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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsverteilungsplatte, die einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnet ist, eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
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HINTERGRUND
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Abgasnachbehandlungssysteme für Motoren sind allgemein bekannt und werden eingesetzt, um unerwünschte Bestandteile aus dem Abgas zu entfernen oder zu reduzieren, bevor es in die Umwelt abgegeben wird. Ein Abgasnachbehandlungssystem kann verschiedene Arten von Abgasreinigungseinheiten zum Entfernen dieser unerwünschten Bestandteile umfassen, wie z.B. einen Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR). Um die Leistung einer Abgasreinigungseinheit zu optimieren und somit so viele Bestandteile wie möglich zu entfernen, ist es wichtig, eine optimale Strömungsverteilung in die Abgasreinigungseinheit hinein zu erreichen. Eine perforierte Strömungsverteilungsplatte kann an dem Einlass der Abgasreinigungseinheit angeordnet sein, um die Strömungsverteilung zu verbessern. In in Reihe angeordneten Abgasnachbehandlungssystemen, die so ausgelegt sind, dass die Einströmung von Abgas im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene des Einlasses der Abgasreinigungseinheit verläuft, wird eine einigermaßen gleichmäßige Strömung über die perforierte Strömungsverteilungsplatte erreicht und die Strömungsverteilungsplatte verteilt das Abgas sehr effektiv über den Einlass der Abgasreinigungseinheit. Bei heutigen Fahrzeugen ist der Platz jedoch begrenzt und die Abgasnachbehandlungssysteme sind daher als sehr kompakte Systeme ausgelegt. Dies führt oft zu Abgasrohren mit scharfen Krümmungen und die Einströmung von Abgas erfolgt möglicherweise parallel zu der Ebene des Einlasses in die Abgasreinigungseinheit. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Strömung über die perforierte Strömungsverteilungsplatte, wodurch die Fähigkeit der Strömungsverteilungsplatte, die Strömungsverteilung zu verbessern, verschlechtert wird. Die Effizienz und Leistung der Abgasreinigungseinheit werden dadurch beeinträchtigt. Aus dem Dokument
JP 2010-159719 A ist eine Abgasemissionssteuereinrichtung mit einem Katalysator bekannt, der stromabwärts eines Abgaskrümmerteils angeordnet ist. Eine Verzweigungsplatte ist im Hauptabgasstrom angeordnet und umfasst wenigstens ein Durchflussanpassungsteil an einer Seitenfläche der Verzweigungsplatte, um auf diese Weise eine bessere Einströmung randnaher Abgasströmungsanteile in den Katalysator zu ermöglichen.
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Es gibt verschiedene Lösungen, um die Effizienz einer perforierten Strömungsverteilungsplatte zu verbessern und somit die Strömungsverteilung in eine Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Das Dokument
EP2664756 A2 offenbart z.B. eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung für Dieselmotoren mit einem DOC, wobei vor dem DOC ein Leitblech mit Perforationen angeordnet ist, um eine gleichmäßige Verteilung des Abgases zu ermöglichen. Die Perforationen des Leitblechs sind an verschiedenen Stellen mit unterschiedlichen Dichten gebildet, so dass eine gleichmäßige Strömungsverteilung in den DOC hinein erreicht werden kann. Das Dokument
JP2010159719 A offenbart eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung, bei der eine perforierte Strömungsverteilungsplatte zwischen einem gekrümmten Rohrteil und dem Einlass in einen Katalysator angeordnet ist. Die Perforationen sind unterschiedlich groß und die Perforationen, die der Krümmung am nächsten sind, sind größer als die anderen Perforationen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Strömungsverteilung über den Einlass in den Katalysator erreicht.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Trotz bekannter Lösungen auf diesem Gebiet besteht nach wie vor die Notwendigkeit, eine einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnete Strömungsverteilungsplatte zu entwickeln, die die Fähigkeit verbessert, eine gleichmäßigere Strömungsverteilung über den Einlass in eine Abgasreinigungseinheit zu erreichen und somit die Effizienz und Leistung der Abgasreinigungseinheit zu verbessern.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Strömungsverteilungsplatte zu erreichen, die einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Strömungsverteilungsplatte dazu ausgelegt ist, eine Abgasströmung so zu beeinflussen, dass ein höherer Gleichmäßigkeitsindex über einen Einlass in eine Abgasreinigungseinheit erreicht wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Strömungsverteilungsplatte zu erreichen, die einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnet ist, wobei die Strömungsverteilungsplatte die Effizienz und Leistung einer Abgasreinigungseinheit der Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung verbessert.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zu erreichen, die dazu ausgelegt ist, eine Abgasströmung so zu beeinflussen, dass ein höherer Gleichmäßigkeitsindex über einen Einlass in eine Abgasreinigungseinheit erreicht wird.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zu erreichen, die die Effizienz und Leistung einer Abgasreinigungseinheit der Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung verbessert.
