DE112010005012B4

DE112010005012B4 - Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE112010005012B4
Application number: DE112010005012.0T
Authority: DE
Inventors: Shashank Mupparapu; Tetsu O. Velasquez; Craig P. HITTLE; Stephan D. Roozenboom; Paul W. Park; Rick E. Jeffs; Michael E. Boahene; Yung T. Bui
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2023-02-16
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: US8752370B2; CN102741517B; WO2011087641A3; CN102741517A; WO2011087641A2; DE112010005012T5; US20130067891A1

Abstract

Abgasbehandlungssystem (14) mit:einem Gehäuse (18, 218), das zwei oder mehr Einlässe (230, 232) festlegt, die zum Empfangen von separaten eintretenden Abgasströmen von einer Brennkraftmaschine (12) ausgebildet sind;zwei oder mehr ersten Abgasbehandlungsvorrichtungen (262, 242), die in dem Gehäuse (18, 218) angeordnet sind und jeweils zum Empfangen eines der separaten eintretenden Abgasströme ausgebildet sind, wobei die separaten eintretenden Abgasströme in einer ersten Richtung durch die zwei oder mehr ersten Abgasbehandlungsvorrichtungen (262, 242) strömen;zwei oder mehr Umleitströmungskanälen (248, 254), die zum Kombinieren der separaten Abgasströme zu einem vereinigten Abgasstrom ausgebildet sind, der in einer zweiten Richtung, die unter etwa 180 Grad zu der ersten Richtung verläuft, strömt;einem Zwischenströmungsbereich (251), der zum Teilen des vereinigten Abgasstroms in zwei oder mehr separate austretende Abgasströme ausgebildet ist; undzwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282), die in dem Gehäuse (18, 218) angeordnet sind und jeweils zum Empfangen eines der separaten austretenden Abgasströme von dem Zwischenströmungsbereich (251) ausgebildet sind, wobei die separaten austretenden Abgasströme in einer dritten Richtung, die unter etwa 90 Grad zu der zweiten Richtung verläuft, durch die zwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282) strömen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgasnachbehandlungssysteme zum Entfernen oder Verringern von unerwünschten Emissionen aus dem Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Systemen.
Hintergrund
Abgasnachbehandlungssyteme werden zum Entfernen von unerwünschten Emissionen aus dem Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Systemen (z.B. ein Dieselmotor, Gasmotoren, Gasturbinen) verwendet, die beispielsweise zum Antreiben von Generatoren, Nutzfahrzeugen, Maschinen, Schiffen und Lokomotiven verwendet werden können. Abgasnachbehandlungssysteme können verschiedene Emissionsbehandlungstechnologien enthalten, beispielsweise Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs), Dieselpartikelfilter (DPFs), Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCRs), Mager-NOx-Fallen (LNTs) oder andere Vorrichtungen, die zur Behandlung von Abgas verwendet werden.
Systeme mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) stellen ein Verfahren zum Entfernen von Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) aus mit fossilen Brennstoffen betriebenen Systemen zur Verfügung. Während einer SCR ermöglicht ein Katalysator eine Reaktion zwischen einem Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak, und NOx zum Erzeugen von Wasser und Stickstoffgas, wodurch NOx aus dem Abgas entfernt wird. Allgemein wird das Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators mit dem Abgas vermischt.
Eine SCR kann effektiver sein, wenn ein Verhältnis von NO zu NO₂ in dem Abgas, das dem SCR-Katalysator zugeführt wird, etwa 50:50 beträgt. Manche Motoren können jedoch einen Abgasstrom produzieren, der ein Verhältnis von NO zu NO₂ von annähernd 95:5 aufweist. Zur Erhöhung der relativen Menge an NO₂ zum Erzielen eines Verhältnisses von NO zu NO₂, das näher bei 50:50 liegt, kann sich ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) zum Umwandeln von NO zu NO₂ stromaufwärts des SCR-Katalysators befinden. DOCs werden ebenfalls zum Entfernen von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen aus dem Abgas verwendet.
Abgasnachbehandlungssysteme können von Anfang an eingebaut sein oder bei einer bestimmten Anwendung im Nachhinein eingebaut werden. Um einen einfacheren Einbau zu ermöglichen, werden einige Abgasnachbehandlungssysteme im Voraus zusammengebaut, wobei sich Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse befinden. Ein solches System offenbart die veröffentlichte US-Patentanmeldung US 2008 / 0 314 033 A1 von Aneja et al. (im Folgenden die Anmeldung '033). Die Anmeldung ’033 offenbart ein allgemein kubisches gemeinsames Gehäuse, das ein Paar von DOC/DPFs, einen Reduktionsmittelinjektor, eine Mischkammer und ein Paar von SCR-Katalysatoren umgibt. Abgas, das in das System eintritt, wird in zwei Ströme aufgespalten, die parallel durch die zwei DOC/DPFs geleitet werden. Das Abgas wird erneut zu einem einzigen Strom vereinigt, in den das Reduktionsmittel eingespritzt wird, und dann erneut in zwei Ströme aufgespalten, die parallel durch die zwei SCR-Katalysatoren strömen.
Auch wenn das in der Anmeldung '033 offenbarte System dazu geeignet sein kann, bei einigen Anwendungen Emissionen zu verringern, ist es aufgrund von spezifischen Randbedingungen im Hinblick auf eine Größe und einen Staudruck, spezifischen Emissionsanforderungen und anderen Anforderungen für andere Anwendungen möglicherweise nicht geeignet.
DE 11 2010 004 962 T5 offenbart eine Abgasanlage mit einem Nachbehandlungsmodul.
US 6 620 391 B2 betrifft einen Prozess zur katalytischen Reinigung von Abgas von einem Verbrennungskraftwerk.
