DE112019007882T5

DE112019007882T5 - Auslasskanal für einen Nachbehandlungssensor

Info

Publication number: DE112019007882T5
Application number: DE112019007882.8T
Authority: DE
Inventors: Advait Sunil Vaishampayan
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2022-09-01
Also published as: GB2605033B; WO2021091561A1; US11655747B2; CN114651117B; US20220389854A1; GB2605033A; CN114651117A; BR112022007904A2; GB202206462D0

Abstract

Eine Auslassanordnung für ein Nachbehandlungssystem umfasst eine Auslassleitung, die dazu konfiguriert ist, ein Abgas aus dem Nachbehandlungssystem aufzunehmen. Die Auslassleitung definiert eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon. Ein Auslasskanal ist innerhalb der Auslassleitung angeordnet. Der Auslasskanal umfasst ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende nachgelagert ist. Das zweite Ende ist fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt. Ein Loch ist durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet. Das Loch ist dazu konfiguriert, einen Sensor hindurch in einen Strömungsweg einzuführen, der durch den Auslasskanal definiert ist. Der Auslasskanal ist dazu konfiguriert, einen Teil des Abgases von der Auslassleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet von Sensoren für Abgasnachbehandlungssysteme.
STAND DER TECHNIK
Abgasnachbehandlungssysteme werden dazu verwendet, Abgas, das durch Verbrennungsmotoren erzeugt wird, aufzunehmen und zu behandeln. Allgemein schließen Abgasnachbehandlungssysteme eine beliebige Anzahl mehrerer unterschiedlicher Komponenten zum Reduzieren des Anteils an schädlichen Abgasemissionen im Abgas ein. Zum Beispiel schließen bestimmte Abgasnachbehandlungssysteme für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-System) ein, einschließlich eines Katalysators, der dazu formuliert ist, NOx (NO und NO₂ in geringfügigem Anteil) in harmloses Stickstoffgas (N₂) und Wasserdampf (H₂O) in Gegenwart von Ammoniak (NH₃) umzuwandeln. 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 reduzieren. Die Nebenprodukte der Reduktion des Abgases werden dann fluidisch mit dem Katalysator, der in dem SCR-System eingeschlossen ist, in Verbindung gebracht, um im Wesentlichen alle NOx-Gase in relativ harmlose Nebenprodukte abzubauen, die aus dem Nachbehandlungssystem ausgestoßen werden. Das Abgas schließt auch Feststoffteilchen (PM) wie Ruß, Asche, Staub, Schmutz oder anorganische PM ein, die darin enthalten sind. Im Allgemeinen werden in Nachbehandlungssystemen Filter verwendet, um die PM zu filtern, und PM-Sensoren werden stromabwärts des Filters verwendet, um eine PM-Menge zu messen, die im Abgas nachgelagert des Filters verbleibt und zum Bestimmen eines Wirkungsgrads des Filters verwendet werden kann. Auch andere Sensoren können nachgelagert zum Filter- und/oder SCR-System angeordnet sein, um verschiedene Betriebsparameter des Abgases zu bestimmen.
KURZDARSTELLUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines Sensors für ein Nachbehandlungssystem und insbesondere auf eine Auslassanordnung, die einen Auslasskanal einschließt, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet und konfiguriert ist, um einen Abschnitt des durch den Auslasskanal strömenden Abgases aufzunehmen. Eine Messspitze eines Sensors ist durch den Auslasskanal angeordnet, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
In einigen Anordnungen umfasst eine Auslassanordnung für ein Nachbehandlungssystem: eine Auslassleitung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Abgasstrom eines durch das Nachbehandlungssystem strömenden Abgases aufnimmt, wobei die Auslassleitung eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon definiert; und einen innerhalb der Auslassleitung angeordneten Auslasskanal, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer der Auslassleitung vorgelagerten Seite zugewandt ist, ein zweites Ende, das nachgelagert zu dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand des Auslasskanals befindet, wobei das Loch so konfiguriert ist, dass ein Sensor durch dieses hindurch in einen durch den Auslasskanal definierten Strömungsweg eingeführt werden kann, wobei der Auslasskanal so konfiguriert ist, dass er einen Teil des Abgases von der Auslassleitung aufnimmt, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Nachbehandlungssystem: eine Abgasleitung, die ein inneres Volumen definiert, innerhalb dessen mindestens eine Nachbehandlungskomponente angeordnet ist, die zur Behandlung von Bestandteilen eines durch das Nachbehandlungssystem strömenden Abgases konfiguriert ist; eine Auslassanordnung ist fluidisch mit der Abgasleitung gekoppelt und konfiguriert, das Abgas von der Abgasleitung aufzunehmen, wobei die Auslassanordnung umfasst: eine Auslassleitung, die mit der Abgasleitung gekoppelt ist, wobei die Auslassleitung eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon definiert, und einen Auslasskanal, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet ist, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, ein zweites Ende, das nachgelagert von dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Auslasskanalseitenwand