DE102009042978A1

DE102009042978A1 - Strömungsdiffusor für ein Abgassystem

Info

Publication number: DE102009042978A1
Application number: DE102009042978A
Authority: DE
Inventors: David Robert Rochester Hills Ehlen; Raj P. Rochester Hills Ranganathan; Daniel Melvindale Walilko; Patrick D. Berkley Murphy; David M. Shelby Township Kiser
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-05-06
Also published as: US20100077742A1; CN101713319A

Abstract

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vor. In einer Ausführungsform ist ein Abgasströmungsdiffusor vorgesehen, welcher einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert, umfasst. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf. Der Kanal ist durch ein erstes Element und ein zweites Element gebildet, die sich beide zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden. Das erste Element und das zweite Element umfassen jeweils ein Eingriffmerkmal, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt.

Description

Gebiet der Erfindung
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vorgesehen.
Hintergrund
Abgassysteme von Verbrennungsmotoren, insbesondere Fahrzeugmotoren, umfassen oft eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen, um die Menge von geregelten Bestandteilen innerhalb des Abgases zu reduzieren. Solche Behandlungssysteme können eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR von selective catalytic reduction), Dieselpartikelfilter (DPF), einen Dieseloxidationsumwandler (DOC von diesel Oxidation converter) oder andere umfassen. Bevor das Abgas in eine Abgasbehandlungsvorrichtung strömt, kann das Abgas mit einer Harnstofflösung, einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder anderweitig vorbehandelt werden, um den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu verbessern. Eine Herausforderung bei solchen Vorrichtungen besteht in der gleichmäßigen Verteilung von Abgas- und Fluid-Zusatzstoffen zur Abgasbehandlungsvorrichtung und dabei gleichzeitig den räumlichen Beschränkungen für das Anordnen der Vorrichtung unter dem Fahrzeug gerecht zu werden. Oft, infolge der natürlichen Strömung des Abgases, wird das Abgas in Richtung eines mittleren Abschnitts der Abgasbehandlungsvorrichtung oder einer anderen speziellen Stelle geleitet. Dies hat einen Aufbau von Schadstoffen (z. B. Partikeln oder dergleichen) an einer speziellen Stelle der Abgasbe handlungsvorrichtung zur Folge, der eine zusätzliche Regenerativheizung zur Entfernung eines solchen Aufbaus erfordert. Anders ausgedrückt nutzen Behandlungssysteme nach dem Stand der Technik nicht die gesamte Vorrichtung effizient für die Umwandlung oder Behandlung. Es besteht demgemäß Bedarf an einer/m Vorrichtung, System und Verfahren, um eine gleichmäßige Verteilung von Abgas und Zusatzstoffen desselben an eine Abgasbehandlungsvorrichtung unter einer speziellen räumlichen Beschränkung vorzusehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Verteilen eines Motorabgases an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen vor. In einer speziellen Konfiguration ist ein Abgasströmungsdiffusor für ein Abgassystem vorgesehen. Der Diffusor umfasst einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf und die Auslassöffnung umfasst einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung. Der Kanal ist durch ein erstes Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Der Kanal ist auch durch ein zweites Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal um fasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Das erste und das zweite Eingriffmerkmal sind ausgebildet, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden.
In einer weiteren Konfiguration ist ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen. Das Abgassystem umfasst einen Abgaskanal in fluidtechnischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor, um ein Abgas aufzunehmen und zu leiten. Das System umfasst auch eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung des Abgases. Das System umfasst ferner einen Diffusor, der zwischen dem Abgaskanal und der Abgasbehandlungsvorrichtung und in fluidtechnischer Verbindung damit angeordnet ist. Der Diffusor umfasst einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert. Der Kanal umfasst einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist. Der zweite Bereich weist einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge auf und die Auslassöffnung umfasst einen Durchmesser, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung. Der Kanal ist durch ein erstes Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt. Der Kanal ist auch durch ein zweites Element gebildet, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei das erste und das zweite Eingriffmerkmal ausgebildet sind, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden. Der Kanal umfasst ferner einen Fluidinjektor, der zwischen dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Fluidinjektor Einspritzungen einer Harnstofflösung oder eines verbrennbaren Brennstoffes in das Abgas vorsieht.
In einer noch weiteren Konfiguration ist ein Verfahren zum Ausgeben von Abgas von einem Verbrennungsmotor an eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass: Abgas durch einen Diffusor strömen gelassen wird, der fluidtechnisch mit dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung gekoppelt und zwischen diesen angeordnet ist, wobei der Diffusor aus einem ersten Element mit einer ersten Passfläche und einem zweiten Element mit einer zweiten Passfläche gebildet ist, wobei das erste und das zweite Element zusammengefügt werden können, um eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Fluidströmungspfad dazwischen zu bilden, wobei der Diffusor einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist, definiert, wobei der zweite Bereich einen allmählich zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge aufweist; und eine Harnstofflösung in das Abgas vor dem oder während des Strömens des Abgases durch den Diffusor eingespritzt wird.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der/den nachfolgenden Beschreibung, Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich und verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Details der vorliegenden Erfindung sind rein beispielhaft aus der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Abgassystems eines Fahrzeuges gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2 eine perspektivische Darstellung eines Abgasdiffusors in fluidtechnischer Verbindung mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
3 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Abgasdiffusors in fluidtechnischer Verbindung mit einem Abgaskanal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Abgasdiffusors in fluidtechnischer Verbindung mit einem Abgaskanal gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5 eine Unteransicht des in 4 gezeigten Abgasdiffusors veranschaulicht;
6 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Abgasdiffusors, der über einem Rahmenelement einer Fahrzeuganordnung positioniert ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Abgasdiffusors in fluidtechnischer Verbindung mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 eine Aufrissansicht eines weiteren Abgasdiffusors in fluidtechnischer Verbindung mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 eine Querschnittsansicht des in 3 gezeigten Diffusors veranschaulicht;
10 eine alternative Konfiguration des in 9 gezeigten Diffusors veranschaulicht;
11 eine alternative Konfiguration des in 9 gezeigten Diffusors veranschaulicht;
12 eine erste Stirnansicht des in 6 gezeigten Diffusors veranschaulicht;
13 eine zweite Stirnansicht des in 6 gezeigten Diffusors veranschaulicht;
14 bis 25 Aufriss- und Querschnittsansichten von verschiedenen Abgasdiffusorkonfigurationen in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
26 eine Seitenansicht einer Trenneinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
27 eine Draufsicht einer noch weiteren Trenneinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
28 eine Stirnansicht einer weiteren Trenneinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
29 eine perspektivische Darstellung eines Abgasströmungsteilers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
30 eine perspektivische Darstellung einer Abgasmischvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
31 eine perspektivische Darstellung einer Abgasverwirbelungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
32 und 33 zwei Fluidströmungsprofile durch einen Kanal gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; und
34 bis 37 verschiedene Motorabgassysteme in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung sieht Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur gleichmäßigen Verteilung von Abgas von einem Motor an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen wie z. B. eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen Dieseloxidationsumwandler (DOC), Dieselpartikelfilter (DPF) oder andere vor. Durch diese Verteilung werden Schadstoffe des Abgases wie z. B. Stickoxide, Kohlenwasserstoffe, Partikel und andere gleichmäßig über einen Einlass der Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg verteilt. Dies ist besonders in einem DPF von Vorteil, da die Regenerationszeit zum Entfernen von Schadstoffen, die über die Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg angesammelt wurden, auf Grund der Reduktion oder Eliminierung eines lokalen Aufbaus reduziert werden kann. Ferner reduziert die gleichmäßige Verteilung des Abgases auch heiße Stellen, die über die Abgasbehandlungsvorrichtung hinweg auf Grund dieses lokalen Aufbaus gebildet werden und die Haltbarkeit beeinflussen können.
Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden die/das Fluidströmungsgeschwindigkeit und -profil in die und aus der Abgasbehandlungsvorrichtung ohne nachteilige Auswirkung auf die Fluidströmungsgeschwindigkeit verbessert. Das/die verbesserte Fluidströmungsprofil und -geschwindigkeit lassen eine optimierte Unterbringung der Abgasbehand lungsvorrichtung zu und reduzieren eventuell das für die Behandlung des Abgases erforderliche Substratvolumen. Diese Reduktion verbessert die Haltbarkeit der Abgasbehandlungsvorrichtung und reduziert eventuell die Kosten des gesamten Motorabgassystems. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung sind besonders vorteilhaft in bestimmten Fahrzeugkonfigurationen, in denen die Unterbringungs- und Konstruktionsbeschränkungen eingrenzend wirken. Zum Beispiel ist es durch die Formkonfigurationen der Erfindung, z. B. des Diffusors oder anderweitig, möglich, bestimmte Fahrzeugkomponenten wie z. B. Rahmenelemente und im Spezielleren quer verlaufende Rahmenelemente wie bei einem Leiterrahmenaufbau ohne nachteilige Auswirkungen zu queren. Diese Formen lassen eine Fluidströmung durch relativ schmale Räume zu, während sie übermäßigen Gegendruck innerhalb des Abgassystems vermeiden und dabei dennoch eine gleichmäßige Ausgabe des Abgases an eine Abgasbehandlungsvorrichtung vorsehen du eine verbesserte Unterbringung zulassen.
In einer Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung des Abgases durch eine geformte Konfiguration eines Fluidströmungsdiffusors erreicht, der zwischen dem Motor und der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist. In einer weiteren Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung des Abgases durch eine strategische Anordnung eines Injektors zwischen dem Motor und der Abgasbehandlungsvorrichtung erreicht. In einer noch weiteren Konfiguration wird eine gleichmäßige Verteilung des Abgases durch eine Anordnung einer Strömungstrenneinrichtung der vorliegenden Erfindung zwischen dem Motor und der Abgasbehandlungsvorrichtung erreicht. In noch weiteren Konfigurationen werden Kombinationen von diesen oder anderen Merkmalen in Erwägung gezogen, wie hierin gezeigt und beschrieben, um eine gleichmäßige Verteilung des Abgases an eine Abgasbehandlungsvorrichtung zu bewirken. Durch diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Strömung von Abgas und Fluidzusatzstoffen (z. B. Harnstofflösung, Brennstoff oder sonstige) durch eine Querschnittsfläche eines Einlasses einer Abgasbehandlungsvorrichtung gleichmäßig auszugeben. Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf 32, sieht eine typische laminare Strömung eines Fluids durch einen röhrenartigen Kanal 200 ein Fluidströmungsprofil 202 mit einem größeren Volumen von Abgas und Fluidzusatzstoff vor, das sich allgemein durch einen mittleren Abschnitt des röhrenartigen Kanals 200 bewegt. In einer Ausführungsform, unter Bezugnahme auf 33, umfasst das Fluidströmungsprofil 202 der vorliegenden Erfindung eine stärker verteilte Fluidströmung, wobei das Volumen des sich durch den röhrenartigen Kanal 200 bewegenden Fluids gleichmäßiger ausgegeben wird.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen, die in den 1, 3 und 7 gezeigt sind, ist eine Fahrzeugrahmenanordnung 10 gezeigt, die eine Unterstützung für einen Motor 12 und ein Motorabgassystem 14 bereitstellt. Das Motorabgassystem 14 umfasst einen Diffusor 16 zur Verwendung mit einem Abgasbehandlungssystem 18, um eine Ausgabe von Abgas an eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20 bereitzustellen. Der Diffusor 16 umfasst einen Kanal 22, der einen Hohlraum 24 definiert. Der Hohlraum steht in fluidtechnischer Verbindung mit einer Einlassöffnung 26 und einer Auslassöffnung 28, um einen Fluidströmungspfad durch den Diffusor 16 zu bilden. In einer Konfiguration umfasst der Kanal ein oder mehrere Merkmale zur Unterstützung der Ausgabe von Abgas durch den Kanal 22. Das Merkmal kann z. B. eine Trenneinrichtung 30 umfassen, um einen oder mehrere Nebendurchgänge durch den Diffusor zu bilden. In einer weiteren Konfiguration umfassen der Diffusor 16, das Abgasbehandlungssystem 18 oder das Abgassystem des Motors 14 eine Injektoranordnung 32 mit einer Injektorhalterung 34 und einem Injektor 36 zum Einspritzen einer Harnstofflösung oder eines Kohlenwasserstoff-Brennstoffes in das durch den Diffusor 16 strömende Abgas. In einer noch weiteren Konfiguration ist der Diffusor 16 geformt, um eine Expansion und Ausgabe des von der Einlassöffnung 26 zu der Auslassöffnung 28 des Diffusors 16 strömenden Abgases zu bewirken.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein erstes Eingriffmerkmal 38 zum Koppeln des Diffusors 16 an eine Abgaskomponente wie z. B. den Abgaskanal 40, eine Abgasnorbehandlungsvorrichtung (nicht gezeigt) oder dergleichen vorgesehen. Ebenso ist ein zweites Eingriffmerkmal 44 zum Koppeln des Diffusors 16 an eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20 wie z. B. einen SCR, DOC, DOC oder dergleichen vorgesehen. Das erste und das zweite Eingriffmerkmal können ein beliebiges geeignetes Eingriffmerkmal wie z. B. einen Flansch, eine Lippe, eine Nut oder dergleichen umfassen. Des Weiteren kann ein Eingriff zwischen dem Diffusor 16 und den entsprechenden Abgaskomponenten durch jedes beliebige geeignete Befestigungsmerkmal wie z. B. eine Schweißverbindung, einen Kleber, ein mechanisches Befestigungselement, Kombinationen davon oder eine andere geeignete Befestigung aufrechterhalten sein.