US 8 499 548 B2 offenbart eine Strömungsvorrichtung für ein Abgassystem.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem, das ein Gehäuse mit zwei oder mehr Einlässen enthält, die zum Empfangen von separaten eintretenden Abgasströmen von einer Brennkraftmaschine ausgebildet sind. Das System kann zwei oder mehr erste Abgasbehandlungsvorrichtungen enthalten, die jeweils zum Empfangen eines der separaten eintretenden Abgasströme in einer ersten Richtung ausgebildet sind. Das System kann ferner zwei oder mehr Umleitströmungskanäle, die zum Kombinieren der separaten Abgasströme zu einem vereinigten Abgasstrom ausgebildet sind, der in einer zweiten Richtung, die unter etwa 180 Grad zu der ersten Richtung verläuft, strömt, und einen Zwischenströmungsbereich enthalten, der zum Teilen des vereinigten Abgasstroms in zwei oder mehr separate austretende Abgasströme ausgebildet ist. Das System kann ferner zwei oder mehr zweite Abgasbehandlungsvorrichtungen enthalten, die jeweils zum Empfangen eines der separaten austretenden Abgasströme in einer dritten Richtung, die unter etwa 90 Grad zu der zweiten Richtung verläuft, ausgebildet sind.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Behandeln des Abgases einer Brennkraftmaschine. Das Verfahren kann das Leiten eines ersten Abgasstroms von der Brennkraftmaschine durch einen ersten DOC in einer ersten Richtung und das Leiten eines zweiten Abgasstroms von der Brennkraftmaschine durch einen zweiten DOC in der ersten Richtung beinhalten, wobei der erste DOC parallel zu dem zweiten DOC angeordnet ist. Das Verfahren kann ferner das Vereinigen des ersten Abgasstroms mit dem zweiten Abgasstrom zum Ausbilden eines vereinigten Abgasstroms und das Einbringen eines Reduktionmittels in den vereinigten Abgasstrom beinhalten. Zusätzlich dazu kann das Verfahren ferner das Leiten des vereinigten Abgasstroms in einer zweiten Richtung, die unter etwa 180 Grad zu der ersten Richtung verläuft, und das Ausbilden eines dritten Abgasstroms und eines vierten Abgasstroms aus dem vereinigten Abgasstrom beinhalten.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem, das ein Gehäuse enthält, das wenigstens einen Abgaseinlass und wenigstens einen Abgasauslass festlegt, wobei das Gehäuse ein Volumen aufweist, das kleiner als etwa 5,51016 Kubikmeter ist. Das Abgasnachbehandlungssystem kann ferner ein oder mehrere DOC-Substrate mit einem Gesamtvolumen, das größer als etwa 73980 Kubikzentimeter ist, und ein oder mehrere SCR-Katalysatorsubstrate mit einem Gesamtvolumen, das größer als etwa 389875 Kubikzentimeter ist, enthalten. Zusätzlich dazu kann das Abgasnachbehandlungssystem derart ausgebildet sein, dass der Abgasstaudruck zwischen dem wenigstens einen Abgaseinlass und dem wenigstens einen Abgasauslass weniger als etwa 8,5 kPA beträgt, wenn die Brennkraftmaschine unter Nennbetriebsbedingungen läuft.
Weitere Merkmale und Aspekte dieser Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen, die Teil dieser Anmeldung sind, sind beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung dargestellt, die in Verbindung mit der Beschreibung dazu dienen, die Prinzipien des offenbarten Systems zu erläutern:

1 ist eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Leistungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Leistungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine Querschnittsdraufsicht einer Ausführungsform eines Abgasnachbehandlungssystems des Leistungssystems aus 2;
4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Abgasnachbehandlungssystems aus 3;
5 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Einlassbereichs des Abgasnachbehandlungssystems aus 3;
6 ist eine teilweise geschnittene Endansicht des Einlassbereichs aus 5; und
7 ist eine perspektivische Ansicht des Zwischenströmungsbereichs des Abgasnachbehandlungssystems aus 3.

Detaillierte Beschreibung
Bezug nehmend auf 1 ist eine Ausführungsform eines Leistungssystems 10 offenbart. Das Leistungssystem 10 enthält eine Brennkraftmaschine 12 und ein Abgasnachbehandlungssystem 14, das zum Behandeln eines oder mehrerer Abgasströme 16 ausgebildet ist, die von der Brennkraftmaschine 12 erzeugt werden. Die Brennkraftmaschine 12 kann nicht gezeigte Merkmale wie Kraftstoffversorgungen, Luftversorgungen, Kühlsysteme, Peripheriegeräte, Getriebekomponenten, Turbolader etc. enthalten. Die Brennkraftmaschine 12 kann ein beliebiger Typ einer Brennkraftmaschine sein (eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, eine Turbine, Motoren, die mit Gas, Diesel, gasförmigem Kraftstoff, Erdgas, Propan betrieben werden, etc.), eine beliebige Größe haben und eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen, die in einer beliebigen Konfiguration („V“, in Reihe, radial, etc.) angeordnet sein können. Die Brennkraftmaschine 12 kann zum Versorgen einer beliebigen Maschine oder anderen Vorrichtung mit Leistung verwendet werden, beispielsweise bei Lokomotiven, Lastkraftwagen oder anderen Straßenfahrzeugen, Geländelastkraftwagen oder -maschinen, Erdbewegungsgeräten, Generatoren, Luftfahrtanwendungen, Seefahrtanwendungen, Pumpen, stationären Geräten oder anderen mit Brennkraftmaschinen betriebenen Anwendungen.
Das Abgasnachbehandlungssystem 14 enthält ein Gehäuse 18, das zum teilweisen oder vollständigen Umgeben einer oder mehrerer Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ausgebildet ist, die zum Verringern von unerwünschten Emissionen in dem Abgasstrom 16 der Brennkraftmaschine 12 ausgebildet sind. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können verschiedene Emissionsbehandlungstechnologien beinhalten, einschließlich Regenerationsvorrichtungen, Wärmequellen, Oxidationskatalysatoren, Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs), Dieselpartikelfilter (DPFs), Katalysatoren mit selektiver katalytischer Reduktion (SCRs), Mager-NOx-Fallen (LNTs), Schalldämpfer oder andere Vorrichtungen, die zur Behandlung des aus der Brennkraftmaschine 12 austretenden Abgasstroms 16 benötigt werden, jedoch nicht darauf beschränkt.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Abgasnachbehandlungssystem 14 eine oder mehrere erste Nachbehandlungsvorrichtungen 20 und eine oder mehrere zweite Nachbehandlungsvorrichtungen 22 auf. Bei einer Ausführungsform sind die eine oder die mehreren ersten Nachbehandlungsvorrichtungen 20 ein oder mehrere DOC(s), und die ein oder mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen sind ein oder mehrere SCR-Katalysator(en). Bei der gezeigten Ausführungsform tritt der Abgasstrom 16 bei einem oder mehreren Abgaseinlässen 24 in das Gehäuse 18 ein und passiert die eine oder mehreren ersten Nachbehandlungsvorrichtungen 20 (in Reihe oder parallel), passiert dann die eine oder mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen 22 (in Reihe oder parallel) und tritt über einen oder mehrere Abgasauslässe 26 aus dem Gehäuse 18 aus.
