DE112019004966T5 - Systeme und Verfahren zur Einführung von trockenchemischem Reduktionsmittel in Nachbehandlungssystemen - Google Patents

Systeme und Verfahren zur Einführung von trockenchemischem Reduktionsmittel in Nachbehandlungssystemen Download PDF

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Matthew K. Volmerding
Christopher T. Brown
Ulises Mondragon
Vincent McDonnell
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Cummins Emission Solutions Inc
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Abstract

Ein Reduktionsmittelzuführsystem für ein Nachbehandlungssystem, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines Abgases zu zersetzen, schließt ein: einen Trockenreduktionsmitteltank, der konfiguriert ist, um ein Trockenreduktionsmittel zu enthalten; eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die konfiguriert ist, um den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem zu koppeln, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem zuzuführen, und eine Druckgasquelle, die konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel unter Verwendung von Druckgas durch die Reduktionsmittelzufuhrleitung an das Nachbehandlungssystem zu übertragen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/740,215 , eingereicht am 2. Oktober 2018, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • 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 schließen Abgas-Nachbehandlungssysteme eine beliebige Anzahl mehrerer unterschiedlicher Komponenten zum Reduzieren des Anteils an schädlichen Abgasemissionen im Abgas ein. Beispielsweise schließen bestimmte Abgas-Nachbehandlungssysteme für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren ein selektives katalytisches Reduktionskatalysatorsystem (SCR) zur Umwandlung von NOx (NO und NO2 in geringfügigem Anteil) in harmloses Stickstoffgas (N2) und Wasserdampf (H2O) bei Vorliegen von Ammoniak (NH3) ein. Im Allgemeinen wird in solchen Nachbehandlungssystemen ein Abgasreduktionsmittel (z. B. ein Dieselabgasfluid wie eine Harnstofflösung) in das SCR-System eingespritzt, um eine Ammoniakquelle bereitzustellen, und mit dem Abgas gemischt, um die NOx-Gase teilweise zu verringern. Die Nebenprodukte der Reduzierung des Abgases werden dann fließend an den Katalysator geleitet, der in das SCR-System eingeschlossen ist, um im Wesentlichen alle NOx-Gase in relativ harmlose Nebenprodukte zu zerlegen, die aus dem Nachbehandlungssystem ausgestoßen werden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Abgasreduktionsmittel, die in herkömmlichen Nachbehandlungssystemen verwendet werden, schließen im Allgemeinen ein Flüssigreduktionsmittel ein, das in das SCR-System oder ihm vorgelagert eingeführt wird. Flüssigreduktionsmittel stellen jedoch verschiedene Herausforderungen dar. Wenn zum Beispiel Flüssigreduktionsmittel in ein Nachbehandlungssystem eingeführt werden, kann ein Strom des flüssigen Reduktionsmittels auf Innenflächen des Nachbehandlungssystems auftreffen und Nebenprodukte bilden, die Reduktionsmittelablagerungen auf der Innenfläche des Nachbehandlungssystems bilden. Außerdem können sehr niedrige Temperaturen (z. B. weniger als -11 Grad Celsius) bewirken, dass das Reduktionsmittel in Reduktionsmittelzuführbaugruppen gefriert. Dies erhöht die Kosten des Nachbehandlungssystems aufgrund der Einbeziehung von Heizsystemen für (z. B. Heizleitungen oder elektrische Heizvorrichtungen), erhöht den Energie- und Kraftstoffverbrauch sowie führt zu erhöhten Wartungskosten. Häufig müssen Heizvorrichtungen in solchen Reduktionsmittelzuführbaugruppen eingeschlossen werden, um das Reduktionsmittel unter kalten Umgebungsbedingungen aufzutauen, was die Komplexität des Systems erhöht. Außerdem kann flüssiges Reduktionsmittel, das in das Nachbehandlungssystem eingeführt wird, auf Seitenwände des Nachbehandlungssystems auftreffen, was zur Bildung von Reduktionsmittelablagerungen auf den Seitenwänden und/oder Komponenten des Nachbehandlungssystems führt. Reduktionsmittelablagerungen reduzieren die Effizienz des Nachbehandlungssystems und können Verstopfung und eventuellen Ausfall des SCR-Systems und/oder nachgelagerten Komponenten bewirken. Reduktionsmittelablagerungen bewirken, dass häufige Wartungen am Nachbehandlungssystem durchgeführt werden müssen, was die Wartungskosten erhöht. Alternative Strategien zur Entfernung von Reduktionsmittelablagerungen schließen das Erwärmen des Abgases auf Temperaturen über 450 Grad Celsius ein, zum Beispiel durch Einführen von Kohlenwasserstoffen in das Abgas. Dies erhöht jedoch den Kraftstoffverbrauch.
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zum Zuführen eines Trockenreduktionsmittels zu einem Nachbehandlungssystem und insbesondere auf Reduktionsmittelzuführsysteme, die eine schwerkraftunterstützte Zuführung des Trockenreduktionsmittels ermöglichen, oder schließen eine Druckgasquelle zum Bereitstellen einer gasunterstützten Zuführung des Trockenreduktionsmittels in ein Abgas ein, das durch das Nachbehandlungssystem strömt.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Reduktionsmittelzuführsystem für ein Nachbehandlungssystem, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines Abgases zu zersetzen: einen Trockenreduktionsmitteltank, der konfiguriert ist, um ein Trockenreduktionsmittel zu enthalten; eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die konfiguriert ist, um den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem zu koppeln, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem zuzuführen; und eine Druckgasquelle, die konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel unter Verwendung von Druckgas durch die Reduktionsmittelzufuhrleitung an das Nachbehandlungssystem zu übertragen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Druckgasquelle komprimiertes Gas, das ein Volumen des Trockenreduktionsmitteltanks einnimmt und Druck auf das Trockenreduktionsmittel ausübt.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Druckablassventil operativ mit dem Trockenreduktionsmitteltank gekoppelt, wobei das Druckablassventil konfiguriert ist, um sich als Reaktion darauf zu öffnen, dass ein Druck innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Ventil in der Reduktionsmittelzufuhrleitung angeordnet, wobei das Ventil konfiguriert ist, um selektiv geöffnet zu werden, um ein vorbestimmtes Volumen des Trockenreduktionsmittels an das Nachbehandlungssystem zu übertragen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem ferner einen Drucksensor, der in das Ventil integriert ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Absperrventil mit einem Auslass des Trockenreduktionsmitteltanks gekoppelt und konfiguriert, um selektiv zu schließen, um zu verhindern, dass Trockenreduktionsmittel aus dem Trockenreduktionsmitteltank übertragen wird.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Druckgasquelle eine Quelle von komprimiertem Gas, die mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um komprimiertes Gas dadurch dem Nachbehandlungssystem bereitzustellen. In solchen Ausführungsformen umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem ferner: eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzuführer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Ejektor der Reduktionsmittelübertragungsleitung nachgelagert mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt. In einer solchen Ausführungsform ist die Druckgasquelle über den Ejektor mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt, und der Ejektor ist konfiguriert, um einen Sog in der Reduktionsmittelzufuhrleitung zu erzeugen, um das Trockenreduktionsmittel über die Reduktionsmittelzufuhrleitung dem Nachbehandlungssystem zuzuführen.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein erstes der Reduktionsmittelübertragungsleitung vorgelagertes Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung zur Atmosphäre hin offen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst die Druckgasquelle eine Abgasrückführleitung, die mit einem ersten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist, wobei das Druckgas rückgeführtes Abgas ist. In solchen Ausführungsformen umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem ferner: eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzuführer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Reduktionsmittelzuführsystem auch eine Heizvorrichtung, die konfiguriert ist, um das rückgeführte Abgas auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel im Wesentlichen zu zersetzen.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Ventil mit der Abgasrückführleitung gekoppelt und konfiguriert, um selektiv geöffnet zu werden, um das rückgeführte Abgas zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  • In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Reduktionsmittelzuführsystem für ein Nachbehandlungssystem, das konfiguriert ist, Bestandteile eines Abgases zu zersetzen, einen Trockenreduktionsmitteltank, der konfiguriert ist, ein Trockenreduktionsmittel zu enthalten; eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die konfiguriert ist, um den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem zu koppeln, um eine schwerkraftunterstützte Zuführung des Trockenreduktionsmittels von dem Trockenreduktionsmitteltank zu dem Nachbehandlungssystem zu ermöglichen.
