DE112018006328T5

DE112018006328T5 - Reduktionsmittelzufuhrsysteme und Verfahren

Info

Publication number: DE112018006328T5
Application number: DE112018006328.3T
Authority: DE
Inventors: Taren DeHart; Vaibhav J. Lawand; Stephen M. Holl; Paul Douglas Free; Nassim Khaled; Colin L. NORRIS
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-08-20
Also published as: US11156144B2; US20190178130A1; US20200123952A1; WO2019118232A1; US10544721B2

Abstract

Ein Dosiermodul schließt einen Einlasskrümmer, einen Auslasskrümmer, eine erste Abzweigung und eine zweite Abzweigung ein. Der Einlasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise Reduktionsmittel von einer Pumpe aufzunehmen. Der Auslasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise das Reduktionsmittel einer Düse bereitzustellen. Die erste Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die erste Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Die erste Abzweigung schließt einen ersten Durchflussbegrenzer ein, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird. Die zweite Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die zweite Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer separat von der ersten Abzweigung bereitzustellen. Die zweite Abzweigung schließt einen zweiten Durchflussbegrenzer ein, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die Anwendung beansprucht Priorität der U.S.-Patentanmeldung Nr. 15/838.019 , eingereicht am 11. Dezember 2017, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein das Gebiet von Nachbehandlungssystemen für Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Bei Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, können Stickoxid-Verbindungen (NO_x-Verbindungen) im Abgas abgegeben werden. Zum Reduzieren von NO_x-Emissionen kann ein selektiver katalytischer Reduktionsprozess (Selective Catalytic Reduction, SCR) eingesetzt werden, um die NO_x-Verbindungen mit Hilfe eines Katalysators und eines flüssigen Reduktionsmittels in neutrale Verbindungen wie zweiatomigen Stickstoff, Wasser oder Kohlendioxid umzuwandeln. Der Katalysator kann in einer Katalysatorkammer eines Abgassystems, wie beispielsweise dem eines Fahrzeugs oder einer Energieerzeugungseinheit, eingeschlossen sein. Ein flüssiges Reduktionsmittel wie wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak, Dieselabgasfluid (DEF) oder wässriger Harnstoff wird üblicherweise vor der Katalysatorkammer in den Abgasfluss eingeführt.
Um das flüssige Reduktionsmittel in den Abgasstrom für den SCR-Prozess einzuführen, kann ein SCR-System das flüssige Reduktionsmittel durch ein Dosiermodul dosieren oder auf andere Weise einführen, wobei das Dosiermodul das flüssige Reduktionsmittel in ein der Katalysatorkammer vorgelagertes Abgasrohr des Abgassystems verdampft oder sprüht. Eine Menge des flüssigen Reduktionsmittels, die in das Abgasrohr gesprüht wird, wird durch Steuerung eines Ventils oder einer Pumpe, die das flüssige Reduktionsmittel dem Ventil bereitstellt, dosiert.
Bei einigen Anwendungen wird dem Ventil das flüssige Reduktionsmittel von der Pumpe bei einem festen oder variablen Druck bereitgestellt. Bei diesen Anwendungen kann die Menge an flüssigem Reduktionsmittel, die in das Abgasrohr gesprüht wird, durch Änderung der Ventilposition variiert werden. In anderen Anwendungen wird eine feste Verdrängerpumpe durch Variieren einer Anzahl von Pumpenhüben gesteuert, um die Menge an flüssigem Reduktionsmittel, die ohne den Einsatz eines Ventils in das Abgasrohr gesprüht wird, direkt zu dosieren. Keiner dieser Ansätze bietet jedoch mehrere Flusspfade, von denen jeder ein einzeln steuerbares Ventil und eine Öffnung aufweist, die das Reduktionsmittel mit einer Zieldurchflussrate an einen gemeinsamen Auslass bereitstellt, so dass durch die Steuerung der Ventile eine angepasste Durchflussrate erreicht werden kann. Daher bietet keiner dieser Ansätze die Steuerung eines Turndown-Verhältnisses (z. B. Verhältnis von maximaler Durchflussrate zu minimaler Durchflussrate usw.) durch Hinzufügen und Entfernen von Flusspfaden, Öffnungen oder Ventilen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform schließt ein Dosiermodul einen Einlasskrümmer, einen Auslasskrümmer, eine erste Abzweigung und eine zweite Abzweigung ein. Der Einlasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise Reduktionsmittel von einer Pumpe aufzunehmen. Der Auslasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise das Reduktionsmittel einer Düse bereitzustellen. Die erste Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die erste Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Die erste Abzweigung schließt einen ersten Durchflussbegrenzer ein, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird. Die zweite Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die zweite Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer separat von der ersten Abzweigung bereitzustellen. Die zweite Abzweigung schließt einen zweiten Durchflussbegrenzer ein, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Reduktionsmittelzufuhrsystem einen Tank, eine Düse, eine erste Pumpe, einen Einlasskrümmer, einen Auslasskrümmer und eine erste Abzweigung ein. Der Tank ist konfiguriert, um Reduktionsmittel zu enthalten. Die Düse ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel wahlweise in eine Abgasleitung bereitzustellen. Die erste Pumpe ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel wahlweise aus dem Tank abzuziehen. Der Einlasskrümmer ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel wahlweise von der ersten Pumpe aufzunehmen. Der Auslasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise das Reduktionsmittel der Düse bereitzustellen. Die erste Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die erste Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Die erste Abzweigung schließt ein erstes Ventil und einen ersten Durchflussbegrenzer ein. Das erste Ventil kann zwischen einer offenen Position, in der das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer durch die erste Abzweigung bereitgestellt wird, und einer geschlossenen Position, in der das Reduktionsmittel nicht aus dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer durch die erste Abzweigung bereitgestellt wird, betrieben werden. Der erste Durchflussbegrenzer ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, während das Reduktionsmittel durch die erste Abzweigung dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird.
In einer noch anderen Ausführungsform schließt ein kombinierter Krümmer einen Einlasskrümmer, einen Auslasskrümmer, eine erste Abzweigung und eine zweite Abzweigung ein. Der Einlasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise Reduktionsmittel von einer Pumpe aufzunehmen. Der Auslasskrümmer ist konfiguriert, um wahlweise das Reduktionsmittel einer Düse bereitzustellen. Die erste Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt. Die erste Abzweigung ist konfiguriert, um wahlweise dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer bereitzustellen. Die erste Abzweigung schließt einen ersten Durchflussbegrenzer ein, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird. Die zweite Abzweigung ist mit dem Einlasskrümmer gekoppelt. Die zweite Abzweigung ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel aus einem Tank aufzunehmen und das Reduktionsmittel wahlweise dem Einlasskrümmer bereitzustellen, so dass das Reduktionsmittel der Pumpe über den Einlasskrümmer bereitgestellt wird. Der Einlasskrümmer, der Auslasskrümmer, die erste Abzweigung und die zweite Abzweigung sind strukturell integriert.
Figurenliste
Die Details einer oder mehrerer Implementierungen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden anhand der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich, für die gilt:

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Nachbehandlungssystems, das ein beispielhaftes Reduktionsmittelzufuhrsystem für ein Abgassystem umfasst;
2 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Reduktionsmittelzufuhrsystems für ein Nachbehandlungssystem, wie das in 1 dargestellte Nachbehandlungssystem;
3 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Krümmers für ein Dosiermodul für ein Reduktionsmittelzufuhrsystem für ein Nachbehandlungssystem, wie das in 2 dargestellte Reduktionsmittelzufuhrsystem;
4 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Reduktionsmittelzufuhrsystems für ein Nachbehandlungssystem, wie das in 1 dargestellte Nachbehandlungssystem, wobei der in 3 dargestellte Krümmer genutzt wird;
5 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Steuerung für ein Reduktionsmittelzufuhrsystem für ein Nachbehandlungssystem, wie das in 2 dargestellte Reduktionsmittelzufuhrsystem;
6 ist ein Flussdiagramm für einen beispielhaften Prozess zur Ausführung eines Dosierbefehls durch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem für ein Nachbehandlungssystem, wie das in 2 dargestellte Reduktionsmittelzufuhrsystem; und
7 ist ein Diagramm, das verschiedene Kurven von Durchfluss und Druckdifferenz für verschiedene Konfigurationen einer Pumpe darstellt.

Es ist anzumerken, dass es sich bei manchen oder allen der Figuren um schematische Darstellungen zu Zwecken der Veranschaulichung handelt. Die Figuren werden zum Zweck der Veranschaulichung einer oder mehrerer Implementierungen mit dem expliziten Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht verwendet werden, um den Schutzumfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es folgen detailliertere Beschreibungen von Implementierungen von Verfahren, Geräten und Systemen zur Reduktionsmittelzufuhr in einem Nachbehandlungssystem und verschiedener Konzepte, die sich darauf beziehen. Die verschiedenen, vorstehend vorgestellten und nachstehend ausführlich beschriebenen Konzepte können auf eine von zahlreichen Weisen implementiert werden, da die beschriebenen Konzepte nicht auf eine bestimmte Art und Weise der Implementierung beschränkt sind. Beispiele für spezielle Implementierungen und Anwendungen werden hauptsächlich zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt.
ÜBERSICHT
Verbrennungsmotoren (z. B. Dieselverbrennungsmotoren usw.) erzeugen Abgase, die häufig in einem Nachbehandlungssystem behandelt werden. Die Behandlung schließt häufig das Behandeln (z. B. dosiertes Versetzen usw.) der Abgase mit einem Reduktionsmittel ein. Das dosierte Versetzen der Abgase erfolgt üblicherweise durch Versehen der Abgase mit unter Druck stehendem Reduktionsmittel. Dieses Reduktionsmittel wird üblicherweise durch einen pulsierenden Mechanismus dosiert, der grundsätzlich einen inkonsistenten Durchfluss bereitstellt (z. B. durch die Verwendung eines variablen Ventils und einer festen Verdrängerpumpe usw.). Um diesen inkonsistenten Durchfluss zu mildern, können Nachbehandlungssysteme mit Akkumulatoren oder Druckreglern eingesetzt werden, so dass das Nachbehandlungssystem für eine spezifische Anwendung maßgeschneidert ist. Zusätzlich kann dieser inkonsistente Durchfluss eine übermäßige Abscheidung des Reduktionsmittels (z. B. durch Kristallisation usw.) in Düsen oder Lanzen verursachen, wodurch die Düsen oder Lanzen unerwünscht werden.