Das Abgasnachbehandlungssystem 14 kann ebenfalls ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 28 und einen Zwischenströmungsbereich 30 enthalten. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 28 ist zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom 16 ausgebildet. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 28 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Ein beliebiges System, das dazu in der Lage ist, dem Abgasstrom 16 bei Bedarf eine gewünschte Menge an Reduktionsmittel zuzuführen, kann verwendet werden. Beispielsweise enthält das Reduktionsmittelzufuhrsystem 28 eine Reduktionsmittelquelle 22, eine Pumpe 34, ein Ventil 36 und einen Injektor 38 in Fluidverbindung mit der Reduktionsmittelquelle 32. Die Reduktionsmittelquelle 32 kann einen Tank, einen Behälter, ein absorbierendes Material oder eine andere Vorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, das Reduktionsmittel zu speichern und freizusetzen. Das Reduktionsmittel kann Harnstoff, Ammoniak, Dieselkraftstoff oder ein anderer Kohlenwasserstoff sein, der von der einen oder den mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen 22 zum Reduzieren oder anderweitigen Entfernen von NOx- oder NO-Emissionen aus dem Abgasstrom 16 verwendet wird. Wenn das in dem System verwendete Reduktionsmittel der zum Betreiben der Brennkraftmaschine 12 verwendete Kraftstoff ist, kann die Reduktionsmittelquelle 32 ein Kraftstofftank des Leistungssystems 10 sein.
Die Pumpe 34 kann eine beliebige Extrahiervorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle 32 anzusaugen. Das Ventil 36 ist enthalten, um dazu beizutragen, das Fördern des Reduktionsmittels zu regulieren oder zu steuern. Der Injektor 38 kann eine beliebige Vorrichtung sein, die dazu in der Lage ist, Reduktionsmittel in den Abgasstrom 16 einzubringen.
Der Zwischenströmungsbereich 30 ist zum Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom 16 vor einem Einbringen des Gemischs in die eine oder die mehreren zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 22 ausgebildet. Der Zwischenströmungsbereich 30 kann Strukturen enthalten, die eine Störung des Abgasstroms erhöhen und/oder eine angemessene Zeit zur ausreichenden Mischung des Abgases und des Reduktionsmittels liefern.
Das Leistungssystem 10 kann ferner eine oder mehrere Steuerungen 40 enthalten, die zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Brennkraftmaschine 12 und des Abgasnachbehandlungssystems 14 ausgebildet sind. Das Leistungssystem 10 kann eine einzige Steuerung, die sowohl die Brennkraftmaschine 12 als auch das Abgasnachbehandlungssystem 14 steuert und überwacht, oder mehrere Steuerungen aufweisen, die verschiedene Teile des Leistungssystems 10 steuern und überwachen. Beispielsweise kann das Leistungssystem 10 eine erste Steuerung, die zum Steuern und Überwachen des Betriebs der Brennkraftmaschine mit der Brennkraftmaschine 12 in Verbindung steht, und eine zweite Steuerung aufweisen, die zum Steuern der Pumpe 34 und des Ventils 36 und zum Überwachen der verschiedenen Aspekte des Reduktionsmittelzufuhrsystems, beispielsweise der von der Reduktionsmittelquelle 32 verfügbaren Reduktionsmittelmenge, mit dem Reduktionsmittelzufuhrsystem 28 in Verbindung steht. Die erste und die zweite Steuerung können miteinander in Verbindung stehen.
Die eine oder die mehreren Steuerungen 40 können mit verschiedenen Sensoren in Verbindung stehen, die dem Abgasnachbehandlungssystem 14 zugeordnet sind, zum Empfangen von Signalen von den Sensoren, die Eigenschaften des Abgases und/oder des Abgasnachbehandlungssystems 14 angeben. Die Sensoren können an einer beliebigen geeigneten Stelle in dem Abgasnachbehandlungssystem 14 zum Überwachen gewünschter Eigenschaften des Abgases und/oder des Abgasnachbehandlungssystems positioniert sein. Bei der gezeigten Ausführungsform sind ein oder mehrere Drucksensoren 42 der einen oder den mehreren ersten Nachbehandlungsvorrichtungen 20 zum Überwachen der Änderung des Abgasdrucks über den Vorrichtungen zugeordnet. Zusätzlich dazu ist ein NOx-Sensor 44 zum Liefern eines Signals, das den NOx-Gehalt des Abgases angibt, stromabwärts der einen oder mehreren ersten Nachbehandlungsvorrichtungen 20 positioniert. Ferner können eine oder mehrere Sensoren 46 den einen oder mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen 20 zum Liefern von Signalen, die die Temperatur des Abgases, das in die eine oder mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen ein- bzw. aus diesen austritt, und den NOx-Gehalt des aus der einen oder den mehreren zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen austretenden Abgas angegeben, zugeordnet sein.
Bezug nehmend auf 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Leistungssystems 210 offenbart. Das gezeigte Leistungssystem 210 ist als eine Lokomotive mit einer Brennkraftmaschine 212, einem Kraftstofftank 213 und einem Abgasnachbehandlungssystem 214 ausgeführt. Die Brennkraftmaschine 212 ist zumindest teilweise in einem Körper 215 der Lokomotive aufgenommen, und das Abgasnachbehandlungssystem 214 ist außen auf der Oberseite des Körpers 215 (beispielsweise einem Dach 211 des Lokomotivenkörpers) angebracht. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch das Abgasnachbehandlungssystem 214 zumindest teilweise innerhalb des Körpers 215 angebracht sein. Eine oder mehrere Abgasleitungen 216 verbinden die Brennkraftmaschine 212 mit dem Abgasnachbehandlungssystem 214, so dass ein oder mehrere Abgasströme 217 (siehe 3 und 5) von der Brennkraftmaschine 212 zu dem Abgasnachbehandlungssystem 214 geleitet werden.
Das Abgasnachbehandlungssystem 214 enthält verschiedene Emissionsbehandlungsvorrichtungen zum Verringern von unerwünschten Emissionen in den Abgasströmen 217 der Brennkraftmaschine 212. Die Emissionsbehandlungsvorrichtungen können verschiedene Emissionsbehandlungstechnologien enthalten, einschließlich Regenerationsvorrichtungen, Wärmequellen, Oxidationskatalysatoren, Dieseloxidationskatalysatoren (DOCs), Dieselpartikelfilter (DPFs), Katalysatoren mit selektiver katalytischer Reduktion (SCRs), Mager-NOx-Fallen (LNTs), Schalldämpfer oder anderer Vorrichtungen, die dazu in der Lage sind, das Abgas von einem Leistungssystem zu behandeln, jedoch nicht darauf beschränkt. Das Abgasnachbehandlungssystem 214 enthält ein Gehäuse 218, das die Emissionsbehandlungsvorrichtungen vollständig oder zumindest teilweise umgibt. Das Gehäuse 218 enthält eine obere Wand 220, eine untere Wand 222 und eine oder mehrere Seitenwände 224.
Das Abgasnachbehandlungssystem 214 enthält ebenfalls ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 226. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 226 enthält eine Dosieranordnung 228 und eine Reduktionsmittelquelle 229, die in Fluidverbindung mit der Dosieranordnung 228 steht. Die Dosieranordnung 228 kann verschiedene (nicht gezeigte) Komponenten (beispielsweise Pumpen, Ventile, Injektoren, etc.) enthalten, die bei Bedarf zum Zuführen einer gewünschten Menge an Reduktionsmittel zu den Systemen betrieben werden können.