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 können die Größe und die Form der Einlassöffnung 26 und der Auslassöffnung 28 jede geeignete Größe und Form umfassen, die einer Öffnung einer Abgaskomponente entsprechen, mit der sie in Eingriff stehen. In einer Konfiguration ist die Auslassöffnung 28 größer als die Einlassöffnung 26. Es wird z. B. in Erwägung gezogen, dass die Auslassöffnung zumindest einen Innendurchmesser „d_o” umfassen kann, der mindestens um etwa 1,25% größer ist als ein Innendurchmesser „d_i” der Einlassöffnung oder sogar um mindestens etwa 1,5% größer ist als ein Innendurchmesser „d_i” der Einlassöffnung oder sogar mindestens um 2,0% größer ist als ein Innendurchmesser „d_i” der Einlassöffnung. Ebenso wird in Erwägung gezogen, dass die Auslassöffnungsquerschnittsfläche „a_o” mindestens um etwa 1,25% größer ist als eine Querschnittsfläche der Einlassöffnung „a_i” oder sogar um mindestens etwa 1,5% größer ist als eine Querschnittsfläche der Einlassöffnung „a_i” oder sogar um 2,0% größer ist als eine Querschnittsfläche der Einlassöffnung „a_i”. Es sind auch andere Konfigurationen möglich.
Die Form der Einlassöffnung 26 und der Auslassöffnung 28 kann ähnlich oder verschieden sein und kann jede geeignete Form wie z. B. kreisförmig, oval, elliptisch, quadratisch, rechteckig oder dergleichen umfassen. Der Durchmesse der Einlassöffnung „d_i” und der Auslassöffnung „d_o” kann jede beliebige geeignete Durchmessergröße umfassen. Zum Beispiel kann die Einlassöffnung 26 einen Durchmesser „d_i” umfassen, der zwischen etwa 2–4 Zoll und im Spezielleren, in einer beispielhaften Ausführungsform, etwa 3 Zoll beträgt. Die Auslassöffnung 28 kann einen Durchmesser „d_o” umfassen, der zwischen etwa 6–10 Zoll und im Spezielleren, in einer beispielhaften Ausführungsform, etwa 7 mal 9 Zoll beträgt. In einer Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die 6, 12 und 13, umfasst die Einlassöffnung 26 eine kreisförmige Querschnittsform und die Auslassöffnung 28 umfasst eine ovale Querschnittsform. In dieser Ausführungsform umfasst die Einlassöffnung 26 einen Durchmesser „d_i” von etwa 3 Zoll und die Auslassöffnung umfasst einen Breitendurchmesser „w-do” von etwa 9 Zoll und einen Höhendurchmesser „h-do” von etwa 7 Zoll. Dies sind jedoch nicht einschränkende Dimensionen, da weitere Dimensionen einschließlich solcher, die größer oder kleiner sind als die oben angeführten Dimensionen, zur Verfügung stehen.
Ebenso kann der Kanal 22 eine beliebige geeignete Größe oder Form umfassen, um die Einlassöffnung 26 und die Auslassöffnung 28 fluidtechnisch zu verbinden, was eine beliebige der Größen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung umfassen kann. In einer Ausführungsform, wie in den 2 und 4–6 gezeigt, ist der Kanal 22 derart geformt, dass er eines oder mehrere Rahmenelemente 46 der Fahrzeugrahmenanordnung 10 überquert. In dieser Ausführungsform wird in Erwägung gezogen, dass die Form des Kanals einen Abschnitt umfassen kann, der eine nicht kreisförmige Form wie z. B. elliptisch, oval oder dergleichen aufweisen kann, um ihn anzuordnen und eine Fluidströmungsgeschwindigkeit um eines oder mehrere der Fahrzeugrahmenelemente 46 aufrechtzuerhalten. Durch diese nicht kreisförmigen Konfigurationen wie z. B. eine Abflachung, Verbreiterung und/oder Verschmälerung bestimmter Abschnitte des Kanals 22 ist es möglich, eine Fluidströmungsgeschwindigkeit zwischen der Einlassöffnung 26 und der Auslassöffnung 28 ohne übermäßigen Abgasgegendruck aufrechtzuerhalten. Auch kann der Kanal 22 konfiguriert sein, um eine gleichmäßige Ausgabe von durch den Kanal strömenden Abgasen und Partikeln zu bewirken oder aufrechtzuerhalten. Die Ausgabe des Abgases kann zumindest teilweise dadurch erreicht werden, dass ein oder mehrere Bereiche des Kanals 22 mit Konturen gebildet sind, um eine allmähliche Expansion des Gases zwischen der Einlassöffnung 26 und der Auslassöffnung 28 zu bewirken. Solche Konturen können z. B. Formen (zylindrisch, kegelstumpfförmig oder sonst wie), Verdrehungen, Biegungen oder andere Konturen umfassen.
Unter Bezugnahme auf die 14–25 kann die Kontur des Kanals 22 einen nicht kreisförmigen Abschnitt wie z. B. einen Abschnitt mit einem elliptischen oder ovalen oder anderweitigen Querschnitt umfassen, der sich entlang einer Länge „1” der Länge „L” des Kanals erstreckt. Dieser nicht kreisförmige Abschnitt kann eine Verbreiterung oder Verschmälerung der Breite, der Höhe oder dergleichen des Kanals 22 umfassen. Der nicht kreisförmige Abschnitt kann in Richtung der Einlassöffnung 26, der Auslassöffnung 28 oder in einem mittleren Abschnitt 88 des Kanals angeordnet sein. Der nicht kreisförmige Abschnitt kann eine im Wesentlichen gleich bleibende Querschnittsfläche entlang einer Länge des Kanals, eine variable Querschnittsfläche entlang einer Länge des Kanals, eine größer werdende und/oder kleiner werdende Querschnittsfläche entlang einer Länge des Kanals oder dergleichen aufweisen. Der nicht kreisförmige Abschnitt kann sich über die gesamte oder einen Abschnitt der Länge des Kanals 22 erstrecken. Zum Beispiel kann der nicht kreisförmige Abschnitt eine Länge „1” umfassen, die sich über zumindest etwa ¼ der Länge „L” des Kanals, zumindest etwa ½ der Länge des Kanals, zumindest etwa ¾ der Länge des Kanals oder dergleichen erstreckt. Ferner kann der nicht kreisförmige Abschnitt eine Länge „1” umfassen, die sich über eine wesentliche Länge „L” des Kanals erstreckt. Es sind weitere Konfigurationen möglich.