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Die hierin bezeichneten Aufgaben werden durch eine Strömungsverteilungsplatte, die einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnet ist, eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung und ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen erreicht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsverteilungsplatte vorgesehen, die einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordnet ist. Die Strömungsverteilungsplatte ist perforiert und dazu ausgelegt, an einem Einlass in eine Abgasreinigungseinheit angeordnet zu werden, um die Strömungsverteilung von Abgas in die Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Die Strömungsverteilungsplatte ist außerdem in Bezug auf den Einlass gekrümmt, so dass eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Einlass erreicht werden kann.
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Flache, perforierte Strömungsverteilungsplatten, Leitbleche oder dergleichen sind oft vor Einlässen in Abgasreinigungseinheiten angeordnet, um die Strömungsverteilung in die Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Auf diese Weise wird die Leistung der Abgasreinigungseinheit verbessert. Je nachdem, wie das Abgas zu der Abgasreinigungseinheit geleitet wird, kann die Strömung über die Strömungsverteilungsplatte variieren. Wenn das Abgas so zu der Abgasreinigungseinheit geleitet wird, dass eine ungleichmäßige Strömung über solch eine bekannte flache Strömungsverteilungsplatte entsteht, wird die Funktionalität der Strömungsverteilungsplatte beeinträchtigt. Die Strömungsverteilungsplatte gemäß der Erfindung ist dazu ausgelegt, vor dem Einlass in die Abgasreinigungseinheit angeordnet zu werden, um die Strömungsverteilung über den Einlass und somit die Strömung in die Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Die Strömungsverteilungsplatte ist geeigneterweise mit einer Krümmung ausgelegt, die dazu ausgebildet ist, eine ungleichmäßige Strömung über die Strömungsverteilungsplatte zu handhaben. Die Art und Weise, wie das Abgas zu dem Reinigungseinlass und somit die Strömung über die Strömungsverteilungsplatte geleitet wird, wird durch die Konfiguration der Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung bestimmt, für die die perforierte Strömungsverteilungsplatte ausgelegt ist. Durch die Konfiguration der Strömungsverteilungsplatte gemäß der Erfindung mit einer Krümmung beeinflusst die Krümmung den Strömungswiderstand an der Strömungsverteilungsplatte so, dass die ursprüngliche Strömungsrichtung des Abgases beeinflusst wird. Das Abgas wird immer dort strömen, wo der geringste Widerstand besteht. Dadurch kann eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass in die Abgasreinigungseinheit erreicht werden. Außerdem kann durch die Konfiguration der Strömungsverteilungsplatte mit einer Krümmung der Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass in die Abgasreinigungseinheit variieren. Eine gekrümmte Strömungsverteilungsplatte ergibt somit einige Bereiche, in denen ein größerer Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass herrscht. Ein Bereich, in dem der Abstand zwischen dem Einlass und der Strömungsverteilungsplatte größer ist, bildet somit einen hervorstehenden Abschnitt. Das Abgas, das auf den hervorstehenden Abschnitt auftrifft, wird neben dem hervorstehenden Abschnitt strömen, da der Strömungswiderstand geringer ist als wenn es durch die Perforationen in der Strömungsverteilungsplatte strömt. Die Masseströmung und die Geschwindigkeit durch einen solchen hervorstehenden Abschnitt nehmen dadurch ab. Die Krümmung führt dadurch dazu, dass eine größere Masseströmung durch die Perforationen der Strömungsverteilungsplatte passiert, wo der Abstand zu dem Einlass kleiner ist. Die Form der Krümmung der Strömungsverteilungsplatte bestimmt somit, wie die Masseströmung zu verschiedenen Bereichen der Strömungsverteilungsplatte geleitet wird. Außerdem führt die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte dazu, dass die axiale Richtung der Perforationen in der Strömungsverteilungsplatte über die Strömungsverteilungsplattenoberfläche variiert. Auf diese Weise variiert die Strömungsrichtung des in die Abgasreinigungseinheit einströmenden Abgases und kann eine gleichmäßigere Strömungsverteilung des Abgases in die Abgasreinigungseinheit hinein erreicht werden.