Bezug nehmend auf die 3 und 4 ist eine Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems 214 offenbart. Das Abgasnachbehandlungssystem 214 kann mit verschiedenen Formen und Größen ausgebildet sein, je nach Anwendung. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Abgasnachbehandlungssystem 214 ein allgemein rechtwinkliger, kastenförmiger Aufbau mit einer Höhenabmessung H (4), einer Längenabmessung L (3) und einer Breitenabmessung W (3). Bei einer Ausführungsform beträgt die Höhe H weniger als etwa 94,5 cm, die Länge L beträgt weniger als etwa 258 cm, und die Breite W beträgt weniger als etwa 226 cm. Somit beträgt das Gesamtvolumen des Systems weniger als etwa 5,5101 Kubikmeter. Bei anderen Ausführungsformen beträgt die Höhe H näherungsweise 89,5 cm, die Länge L beträgt näherungsweise 253 cm, und die Breite W beträgt näherungsweise 221 cm. Somit beträgt das Gesamtvolumen des Systems etwa 5,0042 Kubikmeter.
Bezug nehmend auf 5 enthält das Abgasnachbehandlungssystem 214 einen ersten Abgaseinlass 230, der zum Empfangen eines ersten eintretenden Abgasstroms 217a ausgebildet ist, und einen zweiten Abgaseinlass 232, der zum Empfangen eines zweiten eintretenden Abgasstroms 217b ausgebildet ist, in der unteren Wand 222. Eine erste Leitung 233 verbindet den ersten Abgaseinlass 230 fluidmäßig mit dem ersten DOC-Gehäuse 234. Das erste DOC-Gehäuse 234 bildet eine Kammer 236. Ein erster Diffusor 237 ist mit der ersten Leitung 233 verbunden und in der Kammer 236 angeordnet.
Bezug nehmend auf 6 kann der erste Diffusor 237 auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Ein beliebiger Aufbau, der dazu in der Lage ist, die Verwirbelung des in das erste DOC-Gehäuse eintretenden Abgases zu verringern und die Strömung des ersten eintretenden Abgasstroms 217a zu verteilen, kann verwendet werden. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der erste Diffusor 237 hohl und weist einen allgemein kreisförmigen, ovalen, elliptischen oder rechtwinkligen Querschnitt auf. Der erste Diffusor 237 weist ein erstes Ende 238, das mit der ersten Leitung 233 verbunden ist, und ein distales zweites Ende 239 auf. Der erste Diffusor 237 enthält mehrere Öffnungen oder Löcher 240, die zum Ermöglichen der Strömung des Abgases aus dem Inneren des ersten Diffusors 237 in die Kammer 236 ausgebildet sind. Der erste Diffusor 237 kann zum Liefern eines erhöhten Strömungswiderstands über der Länge des ersten Diffusors 237 hin zu dem distalen zweiten Ende 239 ausgebildet sein. Beispielsweise läuft bei der gezeigten Ausführungsform der erste Diffusor 237 nach innen zu, so dass die Größe des Querschnitts des hohlen Innenraums in Richtung des distalen zweiten Endes 239 abnimmt. Bei anderen Ausführungsformen kann jedoch der erste Diffusor 237 nicht zulaufen.
Die mehreren Öffnungen oder Löcher 240 können ebenfalls zum Liefern eines erhöhten Strömungswiderstands hin zu dem distalen zweiten Ende 239 des ersten Diffusors 237 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Anzahl der mehreren Öffnungen oder Löcher 240 abnehmen und/oder die Größe jeder der mehreren Öffnungen oder Löcher 240 kann entlang des ersten Diffusors 237 abnehmen.
Eine erste Ablenkplatte 241 ist in dem ersten Abgaseinlass 232 zum Unterstützen des Leitens des ersten eintretenden Abgasstroms 217a in den ersten Diffusor 237 positioniert. Die erste Ablenkplatte 241 ist zum Aufspalten des ersten Abgaseinlasses 232 in zwei Abschnitte ausgebildet. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der erste Abgaseinlass 232 gekrümmt, und die erste Ablenkplatte 241 ist in der Krümmung positioniert, so dass sie eine gleichmäßige Strömungsverteilung des in den ersten Diffusor 237 eintretenden Abgases befördert.
Die Konfiguration des ersten Diffusors 237 und der ersten Ablenkplatte 241 trägt dazu bei, dass in dem ersten DOC-Gehäuse 234 ein Abgasstrom mit einer gleichmäßigen Verteilung und einer geringen Verwirbelung vorliegt.
Ein oder mehrere DOC(s) sind ebenfalls in dem ersten DOC-Gehäuse 234 angeordnet. Die DOC(s) können auf verschiedene Weise ausgebildet sein und Katalysatormaterialien enthalten, die zum Sammeln, Absorbieren, Adsorbieren, und/oder Umwandeln von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und/oder Stickstoffoxiden, die in dem Abgas enthalten sind, verwendet werden können. Solche Katalysatormaterialien können beispielsweise Aluminium, Platin, Palladium, Rhodium, Barium, Cer und/oder Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Seltenerdmetalle oder Kombinationen derselben enthalten. Die DOCs können beispielsweise ein Keramiksubstrat, ein Metallgitter, einen Schaum oder andere bekannte poröse Materialien enthalten, und die Katalysatormaterialen können sich beispielsweise auf einem Substrat der DOCs befinden. Die DOCs unterstützen die Oxidation einer oder mehrerer Komponenten des Abgasstroms, beispielsweise von Feststoffpartikeln, Kohlenstoffwasserstoffen und/oder Kohlenmonoxid. Die DOCs sind ebenfalls zum Oxidieren von NO, das in dem Abgas enthalten ist, ausgebildet und wandeln dieses so zu NO₂ um. Somit unterstützen die DOCs das Erzielen eines gewünschten Verhältnisses von NO zu NO₂ stromaufwärts der SCRs.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind ein erster DOC 242a und ein zweiter DOC 242b in dem ersten DOC-Gehäuse 234 in Reihe angeordnet. Der erste und der zweite DOC 242a, 242b sind allgemein zylindrische Substrate mit einem Durchmesser D_D (4), der größer als etwa 58 cm ist, und einer Dicke T_D, die größer als etwa 7 cm ist. Somit ist das Volumen jedes DOC größer als etwa 18494,56 Kubikzentimeter. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Durchmesser D_D größer als etwa 60,9 cm, und die Dicke T_D ist größer als etwa 8,9 cm. Somit ist das Volumen jedes DOC größer als etwa 25924,74 Kubikzentimeter. Die Eigenschaften des ersten DOC 242 (d.h. Form, Größe, Art der Katalysatorbeschichtung, Anzahl von Zellen pro Quadratzoll etc.) kann ähnlich zu dem zweiten DOC 242b oder unterschiedlich dazu sein.