Die hierin beschriebenen Implementierungen beziehen sich auf ein Reduktionsmittelzufuhrsystem, das ein Dosiermodul mit einer Vielzahl von Abzweigungen verwendet, wobei jede der Abzweigungen ein unabhängig steuerbares Ventil und einen Durchflussbegrenzer einschließt, so dass das Ventil den Durchfluss des Reduktionsmittels durch den Durchflussbegrenzer steuert. Durch die Steuerung der einzelnen Ventile kann einer Abgasleitung eine (z. B. kundenspezifische usw.) Durchflussrate des Reduktionsmittels vom Dosiermodul bereitgestellt werden. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem ist in der Lage, einen reibungslosen, kontinuierlichen Durchfluss ohne den Einsatz von Akkumulatoren oder Druckreglern zu erreichen, und der Druck innerhalb des Dosiermoduls schwankt nicht bei Änderungen des Düsen- oder Injektorverhaltens. Zusätzlich zur Steuerung der Ventile, die eine relativ ungenaue Steuerung der Durchflussrate des Reduktionsmittels, das der Abgasleitung bereitgestellt wird, bereitstellen, kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem eine Drehzahl der Pumpe steuern oder einen Umgehungsmechanismus verwenden, um eine relativ genaue Steuerung der Durchflussrate des Reduktionsmittels, das der Abgasleitung bereitgestellt wird, bereitzustellen.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem ist in der Lage, das Dosiermodul individuell anzufertigen, um die Wirkungen von Druckverlusten zu mindern, die beispielsweise von der Kopfhöhe und Leitungslänge stammen. Zusätzlich ist das Reduktionsmittelzufuhrsystem in der Lage, für verschiedene Nachbehandlungssysteme individuell angefertigt zu werden, beispielsweise durch den Austausch von Durchflussbegrenzern oder Pumpen und/oder durch den Einbau von mehr oder weniger Abzweigungen. Auf diese Weise ist das Reduktionsmittelzufuhrsystem aus Sicht der Herstellung des Nachbehandlungssystems vorteilhaft, weil das Reduktionsmittelzufuhrsystem die Anpassung an viele verschiedene Konfigurationen des Nachbehandlungssystems mit relativ einfachen Änderungen des Reduktionsmittelzufuhrsystems ermöglicht, im Gegensatz zur Verwendung verschiedener Reduktionsmittelzufuhrsysteme mit unterschiedlichen Nachbehandlungssystemen, was kostenintensiv und ineffizient ist.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem verwendet einen Regelungsprozess, der eine Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels, das der Abgasleitung bereitgestellt wird, mit einer gemessenen Durchflussrate des Reduktionsmittels vergleicht, das der Abgasleitung bereitgestellt wird. Im Gegensatz zu diesem Regelungsprozess verwenden viele Dosierer Steuerungsprozesse. Diesen Steuerungsprozessen fehlt die Fähigkeit, Über- oder Unterdosierung zu korrigieren. Diese Dosierer beheben diesen Mangel, indem sie ständig überschüssiges Reduktionsmittel bereitstellen. Dies führt jedoch zu einem unnötigen Reduktionsmittelverbrauch, was diese Dosierer mit Steuerung unerwünscht macht.
ÜBERBLICK ÜBER DAS NACHBEHANDLUNGSSYSTEM
1 stellt ein Nachbehandlungssystem 100 dar, das ein beispielhaftes Reduktionsmittelzufuhrsystem 110 für ein Abgassystem 190 aufweist. Das Abgassystem 190 nimmt Abgase von einem Verbrennungsmotor (z. B. einem Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von achtunddreißig Litern, einem Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von einhundertzwanzig Litern usw.) auf. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt einen Partikelfilter (z. B. einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102), das Reduktionsmittelzufuhrsystem 110, eine Zersetzungskammer 104 (z. B. Reaktor usw.), einen SCR-Katalysator 106 und einen Sensor 150 ein.
Der DPF 102 ist dazu konfiguriert, Feinstaub, beispielsweise Ruß, aus in dem Abgassystem 190 strömendem Abgas zu entfernen. Der DPF 102 schließt einen Einlass ein, durch den das Abgas eintritt, und einen Auslass, durch den das Abgas austritt, nachdem Feinstaub im Wesentlichen aus dem Abgas gefiltert wurde und/oder Feinstaub in Kohlendioxid umgewandelt wurde. Bei einigen Implementierungen kann der DPF 102 weggelassen werden.
Die Zersetzungskammer 104 ist dafür eingerichtet, ein Reduktionsmittel wie Harnstoff oder Dieselabgasfluid (DEF) in Ammoniak zu verwandeln. Die Zersetzungskammer 104 umfasst ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 110 mit einem Dosiermodul 112 (z. B. Dosierer usw.), das zum Dosieren des Reduktionsmittels in die Zersetzungskammer 104 konfiguriert ist. In einigen Implementierungen wird das Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator 106 vorgelagert eingespritzt. Die Reduktionsmitteltröpfchen durchlaufen dann die Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak innerhalb des Abgassystems 190 zu bilden. Die Zersetzungskammer 104 schließt einen Einlass, der in Fluidverbindung mit dem DPF 102 steht, um das Abgas aufzunehmen, das NO_x-Emissionen enthält, sowie einen Auslass, durch den Abgas, NO_x-Emissionen, Ammoniak und/oder Reduktionsmittel zum SCR-Katalysator 106 strömen, ein.
Die Zersetzungskammer 104 schließt das an der Zersetzungskammer 104 angebrachte Dosiermodul 112 ein, sodass das Dosiermodul 112 das Reduktionsmittel in die Abgase dosieren kann, die in das Abgassystem 190 strömen. Das Dosiermodul 112 kann einen Isolator 114 einschließen, der zwischen einem Abschnitt des Dosiermoduls 112 und dem Abschnitt der Zersetzungskammer 104 angeordnet ist, an dem das Dosiermodul 112 montiert ist. Das Dosiermodul 112 ist fluidisch mit einer oder mehreren Reduktionsmittelquellen 116 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann eine Pumpe 118 verwendet werden, um Druck auf das Reduktionsmittel aus den Reduktionsmittelquellen 116 für die Zufuhr zum Dosiermodul 112 auszuüben.
Das Dosiermodul 112 ist auch fluidisch mit einer oder mehreren Luftquellen 115 gekoppelt. Die Luftquellen 115 können zum Beispiel eine Lufteinlass- oder Luftspeichervorrichtung (z. B. ein Tank usw.) sein. Eine Pumpe 117 (z. B. eine Saugpumpe usw.) wird verwendet, um die Luft aus den Luftquellen 115 zur Abgabe an das Dosiermodul 112 (z. B. über Druckleitungen usw.) unter Druck zu setzen. Das Dosiermodul 112 mischt die Luft aus den Luftquellen 115 und das Reduktionsmittel aus den Reduktionsmittelquellen 116 und leitet das Luft-Reduktionsmittel-Gemisch über eine statische Dosierlanzenbaugruppe 119 in die Zersetzungskammer 104. Die statische Dosierlanzenbaugruppe 119 kann so konfiguriert sein, dass sie das Luft-Reduktionsmittel-Gemisch in einer gewünschten Bahn oder einem Dispersionsmuster in der Zersetzungskammer 104 verteilt. Die statische Dosierlanzenbaugruppe 119 kann eine einzelne Dosierlanze oder eine Vielzahl von Dosierlanzen enthalten, so dass das Dosiermodul 112 für eine Zielanwendung maßgeschneidert werden kann.
Das Dosiermodul 112, die Pumpe 117 und die Pumpe 118 sind ebenfalls elektrisch oder kommunikativ mit einer Steuerung 120 gekoppelt. Die Steuerung 120 ist konfiguriert, um das Dosiermodul 112 zu steuern, um das Luft-Reduktionsmittelgemisch in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Die Steuerung 120 kann auch zum Steuern der Pumpe 117 und/oder der Pumpe 118 konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die Steuerung 120 die Pumpe 117 und die Pumpe 118 steuern, um ein Zielgemisch aus Luft und Reduktionsmittel zu erhalten, die der Zersetzungskammer 104 über die statische Dosierlanzenbaugruppe 119 bereitgestellt wird.
Die Steuerung 120 kann einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (Field-Programmable Gate Array, FPGA) usw. oder Kombinationen davon einschließen. Die Steuerung 120 kann einen Speicher einschließen, der unter anderem eine elektronische, optische, magnetische oder eine andere Datenspeicher- oder Übermittlungsvorrichtung einschließt, die in der Lage ist, einem Prozessor, einer ASIC, einer FPGA usw. Programmanweisungen bereitzustellen. Der Speicher kann einen Speicherchip, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read only memory, EPROM), einen Flash-Speicher oder einen anderen geeigneten Speicher einschließen, aus dem die Steuerung 120 Anweisungen lesen kann. Die Anweisungen können einen Code aus einer beliebigen geeigneten Programmiersprache einschließen.
Der SCR-Katalysator 106 ist konfiguriert, um zur Verringerung von NO_x-Emissionen beizutragen, indem ein NO_x-Reduktionsprozess zwischen dem Ammoniak und dem NO_x des Abgases in zweiatomigen Stickstoff, Wasser und/oder Kohlendioxid beschleunigt wird. Der SCR-Katalysator 106 schließt einen Einlass in Fluidverbindung mit der Zersetzungskammer 104 ein, woraus Abgas und Reduktionsmittel aufgenommen wird, sowie einen Auslass in Fluidverbindung mit einem Ende des Abgassystems 190.