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Die Dicke der Strömungsverteilungsplatte kann zwischen 3-7 Millimetern liegen. Die Strömungsverteilungsplatte ist geeigneterweise aus Metall, wie z.B. Stahl, gefertigt. Die Strömungsverteilungsplatte hat eine Form, die der Form des Einlasses in die Abgasreinigungseinheit entspricht. Der Einlass in die Abgasreinigungseinheit kann kreisförmig sein und die Strömungsverteilungsplatte ist dadurch geeigneterweise kreisförmig.
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Die Strömungsverteilungsplatte ist geeigneterweise dazu ausgelegt, in einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung mit einem Abgasrohr angeordnet zu werden, das in ein Volumen mündet, das als Endkappe bezeichnet wird. Die Endkappe ist geeigneterweise an einem Ende der Abgasreinigungseinheit angeordnet, die den Einlass umfasst, und die Endkappe umschließt somit den Einlass der Abgasreinigungseinheit. Die Strömungsverteilungsplatte ist somit geeigneterweise dazu ausgelegt, an der Grenzfläche zwischen Abgasreinigungseinheit und Endkappe angeordnet zu werden.
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Die Strömungsverteilungsplatte umfasst geeigneterweise eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung der Strömungsverteilungsplatte an der Innenwand der Endkappe oder der Innenwand der Abgasreinigungseinheit. Die Befestigungseinrichtung kann eine Mehrzahl von entlang des Umfangs der Strömungsverteilungsplatte symmetrisch angeordneten Körpern umfassen. Die Befestigungseinrichtung kann alternativ ein umfangsmäßig angeordneter Körper sein. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte kann so ausgelegt sein, dass ein Querschnitt der Strömungsverteilungsplatte die Befestigungseinrichtung versetzt zeigt. Das heißt, die Krümmung kann so ausgelegt sein, dass die Befestigungseinrichtung an verschiedenen Teilen der Strömungsverteilungsplatte in einem unterschiedlichem Abstand von dem Einlass der Abgasreinigungseinheit vorgesehen ist, wenn die Strömungsverteilungsplatte richtig angeordnet ist. Die Krümmung kann somit so ausgelegt sein, dass sich die Befestigungseinrichtung in verschiedenen Ebenen befindet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte abhängig von der Richtung der Einströmung von Abgas in Bezug auf den Einlass der Abgasreinigungseinheit geformt. Wie bereits erwähnt, bestimmt die Strömung über die Strömungsverteilungsplatte die Fähigkeit der Strömungsverteilungsplatte, die Verteilung der Abgasströmung in die Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Unterschiedliche Richtungen des einströmenden Abgases führen zu einer unterschiedlichen Strömung über die Strömungsverteilungsplatte. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte hängt somit geeigneterweise von der Richtung der Abgasströmung in Bezug auf den Einlass der Abgasreinigungseinheit ab. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte kann daher von der einströmenden Abgasströmung über die Strömungsverteilungsplatte abhängen. Die Krümmung kann auch von der Geometrie des Abgasrohres und der Endkappe abhängen, die das Abgas zu der Abgasreinigungseinheit führen.
