DE102009046280A1 - Umleitungsspülung zum Schutz vor der Bildung von Reduktionsmittelablagerungen - Google Patents

Umleitungsspülung zum Schutz vor der Bildung von Reduktionsmittelablagerungen Download PDF

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Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in ein Motorabgas geschaffen, um die vorstehend erwähnten Probleme anzugehen. Ein beispielhaftes System besitzt eine Einspritzdüse mit einem Auslass zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts des Reduktionskatalysators, eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, wobei die Gasablenkplatte dazu konfiguriert ist, eine Zone mit hohem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte und eine Zone mit niedrigem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, die den Einspritzdüsenauslass umgibt, zu erzeugen, einen Umleitungsströmungsdurchgang, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms vom Abgasdurchgang abzuleiten, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit hohem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte aufweist, und einen Sammler in Fluidverbindung mit dem Umleitungsströmungsdurchgang, wobei der Sammler eine oder mehrere Öffnungen aufweist, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen in den Abgasstrom strömt, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden.

Description

  • Hintergrund/Zusammenfassung
  • Die Nachbehandlungstechnologie der selektiven katalytischen Reaktion (SCR) mit Harnstoff wurde industrieweit für Dieselmotorprogramme gewählt, um die Stickoxid-Normen (NOx-Normen) der Umweltschutzbehörde (EPA) von 2010 zu erfüllen. Unter Verwendung dieser Technologie wird häufig eine wässerige Harnstofflösung an Bord in einem Harnstofftank gelagert und über eine Harnstoffeinspritzdüse in das Fahrzeugabgas eingespritzt, wobei der eingespritzte Harnstoff in Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) zersetzt wird. Das erzeugte Ammoniak wird dann auf einer Oberfläche eines stromabwärts liegenden SCR-Katalysators absorbiert, wo es mit dem NOx im Abgas für die Umsetzung in Stickstoff und Wasser reagiert.
  • Die Harnstofflösung wird häufig in Form eines zerstäubten Sprühnebels in das Fahrzeugabgas eingespritzt. Trotz der Verwendung von Mischsystemen, um die meisten Tröpfchen in der Luft getragen zu halten, kann eine Kombination von Abgassystem-Raumeinschränkungen und Motorbetriebsbedingungen verursachen, dass einige Harnstofftröpfchen Ablagerungen auf der Oberfläche der Harnstoffeinspritzdüsen und im direkten Abgasdurchgang (in der Angasleitung) bilden. Der Ablagerungsbildungsprozess kann irreversibel sein, was eine Blockierung der Harnstoffeinspritzdüse verursacht, die zu einer Verschlechterung des NOx-Umsetzungswirkungsgrades des SCR-Nachbehandlungssystems führt. In einigen Fällen kann das Wachstum der Harnstoffablagerungen in der Abgasleitung bzw. dem Abgasdurchgang eine Erhöhung des Motorgegendrucks und einen entsprechenden Verlust der Motorleistung verursachen.
  • Bei niedrigen und mittleren Abgasdurchflüssen können die größeren Tröpfchen des eingespritzten Harnstoffs auf den Oberflächen der Abgasleitung bzw. dem Abgasdurchgang landen, wo eine starke und schnelle Ansammlung von Harnstoffablagerungen (siehe z. B. 1) stattfindet. Bei mittleren und hohen Abgasdurchflüssen können die schnell verdampfenden kleineren Tröpfchen mit fortschreitend verringertem Durchmesser in Richtung der Deckenoberflächen gefegt werden, wo eine Ablagerungsbildung stattfindet.
  • Die Verwendung von verschiedenen Mischvorrichtungen hat eine erfolgreiche Verringerung von Ablagerungsbildungsprozessen für sowohl Boden- als auch Deckenoberflächen der Abgasleitung bzw. dem Abgasdurchgang gezeigt. Ferner führt die periodische Regeneration (z. B. Reinigung durch Verbrennen von angesammeltem Ruß von den Oberflächen) des Dieselpartikelfilters, die ungefähr alle 10 bis 30 Stunden des Fahrzeugbetriebs stattfindet, zu einem Betrieb des Motors, so dass die Abgastemperatur für bis zu 12 Minuten über 600°C liegt. Die erhöhte Abgastemperatur kann die Entfernung von Harnstoffablagerungen von den Boden- und den Deckenoberflächen der Abgasleitung ermöglichen.
