DE112019001193T5

DE112019001193T5 - Reduktionsmittelzufuhrleitung für einen Reduktionsmittellagertank

Info

Publication number: DE112019001193T5
Application number: DE112019001193.6T
Authority: DE
Inventors: Tushar Tej Dandu; David E. Shreve; Sriram Narayanasamy
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-12-17
Also published as: US20210010407A1; WO2019173323A1

Abstract

Eine Einrichtung umfasst einen zum Lagern eines Reduktionsmittels ausgeführten Reduktionsmittellagertank und eine Reduktionsmittelzufuhrleitung. Ein erstes Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt. Ein dem ersten Ende gegenüberliegendes, zweites Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist dazu ausgelegt, um fluidtechnisch mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt zu werden. Mindestens eine einen Biegungswinkel aufweisende Biegung ist in der Reduktionsmittelzufuhrleitung entlang einer Länge dieser vorgesehen, wobei die mindestens eine Biegung dazu ausgelegt ist, um einen durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Ausfall an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe zu verhindern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität von vorläufiger US-Patentanmeldung Nr. 62/639,287 , eingereicht am 6. März 2018, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Nachbehandlungssysteme zur Verwendung mit Verbrennungsmotoren (IC-Motoren).
HINTERGRUND
Abgas-Nachbehandlungssysteme werden zum Aufnehmen und Behandeln des von IC-Motoren erzeugten Abgases verwendet. Allgemein umfassen Abgas-Nachbehandlungssysteme eine beliebige Anzahl mehrerer unterschiedlicher Komponenten zum Reduzieren des Anteils an schädlichen Abgasemissionen in Abgas. Beispielsweise umfassen bestimmte Abgas-Nachbehandlungssysteme für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR) zum Umwandeln von NOx (NO und NO₂ in bestimmtem Anteil) in harmloses Stickstoffgas (N₂) und Wasserdampf (H₂O) in Gegenwart von Ammoniak (NH₃). Im Allgemeinen wird in solchen Nachbehandlungssystemen ein Abgasreduktionsmittel (z. B. ein Dieselabgasfluid wie Harnstoff) in das SCR-System eingespritzt, um eine Ammoniakquelle bereitzustellen, und mit dem Abgas gemischt, um die NOx-Gase teilweise zu verringern. Die Nebenprodukte der Verringerung des Abgases werden dann fluidtechnisch an den Katalysator geleitet, der in das SCR-System eingebaut ist, um im Wesentlichen alle NOx-Gase in relativ harmlose Nebenprodukte zu zerlegen, die aus dem Nachbehandlungssystem ausgestoßen werden.
Nachbehandlungssysteme können einen Reduktionsmittellagertank zum Lagern des Reduktionsmittels einschließen. Herkömmliche Nachbehandlungssysteme schließen eine gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung ein, die fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist. Die gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung kann verwendet werden, um das Reduktionsmittel durch eine
Reduktionsmittelzuführbaugruppe (z. B. durch Ansaugen) aus dem Reduktionsmittellagertank zu ziehen. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung ist fluidtechnisch mit einem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt. Der Anschluss kann aus einem relativ schwachen Material, wie Kunststoff, gebildet sein.
Das Reduktionsmittel kann beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung enthalten, die 32,5 Gew.-% Harnstoff und 67,5 Gew.-% Wasser enthält. Bei kalten Umgebungsbedingungen, zum Beispiel wenn eine Umgebungstemperatur unter -11 Grad Celsius liegt, gefriert das Reduktionsmittel und expandiert (z. B. zwischen 7-10 %) in der Reduktionsmittelzufuhrleitung. Dies führt dazu, dass das Reduktionsmittel auf den Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe an der Kontaktstelle mit der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung eine vertikale Kraft ausübt. Das Reduktionsmittel im Reduktionsmittellagertank kann auch von Rändern des Reduktionsmittels aus im Reduktionsmittellagertank gefrieren, gefolgt vom Gefrieren der Masse des Reduktionsmittels in Richtung der Mitte des Reduktionsmittellagertanks hin. Dadurch wird eine weitere Kraft auf den Teil des Reduktionsmittels ausgeübt, der bereits in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung gefroren ist. Dies führt dazu, dass eine noch größere Kraft auf den Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe ausgeübt wird. Die Kraft kann dabei erheblich sein und Schäden an dem Anschluss (z. B. Risse) erzeugen, die nach dem Auftauen des Reduktionsmittels zu einer Leckage des Reduktionsmittels an der Kontaktstelle zwischen der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss führen können.
KURZDARSTELLUNG
Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein Systeme und Verfahren zum Verhindern eines durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in einer Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Versagens eines Anschlusses einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe. Insbesondere stellen hier beschriebene Ausführungsformen eine Reduktionsmittelzufuhrleitung bereit, in der eine Biegung vorgesehen ist, wobei die Biegung so ausgelegt ist, dass sie zu einer Reduktion der auf den mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelten Anschluss ausgeübten Kraft führt, die durch das Gefrieren und die Expansion des darin befindlichen Reduktionsmittels im Vergleich zu einer geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung verursacht wird.
In einer Ausführungsform weist eine Einrichtung einen zum Lagern eines Reduktionsmittels ausgeführten Reduktionsmittellagertank und eine Reduktionsmittelzufuhrleitung auf. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist ein erstes Ende auf, das fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist ein zweites, dem ersten Ende gegenüberliegendes Ende auf. Das zweite Ende ist so ausgelegt, dass es fluidtechnisch mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt ist. Die Einrichtung weist ferner mindestens eine Biegung auf, die in der Reduktionsmittelzufuhrleitung entlang einer Länge dieser vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Biegung ausgelegt ist, um einen durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Ausfall an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe zu verhindern.
In einem Aspekt der Einrichtung weist die Reduktionsmittelzufuhrleitung einen ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung auf, der am ersten Ende fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist einen zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung auf, der so ausgelegt ist, dass er am zweiten Ende fluidtechnisch mit dem Anschluss gekoppelt ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist einen Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss auf, der den ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt. Der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss umfasst die mindestens eine Biegung.
In einem Aspekt der Einrichtung ist eine Querschnittsdicke des Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschlusses größer als eine Querschnittsdicke der Reduktionsmittelzufuhrleitung.
In einem Aspekt der Einrichtung ist eine Länge des ersten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als eine Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung.
In einem Aspekt der Einrichtung weist die Reduktionsmittelzufuhrleitung genau eine Biegung auf.