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Die von dem Motor erzeugte Abgasströmung ist abhängig von der Motordrehzahl. Wenn die Einströmung von Abgas gering ist, beeinflusst die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung möglicherweise nicht wesentlich, aber wenn die Einströmung von Abgas hoch ist, kann die Krümmung sehr wichtig sein. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte kann somit auf einer durchschnittlichen von dem Motor abgegebenen Abgasströmung basieren.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte asymmetrisch, so dass sich der maximale oder minimale Punkt der Krümmung von dem Mittelpunkt der Strömungsverteilungsplatte unterscheidet. Auf diese Weise kann die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte nach der Einströmrichtung der Abgasströmung besser angepasst werden, so dass eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Einlass erreicht wird. Alternativ ist die Strömungsverteilungsplatte in Bezug auf den Einlass der Abgasreinigungseinheit im Wesentlichen konvex. Die Strömungsverteilungsplatte ist geeigneterweise gekrümmt, so dass das einströmende Abgas mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit auf einen Teil der Strömungsverteilungsplatte auftrifft, der am weitesten von dem Einlass in die Abgasreinigungseinheit entfernt ist. Das heißt, die Krümmung ist geeigneterweise so gewählt, dass das Abgas mit der höchsten Geschwindigkeit zuerst auf einen Teil der Strömungsverteilungsplatte auftrifft, der aus dem Einlass der Abgasreinigungseinheit hervorsteht. Auf diese Weise beeinflusst der hervorstehende Teil die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung effizient und wird eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass in die Abgasreinigungseinheit erreicht.
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Gemäß einem Beispiel umfasst die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung ein Abgasrohr, das so angeordnet ist, dass die Einströmung von Abgas zu der Endkappe im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Einlasses in die Abgasreinigungseinheit verläuft. Die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung ist daher so ausgelegt, dass sie eine seitliche Einströmung von Abgas schafft und die Strömung über die Strömungsverteilungsplatte ungleichmäßig ist. Wenn das Abgasrohr einen kleinen Durchmesser hat, ist der Strömungswiderstand höher und muss die Geschwindigkeit des Abgases erhöht werden, um der Abgasreinigungseinheit die gleiche Masseströmung von Abgas zuzuführen. Wenn die Strömungsverteilungsplatte, wie allgemein bekannt, flach wäre, würde der größte Teil des Abgases aufgrund der hohen Geschwindigkeit direkt an das Ende der Endkappe strömen und anschließend durch die Perforationen der Strömungsverteilungsplatte an diesem Ende einströmen. Die Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über den Einlass wäre somit ungleichmäßig. Bei einer Strömungsverteilungsplatte gemäß der Erfindung würde die Krümmung einen Teil des Abgases behindern, würde der Strömungswiderstand dadurch beeinflusst, würde die Einströmung von Abgas über die Strömungsverteilungsplatte verteilt und würde ein höherer Gleichmäßigkeitsindex über den Einlass erreicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Strömungsverteilungsplatte einen ersten Abschnitt, der von der Abgasreinigungseinheit hervorsteht, und einen zweiten Abschnitt, der im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Einlasses verläuft. Der hervorstehende Abschnitt kann ein im Wesentlichen konvexer Abschnitt sein. Die Strömungsverteilungsplatte kann einen oder mehrere hervorstehende Abschnitte umfassen. Die hervorstehenden Abschnitte können unterschiedliche Radien haben. Die Strömungsverteilungsplatte kann einen oder mehrere in Bezug auf den Einlass konkave Abschnitte umfassen. Ein konkaver Abschnitt steht somit zu der Abgasreinigungseinheit hin hervor und kann von dem einströmenden Abgas als eine Aussparung wahrgenommen werden.