an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet. Ein Sensor ist durch das Loch in dem durch den Auslasskanal definierten Strömungsweg angeordnet, wobei der Auslasskanal so konfiguriert ist, dass er einen Teil des Abgases aus der Auslassleitung aufnimmt, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zur Verbesserung der Funktionalität eines Sensors eines Nachbehandlungssystems: Bereitstellen einer Abgasleitung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Nachbehandlungskomponente des Nachbehandlungssystems aufnimmt; Koppeln einer Auslassanordnung mit der Abgasleitung, wobei die Auslassanordnung umfasst: eine Auslassleitung, in deren Seitenwand eine erste Öffnung definiert ist, und einen Auslasskanal, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet ist, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, ein zweites Ende, das innerhalb des ersten Endes nachgelagert ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Auslasskanalseitenwand an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet, wobei die Auslassleitung mit der Abgasleitung gekoppelt ist; und Einführen eines Sensors durch das Loch in einen Strömungsweg, der durch den Auslasskanal definiert ist, wobei der Auslasskanal konfiguriert ist, einen Teil des Abgases von der Abgasleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
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. Unter der Voraussetzung, dass diese Zeichnungen lediglich mehrere Ausführungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung ihres Schutzbereichs zu betrachten sind, wird die Offenbarung unter Verwendung der beiliegenden Zeichnungen genauer und ausführlicher beschrieben.

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht einer Auslassanordnung für ein Nachbehandlungssystem, gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine Draufsicht auf die Auslassanordnung von 2.
4 ist eine Seitenansicht einer Auslassanordnung für ein Nachbehandlungssystem, gemäß einer anderen Ausführungsform.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verbesserung der Leistung eines Sensors eines Nachbehandlungssystems gemäß einer 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 unterschiedlichen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt sind und Teil dieser Offenlegung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zur Verbesserung der Leistung eines Sensors für ein Nachbehandlungssystem und insbesondere auf eine Auslassanordnung, die einen Auslasskanal einschließt, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet und konfiguriert ist, um einen Abschnitt des durch den Auslasskanal strömenden Abgases aufzunehmen. Eine Messspitze eines Sensors ist durch den Auslasskanal angeordnet, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
Nachbehandlungssysteme schließen verschiedene Sensoren ein, die in einem Auslasskanal oder einem Endrohr des Nachbehandlungssystems angeordnet und so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Betriebsparameter messen, z. B. NOx-Konzentration, Sauerstoffkonzentration, Kohlenmonoxidkonzentration oder Konzentration von Feststoffteilchen (PM) im Abgas, das nach Durchlaufen des Nachbehandlungssystems an die Umwelt abgegeben wird. Die Funktionalität, beispielsweise die Empfindlichkeit von PM-Sensoren, kann von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an einer Messspitze des Sensors und/oder einem Probenahmevolumen des Abgases an der Messspitze des Sensors abhängig sein. In herkömmlichen Nachbehandlungssystemen sind die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und das Probenahmevolumen des Abgases, dem die Messspitze des Sensors ausgesetzt ist, durch die Betriebsparameter des Motors und/oder des Nachbehandlungssystems definiert und weisen keine Strukturen zum Ändern der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Probenahmevolumens am Auslass solcher Nachbehandlungssysteme auf, welche die Funktionalität der in der Nähe des Auslasses des Nachbehandlungssystems angeordneten Sensoren verbessern können.
Außerdem kann manchmal Wasser (z. B. Regenwasser) durch einen Auslass des Nachbehandlungssystems in das System eindringen. Wenn das Wasser, das in das Nachbehandlungssystem eindringt, mit einem oder mehreren der im Auslasskanal angeordneten Sensoren in Kontakt kommt, kann das Wasser die im Auslass angeordneten Sensoren beschädigen, was zu einem Austausch der Sensoren und erhöhten Wartungskosten führt.
Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Auslassleitungsanordnungen können einen oder mehrere Vorteile bereitstellen, die beispielsweise einschließen: (1) Verbessern der Funktionalität von Sensoren, insbesondere PM-Sensoren, durch Bereitstellen eines Auslasskanals, der innerhalb einer Auslassleitung angeordnet ist, die eine Messspitze des Sensors aufnimmt, und Verbessern der Funktionalität des Sensors durch Erhöhen einer Strömungsgeschwindigkeit und eines Probenahmevolumens innerhalb des Auslasskanals; (2) Schützen einer Messspitze des Sensors vor Wasserschäden; und (3) Erhöhen der Sensorlebensdauer, wodurch Wartungskosten reduziert werden.
