DE112013004524T5

DE112013004524T5 - Abgasstromverteilungssystem

Info

Publication number: DE112013004524T5
Application number: DE112013004524.9T
Authority: DE
Inventors: Edward C. Hill; Hyde Kani; John Hardin; Manoj K. Sampath
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-06-03
Also published as: WO2014047091A1; KR20150054853A; BR112015006062A2; JP2015528543A; CN104718355B; US9518496B2; US20140079599A1; CN104718355A

Abstract

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch einen Verbrennungsmotor erzeugten Abgases bereitgestellt, mit: einem mit dem Verbrennungsmotor kommunizierenden Abgaskanal, einer Einspritzvorrichtung zum dosierten Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in den Abgaskanal, einer stromabwärts von der Einspritzeinrichtung angeordneten Mischeinrichtung, wobei die Mischeinrichtung betreibbar ist, um das Abgasbehandlungsfluid und das Abgas zu vermischen, einem stromabwärts von der Mischeinrichtung angeordneten, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat, und einer zwischen der Mischeinrichtung und dem unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat angeordneten Verteilungseinrichtung. Die Verteilungseinrichtung weist mehrere Verteilungselemente auf, die jeweils betreibbar sind, um einen durch die Verteilungseinrichtung strömenden Abgasstrom in mehrere unterschiedliche Richtungen abzulenken, um den Abgasstrom über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrats zu verteilen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 17. September 2013 eingereichten US-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 14/028645 und den Vorteil der am 18. September 2012 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/702507. Der gesamte Inhalt der vorstehenden Anmeldungen ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasstromverteilungssystem.
HINTERGRUND
In diesem Abschnitt wird mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehende Hintergrundinformation bereitgestellt, die nicht unbedingt den Stand der Technik widerspiegelt.
Emissionsvorschriften schreiben vor, dass Verbrennungsmotoren mit Abgasnachbehandlungssystemen zum Eliminieren oder mindestens zum wesentlichen Reduzieren der Emission beispielsweise von Feinstaub und NO_x ausgestattet sein müssen. Zum Eliminieren oder Reduzieren der Feinstaub- und NO_x-Emission können Abgasnachbehandlungssysteme Abgasbehandlungskomponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Partikelfilter (z. B. einen Dieselpartikelfilter (DPF)), eine SCR-(selektive katalytische Reduktion)Komponente und eine DOC-(Dieseloxidationskatalysator)Komponente.
SCR- und DOC-Komponenten arbeiten in der Regel in Verbindung mit Reduktionsmitteleinspritzsystemen, die ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom einspritzen, um das Abgas zu behandeln, bevor das Abgas in die SCR- oder DOC-Komponente eintritt. Im Falle einer SCR-Komponente wird eine Harnstoff enthaltende Reduktionsmittellösung vor dem Eintritt in die SCR-Komponente in den Abgasstrom eingespritzt. Im Fall der DOC-Komponente wird ein Kohlenwasserstoffreduktionsmittel, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, vor dem Eintritt in die DOC-Komponente in den Abgasstrom eingespritzt.
Aufgrund von Packungsbeschränkungen können die Abgasbehandlungskomponenten, wie beispielsweise die SCR-Komponente oder die DOC-Komponente, unregelmäßig geformt sein. Aufgrund der unregelmäßigen Form der Abgasbehandlungskomponente kann es schwierig sein, eine gleichförmige Verteilung des Reduktionsmittel-Abgas-Gemischs über die gesamte Oberfläche der katalysatorbeschichteten Substrate der unregelmäßig geformten Abgasbehandlungskomponente zu gewährleisten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Dieser Abschnitt enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Erfindung und soll nicht ihren vollen Umfang oder alle ihre Merkmale umfassend darstellen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Abgaskanal, einer mit dem Abgaskanal kommunizierenden, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungskomponente und einer im Abgaskanal stromaufwärts von der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordneten Verteilungsvorrichtung bereitgestellt. Die Verteilungsvorrichtung weist mehrere Verteilungselemente auf, die jeweils dazu geeignet sind, einen durch die Verteilungsvorrichtung strömenden Abgasstrom in mehrere unterschiedliche Richtungen abzulenken, um den Abgasstrom im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche der unregelmäßig geformten Abgasbehandlungskomponente zu verteilen.
Durch die vorliegende Erfindung wird außerdem ein Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch einen Verbrennungsmotor erzeugten Abgases bereitgestellt, mit: einem mit dem Verbrennungsmotor kommunizierenden Abgaskanal, einer Einspritzeinrichtung zum dosierten Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in den Abgaskanal, einer stromabwärts von der Einspritzvorrichtung angeordneten Mischeinrichtung, wobei die Mischeinrichtung betreibbar ist, um das Abgasbehandlungsfluid mit dem Abgas zu vermischen, einem stromabwärts von der Mischeinrichtung angeordneten, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat, und einer zwischen der Mischeinrichtung und dem unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat angeordneten Verteilungseinrichtung. Die Verteilungseinrichtung weist mehrere Verteilungselemente auf, die jeweils betreibbar sind, um einen durch die Verteilungseinrichtung strömenden Abgasstrom in mehrere unterschiedliche Richtungen abzulenken, um den Abgasstrom im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrats zu verteilen.