In einem Aspekt der Einrichtung liegt ein Biegungswinkel der mindestens einen Biegung in einem Bereich von 80 Grad bis 100 Grad.
In einem Aspekt der Einrichtung umfasst die mindestens eine Biegung eine Vielzahl von Biegungen.
In einem Aspekt der Einrichtung ist die mindestens eine Biegung einstückig in der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgebildet.
In einem Aspekt der Einrichtung weist die mindestens eine Biegung einen Biegungsradius von weniger als 8,5 mm auf.
In einem Aspekt der Einrichtung ist eine Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung zwischen der mindestens einen Biegung der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als 10 mm.
Eine Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Verhindern eines Ausfalls in einem Nachbehandlungssystem. Das Verfahren schließt das Bereitstellen eines Reduktionsmittellagertanks ein, der zum Lagern eines Reduktionsmittels ausgelegt ist. Das Verfahren schließt das Bereitstellen einer Reduktionsmittelzufuhrleitung ein, die mindestens eine Biegung umfasst, die in der Reduktionsmittelzufuhrleitung entlang einer Länge dieser vorgesehen ist. Das Verfahren schließt das Koppeln eines ersten Endes der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Reduktionsmittellagertank ein. Das Verfahren schließt das Koppeln eines zweiten Endes der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe ein. Die mindestens eine Biegung ist ausgelegt, um einen durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Ausfall an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe zu verhindern.
In einem Aspekt des Verfahrens weist die Reduktionsmittelzufuhrleitung ferner einen ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung auf, der, wenn das erste Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist, über das erste Ende fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist einen zweiten Abschnitt der
Reduktionsmittelzufuhrleitung auf, der, wenn das zweite Ende der
Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt ist, über das zweite Ende fluidtechnisch mit dem Anschluss gekoppelt ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist einen Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss auf, der den ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt, wobei die mindestens eine Biegung in dem Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss vorgesehen ist.
In einem Aspekt des Verfahrens ist eine Querschnittsdicke des
Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschlusses größer als eine Querschnittsdicke der Reduktionsmittelzufuhrleitung.
In einem Aspekt des Verfahrens ist eine Länge des ersten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als eine Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung.
In einem Aspekt des Verfahrens weist die Reduktionsmittelzufuhrleitung genau eine Biegung auf.
In einem Aspekt des Verfahrens liegt ein Biegungswinkel der mindestens einen Biegung in einem Bereich von 80 Grad bis 100 Grad.
In einem Aspekt des Verfahrens umfasst die mindestens eine Biegung eine Vielzahl von Biegungen.
In einem Aspekt des Verfahrens ist die mindestens eine Biegung einstückig in der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgebildet.
In einem Aspekt des Verfahrens weist die mindestens eine Biegung einen Biegungsradius von weniger als 8,5 mm auf.
In einem Aspekt des Verfahrens ist eine Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung zwischen der mindestens einen Biegung der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als 10 mm.
Es sei klargestellt, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und weiterer Konzepte, die nachfolgend eingehender erörtert werden (vorausgesetzt, dass diese Konzepte nicht gegenseitig unvereinbar sind), als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche deutlicher, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen sind. Unter der Voraussetzung, dass diese Zeichnungen nur einige Implementierungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als ihren Umfang einschränkend anzusehen sind, wird die Offenbarung mit zusätzlicher Genauigkeit und Detail mittels der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2A-2C zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Reduktionsmittelzufuhrleitung, die in dem Nachbehandlungssystem von 1 verwendet werden können.
3 ist eine schematische Darstellung der Reduktionsmittelzufuhrleitung gemäß einer bestimmten Ausführungsform mit einem ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung, der an einem Reduktionsmittellagertankdeckel angeordnet ist, einem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung, der mit dem ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung über einen Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss gekoppelt ist, der eine Biegung aufweist.
4A zeigt eine herkömmliche gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung, die mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt ist, und ein Diagramm der Kraft, die an einer Kontaktstelle zwischen der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss aufgrund des Gefrierens des darin befindlichen Reduktionsmittels ausgeübt wird; 4B zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung mit einer darin vorgesehenen Biegung, die mit dem Anschluss aus 4A gekoppelt ist, und ein Diagramm der Kraft, die an einer Kontaktstelle zwischen der gebogenen Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss aufgrund des Gefrierens des darin befindlichen Reduktionsmittels ausgeübt wird.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen zum Reduzieren einer Kraft, die aufgrund der durch das Einfrieren des Reduktionsmittels verursachten Expansion eines Reduktionsmittels in einer Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgeübt wird.
6A zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung mit einer darin vorgesehenen Biegung und einem Diagramm der Reaktionskraft über dem Biegungsradius. 6B zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung mit einer darin vorgesehenen Biegung und einem Diagramm der Reaktionskraft über der Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung.

In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole normalerweise ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorgibt. Die veranschaulichenden Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung, in den Zeichnungen und Ansprüchen beschrieben sind, sind nicht einschränkend gedacht. Andere Ausführungen können genutzt werden, und es können andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es wird vorausgesetzt, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung wie allgemein hier beschrieben und in den Zeichnungen illustriert, in vielen verschiedenen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt und Teil dieser Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein Systeme und Verfahren zum Verhindern eines durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in einer Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Versagens eines Anschlusses einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe. Insbesondere stellen hier beschriebene Ausführungsformen eine Reduktionsmittelzufuhrleitung bereit, in der eine Biegung vorgesehen ist, wobei die Biegung so ausgelegt ist, dass sie zu einer Reduktion der auf den mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelten Anschluss ausgeübten Kraft führt, die durch das Gefrieren und die Expansion des darin befindlichen Reduktionsmittels im Vergleich zu einer geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung verursacht wird.
Nachbehandlungssysteme können einen Reduktionsmittellagertank zum Lagern des Reduktionsmittels einschließen. Herkömmliche Nachbehandlungssysteme schließen eine gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung ein, die fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist. Die gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung kann verwendet werden, um das Reduktionsmittel durch eine Reduktionsmittelzuführbaugruppe (z. B. durch Ansaugen) aus dem Reduktionsmittellagertank zu ziehen. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung ist fluidtechnisch mit einem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt. Der Anschluss kann aus einem relativ schwachen Material, wie Kunststoff, gebildet sein.