1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Nachbehandlungssystem 100 ist dazu konfiguriert, ein Abgas (z. B. ein Dieselabgas) von einem Motor 10 aufzunehmen und Bestandteile des Abgases, wie zum Beispiel NOx-Gase, CO usw., abzubauen. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt einen Reduktionsmittelspeichertank 110, eine Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112, einen Reduktionsmitteleinspritzer 120, eine Abgasleitung 101, in der ein SCR-System 150 angeordnet ist, und eine Auslassanordnung 104 ein, die mit der Abgasleitung 101 gekoppelt ist, und kann auch einen Filter 140 einschließen, der innerhalb der Abgasleitung 101 vorgelagert zu dem SCR-System 150 angeordnet ist.
Der Motor 10 kann ein Verbrennungsmotor sein, zum Beispiel ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor, ein Biodieselmotor, ein Zweistoffmotor, ein Alkoholmotor, ein E85-Motor oder jeder andere geeignete Verbrennungsmotor.
Der Reduktionsmittelspeichertank 110 enthält ein Reduktionsmittel, das dazu formuliert ist, eine Reduktion der Bestandteile des Abgases (z. B. NOx-Gase) durch einen Katalysator 154, der in dem SCR-System 150 eingeschlossen ist, zu ermöglichen. Bei Ausführungsformen, bei denen das Abgas ein Dieselabgas ist, kann das Reduktionsmittel ein Dieselabgasfluid (DEF) einschließen, das eine Ammoniakquelle bereitstellt. Geeignete DEFs schließen Harnstoff, eine wässrige Harnstofflösung oder jedes andere DEF ein (z. B. das DEF, das unter dem Handelsnahmen ADBLUE®) erhältlich ist. In bestimmten Ausführungsformen schließt das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung mit 32,5 Vol.-% Harnstoff und 67,5 % deionisiertem Wasser ein. In anderen Ausführungsformen schließt das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung mit 40 % Harnstoff und 60 % deionisiertem Wasser ein.
Das SCR-System 150 ist dazu konfiguriert, das Abgas (z. B. ein Dieselabgas) aufzunehmen und zu behandeln, das durch das SCR-System 150 in Gegenwart von Ammoniak strömt. Die Abgasleitung 101 definiert einen Strömungsweg, innerhalb dessen das SCR-System 150 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen schließt die Abgasleitung 101 ein Einlassrohr 102 ein, das dem SCR-System 150 vorgelagert positioniert ist und dazu konfiguriert ist, Abgas von dem Motor 10 aufzunehmen und das Abgas an das SCR-System 150 weiterzugeben. Die Auslassanordnung 104 ist mit der Abgasleitung 101 gekoppelt und dazu konfiguriert, das Abgas aus der Abgasleitung 101 aufzunehmen.
Ein vorgelagerter Sensor 103 kann in dem Einlassrohr 102 angeordnet sein. Der vorgelagerte Sensor 103 kann zum Beispiel einen NOx-Sensor (z. B. einen physischen oder virtuellen NOx-Sensor), einen Sauerstoffsensor, einen Feinstaubsensor, einen Kohlenmonoxidsensor, einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen beliebigen anderen Sensor oder eine Kombination davon, die dazu konfiguriert sind, einen oder mehrere Parameter des Abgases zu messen, einschließen. Derartige Betriebsparameter können zum Beispiel eine Menge an NOx-Gasen im Abgas, eine Temperatur des Abgases, eine Strömungsrate und/oder einen Druck des Abgases einschließen.
Das SCR-System 150 schließt mindestens einen Katalysator 154 ein, der innerhalb eines Innenvolumens, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann das SCR-System 150 einen Filter zur selektiven katalytischen Reduktion (SCRF) oder eine beliebige andere Nachbehandlungskomponente umfassen, die dazu konfiguriert ist, Bestandteile des Abgases (z. B. NOx-Gase, wie Distickstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid usw.) abzubauen, die durch die Abgasleitung 101 in Gegenwart eines Reduktionsmittels strömen, wie hierin beschrieben. Jeder geeignete Katalysator 154 kann verwendet werden, wie zum Beispiel platin-, palladium-, rhodium-, cerium-, eisen-, mangan-, kupfer-, vanadiumbasierte Katalysatoren (einschließlich Kombinationen davon).
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 kann derart über und um den Katalysator 154 strömen, dass die im Abgas eingeschlossenen NOx-Gase weiter reduziert werden, sodass ein Abgas entsteht, das im Wesentlichen frei von Kohlenmonoxid und NOx-Gasen ist.