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Die Perforationen der Strömungsverteilungsplatte sind geeigneterweise im Wesentlichen gleich groß. Die Perforationen können einen Durchmesser zwischen 2-10 Millimetern haben. Außerdem sind die Perforationen geeigneterweise im Wesentlichen gleichmäßig über die Oberfläche der Strömungsverteilungsplatte verteilt. Auf diese Weise kann die Strömungsverteilungsplatte einfach und zeitsparend hergestellt werden. Somit kann die Strömungsverteilungsplatte im Vergleich zum bekannten Stand der Technik kostengünstiger umgesetzt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Motor-Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehen. Die Motor-Abgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst mindestens eine Abgasreinigungseinheit mit einem Einlass. Am Einlass in die Abgasreinigungseinheit ist eine perforierte Strömungsverteilungsplatte angeordnet, um die Strömungsverteilung des Abgases in die Abgasreinigungseinheit hinein zu verbessern. Die Strömungsverteilungsplatte ist in Bezug auf den Einlass gekrümmt, so dass eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Einlass erreicht werden kann. Die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung umfasst geeigneterweise ein Abgasrohr, das in Fluidverbindung mit dem Motor angeordnet ist, und ein Volumen, das als Endkappe bezeichnet wird. Die Endkappe ist geeigneterweise an dem Ende der Abgasreinigungseinheit, das den Einlass umfasst, angeordnet und die Endkappe umschließt somit den Einlass der Abgasreinigungseinheit. Die Strömungsverteilungsplatte ist somit geeigneterweise an der Grenzfläche zwischen der Abgasreinigungseinheit und der Endkappe angeordnet. Das Abgasrohr kann aus jeder Richtung in die Endkappe münden, was die Abgasströmung über die perforierte Strömungsverteilungsplatte beeinflusst.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Abgasreinigungseinheit ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Die Abgasreinigungseinheit kann alternativ ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) sein. Die Vorrichtung ist geeigneterweise eine kompakte Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung und kann für die Integration mit einem Schalldämpfer in einem Fahrzeug ausgelegt sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung so ausgelegt, dass die Strömungsrichtung des Abgases, das sich dem Einlass nähert, im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Einlasses verläuft. Das Abgasrohr ist daher geeigneterweise so angeordnet, dass es parallel zu der Ebene des Einlasses in die Endkappe mündet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung so ausgelegt, dass die Strömungsrichtung des Abgases, das sich dem Einlass nähert, mit einem Winkel in Bezug auf die Ebene des Einlasses geleitet wird, wobei der Winkel zwischen 0-80 Grad beträgt. Das Abgasrohr ist somit geeigneterweise so angeordnet, dass es mit einem Winkel zu der Ebene des Einlasses in die Endkappe mündet, wobei der Winkel zwischen 0-80 Grad beträgt.
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Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus den folgenden Details und auch durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis ersichtlich werden. Während die Erfindung im Folgenden beschrieben wird, ist zu beachten, dass sie nicht auf die beschriebenen speziellen Details beschränkt ist. Fachleute, die Zugang zu den hierin enthaltenen Lehren haben, werden weitere Anwendungen, Änderungen und Anwendungen auf anderen Gebieten, die in den Offenbarungsbereich der Erfindung fallen, erkennen.
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Figurenliste
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer weiteren Aufgaben und Vorteile sollte die nachstehende detaillierte Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden, in denen die gleichen Bezugszeichen ähnliche Elemente in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen. Es zeigt:
- 1 schematisch ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 schematisch eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3a-3d schematisch den Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zwischen dem Stand der Technik und einer Strömungsverteilungsplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4a-4b schematisch eine Strömungsverteilungsplatte gemäß den Ausführungsformen der Erfindung; und
- 5 schematisch eine Strömungsverteilungsplatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, das einen Motor 2 und eine mit dem Motor 2 verbundene Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 umfasst. Der Motor 2 kann ein Verbrennungsmotor oder jeglicher anderer Motor sein, der Abgas erzeugt. Das Fahrzeug 1 kann ein Schwerfahrzeug sein, z.B. ein Lastwagen oder ein Bus. Das Fahrzeug 1 kann alternativ auch ein Personenkraftwagen sein. Das Fahrzeug kann manuell, ferngesteuert oder autonom betrieben werden.