  • In einigen Ausführungsformen eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzuführer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Trockenreduktionsmittelzuführer einen Schneckenzuführer.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Einführen von Trockenreduktionsmittel in ein Abgas, das durch ein Nachbehandlungssystem strömt: Bestimmen eines Betriebszustands des Abgases; Bereitstellen eines Druckgases für eine Reduktionsmittelzufuhrleitung eines Reduktionsmittelzuführsystems, wobei das Reduktionsmittelzuführsystem umfasst: einen Trockenreduktionsmitteltank, der ein Trockenreduktionsmittel enthält, eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem koppelt, und eine Druckgasquelle zum Bereitstellen des Druckgases; und Aktivieren eines Trockenreduktionsmittelzuführers des Reduktionsmittelzuführsystems, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem über die Reduktionsmittelzufuhrleitung zuzuführen.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch: vor dem Bereitstellen des Druckgases an die Reduktionsmittelzufuhrleitung, Bestimmen einer Temperatur des Druckgases; und als Reaktion darauf, dass die Temperatur niedriger als ein Temperaturschwellenwert ist, Erwärmen des Druckgases auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel zu zersetzen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Druckgasquelle eine Quelle von komprimiertem Gas. In einigen Ausführungsformen umfasst die Druckgasquelle eine Quelle von rückgeführtem Abgas. In einigen Ausführungsformen umfasst der Trockenreduktionsmittelzuführer einen Schneckenzuführer.
  • 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, erfindungsgemäßen Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten, erfindungsgemäßen 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. Die Offenbarung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen beschrieben, es versteht sich jedoch, dass diese Zeichnungen nur mehrere Implementierungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs anzusehen sind.
    • 1A ist ein Blockschaltbild eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Ausführungsform.
    • 1B ist eine schematische Veranschaulichung einer Lanzenbaugruppe, die gemäß einer Ausführungsform in dem Nachbehandlungssystem von 1A verwendet werden kann.
    • 2 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung, die gemäß einer Ausführungsform eine Steuerung des Nachbehandlungssystems von 1A einschließen kann.
    • 3 ist ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems, gemäß einer Ausführungsform.
    • 4 ist ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems, gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 5 ist ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 6 ist ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 7 zeigt ein Diagramm der Teilchengröße gegenüber der Zersetzungszeit trockener Harnstoffteilchen.
    • 8 zeigt Diagramme der Zersetzungszeit von Harnstoffteilchen und Tröpfchen des Dieselabgasfluids (DEF) mit verschiedenen Größen.
    • 9 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einführen von Trockenreduktionsmittel in ein Nachbehandlungssystem, gemäß einer Ausführungsform.
    • 10 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einführen von trockenem Reduktionsmittel in ein Nachbehandlungssystem, gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole in der Regel 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 versteht sich, dass die Aspekte der vorliegenden Offenlegung wie allgemein hierin beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht, in vielen verschiedenen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt sind und Teil dieser Offenlegung sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zum Zuführen eines Trockenreduktionsmittels zu einem Nachbehandlungssystem und insbesondere auf Reduktionsmittelzuführsysteme, die eine schwerkraftunterstützte Zuführung des Trockenreduktionsmittels ermöglichen, oder schließen eine Druckgasquelle zum Bereitstellen einer gasunterstützten Zuführung des Trockenreduktionsmittels in ein Abgas ein, das durch das Nachbehandlungssystem strömt.
  • Flüssige Reduktionsmittel werden im Allgemeinen verwendet, um die Zersetzung von Abgasen zu erleichtern, die durch SCR-Systeme strömen. Flüssige Reduktionsmittel können jedoch auf Innenflächen des Nachbehandlungssystems auftreffen und Nebenprodukte bilden, die Reduktionsmittelablagerungen auf der Innenfläche des Nachbehandlungssystems bilden, während sehr niedrige Temperaturen (z. B. weniger als -11 Grad Celsius) bewirken können, dass das Reduktionsmittel in Reduktionsmittelzuführbaugruppen gefriert. Dies führt zu erhöhten Wartungskosten. Häufig müssen Heizvorrichtungen in solchen Reduktionsmittelzuführbaugruppen eingeschlossen sein, um das Reduktionsmittel unter kalten Umgebungsbedingungen aufzutauen, was die Komplexität und die Kosten des Systems erhöht. Reduktionsmittelablagerungen reduzieren die Effizienz des Nachbehandlungssystems und können Verstopfung und eventuellen Ausfall des SCR-Systems und/oder nachgelagerten Komponenten bewirken. Reduktionsmittelablagerungen bewirken, dass häufige Wartungen am Nachbehandlungssystem durchgeführt werden müssen, was die Wartungskosten erhöht.
  • Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Reduktionsmittelzuführsysteme können einen oder mehrere Vorteile bieten, zum Beispiel: (1) Einführen eines Trockenreduktionsmittels in das Nachbehandlungssystem anstelle eines flüssigen Reduktionsmittels, was Probleme im Zusammenhang mit der Zersetzung oder dem Gefrieren von flüssigen Reduktionsmitteln innerhalb von Reduktionsmittelzuführsystemen verhindert; (2) Eliminieren der Verwendung von Heizleitungen zum Auftauen von Reduktionsmittel oder Pumpen und/oder Filtern, die im Allgemeinen in Flüssigreduktionsmittelzuführsystemen verwendet werden, wodurch Systemkomplexität und -kosten reduziert werden; (3) Reduzieren der Zersetzungsenergie durch Entfernen von Wasser aus dem Reduktionsmittel; (4) signifikantes Verringern des Ablagerungsrisikos und Bereitstellen schnellerer Zersetzungszeiten im Vergleich zu Flüssigreduktionsmitteln, was zu schnellerer Ammoniakfreisetzung, verbesserter turbulenter Diffusion und höherem Gleichförmigkeitsindex (UI) führt; (5) Ermöglichen einer Reduzierung von Lagerraum und Gewicht um etwa 50 % oder mehr relativ zu Lagerraum, der für Flüssigreduktionsmittel verwendet wird; (6) Bereitstellen einer signifikant höheren Sicherheit im Vergleich zu Einführsystemen für gasförmigen Ammoniak durch Bereitstellen eines Trockenreduktionsmittels, das im Vergleich zu einem gasförmigen Reduktionsmittel, das austreten kann, in Pulverform stabil ist; und (7) Bereitstellen von Flexibilität bei der Verwendung verschiedener Trockenreduktionsmittel, wie pulverförmigem Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat oder jedem anderen geeigneten Trockenreduktionsmittel.
  • 1A ist eine schematische Veranschaulichung eines Nachbehandlungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Nachbehandlungssystem 100 ist mit einem Motor 10 (z. B., Dieselmotor, einem Benzinmotor, einem Erdgasmotor, einem Biodieselmotor, einem Zweistoffmotor, einem Alkoholmotor, einem E85, einem Kolbenmotor, einem Rotationsmotor, eine Gasturbine oder einen beliebigen anderen geeigneten Verbrennungsmotor) umfasst und konfiguriert ist, um ein Abgas (z. B., ein Dieselabgas) von dem Motor 10 aufzunehmen, um Bestandteile des Abgases, wie zum Beispiel NOx-Gase, CO usw., zu reduzieren. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt ein Reduktionsmittelzuführsystem 120 ein, das einen Trockenreduktionsmitteltank 122 und eine Druckgasquelle 110, ein SCR-System 150 und eine Steuerung 170 umfasst.
  • Das SCR-System 150 umfasst ein Gehäuse 152, das ein inneres Volumen definiert, in dem mindestens ein Katalysator 154 positioniert ist, der formuliert ist, um Bestandteile eines durchströmenden Abgases zu zersetzen. Das Gehäuse 152 kann aus einem starren, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff, z. B. Edelstahl, Eisen, Aluminium, Metallen, Keramik oder einem anderen geeigneten Werkstoff, ausgebildet sein. Das Gehäuse 152 kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen, zum Beispiel rund, quadratisch, rechteckig, oval, elliptisch, polygonal oder jede andere geeignete Form.
  • 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 hierin beschrieben, strömen.
  • Obwohl 1A nur das SCR-System 150 zeigt, das innerhalb des inneren Volumens positioniert ist, das durch das Gehäuse 152 definiert ist, kann in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Nachbehandlungskomponenten innerhalb des inneren Volumens, das durch das Gehäuse 152 definiert ist, zusätzlich zu dem Katalysator 154 positioniert sein. Solche Nachbehandlungskomponenten können zum Beispiel Filter (z. B. Feinstaubfilter, katalytische Filter, usw.), Oxidationskatalysatoren (z. B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und/oder Ammoniak-Oxidationskatalysatoren), Mischer, Leitbleche oder jede andere geeignete Nachbehandlungskomponente einschließen.
  • 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) Monolithkern, 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.
  • Ein Einlasskanal 102 ist mit einem Einlass des Gehäuses 152 gekoppelt und so strukturiert, dass Abgas von dem Motor 10 aufgenommen wird und das Abgas zu einem Innenvolumen geleitet wird, das durch das Gehäuse 152 definiert wird. Außerdem kann eine Auslassleitung 104 an einen Auslass des Gehäuses 152 gekoppelt und so gestaltet sein, dass behandelte Abgase in die Umwelt ausgestoßen werden. Ein erster Sensor 103 ist in der Einlassleitung 102 angeordnet. Der erste Sensor 103 kann einen NOx-Sensor umfassen, der konfiguriert ist, eine Menge an NOx-Gasen zu messen, die in dem Abgas eingeschlossen ist, das in das SCR-System 150 fließt, und kann einen physischen NOx-Sensor oder einen virtuellen NOx-Sensor einschließen. In verschiedenen Ausführungsformen können ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder jeder andere Sensor auch in dem Einlasskanal 102 positioniert sein, um einen oder mehrere Betriebszustände des durch das Nachbehandlungssystem 100 strömenden Abgases, zu bestimmen.