  • Die Erfinder erkennen jedoch auch, dass einige vertiefte Oberflächen an der Innenseite der Abgasleitung bzw. des Abgasrohrs noch für eine Ablagerungsbildung und -ansammlung anfällig sein können. Ein übliches Beispiel dieses Phänomens liegt in der Dosierungseinspritzdüsenansatz. Eine Installation einer Harnstoffdosierungseinspritzdüse, ob am Rohrbogen oder innerhalb eines geraden Abschnitts, kann zum Einbau einem Montageansatz führen, der die Einspritzdüse an der Stelle hält. Gegenüber der Abgasseite des Abgasrohrs kann der Ansatz einen Hohlraum oder eine Aussparung aufweisen, was veranlasst, dass die Einspritzdüsenposition etwas entfernt liegt, um es zu minimieren, die Einspritzdüse hohen Temperaturen auszusetzen. Das Strömungsmuster von Abgas nahe dem Hohlraum kann derart geändert werden, dass eine Wiedereinleitung von Gasen in den Hohlraum stattfinden kann (siehe z. B. 2). Das Ausmaß der Wiedereinleitung kann mit den Betriebsbedingungen, wie z. B. Abgasdurchfluss und -temperatur, Harnstoffdosierungsrate und Umgebungstemperatur, variieren. Die Abgaswiedereinleitung nahe dem Hohlraum kann die Tendenz für eine Harnstoffablagerungsbildung und -ansammlung erhöhen.
  • An sich werden hier Systeme und Verfahren zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in ein Motorabgas geschaffen, um die vorstehend erwähnten Probleme anzugehen. Ein beispielhaftes System besitzt eine Einspritzdüse mit einem Auslass zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts des Reduktionskatalysators, eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, wobei die Gasablenkplatte dazu konfiguriert ist, stromaufwärts der Ablenkplatte eine Zone mit höherem Druck und stromabwärts der Ablenkplatte eine Zone mit niedrigerem Druck, die den Einspritzdüsenauslass umgibt, zu erzeugen, einen Umleitungsströmungsdurchgang, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms vom Abgasdurchgang abzuleiten, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte aufweist, und einen Sammler in Fluidverbindung mit dem Umleitungsströmungsdurchgang, wobei der Sammler eine oder mehrere Öffnungen aufweist, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen in den Abgasstrom strömt, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel, aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden.
  • In dieser Weise erzeugt die Gasablenkplatte die Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte, wo der Einlass des Umleitungsdurchgangs angeordnet ist, und die Zone mit niedrigerem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, wo der Einspritzdüsenauslass angeordnet ist. Eine Druckdifferenz wird dadurch gebildet, die ermöglicht, dass ein Teil des Abgasstroms durch den Umleitungsströmungsdurchgang abgeleitet wird, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden. Die erzeugte Gasabschirmung kann auch dazu dienen, die Wiedereinleitung von Abgas nahe dem Einspritzdüsenauslass, wie z. B. in einem Einspritzdüsenansatzhohlraum, zu verringern, um die Ablagerungsbildung und -ansammlung von flüssigem Reduktionsmittel zu verringern.
  • In einigen Beispielen besitzt die Gasablenkplatte einen Flansch, der eine untere Oberfläche und ein Paar von Seitenwänden, die mit der unteren Oberfläche verbunden sind, definiert, wobei der Flansch dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases in Richtung des Einlasses des Umleitungsströmungsdurchgangs zu lenken. Ferner kann die eine oder können die mehreren Öffnungen des Sammlers auf dem Umfang um den Einspritzdüsenauslass angeordnet sein, was ermöglicht, dass die gebildete Gasabschirmung eine kreisförmige Gasabschirmung ist, die den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel umgibt.