Das erste DOC-Gehäuse 234 enthält einen ersten DOC-Trageaufbau 244. Der erste DOC-Trageaufbau 244 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Ein beliebiger Aufbau, der dazu in der Lage ist, die DOC(s) 242a, 244b in der gewünschten Ausrichtung zu tragen und eine Dichtung zu liefern, so dass durch die Katalysatoren geleitetes Abgas nicht an den Rändern der Katalysatoren leckt oder austritt, kann verwendet werden.
Benachbart zu einem ersten DOC-Gehäuseauslass 246 befindet sich ein erster Umleitströmungskanal 248. Der erste Umleitströmungskanal 248 ist zum Umleiten des Stroms des ersten eintretenden Abgasstroms 217a von dem ersten DOC-Gehäuseauslass 246 zu einem Einlass 250 eines Zwischenströmungsbereichs 251 (im Folgenden beschrieben) ausgebildet. Eine oder mehrere Wände oder Ablenkplatten 252 werden zur Unterstützung der Umleitung des Abgasstroms verwendet.
Der Aufbau und die Komponenten, die vorher in Bezug auf den ersten Abgaseinlass 230 zu dem ersten Umleitströmungskanals 248 beschrieben wurden, sind ähnlich zu dem Aufbau und den Komponenten des zweiten Abgaseinlasses 232 zu einem zweiten Umleitströmungskanal 254, einschließlich einer zweiten Leitung 256, eines zweiten Diffusors 258, eines zweites DOC-Gehäuses 260, eines dritten und eines vierten DOCs 262a, 262b und eines zweiten DOC-Trageaufbaus 264.
Der erste Umleitströmungskanal 248 und der zweite Umleitströmungskanal 254 vereinigen das Abgas von dem ersten Abgaseinlass 230 und dem zweiten Abgaseinlass 234 an dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250. In der Nähe des Zwischenströmungsbereichseinlasses 250 ist ein Reduktionsmitteleinlass 266 positioniert (siehe 3). Wie vorher in Bezug auf 2 erörtert, enthält das Leistungssystem 210 ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 226. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 226 ist zum Einbringen von Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff, in den Abgasstrom 217 an dem Reduktionsmitteleinlass 266 ausgebildet. Der Reduktionsmitteleinlass 266 kann beispielsweise ein Injekor oder eine andere Dosiervorrichtung sein, die zum Einbringen des Reduktionsmittels in das Abgas angepasst ist.
Der Zwischenströmungsbereich 251 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Zwischenströmungsbereich 251 zum Ermöglichen eines ausreichenden Mischens des Abgases und des Reduktionsmittels vor einem Eintritt des Gemisches in eine stromabwärtige Emissionssteuerungsvorrichtung ausgebildet sein. Bei der gezeigten Ausführungsform enthält der Zwischenströmungsbereich 251 ein Mischrohr 270 und einen Diffusor oder eine Mischvorrichtung 272. Das Mischrohr 270 ist ein allgemein zylindrisches Rohr, das sich entlang einer Längsachse 273 erstreckt. Das Mischrohr 270 weist ein offenes Ende, das den Zwischenströmungsbereichseinlass 250 festlegt, und ein geschlossenes Ende 274 auf, das bezüglich des Zwischenströmungsbereichseinlasses 250 distal angeordnet ist. Benachbart zu dem geschlossenen Ende 274 befinden sich mehrere radial beabstandete Öffnungen 276 entlang zumindest eines Teils des Umfangs des Mischrohrs 270. Somit kann die Mehrzahl von beabstandeten Öffnungen 276 um den gesamten Umfang des Mischrohrs 270 oder um einen Teil des Umfangs positioniert sein, beispielsweise um den Umfang unter Ausnahme des Bereichs bei der 90-Grad-Position und der 270-Grad-Position, wobei die 0-Grad-Position die obere vertikale Position in den 4 und 7 angibt. Die Öffnungen 276 legen den Austritt des Mischrohrs 270 fest und können auf verschiedene Weise (z.B. Form, Größe, Position entlang des Umfangs des Mischrohrs) ausgebildet sein.
Bezug nehmend auf die 7 weist das Mischrohr 270 eine Gesamtlänge Lt (Entfernung von dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250 zum dem geschlossenen Ende 274) auf, die etwa 75% oder mehr der Länge L des Abgasnachbehandlungssystems beträgt. Das Mischrohr 270 kann eine Länge bis zu den Öffnungen Lo (Entfernung von dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250 zu der ersten der Mehrzahl von radial beabstandeten Öffnungen 276) aufweisen, die etwa 55% oder mehr der Länge L des Abgasnachbehandlungssystems beträgt. Bei einer Ausführungsform beträgt die Gesamtlänge Lt etwa 80% oder mehr der Länge L des Systems, und die Länge zu den Öffnungen Lo beträgt etwa 60% oder mehr der Länge L des Systems.
Bei einer Ausführungsform ist die Gesamtlänge Lt des Mischrohrs größer als etwa 200 cm, und die Länge zu den Öffnungen Lo ist größer als etwa 149 cm. Bei einer anderen Ausführungsform beträgt die Gesamtlänge Lt des Mischrohrs etwa 202,5 cm, und die Länge des Mischrohrs bis zu den Öffnungen Lo beträgt etwa 151,5 cm.
Bezug nehmend auf die 3-4 kann der Diffusor oder die Mischvorrichtung 272 ein beliebiger Aufbau sein, der dazu in der Lage ist, die Strömung des Abgasstroms 217 zu stören und eine Verteilung des Reduktionsmittels in dem Abgasstrom 217 zu ermöglichen. Der Diffusor oder die Mischvorrichtung 272 kann Öffnungen, Deflektoren, Verwirbler, Ablenkplatten oder andere Aufbauten enthalten, die eine Strömung des Abgasstroms 217 stören. Der Diffusor oder die Mischvorrichtung 272 kann in dem Mischrohr 270 positioniert und durch geeignete Mittel festgehalten werden. Der Diffusor oder die Mischvorrichtung 272 kann entlang der Länge Lt des Mischrohrs an einer beliebigen Stelle positioniert sein. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Diffusor oder die Mischvorrichtung 272 näher an dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250 als an dem geschlossenen Ende 274 positioniert.
Radial außerhalb der Mischrohröffnungen 276 ist ein SCR-Einlassabgasströmungsbereich 278 positioniert. Eine erste SCR-Anordnung 280 und eine zweite SCR-Anordnung 282 sind in Fluidverbindung mit dem SCR-Einlassabgasströmungsbereich 278 und auf gegenüberliegenden Seiten des Mischrohrs 270 vorgesehen. Der SCR-Einlassabgasströmungsbereich 278 kann der ersten SCR-Anordnung 280 und einer zweiten SCR-Anordnung 282 gemein sein oder in separate Strömungsbereiche unterteilt sein, die jeder der SCR-Anordnungen zugeordnet sind. Die erste SCR-Anordnung 280 hat einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Funktion wie die zweite SCR-Anordnung 282, weshalb lediglich die erste SCR-Anordnung 280 im Einzelnen beschrieben wird.