In einigen Ausführungsformen kann innerhalb der Abgasleitung 101 vorgelagert zum SCR-System 150 ein Filter 140 (z. B. ein Dieselpartikelfilter) angeordnet sein. Der Filter 140 ist dazu konfiguriert, Filterfeinstaub wie Ruß oder Asche aus dem durch das Nachbehandlungssystem 100 strömenden Abgas zu filtern. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem 100 auch andere Nachbehandlungskomponenten einschließen, wie zum Beispiel einen Oxidationskatalysator (z. B. einen Dieseloxidationskatalysator), Ammoniakoxidationskatalysatoren, Mischer, Prallbleche oder jede andere geeignete Nachbehandlungskomponente. Solche Nachbehandlungskomponenten können dem SCR-System 150 innerhalb der Abgasleitung 101 vorgelagert oder nachgelagert angeordnet sein.
Die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 ist fluidisch an den Reduktionsmittelspeichertank 110 gekoppelt und dazu konfiguriert, das Reduktionsmittel dem Reduktionsmitteleinspritzer 120, der dem SCR-System 150 vorgelagert angeordnet ist, bereitzustellen. Die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 kann verschiedene Strukturen umfassen, um eine Aufnahme des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmittelspeichertank 110 und eine Abgabe an den Reduktionsmitteleinspritzer 120 zu ermöglichen, wie ausführlich hierin beschrieben.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 eine oder mehrere Pumpen (z. B. eine Membranpumpe, eine Verdrängerpumpe, eine Kreiselpumpe, eine Vakuumpumpe usw.) zum Abgeben des Reduktionsmittels an den Reduktionsmitteleinspritzer 120 bei einem Betriebsdruck und/oder einer Strömungsrate einschließen. Die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 kann auch Filter und/oder Siebe (um z. B. zu verhindern, dass Feststoffpartikel des Reduktionsmittels oder Verunreinigungen in die eine oder die mehreren Pumpen strömen) und/oder Ventile (z. B. Rückschlagventile), die dazu konfiguriert sind, auf das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittelspeichertank 110 zurückzugreifen, einschließen. Siebe, Rückschlagventile, Pulsationsdämpfer oder andere Strukturen können auch der einen oder den mehreren Pumpen der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 nachgelagert angeordnet sein und dazu konfiguriert sein, Verunreinigungen zu entfernen und/oder eine Abgabe des Reduktionsmittels an den Reduktionsmitteleinspritzer 120 zu ermöglichen.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112 auch eine Umgehungsleitung einschließen, die dazu aufgebaut ist, einen Rückführweg für das Reduktionsmittel von der einen oder den mehreren Pumpen zu dem Reduktionsmittelspeichertank 110 bereitzustellen. Ein Ventil (z. B. ein Öffnungsventil) kann in der Umgehungsleitung bereitgestellt sein, um ein selektives Zurückführen des Reduktionsmittels zu dem Reduktionsmittelspeichertank 110 zu ermöglichen (z. B. wenn der Motor 10 ausgeschaltet wird oder während eines Spülvorgangs der Reduktionsmittelzuführbaugruppe 112).
Die Auslassanordnung 104 ist mit der Abgasleitung 101 gekoppelt. Die Auslassanordnung 104 schließt eine Abgasleitung 106 ein, die dazu konfiguriert ist, das Abgas aus dem Nachbehandlungssystem 100 aufzunehmen. Die Auslassleitung 106 definiert eine erste Öffnung 109 durch eine Seitenwand 107 der Auslassleitung 106.
Die Auslassanordnung 104 schließt auch einen Auslasskanal 160 innerhalb der Auslassleitung 106 ein. Der Auslasskanal 160 schließt ein erstes Ende 161 ein, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung 106 zugewandt ist, und ein zweites Ende 165, das dem ersten Ende 161 nachgelagert ist. Das zweite Ende 165 ist fluidisch mit der ersten Öffnung 109 gekoppelt. Ein Loch ist durch eine Auslasskanalseitenwand des Auslasskanals 160 an einer radialen Stelle angeordnet, die sich in der Nähe der Seitenwand 107 der Auslassleitung 106 befindet, wo die erste Öffnung 109 definiert ist.