Das Abgassystem 190 kann ferner einen Oxidationskatalysator (z. B. einen Dieseloxidationskatalysator (DOC)) in Fluidverbindung mit dem Abgassystem 190 einschließen (z. B. dem SCR-Katalysator 106 nachgeschaltet oder dem DPF 102 vorgeschaltet), um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas zu oxidieren.
Bei manchen Implementierungen kann der DPF 102 der Zersetzungskammer 104 nachgeschaltet sein. Zum Beispiel können der DPF 102 und der SCR-Katalysator 106 in einer einzigen Einheit kombiniert sein. In einigen Implementierungen kann das Dosiermodul 112 stattdessen einem Turbolader nachgelagert oder einem Turbolader vorgelagert positioniert sein.
Der Sensor 150 kann mit dem Abgassystem 190 gekoppelt sein, um einen Zustand des Abgases, das durch das Abgassystem 190 strömt, zu erkennen. Bei einigen Implementierungen kann der Sensor 150 einen Abschnitt aufweisen, der im Abgassystem 190 angeordnet ist; zum Beispiel kann sich eine Spitze des Sensors 150 in einen Abschnitt des Abgassystems 190 erstrecken. Bei anderen Implementierungen kann der Sensor 150 Abgas durch eine andere Leitung empfangen, wie beispielsweise durch ein oder mehrere Probenrohre, die sich aus dem Abgassystem 190 erstrecken. Während der Sensor 150 so dargestellt ist, dass er dem SCR-Katalysator 106 nachgelagert positioniert ist, versteht es sich, dass der Sensor 150 an jeder anderen Position des Abgassystems 190 - einschließlich dem DPF 102 vorgelagert, innerhalb des DPF 102, zwischen dem DPF 102 und der Zersetzungskammer 104, innerhalb der Zersetzungskammer 104, zwischen der Zersetzungskammer 104 und dem SCR-Katalysator 106, innerhalb des SCR-Katalysators 106 oder dem SCR-Katalysator 106 nachgelagert, positioniert sein kann. Zusätzlich können zwei oder mehr Sensoren 150 verwendet werden, um einen Zustand des Abgases zu erkennen, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs Sensoren 150, wobei sich jeder Sensor 150 an einer der vorher erwähnten Positionen des Abgassystems 190 befindet.
BEISPIEL DES REDUKTIONSMITTELZUFUHRSYSTEMS
2 veranschaulicht ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 200, wie das in 1 dargestellte Reduktionsmittelzufuhrsystem 110, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Wie hierin ausführlicher beschrieben wird, führt das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 eine Reduktionsmittel- und Luftdosierung durch und stellt einer Düse oder Lanze, wie der statischen Dosierlanzenbaugruppe 119, ein Reduktionsmittel-Luft-Gemisch bereit. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt elektronische Steuerungen ein, die separat eine Anzahl von Ventilen steuern, die jeweils unabhängig voneinander das Reduktionsmittel dosieren, so dass eine Zielmenge (z. B. eine Zieldurchflussrate, ein Zieldruck usw.) des Reduktionsmittels durch das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 bereitgestellt werden kann. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 kann in einer kontinuierlichen Dosieranwendung verwendet werden, bei der ein unterbrochener Durchfluss des Reduktionsmittels zu einer Abgasleitung nicht vorteilhaft ist. Bei diesen Anwendungen können zusätzliche Zerstäubungsmechanismen (z. B. Luftzerstäubungsmechanismen, thermische Zerstäubungsmechanismen, mechanische Zerstäubungsmechanismen usw.) eingesetzt werden (z. B. innerhalb einer Abgasleitung usw.).
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt einen Tank 202 (z. B. Reservetank, Haupttank usw.), der das Reduktionsmittel lagert, und eine Pumpe 204 (z. B. Reservepumpe, Hauptpumpe usw.) ein. Die Pumpe 204 ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel aus dem Tank 202 abzuziehen und eine Zielmenge des Reduktionsmittels bereitzustellen. Die Pumpe 204 kommuniziert elektronisch mit einer Steuerung 206 und wird von dieser gesteuert, wie durch die Strichpunktlinien in 2 dargestellt. Die Steuerung 206 kann zum Beispiel die Drehzahl eines Flügelrades der Pumpe 204 steuern.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch einen Tagestank 208 (z. B. kritischer Tank usw.), der das Reduktionsmittel von der Pumpe 204 aufnimmt, einen Filter 210 (z. B. Reduktionsmittelfilter, Partikelfilter, Siebfilter, Netzfilter usw.), der das Reduktionsmittel aus dem Tagestank 208 aufnimmt und das Reduktionsmittel filtert, und eine Pumpe 212 (z. B. Tagespumpe, kritische Pumpe usw.) ein. Die Pumpe 212 ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel aus dem Tagestank 208 durch den Filter 210 zu ziehen und eine Zielmenge des Reduktionsmittels aus der Pumpe 212 bereitzustellen. Die Pumpe 212 kommuniziert elektronisch mit der Steuerung 206 und wird von dieser gesteuert. Die Steuerung 206 kann zum Beispiel die Drehzahl eines Flügelrades der Pumpe 212 steuern. Die Pumpe 212 ist eine Pumpe mit variabler Drehzahl oder drucklosem Durchfluss. In einer beispielhaften Ausführungsform schließt das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 keine Akkumulatoren oder Druckregler ein, und ist somit in der Lage, einen kontinuierlichen Durchfluss mit einem Leitungsdruck zu erreichen, der nicht aufgrund des Injektorverhaltens schwankt.
Der Tagestank 208 und die Pumpe 212 sind konfiguriert, um das Reduktionsmittel für das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 ohne die Verwendung der Pumpe 204 und des Tanks 202 bereitzustellen. Beispielsweise kann der Tagestank 208 das Reduktionsmittel aus dem Tank 202 aufnehmen, so dass der Tagestank 208 mit dem Reduktionsmittel gefüllt wird, und das Reduktionsmittel kann anschließend oder gleichzeitig der Pumpe 212 bereitgestellt werden. Die Pumpe 212 darf erst dann für das Abziehen des Reduktionsmittels aus dem Tagestank 208 konfiguriert werden, wenn der Tagestank 208 eine Schwellenmenge (z. B. eine Mindestmenge usw.) des Reduktionsmittels enthält. Der Tagestank 208 und die Pumpe 212 können funktionieren, um eine Menge (z. B. fünfundsiebzig Liter, fünfhundert Liter, eintausend Liter, zweitausend Liter usw.) des Reduktionsmittels für den Fall zu lagern, dass das Reduktionsmittel nicht mehr aus dem Tank 202 bereitgestellt werden kann (z. B. wenn die Pumpe 204 nicht mehr funktionsfähig ist usw.). Auf diese Weise können der Tagestank 208 und die Pumpe 212 bei einsatzkritischen Anwendungen (z. B. Notstromdieselgeneratoren, Zweistoffkessel usw.) vorteilhaft sein.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch ein Dosiermodul 214 ein, wie das in 1 dargestellte Dosiermodul 112. Das Dosiermodul 214 schließt einen Einlasskrümmer 216 ein, der das Reduktionsmittel von der Pumpe 212 aufnimmt. Der Einlasskrümmer 216 ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel (z. B. gleichmäßig, ausgeglichen usw.) auf eine Vielzahl von Abzweigungen (z. B. Flusspfade usw.) zu verteilen. In 2 ist das Dosiermodul 214 so dargestellt, dass es eine erste Abzweigung 218, eine zweite Abzweigung 220 und eine dritte Abzweigung 222 einschließt. Die erste Abzweigung 218, die zweite Abzweigung 220 und die dritte Abzweigung 222 schließen jeweils ein Ventil 224 (z. B. elektronisch steuerbares Ventil, Magnetventil, elektronisches Kugelventil usw.), welches das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer 216 aufnimmt, und einen Durchflussbegrenzer 226 (z. B. Düse usw.) ein, der wahlweise das Reduktionsmittel vom Ventil 224 aufnimmt und das Reduktionsmittel einem Auslasskrümmer 228 bereitstellt. Jedes der Ventile 224 kann unabhängig von den anderen Ventilen 224 zwischen einer ersten Position (z. B. einer offenen Position usw.) und einer zweiten Position (z. B. einer geschlossenen Position usw.) betrieben werden (z. B. konfiguriert, um sich zwischen diesen zu drehen usw.). Es versteht sich, dass das Dosiermodul 214 zwei, vier, sechs oder mehr Abzweigungen ähnlich der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 einschließen kann. Auf diese Weise kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 flexibel für einen relativ einfachen Einbau in eine Vielzahl von Nachbehandlungssystemen durch einfaches Hinzufügen oder Entfernen von Abzweigungen und/oder durch Änderung der Konfiguration der Ventile 224 und/oder der Durchflussbegrenzer 226 eingesetzt werden.
Durch den Anschluss an jede der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 reduzieren der Einlasskrümmer 216 und der Auslasskrümmer 228 die Komplexität der Rohrleitungen und die Kosten, die mit dem Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 verbunden sind, und tragen dazu bei, die Reaktionsfähigkeit des Dosiermoduls 214 zu optimieren. Obwohl nicht dargestellt, kann das Dosiermodul 214 ein Spülventil (z. B. Abblasventil, Ablassventil usw.) einschließen, das einen Überdruck im Einlasskrümmer 216 verhindert und/oder beim Ablassen des Dosiermoduls 214 hilft (z. B. zur Wartung des Dosiermoduls 214).