Schließlich wird durch die vorliegende Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch einen Motor erzeugten Abgases bereitgestellt, mit: einem mit dem Verbrennungsmotor kommunizierenden Abgaskanal, einer Einspritzeinrichtung zum dosierten Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in den Abgaskanal, einer stromabwärts von der Einspritzvorrichtung angeordneten Mischeinrichtung, wobei die Mischeinrichtung betreibbar ist, um das Abgasbehandlungsfluid mit dem Abgas zu vermischen, einem stromabwärts von der Mischeinrichtung angeordneten, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat, wobei das unregelmäßig geformte Abgasbehandlungssubstrat mindestens einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügel aufweist, und einer zwischen der Mischeinrichtung und dem unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat angeordneten kegelförmigen Verteilungseinrichtung. Die Verteilungseinrichtung weist mehrere Perforierungen zum Ablenken eines durch die Verteilungseinrichtung strömenden Abgasstroms in mehrere unterschiedliche Richtungen auf, um den Abgasstrom im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrats zu verteilen. Die mehreren Perforierungen weisen erste Perforierungen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum ersten Flügel hin strömt, zweite Perforierungen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum zweiten Flügel hin strömt, und dritte Perforierungen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum dritten Flügel hin strömt.
Weitere Anwendungsgebiete werden anhand der hierin bereitgestellten Beschreibung deutlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Kurzbeschreibung dienen lediglich zur Erläuterung und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zur Erläuterung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlung gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Teils einer Abgasleitung gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine perspektivische Seitenansicht zum Darstellen des in 2 dargestellten Teils der Abgasleitung;
4 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer in dem Teil der Abgasleitung angeordneten Verteilungseinrichtung;
5 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in dem Teil der Abgasleitung angeordneten Verteilungseinrichtung;
6 zeigt eine perspektivische Ansicht der in den 4 und 5 dargestellten Verteilungseinrichtung;
7 zeigt eine perspektivische Seitenansicht der in 6 dargestellten Verteilungseinrichtung;
8 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in 7 dargestellten Verteilungseinrichtung;
9A bis 9E zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der in den 6 bis 8 dargestellten Verteilungseinrichtung;
10 zeigt eine andere beispielhafte Verteilungseinrichtung gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in 10 dargestellten Verteilungseinrichtung;
12 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in 11 dargestellten und in einer Abgasleitung angeordneten Verteilungseinrichtung;
13 zeigt eine perspektivische Ansicht einer in einer Abgasleitung angeordneten weiteren beispielhaften Verteilungseinrichtung gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt eine perspektivische Seitenansicht der in 13 dargestellten und in der Abgasleitung angeordneten Verteilungseinrichtung;
15 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in 14 dargestellten und in der Abgasleitung angeordneten Verteilungseinrichtung;
16 zeigt eine perspektivische Seitenansicht der in 13 dargestellten Verteilungseinrichtung;
17 zeigt eine perspektivische Ansicht der in 16 dargestellten Verteilungseinrichtung;
18 zeigt eine axiale perspektivische Ansicht der in 17 dargestellten Verteilungseinrichtung; und
19A bis 19E zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der in den 13–18 dargestellten Verteilungseinrichtung.
Sich entsprechende Bezugszeichen bezeichnen sich entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Abgassystem 10. Das Abgassystem 10 weist mindestens einen Verbrennungsmotor 12 auf, der mit einer Kraftstoffquelle 14 kommuniziert, die wenn sie verbraucht wird, Abgase erzeugen wird, die in einen Abgaskanal 16 ausgegeben werden, der ein Abgasnachbehandlungssystem 18 aufweist. Stromabwärts vom Verbrennungsmotor 12 können eine DOC-Komponente 20, eine DPF-Komponente 22 und eine SCR-Komponente 24 angeordnet sein. Obwohl dies in der vorliegenden Erfindung nicht zwingend erforderlich ist, kann das Abgasnachbehandlungssystem 18 weitere Komponenten aufweisen, wie beispielsweise einen Brenner 26 zum Erhöhen der Temperatur der den Abgaskanal 16 durchströmenden Abgase. Eine Erhöhung der Temperatur des Abgases ist günstig, um ein Anspringen des Katalysators in der DOC- und in der SCR-Komponente 20 und 24 bei Kaltwetterbedingungen und beim Starten des Verbrennungsmotors 12 zu erreichen, sowie, falls erforderlich, eine Regeneration des DPF 22 auszulösen. Zum Zuführen von Brennstoff zum Brenner 26 kann der Brenner eine mit der Kraftstoffquelle 14 kommunizierende Einlassleitung 27 aufweisen.