Das Loch ist dazu konfiguriert, einen Sensor 105 hindurch in einen Strömungsweg einzuführen, der durch den Auslasskanal 160 definiert ist. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor 105 ein PM-Sensor sein. In anderen Ausführungsformen kann der Sensor 105 ein NOx-Sensor, ein Sauerstoffsensor, ein Ammoniaksensor, ein Temperatursensor oder ein anderer geeigneter Sensor oder eine Kombination von Sensoren sein. Die Auslassleitung 106 kann eine zweite Öffnung an einer Stelle definieren, die sich in der Nähe des Lochs vorgelagert der ersten Öffnung 109 befindet und dazu konfiguriert ist, das Einführen des Sensors 105 hindurch in den Auslasskanal 160 über das Loch zu ermöglichen. Die zweite Öffnung kann durch die Seitenwand 107 der Auslassleitung 106 vorgelagert der ersten Öffnung 109 definiert sein, und der Sensor 105 kann so eingeführt werden, dass eine Messspitze des Sensors 105 durch das im Auslasskanal 160 definierte Loch eingeführt und in einem durch den Auslasskanal 160 definierten Pfad angeordnet wird.
Der Auslasskanal 160 ist dazu konfiguriert, einen Teil des Abgasstroms aus der Abgasleitung 106 aufzunehmen, sodass der Sensor 105 dem Teil des Abgases ausgesetzt ist. Wie in 1 gezeigt, weist der Auslasskanal 160 eine geringere Querschnittsbreite auf als die Auslassleitung 106, ist aber groß genug, um mindestens eine Spitze des Sensors 105 aufnehmen zu können. Die Querschnittsbreite des Auslasskanals 160 bestimmt ein Probenahmevolumen des Teils des Abgases. Die schnellere Geschwindigkeit des Teils des Abgases erhöht die Funktionalität (z. B. die Empfindlichkeit) des Sensors 105.
Ferner ist der atmosphärische Druck in der Umgebung des Nachbehandlungssystems 100 im Wesentlichen geringer als der Druck im Inneren der Auslassleitung 106. Wird ein alternativer Pfad für das Entweichen der Abgase bereitgestellt, können Strömung und Geschwindigkeit der Abgase vorteilhaft beeinflusst werden. Das Bereitstellen des Auslasskanals 160, der mit der ersten Öffnung 109 gekoppelt ist, stellt einen alternativen Auslass für den Teil des Abgases bereit, der eine große Druckdifferenz erzeugt. Da die Strömung von einem Bereich mit höherem Druck in einen Bereich mit niedrigerem Druck erfolgt, versucht das Abgas naturgemäß, über den Auslasskanal 160 zu entweichen, da dieser einen schnelleren und kürzeren Entweichungsweg bereitstellt als die Auslassleitung 106.
Aufgrund der dadurch entstehenden Differenz erhöht sich der Abgasstrom und die Geschwindigkeit durch den Auslasskanal 160. Die Stelle des Auslasskanals 160 ist so ausgewählt, dass sie radial innerhalb der Stelle liegt, an welcher der Sensor 105 in die Auslassleitung 106 eingeführt wird, sodass die Messspitze des Sensors 105 durch das Loch in den Strömungsweg eingeführt werden kann, der durch den Auslasskanal 160 definiert ist. Die Erhöhung des Durchflussvolumens und der Strömungsgeschwindigkeit des Teils des Abgases und damit an der Messspitze des Sensors 105 bezogen auf den Großteil des durch die Auslassleitung 106 strömenden Abgases erhöht die Funktionalität des Sensors 105.
Wie in 1 gezeigt, kann der Auslasskanal einen ersten Abschnitt 162 und einen zweiten Abschnitt 164 einschließen, der nachgelagert zum ersten Abschnitt 162 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 162 ist im Wesentlichen mit einer Gasachse der Abgasleitung ausgerichtet und definiert einen ersten Abschnittseinlass, der sich am ersten Ende 161 befindet und dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases aufzunehmen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen ausgerichtet“, dass eine Achse des ersten Abschnitts 162 innerhalb von ± 5 Grad zur Achse der Auslassleitung 106 liegt. Der zweite Abschnitt 164 ist gegenüber dem ersten Abschnitt 162 abgewinkelt und definiert einen Auslass für den zweiten Abschnitt, der an dem zweiten Ende 165 konfiguriert ist, um den Teil des Abgases über die erste Öffnung 109 an die Umwelt abzugeben. In einigen Ausführungsformen liegt der Winkel in einem Bereich von 30 Grad bis 90 Grad.
