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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der US-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 13/06,461, eingereicht am 6. Dezember 2012 und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/568,222, eingereicht am 8. Dezember 2011, deren Offenlegungen hiermit in ihrer Gesamtheit unter Bezugnahme integriert werden.
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BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem, welches eine Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Erfindung, welche nicht unbedingt Stand der Technik sind.
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Abgassensoren werden in Fahrzeugen eingesetzt, um das Vorhandensein von Komponenten (z. B. Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe, Distickstoffoxide, etc.) in einem Abgasstrom zu messen und beispielsweise zu messen und/oder zu signalisieren, wenn ein Verbrennungsmotor von fettem auf mageren Betrieb oder von magerem auf fetten Betrieb umschaltet, oder wenn ein Katalysator der Abgasbehandlungsvorrichtung nicht länger innerhalb eines gewünschten Bereiches arbeitet.
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Da Abgassensoren in einem Abgasstrom positioniert werden müssen, wird der Abgassensor normalerweise an einem Teil des Abgassystems angebracht. Aufgrund von Anwendungserfordernissen kann das Abgassystem selbst spezifische äußere Gestaltungsformen aufweisen, die für die Anbringung von Abgassensoren an dem System nicht optimal sein können (z. B. aufgrund unebener Montageflächen). Dementsprechend begrenzen die Ausgestaltungen des Abgassystems die Positionierung und Konfiguration des Abgassensors innerhalb des Abgassystems. Um diesen Nachteilen Rechnung zu tragen, kann ein vorgefertigter Montagestutzen an dem Abgassystem mit Hilfe eines Befestigungsverfahrens befestigt werden, bei welchem der Stutzen in oder um ein in dem Gehäuse der Abgassystemkomponente gebohrtes Loch eingesetzt wird und der Stutzen an dem Gehäuse verschweißt wird. Solch eine Ausgestaltung stellt jedoch nicht sicher, dass eine ausreichende Menge an Abgasen die Sensorvorrichtung erreicht.
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Zusätzlich weist die Abgasbehandlungsvorrichtung typischerweise isolierte Katalysatorziegel auf, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Die Katalysatorziegel sind in eine Isolierdecke (Matte) gehüllt, welche zwischen dem Außenbereich des Katalysatorziegels und der Innenfläche der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. Es ist wünschenswert, die Gase, die durch die Katalysatorziegel strömen, zu überwachen und die Gaszusammensetzung zwischen den Ziegeln zu überwachen. Allerdings kann ein akkurates Messen anhand bekannter Verfahren eine ausreichende Menge an freiem Raum zwischen den Ziegeln für das Messelement des Gassensors erfordern, der innerhalb des Strömungsweges der und zwischen den Katalysatorziegeln (z. B. Anbringung mitten im Strom) anzuordnen ist. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, ein verbessertes Abgassensorsystem bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt liefert eine allgemeine Zusammenfassung der Erfindung und ist keine umfassende Offenlegung in ihrem gesamten Rahmen oder allen ihren Merkmalen.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Abgasbehandlungssystem bereit, das aufweist: eine Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Gehäuse; einen Sensorstutzen, der dafür ausgebildet ist, eine an dem Gehäuse montierte Sensorvorrichtung zu tragen; und ein Verbindungsrohr, das dafür ausgebildet ist, Abgas mit der Sensorvorrichtung in Verbindung zu bringen. Das Verbindungsrohr umfasst ein erstes an den Sensorstutzen gekoppeltes Ende und ein zweites an dem Gehäuse befestigtes Ende.
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Zusätzliche Aspekte des Abgasbehandlungssystems beinhalten, dass das Verbindungsrohr ein Pitot-Rohr sein kann, wobei das erste Ende auf den Sensorstutzen aufgepresst und das zweite Ende an dem Gehäuse verschweißt sein kann.
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Zusätzlich kann zumindest ein Katalysatorziegel in dem Gehäuse angeordnet sein, wobei das Verbindungsrohr stromabwärts von dem Ziegel angeordnet ist. Alternativ kann das Verbindungsrohr stromaufwärts von dem Ziegel angeordnet sein.