Die erste SCR-Anordnung 280 enthält eine erste SCR-Reihe 284, die mindestens einen ersten SCR-Katalysator 286 enthält, eine zweite SCR-Reihe 288, die mindestens einen zweiten SCR-Katalysator 290 enthält, und einen SCR-Trageaufbau 292, der zum Tragen der SCR-Katalysatoren mit einer gewünschten Ausrichtung ausgebildet ist. Die SCR-Katalysatoren 286, 290 können auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Die SCR-Katalysatoren 286, 290 können ein beliebiger geeigneter SCR-Katalysator sein, beispielsweise des Vanadium- und Titantyps, des Platintyps oder des Zeolithttyps, und ein Metall- oder Keramikwabensubstrat oder einen anderen Aufbau mit einem oder mehreren dieser Metalle enthalten und zum Unterstützen einer Reduktion von NOx ausgebildet sein. Die SCR-Katalysatoren 286, 290 können eine optimale oder Spitzen-NOx-Umwandlungsrate aufweisen, wenn das Verhältnis von NO zu NO₂ beim Eintritt in die SCR-Katalysatoren 286, 290 annähernd 1: 1 beträgt.
Bei der gezeigten Ausführungsform enthält die erste SCR-Reihe 284 einen ersten SCR-Reiheneinlass 294, vier SCR-Katalysatoren 286, die in Reihe angeordnet sind, und einen ersten SCR-Reihenauslass 296. Die zweite SCR-Reihe 288 enthält einen zweiten SCR-Reiheneinlass 298, vier SCR-Katalysatoren 290, die in Reihe angeordnet sind, und einen zweiten SCR-Reihenauslass 300. Die zweite SCR-Reihe 288 ist parallel zu der ersten SCR-Reihe 284 angeordnet.
Die SCR-Katalysatoren 286, 290 bei der dargestellten Ausführungsform weisen ein allgemein rechtwinkliges Substrat (oder rechtwinklig mit abgerundeten Ecken) mit einer Höhe Hs und einer Breite Ws, die größer als etwa 59 cm sind, und eine Dicke Ts, die größer als etwa 7 cm ist, auf. Somit weist jedes Katalysatorsubstrat ein Volumen auf, das größer als etwa 24367 Kubikzentimeter ist. Bei einer anderen Ausführungsform weisen die SCR-Katalysatoren 286, 290 eine Höhe H_S und eine Breite Ws, die größer als etwa 60,9 cm sind, und eine Dicke Ts, die größer als etwa 8,9 cm ist, auf. Somit weist jedes Katalysatorsubstrat ein Volumen auf, das größer als etwa 33008,4 Kubikzentimeter ist. Die Eigenschaften jedes SCR-Katalysators (d.h. Form, Größe, Art der Beschichtung des Katalysators, Anzahl von Zellen pro Quadratzoll, etc.) können ähnlich oder unterschiedlich zueinander sein.
Der erste SCR-Reiheneinlass 294 ist allgemein benachbart zu den radial beabstandeten Öffnungen 276 positioniert, während der zweite SCR-Reiheneinlass 298 axial näher an dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250 positioniert ist. Der erste SCR-Reiheneinlass 294 ist zum Bilden eines Widerstands für den Abgasstrom in die erste SCR-Reihe 284 ausgebildet, der größer als der Widerstand ist, den der zweite SCR-Reiheneinlass 298 gegenüber einer Abgasströmung in die zweite SCR-Reihe 288 bildet. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Beispielsweise kann die Gesamtöffnungsfläche des ersten Einlasses kleiner als die Gesamtöffnungsfläche des zweiten Einlasses sein. Bezug nehmend auf 7 wird bei der dargestellten Ausführungsform der erste SCR-Reiheneinlass 294 durch eine erste Mehrzahl von Öffnungen 302 festgelegt, und der zweite SCR-Reiheneinlass 298 wird durch eine zweite Mehrzahl von Öffnungen 304 festgelegt. Jede der zweiten Mehrzahl von Öffnungen 304 ist größer als jede der ersten Mehrzahl von Öffnungen 302. Demzufolge bildet die erste Mehrzahl von Öffnungen 302 einen größeren Strömungswiderstand als die zweite Mehrzahl von Öffnungen 304.
Bezug nehmend auf die 3 und 4 münden der erste SCR-Reihenauslass 284 und der zweite SCR-Reihenauslass 288 in einen gemeinsamen ersten Abgaskrümmer 306, der einen ersten Abgasaustrittskanal festlegt. Der erste Abgaskrümmer 306 ist zum Leiten von Abgas vertikal nach oben ausgebildet, wo es aus oder in der Nähe der oberen Wand 220 aus dem System austritt.
Wie oben dargestellt, weist die erste SCR-Anordnung 280 einen ähnlichen Aufbau und eine ähnliche Funktion wie die zweite SCR-Anordnung 282 auf. Somit weist die zweite SCR-Anordnung 282 eine dritte SCR-Reihe 310 mit einem dritten SCR-Reiheneinlass 312, vier SCR-Katalysatoren 314, die in Reihe angeordnet sind, und einem dritten SCR-Reihenauslass 316 auf. Die zweite SCR-Anordnung 282 enthält ferner eine vierte SCR-Reihe 318 mit einem vierten SCR-Reiheneinlass 320, vier SCR-Katalysatoren 322, die in Reihe angeordnet sind, und einem vierten SCR-Reihenauslass 324. Die dritte SCR-Reihe 310 ist parallel zu der vierten SCR-Reihe 318 angeordnet. Der dritte SCR-Reihenauslass 316 und der vierte SCR-Reihenauslass 324 münden in einen gemeinsamen zweiten Abgaskrümmer 330, der einen zweiten Abgasaustrittskanal festlegt.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, kann das Abgasnachbehandlungssystem 214 allgemein symmetrisch bezüglich der Längsachse 273 sein, wenngleich dies nicht notwendig ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Abgasnachbehandlungssystem 214 stellt eine effiziente, kompakte und zuverlässige Weise zum Verringern unerwünschter Emissionen dar, die an die Umgebung abgegeben werden. Das offenbarte Abgasnachbehandlungssystem kann zum Verringern unerwünschter Abgasemissionen eines Leistungssystems 210 bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise bei Lokomotiven, Lastkraftwagen oder anderen Straßenfahrzeugen, Geländelastkraftwagen oder anderen -maschinen, Erdbewegungsgeräten, Generatoren, Luftfahrtanwendungen, Seefahrtanwendungen, Pumpen, stationären Geräten oder anderen mit einer Brennkraftmaschine betriebenen Anwendungen, jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist das offenbarte Abgasnachbehandlungssystem 217 für einen Einbau auf einer Diesellokomotive gut geeignet.