In einigen Ausführungsformen kann ein Endrohr (z. B. das in 2 gezeigte Endrohr 208) nachgelagert zum Auslasskanal 160 an die Auslassleitung 106 gekoppelt werden. Zusätzlich zur verbesserten Funktionalität des Sensors 105 schützt der Auslasskanal 160 auch die Messspitze des Sensors 105 vor dem Kontakt mit jeglichem Wasser, das sich seinen Weg in die Auslassleitung 106 bahnt. In einigen Ausführungsformen kann die Auslassanordnung 104 auch eine Stufe (z. B. die in 4 gezeigte Stufe 370) einschließen, die auf einer Außenfläche der Seitenwand 107 der Auslassleitung 106 um mindestens einen Abschnitt eines Umfangs der ersten Öffnung 109 angeordnet ist. Die Stufe kann dazu konfiguriert sein zu verhindern, dass Wasser über die erste Öffnung 109 in den Auslasskanal 160 gelangt. So kann beispielsweise das Nachbehandlungssystem 100 vertikal auf einer Montagestruktur montiert werden. In solchen Ausführungsformen verhindert die Stufe, dass Wasser (z. B. Regenwasser) in den Auslasskanal 160 strömt, und bietet somit einen weiteren Schutz für die Messspitze des Sensors 105.
Die 2-3 zeigen verschiedene Ansichten einer Auslassanordnung 204 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Auslassanordnung 204 ist so konfiguriert, dass sie mit einer Abgasleitung, beispielsweise der Abgasleitung 101, gekoppelt werden kann. Die Auslassanordnung 204 schließt eine Abgasleitung 206 ein, die dazu konfiguriert ist, ein Abgas 211 aus einem Nachbehandlungssystem (z. B. dem Nachbehandlungssystem 100) aufzunehmen. Ein Endrohr 208 kann an ein Ende der Auslassleitung 206 gekoppelt sein, das distal von der Abgasleitung angeordnet ist. Die Auslassleitung 206 definiert eine erste Öffnung 209 durch eine Seitenwand 207 der Auslassleitung 206. Die Auslassanordnung 204 schließt auch einen Auslasskanal 260 innerhalb der Auslassleitung 206 ein. Der Auslasskanal 260 schließt ein erstes Ende 261 ein, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung 206 zugewandt ist, und ein zweites Ende 265, das dem ersten Ende 261 nachgelagert ist. Das zweite Ende 265 ist fluidisch mit der ersten Öffnung 209 gekoppelt.
Ein Loch 268 ist durch eine Auslasskanalseitenwand des Auslasskanals 260 an einer radialen Stelle angeordnet, die sich in der Nähe der Seitenwand 207 der Auslassleitung 206 befindet, wo die erste Öffnung 209 definiert ist. Das Loch 268 ist dazu konfiguriert, einen Sensor 205 (z. B. einen PM-Sensor) hindurch in einen Strömungsweg einzuführen, der durch den Auslasskanal 260 definiert ist. Die Auslassleitung 206 kann eine zweite Öffnung 215 an einer Stelle in der Nähe des Lochs 268 vorgelagert der ersten Öffnung 209 definiert und konfiguriert sein, um das Einführen des Sensors 205 durch diese hindurch zu ermöglichen, sodass eine Messspitze 219 des Sensors 205 über das Loch 268 in den Auslasskanal 260 eingeführt werden kann. Die zweite Öffnung 215 kann durch die Seitenwand 207 des Auslasskanals 206 vorgelagert zur ersten Öffnung 209 definiert sein. Ein Dichtungselement 217 (z. B. eine Dichtung) kann zwischen einem Körper des Sensors 205 und der zweiten Öffnung 215 angeordnet sein, um die zweite Öffnung 215 fluidisch abzudichten, sobald der Sensor 205 dort hindurch eingeführt wird.
Der Auslasskanal 260 ist dazu konfiguriert, einen Teil 213 des Abgases 211 aus der Auslassleitung 206 aufzunehmen, sodass der Sensor 205 dem Teil 213 des Abgases ausgesetzt ist. Wie in 2 gezeigt, weist der Auslasskanal 260 eine geringere Querschnittsbreite (z. B. Durchmesser) auf als die Auslassleitung 206. Die Querschnittsbreite des Auslasskanals 260 bestimmt ein Probenahmevolumen des durchströmenden Teils des Abgases. Die schnellere Geschwindigkeit des Teils 213 des Abgases erhöht die Funktionalität (z. B. die Empfindlichkeit) des Sensors 205, wie hierin bereits beschrieben. Des Weiteren schützt der Auslasskanal 260 auch die Messspitze 219 des Sensors 205 vor Wasserschäden.
Wie in 2 gezeigt, kann der Auslasskanal 260 einen ersten Abschnitt 262 und einen zweiten Abschnitt 264 einschließen, der nachgelagert zum ersten Abschnitt 262 angeordnet ist. Der erste Abschnitt 262 ist im Wesentlichen mit einer Achse A_L der Auslassleitung 206 ausgerichtet und definiert einen ersten Abschnittseinlass, der sich am ersten Ende 261 befindet und dazu konfiguriert ist, einen Teil 213 des Abgases 211 aufzunehmen. Der zweite Abschnitt 264 ist gegenüber dem ersten Abschnitt 262 in einem Winkel α abgewinkelt und definiert einen Auslass für den zweiten Abschnitt, der an dem zweiten Ende 265 konfiguriert ist, um den Teil 213 des Abgases über die erste Öffnung 209 an die Umwelt abzugeben. In einigen Ausführungsformen liegt der Winkel α in einem Bereich von 30 Grad bis 90 Grad.