Das Reduktionsmittel kann beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung enthalten, die 32,5 Gew.-% Harnstoff und 67,5 Gew.-% Wasser enthält. Bei kalten Umgebungsbedingungen, zum Beispiel wenn eine Umgebungstemperatur unter -11 Grad Celsius liegt, gefriert das Reduktionsmittel und expandiert (z. B. zwischen 7-10 %) in der Reduktionsmittelzufuhrleitung. Dies führt dazu, dass das Reduktionsmittel auf den Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe an der Kontaktstelle mit der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung eine vertikale Kraft ausübt. Das Reduktionsmittel im Reduktionsmittellagertank kann auch von Rändern des Reduktionsmittels aus im Reduktionsmittellagertank gefrieren, gefolgt vom Gefrieren der Masse des Reduktionsmittels in Richtung der Mitte des Reduktionsmittellagertanks hin. Dadurch wird eine weitere Kraft auf den Teil des Reduktionsmittels ausgeübt, der bereits in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung gefroren ist. Dies führt dazu, dass eine noch größere Kraft auf den Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe ausgeübt wird. Die Kraft kann dabei so erheblich sein, dass durch sie Schäden an dem Anschluss (z. B. Risse) verursacht werden, die nach dem Auftauen des Reduktionsmittels zu einer Leckage des Reduktionsmittels an der Kontaktstelle zwischen der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss führen können. Dies führt dazu, dass das Reduktionsmittel auf den Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe an der Kontaktstelle mit der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung eine vertikale Kraft ausübt.
Das Reduktionsmittel im Reduktionsmittellagertank kann auch von Rändern des Reduktionsmittels im Reduktionsmittellagertank aus beginnend allmählich zur Masse des Reduktionsmittels in der Mitte des Reduktionsmittellagertanks hin gefrieren. Dadurch wird eine weitere Kraft auf den Teil des Reduktionsmittels ausgeübt, der bereits in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung gefroren ist, wodurch eine noch größere Kraft auf den Anschluss des Reduktionsmittelzuführbaugruppe ausgeübt wird. Die Kraft kann dabei so erheblich sein, dass durch sie der Anschluss (z. B. Rissbildung) beschädigt wird und dies nach dem Auftauen des Reduktionsmittels zu einer Leckage des Reduktionsmittels an der Kontaktstelle zwischen der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss führt. Dies kann insbesondere bei Systemen problematisch sein, die keine Reduktionsmittelrückführleitung oder anderen Mechanismus zum Zurückführen von Reduktionsmittel aufweisen, das nach dem Abschalten des Nachbehandlungssystems (z. B. ein Motor, der fluidtechnisch mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist und ein Abgas produziert, wird abgeschaltet) in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung verbleibt.
Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können Vorteile bieten, die beispielsweise einschließen: (1) Reduzieren einer Kraft, die durch Gefrieren und Expandieren eines Reduktionsmittels in einer
Reduktionsmittelzufuhrleitung auf eine Kontaktstelle zwischen der Reduktionsmittelzufuhrleitung und einem Anschluss eines
Reduktionsmittelzuführbaugruppe ausgeübt wird, durch Vorsehen einer Biegung in der Reduktionsmittelzufuhrleitung; (2) Bereitstellen einer kostengünstigen und einfachen Einbaulösung durch einfaches Ersetzen der herkömmlichen geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung durch die gebogene Reduktionsmittelzufuhrleitung der vorliegenden Anmeldung; und (3) Verhindern oder wesentliches Reduzieren der Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls eines Reduktionsmittelzuführbaugruppenanschlusses und dadurch Reduzieren der Wartungshäufigkeit und -kosten.
1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Nachbehandlungssystem 100 ist so ausgelegt, dass es Abgas (z. B. ein Dieselabgas) von einem Motor 10 (z. B. einem Dieselmotor, Zweistoffmotor usw.) aufnimmt und die Bestandteile des Abgases, wie etwa NOx-Gase, CO, Kohlenwasserstoffe usw., reduziert. Das Nachbehandlungssystem 100 umfasst ein Reduktionsmittellagertank 110, eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 112, eine Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 und ein SCR-System 150. In bestimmten Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem 100 auch eine Steuerung 170 umfassen.
Das SCR-System 150 umfasst ein Gehäuse 152, das ein inneres Volumen definiert, in dem der zum Zersetzen der Bestandteile eines durchströmenden Abgases gestaltete Katalysator 154 positioniert ist. Das Gehäuse 152 kann aus einem starren, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff, z. B. Edelstahl, Eisen, Aluminium, Metall, Keramik oder einem anderen geeigneten Werkstoff, ausgebildet sein. Das Gehäuse 152 kann jeden geeigneten Querschnitt, z. B. rund, quadratisch, rechteckig, oval, elliptisch, polygonal oder jeder anderen geeigneten Form, aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen kann das SCR-System 150 einen selektiven katalytischen Reduktionsfilter (SCRF) oder eine beliebige andere
Nachbehandlungskomponente umfassen, die zum Abbauen von Bestandteilen des Abgases (z. B. von NOx-Gasen wie Distickstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid usw.) ausgelegt ist, die durch das Nachbehandlungssystem 100 in Gegenwart eines Reduktionsmittels, wie hier beschrieben, strömen.
Obwohl 1 nur den Katalysator 154 in dem von dem Gehäuse 152 definierten inneren Volumen zeigt, können in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Nachbehandlungskomponenten innerhalb des inneren Volumens, das durch das Gehäuse 152 definiert wird, zusätzlich zu dem oder statt des SCR-Systems 150 angeordnet sein. Solche Nachbehandlungskomponenten können beispielsweise Filter (z. B. Feinstaubfilter, katalytische Filter, usw.), Oxidationskatalysatoren (z. B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und/oder Ammoniak-Oxidationskatalysatoren), Mischer, Leitbleche oder jede andere geeignete Nachbehandlungskomponente umfassen.
Eine Zuflussleitung 102 ist fluidtechnisch mit einem Zufluss des Gehäuses 152 verbunden und so gestaltet, dass sie Abgase von einem Motor 10 (z. B. einem Dieselmotor, einem Benzinmotor, einem Biodieselmotor, einem E85-Motor, einem Erdgasmotor, usw.) aufnimmt und die Abgase in ein durch das Gehäuse 152 definiertes inneres Volumen weiterleitet. Außerdem kann eine Ableitung 104 mit einem Auslass des Gehäuses 152 gekoppelt und so gestaltet sein, dass behandelte Abgase in die Umwelt ausgestoßen werden.