  • In einigen Beispielen ist der Umleitungsströmungsdurchgang zwischen einem Montageflansch und der Einspritzdüsenansatz ausgebildet. Ferner kann ein Kanal in den Montageflansch maschinell eingearbeitet sein, um als Umleitungsströmungsdurchgang zu dienen.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die obigen Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in einen Motorabgasstrom angegangen werden, das einschließt: Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in den Abgasstrom über eine Einspritzdüse, bei der das flüssige Reduktionsmittel an einer Einspritzstelle stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas eingespritzt wird; Ableiten von Abgas von stromaufwärts der Einspritzdüse durch einen Umleitungsströmungsdurchgang; und Leiten des abgeleiteten Abgases zur Einspritzstelle, wo das abgeleitete Abgas und das flüssige Reduktionsmittel beide in den Abgasstrom eintreten. In dieser Weise ist es möglich, das Abgas zu verwenden, um die Einspritzdüse abzuschirmen, wodurch Ablagerungen verringert werden.
  • Die Erfinder haben die obigen Probleme, Phänomene und potentiellen Lösungen erkannt. Ferner sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Es ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes zu identifizieren, dessen Schutzbereich nur durch die Ansprüche, die der ausführlichen Beschreibung folgen, definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen begrenzt, die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des Auftretens einer Harnstoffablagerungsbildung und -ansammlung in einem Motorabgasdurchgang.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Auftretens einer Abgaswiedereinleitung in einem Montageansatzhohlraum.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Behandlung von Motorabgas gemäß der vorliegenden Anmeldung.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in ein Motorabgas, die in der Vorrichtung von 5 verwendet werden kann.
  • 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 6.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 6 in auseinandergezogener Anordnung.
  • 7 zeigt eine Unterseitenansicht des Montageflanschs der Vorrichtung von 6.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Harnstoffeinspritzdüse, die an einer Montageansatz an einem Rohrbogen montiert ist.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer Harnstoffeinspritzdüse, die an einer Montageansatz an einem geraden Rohrabschnitt montiert ist.
  • 10 ist ein Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in ein Motorabgas gemäß der vorliegenden Anmeldung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 10 zur Behandlung von Abgas eines Motors 12 gemäß der vorliegenden Anmeldung. Die Vorrichtung 10 kann eine Einspritzdüsenanordnung 16 für flüssiges Reduktionsmittel aufweisen, die mit einem Abgasdurchgang bzw. der Abgasleitung 14 des Motors 12 gekoppelt ist. Die Einspritzdüsenanordnung 16 für flüssiges Reduktionsmittel kann dazu konfiguriert sein, flüssiges Reduktionsmittel wie z. B. eine flüssige Harnstofflösung in das Motorabgas einzuspritzen.
  • Die Einspritzdüsenanordnung 16 für flüssiges Reduktionsmittel kann im Abgasdurchgang 14 des Motors 12 an einer Stelle stromaufwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung 18 angeordnet sein. Die Abgasreinigungsvorrichtung 18 kann beispielsweise ein SCR-Katalysator zum Entfernen von NOx-Komponenten im Motorabgas sein. Die Details der Einspritzdüsenanordnung 16 für flüssiges Reduktionsmittel werden mit Bezug auf 3–7 erläutert.
  • Die Vorrichtung 10 kann eine Steuereinheit 20 aufweisen, die mit verschiedenen Sensoren 22, wie z. B. Temperatursensoren, einem Sauerstoffsensor, einem NOx-Sensor, einem Drucksensor und einem Durchflussmesser, gekoppelt ist, um verschiedene Motorbetriebsbedingungen abzutasten. Die Steuereinheit 20 kann auch mit verschiedenen Aktuatoren 24, wie z. B. verschiedenen Motorventilen und Drosseln, gekoppelt sein, um den Motorbetrieb zu steuern. Es sollte erkannt werden, dass der Motor 12 ein beliebiger geeigneter Motor, wie z. B. ein Dieselmotor, sein kann, auf den die Vorrichtung 10 zur Behandlung von Motorabgas angewendet werden kann.
  • In einigen Beispielen kann die Vorrichtung 10 auch eine Mischvorrichtung 26 (wie in 8 & 9 gezeigt) zum Mischen des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel mit dem Motorabgas aufweisen. Die Vorrichtung 10 kann ferner eine Zentrierungsvorrichtung 28 (wie in 8 & 9 gezeigt) zum Zentrieren des flüssigen Reduktionsmittels im Abgasdurchgang 14 aufweisen, um ein besseres Mischen des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel mit dem Motorabgas zu erreichen. In einem Beispiel kann die Vorrichtung 28 ein Sprühnebelzentrierungsgitter sein und/oder kann abgewinkelte Lamellen verwenden.