4 ist eine Seitenansicht einer Auslassanordnung 304 für ein Nachbehandlungssystem (z. B. das Nachbehandlungssystem 100) gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Auslassanordnung 304 schließt die Auslassleitung 206 ein, die den Auslasskanal 260 innerhalb eines Strömungswegs aufweist, der durch die Auslassleitung 206 definiert ist. Die Auslassanordnung 304 schließt auch eine Stufe 370 ein, die auf einer Außenfläche der Seitenwand 207 der Auslassleitung 206 um mindestens einen Abschnitt eines Umfangs der ersten Öffnung 209 angeordnet ist. Die Stufe 370 dient als Wasserabschirmung, um zu verhindern, dass Wasser, beispielsweise Regenwasser, das entlang einer Außenfläche der Auslassleitung 206 in die erste Öffnung 209 strömt, über die erste Öffnung 209 in den Auslasskanal 260 gelangt.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Verbesserung der Funktionalität eines Sensors eines Nachbehandlungssystems (z. B. des Nachbehandlungssystems 100) gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 400 schließt das Bereitstellen einer Abgasleitung (z. B. die Abgasleitung 101) ein, die so konfiguriert ist, dass sie eine Nachbehandlungskomponente (z. B. das SCR-System 150 und/oder den Filter 140) des Nachbehandlungssystems (z. B. das Nachbehandlungssystem 100) bei 402 aufnimmt.
Bei 404 ist eine Auslassanordnung (z. B. die Auslassanordnung 104, 204, 304) mit der Abgasleitung gekoppelt. Die Auslassanordnung schließt eine Auslassleitung (z. B. die Auslassleitung 106, 206) ein, die mit der Abgasleitung gekoppelt ist. Die Auslassleitung definiert eine erste Öffnung (z. B. die erste Öffnung 109, 209) durch eine Seitenwand der Auslassleitung. Ein Auslasskanal (z. B. der Auslasskanal 160, 260) ist innerhalb der Auslassleitung angeordnet. Der Auslasskanal schließt ein erstes Ende ein, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende nachgelagert ist. Das zweite Ende ist fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt. Ein Loch ist durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet.
Bei 406 wird ein Sensor (z. B. der Sensor 105, 205) durch das Loch in einen Strömungsweg eingeführt, der durch den Auslasskanal definiert ist. Der Auslasskanal ist dazu konfiguriert, einen Teil des Abgases aus der Abgasleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist. In einigen Ausführungsformen kann auch ein Endrohr mit der Auslassleitung bei 408 gekoppelt sein.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hierin zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Veranschaulichungen 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 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. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, oder dadurch, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, aneinander befestigt werden.
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 Schutzumfangs 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 Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen 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.

Claims

Auslassanordnung für ein Nachbehandlungssystem, umfassend: eine Auslassleitung, die dazu konfiguriert ist, ein Abgas aus dem Nachbehandlungssystem aufzunehmen, wobei die Auslassleitung eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon definiert; und einen Auslasskanal, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet ist, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, ein zweites Ende, das nachgelagert von dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet, wobei das Loch so konfiguriert ist, dass ein Sensor durch dieses Loch in einen durch den Auslasskanal definierten Strömungsweg eingeführt werden kann, wobei der Auslasskanal dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases von der Auslassleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
Auslassanordnung nach Anspruch 1, wobei eine Querschnittsbreite des Auslasskanals kleiner ist als eine Querschnittsbreite der Auslassleitung.
Auslassanordnung nach Anspruch 1, wobei der Auslasskanal umfasst: einen ersten Abschnitt, der im Wesentlichen mit einer Achse der Auslassleitung ausgerichtet ist, und einen zweiten Abschnitt, der dem ersten Abschnitt nachgelagert ist und in einem Winkel in Bezug auf den ersten Abschnitt geneigt ist.
Auslassanordnung nach Anspruch 3, wobei der Winkel in einem Bereich von 30 Grad bis 90 Grad liegt.
Auslassanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Stufe, die auf einer Außenfläche der Seitenwand der Auslassleitung um zumindest einen Abschnitt eines Umfangs der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei die Stufe dazu konfiguriert ist, den Eintritt von Wasser in den Auslasskanal durch die erste Öffnung zu verhindern.