Ein erster Sensor 103 kann in der Zuflussleitung 102 angeordnet sein. Der erste Sensor 103 kann einen ersten NOx-Sensor, beispielsweise einen physikalischen oder virtuellen NOx-Sensor, umfassen, der so ausgelegt ist, dass er eine Menge an NOx-Gasen bestimmt, die in dem durch den Motor 10 ausgestoßenen Abgas enthalten ist. In verschiedenen Ausführungsformen können ein Sauerstoffsensor, Temperatursensor, ein Drucksensor oder jeder andere Sensor auch in der Zuflussleitung 102 angeordnet sein, um einen oder mehrere Betriebsparameter des durch das Nachbehandlungssystem 100 strömenden Abgases, festzulegen.
Ein zweiter Sensor 105 kann in der Auslassleitung 104 angeordnet sein. Der zweite Sensor 105 kann einen zweiten NOx-Sensor umfassen, der so ausgelegt ist, dass er eine Menge an NOx-Gasen festlegt, die in die Umwelt ausgestoßen wird, nachdem sie durch das SCR-System 150 strömt. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 105 einen Ammoniakoxidsensor (AMOx) umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem SCR-Systems 150 nachgelagert eine Ammoniakmenge in dem Abgas zu bestimmen, um einen Ammoniakschlupf des Katalysators 154 zu bestimmen. Der Ammoniakschlupf kann verwendet werden, um eine Reduktionsmittelmenge einzustellen, die von der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 dem SCR-SYSTEM 150 zugeführt wird.
Eine Reduktionsmittel-Einspritzöffnung 156 kann auf einer Seitenwand des Gehäuses 152 bereitgestellt werden und so gestaltet sein, das sie das Einspritzen eines Reduktionsmittels hierdurch in das innere Volumen gestattet, das durch das Gehäuse 152 definiert wird. Die Reduktionsmittel-Einspritzöffnung 156 kann dem Katalysator 154 vorgelagert positioniert sein (z. B. um zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel in das Abgas dem Katalysator 154 vorgelagert zugeführt wird) oder über dem Katalysator 154 (z. B. um zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel direkt in den Katalysator 154 eingeführt wird). In anderen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittel-Einspritzöffnung 156 an der Zuflussleitung 102 angeordnet und dazu ausgelegt sein, das Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Systems 150 in die Zuflussleitung 102 einzuleiten. In solchen Ausführungsformen können Mischer, Prallplatten, Strömungsteiler oder andere Strukturen in der Zuflussleitung 102 angeordnet sein, um das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zu erleichtern.
Der Katalysator 154 ist so formuliert, dass er die Bestandteile des Abgases selektiv zersetzt. Es kann jeder beliebige, geeignete Katalysator verwendet werden, wie beispielsweise ein platin-, palladium-, rhodium-, cer-, eisen-, mangan-, kupfer-, vanadiumbasierter Katalysator, jeder beliebige, andere, geeignete Katalysator, oder eine Kombination daraus. Der Katalysator 154 kann auf einem geeigneten Substrat angeordnet sein, wie beispielsweise einem keramischen (z. B. Cordierit) oder metallischen (z. B. Kanthal) einstückigen Kern, der beispielsweise eine Wabenstruktur aufweisen kann. Ein Washcoat kann ebenfalls als Trägermaterial für den Katalysator 154 verwendet werden. Solche Washcoat-Materialien können beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, jedes andere geeignete Washcoat-Material oder eine Kombination daraus, einschließen. Das Abgas (z. B. Dieselabgas) kann derart über und/oder um den Katalysator 154 strömen, dass alle im Abgas eingeschlossenen NOx-Gase weiter reduziert werden, sodass ein Abgas entsteht, das im Wesentlichen frei von NOx-Gasen ist.
Der Reduktionsmittellagertank 110 ist für eine Lagerung eines Reduktionsmittels gestaltet. Der Reduktionsmittellagertank 110 kann einen
Reduktionsmittellagertankdeckel aufweisen, durch den die
Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 oder andere Komponenten (z. B. Reduktionsmittelqualitätssensor, Reduktionsmittelfüllstandssensor, Temperatursensor, Heizelement usw.) geführt werden können. Das Reduktionsmittel ist so formuliert, dass es die Zerlegung der Bestandteile des Abgases (z. B. im Abgas enthaltene NOx-Gase) erleichtert. Es kann ein beliebiges, geeignetes Reduktionsmittel verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgas ein Dieselabgas, und das Reduktionsmittel umfasst ein Diesel-Abgasfluid. Das Diesel-Abgasfluid kann zum Beispiel Harnstoff, eine wässrige Harnstofflösung oder jedes andere Fluid, das Ammoniak umfasst, Nebenprodukte oder beliebige andere Diesel-Abgasfluide umfassen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind (z. B. das Diesel-Abgasfluid, das unter dem Namen ADBLUE^® vermarktet wird). Das Reduktionsmittel kann beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung mit einem bestimmten Harnstoff-Wasser-Verhältnis umfassen. In besonderen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung umfassen, die zu 32,5 Gew.-% Harnstoff und 67,5 Gew.-% entionisiertes Wasser oder 40 Gew.-% Harnstoff und 60 Gew.-% entionisiertes Wasser oder ein beliebiges anderes geeignetes Verhältnis von Harnstoff zu entionisiertem Wasser einschließt. Die wässrige Natur des Reduktionsmittels kann bewirken, dass es bei niedrigen Temperaturen, zum Beispiel weniger als -11 Grad Celsius, gefriert.
Eine Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 ist, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, über die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank 110 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 ausgelegt sein, um selektiv das Reduktionsmittel über die Reduktionsmitteleinführöffnung 156 in die Zuflussleitung 102 einzuführen. In anderen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 ausgelegt sein, um das Reduktionsmittel direkt in das SCR-System 150 einzuführen (z. B. über den Katalysator 154 des SCR-Systems 150). Die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 kann verschiedene Strukturen umfassen, um den Reduktionsmittempfang aus dem Reduktionsmittellagertank 110 und die Weiterleitung zum SCR-System 150 zu fördern.
Die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 kann zum Beispiel eine oder mehrere Pumpen umfassen, die über Filtersiebe (um zum Beispiel zu verhindern, dass Feststoffpartikel des Reduktionsmittels oder Verunreinigungen in die Pumpe strömen) und/oder Ventile (z. B. Rückschlagventile), die ihnen vorgelagert positioniert sind, um das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittel-Speichertank 110 zu empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Pumpe eine Membranpumpe umfassen, aber jede andere geeignete Pumpe kann verwendet werden, wie etwa eine Zentrifugalpumpe, eine Saugpumpe usw.