Zum Unterstützen der Reduktion der durch den Verbrennungsmotor 12 erzeugten Emissionen kann das Abgasnachbehandlungssystem 18 Einspritzeinrichtungen 28 und 30 zum periodischen Einspritzen von Abgasbehandlungsfluids in den Abgasstrom aufweisen. Wie in 1 dargestellt ist, kann die Einspritzeinrichtung 28 stromaufwärts vom DOC 20 angeordnet sein und ist betreibbar, um ein Kohlenwasserstoffabgasbehandlungsfluid einzuspritzen, das mindestens dazu beiträgt, NO_x im Abgasstrom zu reduzieren, sowie die Abgastemperaturen für die Regeneration des DPF 22 zu erhöhen. In dieser Hinsicht steht die Einspritzeinrichtung 28 über die Einlassleitung 32 in Fluidverbindung mit der Kraftstoffquelle 14, um ein Kohlenwasserstoff, wie beispielsweise Dieselkraftstoff, stromaufwärts vom DOC 20 in den Abgaskanal 16 einzuspritzen. Die Einspritzeinrichtung 28 kann auch über eine Rückführleitung 33 mit der Kraftstoffquelle 14 kommunizieren. Die Rückführleitung 33 ermöglicht es, jeglichen Kohlenwasserstoff, der nicht in den Abgasstrom eingespritzt wird, zur Kraftstoffquelle 14 zurückzuführen. Der Kohlenwasserstofffluss durch die Einlassleitung 32, die Einspritzeinrichtung 28 und die Rückführleitung 33 unterstützt auch eine Kühlung der Einspritzeinrichtung 28, so dass die Einspritzeinrichtung 28 nicht überhitzt. Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, kann die Einspritzeinrichtung 28 derart konfiguriert sein, dass sie einen Kühlmantel aufweist, in dem ein Kühlmittel um die Einspritzeinrichtung 28 herum strömt, um sie zu kühlen.
Die Einspritzeinrichtung 30 kann verwendet werden, um ein Abgasbehandlungsfluid, wie beispielsweise Harnstoff, stromaufwärts von der SCR-Komponente 24 in den Abgaskanal 16 einzuspritzen. Die Einspritzeinrichtung 30 kommuniziert über die Einlassleitung 36 mit einem Reduktionsmittelbehälter 34. Die Einspritzeinrichtung 30 kommuniziert außerdem über die Rückführleitung 38 mit dem Behälter 34. Die Rückführleitung 38 ermöglicht, dass jeglicher nicht in den Abgasstrom eingespritzte Harnstoff zum Behälter 34 zurückgeführt wird. Ähnlich wie die Einspritzeinrichtung 28 unterstützt der Harnstoffstrom durch die Einlassleitung 36, die Einspritzeinrichtung 30 und die Rückführleitung 38 auch eine Kühlung der Einspritzeinrichtung 30, so dass die Einspritzeinrichtung 30 nicht überhitzt. Es sollte klar sein, dass andere als die genannten Reduktionsmittel verwendet werden können, um den NO_x-Gehalt der Abgase zu verringern. Außerdem ist innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eine andere Relativposition der Abgasbehandlungsvorrichtungen möglich.
Die 2–5 zeigen einen Abschnitt 40 des Abgaskanals 16. Der Abschnitt 40 kann mehrere Rohre und/oder Anschlussstücke 42, 44 und 46 aufweisen, die miteinander verbunden sind, um den Abschnitt 40 zu definieren. Ein Einlassabschnitt 42 kann unmittelbar stromabwärts vom Verbrennungsmotor 12 dort angeordnet sein, wo ein Einspritzeinrichtungsgehäuse 48 angeordnet ist. Zum Montieren der Einspritzeinrichtung 28 oder 30 kann das Einspritzeinrichtungsgehäuse 48 eine Öffnung 50 zum Aufnehmen der Einspritzeinrichtung 28 oder 30 aufweisen. Das Gehäuse 48 kann bezüglich des Abschnitts 42 abgewinkelt sein, um eine gleichmäßige Verteilung von durch die Einspritzeinrichtung 30 in den Abgasstrom eingespritzten Tröpfchen zu gewährleisten. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl die folgende Beschreibung sich allgemein auf das Einspritzen eines Harnstoffabgasbehandlungsfluids von der Einspritzeinrichtung 30 und die Verwendung einer SCR-Abgasbehandlungskomponente 24 konzentriert, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt sein soll. Insbesondere sollte klar sein, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung das Abgasbehandlungsfluid ein Kohlenwasserstoffabgasbehandlungsfluid sein kann, und dass die Abgasbehandlungskomponente ein katalysatorbeschichteter DPF 20 oder eine DOC-Komponente 22 sein kann.
