten Röhre beabstandet.
Eine Zentralregion 315 ist in einer Mitte der perforierten Röhre 210 entlang einer Zentralachse (z. B. Zentralachse 295 von 2) des Abgasdurchtrittswegs lokalisiert. Die inneren Auslässe 216 sind gleichmäßig von der Zentralachse um eine innere Distanz 320 360° rings um die Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs beabstandet. In einem Beispiel kann die innere Distanz 320 im Wesentlichen gleich zur Distanz 305 sein. Der Abgasstrom durch den Abgasdurchtrittsweg 204 kann laminar sein, aufgrund von durch das Abgasrohr 202 erzeugter Reibung. Die inneren Auslässe 216 stoßen Harnstoff und/oder Abgas aus dem gemeinsamen inneren Durchtrittsweg des Mischers 200 in die zentrale Region 315 in einer Richtung aus, die im Wesentlichen 90° (senkrecht) zum Abgasstrom ist. Dies kann den Abgasstrom so verändern, dass eine Abgasstromfront im Wesentlichen gleichmäßig und nicht länger laminar ist. Auf diese Weise kann das Harnstoffmischen erhöht werden.
Wie oben beschrieben, liefern die inneren Auslässe 216 und die äußeren Auslässe 218 ein Abgas/Harnstoff-Gemisch an verschiedene Regionen des Abgasdurchtrittswegs 204. Die Regionen sind durch den Mischer 200 getrennt. Abgas in den Regionen kollidiert mit dem Gemisch, das aus dem Mischer herausströmt, was die Harnstoffverteilung über den gesamten Mischer hinweg erhöhen kann. Hierdurch kann eine Harnstoffkonzentration entlang eines gesamten Abgasdurchtrittswegs stromabwärts des Mischers 200 im Wesentlichen gleich sein. Dies kann die Reaktivität einer SCR-Vorrichtung verbessern.
4 zeigt eine Seitenansicht 400 des Mischers 200. Wie gezeigt, ist der Adapter 208 in flächen-bündigem Kontakt mit einer äußeren Oberfläche des Abgasrohrs 202, fluidisch gekoppelt an einen Injektor 206 und an den Mischer 200. Der Injektor 206 kann während einigen Zuständen Harnstoff einspritzen, um den Oxidationszustand von einer oder mehreren Verbindungen in einer stromabwärts des Mischers 200 lokalisierten SCR-Vorrichtung zu verringern. Der Mischer 200 kann das Harnstoffmischen mit dem Abgas verbessern, um Harnstoff an einen größeren Oberflächenbereich des SCR bereitzustellen, was die SCR-Oxidativ-Fähigkeiten für eine anschließende Abgasbehandlung erhöhen kann.
Ein Achsensystem 490 beinhaltet zwei Achsen, eine x-Achse parallel zur horizontalen Achse und eine y-Achse parallel zur vertikalen Achse. Eine Zentralachse 495 des Abgasdurchtrittswegs 204 ist parallel zur x-Achse. Eine Zentralachse 499 des Mischers ist parallel zur y-Achse (senkrecht zur Zentralachse 495). Der Pfeil 498 veranschaulicht eine generelle Richtung des Abgasstroms im Abgasdurchtrittsweg 204.
Die Einlässe 214 sind gleichmäßig voneinander beabstandet. Die äußeren Auslässe 218 sind ebenfalls gleichmäßig voneinander beabstandet, während sie zu den Einlässen 214 radial fehlausgerichtet sind. Die äußeren Auslässe 218 blicken in eine Richtung 90° (senkrecht) zu den Einlässen 214. Dies zwingt Abgas zu einer Wendung im Mischer 200, um erneut in den Abgasdurchtrittsweg 204 einzutreten. Dies erhöht die Abgasfließdistanz und perturbiert den Abgasfluß. Die inneren Auslässe 216 sind in der Seitenansicht 400 von der perforierten Röhre 210 verdeckt. Wie gezeigt, umfasst die lineare Röhre 212 keine äußeren Auslässe 218. Ein Innendurchmesser 405 der linearen Röhre ist im Wesentlichen gleich zu einem Innendurchmesser 410 der perforierten Röhre, wie gezeigt.