Des Weiteren, mit Bezug auf die elliptischen, nicht kreisförmigen Abschnitte, kann der Grad der elliptischen Form des Kanals 22 entlang der Länge „1” des nicht kreisförmigen Abschnitts variieren. Zum Beispiel kann die elliptische Form genau unterhalb von etwa 90° beginnen und allmählich auf mindestens 85°, 80°, 75°, 70°, 60° oder weniger abnehmen. Anschließend kann der Grad der elliptischen Form wieder auf bis zu 70°, 75°, 80°, 85° oder selbst bis genau unter etwa 90° ansteigen. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Grad des nicht kreisförmigen, elliptischen Abschnitts sich um mindestens etwa 5°, 10°, 15°, 30° oder mehr ändern kann. Ebenso kann ein Verhältnis der Breite zu der Höhe einer Querschnittsfläche des nicht elliptischen Abschnitts mindestens etwa 1,25:1, 1,5:1, 1,75:1, 2:1, 3:1 oder mehr betragen. Wie bei dem Grad des nicht kreisförmigen Abschnitts kann sich das Verhältnis über eine Länge des nicht kreisförmigen Abschnitts einschließlich einer allmählich größer werdenden oder kleiner werdenden Änderung von einem ersten Ende des nicht kreisförmigen Abschnitts zu einem zweiten Ende des nicht kreisförmigen Abschnitts ändern. Es sind weitere Konfigurationen möglich.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist der Kanal 22 aus einem ersten Bereich 48 mit einer ersten Querschnittsfläche und einem zweiten Bereich 50 mit einer zweiten Querschnittsfläche gebildet, wobei der erste Bereich in der Nähe der Fluideinlassöffnung 26 angeordnet ist und der zweite Bereich in der Nähe der Fluidauslassöffnung 28 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform umfasst der zweite Bereich 50 einen Innendurchmesser, der größer ist als ein Innendurchmesser des ersten Bereiches 48, um eine Expansion des Abgases vorzusehen, wenn es durch den Kanal 22 strömt. Unter Bezugnahme auf die beispielhaften Konfigurationen, die in den 3 und 6 gezeigt sind, kann der Kanal 22 zum Beispiel einen zylindrischen ersten Bereich 48 und einen kegelstumpfförmigen zweiten Bereich 50 umfassen, die indirekt über einen dritten Bereich 52 miteinander verbunden sind, der einen Bogen oder dergleichen umfasst. Unter Bezugnahme auf 8 kann der Kanal in einer weiteren Konfigurationen einen kegelstumpfförmigen ersten Bereich 48 und einen kegelstumpfförmigen zweiten Bereich 50 umfassen, die direkt miteinander verbunden sind. In diesen Konfigurationen tritt ein Gas aus dem ersten Bereich 48 aus und tritt in den zweiten Bereich 50 ein, das Gas wird diffundiert und expandiert nach außen, wenn es durch den Kanal 22 strömt. Es sollte einzusehen sein, dass der Kanal weitere Bereiche wie z. B. Endbereiche 54 oder dergleichen umfassen kann, die eine beliebige der hierin beschriebenen Form- und Größenkonfigurationen (z. B. kreisförmig oder nicht kreisförmig) umfassen können.
Der Diffusor 16 kann mithilfe jedes/r geeigneten Materials und Umformtechnik, die zum Bilden von Abgaskomponenten üblich sind, gebildet sein. Zum Beispiel umfassen geeignete Materialien Metall, Metalllegierungen, Keramik oder Kombinationen davon. Auch umfassen geeignete Umformtechniken Press-, Stanz-, Stranggusstechniken oder dergleichen. In einer Konfiguration ist der Diffusor 16 aus Metall zusammengesetzt und zumindest teilweise durch ein Stanzverfahren gebildet. In dieser Konfiguration ist der Diffusor 16 als ein zweiteiliges Element mit entsprechenden zusammenpassenden Strukturen zum Verbinden der Komponenten gebildet. Im Spezielleren, wie in den 6, 12 und 13 gezeigt, ist der Diffusor aus einem ersten Diffusorelement 56 mit einer ersten zusammenpassenden Struktur 58 und aus einem zweiten Diffusorelement 60 mit einer zweiten zusammenpassenden Struktur 62 gebildet. Die erste und die zweite zusammenpassende Struktur 58, 62 sind ausgebildet, um miteinander verbunden zu werden, um eine Diffusorverbindung 64 zu bilden. Beispiele von Verbindungen, die durch die erste und die zweite zusammenpassende Struktur gebildet sein können, umfassen eine Überlappungsverbindung, eine Zungen- und Nutverbindung oder dergleichen. Diese zweischalige Konfiguration lässt zu, dass das erste und das zweite Diffusorelement 56, 60 zusammengebracht, ausgerichtet und mithilfe eines geeigneten Befestigungsmittels wie z. B. Kleben, Schweißen, mechanisches Befestigen oder sonst wie befestigt werden. Diese zweischalige Konfiguration ist besonders vorteilhaft, da sie zulässt, dass zusätzliche Komponenten wie z. B. eine Trenneinrichtung 30, ein Strömungsteiler 124, eine Mischvorrichtung 132 oder eine Verwirbelungsvorrichtung 140 oder dergleichen innerhalb des Diffusors angeordnet sind, um ein Vermischen oder eine Ausgabe des Abgases durch die gesamte Querschnittsfläche des Diffusors zu bewirken.
In einer Ausführungsform umfasst der Diffusor 16 eine Trenneinrichtung 30, die sich durch zumindest einen Abschnitt des Kanals 22 und zwischen der Einlassöffnung 26 und der Auslassöffnung 28 erstreckt. Die Trenneinrichtung 30 ist ausgebildet, um das durch den Diffusor 16 strömende Abgas zu trennen oder eine Trennung aufrechtzuerhalten. Die Trenneinrichtung 30 ist auch ausgebildet, um die Verdampfung von eingespritzten Fluiden durch die erhöhte Temperatur der Trenneinrichtung und/oder den Zusammenprall des eingespritzten Fluids mit der Trenneinrichtung zu unterstützen. Unter Bezugnahme auf die Konfigurationen der 3, 7 und 9 trennt die Trenneinrichtung 30 z. B. die Strömung von Abgas durch den Kanal 22 in einen ersten Nebendurchgang 66 und einen zweiten Nebendurchgang 68. Der erste und der zweite Nebendurchgang können allgemein gleiche Querschnittsflächen aufweisen oder können proportional geteilt sein. Bezug nehmend auf 10 wird in einer weiteren Konfiguration auch in Erwägung gezogen, dass die Trenneinrichtung 30 ausgebildet sein kann, um einen ersten Nebendurchgang 70, eine zweiten Nebendurchgang 72 und einen dritten Nebendurchgang 74 zu bilden, wobei der erste, der zweite und der dritte Nebendurchgang allgemein gleiche Querschnittsflächen umfassen. Auch wird, unter Bezugnahme auf 11, ferner in Erwägung gezogen, dass die Trenneinrichtung 30 ausgebildet sein kann, um einen ersten Nebendurchgang 76, eine zweiten Nebendurchgang 78, einen dritten Nebendurchgang 80 und einen vierten Nebendurchgang 82 zu bilden, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte Nebendurchgang allgemein gleiche Querschnittsflächen umfassen. Es sind weitere Konfigurationen möglich, die zusätzliche Nebendurchgänge, verschieden geformte Nebendurchgänge, verschiedene Größenverhältnisse von Querschnittsflächen oder dergleichen umfassen.