Insbesondere wird, wie in den 2-4 gezeigt, das Abgasnachbehandlungssystem 214 auf dem Dach des Leistungssystems 210 montiert, so dass die obere Wand 220 und eine oder mehrere Seitenwände 224 außerhalb des Körpers 215 liegen und gegenüber der Umgebung freiliegen. Bei dieser Anordnung ist das Abgasnachbehandlungssystem 214 von einer von der Brennkraftmaschine erzeugten Wärme isoliert und für eine verbesserte Wärmeabfuhr im Vergleich zu einem innen angebrachten System der Umgebung ausgesetzt.
Da der der erste Abgaseinlass 230 und der zweite Abgaseinlass 232 auf der unteren Wand 222 angeordnet sind, kann eine Verbindung mit der Brennkraftmaschine auf einfache Weise hergestellt werden, wobei eine minimale Länge des Abgasrohrs 216 erforderlich ist. Zur Erleichterung der Beschreibung der Abgasströmung wird angenommen, dass sich das Leistungssystem 210 auf einer horizontalen Oberfläche befindet. Ein Abgasstrom durch das Abgasnachbehandlungssystem 214 ist in 3 mit Pfeilen dargestellt.
Der erste und der zweite eintretende Abgasstrom 217a, 217b von der Brennkraftmaschine 212 treten in einer allgemein vertikalen Richtung in den ersten Abgaseinlass 230 und den zweiten Abgaseinlass 232 ein. Das erste und das zweite Rohr 233, 256 und das erste und das zweite DOC-Gehäuse 234, 260 sind zum Umlenken der eintretenden Abgasströmung 217a, 217b um etwa 90 Grad in eine horizontale Strömungsrichtung und durch die DOCs 242, 262 ausgebildet. Nach den DOCs 242, 262 lenken die Umleitströmungskanäle 248, 254 die Ströme um etwa 180 Grad um und vereinigen die zwei Ströme an dem Zwischenströmungsbereichseinlass 250 allgemein entlang der Längsachse 273.
In der Nähe des Mischbereichseinlasses 250 bringt das Reduktionsmittelzufuhrsystem 226 Reduktionsmittel in den vereinigten Abgasstrom 217 ein, der das Mischrohr 270 entlang und durch die Mischvorrichtung 272 strömt. Die Konfiguration des Abgasnachbehandlungssystems 214 liefert eine Mischrohrlänge Lt, die etwa 75% bis 80% der Länge L des gesamten Abgasnachbehandlungssystems 214 beträgt. Wenn Harnstoff als ein Reduktionsmittel verwendet wird, trägt eine längere Resonanzzeit des Abgas/Reduktionsmittel-Gemischs in dem Mischrohr 270 dazu bei, eine homogenisierte Verteilung von Reduktionsmittel in dem Abgas zu erzeugen, was eine ausreichende Zerlegung des Harnstoffs zu Ammoniak (NH3) sicherzustellen.
In der Nähe des geschlossenen Endes 274 des Mischrohrs tritt das Abgas radial durch die Öffnung 276 aus dem Mischrohr 270 aus. Somit sind die Öffnungen 276 und das Mischrohr 270 zum Umleiten des Abgasstroms 217 um etwa 90 Grad bezüglich einer allgemein axialen Strömungsrichtung zu einer allgemein radialen Strömungsrichtung ausgebildet. Durch Ausbilden des Mischrohrs 270 zum Umlenken des Abgasstroms von axial zu radial kann die Mischrohrlänge Lt innerhalb der Beschränkungen des Gehäuses maximiert werden. Nach einem Austritt aus dem Mischrohr 270 strömt der Abgasstrom 217 in den SCR-Einlassabgasströmungsbereich 278 und spaltet sich in einen ersten austretenden Abgasstrom 217c und einen zweiten austretenden Abgasstrom 217d auf, die jeweils durch die erste SCR-Anordnung 280 und die zweite SCR-Anordnung 282 strömen. Der erste austretende Abgasstrom 217c wird ferner in einen dritten Abgasstrom und einen vierten Abgasstrom geteilt, die jeweils durch die erste SCR-Reihe 284 und die zweite SCR-Reihe 288 strömen. Wenngleich der erste SCR-Reiheneinlass 294 und der dritte SCR-Reiheneinlass 312 näher an den radialen Öffnungen 276 liegen, ist eine Abgasströmung durch die SCR-Katalysatorenreihen ausgeglichen, da der erste SCR-Reiheneinlass 294 und der dritte SCR-Reiheneinlass 312 zum Liefern eines größeren Strömungswiderstands als der zweite SCR-Reiheneinlass 288 und der vierte SCR-Reiheneinlass 320 ausgebildet sind.
Da der Abgasstrom 217 von einer allgemein axialen Strömungsrichtung um etwa 90 Grad zu einer allgemein radialen Strömungsrichtung umgeleitet wird, damit er durch die SCR-Katalysatoranordnungen 280, 282 strömt, kann bei einer Montage an dem Leistungssystem 210 die Ausrichtung der SCR-Substratfläche im Wesentlichen senkrecht zu der Fortbewegungsrichtung des Leistungssystems 210 sein. Dies führt zu einer geringeren dynamischen Stoßkraft auf die SCR-Substrate. Zusätzlich dazu trägt die parallele Anordnung der SCR-Katalysatorenreihen 284, 288, 310, 318 dazu bei, den Abgasstaudruck in dem System zu minimieren.
Nach einem Durchgang durch die SCR-Katalysatoranordnungen 280, 282 leiten die Abgaskrümmer 306, 330 das Abgas um etwa 90 Grad in eine vertikale Richtung um, die aus oder benachbart zu der oberen Wand 220 aus dem Abgasnachbehandlungssystem 214 austritt.
Frachtlokomotiven, die für einen Interchange-Betrieb vorgesehen sind, sind Beschränkungen im Hinblick auf ihre Größe unterworfen. Beispielsweise legt das Diagramm Plate L der Association of American Railroad (AAR) die Durchfahrtshöhe für Frachtlokomotiven fest, die für einen Interchange-Betrieb vorgesehen sind (siehe das AAR-Handbuch Standards and Recommended Practices - Locomotives and Locomotive Interchange Equipment). Somit muss jedes Abgasnachbehandlungssystem für eine Lokomotive, egal ob es ursprünglich vorgesehen ist oder im Nachhinein eingebaut wird, so positioniert und dimensioniert sein, dass sichergestellt wird, dass die Lokomotive die erforderliche Durchfahrtshöhe einhält.