5 zeigt eine Fluiddynamiksimulation 500 eines Harnstoffmischers 510 des Stands der Technik und eine Fluiddynamiksimulation 550 eines Mischers der vorliegenden Offenbarung (z. B. Mischer 200 von 2). Die Simulationen verdeutlichen die Fähigkeit der Mischer, Harnstoff über die Gesamtheit eines Abgasdurchtrittswegs hinweg zu verteilen. Die Simulationen werden in im Wesentlichen ähnlichen Umgebungen durchgeführt, was Motorlast, Abgastemperatur, Abgasgeschwindigkeit, Abgasdruck, Abgasrohrlänge, Abgasrohrmaterial, etc., einschließen kann. Darüber hinaus sind die Mischer an änlichen Stellen entlang eines Abgasdurchtrittswegs angeordnet.
Der Mischer 510 nach dem Stand der Technik ist ein gerader Röhreninjektor, konfiguriert zum Aufnehmen von einer Harnstoffinjektion und von Abgas. Ein Harnstoff/Abgas-Gemisch kann den Mischer 510 des Stands der Technik durch einen zur Richtung des Abgasstroms blickenden Auslass verlassen, der proximal zu einem Bodenabschnitt des Mischers 510 des Stands der Technik lokalisiert ist. Der Mischer 510 des Stands der Technik lenkt das Gemisch entlang einer Zentralachse 540 des Abgasdurchtrittswegs 502.
In der Fluiddynamiksimulation 500 kontaktiert das Gemisch nicht eine Innenfläche eines Abgasrohrs 504. Somit kann eine äußere Region (z. B. äußere Region 310) des Abgasdurchtrittswegs 502 nicht das Gemisch umfassen. Ferner ist die Harnstoffkonzentration entlang des Abgasdurchtrittswegs 502 der Simulation 500 ungleich, wobei Teile des Abgases nahe der Zentralachse 540 aus einer größeren Konzentration von Harnstoff bestehen als Teile des Abgases nahe dem Abgasrohr 504. Eine stromabwärts des Harnstoffmischers 510 des Stands der Technik lokalisierte SCR-Vorrichtung kann wegen des ungenügenden Mischens nicht vollständig reduziert werden und kann auf einem geringeren Niveau als gewünscht laufen.
In der Fluiddynamiksimulation 550 kontaktiert das Gemisch eine Innenfläche eines Abgasrohrs 554 in weniger als der Hälfte einer Länge des Abgasdurchtrittswegs 552, angezeigt durch eine Linie 556. In einem Beispiel kann die Länge exakt 50 mm betragen. Das Gemisch fließt durch den Abgasdurchtrittsweg 502 benachbart zu einer Zentralachse 590, dem Abgasrohr 554, und in dazwischen gelegenen Bereichen. Die Harnstoffkonzentration entlang des Abgasdurchtrittswegs 552 ist im Wesentlichen einheitlich, wobei eine Probe des Abgases nahe der Zentralachse 590 eine im Wesentlichen gleiche Konzentration an Harnstoff verglichen mit einer Probe proximal zum Abgasrohr 554 umfassen kann. Auf diese Weise kann ein SCR-Katalysator näher am Mischer 200 lokalisiert sein, verglichen mit dem Mischer 510 des Stands der Technik, während eine größere Harnstoffreaktivität wegen der erhöhten Harnstoffverteilung erfahren wird. Dies verringert die Packungs-Platzanforderungen, während die SCR-Reaktivität erhöht wird.
Auf diese Weise kann ein kompakter, leicht zu entwerfender Harnstoffmischer entlang eines Abgasdurchtrittswegs stromaufwärts einer SCR-Vorrichtung lokalisiert sein. Der Harnstoffmischer kann das Harnstoffmischen erhöhen durch Vereinigen von Abgas und Harnstoff im Mischer und Freigeben des Gemischs in den Abgasdurchtrittsweg in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zum Abgasstrom ist. Der Harnstoffmischer lenkt ferner das Gemisch zu äußeren und inneren Regionen des Abgasdurchtrittswegs, was die Homogenität des Abgas/Harnstoff-Stroms erhöht. Der technische Effekt des Konfigurierens eines Harnstoffmischers, um eine Harnstoffinjektion und Abgasstrom aufzunehmen, besteht darin, die SCR-Reaktivität durch erhöhte Harnstoffverteilung zu verbessern. Der Mischer kann ferner die Packungs-Platzanforderungen senken, indem der Harnstoff im gesamten Abgasdurchtrittsweg in einer geringeren Distanz, verglichen mit dem Stand der Technik, gemischt wird. Dies ermöglicht es einem Hersteller, den SCR-Katalysator näher beim Harnstoffmischer im Vergleich zum Stand der Technik anzuordnen.