Die Pumpe kann so ausgelegt sein, dass sie das Reduktionsmittel unter Druck setzt, damit das Reduktionsmittel für das SCR-System 150 mit einem festgelegten Druck bereitgestellt wird. Siebe, Rückschlagventile, Pulsationsdämpfer oder andere Strukturen können auch der Pumpe nachgeschaltet angeordnet sein, um dem SCR-System 150 das Reduktionsmittel zuzuführen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführbauteil 120 auch eine Umgehungsleitung umfassen, die so gestaltet ist, dass sie für das Reduktionsmittel einen Rückfluss von der Pumpe zum Reduktionsmittel-Speichertank 110 bietet.
Ein Ventil (z. B. ein Öffnungsventil) kann in der Umgehungsleitung bereitgestellt werden. Das Ventil kann so gestaltet sein, dass es dem Reduktionsmittel gestattet, zu dem Reduktionsmittellagertank 110 hindurch zuströmen, falls ein von der Pumpe erzeugter Betriebsdruck des Reduktionsmittels einen festgelegten Druck überschreitet, damit ein Überdruck in der Pumpe, in den Reduktionsmittelzufuhrleitungen oder anderen Komponenten des Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 verhindert wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Umgehungsleitung so konfiguriert sein, dass sie den Rückfluss des Reduktionsmittels in den Reduktionsmittellagertank 110 während des Spülvorgangs der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 ermöglicht (z. B. nachdem das Nachbehandlungssystems 100 abgeschaltet wurde).
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 auch eine Mischkammer umfassen, die so gestaltet ist, dass sie das unter Druck gesetzte Reduktionsmittel von einem Dosierventil in einer steuerbaren Dosis aufnimmt. Die Mischkammer kann auch so gestaltet sein, dass sie Luft oder jedes andere Inertgas (z. B. Stickstoff), beispielsweise aus einer Luftversorgungseinheit, aufnimmt, um einen vereinten Strom von Luft und Reduktionsmittel zum SCR-System 150 durch die Reduktionsmittelzuführöffnung 156 weiterzuleiten. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Düse in der Reduktionsmittelzuführöffnung 156 positioniert und gestaltet sein, um einen Strom oder einen Strahl des Reduktionsmittels in das SCR-System 150 zu liefern.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 auch ein Dosierventil, beispielsweise in der Reduktionsmittelzufuhrleitung, zur Weiterleitung des Reduktionsmittels aus der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 an das SCR-System 150 umfassen. Das Dosierventil kann jedes geeignete Ventil, beispielsweise ein Drosselventil, einen Sperrschieber, ein Rückschlagventil (z. B. ein kippendes Rückschlagventil, ein schwenkendes Rückschlagventil, ein axiales Rückschlagventil usw.), ein Kugelventil, ein federbelastetes Ventil, eine luftunterstützte Einspritzeinrichtung, ein Magnetventil oder jedes andere geeignete Ventil, umfassen. Das Dosierventil kann selektiv geöffnet werden, um eine festgelegte Menge des Reduktionsmittels zu einem festgelegten Zeitpunkt in das SCR-System 150 oder diesem vorgelagert zuzuführen. Öffnung und/oder Schließen des Dosierventils kann ein hörbares Geräusch erzeugen (z. B., ein Klickgeräusch).
Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 umfasst ein erstes Ende 111, das zum Beispiel durch einen Reduktionsmittellagertankdeckel des Reduktionsmittellagertanks 110 fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank 110 gekoppelt ist. Ein dem ersten Ende 111 gegenüberliegendes zweites Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 ist fluidtechnisch mit einem Anschluss 122 des Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 gekoppelt. In der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 ist eine Biegung 114 vorgesehen. Die Biegung 114 kann in der Nähe des Reduktionsmittellagertanks 110, zum Beispiel in der Nähe des Reduktionsmittellagertankdeckels des Reduktionsmittellagertanks 110 und außerhalb eines durch den Reduktionsmittellagertank 110 definierten Innenvolumens angeordnet sein.
Die Biegung 114 definiert, wie in 1 gezeigt, einen Biegungswinkel a. Der Biegungswinkel a liegt in einem Bereich von 80 bis 100 Grad. In einigen Anordnungen beträgt der Biegungswinkel 90 Grad. Die Biegung 114 ist zum Bewirken einer Reduzierung einer Kraft an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 und dem Anschluss 122 der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 ausgelegt, wobei die Kraft durch die Expansion des Reduktionsmittels aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels zumindest in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 erzeugt wird.
Wie zuvor hier ausführlich beschrieben, weisen herkömmliche Nachbehandlungssysteme eine gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung auf, die aufgrund von Gefrieren und Expansion des Reduktionsmittels in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Reduktionsmittellagertank eine große Kraft an der Kontaktstelle auf einen Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe ausübt. Zum Beispiel kann der Anschluss 122 der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 aus einem relativ schwachen Material, wie Kunststoff, gebildet sein, der, wenn er einer großen Kraft ausgesetzt wird, brechen, reißen oder anderweitig lecken kann. Wenn eine gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung verwendet wird, um den Reduktionsmittellagertank 110 fluidtechnisch mit dem Anschluss 122 zu koppeln, wird durch die Expansion eines gefrierenden Reduktionsmittels in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung eine lineare Kraft ausgeübt.
Ein großer Teil der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung kann außerhalb des Reduktionsmittellagertanks 110 angeordnet sein. Bei niedrigen Temperaturen (z. B. weniger als -11 Grad Celsius) gefriert das in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung enthaltene Reduktionsmittel zuerst (z. B. aufgrund des geringeren Inhalts an darin enthaltenem Reduktionsmittel im Vergleich zum Reduktionsmittellagertank 110) und expandiert, sodass eine Kraft auf den Anschluss 122 ausgeübt wird. Das in Masse vorhandene Reduktionsmittel im Reduktionsmittellagertank gefriert danach und übt mehr Kraft auf das bereits gefrorene Reduktionsmittel in der geraden
Reduktionsmittelzufuhrleitung aus. Die Kraft wird aufgrund der linearen Struktur der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung ungehindert auf den Anschluss 122 übertragen und kann ausreichend groß (z. B. größer als 800 N) sein, um den Anschluss 122 zu beschädigen.