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Das Verbindungsrohr kann zumindest ein Durchgangsloch zur Verbindung des Abgases mit der Sensorvorrichtung aufweisen. Das Verbindungsrohr kann ebenfalls zumindest eine Austrittsöffnung aufweisen, um zu ermöglichen, dass Gas durch das zumindest eine Durchgangsloch strömt, mit der Sensorvorrichtung in Verbindung kommt und das Verbindungsrohr wieder verlässt. Vorzugsweise ist das Durchgangsloch einem Einlass der Abgasbehandlungsvorrichtung zugewandt.
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Schließlich kann das Abgassystem der vorliegenden Erfindung einen Sensorstutzen aufweisen, der einen asymmetrischen Charakter hat, welcher das Durchgangsloch zu einem Einlass der Abgasbehandlungsvorrichtung hin ausrichtet.
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Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Abgasbehandlungsvorrichtung bereit, die aufweist: ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse angeordneten Katalysatorziegel zur Behandlung eines Abgases, das durch das Gehäuse strömt; einen Sensor, der in Verbindung mit dem Abgas in dem Gehäuse steht; eine Montagekonstruktion zur Befestigung des Sensors an dem Gehäuse; und ein Abgasverbindungsrohr, das in dem Gehäuse angeordnet ist, um zumindest einen Teil des Abgases zu dem Sensor hin zu leiten, wobei ein erstes Ende des Abgasverbindungsrohrs lose (nicht fest) an die Montagekonstruktion gekoppelt ist, und ein zweites gegenüber liegendes Ende des Abgasverbindungsrohrs fest an das Gehäuse gekoppelt ist.
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Das Abgasverbindungsrohr kann zumindest eine Einlassöffnung aufweisen, um einen Teil des Abgases aufzunehmen und zu dem Sensor hin zu leiten. Ferner kann das Abgasverbindungsrohr zumindest eine Austrittsöffnung aufweisen, um dem aufgenommenen und zu dem Sensor hin geleiteten Teil des Abgases zu ermöglichen, das Abgasverbindungsrohr zu verlassen.
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Das erste Ende des Gasverbindungsrohrs kann auf die Montagekonstruktion aufgepresst und das zweite Ende kann an dem Gehäuse verschweißt sein.
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Der Katalysatorziegel der Abgasbehandlungsvorrichtung kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Dieseloxidationskatalysatoren, selektiven katalytischen Reduktionkatalysatoren und katalytisch beschichteten Partikelfiltern besteht.
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Das Gasverbindungsrohr kann stromabwärts von dem Ziegel angeordnet sein. Alternativ kann das Gasverbindungsrohr stromaufwärts von dem Ziegel angeordnet sein. Ungeachtet dessen, kann die zumindest eine Einlassöffnung einem Einlass des Gehäuses gegenüberliegen. Um sicherzustellen, dass die zumindest eine Einlassöffnung dem Einlass des Gehäuses zugewandt ist, kann die Montagekonstruktion einen asymmetrischen Charakter haben, der die zumindest eine Einlassöffnung zu dem Einlass des Gehäuses hin ausrichtet.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hier gegebenen Beschreibung hervorgehen. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur für Illustrationszwecke bestimmt und sollen den Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur illustrativen Zwecken ausgewählter Ausführungen und umfassen nicht alle möglichen Implementierungen. Sie sind nicht dazu bestimmt, den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Abgassystems gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Seitenperspektivansicht einer Behandlungskomponente des Abgassystems gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine perspektivische Draufsicht auf die in 2 illustrierte Behandlungskomponente des Abgassystems;
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4 ist eine Querschnittsansicht der in 2 illustrierten Behandlungskomponente des Abgassystems;
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4A eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 4; und
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5 ist eine Querschnittsansicht der Abgasbehandlungskomponente entlang der in 4 illustrierten Linie 5-5.
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Beispielhafte Ausführungen werden nun genauer unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
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1 illustriert schematisch ein Abgassystem 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Abgassystem 10 umfasst zumindest einen Verbrennungsmotor 12 und eine Auspuffendrohranordnung 14, die beispielsweise einen Auspufftopf 16 und ein Auspuffrohr 18 aufweist. Der Motor 12 kann irgendeine, dem Fachmann als solche bekannte Art von Verbrennungsmotor sein, beispielsweise ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor. Das Abgassystem 10 kann auch zumindest eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20 aufweisen, die stromabwärts von dem Motor 12 und stromaufwärts von der Auspuffendrohranordnung 14 angeordnet ist. In der beispielhaften, illustrierten Ausführung kann das Abgassystem 10 ein Paar Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 aufweisen, die über Abgasleitungen 22 an die Abgasendrohranordnung 14 angeschlossen sind. Zwischen den Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 und der Abgasendrohranordnung 14 kann eine Verlängerungsrohranordnung 21 angeordnet sein.