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch eine Düse 230 ein, die das Reduktionsmittel aus dem Auslasskrümmer 228 aufnimmt. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch ein Luftzufuhrsystem 232 ein, das eine Luftpumpe 234, eine Luftversorgung 235 (z. B. Lufteinlass, Lufttank usw.) und ein Ventil 236 einschließt, das Luft von der Luftversorgung 235 empfängt. Zusätzlich zur Aufnahme des Reduktionsmittels aus dem Auslasskrümmer 228 nimmt die Düse 230 auch separat die Luft aus dem Ventil 236 auf. Das Ventil 236 kommuniziert elektronisch mit der Steuerung 206, so dass die Steuerung 206 das Ventil 236 so steuern kann, dass es der Düse 230 eine Zielmenge der Luft bereitstellt. Die Düse 230 ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel aus dem Auslasskrümmer 228 und die Luft aus dem Ventil 236 zu einem Reduktionsmittel-Luft-Gemisch zu kombinieren und das Reduktionsmittel-Luft-Gemisch einer Abgasleitung 238, wie der in 1 dargestellten Zersetzungskammer 104, bereitzustellen.
Jedes der Ventile 224 kommuniziert elektronisch mit der Steuerung 206 und kann von der Steuerung 206 einzeln angesteuert werden. Jedes der Ventile 224 steuert (z. B. moduliert usw.) individuell einen Durchfluss des Reduktionsmittels durch eine der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222. Durch die Steuerung der Ventile 224 ist die Steuerung 206 in der Lage zu steuern (z. B. modulieren, regeln usw.), wie viel Reduktionsmittel den einzelnen Durchflussbegrenzern 226 bereitgestellt wird. Jeder der Durchflussbegrenzer 226 hat eine Konfiguration (z. B. physikalische Struktur usw.), die dem Auslasskrümmer 228 auf der Grundlage eines Durchmessers einer Öffnung (z. B. Öffnung, Durchlass usw.), die im Durchflussbegrenzer 226 definiert ist, eine Zielmenge des Reduktionsmittels bereitstellt. Zum Beispiel kann die Öffnung mit dem Durchflussbegrenzer 226 einen Durchmesser von 0,33 Millimeter, 0,4 Millimeter, 0,65 Millimeter und andere ähnliche Durchmesser haben. Ferner kann der Durchflussbegrenzer 226 mehrere Öffnungen mit gleichen oder unterschiedlichen Durchmessern einschließen.

In einer beispielhaften Anwendung kann jeder der Durchflussbegrenzer 226 eine Öffnung mit einem anderen Durchmesser aufweisen und konfiguriert sein, um dem Auslasskrümmer 228 eine unterschiedliche Zielmenge des Reduktionsmittels bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Durchflussbegrenzer 226 der ersten Abzweigung 218 konfiguriert werden, um dem Auslasskrümmer 228 das Reduktionsmittel bei einer ersten Durchflussrate bereitzustellen; der Durchflussbegrenzer 226 der zweiten Abzweigung 220 kann konfiguriert werden, um dem Auslasskrümmer 228 das Reduktionsmittel mit einer zweiten Durchflussrate, die größer als die erste Durchflussrate ist, bereitzustellen; und der Durchflussbegrenzer 226 der dritten Abzweigung 222 kann konfiguriert werden, um dem Auslasskrümmer 228 das Reduktionsmittel mit einer dritten Durchflussrate, die größer als die zweite Durchflussrate ist, bereitzustellen. Dieses Beispiel ist in Tabelle 1 unten veranschaulicht. TABELLE 1: BEISPIEL FÜR VERSCHIEDENE DURCHFLUSSBEGRENZER 226.

Abzweigung innerhalb des Dosiermoduls 214	Relativer Öffnungsdurchmesser innerhalb des entsprechenden Durchflussbegrenzers 226	Relative Durchflussrate des Reduktionsmittels, die konfiguriert ist, um von den entsprechenden Durchflussbegrenzern 226 bereitgestellt zu werden
Erste Abzweigung 218	D₁	Q₁
Zweite Abzweigung 220	D₂; D₂>D₁	Q₂>Q₁
Dritte Abzweigung 222	D₃, D₃>D₂>D₁	Q₃>Q₂>Q₁

Durch Steuern der Ventile 224 und Kenntnis der Zielmengen des Reduktionsmittels, die von jedem der Durchflussbegrenzer 226 bereitgestellt werden, kann die Steuerung 206 eine Zielgesamtmenge des Reduktionsmittels erreichen, die dem Auslasskrümmer 228 und schließlich der Düse 230 bereitgestellt wird. Die Steuerung 206 verwendet die Ventile 224, um eine „grobe“ oder relativ unpräzise Steuerung über die Zielgesamtmenge des Reduktionsmittels zu erreichen, die der Düse 230 bereitgestellt wird. Die Steuerung 206 verwendet jedoch auch die Pumpe 212, um eine „feine“ oder relativ präzise Steuerung der Zielgesamtmenge des Reduktionsmittels zu erreichen, die der Düse 230 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann eine Drehzahl der Pumpe 212, die sich auf eine von der Pumpe 212 bereitgestellte Menge des Reduktionsmittels bezieht, durch die Steuerung 206 variiert werden (z. B. von eintausend Umdrehungen pro Minute (U/min) bis zu fünftausend U/min usw.), um eine Zielmenge des Reduktionsmittels für die erste Abzweigung 218, die zweite Abzweigung 220 und die dritte Abzweigung 222 bereitzustellen, innerhalb der die Ventile 224 gesteuert werden, um die Zielgesamtmenge des Reduktionsmittels, die der Düse 230 bereitgestellt wird, durch Kenntnis der Konfigurationen der Durchflussbegrenzer 226 durch die Steuerung 206 zu erreichen. Die Steuerung über die Zielgesamtmenge des Reduktionsmittels, das der Düse 230 bereitgestellt wird, kann reibungslos geändert werden, so dass das Reduktionsmittel, das der Düse 230 bereitgestellt wird, nicht wesentlich unterbrochen wird.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch mindestens einen Sensor 240 ein, der sowohl mit dem Einlasskrümmer 216 als auch mit dem Auslasskrümmer 228 kommunizieren kann. Der mindestens eine Sensor 240 ist konfiguriert, um eine Differenz in einem Parameter (z. B. Druck, Temperatur, Durchflussrate, Qualität usw.) zwischen dem Einlasskrümmer 216 und dem Auslasskrümmer 228 zu messen. Der mindestens eine Sensor 240 kann elektronisch mit der Steuerung 206 kommunizieren und ist konfiguriert, um der Steuerung 206 einen erfassten Parameter, der sich auf die Differenz des Parameters bezieht, bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform misst der mindestens eine Sensor 240 eine Differenz zwischen einem ersten Druck innerhalb des Einlasskrümmers 216 und einem zweiten Druck innerhalb des Auslasskrümmers 228 und stellt die Differenz der Steuerung 206 bereit. Die Steuerung 206 kann diese Differenz z. B. nutzen, um einen Durchfluss des Reduktionsmittels aus der Düse 230 zu bestimmen. Um dies zu bestimmen, kann die Steuerung 206 die Kenntnis des spezifischen Gewichts und der Temperatur des Reduktionsmittels (z. B. bestimmt durch einen an die Steuerung 206 gekoppelten Sensor, programmiert in die Steuerung 206 usw.) und die Kenntnis des Öffnungsdurchmessers jedes der Durchflussbegrenzer 226 (z. B. programmiert in die Steuerung 206 usw.) nutzen.
In einigen Anwendungen schließt der mindestens eine Sensor 240 einen ersten Sensor ein, der einen Parameter innerhalb des Einlasskrümmers 216 misst, und einen zweiten Sensor, der einen Parameter innerhalb des Auslasskrümmers 228 misst, und die beiden Sensoren stellen die gemessenen Parameter der Steuerung 206 bereit, die ihrerseits die Differenz zwischen ihnen berechnet. In einer Anwendung schließt der mindestens eine Sensor 240 einen ersten Sensor ein, der konfiguriert ist, um einen Parameter (z. B. Druck usw.) innerhalb des Einlasskrümmers 216 zu messen, und einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um einen anderen Parameter (z. B. Temperatur usw.) innerhalb des Auslasskrümmers 228 zu messen. Die Differenz kann eine Druckdifferenz zwischen dem Einlasskrümmer 216 und dem Auslasskrümmer 228 sein. Durch Steuern der Druckdifferenz mit Hilfe der Ventile 224 kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 die Unempfindlichkeit der Kopfhöhe und Leitungslänge berücksichtigen.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 schließt auch einen Sensor 242 ein, der mit einer Leitung zwischen dem Ventil 236 und der Düse 230 kommunizieren kann. Der Sensor 242 ist konfiguriert, um einen Parameter (z. B. Druck, Temperatur, Durchflussrate, Qualität usw.) zwischen dem Ventil 236 und der Düse 230 zu messen. Der Sensor 242 kann elektronisch mit der Steuerung 206 kommunizieren und ist konfiguriert, um der Steuerung 206 einen erfassten Parameter, der sich auf den Parameter bezieht, bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform misst der Sensor 242 einen Druck der Luft zwischen dem Ventil 236 und der Düse 230 und stellt den Druck der Steuerung 206 bereit.
3 veranschaulicht einen kombinierten Krümmer 300 für ein Reduktionsmittelzufuhrsystem, wie das in 2 dargestellte Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 und ein weiteres Reduktionsmittelzufuhrsystem 400, wie in 4 dargestellt. Der kombinierte Krümmer 300 schließt den Einlasskrümmer 216 ein, der das Reduktionsmittel durch einen Einlass 302 aufnimmt, der das Reduktionsmittel von der Pumpe 212 aufnimmt. Der kombinierte Krümmer 300 schließt auch die Ventile 224 in Fluidverbindung mit dem Einlasskrümmer 216 ein. Der kombinierte Krümmer 300 schließt die erste Abzweigung 218, die zweite Abzweigung 220, die dritte Abzweigung 222 und eine vierte Abzweigung 304 ein. Wie in 2 beschrieben, schließen die erste Abzweigung 218, die zweite Abzweigung 220, die dritte Abzweigung 222 und die vierte Abzweigung 304 jeweils einen Durchflussbegrenzer 226 ein. Der kombinierte Krümmer 300 schließt auch den Auslasskrümmer 228 ein, der wahlweise das Reduktionsmittel von jeder der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220, der dritten Abzweigung 222 und der vierten Abzweigung 304 aufnimmt.