Die Trenneinrichtung 30 weist eine geeignete Länge auf, um ein Wandern oder eine Ansammlung von Abgas in Richtung einer zentralen Achse „A” des Kanals 22 zu begrenzen oder zu verhindern. Es wird z. B. in Erwägung gezogen, dass sich die Trenneinrichtung 30 über zumindest etwa 50% der Länge des Kanals, zumindest etwa 60% des Kanals, zumindest etwa 75% des Kanals, zumindest etwa 85% des Kanals oder weiter erstrecken kann. In einer Konfiguration umfasst die Trenneinrichtung 30 ein erstes Ende 84, das in der Nähe der Einlassöffnung 26 angeordnet ist, und ein zweites Ende 86, das in einem zentralen Abschnitt 88 des Kanals angeordnet ist. In einer alternativen Konfiguration kann sich das zweite Ende 86 der Trenneinrichtung 30 jedoch zu der Auslassöffnung 28 hin erstrecken. Auch kann das zweite Ende 86 der Trenneinrichtung 30 in der Nähe der Auslassöffnung 28 angeordnet sein und das erste Ende 84 ist in einem zentralen Abschnitt 88 des Kanals 22 angeordnet. Es sind weitere Konfigurationen möglich.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen, die in den 3, 7 und 9 gezeigt sind, umfasst die Trenneinrichtung 30 eine erste Seite 90 mit einer ersten Oberfläche und eine zweite Seite 92 mit einer zweiten Oberfläche. Die erste und die zweite Seite wirken in Kombination mit inneren Wanden des Kanals 109, um den ersten und den zweiten Nebendurchgang 66, 68 zu bilden. Unter Bezugnahme auf 10 kann die Trenneinrichtung 30 ebenso einen ersten Arm 94, einen zweiten Arm 96 und einen dritten Arm 98 umfassen, die sich von einem zentralen Abschnitt der Trenneinrichtung 30 weg und entlang der Achse A des Kanals erstrecken. In dieser Konfiguration umfasst jeder Arm eine erste und eine zweite Fläche, die in Kombination mit den inneren Wänden 109 des Kanals einen ersten, einen zweiten und einen dritten Nebendurchgang 70, 72, 74 bilden. Unter Bezugnahme auf 11 kann die Trenneinrichtung in einer noch weiteren Ausführungsform einen ersten Arm 100, einen zweiten Arm 102, einen dritten Arm 104 und einen vierten Arm 106 umfassen, die den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Nebendurchgang 76, 78, 80, 82 bilden.
Es wird in Erwägung gezogen, dass die Trenneinrichtung 30 in jeder der oben angeführten Ausführungsformen eine oder mehrere Umfangskanten 108 umfasst, die sich entlang der Trenneinrichtung erstreckt/en. Wie in den 9–11 gezeigt, weisen die Umfangskanten z. B. eine entsprechende Form zu zumindest einem Abschnitt der inneren Wände 109 des Kanals 16 auf, um die Trenneinrichtung 30 an dem Kanal zu befestigen und die Trennung des Abgases zwischen den Nebendurchgängen aufrecht zu erhalten. Demgemäß kann der Durchmesser oder die Form der Trenneinrichtung 30 jede/n der Durchmesser oder Formen des Kanals 22, insbesondere der Querschnittsflächen des ersten Bereiches 48, des zweiten Bereiches 50 oder des dritten Bereiches 52, umfassen, wie in 6 gezeigt. Als solches wird in Erwägung gezogen, dass die Trenneinrichtung 30 eine kontinuierlich größer werdende oder kleiner werdende Breite umfassen kann oder eine oder mehrere Änderungen in der Kontur umfassen kann. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass die Trenneinrichtung 30 eine oder mehrere Konturen entlang ihrer Länge umfassen kann. Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen, die in den 26–28 gezeigt sind, kann die Trenneinrichtung z. B. einen oder mehrere flache/n Abschnitt/e 110, eine oder mehrere Biegungen 112 (z. B. eine Quer- oder vertikale Biegung in Bezug auf die Trenneinrichtungslänge) und eine oder mehrere Verdrehungen 114 umfassen.
Optional, wie in 3 gezeigt, kann die Trenneinrichtung 30 eine oder mehrere, eine Vielzahl oder sogar eine Anordnung von Perforationen oder Öffnungen 116 umfassen, die entlang einer Länge und Breite der Trenneinrichtung gebildet sind und sich durch die Trenneinrichtung hindurch erstrecken. Allerdings, wie in den 6, 7 und 9 gezeigt, kann die Trenneinrichtung 30 ein kontinuierliches Element umfassen, welches im Wesentlichen keine dadurch gebildete Perforationen oder Öffnungen aufweist. Die Öffnungen 116, wie in 3 gezeigt, lassen eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Nebendurchgang 72, 74 zu. Unter Bezugnahme auf die Trenneinrichtungskonfigurationen, die in den 10 und 11 gezeigt sind, können die Öffnungen jedoch ferner eine fluidtechnische Verbindung zwischen mehr als zwei Nebendurchgängen zulassen. Diese Konfigurationen sind besonders vorteilhaft, wenn sie in Verbindung mit einer Injektoranordnung 32 verwendet werden, die ein Sprühprofil vorsieht, welches zumindest eine der durch die Trenneinrichtung 30 hindurch gebildeten Öffnungen 116 schneidet. Diese Öffnungen 116 sind ferner vorteilhaft, da sie nicht nur ein Mischen der durch den Kanal 22 strömenden Abgase zulassen, sondern auch ein Mischen eines eingespritzten Fluids (z. B. Harnstofflösung, Kohlenwasserstoff-Brennstoff oder dergleichen) mit dem Abgas vorsehen. In der beispielhaften Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, wird dies erreicht, indem zugelassen wird, dass ein erster Anteil des eingespritzten Fluids durch die Öffnungen 116 hindurch gelangt und sich mit dem Abgas unter der Trenneinrichtung 30 mischt, und ein zweiter Anteil des eingespritzten Fluids trifft auf die Trenneinrichtung auf oder mischt sich anderweitig mit dem über der Trenneinrichtung strömenden Abgasfluid. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 ist in einer beispielhaften Ausführungsform die Summe der offenen Flächen der Öffnungen 116 innerhalb eines Strahlbildes des Fluidinjektors 36 allgemein gleich der Summe der Oberfläche der Trenneinrichtung 30 innerhalb des Strahlbildes des Fluidinjektors. Dies lässt zu, dass ungefähr die Hälfte des von dem Fluidinjektor 36 eingespritzten Fluids zu dem zweiten Nebendurchgang 68 gelangt, während die andere Hälfte innerhalb des ersten Nebendurchganges 66 bleibt. Diese Öffnungen 116 können sich über mindestens etwa ¼ der Länge der Trenneinrichtung 30, mindestens etwa ½ der Länge der Trenneinrichtung, mindestens etwa ¾ der Länge der Trenneinrichtung oder dergleichen erstrecken. Des Weiteren können sich diese Öffnungen über mindestens etwa ¼ der Breite der Trenneinrichtung, mindestens etwa ½ der Breite der Trenneinrichtung, mindestens etwa ¾ der Breite der Trenneinrichtung oder dergleichen erstrecken.