Stromabwärts vom Einspritzeinrichtungsgehäuse 48 im Einlassabschnitt 42 kann eine Mischeinrichtung 52 angeordnet sein. Die Mischeinrichtung 52 dient zum Erzeugen einer turbulenten Abgasströmung durch den Einlassabschnitt 42. Diesbezüglich kann die Mischeinrichtung 52 mehrere Platten 54 mit unterschiedlich ausgerichteten Streifen 56 aufweisen. Jede Platte 54 kann an einem ringförmigen Flansch 58 montiert sein, der an einer Innenfläche 60 des Einlassabschnitts 42 angeschweißt sein kann. Die Streifen 56 lenken den Abgasstrom, wenn er die Mischeinrichtung 52 durchströmt, in verschiedene Richtungen ab, um die turbulente Strömung zu erzeugen. Durch Erzeugen einer turbulenten Strömung des Abgasstroms kann das durch die Einspritzeinrichtung 30 in den Abgasstrom eingespritzte Abgasbehandlungsfluid gleichmäßig im Abgasstrom verteilt werden. Die Einspritzeinrichtung 30 kann derart ausgerichtet sein, dass die von der Einspritzeinrichtung 30 ausgestoßenen Tröpfchen zur Mischeinrichtung 52 hin gelenkt werden, so dass sie auf einen Abschnitt der Mischeinrichtung auftreffen. Alternativ können die Tröpfchen stromaufwärts von der Mischeinrichtung 52 in das Abgas eingespritzt werden.
Nachdem der Abgasstrom die Mischeinrichtung 52 durchströmt hat, durchströmt das Gemisch aus Abgas und Abgasbehandlungsfluid einen Zwischenabschnitt 44 des Abschnitts 40. Der Zwischenabschnitt 44 ist für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich, kann aber unter dem Gesichtspunkt erwünscht sein, dass das Abgasbehandlungsfluid und der Abgasstrom sich darin weiter vermischen und darin reagieren können. Wie in 3 verdeutlicht ist, weist der Zwischenabschnitt 44 einen sich radial erweiternden ersten Abschnitt 45, ein Gehäuse 47 zum Halten einer DOC-Komponente 20 oder eines DPF 22, und einen sich radial verengenden zweiten Abschnitt 49 auf. Nachdem der Abgasstrom den Zwischenabschnitt 44 durchströmt hat, tritt er in einen Auslassabschnitt 46 des Abschnitts 40 ein.
Erfindungsgemäß kann eine Verteilungsvorrichtung 62 im Auslassabschnitt 46 angeordnet 46 sein. Der Auslassabschnitt 46 kann unmittelbar stromaufwärts von einer Abgasbehandlungskomponente, wie beispielsweise der SCR-Komponente 24, angeordnet sein. Wie nachstehend näher beschrieben wird, kann die Abgasbehandlungskomponente 24 unregelmäßig geformt sein, um Packungsbeschränkungen Rechnung zu tragen, wenn das Abgasnachbehandlungssystem 18 in einem Fahrzeug, einem Schiffsmotor oder einem stationären Motor installiert wird, der eine Abgasnachbehandlung erfordert. Wie in 5 verdeutlicht ist, weist die SCR-Komponente 24 ein Substrat 64 auf, das eine im Wesentlichen dreieckige Form hat. D. h., das Substrat 64 weist drei Flügel 66, 68 und 70 auf. Ferner ist, wie in 2 verdeutlicht ist, ein Rohr 72 des Auslassabschnitts 46 von einer Mitte 74 des Substrats 64 versetzt. Das Rohr 72 kann aufgrund von Packungseinschränkungen hinsichtlich der Installation des Abgasnachbehandlungssystem 18 von der Mitte 74 versetzt sein.
Weil das Rohr 72 von der Mitte 74 des Substrats 64 versetzt ist, und weil das Substrat 64 unregelmäßig geformt (d. h. dreieckig) ist, kann eine gleichförmige Strömung des Abgasstroms nicht auf die gesamte Oberfläche des Substrats 64 auftreffen. Daher wird nicht die gesamte Oberfläche des Substrats 64 für die Behandlung des Abgasstroms zum Verringern umweltschädlicher Komponenten des Abgases genutzt. Die Verteilungseinrichtung 62 trägt dazu bei, das Gemisch aus Abgasbehandlungsfluid und Abgas über die gesamte Oberfläche des Substrats 64 zu verteilen.