  • 3–7 sind verschiedene Ansichten der Einspritzdüsenanordnung 16 für flüssiges Reduktionsmittel von 5. Wie in 4 gezeigt, kann die Einspritzdüsenanordnung 16 eine Einspritzdüse 30 für flüssiges Reduktionsmittel mit einem Einspritzdüsenauslass 32 zum Einspritzen des flüssigen Reduktionsmittels und eine Einspritzdüsenansatz 33 zum Montieren der Einspritzdüse 30 am Abgasdurchgang 14 aufweisen. Das eingespritzte flüssige Reduktionsmittel kann in Form eines Sprühnebels vorliegen. Die Einspritzdüsenansatz 33 kann eine Aussparung, die in diesem Beispiel als Einspritzdüsenansatzhohlraum 34 gezeigt ist, in einer Wand des Abgasdurchgangs 14 bilden. Die Einspritzdüse 30 für flüssiges Reduktionsmittel kann an einem Rohrbogen oder in einem geraden Rohrabschnitt montiert sein und kann in verschiedenen Weisen im Abgasdurchgang 14 abgewinkelt sein.
  • Die Einspritzdüsenanordnung 16 kann ferner einen Abgasumleitungsdurchgang bzw. Umleitungsströmungsdurchgang 36 mit einem Einlass 40 und einem Auslass 42 zum Ableiten eines Teils des Abgasstroms und eine Gasablenkplatte 38 zum Ablenken des Abgasstroms vom Einspritzdüsenansatznhohlraum 34 und vom Einspritzdüsenauslass 32 aufweisen.
  • Die Gasablenkplatte 38 kann an der Wand des Abgasdurchgangs 14 montiert sein. Die Gasablenkplatte 38 kann einen Flansch 41 (siehe 5) aufweisen, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases in Richtung des Einlasses 40 des Abgasumleitungsdurchgangs 36 zu leiten. Der Flansch 41 kann eine untere Oberfläche 43 und ein Paar von Seitenwänden 44 aufweisen. Die Gasablenkplatte 38 kann in Richtung des eingehenden Abgasstroms abgewinkelt sein. Die Gasablenkplatte 38 kann am Abgasdurchgang 14 direkt stromaufwärts des Einlasses 40 des Abgasumleitungsdurchgangs 36 befestigt sein.
  • Die Positionierung der Gasablenkplatte 38 im Abgasdurchgang 14 kann eine Zone 39 mit höherem Druck stromaufwärts der Gasablenkplatte 38 relativ zu einer Zone 45 mit niedrigerem Druck stromabwärts der Gasablenkplatte 38, die den Einspritzdüsenauslass 32 und den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel umgibt, erzeugen. Die Druckdifferenz zwischen der Zone 39 mit höherem Druck und der Zone 45 mit niedrigerem Druck kann einen Teil des Abgases so treiben, dass es in den Einlass 40 des Abgasumleitungsdurchgangs 36 eintritt und durch den Abgasumleitungsdurchgang 36 strömt, um eine Gasabschirmung um den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu erzeugen.
  • Der Abgasumleitungsdurchgang 36 kann auch mit einem Sammler 46 an seinem Auslass 42 gekoppelt sein. Der Sammler 46 kann eine oder mehrere Öffnungen 48 aufweisen, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen 48 in den Abgasstrom strömt, um die Gasabschirmung zu bilden (siehe 6). In einigen Beispielen kann die eine Öffnung oder können die mehreren Öffnungen 48 6 bis 9 Öffnungen aufweisen, die auf dem Umfang um den Einspritzdüsenauslass 32 angeordnet sind, so dass eine kreisförmige Gasabschirmung, die den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel umgibt, durch das umgeleitete Abgas, das aus den Sammleröffnungen 48 kommt, gebildet werden kann. Ferner kann das Umleitungsabgas, das aus den Sammleröffnungen strömt, in eine Richtung gezielt werden, die zur Reduktionsmitteleinspritzung im Wesentlichen parallel ist und auf diese ausgerichtet ist.