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Unter Bezugnahme auf die 2–6 wird nun eine Ausgestaltung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 beschrieben. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 kann ein Außengehäuse 24 mit einem Einlassende 26 und einem Auslassende 28 aufweisen. In der Nähe des Einlassendes 26 befindet sich ein erster Katalysatorziegel 30 und beabstandet davon, in der Nähe des Auslassendes 28 befindet sich ein zweiter Katalysatorziegel 32. Der erste und zweite Katalysatorziegel 30 und 32 können durch einen Spalt 34 voneinander beabstandet angeordnet sein und können irgendeine im Stand der Technik bekannte Art von Katalysatorziegel sein. In einigen beispielhaften Ausführungen können der erste und zweite Katalysatorziegel 30 und 32 Gaskonverter-Ziegel sein. In anderen beispielhaften Ausführungen können der erste und zweite Katalysatorziegel 30 und 32 selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Katalysator-, Dieseloxidationskatalysator-(DOC), katalytisch beschichtete Dieselpartikelfilter(DPF)-Ziegel oder Kombinationen daraus sein. Ungeachtet dessen, kann zwischen dem Außengehäuse 24 und jedem Katalysatorziegel 30 und 32 eine Isoliermatte 36 angeordnet sein.
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Auch wenn das Einlassende 26 und das Auslassende 28 so illustriert sind, als ob sie einstückig oder einheitlich mit dem Außengehäuse 24 ausgebildet sind, sollte klar sein, dass das Einlassende 26 und das Auslassende 28 separat ausgebildete Teile sein können, die nacheinander an das Außengehäuse 24 angeschweißt werden. In dieser Hinsicht sind in einigen beispielhaften Ausführungen das Außengehäuse 24, das Einlassende 26 und das Auslassende 28 separat aus Materialien wie Edelstahl ausgebildete Teile. Andere Materialien, wie beispielsweise Aluminium, sind jedoch in Erwägung zu ziehen. Das Einlassende 26 kann auch ein daran gekoppeltes Innengehäuse 38 aufweisen. Zwischen dem Innengehäuse 38 und dem Einlassende 26 kann eine weitere Isoliermatte 40 ausgebildet sein. Das Einlassende 38 kann das Innengehäuse 38 und die Isoliermatte 40 aufgrund der höheren Abgastemperaturen aufweisen, die allgemein an dem Einlassende 26 im Vergleich zu dem Auslassende 28 zu finden sind. Es sollte jedoch klar sein, dass das Auslassende 28 ebenfalls so ausgebildet sein kann, dass es ein Innengehäuse und eine Isoliermatte aufweist, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Während der Nutzung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 ist es oft wünschenswert, Sensorvorrichtungen einzusetzen, um verschiedene Messungen vorzunehmen, während die Abgase durch die Abgasbehandlungsvorrichtung strömen. In einigen Ausführungen beispielsweise können Sensorvorrichtungen wie ein Drucksensor, ein CMS-Sensor, ein NOx-Sensor, ein Sauerstoff-(O2)-Sensor, ein Ammoniak-(NH3)-Sensor, ein Partikel-Sensor, ein Temperatur-Sensor oder irgendeine Art von Sensor, die dem Fachmann in Abgasbehandlungstechnik bekannt ist, zur Überwachung des Abgases verwendet werden, um besser zu bestimmen, welche Betriebsparameter des Abgasbehandlungssystems eingestellt werden müssen.