Das offenbarte Abgasnachbehandlungssystem 214 kann so dimensioniert werden, dass es auf dem Dach einer Lokomotive montiert werden kann, ohne dazu zu führen, dass die Lokomotive die Durchfahrtshöhe gemäß der AAR Plate L überschreitet. Ferner weist das System, wenn es auf dem Dach montiert ist, die Fähigkeit auf, Abgasemissionen unter die gegenwärtig vorgesehenen Emissionsvorschriften EPA Tier 4 für NOx (d.h. 1,3 g/bhp-hr) zu verringern, während ein Abgasstaudruck unter etwa 8,5 kPa gehalten wird, wenn die Lokomotive mit Nennleistung (d.h. Fahrhebelposition 8) fährt. Bei anderen Ausführungsformen wird der Abgasgegendruck unterhalb etwa 7,9 kPa gehalten, wenn die Lokomotive mit Nennleistung (d.h. Fahrhebelposition 8) fährt.
Somit kann das offenbarte Abgasnachbehandlungssystem ein Gesamt-DOC-Substratvolumen, das größer als etwa 73980 Kubikzentimeter ist, ein Gesamt-SCR-Katalysatorsubstratvolumen, das größer als etwa 389875 Kubikzentimeter ist, eine Mischrohrgesamtlänge von etwa 75% oder mehr der Gesamtlänge des Abgasnachbehandlungssystems, das in einem Gehäuse mit einer Höhe von weniger als etwa 94,5 cm, einer Länge L von weniger als etwa 258 cm und einer Breite W von weniger als etwa 226 cm untergebracht ist, aufweisen. Das System ist dazu ausgebildet, einen Abgasstaudruck unter etwa 8,5 kPa zu halten, wenn die Lokomotive mit Nennleistung (d.h. Fahrhebelposition 8) fährt.
Wenngleich die Ausführungsformen dieser Offenbarung, die hierin beschrieben sind, verwendet werden können, ohne vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche abzuweichen, ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen werden für Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung und bei einer Anwendung der Offenbarung ersichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich exemplarisch sein, wobei der wahre Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.

Claims

Abgasbehandlungssystem (14) mit: einem Gehäuse (18, 218), das zwei oder mehr Einlässe (230, 232) festlegt, die zum Empfangen von separaten eintretenden Abgasströmen von einer Brennkraftmaschine (12) ausgebildet sind; zwei oder mehr ersten Abgasbehandlungsvorrichtungen (262, 242), die in dem Gehäuse (18, 218) angeordnet sind und jeweils zum Empfangen eines der separaten eintretenden Abgasströme ausgebildet sind, wobei die separaten eintretenden Abgasströme in einer ersten Richtung durch die zwei oder mehr ersten Abgasbehandlungsvorrichtungen (262, 242) strömen; zwei oder mehr Umleitströmungskanälen (248, 254), die zum Kombinieren der separaten Abgasströme zu einem vereinigten Abgasstrom ausgebildet sind, der in einer zweiten Richtung, die unter etwa 180 Grad zu der ersten Richtung verläuft, strömt; einem Zwischenströmungsbereich (251), der zum Teilen des vereinigten Abgasstroms in zwei oder mehr separate austretende Abgasströme ausgebildet ist; und zwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282), die in dem Gehäuse (18, 218) angeordnet sind und jeweils zum Empfangen eines der separaten austretenden Abgasströme von dem Zwischenströmungsbereich (251) ausgebildet sind, wobei die separaten austretenden Abgasströme in einer dritten Richtung, die unter etwa 90 Grad zu der zweiten Richtung verläuft, durch die zwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282) strömen.
Abgasbehandlungssystem (14) nach Anspruch 1, ferner mit zwei oder mehr Austrittskanälen (306, 330), die mit den zwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282) in Verbindung stehen, wobei die zwei oder mehr Austrittskanäle (306, 330) zum Umleiten der separaten austretenden Abgasströme in eine vierte Richtung, die unter etwa 90 Grad zu der dritten Richtung verläuft, ausgebildet sind.
Abgasbehandlungsvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1-2, bei der die zweite Richtung entlang einer Längsachse des Zwischenströmungsbereichs verläuft und der Zwischenströmungsbereich (251) zum Umleiten des vereinigten Abgasstroms von einer axialen Richtung zu einer radialen Richtung ausgebildet ist.
Abgasbehandlungssystem (14) nach einem der Ansprüche 1-3, bei der das Gehäuse (18, 218) eine obere Wand (220) und eine untere Wand (222) enthält und die zwei oder mehr Einlässe (230, 232) auf der unteren Wand (232) angeordnet sind und die separaten austretenden Abgasströme bei oder in der Nähe der oberen Wand (220) aus dem Gehäuse austreten.
Abgasbehandlungsvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1-4, bei der der Zwischenströmungsbereich (251) ein Rohr (270) mit einem offenen Ende, das einen Einlass (250) festlegt, einem geschlossenen Ende (274), das dem offenen Ende gegenüberliegt, und einer Mehrzahl von radialen Öffnungen (276) benachbart zu dem geschlossenen Ende (276) enthält, die einen Auslass festlegen.
Abgasbehandlungssystem (14) nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die zwei oder mehr ersten Abgasbehandlungsvorrichtungen (262, 242) ein erstes Paar von Dieseloxidationskatalysatoren, die in Reihe angeordnet sind, und ein zweites Paar von Dieseloxidationskatalysatoren, die in Reihe angeordnet sind, enthält.
Abgasbehandlungssystem (14) nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die zwei oder mehr zweiten Abgasbehandlungsvorrichtungen (280, 282) eine erste SCR-Katalysatoranordnung und eine zweite SCR-Katalysatoranordnung enthalten, wobei die erste SCR-Katalysatoranordnung bezüglich des Zwischenströmungsbereichs (251) radial positioniert ist und die zweite SCR-Katalysatoranordnung bezüglich des Zwischenströmungsbereichs (251) auf der der ersten SCR-Katalysatoranordnung gegenüberliegenden Seite des Zwischenströmungsbereichs (251) radial positioniert ist.
Abgasbehandlungssystem (14) nach Anspruch 7, bei dem die erste SCR-Anordnung eine erste SCR-Reihe (284), die zwei oder mehr SCR-Katalysatoren (314) in Reihe enthält, und eine zweite SCR-Reihe (288) enthält, die zwei oder mehr SCR-Katalysatoren (322) in Reihe enthält.
Abgasbehandlungssystem (14) nach Anspruch 8, ferner mit einem ersten SCR-Reiheneinlass (294) und einem zweiten SCR-Reiheneinlass (298), wobei der erste SCR-Reiheneinlass (294) zum Liefern eines größeren Strömungswiderstands als der zweite SCR-Reiheneinlass (298) ausgebildet ist.
Leistungssystem (10) mit: der Brennkraftmaschine (12); und dem Abasbehandlungssystem (14) nach einem der Ansprüche 1-9.