Im Gegensatz dazu ist die Biegung 114 in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 dazu ausgelegt, eine Reduzierung einer Kraft an der Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 und dem Anschluss 122 des Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 zu bewirken. Zum Beispiel kann die Biegung 114 bewirken, dass die Kraft aufgrund der Expansion eines ersten Teils des Reduktionsmittels in dem ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels und aufgrund der Expansion aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels in dem Reduktionsmittellagertank 110 in eine erste Kraft weitergeleitet wird, die in einem ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung der Biegung 114 vorgelagert wirkt. Außerdem kann eine Expansion aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels in einem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung der Biegung 114 nachgelagert eine zweite Kraft auf die Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 und dem Anschluss 122 ausüben. Die Biegung 114 kann einen erheblichen Teil der ersten Kraft absorbieren, sodass die zweite Kraft, die auf den Anschluss 122 wirkt, wesentlich kleiner sein kann als eine Kraft, die auf den Anschluss 122 ausgeübt würde, wenn der Anschluss 122, wie vorstehend hier beschrieben, fluidtechnisch mit einer geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt wäre.
Auf diese Weise kann die Biegung 114 eine Reduzierung einer Kraft an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 und dem Anschluss 122 der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 relativ zu einer Kraft bewirken, die auf den Anschluss 122 aufgrund von Expansion und Gefrieren des Reduktionsmittels in einer geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgeübt wird. In einigen Ausführungsformen sorgt die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 für eine mindestens 1,5-fache Reduzierung der Kraft im Vergleich zu einer geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung, die keine Biegungen aufweist.
Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 kann aus einem festen Material, wie Metallen (z. B. Edelstahl, Aluminium usw.), Polymeren usw. gebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann eine erste, der Biegung 114 nachgelagerte Länge des ersten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung gleich einer zweiten, der Biegung 114 vorgelagerten Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 sein. In anderen Ausführungsformen kann der erste Abschnitt der
Reduktionsmittelzufuhrleitung länger als der zweite Abschnitt der
Reduktionsmittelzufuhrleitung sein oder umgekehrt.
In einigen Ausführungsformen kann die Biegung 114 einstückig in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 ein gebogenes Rohr umfassen (z. B. ein gerades Rohr, das zum Definieren der Biegung 114 entlang einer Länge gebogen ist). In anderen Ausführungsformen kann in der die Biegung 114 aufweisenden Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 ein Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss vorgesehen sein.
Zum Beispiel ist 2A gemäß einer bestimmten Ausführungsform eine schematische Darstellung einer Reduktionsmittelzufuhrleitung 212, die in dem Nachbehandlungssystem 100 verwendet werden kann. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 212 umfasst einen ersten Abschnitt 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung, der ausgelegt ist, um fluidtechnisch mit einem Reduktionsmittellagertank (z. B. dem Reduktionsmittellagertank 110) gekoppelt zu sein. Ein zweiter Abschnitt 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung befindet sich dem ersten Abschnitts 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung nachgelagert und ist ausgelegt, um fluidtechnisch mit einem Anschluss eines Reduktionsmittelzuführbaugruppe (z. B. dem Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120) gekoppelt zu sein. Ein Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 214a koppelt den ersten Abschnitt 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem zweiten Abschnitt 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung und weist eine darin vorgesehene Biegung 214 auf.
In verschiedenen Anordnungen kann der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 214a eine Querschnittsdicke aufweisen, die größer als eine Querschnittsdicke des ersten Abschnitts 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung und des zweiten Abschnitts 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist und/oder kann aus einem festeren Material gebildet sein. Dies kann ermöglichen, dass der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 214a eine höhere Belastbarkeit als der erste Abschnitt 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung und der zweite Abschnitt 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung aufweist, um einen noch höheren Widerstand gegen die durch das Gefrieren und die Expansion des Reduktionsmittels verursachte Kraft bereitzustellen, ohne die Dicke des ersten Abschnitts 215 und des zweiten Abschnitts 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung zu erhöhen. In noch anderen Ausführungsformen kann der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 214a Kopplungselemente oder anderweitig einen Kopplungsmechanismus (z. B. Gewinde, Schnappverschlussmechanismus, Nuten, Vertiefungen, Arretierungen usw.) aufweisen, die dazu ausgelegt sind, das direkte Koppeln des Anschlusses (z. B. des Anschlusses 122 der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120) daran zu ermöglichen, sodass der zweite Abschnitt 217 der Reduktionsmittelzuführleitung angeschlossen werden kann.
Wie in 1 gezeigt, weist der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 eine einzelne Biegung 114 auf. In anderen Ausführungsformen kann eine Reduktionsmittelzufuhrleitung eine Vielzahl von Biegungen aufweisen. Zum Beispiel ist 2B gemäß einer weiteren Ausführungsform eine schematische Darstellung einer Reduktionsmittelzufuhrleitung 312, die in dem Nachbehandlungssystem 100 verwendet werden kann. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 312 umfasst eine erste Biegung 314a, die entlang einer Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung 312 vorgesehen ist und gestaltet ist, um einen Abschnitt 312 der Reduktionsmittelzufuhrleitung senkrecht zu einer Strömungsachse eines der ersten Biegung 314a vorgelagerten, ersten Abschnitts 315 der Reduktionsmittelzufuhrleitung auszurichten. Eine zweite Biegung 314b ist der ersten Biegung 314a nachgelagert. Die zweite Biegung 314b ist so gestaltet, dass sie einen der zweiten Biegung 314b nachgelagerten, zweiten Abschnitt 317 der Reduktionsmittelzufuhrleitung in einer Richtung parallel zu und in derselben Richtung wie die Strömungsachse des ersten Abschnitts 315 der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausrichtet. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Abschnitt 317 der Reduktionsmittelzufuhrleitung parallel zu und in einer entgegengesetzten Richtung zu der Strömungsachse des ersten Abschnitts 315 der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgerichtet sein.