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Zum Anschließen der Sensorvorrichtung an die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 kann ein Sensorstutzen 42 an der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 befestigt werden. Wie in den 2 bis 5 illustriert, wird der Sensorstutzen 42 an dem Außengehäuse 24 der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 an einer Stelle befestigt, die sich zwischen den Katalysatorziegeln 30 und 32 befindet. Es sollte jedoch klar sein, dass der Sensorstutzen 42 nicht darauf beschränkt ist, an dem Außengehäuse 24 an einer Stelle zwischen den Katalysatorziegeln 30 und 32 befestigt zu werden. Die vorliegende Erfindung erwägt vielmehr, den Sensorstutzen 42 stromaufwärts von dem Katalysatorziegel 30 (d. h. angrenzend an den Einlass 26) oder stromabwärts von dem Katalysatorziegel 32 (d. h. angrenzend an den Auslass 28) anzuordnen. Ungeachtet dessen, kann der Sensorstutzen 42 aus Materialien wie Edelstahl, Aluminium oder anderen metallischen Materialien gefertigt sein, welche das Anschweißen oder Anlöten an das Außengehäuse 24 erleichtern, so dass der Sensorstutzen 42 fest an dem Außengehäuse 24 befestigt wird. Zur Erleichterung der Verbindung mit den von der Sensorvorrichtung zu überwachenden Abgasen weist der Sensorstutzen 42 eine zentral angeordnete Öffnung 44 auf, die eine Verbindung zwischen der Sensorvorrichtung und den durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 strömenden Abgasen herstellt. Um den Sensor an den Sensorstutzen 42 anzuschließen, kann ein Teil der Öffnung 44 mit einem Gewinde versehen sein (nicht gezeigt). Andere Verbindungsverfahren zwischen der Sensorvorrichtung und dem Sensorstutzen 41 können jedoch eingesetzt werden.
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Die Öffnung 44 kann nicht ausreichend dimensioniert oder positioniert sein, um die durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 strömenden Abgase wirksam mit der Sensorvorrichtung zu verbinden. Um sicherzustellen, dass ein ausreichender Anteil der Abgase durch die Öffnung 44 mit der Sensorvorrichtung in Verbindung gebracht wird, kann ein Abgasverbindungsrohr 46 (hiernach als „Pitot-Rohr” bezeichnet) verwendet werden. Das Pitot-Rohr 46 kann ein allgemein zylindrisches Rohr sein, das aus einem Material wie Edelstahl, Aluminium, Titan oder irgendeinem anderen Material besteht, das ausreichend widerstandsfähig ist, wenn es den Abgasen ausgesetzt ist. Um den Eintritt der Abgase in das Pitot-Rohr 46 zu der Sensorvorrichtung ausreichend zu erleichtern, weist das Pitot-Rohr 46 zumindest ein Durchgangsloch 48 auf.
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Um sicherzustellen, dass die Durchgangslöcher 48 zu dem Einlassende 26 hin gerichtet sind, um einen Strom Abgase aufzunehmen, weist der Sensorstutzen 42 eine asymmetrische Charakteristik (abgestufter Bereich) 50 auf. Das Pitot-Rohr 46 kann auf den Sensorstutzen 42 aufgepresst oder auf andere Weise an dem Sensorstutzen 42 befestigt werden. Wenn das Pitot-Rohr 46 an dem Sensorstutzen 42 befestigt wird, können die Durchgangslöcher 48 derart ausgerichtet werden, dass sie in dieselbe Richtung wie der abgestufte Bereich gerichtet sind. Wenn dann der Sensorstutzen 42, der das aufgepresste Pitot-Rohr 46 umfasst, durch eine erste Öffnung 52 in dem Gehäuse 24 angeordnet wird, kann der Sensorstutzen 42 von dem Monteur derart gehandhabt werden, dass der abgestufte Bereich 50 dem Einlassende 26 gegenüberliegt. Da die Durchgangslöcher 48 in derselben Richtung ausgerichtet sind wie der abgestufte Bereich 50, wenn der abgestufte Bereich 50 so ausgerichtet wird, dass er dem Einlassende 26 gegenüberliegt, sind die Durchgangslöcher 48 auch derart ausgerichtet, dass sie dem Einlassende 26 gegenüberliegen. Es wird dann sichergestellt, dass die durch die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 strömenden Abgase durch die Durchgangslöcher 48 strömen und mit der Sensorvorrichtung in Verbindung treten. Nach der korrekten Ausrichtung des Sensorstutzens 42 und des Pitot-Rohrs 46, kann der Sensorstutzen 42 an dem Gehäuse 24 durch Anschweißen oder Anlöten befestigt werden. Beispielhafte Schweißtechniken umfassen Metall-Inertgas-Schweißtechniken (MIG), aber andere Schweißtechniken können eingesetzt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Um einen Ausgang für die Abgase zu schaffen, die mit der Sensorvorrichtung in Verbindung stehen, kann das Pitot-Rohr 46 auch sekundäre Durchgangslöcher 54 aufweisen. Die sekundären Durchgangslöcher 54 können orthogonal zu den Durchgangslöchern 48 angeordnet sein, um sicherzustellen, dass die Abgase, die durch die Durchgangslöcher 48 herein strömen, nicht einfach durch das Pitot-Rohr 46 strömen, ohne dass zumindest ein Teil der Abgase zunächst mit der Sensorvorrichtung in Kontakt gebracht wird.