  • Ein zweiter Sensor 105 kann in der Auslassleitung 104 angeordnet sein. Der zweite Sensor 105 kann einen zweiten NOx-Sensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an NOx-Gasen zu bestimmen, die nach Durchlaufen des SCR-Systems 150 in die Umwelt ausgestoßen wird. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 105 einen Ammoniaksensor umfassen, der konfiguriert ist, eine Menge an Ammoniak in dem Abgas zu messen, das aus dem SCR-System 150 fließt, d. h. den Ammoniakschlupf zu bestimmen. Dies kann als ein Maß zum Festlegen der katalytischen Effizienz des SCR-Systems 150, Einstellen einer Menge des Reduktionsmittels, das in das SCR-System 150 einzuführen ist, und/oder Einstellen einer Temperatur des SCR-Systems 150 verwendet werden, um es dem SCR-System 150 zu ermöglichen, Ammoniak effektiv für den katalytischen Abbau von NOx-Gasen zu verwenden, die in dem Abgas, das dadurch strömt, eingeschlossen sind. Ein Ammoniakoxid(AMOx)-Katalysator kann dem SCR-System 150 nachgelagert sein, zum Beispiel in dem Auslasskanal 104, um etwaiges nicht umgesetztes Ammoniak in dem Abgas dem SCR-System 150 nachgelagert zu zersetzen. Ein Reduktionsmittelanschluss 156 kann an dem Einlasskanal 102 positioniert und strukturiert sein, um die Einführung eines Trockenreduktionsmittels in einen Strömungsweg des Abgases, das durch das Nachbehandlungssystem 102 strömt, zu ermöglichen. Wie gezeigt, ist der Reduktionsmittelanschluss 156 dem SCR-System 150 vorgelagert positioniert (z. B. um zu ermöglichen, dass Reduktionsmittel dem SCR-System 150 vorgelagert in das Abgas eingeführt wird). In anderen Ausführungsformen kann der Reduktionsmittelanschluss 156 zum Beispiel im Gehäuse 152 definiert sein, um das Reduktionsmittel dem SCR-System 150 vorgelagert oder darüber zuzuführen. Das Reduktionsmittelzuführsystem 120 umfasst den Trockenreduktionsmitteltank 122, der ein Trockenreduktionsmittel enthält, und die Druckgasquelle 110. Der Trockenreduktionsmitteltank 122 kann einen abgedichteten Behälter einschließen, der strukturiert ist, um das Trockenreduktionsmittel zu speichern. Es kann ein beliebiges, geeignetes Trockenreduktionsmittel verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Trockenreduktionsmittel pulverförmigen Harnstoff, Ammoniumcarbonat, Ammoniumcarbamat, ein beliebiges anderes geeignetes Ammoniaksalz oder eine Kombination davon mit kleinen Teilchen des Trockenreduktionsmittels einschließen. In verschiedenen Ausführungsformen können Zusatzstoffe, wie Fließmittel und/oder Antiklumpmittel, in das Trockenreduktionsmittel (z. B. gemischt mit pulverförmigem Harnstoff) eingeschlossen werden, um dabei zu helfen, die Reduktionsmittelqualität aufrechtzuerhalten und/oder das Fließen des Reduktionsmittels zu unterstützen. Andere Zusatzstoffe können zum Beispiel Dehydratisierungsmittel (z. B., Silica) einschließen, um Feuchtigkeit zu absorbieren und Verklumpen des trockenen Reduktionsmittelpulvers zu verhindern. Jeder Zusatzstoff, der in dem Trockenreduktionsmittel eingeschlossen ist, kann mit dem nachgelagerten SCR-System 150 kompatibel sein und minimale Auswirkungen auf die Abgasemissionen haben. In anderen Ausführungsformen kann ein Feuchtigkeitsabsorber (z. B., Kieselgel) innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 122 getrennt von dem Trockenreduktionsmittel positioniert sein. Zum Beispiel kann der Feuchtigkeitsabsorber in einem gasdurchlässigen Beutel innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 122 oder in einem Hohlraum, der in dem Trockenreduktionsmitteltank 122 definiert ist, platziert werden. Der Feuchtigkeitsabsorber kann zum Beispiel durch einen frischen Feuchtigkeitsabsorber ersetzt werden, wenn der Trockenreduktionsmitteltank 122 nachgefüllt wird.
  • In einigen Ausführungsformen können die Teilchen von Trockenreduktionsmittel, die in dem Reduktionsmittelzuführsystem 120 verwendet werden, einen Durchmesser in einem Bereich von 1-100 Mikrometern aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen können die Teilchen von trockenem Reduktionsmittel, die in dem Reduktionsmittelzuführsystem 120 verwendet werden, einen Durchmesser in einem Bereich von 10-30 Mikrometern aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Trockenreduktionsmitteltank 122 ein abnehmbarer Tank sein, der durch einen frischen Tank ersetzt werden kann, sobald das Trockenreduktionsmittel in dem Trockenreduktionsmitteltank 122 verbraucht ist. In anderen Ausführungsformen kann der Trockenreduktionsmitteltank 122 einen nachfüllbaren Tank einschließen, der mit dem Trockenreduktionsmittel nachgefüllt werden kann, sobald eine Menge des Trockenreduktionsmittels in dem Trockenreduktionsmitteltank 122 unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt.
  • Eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 koppelt den Trockenreduktionsmitteltank 122 operativ mit dem SCR-System 150. Zum Beispiel ist, wie in 1A gezeigt, die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 mit dem Reduktionsmittelanschluss 156 gekoppelt und konfiguriert, um trockenes Reduktionsmittel in den Strömungsweg des Abgases, das durch den Einlasskanal 102 strömt, zuzuführen. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Düse oder Öffnung (nicht gezeigt) in dem Reduktionsmittelanschluss 156 bereitgestellt werden, die geformt und bemessen ist, um ein Aerosol, das die Trockenreduktionsmittelteilchen umfasst, in den Abgasströmungsweg einzuführen. Außerdem kann ein Ventil 124 oder ein Trockenreduktionsmittelzuführer (z. B. der hierin beschriebene Trockenreduktionsmittelzuführer 324) mit dem Trockenreduktionsmitteltank 122 und/oder der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 mit oder ohne Verwendung eines Ejektors (z. B., dem Ejektor 540) gekoppelt sein, um das Trockenreduktionsmittel selektiv über die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 dem Einlasskanal 102 zuzuführen.
  • In einigen Ausführungsformen können die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 und/oder die Düse oder Öffnung, die im Reduktionsmittelanschluss 156 angeordnet ist, Wärmeabschirmungs- oder Kühlungsmerkmale aufweisen, um einen thermischen Abbau des Trockenreduktionsmittels (e.g., trockener Harnstoff) zu verhindern, das unerwünschte Nebenprodukte (e.g., Biuret, Triuret und/oder Cyanursäure) erzeugen kann. Solche Merkmale können zum Beispiel eine Wärmeabschirmung einschließen, Vakuumisolations- und/oder Luftkühlungsmerkmale können auf der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 und/oder der Düse oder Öffnung bereitgestellt werden, um eine Wärmeabschirmung dafür bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Düse eine vakuumisolierte Lanze einschließen, die in einigen Ausführungsformen auch luftgekühlt sein kann. Alternativ könnten Konstruktionsmerkmale integriert werden, um eine Wärmeübertragung vom Abgas zur Düse und/oder Reduktionsmittelzufuhrleitung zu verhindern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Oberfläche von der Düse vorgelagerten Hitzeschilden, Wärmedämmschichten und/oder reduzierenden Düsen oder Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 im Abgasstrom.
  • Zum Beispiel ist 1B eine schematische Veranschaulichung einer Lanzenbaugruppe 180a, die in dem Reduktionsmittelzuführsystem 120 oder jedem anderen hierin beschriebenen Reduktionsmittelzuführsystem zum Einführen des Trockenreduktionsmittels in das Abgas, das durch das Nachbehandlungssystem 100 strömt, verwendet werden kann. Die Lanzenbaugruppe 180a kann in oder durch den Reduktionsmittelanschluss 156 angeordnet sein. Die Lanzenbaugruppe 180a schließt eine Lanze 182a ein, die in einem Hohlmantel 186a angeordnet ist. Der Hohlmantel 186a kann zum Beispiel ein Hohlrohr einschließen, das umlaufend um die Lanze 182a angeordnet ist.