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2 zeigt eine Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist geeigneterweise einem Motor 2 in einem Fahrzeug 1 entsprechend der Beschreibung in 1 zugeordnet. Die Vorrichtung 10 ist eine kompakte Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung und kann in einen Schalldämpfer integriert sein. Die Vorrichtung 10 umfasst geeigneterweise ein mit dem Motor 2 verbundenes Abgasrohr 20, eine Abgasreinigungseinheit 30 und eine Endkappe 40, die die Abgasreinigungseinheit 30 und das Abgasrohr 20 verbindet. Die Abgasreinigungseinheit 30 kann ein Katalysator für selektive katalytische Reaktion (SCR), ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) sein. Die Abgasreinigungseinheit 30 umfasst einen Einlass 32, durch den das Abgas in die Abgasreinigungseinheit 30 eintritt. Die Abgasreinigungseinheit 30 umfasst geeigneterweise ein Substrat mit Kanälen, durch die das Abgas geleitet wird. Die Kanäle erstrecken sich geeigneterweise rechtwinklig zu der Ebene des Einlasses 32. Das Abgas tritt an einem dem Einlass 32 gegenüberliegenden Ende aus der Abgasreinigungseinheit aus. Die Effizienz der Abgasreinigungseinheit 30 hängt von der Strömungsverteilung über den Einlass 32 und somit von der Strömungsverteilung in die Abgasreinigungseinheit 30 hinein ab. Vor dem Einlass 32 ist eine Strömungsverteilungsplatte 34 angeordnet, um die Strömungsverteilung über den Einlass 32 zu verbessern. Die Endkappe 40 ist so angeordnet, dass sie den Einlass 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 umschließt und die Strömungsverteilungsplatte 34 ist zwischen der Endkappe 40 und dem Einlass 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 angeordnet. Das Abgas strömt somit von dem Motor 2 über das Abgasrohr 20 zu der Endkappe 40 und durch die Strömungsverteilungsplatte 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 hinein. Das Abgas kann dann zu einer weiteren Abgasreinigungseinheit geleitet oder in die Umwelt abgegeben werden. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile dargestellt.
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Die Endkappe 40 ist ein Volumen, in das das Abgas aus dem Motor 2 über das Abgasrohr 20 geleitet wird. Das Abgasrohr 20 kann aus jeder Richtung in die Endkappe 40 münden, was die Verteilung der Abgasströmung über die perforierte Strömungsverteilungsplatte 34 beeinflusst. In diesem Beispiel ist das Abgasrohr 20 so angeordnet, dass es im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Einlasses 32 in die Endkappe 40 mündet. Das Abgasrohr 20 kann alternativ so angeordnet sein, dass es mit einem Winkel in Bezug auf die Ebene des Einlasses 32 in die Endkappe 40 mündet, wobei der Winkel zwischen 0-85 Grad beträgt.
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Die Strömungsverteilungsplatte 34 ist in Bezug auf den Einlass 32 gekrümmt, so dass eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 erreicht werden kann. Auf diese Weise werden die Leistung und die Effizienz der Abgasreinigungseinheit 30 verbessert. Die Strömungsverteilungsplatte 34 kann eine kreisförmige Form und eine Dicke von 3-7 Millimetern haben. Die Strömungsverteilungsplatte 34 ist geeigneterweise aus Metall, wie z.B. Stahl, gefertigt. Die Strömungsverteilungsplatte 34 umfasst geeigneterweise eine Befestigungseinrichtung 36, die entlang des Umfangs der Strömungsverteilungsplatte 34 angeordnet ist. Die Befestigungseinrichtung 36 ist an der Innenwand der Endkappe 40 oder der Innenwand der Abgasreinigungseinheit 30 befestigt. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 kann so ausgelegt sein, dass ein Querschnitt der Strömungsverteilungsplatte 34 die Befestigungseinrichtung 36 versetzt zeigt. Das heißt, die Krümmung kann so ausgelegt sein, dass die Befestigungseinrichtung an verschiedenen Teilen der Strömungsverteilungsplatte 34 in einem unterschiedlichen Abstand von dem Einlass 32 der Abgasreinigungseinheit 30 vorgesehen ist, wenn die Strömungsverteilungsplatte 34 richtig angeordnet ist. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 ist geeigneterweise abhängig von der Richtung der Einströmung von Abgas in Bezug auf den Einlass 32 gebildet. Die Strömung über die Strömungsverteilungsplatte 34 bestimmt die Fähigkeit der Strömungsverteilungsplatte 34, die Verteilung der Abgasströmung in die Abgasreinigungseinheit 30 hinein zu verbessern. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 ist somit geeigneterweise an die Richtung der Abgasströmung in Bezug auf den Einlass 32 angepasst. Die Krümmung kann auch von der Geometrie des Abgasrohres 20 und der Endkappe 40 abhängen, die das Abgas zu der Abgasreinigungseinheit 30 führen. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 kann asymmetrisch sein, so dass sich der maximale oder minimale Punkt der Krümmung von dem Mittelpunkt der Strömungsverteilungsplatte 34 unterscheidet. Die Strömungsverteilungsplatte 34 kann so gekrümmt sein, dass das einströmende Abgas mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit auf einen Teil der Strömungsverteilungsplatte 34 auftrifft, der am weitesten von dem Einlass 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 entfernt ist. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 erreicht.