Wie in den 6–9E verdeutlicht ist, weist die Verteilungseinrichtung 62 ein erstes Ende 76 und ein zweites Ende 78 auf. Die Abgase werden die Verteilungseinrichtung 62 vom ersten Ende 76 zum zweiten Ende 78 durchströmen. Am ersten Ende 76 ist einen zylinderförmiger Ring 80 ausgebildet, der an einer Innenfläche 82 des Auslassabschnitts 46 angeschweißt sein kann, um die Verteilungseinrichtung 62 am Auslassabschnitt 46 zu befestigen. Um einen Umfang des zylinderförmigen Rings 80 herum können mehrere Ausschnitte 84 angeordnet sein. Die Ausschnitte 84 ermöglichen es, einen Teil der Abgase, die am ersten Ende in die Verteilungseinrichtung 62 eintreten, bezüglich des zylinderförmigen Rings 80 radial nach außen zu verteilen. Indem ermöglicht wird, dass ein Teil der Abgase über die Ausschnitte 84 aus der Verteilungseinrichtung 62 austritt, wird ein Gegendruck im Abgassystem 10 verringert.
Der übrige Teil der Abgase, der nicht über die Ausschnitte 84 aus der Verteilungseinrichtung 62 austritt, tritt am zweiten Ende 78 aus der Verteilungseinrichtung 62 aus. Am zweiten Ende 78 können mehrere Ablenkelemente 86 ausgebildet sein. Die Ablenkelemente 86 sind derart ausgebildet, dass sie sich bezüglich des zylinderförmigen Rings 80 sanft radial nach außen erweitern.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann das unregelmäßig geformte Substrat 64 derart konfiguriert sein, dass es drei Flügel 66, 68 und 70 aufweist. Die Anzahl der Ablenkelemente 86 gleicht allgemein der Anzahl der Flügel des Substrats 64. In dieser Hinsicht sind die Ablenkelemente 86 jeweils dafür konfiguriert, den Abgasstrom, der das Verteilungselement 62 durchströmt hat, zu jedem Flügel 66, 68 und 70 des Substrats 64 hin zu lenken. Beispielsweise kann ein erstes Ablenkelement 88 betreibbar sein, um Abgase zum Flügel 66 hin abzulenken, ein zweites Ablenkelement 90 kann betreibbar sein, um Abgase zum Flügel 68 hin abzulenken, und ein drittes Ablenkelement 92 kann betreibbar sein, um Abgase zum Flügel 70 hin abzulenken. Durch derartiges Ablenken der Abgase kann das Gemisch aus dem Abgasbehandlungsfluid und Abgasen zuverlässiger auf die gesamte Oberfläche des Substrats 64 auftreffen. Es sollte jedoch klar sein, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung eine beliebige Anzahl von Ablenkelementen 86 verwendet werden kann, insofern Abgase effizienter über die gesamte Oberfläche des Substrats 64 abgelenkt werden.
Wie in 5 dargestellt ist und wie bereits erwähnt wurde, kann das Rohr 72 von der Mitte 74 des Substrats 64 versetzt sein. Weil die Verteilungseinrichtung 62 innerhalb eines versetzten Rohrs 72 montiert ist, ist das Ablenkelement 90 alleine möglicherweise nicht ausreichend, um Abgase zum Flügel 68 hin abzulenken. Um das Ablenkelement 90 weiter dabei zu unterstützen, eine ausreichende Abgasmenge zum Flügel 68 hin abzulenken, der von der Verteilungseinrichtung 62 am weitesten entfernt ist, kann die Verteilungseinrichtung 62 außerdem einen stromaufwärts von den Ablenkelementen 86 angeordneten, sich radial nach innen erstreckenden Flansch 94 aufweisen.
Der sich radial nach innen erstreckende Flansch 94 erstreckt sich radial nach innen in Richtung einer Längsachse der Verteilungseinrichtung 62 und ist an einer Position des zylinderförmigen Rings 80 ausgebildet, an der die Abgase zum Flügel 68 hin abgelenkt werden, der von der Verteilungseinrichtung 62 am weitesten entfernt ist. Obwohl dies in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich ist, kann der sich radial nach innen erstreckende Flansch 94 mehrere Öffnungen oder Schlitze 96 aufweisen, die auf die gleiche Weise wie die Ausschnitte 84 funktionieren. D. h., die Schlitze 96 ermöglichen, dass ein Teil der Abgase von der Verteilungseinrichtung 62 radial nach außen entweichen kann, um den Gegendruck im Abgassystem 10 zu vermindern.
Die 10–12 zeigen eine andere Verteilungseinrichtung 100 gemäß einem Prinzip der vorliegenden Erfindung. Ähnlich wie die Verteilungseinrichtung 62 weist die Verteilungseinrichtung 100 einen zylinderförmigen Ring 80 zum Anschweißen der Verteilungseinrichtung 100 an einer Innenfläche 82 des Auslassabschnitts 46 auf. Stromabwärts vom zylinderförmigen Ring 80 ist ein sich radial nach innen erstreckender Flansch 102 angeordnet. Der sich radial nach innen erstreckende Flansch 102 unterscheidet sich von dem sich radial nach innen erstreckenden Flansch 94 dadurch, dass der Flansch 102 keine Schlitze 96 aufweist. Trotzdem ist die Funktion des sich radial nach innen erstreckenden Flanschs 102 die gleiche wie diejenige des Flansches 94. D. h., der Flansch 102 ist an einer Position des zylinderförmigen Rings 80 angeordnet, an der die größte Abgasmenge zur Oberfläche des Substrats 64 hin abgelenkt wird, die am weitesten von der Verteilungseinrichtung 100 entfernt ist. Insbesondere ist, unter Bezug auf 2 als ein Beispiel, der Flansch 102 derart angeordnet, dass die Abgase zum Flügel 68 des Substrats 64 hin abgelenkt werden.