Die Trenneinrichtung 30 kann mithilfe jedes/r geeigneten Materials und Umformtechnik, die zum Bilden von Abgaskomponenten oder des hierin beschriebenen Kanals üblich sind, gebildet sein. Zum Beispiel umfassen geeignete Materialien Metall, Metalllegierungen, Keramik oder Kombinationen davon. Auch umfassen geeignete Umformtechniken Press-, Stanz-, Stranggusstechniken oder Kombinationen davon. Es wird in Erwägung gezogen, dass in einer Konfiguration die durch die Trenneinrichtung hindurch gebildeten Perforationsöffnungen 116 durch die Trenneinrichtung gestanzt sind. Es sollte einzusehen sein, dass weitere geeignete Materialien und Umformtechniken möglich sind und innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung liegen.
Wie zuvor erwähnt, kann das Abgasbehandlungssystem 18 eine oder mehrere Injektoranordnungen 32 für die Einspritzung von Fluiden in einen Abgasstrom zur Behandlung desselben umfassen. Solche Fluide können Kohlenwasserstoff-Brennstoffe oder andere verbrennbare Fluide wie z. B. Gas, Diesel, Alkohol oder dergleichen umfassen. Solch ein Fluid kann auch Ammoniak enthaltende Fluide wie z. B. Harnstofflösungen umfassen. Es sind auch andere Fluide möglich. Wie in den 3, 4 und 9 gezeigt, kann die Injektoranordnung einen Injektor 36 in fluidtechnischer Verbindung mit einem Abgas, welches durch eine Injektoröffnung 118 strömt, umfassen, der durch einen Abgaskanal 40, einen Diffusor 16, eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20, eine Abgasvorbehandlungsvorrichtung (nicht gezeigt) oder einen anderen Kanal für das Motorabgassystem 14 hindurch gebildet ist. Demzufolge kann die Injektoranordnung mit dem Diffusor 16, dem Abgaskanal 40, der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 20 oder dergleichen gebildet oder daran montiert sein. In einer speziellen Ausführungsform ist/sind eine oder mehrere Injektoranordnungen 32 oberstromig von einer Abgasbehandlungsvorrichtung 20 angeordnet. In einer Konfiguration sind die Injektoranordnung 32 und die Injektoröffnung 118 in der Nähe von einer Vielzahl von Öffnungen angeordnet, welche durch die Trenneinrichtung 30 hindurch gebildet sind. In einer noch weiteren Konfiguration ist die Injektoranordnung an dem ersten Bereich 48 des Diffusors angeordnet. In einer noch weiteren Konfiguration ist die Injektoranordnung näher an dem Motor 12 angeordnet als der Diffusor 16, um ein gründliches Mischen der eingespritzten Fluide zuzulassen. Es stehen weitere Konfigurationen zur Verfügung.
Unter Bezugnahme auf 3 ist der Injektor 36 in einer beispielhaften Ausführungsform unter einem Winkel „α” in Bezug auf die erste oder die zweite Seite 90, 92 der Trenneinrichtung 30 montiert und ausgebildet, um ein Strahlbild zu erzeugen, welches die Trenneinrichtung schneidet. Geeignete Winkel umfassen zwischen etwa 15° und 45° oder auch zwischen etwa 20° und 40° oder dergleichen. In bestimmten Konfigurationen ist das Strahlbild vorteilhafterweise derart orientiert, dass es einen Abschnitt der Öffnungen 116, die durch eine perforierte Trenneinrichtung 30 gebildet sind, schneidet. In dieser speziellen Konfiguration, wie zuvor erläutert, tritt eine gewisse Menge Sprühnebel in den Nebendurchgang durch die Öffnungen ein und eine bestimmte Menge Sprühnebel bleibt in dem Nebendurchgang, in dem die Injektoröffnung 118 angeordnet ist. In einer weiteren speziellen Konfiguration weist die Trenneinrichtung 30 im Wesentlichen keine durch sie hindurch gebildeten Öffnungen 116 auf. In dieser Konfiguration kann Fluid an einer oder beiden Seiten 90, 92 der Trenneinrichtung 30 eingespritzt werden, wobei das eingespritzte Fluid auf die Trenneinrichtung und/oder die inneren Wände 109 des Kanals 22 trifft.
Der Diffusor 16 kann eine oder mehrere zusätzliche Modifiziereinrichtungen umfassen, um das Strömungsmuster des Abgases in den, durch den oder aus dem Diffusor heraus zu steuern. Die Strömungsmodifiziereinrichtungen sind ausgebildet, um ein weiteres Mischen eines eingespritzten Fluids mit dem durch den Diffusor 16 strömenden Abgas zu bewirken.
Solch eine Strömungsmodifiziereinrichtung kann überall im gesamten Kanal 16 einschließich der Einlassöffnung 26, der Auslassöffnung 28 oder dazwischen angeordnet sein. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass die Strömungsmodifiziereinrichtung außerhalb des Kanals 16 wie z. B. benachbart zu der Einlassöffnung 26, der Auslassöffnung 28 oder anderweitig angeordnet sein kann.
Unter Bezugnahme auf 29 ist eine erste beispielhafte Strömungsmodifiziereinrichtung vorgesehen, welche einen Strömungsteiler 124 umfasst. In dieser Konfiguration ist der Strömungsteiler an einer Einlassöffnung 26 des Kanals 22 angeordnet, um das Mischen und Verteilen von Abgas, welches durch die Einlassöffnung hindurch eintritt, zu bewirken. Der Strömungsteiler umfasst eine Vielzahl von vertikal und horizontal verlaufenden Wanden 126, die eine Anordnung von Öffnungen 128 bilden, um die Strömung des Abgases, welches in den Einlass eintritt, zu steuern. Optional umfasst der Strömungsteiler Ablenkungseinrichtungen 130, um die Strömung des Abgases durch die Öffnungen hindurch abzulenken oder umzulenken. Unter Bezugnahme auf 30 ist eine zweite beispielhafte Strömungsmodifiziereinrichtung vorgesehen, die eine Mischvorrichtung 132 umfasst. In dieser Konfiguration ist die Mischvorrichtung an einer Einlassöffnung 26 des Kanals 22 angeordnet, um das Abgas, welches durch die Einlassöffnung eintritt, zu mischen. Die Mischvorrichtung umfasst einen Grundabschnitt 134 und ein oder mehrere Eingriffmerkmale 136, das/die an einem Umfang des Grundabschnitts zum Eingriff mit den inneren Wänden 109 des Kanals 22 angeordnet ist/sind. Die Mischvorrichtung 132 umfasst ferner eine oder mehrere abgewinkelt verlaufende oder strömungsmodifizierende Nasen 138, die sich von dem Grundabschnitt weg erstreckt/en, um ein Mischen oder eine Ablenkung von daran vorbei strömendem Abgas und Fluid zu bewirken. In einer Konfiguration erstrecken sich die Nasen in einer Richtung, die zu einer Achse „A” des Kanals nicht parallel ist. Unter Bezugnahme auf 31 ist eine dritte beispielhafte Strömungsmodifiziereinrichtung vorgesehen, die eine Verwirbelungsvorrichtung 140 umfasst. In dieser Konfiguration umfasst die Verwirbelungsvorrichtung einen Hauptkörper 142 und Rippen 144, die sich davon weg erstrecken, um eine rotatorische Bewegung des daran vorbei strömenden Abgases zu bewirken. Die Verwirbelungsvorrichtung 140 ist in Richtung eines zentralen Abschnitts 88, siehe 7, des Kanals 22 angeordnet und erstreckt sich teilweise in den zweiten kegelstumpfförmigen Bereich 50 des Kanals 22 hinein.