  • Ein Ende 184a der Lanze 182a ist fluidisch mit einem Auslass 188a gekoppelt oder durch diesen angeordnet, der in dem Mantel 186a definiert ist. Das Ende 184a kann eine Düse oder Öffnung definieren, durch die ein Strom des Reduktionsmittels in das Abgas eingeführt wird, das durch das Nachbehandlungssystem 100 strömt. Während 1B das Ende 184a der Lanze 182a und den Auslass 188a, der sich an einem axialen Ende der Lanzenbaugruppe 180 befindet, zeigt, kann die Lanze 182a in anderen Ausführungsformen eine Biegung einschließen, zum Beispiel eine 90-Grad-Biegung, sodass sich das Ende 184a in einem Winkel in Bezug auf eine Längsachse der Lanzenbaugruppe 180a befindet. In solchen Ausführungsformen ist der Auslass 188a durchgehend in einer radialen Seitenwand des Mantels 186a derart definiert, dass das Reduktionsmittel durch das Ende 184a der Lanze 182a in einem Winkel (z. B. einem Winkel von etwa 90 Grad) in Bezug auf die Längsachse der Lanzenbaugruppe 180a eingeführt wird.
  • Der Mantel 186a kann eine erste Öffnung 185a definieren, zum Beispiel durch eine radiale Seitenwand davon. In einigen Ausführungsformen kann die Öffnung 185a mit einer Vakuumquelle gekoppelt sein, die konfiguriert ist, um Luft aus dem durch den Mantel 186a definierten inneren Volumen zu ziehen, um ein Vakuum um die Lanze 182a herum zu erzeugen und eine Vakuumwärmeabschirmung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann eine Gasquelle (z. B. eine Druckluftquelle) fluidisch mit der ersten Öffnung 185a gekoppelt und konfiguriert sein, um das Gas (z. B. Luft) in den Mantel 186a zum Kühlen der Lanze 182a zu übertragen. In solchen Ausführungsformen kann eine zweite Öffnung 187a auch in dem Mantel 186a (z. B. in der radialen Seitenwand davon) definiert und konfiguriert sein, um zu ermöglichen, dass das Gas, das sich innerhalb des Mantels erwärmen kann, aus dem Mantel 186a übertragen wird. Das erwärmte Gas kann abgekühlt und über die erste Öffnung 185a wieder in den Mantel 186a zurückgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Reduktionsmittelzuführsystem 120 konfiguriert, um eine schwerkraftunterstützte Zufuhr des Trockenreduktionsmittels aus dem Trockenreduktionsmitteltank zum SCR-System 150 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann der Trockenreduktionsmitteltank 122 in einer höheren Höhe relativ zum SCR-System 150 angeordnet sein. Das Ventil 124 kann mit dem Trockenreduktionsmitteltank 122 oder der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 gekoppelt sein. Durch Öffnen des Ventils 124 für eine vorbestimmte Zeit kann eine vorbestimmte Menge (z. B., Masse) des Trockenreduktionsmittels durch die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 in das SCR-System 150 zugeführt werden.
  • In anderen Ausführungsformen ist die Druckgasquelle 110 innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 122 angeordnet oder operativ mit diesem gekoppelt und konfiguriert, um Trockenreduktionsmittel unter Verwendung von Druckgas (z. B. Trockenluft, trockenem Stickstoff oder rückgeführtem Abgas) in das SCR-System 150 zu übertragen oder zu treiben. Das Druckgas kann die Teilchen des Trockenreduktionsmittels mitreißen (z. B. ein Aerosol bilden) und das Trockenreduktionsmittel in den Abgasströmungsweg treiben.
  • Jede geeignete Druckgasquelle kann verwendet werden. In einigen Ausführungsformen schließt die Druckgasquelle komprimiertes Gas ein, das ein Volumen des Trockenreduktionsmitteltanks 122 einnimmt und Druck auf das Reduktionsmittel ausübt. Zum Beispiel ist 3 gemäß einer Ausführungsform eine schematische Veranschaulichung eines Reduktionsmittelzuführsystems 220, das in dem Nachbehandlungssystem 100 verwendet werden kann. Das Reduktionsmittelzuführsystem 220 schließt einen Trockenreduktionsmitteltank 222 ein, der ein Volumen eines Trockenreduktionsmittels 225 enthält. Ein Teil 227 des inneren Volumens des Trockenreduktionsmitteltanks 222 ist mit komprimiertem Gas (z. B., trockene Luft oder trockener Stickstoff) gefüllt, das einen Druck auf das Trockenreduktionsmittel ausübt.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Quelle von komprimiertem Gas 210, zum Beispiel ein Tank mit komprimiertem Gas, über eine Leitung von komprimiertem Gas 212 mit dem Trockenreduktionsmitteltank 222 gekoppelt und konfiguriert sein, um komprimiertes Gas in das innere Volumen des Trockenreduktionsmitteltanks 222 bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann ein Druckablassventil 216 (z. B., ein Rückschlagventil) operativ mit dem Trockenreduktionsmitteltank 222 gekoppelt sein. Das Druckablassventil 216 kann so konfiguriert sein, dass es sich als Reaktion darauf öffnet, dass ein Druck innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 222 einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, und daher einen übermäßigen Druckaufbau innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 222 verhindert.
  • Eine Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 koppelt den Trockenreduktionsmitteltank 222 operativ mit einem Einlasskanal 202 (z. B., dem Einlasskanal 102 des Nachbehandlungssystems 100). Eine Düse 238 ist in dem Einlasskanal 202 angeordnet. Ein Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 distal vom Trockenreduktionsmitteltank 222 ist mit der Düse 238 gekoppelt und führt komprimiertes Gas mit darin mitgeführten Trockenreduktionsmittelteilchen der Düse 238 zu. Die Düse 238 kann so geformt und bemessen sein, dass ein Aerosol des trockenen Reduktionsmittels und des komprimierten Gases in das Abgas eingeführt wird, das durch den Einlasskanal 202 strömt.
  • In einigen Ausführungsformen ist ein Drucksensor 232 mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 gekoppelt und konfiguriert, um einen Druck der Mischung von komprimiertem Gas und Trockenreduktionsmittel zu messen, die durch die Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 strömt. Ferner kann auch ein Ventil 234 in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 angeordnet sein. Das Ventil 234 ist konfiguriert, um selektiv geöffnet zu werden, um ein vorbestimmtes Volumen des Trockenreduktionsmittels an den Einlasskanal 202 (z. B. den Einlasskanal 102 des Nachbehandlungssystems 100) zu übertragen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Drucksensor 232 in das Ventil 234 integriert sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführsystem 220 auch ein Absperrventil 218 einschließen. Das Absperrventil kann mit einem Auslass des Trockenreduktionsmitteltanks 222 oder der Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 gekoppelt und konfiguriert sein, um selektiv zu schließen, um zu verhindern, dass Trockenreduktionsmittel aus dem Trockenreduktionsmitteltank 222 übertragen wird, zum Beispiel als Reaktion auf ein Sicherheitsproblem (z. B., eine Leckage in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 230 oder dem Trockenreduktionsmitteltank 222).
  • Wiederum bezugnehmend auf 1A kann in einigen Ausführungsformen die Druckgasquelle 110 eine Quelle von komprimiertem Gas einschließen, die mit einem ersten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 gekoppelt und konfiguriert ist, um Druckgas dadurch an das SCR-System 150 bereitzustellen. In solchen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführsystem 120 ferner eine Reduktionsmittelübertragungsleitung umfassen, die den Trockenreduktionsmitteltank 122 operativ mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 koppelt. Ein Trockenreduktionsmittelzuführer kann mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt und konfiguriert sein, um das Trockenreduktionsmittel aus dem Trockenreduktionsmitteltank 122 über die Reduktionsmittelübertragungsleitung an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann der Trockenreduktionsmittelzuführer ferner konfiguriert sein, um zu verhindern, dass das davon vorgelagerte komprimierte Gas in Richtung des Trockenreduktionsmitteltanks 122 strömt. In anderen Ausführungsformen kann Trockenreduktionsmittel in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 eingeführt werden, wobei die Druckgasquelle deaktiviert ist. Sobald eine vorbestimmte Menge des Trockenreduktionsmittels an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 zugeführt wurde, kann die Druckgasquelle 110 aktiviert werden, um das Trockenreduktionsmittel in den Einlasskanal 102 zu treiben.
  • Zum Beispiel ist 4 gemäß einer Ausführungsform ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems 320, das in dem Nachbehandlungssystem 100 verwendet werden kann. Das Reduktionsmittelzuführsystem 320 schließt einen Trockenreduktionsmitteltank 322 und eine Quelle von komprimiertem Gas 310 (z. B. einen Trockenluft- oder Trockenstickstofftank) ein. Die Quelle von komprimiertem Gas 310 ist über eine Leitung von komprimiertem Gas 312 mit einer Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt, wobei die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 operativ mit der Düse 238 gekoppelt ist, die innerhalb des Einlasskanals 202 positioniert ist. Ein Ventil 344 kann mit der Quelle von komprimiertem Gas 310 gekoppelt und konfiguriert sein, selektiv geöffnet zu werden, um selektiv komprimiertes Gas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu übertragen.