Wie in 3 dargestellt, schließt der kombinierte Krümmer 300 auch einen Spülschenkel 306 ein, der an den Auslasskrümmer 228 gekoppelt ist, sowie ein Ventil 224, das an den Einlasskrümmer 216 gekoppelt ist. Der Spülschenkel 306 schließt den Durchflussbegrenzer 226 nicht ein. Der kombinierte Krümmer 300 schließt auch einen Auslass 308 ein, der das Reduktionsmittel aus dem Auslasskrümmer 228, einschließlich vom Spülschenkel 306, der Düse 230 bereitstellt, wie in 4 dargestellt. Das Ventil 224 des Spülschenkels 306 ist konfiguriert, um das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer 216 wahlweise zu spülen, indem das Reduktionsmittel durch das Ventil 224 dem Spülschenkel 306 und in die Auslasskrümmer 228 bereitgestellt wird.
Der kombinierte Krümmer 300 schließt ferner eine Ansaugabzweigung 310 ein, das an einen Ansaugeinlass 312 gekoppelt ist und ein Ventil 224 einschließt, das an den Einlasskrümmer 216 gekoppelt ist. Die Ansaugabzweigung 310 schließt den Durchflussbegrenzer 226 nicht ein. Der Ansaugeinlass 312 nimmt das Reduktionsmittel direkt aus dem Tagestank 208 über den Filter 210 auf. Das Ventil 224 der Ansaugabzweigung 310 ist konfiguriert, um gesteuert zu werden, um der Pumpe 212 über den Einlasskrümmer 216 wahlweise das Reduktionsmittel bereitzustellen. Auf diese Weise kann das Ventil 224 der Ansaugabzweigung 310 das Reduktionsmittel der Pumpe 212 bereitstellen, um die Pumpe 212 ansaugen zu lassen (z. B. um die Pumpe 212 mit dem Reduktionsmittel zu füllen, bevor die Pumpe 212 das Reduktionsmittel über den Stutzen 302 dem Einlasskrümmer 216 bereitstellt usw.).
Der kombinierte Krümmer 300 schließt auch einen ersten Sensoranschluss 314, der mit dem Einlasskrümmer 216 gekoppelt ist, und einen zweiten Sensoranschluss 316, der mit dem Auslasskrümmer 228 gekoppelt ist, ein. Der erste Sensoranschluss 314 und der zweite Sensoranschluss 316 sind konfiguriert, um mit mindestens einem der Sensoren 240 gekoppelt zu werden. Wie bereits erwähnt, kann mindestens der Sensor 240 auf einen ersten Sensor, der mit dem Einlasskrümmer 216 gekoppelt ist, und einen zweiten Sensor, der mit dem Auslasskrümmer 228 gekoppelt ist, verteilt werden. Bei diesen Anwendungen kann der erste Sensoranschluss 314 mit dem ersten Sensor und der zweite Sensoranschluss 316 mit dem zweiten Sensor gekoppelt werden.
Bei einigen Implementierungen schließt der kombinierte Krümmer 300 ferner einen Reduktionsmittelkanal 318 mit einem Einlass 320 und einem Auslass 322 ein. Der Einlass 320 nimmt das Reduktionsmittel aus dem Tagestank 208 über den Filter 210 auf. Der Auslass 322 stellt der Pumpe 212 das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittelkanal 318 bereit. Der Reduktionsmittelkanal 318 ist von der Ansaugabzweigung 310 getrennt. Der Reduktionsmittelkanal 318 schließt kein Ventil 224 ein und stellt somit der Pumpe 212 das Reduktionsmittel ständig bereit, so dass das Reduktionsmittel der Pumpe 212 jederzeit für die Bereitstellung an den Einlasskrümmer 216 bereitsteht. Die Ansaugabzweigung 310 ergänzt den Reduktionsmittelkanal 318, indem sie der Pumpe 212 zusätzliches Reduktionsmittel bereitstellt, damit die Pumpe 212 ansaugen kann.
Wie in 3 dargestellt, sind der Einlasskrümmer 216, der Auslasskrümmer 228, die erste Abzweigung 218, die zweite Abzweigung 220, die dritte Abzweigung 222, die vierte Abzweigung 304, der Spülschenkel 306, die Ansaugabzweigung 310 und der Reduktionsmittelkanal 318 strukturell in den kombinierten Krümmer 300 integriert. Um diesen integrierten Aufbau zu erreichen, kann der kombinierte Krümmer 300 zum Beispiel aus einem Knüppel bearbeitet oder aus einer Form gegossen werden.
4 veranschaulicht auch, dass die Ventile 224 der vierten Abzweigung 304, der Spülschenkel 306 und die Ansaugabzweigung 310 mit der Steuerung 206 kommunizieren können und von ihr gesteuert werden können, wie in Bezug auf die Ventile 224 der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 beschrieben.
5 veranschaulicht die Steuerung 206 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Steuerung 206 schließt eine Eingabe/Ausgabe (E/A-)-Schnittstelle 500 und eine Verarbeitungsschaltung 502 ein. Die E/A-Schnittstelle 500 ermöglicht die Wechselwirkung zwischen der Verarbeitungsschaltung 502 und der Pumpe 204, der Pumpe 212, den Ventilen 224, der Luftpumpe 234, dem Ventil 236, dem mindestens einen Sensor 240 und dem Sensor 242. Die Verarbeitungsschaltung 502 schließt einen Prozessor 504 und einen Speicher 506 ein. Der Speicher 506 kann, ist aber nicht darauf beschränkt, eine elektronische, optische, magnetische oder jede andere beliebige Speicher oder Übertragungsvorrichtung einschließen, die in der Lage ist, einen Prozessor 504 mit Programmanweisungen bereitzustellen. Der Speicher 506 kann einen Speicherchip, EEPROM, EPROM, Flash-Speicher oder anderen geeigneten Speicher einschließen, von dem das Modul Anweisungen lesen kann. Die Anweisungen können einen Code aus einer beliebigen geeigneten Programmiersprache einschließen.
Der Speicher 506 schließt eine Anzahl von Modulen ein (z. B. Mikroprozessoren, ASIC, FPGAs, usw.). Wie in 5 dargestellt, schließt der Speicher 506 ein erstes Pumpenmodul 508, ein zweites Pumpenmodul 510, ein erstes Abzweigmodul 512, ein zweites Abzweigmodul 514, ein drittes Abzweigmodul 516 und ein Sensormodul 518 ein. Das erste Pumpenmodul 508 ist konfiguriert, um die Wechselwirkungen zwischen der Steuerung 206 und der Pumpe 204 zu steuern. Das zweite Pumpenmodul 510 ist konfiguriert, um die Wechselwirkungen zwischen der Steuerung 206 und der Pumpe 212 zu steuern. Das erste Abzweigmodul 512 ist konfiguriert, um die Wechselwirkungen zwischen der Steuerung 206 und dem Ventil 224 der ersten Abzweigung 218 zu steuern. Das zweite Abzweigmodul 514 ist konfiguriert, um die Wechselwirkungen zwischen der Steuerung 206 und dem Ventil 224 der zweiten Abzweigung 220 zu steuern. Das dritte Abzweigmodul 516 ist konfiguriert, um die Wechselwirkungen zwischen der Steuerung 206 und dem Ventil 224 der dritten Abzweigung 222 zu steuern.
Obwohl nicht dargestellt, kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 auch einen Filter zwischen dem Tank 202 und der Pumpe 204 beinhalten. Obwohl nicht dargestellt, kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200 eine Umgehungsleitung beinhalten, die zwischen dem Tagestank 208 und der Pumpe 212 und zwischen dem Tagestank 208 und dem Filter 210 angeschlossen ist. Die Verwendung dieser Umgehungsleitung kann durch ein von der Steuerung 206 steuerbares Ventil gesteuert werden, um das Reduktionsmittel zur Umgehung des Tagestanks 208 zu veranlassen. Eine solche Umgehungsleitung kann bei Anwendungen mit hoher Nachfrage oder wenn der Tagestank 208 leer ist, vorteilhaft sein.
BEISPIELHAFTES STEUERUNGSSYSTEM FÜR DAS BEISPIELHAFTE REDUKTIONSMITTELZUFUHRSYSTEM
6 veranschaulicht einen Prozess 600 für die Ausführung eines Dosierbefehls durch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem, wie zum Beispiel das Reduktionsmittelzufuhrsystem 200. Der Prozess 600 dosiert das Reduktionsmittel, das der Abgasleitung 238 bereitgestellt wird. Der Prozess 600 ist ein Regelungsprozess, der einen Zielparameter (z. B. Durchflussrate usw.) des Reduktionsmittels, das der Abgasleitung bereitgestellt wird, mit einem gemessenen Parameter des Reduktionsmittels vergleicht, das der Abgasleitung 238 bereitgestellt wird. Im Gegensatz zu diesem Regelungsprozess verwenden viele Dosierer Steuerungsprozesse, die nicht in der Lage sind, Über- oder Unterdosierung zu korrigieren. Diese Dosierer mit Steuerung beheben diesen Mangel, indem sie ständig überschüssiges Reduktionsmittel bereitstellen, was unnötigen Reduktionsmittelverbrauch verursacht und diese Dosierer mit Steuerung unerwünscht macht.
Der Prozess 600 schließt in Block 602 die Aufnahme eines Dosierbefehls durch die Steuerung 206 (z. B. durch den Prozessor 504 usw.) ein. Zum Beispiel kann ein Dosierbefehl durch die Steuerung 206 von der Steuerung 120 des Nachbehandlungssystems 100 aufgenommen werden. Der Dosierbefehl kann z. B. eine Dosiermenge (z. B. ein Zielvolumen des Reduktionsmittels, eine Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels, einen Zieldruck des Reduktionsmittels usw.) einschließen, die für die Abgasleitung 238 bereitzustellen ist. Der Prozess 600 schließt ferner in Block 604 die Bestimmung einer Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels, die der Abgasleitung 238 bereitzustellen ist, durch die Steuerung 206 (z.B. durch den Prozessor 504 usw.) ein. Wenn der Dosierbefehl z. B. ein Zielvolumen des Reduktionsmittels einschließt, kann die Steuerung 206 das Zielvolumen des Reduktionsmittels mit einer Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels abgleichen, die der Abgasleitung 238 bereitzustellen ist.