Ein System umfasst einen Harnstoffinjektor, positioniert zum Einspritzen von Harnstoff innerhalb einer perforierten toroidalen Röhre, positioniert im Motorabgasstrom und konfiguriert zum Aufnehmen von Abgas mit Einlässen, die auf einer stromaufwärtigen Fläche angeordnet sind, ausgerichtet in einer Richtung des eintreffenden Abgasstroms in einem Abgasdurchtrittsweg. Ein erstes Beispiel des Systems beinhaltet einen SCR-Katalysator, der stromabwärts der perforierten Röhre positioniert ist, wobei der Injektor so positioniert ist, dass das Einspritzen nur innerhalb der Röhre aus der Injektordüse erfolgt. Ein zweites Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel einschließt, beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre ferner innere Auslässe, die in einer radialen Einwärtsrichtung hin zu einer Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs ausgerichtet sind, umfasst. Ein drittes Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere von dem zweiten und ersten Beispiel einschließt, beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre ferner äußere Auslässe, die in einer radialen Auswärtsrichtung weg von der Zentralachse auf einer gegenüberliegenden Seite der perforierten Röhre ausgerichtet sind, umfasst. Ein viertes Beispiel des Systems, das optional das erste bis dritte Beispiel einschließt, beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre konzentrisch mit einem Abgasrohr ist, wobei Auslässe nur radial einwärts und radial auswärts ausgerichtet sind, und wobei es keine Perforationen gibt, die nach stromabwärts ausgerichtet sind. Bei einem fünften Beispiel des Systems, das optional das erste bis vierte Beispiel einschließt, ist die perforierte Röhre an einen Adapter, der den Injektor beherbergt, über eine lineare Röhre gekoppelt, wobei die Röhren einen gemeinsamen inneren Durchtrittsweg aufweisen, der sich von der linearen Röhre zur perforierten Röhre gabelförmig zweiteilt. Ein sechstes Beispiel des Systems schließt optional das erste bis fünfte Beispiel ein und beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die lineare Röhre Einlässe und keine Auslässe zum Abgasdurchtrittsweg umfasst. Ein siebtes Beispiel des Systems schließt optional das erste bis sechste Beispiel ein und beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre die gesamten 360° rings um eine Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs überspannt. Ein achtes Beispiel des Systems schließt optional das erste bis siebte Beispiel ein und beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre einen Teigring-förmigen Querschnitt umfasst, und wobei der Injektor senkrecht zu einer Zentralachse des Toroids einspritzt. Ein neuntes Beispiel des Systems schließt optional die ersten bis achten Beispiele ein und beinhaltet weiterhin den Fall, wobei die perforierte Röhre ferner Auslässe, die zu den Einlässen radial fehlausgerichtet sind, umfasst, und wobei eine Zentralachse des Toroids mit einer Zentralachse eines Abgasdurchtrittswegs gefluchtet ist, der den Abgasstrom trägt und in dem der Mischer positioniert ist.
Ein Harnstoffmischer umfasst eine obere, lineare Röhre, fortlaufend mit einer unteren, toroidalen Röhre, Einlässe, angeordnet auf stromaufwärtigen Seiten der Röhren, und Auslässe, angeordnet auf radialen Seiten der toroidalen Röhre, und einen Harnstoffinjektor, gekoppelt an einen Adapter, in welchem ein Innenraum lokalisiert ist, wobei der Innenraum den Harnstoffinjektor an die lineare Röhre fluid-koppelt. Ein erstes Beispiel des Harnstoffmischers beinhaltet den Fall, wobei die lineare Röhre physikalisch an den Adapter gekoppelt ist. Ein zweites Beispiel des Harnstoffmischers, das optional das erste Beispiel einschließt, beinhaltet den Fall, wobei Abgas, das aus den Auslässen herausströmt, in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Abgases fließt, das in die Einlässe strömt. Ein drittes Beispiel des Harnstoffmischers schließt optional die zweiten und/oder ersten Beispiele ein und beinhaltet den Fall, wobei die lineare Röhre und die toroidale Röhre symmetrisch um eine zentrale Mischerachse vorliegen. Ein viertes Beispiel des Harnstoffmischers schließt optional das erste bis dritte Beispiel ein und beinhaltet den Fall, wobei die Anzahl an Auslässen größer ist als die Anzahl an Einlässen. Ein fünftes Beispiel des Harnstoffmischers schließt optional das erste bis vierte Beispiel ein und beinhaltet den Fall, wobei die toroidale Röhre gleichmäßig beabstandet ist von einer Abgasrohr-Innenwand in Bezug auf eine Auslässe aufweisende Außenwand der toroidalen Röhre und eine Auslässe aufweisende Innenwand der toroidalen Röhre. Ein sechstes Beispiel des Harnstoffmischers schließt optional das erste bis fünfte Beispiel ein und beinhaltet ferner den Fall, wobei die linearen und toroidalen Röhren hohl sind und einander vollständig schneiden, wobei darin ein gemeinsamer innerer Durchtrittsweg lokalisiert ist. Ein siebtes Beispiel des Harnstoffmischers schließt optional das erste bis sechste Beispiel ein und beinhaltet ferner den Fall, wobei sich der gemeinsame innere Durchtrittsweg aus der linearen Röhre zur toroidalen Röhre gabelförmig zweiteilt, und wobei der gemeinsame innere Durchtrittsweg die gesamten 360° der toroidalen Röhre überspannt.