  • Der Trockenreduktionsmitteltank 322 ist über eine Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt. Der Trockenreduktionsmitteltank enthält ein Trockenreduktionsmittel 325, zum Beispiel eines der hierin beschriebenen Trockenreduktionsmittel. Ein Druckablassventil 316 kann operativ mit dem Trockenreduktionsmitteltank 322 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um sich als Reaktion darauf zu öffnen, dass ein Druck innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 322 einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet (z. B. aufgrund der Freisetzung von Ammoniak aus dem Trockenreduktionsmittel 325 mit dem Zeitablauf, der sich innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks 322 ansammelt, wodurch ein Druck darin erhöht wird). Der Trockenreduktionsmitteltank 322 kann so konfiguriert sein, dass er mit dem Trockenreduktionsmittel nachgefüllt wird. In Ausführungsformen, in denen das Trockenreduktionsmittel Harnstoff ist, kann der Trockenreduktionsmitteltank 322 durch einfaches Gießen von Harnstoff in den Trockenreduktionsmitteltank 322, zum Beispiel über eine Nachfüllluke (nicht gezeigt), nachgefüllt werden. In anderen Ausführungsformen, in denen der Trockenreduktionsmitteltank 322 Ammoniaksalze einschließt, kann der Trockenreduktionsmitteltank 322 entlüftet werden (z. B. über ein Entlüftungsventil), um jegliches Ammoniak zu entfernen, das sich möglicherweise in dem Trockenreduktionsmitteltank 322 angesammelt hat, bevor er erneut mit frischem Ammoniaksalz nachgefüllt wird.
  • Ein Trockenreduktionsmittelzuführer 324 ist mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 gekoppelt und konfiguriert, um das Trockenreduktionsmittel aus dem Trockenreduktionsmitteltank 322 über die Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu übertragen. Außerdem kann der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 konfiguriert sein, um zu verhindern, dass das davon vorgelagerte komprimierte Gas in Richtung des Trockenreduktionsmitteltanks 322 strömt. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 einen Schnecken- oder Bandzuführer umfassen, der konfiguriert ist, um eine vorbestimmte Menge des Trockenreduktionsmittels über die Reduktionsmittelübertragungsleitung in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zuzuführen.
  • In einigen Ausführungsformen, in denen der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 einen Schneckenzuführer einschließt, kann der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 mit einer konstanten Geschwindigkeit oder einer gewünschten Frequenz betrieben werden (z. B. eine mit einer Impulsbreite modulierte EIN-Zeit), um die durchschnittliche Trockenreduktionsmitteleinführung in das Einlassrohr 202 zu reduzieren (z. B. um ein Abschaltverhältnis in Diesel-SCR-Anwendungen aufrechtzuerhalten und/oder den Trockenreduktionsmittelverbrauch zu reduzieren). In verschiedenen Ausführungsformen kann der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 mehrere Schnecken mit gleichen oder unterschiedlichen Größen einschließen, um ein geeignetes Herunterdrehen zu erhalten. In einigen Ausführungsformen können Motoren, die den Schneckenzuführer antreiben, mit Rührern gekoppelt sein, die mit dem Trockenreduktionsmittelzuführer 324 bereitgestellt sind, um zum Beispiel ein Verklumpen zu reduzieren und eine konsistente Flussrate des Trockenreduktionsmittels zu erleichtern.
  • In anderen Ausführungsformen kann der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 ein Ventil umfassen, das konfiguriert ist, um selektiv die Schwerkraftzufuhr des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu ermöglichen. In solchen Ausführungsformen kann die Quelle von komprimiertem Gas 310 konfiguriert sein, um das Bereitstellen von komprimiertem Gas für die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu stoppen, wenn der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 aktiviert ist und Trockenreduktionsmittel für die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 bereitstellt (z. B. das Ventil ist offen). Sobald eine vorbestimmte Menge des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 übertragen wird, wird der Trockenreduktionsmittelzuführer 324 deaktiviert (z. B. das Ventil ist geschlossen) und die Quelle von komprimiertem Gas 310 wird aktiviert, um komprimiertes Gas in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 einzuführen, um das zuvor in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 eingeführte Trockenreduktionsmittel über die Düse 238 in den Einlasskanal 202 zu treiben.
  • Wiederum bezugnehmend auf 1A kann in einigen Ausführungsformen die Druckgasquelle 110 eine Abgasrückführleitung einschließen, die mit einem ersten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 gekoppelt ist, sodass das Druckgas rückgeführtes Abgas ist. Zum Beispiel ist 5 ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems 420 nach einer anderen Ausführungsform. Das Reduktionsmittelzuführsystem 420 kann in dem Nachbehandlungssystem 100 verwendet werden. Das Reduktionsmittelzuführsystem 420 schließt den Trockenreduktionsmitteltank 322 ein, der über die Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 durch den Trockenreduktionsmittelzuführer 324 mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt ist, wie zuvor hierin beschrieben.
  • Eine Abgasrückführleitung 442 ist mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt. Die Abgasrückführleitung 442 ist konfiguriert, um rückgeführtes Abgas zum Beispiel dem SCR-System 150 nachgelagert zu empfangen und das rückgeführte Abgas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu übertragen. Das rückgeführte Abgas kann eine Temperatur aufweisen, die ausreicht, um Trockenreduktionsmittel zu zersetzen, das von dem Trockenreduktionsmittelzuführer 324 bereitgestellt wird, um Ammoniakgas zu erzeugen, das in den Abgasströmungsweg übertragen wird, der durch den Einlasskanal 202 definiert ist. In einigen Ausführungsformen kann ein Ventil 444 mit der Abgasrückführleitung 442 gekoppelt und konfiguriert sein, selektiv geöffnet zu werden, um das rückgeführte Abgas zur Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu übertragen.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Heizvorrichtung 440 mit der Abgasrückführleitung 442 oder der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt sein. Die Heizvorrichtung 440 kann eine elektrische Spulenheizung, eine Festkörperheizung oder jede andere geeignete Heizvorrichtung einschließen, die konfiguriert ist, um das rückgeführte Abgas auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel im Wesentlichen zu zersetzen. In anderen Ausführungsformen kann das rückgeführte Abgas zum Beispiel durch einen Kühler (nicht gezeigt) auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Trockenreduktionsmittels gekühlt werden. In solchen Ausführungsformen nimmt das rückgeführte Abgas die Partikel des Trockenreduktionsmittels mit und treibt das Trockenreduktionsmittel in den Abgasströmungsweg, wo sich das Trockenreduktionsmittel zersetzt, um Ammoniak freizusetzen.
  • Wiederum bezugnehmend auf 1A kann das Reduktionsmittelzuführsystem 120 in einigen Ausführungsformen auch einen Ejektor einschließen, der mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung der Reduktionsmittelübertragungsleitung 130 nachgelagert gekoppelt ist. Die Druckgasquelle 110 kann über den Ejektor mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 gekoppelt sein. Der Ejektor (z. B. eine Vakuumpumpe) ist konfiguriert, um einen Sog in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 zu erzeugen, um das Trockenreduktionsmittel über die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 dem SCR-System 150 zurückzuführen.
  • Zum Beispiel ist 6 ein Blockschaltbild eines Reduktionsmittelzuführsystems 520 nach einer anderen Ausführungsform. Das Reduktionsmittelzuführsystem 520 schließt den Trockenreduktionsmitteltank 322, der ein Trockenreduktionsmittel enthält, die Druckgasquelle 310 und den Trockenreduktionsmittelzuführer 324 ein, der über die Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt ist, wie in Bezug auf das Reduktionsmittelzuführsystem 320 beschrieben. Anders als das Reduktionsmittelzuführsystem 320 ist ein Ejektor 540 mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 der Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 nachgelagert gekoppelt. Der Ejektor 540 kann eine Vakuumpumpe oder eine Strahlpumpe einschließen, die konfiguriert ist, um einen Sog in der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu erzeugen, um das Trockenreduktionsmittel, das von dem Trockenreduktionsmittelzuführer 324 übertragen wird, in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu ziehen.
  • Die Druckgasquelle 310 (z. B. ein Druckluft- oder Stickstofftank) ist mit dem Ejektor 540 über die Gasleitung 514 und von dort mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt. Die Druckgasquelle 310 kann konfiguriert sein, um das Trockenreduktionsmittel, das in den Ejektor 540 gezogen wird, durch den Ejektor 540 und die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 in das Einlassrohr 202 zu treiben.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein erstes Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 der Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 vorgelagert zur Atmosphäre offen sein. Zum Beispiel kann eine Atmosphärenleitung 542 mit dem ersten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 gekoppelt sein. Ein vorgelagertes Ende der Atmosphärenleitung 542 ist zur Atmosphäre hin offen. Da Ejektor 540 Sog erzeugt, zieht der Ejektor 540 atmosphärische Luft durch die Atmosphärenleitung 542. Dies kann die Erzeugung von Vakuum erleichtern, ebenso wie die eintretende atmosphärische Luft die Übertragung des Trockenreduktionsmittels von der Reduktionsmittelübertragungsleitung 321 zum Ejektor 540 erleichtern kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Filter 544 an einem Einlass der Atmosphärenleitung 542 angeordnet und konfiguriert sein, um Feinstaub (z. B. Staub, Schmutz, organische/anorganische Teilchen usw.) aus der atmosphärischen Luft, die in die Atmosphärenleitung 542 gezogen wird, zu entfernen.