  • In einigen Beispielen kann der Abgasumleitungsdurchgang 36 zwischen dem Einspritzdüsenansatz 33 und einem Einspritzdüsenansatzflansch 51 ausgebildet sein. Ein Kanal 49 kann in eine Unterseite 50 des Einspritzdüsenansatzflanschs 51 maschinell eingearbeitet werden, bevor er an den Einspritzdüsenansatz 33 geschweißt wird, um als Pfad des Abgasumleitungsdurchgangs 36 zu dienen (siehe 7).
  • Auf diese Weise kann ein Teil des Abgases abgeleitet werden, um eine Gasabschirmung um den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu erzeugen, um die Wiedereinleitung des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel im Ansatzhohlraum 34 und nahe dem Einspritzdüsenauslass 32 zu verhindern. Folglich können die Ablagerungsbildung und -ansammlung von flüssigem Reduktionsmittel innerhalb des Einspritzdüsenansatzhohlraums 34 und im Abgasdurchgang 14 verringert werden.
  • Folglich kann in einem Beispiel das System betrieben werden, um flüssiges Reduktionsmittel über die Einspritzdüse 30 an einer Einspritzstelle stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas in den Abgasstrom einzuspritzen. Ferner kann Abgas von einem Punkt stromaufwärts der Einspritzdüse vom Abgasstrom weg und dann durch einen Umleitungsströmungsdurchgang abgeleitet werden, wo das abgeleitete Abgas zur Einspritzstelle gelenkt wird. Dann können an der Einspritzstelle das abgeleitete Abgas und das flüssige Reduktionsmittel beide in den Abgasstrom eintreten. Obwohl dieses Beispiel zeigt, dass das Abgas über eine abgewinkelte Ablenkplatte in Bezug auf den Abgasdurchgang abgeleitet wird, können verschiedene andere Ableitmethoden verwendet werden, um eine Druckdifferenz zu erzeugen, wie z. B. ein Pitot-Rohr im Bernoulli-Stil. Obwohl dieses Beispiel zeigt, dass die Einspritzstelle eine Hohlraumaussparung aufweist, die durch eine abgewinkelte Einspritzdüsenansatzkonfiguration gebildet ist, kann die Methode ferner auch auf Systeme angewendet werden, in denen die Einspritzdüse in einer senkrecht montierten Position in Bezug auf den Abgasdurchgang angeordnet ist. Obwohl dieses Beispiel einen Sammler innerhalb der Abgasumleitung mit mehreren parallelen Strömungsdurchgängen zeigt, die auf dem Umfang um die Einspritzstelle angeordnet sind und vom Einlass 40 abzweigen, kann schließlich ein einzelner, nicht abzweigender Umleitungsdurchgang verwendet werden.
  • 10 ist ein Ablaufplan eines Beispielverfahrens 100 zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in ein Motorabgas gemäß der vorliegenden Anmeldung. Das Verfahren kann unter Verwendung der mit Bezug auf 5–9 beschriebenen Vorrichtung 10 implementiert werden. Das Verfahren 100 kann bei 102 die Verwendung einer Einspritzdüse mit einem Auslass, um flüssiges Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen, stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas einschließen.
  • Bei 104 kann das Verfahren die Verwendung einer Gasablenkplatte aufweisen, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, um eine Zone mit hohem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte und eine Zone mit niedrigem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, die den Einspritzdüsenauslass umgibt, zu erzeugen.
  • Bei 106 kann das Verfahren das Ableiten eines Teils des Abgases durch einen Umleitungsströmungsdurchgang aufweisen, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit hohem Druck aufweist.
  • Bei 108 kann das Verfahren die Verwendung einer Sprühnebelzentrierungsvorrichtung einschließen, um den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel im Abgas zu zentrieren.
  • Bei 110 kann das Verfahren die Verwendung einer Mischvorrichtung zum Mischen des Sprühnebels von flüssigem Harnstoff mit dem Abgas aufweisen.