2C ist eine schematische Darstellung einer Reduktionsmittelzufuhrleitung 412 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 412 umfasst eine erste Biegung 414a, die entlang einer Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung 412 vorgesehen ist und gestaltet ist, um einen Abschnitt 412 der Reduktionsmittelzufuhrleitung senkrecht zu einer Strömungsachse eines der ersten Biegung 414a vorgelagerten, ersten Abschnitts 415 der Reduktionsmittelzufuhrleitung auszurichten. Eine zweite Biegung 414b ist der ersten Biegung 414a nachgelagert angeordnet und gestaltet, um einen der zweiten Biegung 414b nachgelagerten Abschnitt 412 der Reduktionsmittelzufuhrleitung parallel zu und in einer entgegengesetzten Richtung zu der Strömungsachse des ersten Abschnitts 415 der Reduktionsmittelzufuhrleitung auszurichten. Eine dritte Biegung 414c ist der zweiten Biegung 414b nachgelagert angeordnet und gestaltet, um einen der dritten Biegung 414c nachgelagerten Abschnitt 412 der Reduktionsmittelzufuhrleitung in einer Richtung senkrecht zur Strömungsachse des ersten Abschnitts 415 der Reduktionsmittelzufuhrleitung davon weg auszurichten. Außerdem ist eine vierte Biegung 414d in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 412 der dritten Biegung 414c nachgelagert angeordnet und gestaltet, um einen der vierten Biegung 414d nachgelagerten, zweiten Abschnitt 417 der Reduktionsmittelzufuhrleitung parallel zu und in derselben Richtung wie die Strömungsachse des ersten Abschnitts 415 der Reduktionsmittelzufuhrleitung auszurichten.
Es sollte beachtet werden, dass während 1 und 2A-2C bestimmte Ausführungsformen von Reduktionsmittelzufuhrleitungen 312, 412 zeigen, in anderen Ausführungsformen eine Reduktionsmittelzufuhrleitung eine beliebige Anzahl von Biegungen aufweisen kann, die in beliebige geeignete Richtung ausgerichtet sind. Darüber hinaus kann, während verschiedene Ausführungsformen 1 und 2A-2C scharfe Biegungen zeigen, eine Reduktionsmittelzufuhrleitung einen geschwungenen oder abgewinkelten Abschnitt aufweisen, der die Biegung definiert.
3 ist eine perspektivische Draufsicht eines Reduktionsmittellagertankdeckels 509 (z. B. ein Verteiler) eines Reduktionsmittellagertanks (z. B. des Reduktionsmittellagertanks 110). Ein erster Abschnitt 515 der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist durch den Reduktionsmittellagertankdeckel 509 angeordnet (z. B. durch eine Öffnung, die in dem Reduktionsmittellagertankdeckel 509 definiert ist, angeordnet). Ein Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 514a ist mit einem Ende des ersten Abschnitts 515 der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt. Der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 514a ist außerhalb des Reduktionsmittellagertanks (z. B. des Reduktionsmittellagertanks 110) angeordnet, mit dem der Reduktionsmittellagertankdeckel 509 gekoppelt ist. Der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 514a definiert eine Biegung 514 mit einem Biegungswinkel α, der etwa 90 Grad beträgt. Ein zweiter Abschnitt 517 der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist ebenfalls mit dem Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 514a gekoppelt und ausgelegt, um mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe (z. B. dem Anschluss 122) gekoppelt zu werden. Der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 514a kann aus dem gleichen Material wie der erste Abschnitt 515 und der zweite Abschnitt 517 der Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. Edelstahl oder Aluminium) gebildet sein, kann aber eine größere Dicke als eine Dicke des ersten Abschnitts 515 und des zweiten Abschnitts 517 der Reduktionsmittelzufuhrleitung, wie in 3 gezeigt, aufweisen.
4A zeigt eine herkömmliche gerade Reduktionsmittelzufuhrleitung 612, die mit einem Anschluss 622 einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 gekoppelt ist, und ein Diagramm der Kraft, die an einer Kontaktstelle zwischen der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung 612 und dem Anschluss 622 aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels in der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung 612 und in einem (nicht gezeigten) damit gekoppelten Reduktionsmittellagertank ausgeübt wird. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, beträgt die maximale, an der Kontaktstelle ausgeübte Kraft 819 N, was zum Beschädigen des Anschlusses 622 (z. B. Riss) ausreichen kann.
4B zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 712 mit einer darin vorgesehenen Biegung 714 mit einem Biegungswinkel von 90 Grad. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 712 ist mit dem zweiten Anschluss 622 gekoppelt. 4B zeigt auch ein Diagramm der Kraft, die an einer Kontaktstelle zwischen der gebogenen Reduktionsmittelzufuhrleitung 712 und dem Anschluss 722 aufgrund des Gefrierens des Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 712 und in einem (nicht gezeigten) damit gekoppelten Reduktionsmittellagertank ausgeübt wird. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, beträgt die maximale, an der Kontaktstelle ausgeübte Kraft 479 N. Daher stellt die Reduktionsmittelzufuhrleitung 712 eine 1,7f-ache Reduzierung der durch Gefrieren und Expansion des darin befindlichen Reduktionsmittels ausgeübten Kraft im Vergleich zu der geraden Reduktionsmittelzufuhrleitung 612 ohne Biegung bereit.
5 ist gemäß einer Ausführungsform eine schematische Darstellung eines Verfahrens 800 zum Reduzieren einer Kraft, die aufgrund von Gefrieren und Expansion eines Reduktionsmittels in einer Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112) ausgeübt wird. Das Verfahren 800 umfasst Vorsehen eines Reduktionsmittellagertank 802. Zum Beispiel ist der Reduktionsmittellagertank 110 vorgesehen.
Im Schritt 804 ist ein erstes Ende einer Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung weist mindestens eine darin vorgesehene Biegung auf. Zum Beispiel ist das erste Ende 111 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 oder einer anderen Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. Reduktionsmittelzufuhrleitung 212, 312, 412, 512) fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank 110 (z. B. durch einen Reduktionsmittellagertankdeckel wie den Reduktionsmittellagertankdeckel 509 des Reduktionsmittellagertanks 110) gekoppelt. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. die Reduktionsmittelzufuhrleitung 112) kann eine einzelne Biegung (z. B. die einzelne Biegung 114) aufweisen oder kann eine Vielzahl von Biegungen (z. B. die Reduktionsmittelzufuhrleitung 312, 412) aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann die Biegung in einem Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss (z. B. dem Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss 214a, 514a) vorgesehen sein, der mit einem ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. dem ersten Abschnitt 215 der Reduktionsmittelzufuhrleitung) und einem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B. dem zweiten Abschnitt 217 der Reduktionsmittelzufuhrleitung) gekoppelt ist. Der Biegungswinkel kann in einem Bereich von 80-100 Grad (z. B. bei 90 Grad) liegen.
Im Schritt 806 ist ein zweites Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit einem Anschluss eines Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt. Zum Beispiel ist das zweite Ende 113 der Reduktionsmittelzufuhrleitung 112 oder einer anderen hier beschriebene Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem Anschluss 122, 622 der Reduktionsmittelzuführbaugruppe (z. B. die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120) gekoppelt. Die Biegung bewirkt eine Reduzierung bei einer Kraft, die, wie vorstehend hier beschrieben, durch Expansion und Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung und/oder dem Reduktionsmittellagertank ausgeübt wird.