Stromabwärts vom Flansch 102 können mehrere Ausschnitte 84 angeordnet sein, die ermöglichen, dass Abgase von der Verteilungseinrichtung 100 radial entweichen können, um den Gegendruck im Abgassystem 10 zu vermindern. Stromabwärts von den Ausschnitten 84 sind Ablenkelemente 104 angeordnet. Im Gegensatz zu den Ablenkelementen 86 der Verteilungseinrichtung 62, die sich vom zylinderförmigen Ring 80 radial nach außen erstrecken, erstrecken sich die Ablenkelemente 104 auf eine ähnliche Weise radial nach innen wie der sich radial nach innen erstreckenden Flansch 102. Wenn Abgase die Ablenkelemente 104 erreichen, werden die Abgase durch Öffnungen 106, die jedem der Ablenkelemente 104 zugeordnet sind, radial nach außen abgelenkt. Jedes Ablenkelement 104 kann einem Flügel 66, 68 und 70 des Substrats 64 zugeordnet sein und den Abgasstrom zu dem entsprechenden Flügel lenken.
Um die Ablenkung von Abgasen zu einem jeweiligen Flügel 66, 68 und 70 weiter zu unterstützen, kann jedes Ablenkelement 86 bzw. 104 individuell angepasst sein. Insbesondere kann beispielsweise ein Maß, in dem jedes Ablenkelement 86 oder 104 sich radial nach außen oder nach innen erstreckt, eingestellt werden, um eine größere oder eine kleinere Menge Abgasstrom abzufangen. Dies kann vorteilhaft sein, um eine größere Abgasstrommenge zu einem Flügel hin abzulenken, der von der Verteilungseinrichtung 62 oder 100 am weitesten entfernt ist, oder vorteilhaft sein, um eine kleinere Abgasstrommenge zu einem bestimmten Flügel hin abzulenken. Um eine größere Abgasstrommenge abzulenken, können sich die Ablenkelemente 86 oder 104 in einem größeren Maß radial nach außen oder innen erstrecken als die anderen Ablenkelemente 86 oder 104. Wenn dagegen eine kleinere Abgasstrommenge erwünscht ist, können sich die Ablenkelemente 86 oder 104 in einem geringeren Maß radial nach außen oder nach innen erstrecken als die anderen Ablenkelemente 86 oder 104. Eine weitere Alternative zum weiteren Unterstützen der Vermischung des Abgasbehandlungsfluids und des Motorabgases, wenn diese die Verteilungseinrichtungen 62 und 100 durchströmen, besteht darin, eines oder jedes der Ablenkelemente 86 oder 104 leicht zu verdrehen. D. h., anstatt einfach die Ablenkelemente 86 bzw. 104 vom Ring 80 radial nach innen oder radial nach außen auszurichten, kann mindestens eines der Ablenkelemente 86 oder 104 leicht verdreht werden, um eine Ausrichtung des Ablenkelements 86 oder 104 zu ändern.
Eine weitere Möglichkeit der individuellen Anpassung jedes Ablenkelements 86 oder 104 besteht darin, die Oberfläche jedes Ablenkelements 86 bzw. 104 nach Bedarf zu vergrößern. Beispielsweise kann, wenn eine größere Abgasstrommenge an einer bestimmten Stelle erforderlich ist, die Größe des Ablenkelements 86 oder 104 vergrößert werden. Umgekehrt kann, wenn eine geringere Abgasstrommenge an einer bestimmten Stelle erwünscht ist, die Größe des Ablenkelements 104 vermindert werden. Beispielsweise ist, wie in 8 verdeutlicht ist, das größte Ablenkelement 86 das zweite Ablenkelement 90. Dies ist der Fall, weil das Ablenkelement 90 zum Ablenken von Abgasen zum Flügel 68 hin verantwortlich ist, der von der Verteilungseinrichtung 62 am weitesten entfernt ist. Weil die Flügel 66 und 70 für die Verteilung der Abgase darauf nicht so viel Unterstützung benötigen wie der Flügel 68, müssen das erste und das dritte Ablenkelement 88 und 92 nicht so groß sein wie das zweite Ablenkelement 90.