  • Unter Rückbezug auf 1A schließt das Nachbehandlungssystem 100 auch eine Steuerung 170 ein. Die Steuerung 170 kann kommunikativ mit der Druckgasquelle 110 und dem Trockenreduktionsmitteltank 122 gekoppelt sein, zum Beispiel mit dem Ventil 124, das mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130 oder dem Trockenreduktionsmitteltank 122 gekoppelt ist. Die Steuerung 170 kann auch mit dem ersten Sensor 103, dem zweiten Sensor 105 und/oder dem Motor 10 gekoppelt sein und konfiguriert sein, um ein oder mehrere Betriebszustandssignale davon zu empfangen, um einen Betriebszustand von Abgas (z. B. eine Menge von NOx-Gasen im Abgas, Abgastemperatur, Abgasdruck, Abgasströmungsrate usw.) zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 ein Signal vom Motor 10 (z. B., Motordrehzahlsignal, Motordrehmomentsignal, Luft-/Kraftstoffverhältnissignal usw.), vom ersten Sensor 103 und/oder vom zweiten Sensor 105 (z. B. NOx-Signal, Temperatursignal, Drucksignal, Fließgeschwindigkeitssignal usw.) empfangen, um den Betriebszustand des Abgases zu bestimmen. Die Steuerung 170 ist auch konfiguriert, um eine Menge an Trockenreduktionsmittel zu steuern, die in den Einlasskanal 202 und von dort in das SCR-System 150 eingeführt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 konfiguriert sein, um die Druckgasquelle 110 zu aktivieren und/oder das Ventil 124 (z. B. das Ventil 234) zu öffnen, um das Trockenreduktionsmittel oder Ammoniak, das aus zersetztem Trockenreduktionsmittel freigesetzt wird (z. B., wie in Bezug auf 5 beschrieben), in den Einlasskanal 102 einzuführen.
  • Die Steuerung 170 kann mit dem ersten Sensor 103, dem zweiten Sensor 105, dem Motor 10, der Druckgasquelle 110 und/oder dem Ventil 124 unter Verwendung eines beliebigen Typs und einer beliebigen Anzahl von verdrahteten oder drahtlosen Verbindungen wirkverbunden sein. Zum Beispiel kann eine verdrahtete Verbindung ein serielles Kabel, ein faseroptisches Kabel, ein CAT5-Kabel oder jegliche andere Form von verdrahteter Verbindung sein. Drahtlose Verbindungen können das Internet, Wi-Fi (W-LAN), zelluläre Einheiten, Funk, Bluetooth, ZigBee usw. einschließen. In einer Ausführungsform stellt ein Controller-Area-Network (CAN)-Bus den Austausch von Signalen, Informationen bzw. Daten bereit. Der CAN-Bus beinhaltet eine beliebige Anzahl von verdrahteten und drahtlosen Verbindungen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 170 in einem Steuerschaltkreis eingeschlossen sein. Beispielsweise ist 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Steuerschaltkreises 171, der gemäß einer Ausführungsform die Steuerung 170 umfasst. Die Steuerung 170 umfasst einen Prozessor 172, einen Speicher 174 oder ein beliebiges anderes computerlesbares Medium und eine Kommunikationsschnittstelle 176. Außerdem schließt die Steuerung 170 eine Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und eine Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b ein. Es versteht sich, dass die Steuerung 170 nur eine Ausführungsform der Steuerung 170 zeigt, und auch jede andere Steuerung verwendet werden kann, die in der Lage ist, die hierin beschriebenen Aufgaben auszuführen.
  • Der Prozessor 172 kann einen Mikroprozessor, einen speicherprogrammierbaren Steuerchip (PLC), einen ASIC-Chip oder einen anderen geeigneten Prozessor umfassen. Der Prozessor 172 kommuniziert mit dem Speicher 174 und ist dazu ausgelegt, Anweisungen, Algorithmen, Befehle oder sonstige im Speicher 174 abgelegte Programme auszuführen.
  • Der Speicher 174 umfasst alle hier besprochenen Speicher- bzw. Speicherplatzkomponenten. Beispielsweise kann der Speicher 174 einen Arbeitsspeicher bzw. Cache des Prozessors 172 umfassen. Der Speicher 174 kann auch ein oder mehrere Speichermedien umfassen (z. B. Festplatten, Flash-Laufwerke, computerlesbare Medien usw.), welche entweder lokal oder entfernt von der Steuerung 170 angeordnet sind. Der Speicher 174 ist dazu ausgelegt, Nachschlagetabellen, Algorithmen oder Anweisungen zu speichern.
  • In einer Konfiguration sind die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b als maschinen- oder computerlesbare Medien (z. B. im Speicher 174 gespeichert) ausgeführt, die von einem Prozessor, wie dem Prozessor 172, ausführbar sind. Wie hierin beschrieben und neben anderen Verwendungen ermöglichen die maschinenlesbaren Medien (z. B. der Speicher 174) die Durchführung bestimmter Vorgänge zum Empfangen und Senden von Daten. Zum Beispiel können die maschinenlesbaren Medien eine Anweisung (z. B. einen Befehl usw.) bereitstellen, um z. B. Daten zu erfassen. In diesem Zusammenhang können die maschinenlesbaren Medien eine programmierbare Logik einschließen, welche die Häufigkeit der Datenerfassung (oder Datenübertragung) definiert. Die computerlesbaren Medien können daher Code einschließen, der in jeder beliebigen Programmiersprache geschrieben sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Java oder dergleichen, sowie in allen herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen wie C-Programmiersprachen oder ähnlichen Programmiersprachen. Der computerlesbare Programmcode kann auf einem Prozessor oder einer Mehrzahl von entfernten Prozessoren ausgeführt werden. In letzterem Szenario können die entfernten Prozessoren miteinander durch jede beliebige Art von Netzwerk (z. B. CAN-Bus usw.) verbunden sein.
  • In einer anderen Konfiguration sind die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a, die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b als Hardwareeinheiten, wie elektronische Steuereinheiten, ausgeführt. Als solche können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b als eine oder mehrere Schaltungskomponenten ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verarbeitungsschaltungen, Netzwerkschnittstellen, Peripherievorrichtungen, Eingabevorrichtungen, Ausgabevorrichtungen, Sensoren usw.
  • In einigen Ausführungsformen können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b die Form einer oder mehrerer analoger Schaltungen, elektronischer Schaltungen (z. B. integrierter Schaltungen (IC), diskreter Schaltungen, System-on-Chip-Schaltungen (SOC-Schaltungen), Mikrosteuerungen usw.), Telekommunikationsschaltungen, Hybridschaltungen und jeder beliebigen anderen Art von „Schaltung“ annehmen. In dieser Hinsicht können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b jede Art von Komponente zum Erreichen oder Erleichtern des Erreichens der hierin beschriebenen Vorgänge einschließen. Zum Beispiel kann eine Schaltung, wie hierin beschrieben, einen oder mehrere Transistoren, Logikgatter (z. B. NAND, AND, NOR, OR, XOR, NOT, XNOR usw.), Widerstände, Multiplexer, Register, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, Verdrahtung usw. einschließen.
  • Somit können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b auch programmierbare Hardwarevorrichtungen wie feldprogrammierbare Gate-Arrays, programmierbare Array-Logik, programmierbare Logikvorrichtungen oder dergleichen einschließen. In dieser Hinsicht können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen einschließen, die durch den/die Prozessor(en) der Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und der Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b ausführbar sind. Die eine oder mehreren Speichervorrichtungen und der eine oder die mehreren Prozessoren können die gleiche Definition haben, wie sie unten in Bezug auf den Speicher 174 und den Prozessor 172 bereitgestellt ist.