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Die Perforationen 38 der Strömungsverteilungsplatte 34 sind geeigneterweise im Wesentlichen gleich groß. Die Perforationen 38 können einen Durchmesser zwischen 7-10 Millimetern haben. Die Perforationen 38 sind zudem gleichmäßig über die Oberfläche der Strömungsverteilungsplatte 34 verteilt.
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3a-3d zeigt schematisch den Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung zwischen dem Stand der Technik und einer Strömungsverteilungsplatte 34 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zeichnungen zeigen somit die Funktion einer Strömungsverteilungsplatte 34 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3a zeigt die Abgasströmung in einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 mit einer allgemein bekannten flachen Strömungsverteilungsplatte 34'. Die Figur zeigt das Einströmen von Abgas in eine Endkappe 40 von rechts über ein Abgasrohr 20 mit einem kleinen Durchmesser an dem Einlass zu der Endkappe 40. Aufgrund des kleinen Durchmessers des Abgasrohres 20 ist die Strömungsgeschwindigkeit des in die Endkappe 40 einströmenden Abgases hoch. Bei einer flachen Strömungsverteilungsplatte 34' vermeidet das Abgas den von der Strömungsverteilungsplatte 34' verursachten Widerstand und strömt geradeaus, d.h. in der Figur nach links, bis zum Ende der Endkappe 40. In dieser Phase passiert ein Teil des Abgases die Strömungsverteilungsplatte 34', aber strömt ein Teil des Abgases in der Figur nach rechts, wo der Druck niedriger und der Widerstand somit geringer ist. Dadurch entsteht eine Rückströmung und eine Turbulenz, die in der Figur durch nach rechts gerichtete Pfeile dargestellt ist. 3b zeigt die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32, also nachdem das Abgas die flache Strömungsverteilungsplatte 34' passiert hat. Die Strömungsgeschwindigkeit ist ganz links in 3a am größten, was in 3b mit einem schwarzen Bereich dargestellt ist. Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt näher an der Öffnung des Abgasrohres 20 ab, was durch die beiden gemusterten Bereiche gezeigt ist. Die laminare Strömung eines Fluids in einem geschlossenen Rohr ergibt ein Geschwindigkeitsprofil, bei dem die Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung höher und in der Nähe der Rohrwände niedriger ist. Der Bereich mit der geringsten Strömungsgeschwindigkeit befindet sich somit nach der Öffnung des Abgasrohres 20 in der Nähe der Krümmung. Dies ist als weißer Bereich dargestellt. Die etwas erhöhte Geschwindigkeit am nächsten an der Krümmung wird durch den oben erwähnten Rückfluss verursacht. Wie in 3b dargestellt, führt eine flache Strömungsverteilungsplatte 34' zu einer sehr ungleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 in die Abgasreinigungseinheit 30.
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3c zeigt die Abgasströmung in einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß 2. Die Figur zeigt das Einströmen von Abgas in eine Endkappe 40 von rechts über ein Abgasrohr 20 mit einem kleinen Durchmesser am Einlass in die Endkappe 40. Aufgrund des kleinen Durchmessers des Abgasrohres 20 ist die Strömungsgeschwindigkeit des in die Endkappe 40 einströmenden Abgases hoch. In diesem Beispiel umfasst die Strömungsverteilungsplatte 34 eine asymmetrische Krümmung mit einem hervorstehenden Abschnitt, der die Abgasströmung behindert. Der hervorstehende Abschnitt erhöht den Strömungswiderstand zwischen der Wand der Endkappe 40 und dem hervorstehenden Abschnitt und das Abgas mit höherer Geschwindigkeit wählt beim Eintritt in die Endkappe 40 den Weg direkt nach rechts. Der hervorstehende Abschnitt führt zu einem größeren Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass 32. Dadurch wird eine geringere Masseströmung und eine geringere Geschwindigkeit durch die Perforationen 38 des hervorstehenden Abschnitts erreicht und passiert eine erhöhte Masseströmung die Perforationen 38, wobei der Abstand zu dem Einlass 32 kleiner ist. 3d zeigt die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 mit einer Strömungsverteilungsplatte 34 gemäß 3c. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in 3c nach links hin am höchsten, was in 3d mit einem schwarzen Bereich dargestellt ist. Die Strömungsgeschwindigkeit nimmt näher an der Öffnung des Abgasrohres 20 ab, was mit den beiden gemusterten Bereichen gezeigt ist. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 wirkt sich somit auf den Strömungswiderstand aus und führt dadurch zu einer gleichmäßigeren Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 im Vergleich zu der flachen Strömungsverteilungsplatte 34' in 3a. Die Leistung und die Effizienz der Abgasreinigungseinheit 30 werden dadurch verbessert.