Auslassanordnung nach Anspruch 1, wobei die Auslassleitung an einer Stelle in der Nähe des Lochs eine zweite Öffnung definiert, die so konfiguriert ist, dass der Sensor durch sie hindurch über das Loch in den Auslasskanal eingeführt werden kann.
Auslassanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Endrohr, das mit der Auslassleitung nachgelagert zum Auslasskanal gekoppelt ist.
Nachbehandlungssystem, umfassend: eine Abgasleitung, die ein inneres Volumen definiert, innerhalb dessen mindestens eine Nachbehandlungskomponente angeordnet ist, die zur Behandlung von Bestandteilen eines durch das Nachbehandlungssystem strömenden Abgases konfiguriert ist; eine Auslassanordnung, die mit der Abgasleitung gekoppelt und dazu konfiguriert ist, das Abgas aus der Abgasleitung aufzunehmen, wobei die Auslassanordnung umfasst: eine Auslassleitung, die mit der Abgasleitung gekoppelt ist, wobei die Auslassleitung eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon definiert, und einen Auslasskanal, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet ist, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, ein zweites Ende, das nachgelagert von dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet; und einen Sensor, der durch das Loch in den Strömungsweg angeordnet ist, der durch den Auslasskanal definiert ist, wobei der Auslasskanal dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases von der Auslassleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei eine Querschnittsbreite des Auslasskanals kleiner ist als eine Querschnittsbreite der Auslassleitung.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei der Auslasskanal umfasst: einen ersten Abschnitt, der im Wesentlichen mit einer Achse der Auslassleitung ausgerichtet ist; und einen zweiten Abschnitt, der dem ersten Abschnitt nachgelagert ist und in einem Winkel in Bezug auf den ersten Abschnitt geneigt ist.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 10, wobei der Winkel in einem Bereich von 30 Grad bis 90 Grad liegt.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend eine Stufe, die auf einer Außenfläche der Seitenwand der Auslassleitung um zumindest einen Abschnitt eines Umfangs der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei die Stufe dazu konfiguriert ist, den Eintritt von Wasser in den Auslasskanal zu verhindern.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Auslassleitung an einer Stelle in der Nähe des Lochs eine zweite Öffnung definiert, die so konfiguriert ist, dass der Sensor durch sie hindurch über das Loch in den Auslasskanal eingeführt werden kann.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Endrohr, das mit einer Auslassleitung nachgelagert zum Auslasskanal gekoppelt ist.
Verfahren zum Verbessern der Funktionalität eines Sensors eines Nachbehandlungssystems, umfassend: Bereitstellen einer Abgasleitung, die zur Aufnahme einer Nachbehandlungskomponente des Nachbehandlungssystems konfiguriert ist; Koppeln einer Auslassanordnung mit der Abgasleitung, wobei die Auslassanordnung umfasst: eine Auslassleitung, die eine erste Öffnung durch eine Seitenwand davon definiert, und einen Auslasskanal, der innerhalb der Auslassleitung angeordnet ist, wobei der Auslasskanal umfasst: ein erstes Ende, das einer vorgelagerten Seite der Auslassleitung zugewandt ist, ein zweites Ende, das nachgelagert von dem ersten Ende angeordnet ist, wobei das zweite Ende fluidisch mit der ersten Öffnung gekoppelt ist, und ein Loch, das durch eine Seitenwand des Auslasskanals an einer radialen Stelle definiert ist, die sich in der Nähe der Seitenwand der Auslassleitung befindet, wobei die Auslassleitung mit der Abgasleitung gekoppelt ist; und Einführen eines Sensors durch das Loch in einen Strömungsweg, der durch den Auslasskanal definiert ist, wobei der Auslasskanal dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases von der Abgasleitung aufzunehmen, sodass der Sensor dem Teil des Abgases ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Querschnittsbreite des Auslasskanals kleiner ist als eine Querschnittsbreite einer Auslassleitung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Auslasskanal umfasst: einen ersten Abschnitt, der im Wesentlichen mit einer Achse der Auslassleitung ausgerichtet ist; und einen zweiten Abschnitt, der dem ersten Abschnitt nachgelagert ist und in einem Winkel in Bezug auf den ersten geneigt ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Winkel in einem Bereich von 30 Grad bis 90 Grad liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Auslassanordnung ferner eine Stufe umfasst, die auf einer Außenfläche der Seitenwand der Auslassleitung um zumindest einen Abschnitt eines Umfangs der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei die Stufe dazu konfiguriert ist, den Eintritt von Wasser in den Auslasskanal zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: Koppeln eines Endrohrs mit der Auslassleitung nachgelagert zum Auslasskanal.