Unter Bezugnahme auf die 34 bis 37 sind beispielhafte Abgasbehandlungssysteme 18 und Fluidströmungsmuster 146 gezeigt. In einer ersten Konfiguration, wie in 34 gezeigt, ist ein Diffusor 16 vorgesehen, der eine Injektoranordnung 32 zum Einleiten eines Fluids wie z. B. einer Harnstofflösung, eines verbrennbaren Fluids oder dergleichen aufweist. Beim Einspritzen wird das Fluid ausgegeben, um ein expandiertes Fluidströmungsmuster 146 zu bilden. In einer zweiten Konfiguration, wie in 35 gezeigt, ist ein Diffusor 16 vorgesehen, der eine Injektoranordnung 32 zum Einleiten eines Fluids aufweist. Beim Einspritzen wird das Fluid ausgegeben, um ein expandiertes Fluidströmungsmuster 146 zu bilden. Das Muster wird ferner durch eine Verwirbelungsvorrichtung 140 modifiziert, um ein rotierendes Fluidströmungsmuster zu bilden, um das Abgas weiter zu mischen und zu verteilen. Unter Bezugnahme auf 36 ist ein Diffusor 16 vorgesehen, der eine Injektoranordnung 32 zum Einleiten eines Fluids aufweist und ferner eine Trenneinrichtung 30 umfasst. Beim Einspritzen trifft ein Anteil des Fluids auf die Trenneinrichtung auf und bewegt sich entlang eines ersten Nebendurchgangs 66. Ein weiterer Anteil des Fluids bewegt sich durch die Öffnungen 116, die durch die Trenneinrichtung hindurch gebildet sind, und trifft auf eine innere Wand 109 des Kanals auf und bewegt sich weiter entlang eines zweiten Nebendurch gangs 68, wobei das eingespritzte Fluid ein expandiertes Fluidströmungsmuster 146 bildet. Unter Bezugnahme auf 37 ist ein Diffusor 16 vorgesehen, der eine Injektoranordnung 32 zum Einleiten eines Fluids aufweist und ferner eine Trenneinrichtung 30 umfasst. Beim Einspritzen trifft ein Anteil des Fluids auf die Trenneinrichtung auf und bewegt sich entlang eines ersten Nebendurchgangs 66. Ein weiterer Anteil des Fluids bewegt sich durch die Öffnungen 116, die durch die Trenneinrichtung hindurch gebildet sind, und trifft auf eine innere Wand 109 des Kanals auf und bewegt sich weiter entlang eines zweiten Nebendurchgangs 68, wobei das eingespritzte Fluid ein expandiertes Fluidströmungsmuster 146 bildet. Das Muster wird durch eine Verwirbelungsvorrichtung 140 weiter modifiziert, um eine rotierendes Fluidströmungsmuster zu bilden.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Bereitstellung einer Ausgabe von Abgas von einem Motor 12 an ein Abgasbehandlungssystem 18 vor. Das Verfahren umfasst, dass ein Diffusor 16 fluidtechnisch mit einem Abgaskanal 40 gekoppelt wird, der sich von dem Motor weg erstreckt. Der Diffusor ist ferner fluidtechnisch mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung 20 verbunden, wie hierin beschrieben. Der Diffusor umfasst einen Kanal 22, der einen Strömungspfad zwischen einer Einlassöffnung 26 und einer Auslassöffnung 28 definiert. Der Kanal 22 ist aus einem ersten Diffusorelement 56 und einem zweiten Diffusorelement 60 gebildet, welche dazu dienen, zusammenpassend verbunden zu sein, um einen ersten Bereich 48, der eine zylindrische oder kegelstumpfförmige Form definiert, und einen zweiten Bereich 50 zu definieren, der eine kegelstumpfförmige Form definiert. In einer speziellen Konfiguration umfasst das Verfahren ferner, dass eine Trenneinrichtung 30 innerhalb eines Kanals 22 angeordnet wird, um einen ersten Nebendurchgang 66 und einen zweiten Nebendurchgang 68 zu bilden. In einer Konfiguration umfasst die Trenneinrichtung eine Vielzahl von Öffnungen 116, um eine Fluidströ mung zwischen dem ersten Nebendurchgang 66 und dem zweiten Nebendurchgang 68 vorzusehen. In dieser speziellen Konfiguration umfasst das Verfahren ferner, dass eine Harnstofflösung oder ein brennbares Fluid mit einer Injektoranordnung 32 in ein durch den Kanal strömendes Abgas eingespritzt wird, sodass zumindest ein Teil des eingespritzten Fluids auf die Trenneinrichtung 30 trifft.
Die Diffusoren 16 mit den zugehörigen Komponenten können in verschiedenen Motoranwendungen verwendet werden, welche Dieselmotoren, Benzinmotoren oder andere Verbrennungsmotoren umfassen. Solche Motoren können in der Fahrzeugindustrie, z. B. in Massentransportfahrzeugen, Personenkraftfahrzeugen, Lastwagen oder dergleichen, verwendet werden. Der Diffusor kann auch in Nicht-Fahrzeuganwendungen wie z. B. stationären Motoren verwendet werden, die für mechanische oder elektrische Leistungserzeugung verwendet werden, oder sonst wie. Der Diffusor 16 kann verwendet werden, um eine verbesserte Ausgabe von Abgas einschließlich Partikeln und anderen gasförmigen Verbrennungsprodukten an eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 vorzusehen. Solche Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 können eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion, eine Dieseloxidations-Katalysatorvorrichtung, einen Dieselpartikelfilter, Dieselpartikelfallen, einen motornahen Konverter, katalytische Konverter oder dergleichen umfassen. Unter Bezugnahme auf 1 wird in Erwägung gezogen, dass in einer Konfiguration ein einziger Diffusor 16 für das Motorabgassystem 14 verwendet wird und mit einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion verbunden ist, um eine Ausgabe von Abgas an diese vorzusehen. In einer weiteren Konfiguration wird in Erwägung gezogen, dass mehrere Diffusoren 16 verwendet werden, um eine Ausgabe von Abgas an mehr als eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20, wie hierin beschrieben, vorzusehen. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass der Diffusor 16 unterstromig von einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 angeordnet ist, z. B. daran befestigt ist oder damit in fluidtechnischer Verbindung steht.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird für den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Art, die Erfindung auszuführen, offenbart ist. Vielmehr wird die Erfindung alle Ausführungsformen einschließen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Abgasströmungsdiffusor für ein Abgassystem, welcher umfasst: einen Kanal, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert, wobei der Kanal einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist, umfasst, wobei der zweite Bereich einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge aufweist und die Auslassöffnung einen Durchmesser umfasst, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung, wobei der Kanal ferner gebildet ist durch: ein erstes Element, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, ein zweites Element, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, und wobei das erste und das zweite Eingriffmerkmal ausgebildet sind, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden.