Ein Harnstoffmischer umfasst einen Adapter, umfassend einen hohlen Innenraum, wobei der Adapter an einen Harnstoffinjektor und eine lineare Röhre gekoppelt ist, eine mit einem Abgasrohr konzentrische toroidale Röhre, die mit der linearen Röhre physikalisch gekoppelt und damit fortlaufend ist, wobei die Röhren Einlässe, die zum Aufnehmen von Abgas eines Abgasdurchtrittswegs konfiguriert sind, umfassen, wobei ein gemeinsamer innerer Durchtrittsweg der Röhren fluidisch an den Innenraum angeschlossen ist, wobei Abgas durch den gemeinsamen inneren Durchtrittsweg und den Innenraum strömen kann, und innere und äußere Auslässe, die entlang der Radii der toroidalen Röhre lokalisiert sind, wobei die inneren Auslässe in einer radialen Einwärtsrichtung hin zu einer Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs ausgerichtet sind, und die äußeren Auslässe in einer radialen Auswärtsrichtung weg von der Zentralachse ausgerichtet sind. Ein erstes Beispiel des Harnstoffmischers beinhaltet ferner, dass es keine weiteren Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe in der linearen oder toroidalen Röhre, außer jenen, die spezifiziert wurden, gibt.
Es sei angemerkt, dass die hier eingeschlossenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen bei verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und Routinen können als ausführbare Instruktionen in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert sein und können durch das Steuerungssystem, einschließlich dem Controller in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motor-Hardware, durchgeführt werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, wie Ereignis-angetrieben, Interrupt-angetrieben, Multitasking, Multithreading, und dergleichen. Als solches können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder können in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern ist zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können wiederholt durchgeführt werden, abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code repräsentieren, der in den nicht-flüchtigen Speicher des Computer-lesbaren Speicherungsmediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Instruktionen in einem System durchgeführt werden, das die diversen Motorhardware-Komponenten in Kombination mit dem elektronischen Controller einschließt.
Es wird richtig eingeschätzt werden, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen von exemplarischer Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Gegenkolben- und andere Motortypen angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht-naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart sind.
Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neu und nicht-naheliegend angesehen werden. Diese Ansprüche können auf “ein” Element oder “ein erstes” Element oder das Äquivalent davon Bezug nehmen. Es sollte sich verstehen, dass solche Ansprüche die Einbeziehung von einem oder mehreren solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder erfordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung bzw. Ergänzung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlegen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob hinsichtlich des Schutzumfangs breiter, enger, gleich oder unterschiedlich zu den ursprünglichen Ansprüchen, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung inbegriffen angesehen.
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 2013/0104531 [0003]

Claims

System, das folgendes umfasst: einen Harnstoffinjektor, positioniert zum Einspritzen von Harnstoff innerhalb einer perforierten toroidalen Röhre, positioniert in einem Motorabgasstrom und konfiguriert zum Aufnehmen von Abgas mit Einlässen, die auf einer stromaufwärtigen Fläche angeordnet sind, ausgerichtet in einer Richtung des eintreffenden Abgasstroms in einem Abgasdurchtrittsweg bzw. Abgaskanal.
System von Anspruch 1, wobei ein SCR-Katalysator stromabwärts der perforierten Röhre positioniert ist, wobei der Injektor so positioniert ist, dass das Einspritzen nur innerhalb der Röhre aus der Injektordüse erfolgt.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre ferner innere Auslässe, die in einer radialen Einwärtsrichtung hin zu einer Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs ausgerichtet sind, umfasst.