6A zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 912, in der eine Biegung 914 vorgesehen ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 912 ist mit einem Anschluss 922 einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 gekoppelt. 6A zeigt ebenfalls ein Diagramm der Reaktionskraft über dem Biegungsradius. Der Biegungsradius 902 kann einen Krümmungsradius der Biegung 914 definieren. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, nimmt mit abnehmendem Biegungsradius die Reaktionskraft (oder die Kraft, die an der Kontaktstelle zwischen der gebogenen Reduktionsmittelzufuhrleitung 912 und dem Anschluss 922 ausgeübt wird) ab. Der Biegungsradius 902 kann zwischen 3,5 und 6,5 mm, vorzugsweise zwischen 3,5 und 5,5 mm oder mehr bevorzugt zwischen 3,5 und 4,5 mm betragen.
6B zeigt eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 912, in der eine Biegung 914 vorgesehen ist. Die Reduktionsmittelzufuhrleitung 912 ist mit einem Anschluss 922 einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe 120 gekoppelt. 6B zeigt auch ein Diagramm der Reaktionskraft über der Länge 904 eines zweiten Abschnitts 917 der Reduktionsmittelzufuhrleitung. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, nimmt mit zunehmender Länge 904 des zweiten Abschnitts 917 der Reduktionsmittelzufuhrleitung die Reaktionskraft (oder die Kraft, die an der Kontaktstelle zwischen der gebogenen Reduktionsmittelzufuhrleitung 912 und dem Anschluss 922 ausgeübt wird) ab. Der zweite Abschnitt 917 der Reduktionsmittelzufuhrleitung kann zwischen 20 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 30 und 50 mm oder stärker bevorzugt zwischen 40 und 50 mm betragen.
Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ im Allgemeinen plus oder minus 10 % des angegebenen Werts. Beispielsweise würde „etwa 0,5“ die Werte 0,45 und 0,55 einschließen, „etwa 10“ würde 9 bis 11 einschließen, „etwa 1000“ würde 900 bis 1100 einschließen.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Der hierin verwendete Begriff „gekoppelt“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander einstückig als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente; Werte von Parametern, Montagebaugruppen; Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des offenbarten Gegenstands abzuweichen. Zusätzlich versteht es sich, dass Merkmale aus einer hierin offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen von anderen hierin offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden können, wie es einem Fachmann bekannt ist. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
Obgleich diese Beschreibung viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen oder der Ansprüche gedacht sein, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Ausführungsformen 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. Obwohl Merkmale vorstehend so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen wirksam sind und auch anfänglich als solche beansprucht sein können, können zudem ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination beziehen.
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 62/639287 [0001]

Claims

Einrichtung zur Verwendung in einem Nachbehandlungssystem, umfassend: einen Reduktionsmittellagertank, der zum Lagern eines Reduktionsmittels ausgestaltet ist; und eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, umfassend: ein erstes Ende, das fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist, ein dem ersten Ende gegenüberliegendes, zweites Ende, wobei das zweite Ende konfiguriert ist, um fluidtechnisch mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt zu werden, und mindestens eine Biegung, die in der Reduktionsmittelzufuhrleitung entlang einer Länge dieser vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Biegung konfiguriert ist, um einen durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Ausfall an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe zu verhindern.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsmittelzufuhrleitung umfasst: einen ersten Abschnitt einer Reduktionsmittelzufuhrleitung, der am ersten Ende fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist; einen zweiten Abschnitt einer Reduktionsmittelzufuhrleitung, der dazu ausgelegt ist, um am zweiten Ende fluidtechnisch mit dem Anschluss gekoppelt zu sein; und einen Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss, der den ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt, wobei der Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss die mindestens eine Biegung umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Querschnittsdicke des Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschlusses größer als eine Querschnittsdicke der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist.
Einrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Länge des ersten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als eine Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reduktionsmittelzufuhrleitung genau eine Biegung aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Biegungswinkel der mindestens einen Biegung in einem Bereich von 80 Grad bis 100 Grad liegt.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Biegung eine Vielzahl von Biegungen umfasst.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Biegung einstückig in der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgebildet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Biegung einen Biegungsradius von weniger als 8,5 mm aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung zwischen der mindestens einen Biegung der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als 10 mm ist.
Verfahren zum Verhindern eines Ausfalls eines Nachbehandlungssystems, umfassend: Bereitstellen eines Reduktionsmittellagertanks, der zum Lagern eines Reduktionsmittels ausgelegt ist; und Bereitstellen einer Reduktionsmittelzufuhrleitung, die mindestens eine Biegung umfasst, die in der Reduktionsmittelzufuhrleitung entlang einer Länge dieser vorgesehen ist; Koppeln eines ersten Endes der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Reduktionsmittellagertank; und Koppeln eines zweiten Endes der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit einem Anschluss einer Reduktionsmittelzuführbaugruppe, wobei die mindestens eine Biegung konfiguriert ist, um einen durch das Gefrieren eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelzufuhrleitung verursachten Ausfall an einer Kontaktstelle zwischen dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Reduktionsmittelzufuhrleitung ferner umfasst: einen ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung, der, wenn das erste Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist, über das erste Ende fluidtechnisch mit dem Reduktionsmittellagertank gekoppelt ist, einen zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung, der, wenn das zweite Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung mit dem Anschluss der Reduktionsmittelzuführbaugruppe gekoppelt ist, über das zweite Ende fluidtechnisch mit dem Anschluss gekoppelt ist; und Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss, der den ersten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung fluidtechnisch mit dem zweiten Abschnitt der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt, wobei die mindestens eine Biegung in dem Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschluss vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Querschnittsdicke des Reduktionsmittelzufuhrleitungsanschlusses größer als eine Querschnittsdicke der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Länge des ersten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als eine Länge des zweiten Abschnitts der Reduktionsmittelzufuhrleitung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Reduktionsmittelzufuhrleitung genau eine Biegung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Biegungswinkel der mindestens einen Biegung in einem Bereich von 80 Grad bis 100 Grad liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Biegung eine Vielzahl von Biegungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Biegung einstückig in der Reduktionsmittelzufuhrleitung ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine Biegung einen Biegungsradius von weniger als 8,5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Länge der Reduktionsmittelzufuhrleitung zwischen der mindestens einen Biegung der Reduktionsmittelzufuhrleitung und dem zweiten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung größer als 10 mm ist.