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In der Ausführung, in der das Pitot-Rohr 46 auf den Sensorstutzen 42 aufgepresst ist, ist die zentrale Öffnung 44 radial erweitert, um einen Ansatz 56 bereitzustellen. Der Ansatz 56 kann von einem Anschlussende 58 des Pitot-Rohrs 46 beabstandet angeordnet sein, um während der Nutzung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 eine Wärmeausdehnung des Pitot-Rohrs 46 vorzusehen. Es ist so, dass während der Nutzung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 die Abgase eine hohe Temperatur aufweisen, was dazu führt, dass sich das Pitot-Rohr 46 während des Betriebs des Motors 12 ausdehnt. Wenn der Motor 12 nicht arbeitet, kühlt das Pitot-Rohr 46 ab, was dazu führt, dass sich das Pitot-Rohr 46 wieder auf seine ursprüngliche Größe zusammenzieht.
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Das Aufpressen des Pitot-Rohrs 46 auf den Sensorstutzen 42 ermöglicht es dem Pitot-Rohr 46 sich auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne sich während der Benutzung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 von dem Sensorstutzen zu lösen. Dies ist ein vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung, da wenn das Pitot-Rohr rigide an dem Sensorstutzen befestigt wäre, die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Pitot-Rohrs 46 die Verbindung zwischen dem Pitot-Rohr 46 und dem Sensorstutzen 42 schwächen könnte, was das Risiko erhöhen würde, dass sich das Pitot-Rohr 46 schließlich von dem Sensorstutzen 42 löst. In solch einem Fall kann die Wirksamkeit des Sensors verringert werden, da die Menge an Abgasen, die den Sensor erreicht, ohne die Hilfe des Pitot-Rohrs 46 verringert wird.
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Um weiterhin sicherzustellen, dass sich das Pitot-Rohr 46 nicht von dem Sensorstutzen 42 löst, weist das Pitot-Rohr 46 eine Länge auf, die es dem Pitot-Rohr ermöglicht, sich vollständig durch das Gehäuse 24 zu erstrecken. Dies bedeutet, dass ein erstes Ende 60 auf den Sensorstutzen 42 aufgepresst sein kann, während sich ein zweites Ende 62 durch das Gehäuse 24 erstreckt. Das zweite Ende 62 kann in einigen beispielhaften Ausführungen an das Gehäuse 24 angeschweißt oder angelötet sein. Um sicherzustellen, dass die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 Gas dicht bleibt, kann eine Kappe 64 an dem zweiten Ende 58 des Pitot-Rohrs 46 befestigt sein. Die Kappe 64 kann durch Verschweißen, Löten oder irgendein anderes dem Fachmann bekanntes Befestigungsverfahren befestigt werden, vorausgesetzt dass die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 abgedichtet bleibt.
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Gemäß einer oben diskutierten Anordnung wird das Pitot-Rohr 46 auf den Sensorstutzen aufgepresst, um der Wärmeausdehnung Rechnung zu tragen, und an dem Gehäuse 24 rigide befestigt. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich das Pitot-Rohr 46 während der Benutzung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 von dem Sensorstutzen 42 löst, was sicherstellt, dass eine zufrieden stellende Menge an Abgasen mit der Sensorvorrichtung in Kontakt gebracht wird.
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Die vorausgehende Beschreibung der Ausführungen wurde zu Zwecken der Illustration und Beschreibung vorgesehen. Es ist nicht beabsichtigt, dass sie erschöpfend ist oder die Erfindung begrenzt. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführung sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführung begrenzt, sondern dort, wo anwendbar, austauschbar und sie können in einer ausgewählten Ausführung verwendet werden, selbst wenn diese nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können auch auf vielerlei Arten variiert werden. Solche Variationen werden nicht als Abweichung von der Erfindung betrachtet und alle solche Modifizierungen sind dazu bestimmt, in dem Rahmen der Erfindung eingeschlossen zu sein.