Nachstehend wird unter Bezug auf die 13–19 eine andere beispielhafte Verteilungseinrichtung 200 beschrieben. Ähnlich wie die Verteilungseinrichtungen 62 und 100 weist die Verteilungseinrichtung 200 einen an einem ersten Ende 204 davon angeordneten zylinderförmigen Montagering 202 auf. An einem zweiten Ende 206 ist eine kegelförmige Ablenkeinrichtung 208 ausgebildet. Die Ablenkeinrichtung 208 weist mehrere Perforierungen 210 auf, die ermöglichen, dass die Ablenkeinrichtung 208 durchströmende Abgase von der Ablenkeinrichtung 208 radial nach außen verteilt werden. Durch radiales Verteilen der Abgase von der Ablenkeinrichtung 208 nach außen werden die Abgase auf im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des Substrats 64 auftreffen.
Zum weiteren Unterstützen der Ablenkung der die Ablenkvorrichtung 208 durchströmenden Abgase kann jede Perforierung 210 in einer spezifischen Richtung ausgerichtet sein. Um beispielsweise die Ablenkung von Abgasen zum ersten Flügel 66 hin zu unterstützen, kann jede auf einer oberen Fläche 212 ausgebildete Perforierung 210 in die allgemeine Richtung ausgerichtet sein, in der der Flügel 66 angeordnet ist. Ähnlicherweise können Perforierungen 210, die auf der unteren Fläche 214 der Ablenkeinrichtung 208 ausgebildet sind, zum Flügel 70 hin ausgerichtet sein, während Perforierungen 210, die auf einer der unteren Fläche 214 gegenüberliegenden Seite 216 der Ablenkeinrichtung 208 ausgebildet sind, zum Flügel 68 hin ausgerichtet sein können. Unabhängig davon sollte klar sein, dass jede Perforierung 210 in eine spezifische Richtung ausgerichtet sein kann, in die ein Abgasstrom abgelenkt werden soll.
In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ersichtlich, dass der Auslassabschnitt 46 eine darin ausgebildete Vertiefung 51 aufweist. Die Vertiefung 51 wird verwendet, um eine zusätzliche Verwirbelung für den Abgasstrom bereitzustellen, bevor der Abgasstrom in eine jeweilige Verteilungseinrichtung 62, 100 oder 200 eintritt. Die Länge der Vertiefung 51 ist variabel, es kann aber eine beliebige Länge verwendet werden, die für eine geeignete Verwirbelung des Abgasstroms ausreichend ist. Hinsichtlich der Vertiefung 51 kann jede Verteilungseinrichtung 62, 100 und 200 eine darin ausgebildete Öffnung 300 aufweisen, die es ermöglicht, dass jede Verteilungseinrichtung 62, 100 und 200 auf eine Weise montierbar ist, die die Vertiefung 51 überlappt.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient zur Erläuterung und Veranschaulichung. Sie soll nicht umfassend sein oder die Erfindung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn diese nicht spezifisch dargestellt oder beschrieben ist. Die Ausführungsformen können auch auf viele Arten modifiziert werden. Solche Modifikationen sollen nicht als Abweichung von der Erfindung betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen sollen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein.

Claims

Abgasnachbehandlungssystem, mit: einem Abgaskanal; einer mit dem Abgaskanal kommunizierenden, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungskomponente; und einer stromaufwärts von der Abgasbehandlungskomponente im Abgaskanal angeordneten Verteilungseinrichtung, wobei die Verteilungseinrichtung mehrere Verteilungselemente aufweist, die jeweils betreibbar sind, um einen die Verteilungseinrichtung durchströmenden Abgasstrom in mehrere unterschiedliche Richtungen abzulenken, um den Abgasstrom über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der unregelmäßig geformten Abgasbehandlungskomponente zu verteilen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Verteilungseinrichtung einen zylinderförmigen Montagering aufweist, und wobei jedes der Verteilungselemente sich von dem zylinderförmigen Montagering erstreckt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei die Verteilungselemente sich bezüglich des zylinderförmigen Rings radial nach außen erstrecken.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei die Verteilungselemente sich bezüglich des zylinderförmigen Rings radial nach innen erstrecken.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei der zylinderförmige Ring mehrere um einen Umfang davon angeordnete erste Ausschnitte aufweist, die es ermöglichen, dass ein Teil des Abgases aus der Verteilungseinrichtung austritt, bevor es durch die Verteilungselemente abgelenkt wird.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei der zylinderförmige Ring einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei der sich radial nach innen erstreckende Flansch mehrere darin ausgebildete zweite Ausschnitte aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei der Abgaskanal eine Vertiefung aufweist, die den Abgaskanal radial verengt, und wobei der zylinderförmige Montagering eine Öffnung aufweist, die die Vertiefung überlappt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einer stromaufwärts von der Verteilungseinrichtung im Abgaskanal angeordneten Abgasmischeinrichtung.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei der Abgaskanal ein Einspritzeinrichtungsgehäuse zum Montieren einer Abgasbehandlungsfluideinspritzeinrichtung aufweist, wobei das Einspritzeinrichtungsgehäuse stromaufwärts von der Mischeinrichtung angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die Abgasbehandlungskomponente ein SCR-(selektive katalytische Reduktion)Substrat ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei die unregelmäßig geformte Abgasbehandlungskomponente dreieckig ausgebildet ist und einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügel aufweist, und wobei die Verteilungselemente ein erstes Verteilungselement zum Ablenken eines Teils des Abgasstroms zum ersten Flügel hin, ein zweites Verteilungselement zum Ablenken eines Teils des Abgasstroms zum zweiten Flügel hin und ein drittes Verteilungselement zum Ablenken eines Teil des Abgasstroms zum dritten Flügel hin aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei jedes der Ablenkelemente individuell anpassbar ist, um die Richtung des Abgasstroms zu beeinflussen.
Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch einen Verbrennungsmotor erzeugten Abgases, mit: einem mit dem Verbrennungsmotor kommunizierenden Abgaskanal; einer Einspritzeinrichtung zum dosierten Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in den Abgaskanal; einer stromabwärts von der Einspritzeinrichtung angeordneten Mischeinrichtung, wobei die Mischeinrichtung betreibbar ist, um das Abgasbehandlungsfluid und das Abgas zu vermischen; einem stromabwärts von der Mischeinrichtung angeordneten, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat; und einer zwischen der Mischeinrichtung und dem unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat angeordneten Verteilungseinrichtung, wobei die Verteilungseinrichtung mehrere Verteilungselemente aufweist, die jeweils betreibbar sind, um einen durch die Verteilungseinrichtung strömenden Abgasstrom in mehrere unterschiedliche Richtungen abzulenken, um den Abgasstrom über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrats zu verteilen.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 14, wobei die Verteilungseinrichtung einen zylinderförmigen Montagering aufweist, und wobei jedes der Verteilungselemente sich vom zylinderförmigen Montagering erstreckt.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 15, wobei die Verteilungselemente sich bezüglich des zylinderförmigen Rings radial nach außen erstrecken.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 15, wobei die Verteilungselemente sich bezüglich des zylinderförmigen Rings radial nach innen erstrecken.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 15, wobei der zylinderförmige Ring mehrere um einen Umfang davon angeordnete erste Ausschnitte aufweist, die ermöglichen, dass ein Teil des Abgases von der Verteilungseinrichtung austreten kann, bevor es durch die Verteilungselemente abgelenkt wird.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 15, wobei der zylinderförmige Ring einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 19, wobei der sich radial nach innen erstreckende Flansch mehrere darin ausgebildete zweite Ausschnitte aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 15, wobei der Abgaskanal eine Vertiefung aufweist, die den Abgaskanal radial verengt, und wobei der zylinderförmige Montagering eine die Vertiefung überlappende Öffnung aufweist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 14, wobei das Abgasbehandlungssubstrat ein SCR-(selektive katalytische Reduktion)Substrat ist.
Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 14, wobei das unregelmäßig geformte Abgasbehandlungssubstrat dreieckig ist und einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügels aufweist; und wobei die Verteilungselemente ein erstes Verteilungselement zum Ablenken eines Teils des Abgasstroms zum ersten Flügel hin, ein zweites Verteilungselement zum Ablenken eines Teils des Abgasstroms zum zweiten Flügel hin, und ein drittes Verteilungselement zum Ablenken eines Teils des Abgasstroms zum dritten Flügel hin aufweisen.
Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch einen Verbrennungsmotor erzeugten Abgases, mit: einem mit dem Verbrennungsmotor kommunizierenden Abgaskanal; einer Einspritzeinrichtung zum dosierten Einspritzen eines Abgasbehandlungsfluids in den Abgaskanal; einer stromabwärts von der Einspritzvorrichtung angeordneten Mischeinrichtung, wobei die Mischeinrichtung betreibbar ist, um das Abgasbehandlungsfluid und das Abgas zu vermischen; einem stromabwärts von der Mischeinrichtung angeordneten, unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat, wobei das unregelmäßig geformte Abgasbehandlungssubstrat mindestens einen ersten Flügel, einen zweiten Flügel und einen dritten Flügel aufweist; und einer zwischen der Mischeinrichtung und dem unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrat angeordneten kegelförmigen Verteilungseinrichtung, wobei die Verteilungseinrichtung mehrere Perforierungen zum Ablenken eines die Verteilungseinrichtung durchströmenden Abgasstroms in mehrere unterschiedliche Richtungen aufweist, um die Abgasströmung über im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des unregelmäßig geformten Abgasbehandlungssubstrats zu verteilen, wobei die mehreren Perforierungen erste Perforierungen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum ersten Flügel hin strömt, zweite Perforierungen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum zweiten Flügel hin strömt, und dritte Perforierungen aufweisen, die einen Teil des Abgases direkt beeinflussen, so dass es zum dritten Flügel hin strömt.