Der Prozess 600 schließt in Block 606 auch die Einstellung der Positionen der Ventile 224 der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 durch die Steuerung 206 (z. B. erstes Abzweigmodul 512, durch das zweite Abzweigmodul 514, durch das dritte Abzweigmodul 516 usw.) ein. Die Positionen der Ventile 224 werden auf der Grundlage des Zieldurchflusses des Reduktionsmittels eingestellt, der von der Steuerung 206 bestimmt wird.
Die Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels, Q_Target; die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels Q₁, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der ersten Abzweigung 218 möglich ist; die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels Q₂, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der zweiten Abzweigung 220 möglich ist; und die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels, Q₃, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der dritten Abzweigung 222 möglich ist, sind der Steuerung 206 bekannt. Zum Beispiel kann Q_Target von einem externen System empfangen werden (z. B. von einer Motorsteuerungseinheit usw.) und Q₁, Q₂, und Q₃ können in die Steuerung 206 programmiert werden. Durch Steuern, welche Ventile 224 offen ist und somit welche Durchflussbegrenzer 226 den Durchfluss erhalten und dem Auslasskrümmer 228 den Durchfluss bereitstellen, steuert die Steuerung 206 ein Turndown-Verhältnis des Dosiermoduls 214. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Dosiermodul 214 in der Lage, ein Turndown-Verhältnis von sechs zu eins zu erreichen.
In einer beispielhaften Anwendung sind die Ventile 224 entweder vollständig geöffnet, so dass das Reduktionsmittel von dem entsprechenden Durchflussbegrenzer 226 bei einer maximalen Durchflussrate bereitgestellt wird, oder vollständig geschlossen, so dass kein Reduktionsmittel von dem entsprechenden Durchflussbegrenzer 226 bereitgestellt wird. In dieser Anwendung ist jeweils nur eines der Ventile 224 geöffnet. Das offene Ventil 224 wird auf der Grundlage des Vergleichs zwischen den maximalen Durchflussraten des Reduktionsmittels durch die Durchflussbegrenzer 226 und der Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels ausgewählt.
Die Gleichungen 1-5 veranschaulichen eine beispielhafte Anwendung der Steuerung 206, wobei $Q_{T a r g e t} = 5 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} = 10 \frac{m l}{s}$
$Q_{2} = 20 \frac{m l}{s}$
$Q_{3} = 50 \frac{m l}{s}$
$Q_{T a r g e t} \leq Q_{1} \leq Q_{2} \leq Q_{3}$
das Ventil 224 der ersten Abzweigung 218 wird geöffnet oder bleibt geöffnet, und die Ventile 224 der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 werden geschlossen oder bleiben geschlossen.
Die Gleichungen 6-10 veranschaulichen eine beispielhafte Anwendung der Steuerung 206, wobei $Q_{T a r g e t} = 15 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} = 10 \frac{m l}{s}$
$Q_{2} = 20 \frac{m l}{s}$
$Q_{3} = 50 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} \leq Q_{T a r g e t} \leq Q_{2} \leq Q_{3}$
das Ventil 224 der zweiten Abzweigung 220 wird geöffnet oder bleibt geöffnet, und die Ventile 224 der ersten Abzweigung 218 und der dritten Abzweigung 222 werden geschlossen oder bleiben geschlossen. Bei anderen Anwendungen, bei denen Q_Target gleich Q₁ ist, wird das Ventil 224 der ersten Abzweigung 218 geöffnet oder bleibt offen, und die Ventile 224 der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 werden geschlossen oder bleiben geschlossen.
Die Gleichungen 11-15 veranschaulichen eine beispielhafte Anwendung der Steuerung 206, wobei $Q_{T a r g e t} = 25 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} = 10 \frac{m l}{s}$
$Q_{2} = 20 \frac{m l}{s}$
$Q_{3} = 50 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} \leq Q_{2} \leq Q_{T a r g e t} \leq Q_{3}$
das Ventil 224 der dritten Abzweigung 222 wird geöffnet oder bleibt geöffnet, und die Ventile 224 der ersten Abzweigung 218 und der zweiten Abzweigung 220 werden geschlossen oder bleiben geschlossen. Bei anderen Anwendungen, bei denen Q_Target gleich Q₂ ist, wird das Ventil 224 der zweiten Abzweigung 220 geöffnet oder bleibt offen, und die Ventile 224 der ersten Abzweigung 218 und der dritten Abzweigung 222 werden geschlossen oder bleiben geschlossen.
Bei anderen Anwendungen kann mehr als eines der Ventile 224 gleichzeitig geöffnet sein, so dass die offenen Ventile 224 zusammenwirken, um Q_Target bereitzustellen. Die Gleichungen 16-20 veranschaulichen eine beispielhafte Berechnung, die von der Steuerung 206 in Block 606 durchgeführt wird $Q_{T a r g e t} = 30 \frac{m l}{s}$
$Q_{1} = 10 \frac{m l}{s}$
$Q_{2} = 20 \frac{m l}{s}$
$Q_{3} = 50 \frac{m l}{s}$
$Q_{T a r g e t} = a Q_{1} + b Q_{2} + c \leq Q_{3}$
$30 \frac{m l}{s} = a * 10 \frac{m l}{s} + b * 20 \frac{m l}{s} + c * 50 \frac{m l}{s}$
$30 \frac{m l}{s} = a * 10 \frac{m l}{s} + b * 20 \frac{m l}{s} + c * 50 \frac{m l}{s}$
$[\begin{matrix} a \\ b \\ c \end{matrix}] = [\begin{matrix} 0.5 \\ 0.5 \\ 0.3 \end{matrix}]$
um eine relative Position zu bestimmen (z. B., wo ein Wert von Eins vollständig geöffnet und ein Wert von Null vollständig geschlossen ist usw.), a, des Ventils 224 der ersten Abzweigung 218; eine relative Position, b, des Ventils 224 der zweiten Abzweigung 220; und eine relative Position, c, des Ventils 224 der dritten Abzweigung 222, basierend auf der Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels, Q_Target; die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels Q₁, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der ersten Abzweigung 218 möglich ist; die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels Q₂, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der zweiten Abzweigung 220 möglich ist; und die maximale Durchflussrate des Reduktionsmittels Q₃, die durch den Durchflussbegrenzer 226 der dritten Abzweigung 222 möglich ist. Die Gleichung 21 veranschaulicht einen beispielhaften Satz von Werten für a, b und c. Andere ähnliche Berechnungen können von der Steuerung 206 in Block 606 durchgeführt werden, so dass andere Werte von a, b und c erhalten werden können.
Bei einigen Anwendungen werden die Positionen der Ventile 224 aufgrund von Eigenschaften (z. B. maximale Durchflussraten, Steuerungsgrad, erzeugte Verwirbelung, erzeugte Turbulenzen usw.) der Durchflussbegrenzer 226 ausgewählt. So können zum Beispiel die maximalen Durchflussraten der Durchflussbegrenzer 226 in die Steuerung 206 (z.B. innerhalb des ersten Abzweigmoduls 512, innerhalb des zweiten Abzweigmoduls 514, innerhalb des dritten Abzweigmoduls 516 usw.) programmiert werden (z. B. hartcodiert, vorcodiert usw.). Bei einigen Anwendungen werden die Positionen der Ventile 224 auf der Grundlage eines Mindestgrades der Steuerung der Ventile 224 bestimmt. So kann z. B. das Ventil 224 der ersten Abzweigung 218 eine minimale Steuerung von 0,1 aufweisen, so dass eine Position mit einem höheren Genauigkeitsgrad (z. B. 0,01, 0,001 usw.) nicht exakt erreicht werden kann. In einem Beispiel, in dem die Ventile 224 unterschiedliche minimale Steuerungsgrade aufweisen (z. B. der minimale Steuerungsgrad des Ventils 224 der ersten Abzweigung 218 ist 0,1 und der minimale Steuerungsgrad des Ventils 224 der zweiten Abzweigung 220 ist 0,01 usw.), kann die Steuerung 206 die Position des Ventils 224 der ersten Abzweigung 218 und des Ventils 224 der zweiten Abzweigung 220 so wählen, dass die in Block 604 bestimmte Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels unter Berücksichtigung der minimalen Steuerungsgrade der Ventile 224 so präzise wie möglich erreicht wird. Durch die Einstellung der Positionen der Ventile 224 erreicht die Steuerung 206 eine „grobe“ oder relativ unpräzise Steuerung des Zieldurchflusses des Reduktionsmittels. Indem die Positionen der Ventile 224 an dieser Stelle eingestellt werden, nutzt die Steuerung 206 die Vorwärtssteuerung.
Der Prozess 600 schließt in Block 608 auch die Einstellung der Drehzahl (z. B. U/min usw.) der Pumpe 212 durch die Steuerung 206 (z. B. durch das zweite Pumpenmodul 510 usw.) ein. Durch Einstellung der Drehzahl der Pumpe 212 erreicht die Steuerung 206 eine „feine“ oder relativ präzise Steuerung des Zieldurchflusses des Reduktionsmittels. Beispielsweise kann die Steuerung 206 die Drehzahl der Pumpe 212 auf zweitausend U/min einstellen. Zusätzlich kann die Steuerung 206 die Drehzahl der Pumpe 212 gemäß einer Drehzahlkurve oder -funktion einstellen. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Pumpe 212 allmählich bis zu einer maximalen Drehzahl ansteigen und/oder die Drehzahl der Pumpe 212 kann moduliert werden. Indem die Drehzahl der Pumpe 212 an dieser Stelle eingestellt wird, nutzt die Steuerung 206 die Vorwärtssteuerung. Anstatt die Drehzahl der Pumpe 212 zu variieren, um eine relativ präzise Steuerung des Zieldurchflusses des Reduktionsmittels bereitzustellen, könnten zusätzlich oder alternativ andere Mechanismen verwendet werden. Beispielsweise könnte ein Ventil, das mit einem Umgehungsflussspfad verbunden ist, geöffnet werden, wodurch ein Abschnitt des Reduktionsmittels, das von der Pumpe 212 bereitgestellt wird, eines der Ventile 224 und Durchflussbegrenzer 226 umgehen und direkt in den Auslasskrümmer 228 bereitgestellt werden kann.