  • Es ist zu erkennen, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht in einer begrenzenden Hinsicht betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technologie kann beispielsweise auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Gegen-4- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten als den Einschluss von einem oder mehreren solchen Elementen aufweisend verstanden werden, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage von neuen Ansprüchen in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie im Schutzbereich breiter, schmäler, gleich oder anders in Bezug auf die ursprüngliche Ansprüche sind, auch als innerhalb des Gegenstandes der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in ein Motorabgas, enthält:
    eine Einspritzdüse mit einem Auslass zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts des Reduktionskatalysators;
    eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, wobei die Gasablenkplatte dazu konfiguriert ist, eine Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte und eine Zone mit niedrigerem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, die den Einspritzdüsenauslass umgibt, zu erzeugen;
    einen Umleitungsströmungsdurchgang, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms vom Abgasdurchgang abzuleiten, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte aufweist; und
    einen Sammler in Fluidverbindung mit dem Umleitungsströmungsdurchgang, wobei der Sammler eine oder mehrere Öffnungen aufweist, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen in den Abgasstrom strömt, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden.
  • Dabei kann bevorzugt die Gasablenkplatte einen Flansch aufweisen, der an einer Wand des Abgasdurchgangs an einer Stelle stromabwärts des Einlasses des Umleitungsströmungsdurchgangs und stromaufwärts der Einspritzdüse befestigt ist.
  • Insbesondere kann die Gasablenkplatte in Richtung des Abgasstroms abgewinkelt sein.
  • Weiter bevorzugt weist der Flansch eine untere Oberfläche und ein Paar von Seitenwänden auf, die mit der unteren Oberfläche verbunden sind, wobei der Flansch dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgases in Richtung des Einlasses des Abgasumleitungsdurchgangs zu lenken.
  • Nach einer weiter bevorzugten Ausführung weist die Vorrichtung ferner eine Mischvorrichtung auf, die stromabwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, zum Mischen des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel mit dem Abgasstrom. Dabei kann ferner ein Sprühnebelzentrierungsgitter, das stromabwärts der Einspritzdüse und stromaufwärts der Mischvorrichtung angeordnet sein, zum Zentrieren des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in ein Motorabgas enthält insbesondere:
    Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in das Abgas durch eine Einspritzdüse mit einem Auslass, wobei das flüssige Reduktionsmittel stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas eingespritzt wird;
    Erzeugen einer Zone mit höherem Druck und einer Zone mit niedrigerem Druck über eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, wobei die Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte liegt und die Zone mit niedrigem Druck stromabwärts der Ablenkplatte liegt und den Einspritzdüsenauslass umgibt;
    Ableiten eines Teils des Abgases durch einen Umleitungsströmungsdurchgang, um eine Gasabschirmung für das flüssige Reduktionsmittel zu bilden, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit höherem Druck aufweist.
  • Dabei kann das flüssige Reduktionsmittel eine flüssige Harnstofflösung sein und die gebildete Gasabschirmung eine kreisförmige Gasabschirmung, die den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel umgibt.
  • Bevorzugt weist für dieses Verfahren die Gasablenkplatte einen Flansch auf, der an einer Wand des Abgasdurchgangs an einer Stelle stromabwärts des Einlasses des Umleitungsströmungsdurchgangs und stromaufwärts der Einspritzdüse befestigt ist, und wobei die Gasablenkplatte in Richtung des Abgasstroms abgewinkelt ist.
  • Dabei weist bevorzugt die Gasablenkplatte einen Flansch auf, der eine untere Oberfläche und ein Paar von Seitenwänden, die mit der unteren Oberfläche verbunden sind, aufweist, wobei die Schaufel dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms in Richtung des Einlasses des Umleitungsströmungsdurchgangs zu lenken.
  • Nach einem weiter bevorzugten Verfahren ist ferner das Mischen des Sprühnebels aus flüssigem Harnstoff mit dem Abgas über eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist, vorgesehen.