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4a und 4b zeigen schematisch zwei Beispiele von Strömungsverteilungsplatten 34 in einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß der Erfindung mit unterschiedlichen Krümmungstypen. Die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist geeigneterweise wie in 2 beschrieben ausgelegt und ist in den beiden 4a und 4b so ausgelegt, dass eine ungleichmäßige Strömung über die Strömungsverteilungsplatte 34 erlangt wird. Das Abgasrohr 20 ist so angeordnet, dass das einströmende Abgas mit einem Winkel zu der Ebene des Einlasses 32 zu der Abgasreinigungseinheit 30 geleitet wird. Der Winkel kann zwischen 0-80 Grad betragen. In diesem Beispiel beträgt der Winkel etwa 50 Grad. Die Einströmung von Abgas ist durch Pfeile dargestellt.
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4a zeigt eine Strömungsverteilungsplatte 34 mit einer asymmetrischen Krümmung. Die Krümmung umfasst einen Abschnitt, der von dem Einlass 32 hervorsteht, mit einem maximalen Punkt in der Nähe der Stelle, wo das Abgasrohr 20 in die Endkappe 40 mündet. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 führt somit dazu, dass der Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass 32 der Abgasreinigungseinheit 30 vergrößert wird, wenn das Abgas in die Endkappe eintritt. Dadurch wird der Strömungswiderstand beeinflusst und eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 erreicht.
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4b zeigt eine Strömungsverteilungsplatte 34 mit einer asymmetrischen Krümmung, die einen ersten Abschnitt, der von dem Einlass 32 weg hervorsteht, und einen zweiten Abschnitt, der zu dem Einlass 32 hin hervorsteht, umfasst. Die Krümmung umfasst somit in Bezug auf den Einlass 32 einen im Wesentlichen konvexen Abschnitt und einen im Wesentlichen konkaven Abschnitt. Die Strömungsverteilungsplatte 34 umfasst somit einen Abschnitt, der zu einem größeren Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass 32 führt, und einen Abschnitt, der zu einem kleineren Abstand zwischen der Strömungsverteilungsplattenoberfläche und dem Einlass 32 führt. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand beeinflusst und eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung über den Einlass 32 erreicht.
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5 zeigt schematisch eine Strömungsverteilungsplatte 34 in einer Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Motorabgasnachbehandlungsvorrichtung 10 ist mit einem Abgasrohr 20 ausgelegt, das im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene des Einlasses 32 in die Abgasreinigungseinheit 30 angeordnet ist. Die Strömungsverteilungsplatte 34 ist in Bezug auf den Einlass 32 gekrümmt. Die Krümmung ist in Bezug auf den Einlass 32 im Wesentlichen konvex. Das Geschwindigkeitsprofil der in die Endkappe 40 einströmenden Abgasströmung ist so, dass die Geschwindigkeit in der Mitte der Strömung höher und an den Seiten niedriger ist. Die Krümmung der Strömungsverteilungsplatte 34 bewirkt somit, dass das Abgas mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit zu den Seiten der Endkappe 40 hin strömt, wodurch eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeitsverteilung des Einlasses 32 erreicht wird.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die beschriebenen Varianten beschränken. Viele Modifikationen und Variationen werden dem Fachmann ersichtlich sein. Die Ausführungsformen wurden so gewählt und beschrieben, dass sie die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen bestmöglich erklären und es dem Fachmann so ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen und mit den verschiedenen für die vorgesehene Verwendung geeigneten Modifikationen zu verstehen.