Der Prozess 600 schließt in Block 610 auch die Messung einer Druckdifferenz zwischen einem Druck, der in dem Auslasskrümmer 228 gemessen wird, und einem Druck, der in dem Einlasskrümmer 216 gemessen wird (z. B. gemessen durch den mindestens einen Sensor 240 usw.) durch die Steuerung 206 (z. B. durch das Sensormodul 518 usw.) ein. Zum Beispiel kann die gemessene Druckdifferenz zwischen sechs und drei bar liegen. In Block 612 schließt der Prozess 600 den Vergleich der gemessenen Druckdifferenz mit einer Zieldruckdifferenz durch die Steuerung 206 (z. B. durch das Sensormodul 518 usw.) ein. In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Zieldruckdifferenz in die Steuerung 206 programmiert und auf der Grundlage des Zieldurchflusses ausgewählt. Zum Beispiel kann die Steuerung 206 bestimmen, dass bei einem Zieldurchfluss von fünfundzwanzig Millilitern pro Sekunde die Zieldruckdifferenz 5,3 bar beträgt. Gemäß diesem Beispiel kann die Steuerung 206 die Zieldruckdifferenz von 5,3 bar mit einer gemessenen Druckdifferenz von 4,8 bar vergleichen und bestimmen, dass die gemessene Druckdifferenz um 0,5 bar geringer ist als die Zieldruckdifferenz. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 206 bestimmen, dass die gemessene Druckdifferenz etwa einhundertacht Prozent der Zieldruckdifferenz entspricht. Zusätzlich kann die Steuerung 206 durch Kenntnis der gemessenen Druckdifferenz eine Durchflussrate des Reduktionsmittels bestimmen, das der Abgasleitung 238 bereitgestellt wird.
Der Prozess 600 kann in Block 614 auch die Anpassung der Drehzahl der Pumpe 212 durch die Steuerung 206 (z. B. durch das zweite Pumpenmodul 510 usw.) auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Druckdifferenz und der Zieldruckdifferenz einschließen. Wenn beispielsweise die gemessene Druckdifferenz größer als die Zieldruckdifferenz ist, kann die Steuerung 206 die Drehzahl der Pumpe 212 verringern. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 206 die Drehzahl der Pumpe 212 erhöhen, wenn die gemessene Druckdifferenz geringer ist als die Zieldruckdifferenz. Stellt die Steuerung 206 fest, dass die gemessene Druckdifferenz gleich der Zieldruckdifferenz ist oder innerhalb eines Schwellenwertes (z. B. fünf Prozent der Zieldruckdifferenz, drei Prozent der Zieldruckdifferenz usw.) der Zieldruckdifferenz liegt, darf die Drehzahl der Pumpe 212 durch die Steuerung 206 nicht verändert werden. Durch Anpassen der Drehzahl der Pumpe 212 an dieser Stelle nutzt die Steuerung 206 die Rückwärtssteuerung.
Der Prozess 600 kann in Block 616 auch die Anpassung der Positionen der Ventile 224 der ersten Abzweigung 218, der zweiten Abzweigung 220 und der dritten Abzweigung 222 durch die Steuerung 206 (z. B. durch das erste Abzweigmodul 512, durch das zweite Abzweigmodul 514, durch das dritte Abzweigmodul 516 usw.) auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Druckdifferenz und der Zieldruckdifferenz einschließen. Wenn zum Beispiel die gemessene Druckdifferenz größer als die Zieldruckdifferenz ist, kann die Steuerung 206 jedes der Ventile 224 schließen oder teilweise schließen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 206 jedes der Ventile 224 öffnen oder teilweise öffnen, wenn die gemessene Druckdifferenz geringer als die Zieldruckdifferenz ist. Stellt die Steuerung 206 fest, dass die gemessene Druckdifferenz gleich der Zieldruckdifferenz ist oder innerhalb einer Schwelle der Zieldruckdifferenz liegt, dürfen die Positionen der Ventile 224 von der Steuerung 206 nicht verändert werden. Durch Anpassen der Positionen der Ventile 224 an dieser Stelle nutzt die Steuerung 206 eine Rückwärtssteuerung.
Der Prozess 600 kann so implementiert werden, dass zum Beispiel eine Genauigkeit von fünf Prozent (zum Beispiel Plus- oder Minus-Genauigkeit usw.) in Bezug auf die gemessene Druckdifferenz und die Zieldruckdifferenz erreicht wird, wenn die Zieldruckdifferenz größer als ein bar ist. Bei dieser Genauigkeit kann der Prozess 600 beispielsweise konfiguriert werden, um das Reduktionsmittel mit einer Durchflussrate zwischen einem Milliliter pro Sekunde und zwölf Millilitern pro Sekunde mit einer Genauigkeit von fünf Prozent durch die Düse 230 der Abgasleitung 238 bereitzustellen. Wenn der Prozess 600 mit einem Vielfachen der Durchflussbegrenzer 226 implementiert wird, die das Reduktionsmittel in den Auslasskrümmer 228 bereitstellen, wird die Genauigkeit des Prozesses 600 nicht merklich beeinträchtigt.
7 veranschaulicht zahlreiche Kurven von Durchfluss und Druckdifferenz für die Pumpe 212. Jede der Kurven kann durch verschiedene Konfigurationen (z. B. verschiedene Größen, verschiedene Nennleistungen usw.) der Pumpe 212 erreicht werden. Die Steuerung 206 wird mit der Kurve programmiert, die der Konfiguration der Pumpe 212 entspricht. Auf diese Weise kann die Steuerung 206 den Durchfluss oder die Druckdifferenz bestimmen, indem sie den Durchfluss oder die Druckdifferenz kennt. Im Prozess 600, wenn der Zieldurchfluss in Block 604 bestimmt wird, kann die Steuerung 206 die Zieldruckdifferenz durch die Verwendung der entsprechenden bestimmen.
AUFBAU BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Obwohl dieses Dokument viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs dessen aufgefasst werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Implementierungen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Implementierungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Implementierung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Implementierung beschriebene Merkmale auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Zudem können, obwohl Merkmale möglicherweise so beschrieben sind, dass sie in bestimmten Kombinationen wirken und auch anfänglich als solche beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Die hierin verwendeten Begriffe „im Wesentlichen“, „ungefähr“ und ähnliche Begriffe sollen eine weitläufige Bedeutung haben, die mit der üblichen und akzeptierten Verwendung durch Fachleute auf dem Gebiet übereinstimmt, in das der Gegenstand dieser Offenbarung fällt. Es ist für den Fachmann, der diese Offenbarung liest, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden.
Die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen, wie hierin verwendet, bedeuten das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Ein solches Verbinden kann standortgebunden (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) erfolgen. Ein solches Verbinden kann erreicht werden, indem die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und alle zusätzlichen Zwischenkomponenten einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, wobei die beiden Komponenten oder die beiden Komponenten und etwaige zusätzliche Zwischenkomponenten aneinander befestigt sind.
Die Begriffe „fluidisch gekoppelt“ oder „in Fluidverbindung“ und dergleichen, wie hier verwendet, bedeuten, dass die zwei Komponenten oder Objekte einen zwischen den zwei Komponenten oder Objekten ausgebildeten Pfad aufweisen, in dem ein Fluid, beispielsweise Wasser, Luft, gasförmiges Reduktionsmittel, gasförmiges Ammoniak usw. entweder mit oder ohne dazwischen geschaltete Komponenten oder Objekte strömen kann. Beispiele für Fluidkopplungen oder Konfigurationen zum Ermöglichen einer Fluidverbindung können Rohre, Kanäle oder jegliche anderen geeigneten Komponenten zum Ermöglichen des Strömens eines Fluids von einer Komponente zur anderen einschließen.
Es ist wichtig, zu beachten, dass Aufbau und Anordnung des in den vielfältigen beispielhaften Implementierungen gezeigten Systems lediglich veranschaulichender und nicht einschränkender Art sind. Es wird gewünscht, dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes und/oder Schutzumfangs der beschriebenen Implementierungen fallen, geschützt sind. Es versteht sich, dass einige Merkmale nicht zwingend sind, und dass Implementierungen, denen die verschiedenen Merkmale fehlen, als innerhalb des Schutzumfangs der Anmeldung liegend betrachtet werden können, wobei der Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Wenn die Formulierung „Teil“ oder „Abschnitt“ verwendet wird, kann das Element einen Teil/Abschnitt und/oder das gesamte Element einschließen, sofern nicht spezifisch anders angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15838019 [0001]

Claims

Dosiermodul, aufweisend: einen Einlasskrümmer, der konfiguriert ist, um wahlweise Reduktionsmittel von einer Pumpe aufzunehmen; einen Auslasskrümmer, der konfiguriert ist, um wahlweise das Reduktionsmittel einer Düse bereitzustellen, eine erste Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die erste Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer aus dem Einlasskrümmer wahlweise bereitzustellen, wobei die erste Abzweigung einen ersten Durchflussbegrenzer aufweist, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird; und eine zweite Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die zweite Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel von dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer separat von der ersten Abzweigung wahlweise bereitzustellen, wobei die zweite Abzweigung einen zweiten Durchflussbegrenzer aufweist, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird.