System von Anspruch 3, wobei die perforierte Röhre ferner äußere Auslässe, die in einer radialen Auswärtsrichtung weg von der Zentralachse auf einer gegenüberliegenden Seite der perforierten Röhre ausgerichtet sind, umfasst.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre konzentrisch mit einem Abgasrohr ist, wobei Auslässe nur radial einwärts und radial auswärts ausgerichtet sind, und wobei es keine Perforationen gibt, die nach stromabwärts ausgerichtet sind.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre an einen Adapter, der den Injektor beherbergt, über eine lineare Röhre gekoppelt ist, wobei die Röhren einen gemeinsamen inneren Durchtrittsweg aufweisen, der sich von der linearen Röhre zur perforierten Röhre gabelförmig zweiteilt.
System von Anspruch 6, wobei die lineare Röhre Einlässe und keine Auslässe zum Abgasdurchtrittsweg umfasst.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre die gesamten 360° rings um eine Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs überspannt.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre einen Teigring-förmigen Querschnitt umfasst, und wobei der Injektor senkrecht zu einer Zentralachse des Toroids einspritzt.
System von Anspruch 1, wobei die perforierte Röhre ferner Auslässe, die zu den Einlässen radial fehlausgerichtet sind, umfasst, und wobei eine Zentralachse des Toroids mit einer Zentralachse eines Abgasdurchtrittswegs gefluchtet ist, der den Abgasstrom trägt und in dem der Mischer positioniert ist.
Harnstoffmischer, der folgendes umfasst: eine obere, lineare Röhre, fortlaufend mit einer unteren, toroidalen Röhre; Einlässe, angeordnet auf stromaufwärtigen Seiten der Röhren, und Auslässe, angeordnet auf radialen Seiten der toroidalen Röhre; und einen Harnstoffinjektor, gekoppelt an einen Adapter, in welchem ein Innenraum lokalisiert ist, wobei der Innenraum den Harnstoffinjektor an die lineare Röhre fluid-koppelt.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei die lineare Röhre physikalisch an den Adapter gekoppelt ist.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei Abgas, das aus den Auslässen herausströmt, in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung des Abgases fließt, das in die Einlässe strömt.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei die lineare Röhre und die toroidale Röhre symmetrisch um eine zentrale Mischerachse vorliegen.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei die Anzahl von Auslässen größer ist als die Anzahl der Einlässe.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei die toroidale Röhre gleichmäßig beabstandet ist von einer Abgasrohr-Innenwand in Bezug auf eine Außenwand der Auslässe aufweisenden toroidalen Röhre und eine Innenwand der Auslässe aufweisenden toroidalen Röhre.
Harnstoffmischer von Anspruch 11, wobei die linearen und toroidalen Röhren hohl sind und einander vollständig schneiden, wobei darin ein gemeinsamer innerer Durchtrittsweg lokalisiert ist.
Harnstoffmischer von Anspruch 17, wobei sich der gemeinsame innere Durchtrittsweg aus der linearen Röhre zur toroidalen Röhre gabelförmig zweiteilt, und wobei der gemeinsame innere Durchtrittsweg die gesamten 360° der toroidalen Röhre überspannt.
Harnstoffmischer, der folgendes umfasst: einen Adapter, umfassend einen hohlen Innenraum, wobei der Adapter an einen Harnstoffinjektor und eine lineare Röhre gekoppelt ist; eine mit einem Abgasrohr konzentrische, toroidale Röhre, die mit der linearen Röhre physikalisch gekoppelt und damit fortlaufend ist, wobei die Röhren Einlässe umfassen, die zum Aufnehmen von Abgas eines Abgasdurchtrittswegs konfiguriert sind; einen gemeinsamen inneren Durchtrittsweg der Röhren, der an den Innenraum fluid-angeschlossen ist, wobei Abgas durch den gemeinsamen inneren Durchtrittsweg und den Innenraum strömen kann; und innere und äußere Auslässe, lokalisiert entlang den Radii der toroidalen Röhre, wobei die inneren Auslässe in einer radialen Einwärtsrichtung hin zu einer Zentralachse des Abgasdurchtrittswegs ausgerichtet sind, und die äußeren Auslässe in einer radialen Auswärtsrichtung weg von der Zentralachse ausgerichtet sind.
Harnstoffmischer von Anspruch 19, wobei es keine weiteren Einlässe und keine zusätzlichen Auslässe in der linearen oder toroidalen Röhre, außer jenen, die spezifiziert wurden, gibt.