Diffusor nach Anspruch 1, welcher ferner eine Trenneinrichtung umfasst, die sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei die Trenneinrichtung ausgebildet ist, um den Strömungspfad in einen ersten Nebendurchgang und einen zweiten Nebendurchgang zu trennen.
Diffusor nach Anspruch 2, wobei die Trenneinrichtung perforiert ist, um eine Vielzahl von Öffnungen zu bilden, die sich von einer ersten Seite der Trenneinrichtung zu einer zweiten Seite der Trenneinrichtung erstrecken.
Diffusor nach Anspruch 3, wobei die Trenneinrichtung zumindest eine Änderung der Kontur entlang einer Länge der Trenneinrichtung umfasst.
Diffusor nach Anspruch 4, wobei die Trenneinrichtung ein erstes Ende, das innerhalb des ersten Bereiches angeordnet ist, und ein zweites Ende, das innerhalb des zweiten Bereiches angeordnet ist, umfasst.
Diffusor nach Anspruch 1, wobei die Trenneinrichtung ferner eine Injektorhalterung zum Befestigen eines Fluidinjektors umfasst.
Diffusor nach Anspruch 6, wobei die Injektorhalterung an dem ersten Bereich des Diffusors angeordnet ist.
Diffusor nach Anspruch 7, welcher ferner eine Trenneinrichtung umfasst, die sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei die Trenneinrichtung ausgebildet ist, um den Strömungspfad in einen ersten Nebendurchgang und einen zweiten Nebendurchgang zu trennen.
Diffusor nach Anspruch 8, wobei die Trenneinrichtung perforiert ist, um eine Vielzahl von Öffnungen zu bilden, die sich zwischen einer ersten Seite der Trenneinrichtung zu einer zweiten Seite der Trenneinrichtung erstrecken, wobei die Injektorhalterung ausgebildet ist, um einen befestigten Injektor in Richtung der Vielzahl von Öffnungen der Trenneinrichtung zu orientieren.
Abgassystem für einen Verbrennungsmotor, welches umfasst: einen Abgaskanal in fluidtechnischer Verbindung mit dem Verbrennungsmotor, um ein Abgas aufzunehmen und zu leiten; eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Behandlung des Abgases; einen Diffusor, der zwischen dem Abgaskanal und der Abgasbehandlungsvorrichtung und in fluidtechnischer Verbindung damit angeordnet ist, wobei der Diffusor einen Kanal umfasst, der eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Strömungspfad dazwischen definiert, wobei der Kanal einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist, umfasst, wobei der zweite Bereich einen zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge aufweist und die Auslassöffnung einen Durchmesser umfasst, der größer ist als ein Durchmesser der Einlassöffnung, wobei der Kanal ferner gebildet ist durch: ein erstes Element, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das erste Element ein erstes Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, ein zweites Element, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, um einen Abschnitt des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches zu bilden, wobei das zweite Element ein zweites Eingriffmerkmal umfasst, welches sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, und wobei das erste und das zweite Eingriffmerkmal ausgebildet sind, um zusammenpassend miteinander in Eingriff zu stehen, um das erste und das zweite Element zu verbinden und den Strömungspfad zu bilden; und einen Fluidinjektor, der zwischen dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Fluidinjektor Einspritzungen einer Harnstofflösung oder eines verbrennbaren Brennstoffes in das Abgas vorsieht.
Abgassystem nach Anspruch 10, wobei der Fluidinjektor an dem ersten Bereich des Diffusors montiert ist.
Abgassystem nach Anspruch 10, wobei der Fluidinjektor an dem Abgaskanal montiert ist.
Abgassystem nach Anspruch 12, wobei der Harnstoffinjektor näher an dem Motor angeordnet ist als der Diffusor.
Abgassystem nach Anspruch 10, wobei der Diffusor eine Trenneinrichtung umfasst, die sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei die Trenneinrichtung ausgebildet ist, um den Strömungspfad in einen ersten Nebendurchgang und einen zweiten Nebendurchgang zu trennen.
Abgassystem nach Anspruch 14, wobei die Trenneinrichtung perforiert ist, und eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die sich zwischen einer ersten Seite der Trenneinrichtung zu einer zweiten Seite der Trenneinrichtung erstrecken.
Verfahren zum Ausgeben von Abgas von einem Verbrennungsmotor an eine Abgasbehandlungsvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: Abgas durch einen Diffusor strömen gelassen wird, der fluidtechnisch mit dem Verbrennungsmotor und der Abgasbehandlungsvorrichtung und zwischen diesen gekoppelt ist, wobei der Diffusor aus einem ersten Element mit einer ersten Passfläche und einem zweiten Element mit einer zweiten Passfläche gebildet ist, wobei das erste und das zweite Element zusammengefügt werden können, um eine Einlassöffnung, eine Auslassöffnung und einen Fluidströmungspfad dazwischen zu bilden, wobei der Diffusor einen ersten Bereich, der in der Nähe der Einlassöffnung angeordnet ist, und einen zweiten Bereich, der in der Nähe der Auslassöffnung angeordnet ist, definiert, wobei der zweite Bereich einen allmählich zunehmenden Durchmesser entlang seiner Länge aufweist; und eine Harnstofflösung in das Abgas vor dem oder während des Strömens des Abgases durch den Diffusor eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Injektor an einem Abgaskanal montiert ist, die zwischen dem Diffusor und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, um die Harnstofflösung in das Abgas einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Injektor an dem Diffusor montiert ist, um die Harnstofflösung in das Abgas einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Diffusor eine Trenneinrichtung umfasst, die sich zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung erstreckt, wobei die Trenneinrichtung ausgebildet ist, um den Strömungspfad in einen ersten Nebendurchgang und einen zweiten Nebendurchgang zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Trenneinrichtung eine Vielzahl von Öffnungen umfasst, die sich von einer ersten Seite der Trenneinrichtung zu einer zweiten Seite der Trenneinrichtung erstrecken, wobei die Einspritzung der Harnstofflösung in der Nähe der Vielzahl von Öffnungen stattfindet.