Dosiermodul nach Anspruch 1, bei dem: die erste Abzweigung ferner ein erstes Ventil aufweist, das zwischen einer ersten Position, in der die erste Abzweigung das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer aus dem Einlasskrümmer bereitstellt, und einer zweiten Position, in der die erste Abzweigung dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer nicht bereitstellt, betätigt werden kann; und die zweite Abzweigung ferner ein zweites Ventil aufweist, das zwischen einer ersten Position, in der die zweite Abzweigung das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer aus dem Einlasskrümmer bereitstellt, und einer zweiten Position, in der die zweite Abzweigung dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer nicht bereitstellt, betätigt werden kann.
Dosiermodul nach Anspruch 2, bei dem: der erste Durchflussbegrenzer eine erste Öffnung mit einem ersten Durchmesser umfasst; der zweite Durchflussbegrenzer eine zweite Öffnung mit einem zweiten Durchmesser umfasst; und der erste Durchmesser sich vom zweiten Durchmesser unterscheidet.
Dosiermodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein erstes Ventil, das zwischen einer ersten Position, in der die erste Abzweigung das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer aus dem Einlasskrümmer bereitstellt, und einer zweiten Position, in der die erste Abzweigung dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer nicht bereitstellt, betätigt werden kann; mindestens einen Sensor, der mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei der mindestens eine Sensor konfiguriert ist, um einen ersten Druck in dem Einlasskrümmer und einen zweiten Druck in dem Auslasskrümmer zu messen; und eine Steuerung, die mit der Pumpe, dem ersten Ventil und dem mindestens einen Sensor kommunikationsfähig gekoppelt ist, die Steuerung aufweisend: ein erstes Modul, das programmiert ist, um eine Messung des ersten Drucks und eine Messung des zweiten Drucks von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und die Messung des ersten Drucks und die Messung des zweiten Drucks zu vergleichen, um eine Druckdifferenz zu bestimmen; ein zweites Modul, das programmiert ist, um eine gemessene Durchflussrate des Reduktionsmittels auf der Grundlage der Druckdifferenz zu bestimmen; ein drittes Modul, das für den Empfang eines Dosierbefehls programmiert ist; ein viertes Modul, das programmiert ist, um auf der Grundlage des Dosierbefehls eine Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels zu bestimmen; ein fünftes Modul, das programmiert ist, um die gemessene Durchflussrate mit der Zieldurchflussrate zu vergleichen; und ein sechstes Modul, das programmiert ist, um auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der gemessenen Durchflussrate und der Zieldurchflussrate eine Drehzahl der Pumpe und/oder einen Betrieb des ersten Ventils zu steuern.
Dosiermodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die dritte Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel von dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer wahlweise separat von der ersten Abzweigung und der zweiten Abzweigung bereitzustellen, wobei die dritte Abzweigung keinen Durchflussbegrenzer umfasst, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird.
Dosiermodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine dritte Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer gekoppelt ist, wobei die dritte Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus einem Tank aufzunehmen und das Reduktionsmittel wahlweise dem Einlasskrümmer bereitzustellen, so dass das Reduktionsmittel der Pumpe über den Einlasskrümmer bereitgestellt wird.
Dosiermodul nach Anspruch 1, wobei der Einlasskrümmer, der Auslasskrümmer, die erste Abzweigung und die zweite Abzweigung strukturell in einem kombinierten Krümmer integriert sind.
Dosiermodul nach Anspruch 7, ferner aufweisend eine dritte Abzweigung, die strukturell in den kombinierten Krümmer integriert ist, wobei die dritte Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus einem Tank aufzunehmen und das Reduktionsmittel wahlweise der Pumpe bereitzustellen.
Reduktionsmittelzufuhrsystem, aufweisend: einen Tank, der konfiguriert ist, um Reduktionsmittel zu enthalten; eine Düse, die konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel wahlweise in eine Abgasleitung bereitzustellen, eine erste Pumpe, die konfiguriert ist, um wahlweise das Reduktionsmittel aus dem Tank abzuziehen; einen Einlasskrümmer, der konfiguriert ist, um wahlweise das Reduktionsmittel von der ersten Pumpe aufzunehmen; einen Auslasskrümmer der konfiguriert ist, um wahlweise das Reduktionsmittel der Düse bereitzustellen, und eine erste Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die erste Abzweigung konfiguriert ist, um dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer wahlweise bereitzustellen, wobei die erste Abzweigung Folgendes aufweist: ein erstes Ventil, das zwischen einer offenen Position, in der das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer durch die erste Abzweigung bereitgestellt wird, und einer geschlossenen Position, in der das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer durch die erste Abzweigung nicht bereitgestellt wird, betrieben werden kann; und einen ersten Durchflussbegrenzer, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer durch die erste Abzweigung bereitgestellt wird.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine zweite Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die zweite Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer wahlweise von dem Einlasskrümmer bereitzustellen, die zweite Abzweigung Folgendes aufweisend: ein zweites Ventil, das zwischen einer offenen Position, in der dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer durch die zweite Abzweigung bereitgestellt wird, und einer geschlossenen Position, in der dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer durch die zweite Abzweigung nicht bereitgestellt wird, betrieben werden kann; und einen zweiten Durchflussbegrenzer, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer durch die zweite Abzweigung bereitgestellt wird.
Reduktionsmittelzfuhrsystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend: eine Luftversorgung, die konfiguriert ist, um mit Luft zu versorgen; eine zweite Pumpe, die konfiguriert ist, um wahlweise die Luft aus der Luftversorgung abzuziehen, um die Luft der Düse bereitzustellen; wobei die Düse konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus dem Auslasskrümmer und die Luft aus der zweiten Pumpe zu mischen, um ein Reduktionsmittel-Luft-Gemisch zu bilden; und wobei die Düse konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel-Luft-Gemisch in die Abgasleitung bereitzustellen.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 9, ferner aufweisend mindestens einen mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelten Sensor, wobei der mindestens eine Sensor konfiguriert ist, um einen ersten Druck in dem Einlasskrümmer und einen zweiten Druck in dem Auslasskrümmer zu messen.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 12, ferner aufweisend eine Steuerung, die kommunikationsfähig mit der ersten Pumpe, dem ersten Ventil und dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist, die Steuerung aufweisend: ein erstes Modul, das programmiert ist, um eine Messung des ersten Drucks und eine Messung des zweiten Drucks von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und die Messung des ersten Drucks und die Messung des zweiten Drucks zu vergleichen, um eine Druckdifferenz zu bestimmen; und ein zweites Modul, das programmiert ist, um eine gemessene Durchflussrate des Reduktionsmittels auf der Grundlage der Druckdifferenz zu bestimmen.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner Folgendes aufweist: ein drittes Modul, das für den Empfang eines Dosierbefehls programmiert ist; ein viertes Modul, das programmiert ist, um auf der Grundlage des Dosierbefehls eine Zieldurchflussrate des Reduktionsmittels zu bestimmen; und ein fünftes Modul, das programmiert ist, um die gemessene Durchflussrate mit der Zieldurchflussrate zu vergleichen.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner ein sechstes Modul aufweist, das programmiert ist, um eine Drehzahl der ersten Pumpe auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Durchflussrate und der Zieldurchflussrate zu steuern.
Reduktionsmittelzufuhrsystem nach Anspruch 15, wobei die Steuerung ferner ein siebtes Modul aufweist, das programmiert ist, um das erste Ventil auf der Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Durchflussrate und der Zieldurchflussrate zu steuern.
Kombinierter Krümmer, aufweisend: einen Einlasskrümmer, der konfiguriert ist, um wahlweise Reduktionsmittel von einer Pumpe aufzunehmen; einen Auslasskrümmer, der konfiguriert ist, um wahlweise das Reduktionsmittel einer Düse bereitzustellen, eine erste Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die erste Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer aus dem Einlasskrümmer wahlweise bereitzustellen, wobei die erste Abzweigung einen ersten Durchflussbegrenzer aufweist, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird; und eine zweite Abzweigung, die mit dem Einlasskrümmer gekoppelt ist, wobei die zweite Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus einem Tank aufzunehmen und das Reduktionsmittel wahlweise dem Einlasskrümmer bereitzustellen, so dass das Reduktionsmittel der Pumpe über den Einlasskrümmer bereitgestellt wird; wobei der Einlasskrümmer, der Auslasskrümmer, die erste Abzweigung und die zweite Abzweigung strukturell integriert sind.
Kombinierter Krümmer nach Anspruch 17, wobei die erste Abzweigung ferner ein erstes Ventil aufweist, das zwischen einer ersten Position, in der die erste Abzweigung dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer bereitstellt, und einer zweiten Position, in der die erste Abzweigung dem Auslasskrümmer das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer nicht bereitstellt, betätigt werden kann.
Kombinierter Krümmer nach Anspruch 17, ferner aufweisend eine dritte Abzweigung, die strukturell mit dem Einlasskrümmer, dem Auslasskrümmer, der ersten Abzweigung und der zweiten Abzweigung integriert ist, wobei die dritte Abzweigung mit dem Einlasskrümmer und dem Auslasskrümmer gekoppelt ist, wobei die dritte Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus dem Einlasskrümmer dem Auslasskrümmer separat von der ersten Abzweigung und separat von der zweiten Abzweigung wahlweise bereitzustellen, wobei die dritte Abzweigung keinen Durchflussbegrenzer umfasst, der konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel zu begrenzen, wenn das Reduktionsmittel dem Auslasskrümmer bereitgestellt wird.
Kombinierter Krümmer nach Anspruch 17, ferner aufweisend eine dritte Abzweigung, die strukturell mit dem Einlasskrümmer, dem Auslasskrümmer, der ersten Abzweigung und der zweiten Abzweigung integriert ist, wobei die dritte Abzweigung konfiguriert ist, um das Reduktionsmittel aus dem Tank aufzunehmen und das Reduktionsmittel der Pumpe bereitzustellen, und die dritte Abzweigung aus dem Einlasskrümmer und aus dem Auslasskrümmer getrennt ist.