  • In dem gezeigten Beispiel schließt die Steuerung 170 den Prozessor 172 und den Speicher 174 ein. Der Prozessor 172 und der Speicher 174 können dazu strukturiert oder konfiguriert sein, die hierin beschriebenen Anweisungen, Befehle und/oder Steuerprozesse in Bezug auf die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b auszuführen oder zu implementieren. Somit stellt die dargestellte Konfiguration die vorstehend genannte Anordnung dar, wobei die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b als maschinelle oder computerlesbare Medien ausgeführt sind. Wie vorstehend erwähnt, soll diese Veranschaulichung jedoch nicht einschränkend sein, da die vorliegende Offenbarung andere Ausführungsformen in Betracht zieht, wie die vorstehend genannte Ausführungsform, bei der die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b, oder mindestens ein Schaltkreis der Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und der Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b als Hardwareeinheit konfiguriert sind. Alle derartigen Kombinationen und Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
  • Der Prozessor 172 kann als einer oder mehrere Mehrzweck-Prozessoren, als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), digitaler Signalprozessor (DSP), Gruppe von Prozessorkomponenten oder andere geeignete elektronische Verarbeitungskomponenten implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Prozessoren durch mehrere Schaltungen gemeinsam genutzt werden (z. B. können die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a und die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b denselben Prozessor umfassen oder anderweitig gemeinsam nutzen, der in einigen Ausführungsbeispielen Anweisungen ausführen kann, die über unterschiedliche Speicherbereiche gespeichert sind oder auf die anderweitig über diese zugegriffen wird). Alternativ oder zusätzlich können der eine oder die mehreren Prozessoren so gestaltet sein, dass sie bestimmte Vorgänge unabhängig von einem oder mehreren Co-Prozessoren durchführen oder auf andere Weise ausführen. In anderen Ausführungsbeispielen können zwei oder mehr Prozessoren über einen Bus gekoppelt sein, um eine unabhängige, parallele, Pipeline- oder Multithread-Befehlsausführung zu ermöglichen. Alle derartigen Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Der Speicher 174 (z. B. RAM, ROM, Flash-Memory, Festplattenspeicher usw.) kann Daten bzw. Computercode zum Ermöglichen der verschiedenen hier beschriebenen Prozesse speichern. Der Speicher 174 kann mit dem Prozessor 172 kommunikativ verbunden sein, um dem Prozessor 172 Computercode oder Anweisungen bereitzustellen, um mindestens einige der hierin beschriebenen Prozesse auszuführen. Darüber hinaus kann der Speicher 174 ein gegenständlicher, nicht transienter flüchtiger Speicher oder nicht flüchtiger Speicher sein oder diese einschließen. Demgemäß kann der Speicher 174 Datenbankkomponenten, Objektcodekomponenten, Skriptkomponenten oder einen beliebigen anderen Typ von Informationsstruktur zum Unterstützen der verschiedenen Aktivitäten und Informationsstrukturen, die hier beschrieben sind, einschließen.
  • Die Kommunikationsschnittstelle 176 kann drahtlose Schnittstellen (z. B. Buchsen, Antennen, Sender, Empfänger, Kommunikationsschnittstellen, drahtgebundene Endgeräte usw.) zum Durchführen von Datenkommunikationen mit verschiedenen Systemen, Vorrichtungen oder Netzwerken einschließen. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 176 eine Ethernet-Karte und einen Anschluss zum Senden und Empfangen von Daten über ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk und/oder eine WLAN-Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem Motor 10, dem ersten Sensor 103, dem zweiten Sensor 105, dem Trockenreduktionsmitteltank 122 (oder in anderen Ausführungsformen dem Trockenreduktionsmittelzuführer 324), dem Ventil 124 (oder in anderen Ausführungsformen dem Ventil 234, 344, 444) und/oder der Druckgasquelle 110 oder einer anderen Steuerung (z. B. einer Motorsteuereinheit) umfassen. Die Kommunikationsschnittstelle 176 kann gestaltet sein, über lokale Bereichsnetzwerke (z. B. das Internet usw.) zu kommunizieren, und kann eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen (z. B. IP, LON, Bluetooth, ZigBee, Funk, Mobilfunk, Nahfeldkommunikation usw.) verwenden.
  • Die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a ist konfiguriert, um ein Betriebszustandssignal (z. B., von dem Motor 10, dem ersten Sensor 103 und/oder dem zweiten Sensor 105) zu empfangen und einen Betriebszustand des Abgases zu bestimmen, wie zuvor hierin beschrieben. Die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b ist konfiguriert, um ein Reduktionsmittelzuführsignal basierend auf dem Betriebszustand des Abgases zu erzeugen. Zum Beispiel kann das Reduktionsmittelzuführsignal so konfiguriert sein, dass es das Ventil 124, 234 für eine vorbestimmte Zeit öffnet, um das Einführung eines vorbestimmten Volumens des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130, 230 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführsignal konfiguriert sein, um den Trockenreduktionsmittelzuführer 324 selektiv zu aktivieren, um eine vorbestimmte Menge des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zuzuführen. Außerdem kann das Reduktionsmittelzuführsignal ferner konfiguriert sein, um die Druckgasquelle 310 zu aktivieren oder das Ventil 344 zu öffnen, um zu ermöglichen, dass komprimierte Gas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 übertragen wird, oder das Ventil 444 zu öffnen, um zu ermöglichen, dass rückgeführtes Abgas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 übertragen wird. Das komprimierte Gas treibt das Trockenreduktionsmittel in den Abgasströmungsweg, oder das rückgeführte Abgas kann das Trockenreduktionsmittel zersetzen, um Ammoniakgas zu erzeugen, das in den Abgasströmungsweg übertragen wird.
  • 7 zeigt ein Diagramm der Teilchengröße gegenüber der Zersetzungszeit von Harnstoffteilchen, die in einen Abgasströmungsweg eingeführt werden. Für Harnstoffteilchen mit einer Größe in einem Bereich von 30-20 Mikrometern wurde eine schnellste Zersetzungszeit von weniger als ungefähr 0,01 Sekunden beobachtet. Es wurde beobachtet, dass Harnstoffteilchen eine minimale Zersetzungstemperatur von 135 Grad Celsius aufweisen. Während flüssiges Dieselabgasfluid (DEF) eine Zersetzungsenergie von etwa 2.735 kJ/kg aufweist, findet Harnstoffthermolyse bei etwa 1.082 kJ/kg statt, was eine Verringerung der Zersetzungsenergie um etwa 60 % bereitstellt. Unabhängig von der Teilchengröße ist die Ammoniakerzeugung bei Feststoffteilchen nahezu augenblicklich. Jedoch kann eine vollständige Zersetzung aller Teilchen, um eine vollständige Ammoniakdosis zuzuführen, eine längere Zeit in Abhängigkeit von der Teilchengröße und dem jeweiligen verwendeten Trockenreduktionsmittel in Anspruch nehmen. Mit Ammoniaksalzen, die sich bei einer Temperatur von etwa 60 Grad Celsius zersetzen, könnte die Zersetzungszeit noch schneller sein. Niedrigere Zersetzungstemperatur führt zu einer schnelleren Zersetzung, die eine signifikante Vergrößerung der Teilchengröße ermöglichen kann.
  • 8 zeigt Diagramme der Zersetzungszeit gegenüber der Teilchengröße trockener Harnstoffteilchen relativ zur Tröpfchengröße von DEF. Kleinere Harnstoffteilchen enthalten etwa die gleiche Ammoniakmasse im Vergleich zu größeren DEF-Tröpfchen, die sich innerhalb der gleichen Zersetzungszeit zersetzen. Somit können die für Trockenreduktionsmittel verwendeten Lagertanks viel kleiner als DEF-Tanks ausgeführt werden und enthalten immer noch die gleiche Ammoniakmasse, wodurch eine kompakte Architektur ermöglicht wird.
  • 9 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Einführen eines Trockenreduktionsmittels in ein Nachbehandlungssystem (z. B. das Nachbehandlungssystem 100) unter Verwendung eines Reduktionsmittelzuführsystems (z. B. wobei das Reduktionsmittelzuführsystem 120, 220, 320, 420, 520) einen Trockenreduktionsmitteltank (z. B. den Trockenreduktionsmitteltank 122, 222, 322) und eine Druckgasquelle (z. B. die Druckgasquelle 110, 210, 310) umfasst. Das Verfahren 600 umfasst das Bestimmen eines Betriebszustands des Abgases, bei 602. Zum Beispiel kann die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a ein Betriebszustandssignal (z. B. vom Motor 10, vom ersten Sensor 103 und/oder vom zweiten Sensor 105) empfangen und einen Betriebszustand des Abgases bestimmen, wie zuvor hierin beschrieben.
  • Unter 604 wird das Reduktionsmittelzuführsystem basierend auf dem Betriebszustand des Abgases aktiviert. Zum Beispiel kann die Trockenreduktionsmittelzufuhrsteuerschaltung 174b ein Reduktionsmittelzuführsignal basierend auf dem Betriebszustand des Abgases erzeugen. Zum Beispiel kann das Reduktionsmittelzuführsignal so konfiguriert sein, dass es das Ventil 124, 234 für eine vorbestimmte Zeit öffnet, um das Einführung eines vorbestimmten Volumens des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 130, 230 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführsignal konfiguriert sein, um den Trockenreduktionsmittelzuführer 324 selektiv zu aktivieren, um eine vorbestimmte Menge des Trockenreduktionsmittels in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zuzuführen. Außerdem kann das Reduktionsmittelzuführsignal ferner konfiguriert sein, um die Druckgasquelle 310 zu aktivieren oder das Ventil 344 zu öffnen, um zu ermöglichen, dass komprimiertes Gas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 übertragen wird, oder das Ventil 444 zu öffnen, um zu ermöglichen, dass rückgeführtes Abgas an die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 übertragen wird. In noch anderen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzuführsignal konfiguriert sein, um auch den Ejektor 540 zu aktivieren, um Reduktionsmittel in die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 zu ziehen, die in das Einlassrohr 202 übertragen wird, das durch komprimiertes Gas angetrieben wird, das von der Druckgasquelle 310 zugeführt wird, wie zuvor hierin beschrieben.