  • Eine weiter bevorzugte Vorrichtung zur Behandlung von Motorabgas, die enthält:
    einen Reduktionskatalysator zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas;
    eine Einspritzdüse mit einem Auslass zum Einspritzen der flüssigen Harnstofflösung;
    eine Gasablenkplatte, die stromaufwärts der Einspritzdüse angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, eine Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte und eine Zone mit niedrigerem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, die den Einspritzdüsenauslass umgibt, zu erzeugen;
    einen Umleitungsdurchgang, der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms vom Abgasdurchgang abzuleiten, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass in der Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte aufweist; und
    einen Sammler in Fluidverbindung mit dem Umleitungsströmungsdurchgang, wobei der Sammler eine oder mehrere Öffnungen aufweist, die auf dem Umfang um den Auslass der Einspritzdüse angeordnet ist oder sind, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen in den Abgasstrom strömt, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus der flüssigen Harnstofflösung zu bilden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Motorabgasstrom, das enthält: Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in den Abgasstrom über eine Einspritzdüse, bei der das flüssige Reduktionsmittel an einer Einspritzstelle stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zum Reduzieren von NOx-Komponenten im Abgas eingespritzt wird; Ableiten des Abgases von stromaufwärts der Einspritzdüse durch einen Umleitungsströmungsdurchgang; und Lenken des abgeleiteten Abgases zur Einspritzstelle, wo sowohl das abgeleitete Abgas als auch das flüssige Reduktionsmittel in den Abgasstrom eintreten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgas über eine abgewinkelte Ablenkplatte abgeleitet wird, wobei das flüssige Reduktionsmittel unter einem Winkel in Bezug auf den Abgasstrom eingespritzt wird, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Sammler mit mehreren parallelen Strömungsdurchgängen aufweist, die auf dem Umfang um die Einspritzstelle angeordnet sind, und wobei die Einspritzstelle eine Aussparung aufweist.
  3. Vorrichtung zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in ein Motorabgas, die enthält: eine Einspritzdüse (30) mit einem Auslass (32) zum Einspritzen von flüssigem Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts des Reduktionskatalysators (18); eine Gasablenkplatte (38), die stromaufwärts der Einspritzdüse (30) angeordnet ist, wobei die Gasablenkplatte dazu konfiguriert ist, eine Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte (38) und eine Zone mit niedrigerem Druck stromabwärts der Ablenkplatte, die den Einspritzdüsenauslass (32) umgibt, zu erzeugen; einen Umleitungsströmungsdurchgang (36), der dazu konfiguriert ist, einen Teil des Abgasstroms vom Abgasdurchgang (14) abzuleiten, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang einen Einlass (40) in der Zone mit höherem Druck stromaufwärts der Ablenkplatte aufweist; und einen Sammler (46) in Fluidverbindung mit dem Umleitungsströmungsdurchgang, wobei der Sammler eine oder mehrere Öffnungen (48) aufweist, um zu ermöglichen, dass der umgeleitete Teil des Abgases aus den Sammleröffnungen in den Abgasstrom strömt, um eine Gasabschirmung für den Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel zu bilden.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das flüssige Reduktionsmittel eine Lösung aus flüssigem Harnstoff ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Sammler (46) dazu konfiguriert ist, zu ermöglichen, dass das umgeleitete Abgas aus den Sammleröffnungen (48) in einer Richtung strömt, die auf eine Richtung des Sprühnebels aus flüssigem Reduktionsmittel ausgerichtet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die eine oder die mehreren Öffnungen (48) des Sammlers (46) auf dem Umfang um den Einspritzdüsenauslass (32) angeordnet ist oder sind und wobei die gebildete Gasabschirmung eine kreisförmige Gasabschirmung ist, die Sprühnebel aus flüssigem Reduktionsmittel umgibt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren Sammleröffnungen 6 bis 9 Löcher aufweisen, die auf dem Umfang um den Einspritzdüsenauslass (32) angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Umleitungsströmungsdurchgang (36) zwischen einem Einspritzdüsenansatz (33) und einem Montageflansch (51) zum Montieren der Einspritzdüse (30) an einer Wand des Abgasdurchgangs (14) ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Kanal (49) in den Montageflansch (51) maschinell eingearbeitet ist, um den Umleitungsströmungsdurchgang (36) zu bilden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Gasablenkplatte (38) einen Flansch (41) aufweist, der an einer Wand des Abgasdurchgangs an einer Stelle stromabwärts des Einlasses des Umleitungsströmungsdurchgangs (36) und stromaufwärts der Einspritzdüse (30) befestigt ist.
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