  • 10 ist ein schematisches Flussdiagramm eines anderen Verfahrens 700 zur Verwendung eines Trockenreduktionsmittelsystems in einem Nachbehandlungssystem (z. B. dem Nachbehandlungssystem 100) unter Verwendung eines Reduktionsmittelzuführsystems (e.g. dem Reduktionsmittelzuführsystem 120, 420, 520) einschließlich eines Trockenreduktionsmitteltanks (z. B., des Trockenreduktionsmitteltanks 122, 222, 322) und einer Druckgasquelle (z. B. der Druckgasquelle 110, 210, 310 oder der Abgasrückführleitung 442). Das Verfahren 700 umfasst das Bestimmen eines Betriebszustands des Abgases, bei 702. Zum Beispiel kann die Betriebszustandsbestimmungsschaltung 174a ein Betriebszustandssignal (z. B. vom Motor 10, vom ersten Sensor 103 und/oder vom zweiten Sensor 105) empfangen und einen Betriebszustand des Abgases bestimmen, wie zuvor hierin beschrieben.
  • Bei 704 wird einer Reduktionsmittelzufuhrleitung Druckgas zugeführt. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Druckgasquelle 110 oder die Quelle von komprimiertem Gas 310 aktiviert werden (z. B. durch Öffnen des Ventils 324), um der Reduktionsmittelzufuhrleitung 130, 330 Druckgas (z. B. trockene Druckluft oder Stickstoff) bereitzustellen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Druckgasquelle die Abgasrückführleitung 442 einschließen, und das Druckgas schließt rückgeführtes Abgas ein. In solchen Ausführungsformen wird das rückgeführte Abgas der Reduktionsmittelzufuhrleitung 330 bereitgestellt, zum Beispiel durch Öffnen des Ventils 444.
  • In einigen Ausführungsformen wird bestimmt, ob die Temperatur des Druckgases (z. B., rückgeführtes Abgas) bei 706 größer als ein vorbestimmter Temperaturschwellenwert ist. Wenn die Temperatur größer als der vorbestimmte Temperaturschwellenwert ist (706: JA), fährt das Verfahren mit Vorgang 710 fort, und ein Trockenreduktionsmittelzuführer (z. B., der Trockenreduktionsmittelzuführer 324) wird aktiviert, um das Trockenreduktionsmittel an die Reduktionsmittelzufuhrleitung (z. B., die Reduktionsmittelzufuhrleitung 330) zuzuführen. Als Reaktion darauf, dass die Temperatur niedriger als der vorbestimmte Temperaturschwellenwert ist (706:NEIN), wird das Druckgas erwärmt (e.g. über die Heizvorrichtung 440), zum Beispiel bei 708, um die Temperatur des Druckgases (e.g. das rückgeführte Abgas) auf eine Temperatur zu erhöhen, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel zu zersetzen. Das Verfahren 700 fährt dann mit Operation 710 fort, wie zuvor hierin beschrieben.
  • Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen bzw. 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 Ähnliches 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.
  • Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „etwa“ 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 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 die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen 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 Erfindung abzuweichen.
  • Obgleich diese Patentschrift viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs aller Erfindungen oder der Ansprüche gedacht sein, jedoch vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Erfindungen 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 62/740215 [0001]

Claims (20)

  1. Reduktionsmittelzuführsystem für ein Nachbehandlungssystem, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines Abgases zu zersetzen, umfassend: einen Trockenreduktionsmitteltank, der so konfiguriert ist, dass er ein Trockenreduktionsmittel enthält; eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die konfiguriert ist, um den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem zu koppeln, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem zuzuführen, und eine Druckgasquelle, die konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel unter Verwendung von Druckgas durch die Reduktionsmittelzufuhrleitung an das Nachbehandlungssystem zu übertragen.
  2. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 1, wobei die Druckgasquelle komprimiertes Gas umfasst, das ein Volumen des Trockenreduktionsmitteltanks einnimmt und Druck auf das Trockenreduktionsmittel ausübt.
  3. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Druckablassventil, das operativ mit dem Trockenreduktionsmitteltank gekoppelt ist, wobei das Druckablassventil konfiguriert ist, um sich als Reaktion darauf zu öffnen, dass ein Druck innerhalb des Trockenreduktionsmitteltanks einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet.
  4. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Ventil, das in der Reduktionsmittelzufuhrleitung angeordnet ist, wobei das Ventil konfiguriert ist, um selektiv geöffnet zu werden, um ein vorbestimmtes Volumen des trockenen Reduktionsmittels an das Nachbehandlungssystem zu übertragen.
  5. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 4, ferner umfassend einen Drucksensor, der in das Ventil integriert ist.
  6. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Absperrventil, das mit einem Auslass des Trockenreduktionsmitteltanks gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv zu schließen, um zu verhindern, dass Trockenreduktionsmittel aus dem Trockenreduktionsmitteltank übertragen wird.
  7. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 1, wobei die Druckgasquelle eine Quelle von komprimiertem Gas umfasst, die mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um komprimiertes Gas dadurch an das Nachbehandlungssystem bereitzustellen, und wobei das Reduktionsmittelzuführsystem ferner umfasst: eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzufuhrer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  8. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Ejektor, der der Reduktionsmittelübertragungsleitung nachgelagert mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist, wobei die Druckgasquelle über den Ejektor mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist, der Ejektor konfiguriert ist, um einen Sog in der Reduktionsmittelzufuhrleitung zu erzeugen, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem über die Reduktionsmittelzufuhrleitung zuzuführen.
  9. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 8, wobei ein erstes Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung der Reduktionsmittelübertragungsleitung vorgelagert zur Atmosphäre offen ist.
  10. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 1, wobei die Druckgasquelle eine Abgasrückführleitung umfasst, die mit einem ersten Ende der Reduktionsmittelzufuhrleitung gekoppelt ist, wobei das Druckgas rückgeführtes Abgas ist, und das Reduktionsmittelzuführsystem ferner umfasst: eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzufuhrer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  11. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 10, ferner umfassend eine Heizvorrichtung, die konfiguriert ist, um das rückgeführte Abgas auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel im Wesentlichen zu zersetzen.
  12. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 10, ferner umfassend ein Ventil, das mit der Abgasrückführleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um selektiv geöffnet zu werden, um das rückgeführte Abgas zu der Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  13. Reduktionsmittelzuführsystem für ein Nachbehandlungssystem, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines Abgases zu zersetzen, umfassend: einen Trockenreduktionsmitteltank, der so konfiguriert ist, dass er ein Trockenreduktionsmittel enthält; und eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die konfiguriert ist, um den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit dem Nachbehandlungssystem zu koppeln, um eine schwerkraftunterstützte Zuführung des Trockenreduktionsmittels von dem Trockenreduktionsmitteltank zu dem Nachbehandlungssystem zu ermöglichen.
  14. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine Reduktionsmittelübertragungsleitung, die den Trockenreduktionsmitteltank operativ mit der Reduktionsmittelzufuhrleitung koppelt; und einen Trockenreduktionsmittelzuführer, der mit der Reduktionsmittelübertragungsleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das Trockenreduktionsmittel vom Trockenreduktionsmitteltank über die Reduktionsmittelübertragungsleitung zur Reduktionsmittelzufuhrleitung zu übertragen.
  15. Reduktionsmittelzuführsystem nach Anspruch 13, wobei der Trockenreduktionsmittelzuführer einen Schneckenzuführer umfasst.
  16. Verfahren zum Einführen von Trockenreduktionsmittel in ein Abgas, das durch ein Nachbehandlungssystem strömt, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Betriebszustands des Abgases; Bereitstellen eines Druckgases für eine Reduktionsmittelzufuhrleitung eines Reduktionsmittelzuführsystems, wobei das Reduktionsmittelzuführsystem umfasst: einen Trockenreduktionsmitteltank, der ein Trockenreduktionsmittel enthält, eine Reduktionsmittelzufuhrleitung, die den Trockenreduktionstank operativ mit dem Nachbehandlungssystem koppelt, und eine Druckgasquelle zum Bereitstellen des Druckgases; und Aktivieren eines Trockenreduktionsmittelzuführers des Reduktionsmittelzuführsystems, um das Trockenreduktionsmittel dem Nachbehandlungssystem über die Reduktionsmittelzufuhrleitung zuzuführen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfassend: vor dem Bereitstellen des Druckgases an die Reduktionsmittelzufuhrleitung, Bestimmen einer Temperatur des Druckgases; und als Reaktion darauf, dass die Temperatur niedriger als ein Temperaturschwellenwert ist, Erwärmen des Druckgases auf eine Temperatur, die ausreicht, um das Trockenreduktionsmittel zu zersetzen.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Druckgasquelle eine Quelle von komprimiertem Gas umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Druckgasquelle eine Quelle für rückgeführtes Abgas umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Trockenreduktionsmittelzuführer einen Schneckenzuführer umfasst.
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