DE102015016284A1

DE102015016284A1 - Mischsystem für ein Nachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102015016284A1
Application number: DE102015016284.5A
Authority: DE
Inventors: Jayaraman K. Venkataraghavan; Aaron Harmon; Andrew M. Denis; Anthony C. Rodman; Eric P. Spaeth; Raymond U. Isada; Yong Yi
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-06-23
Also published as: US20160175784A1; CN105715340A; US9718037B2; CN105715340B

Abstract

Ein Mischsystem (200) für ein Nachbehandlungssystem (104) ist offenbart. Das Mischsystem (200) weist ein Mischrohr (114) auf. Das Mischrohr (114) ist in Fluidverbindung mit einer Abgasleitung (108) vorgesehen. Das Mischsystem (200) weist auch einen Reduktionsmittelinjektor (118) auf, der an einer Einspritzposition (203) an dem Mischrohr (114) positioniert ist. Das Mischsystem (200) weist ferner eine Mischerbaugruppe (202) auf, die stromabwärts von der Einspritzposition (203) positioniert ist. Die Mischerbaugruppe (202) weist mehrere Mischelemente (204, 206, 208) auf, die so in einer Reihenanordnung vorgesehen sind, dass jeder der mehreren Mischelemente (204, 206, 208) stromabwärts von einem anderen vorgesehen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Mischsystem und insbesondere ein Mischsystem für ein Nachbehandlungssystem.
Background
Ein Nachbehandlungssystem ist einem Kraftmaschinensystem zugeordnet. Das Nachbehandlungssystem ist dazu ausgebildet, Stickoxide (NOx) im Abgasstrom zu behandeln und zu verringern, bevor der Abgasstrom in die Atmosphäre abgegeben wird. Zum Verringern des NOx kann das Nachbehandlungssystem ein Reduktionsmittelzufuhrmodul, einen Reduktionsmittelinjektor und ein SCR-Modul (engl. selective catalytic reduction – SCR, dt. selektive katalytische Reduktion) aufweisen.
Der Reduktionsmittelinjektor ist dazu ausgebildet, ein Reduktionsmittel in das durch ein Mischrohr des Nachbehandlungssystems strömende Abgas einzuspritzen. Zum Erreichen von verbesserten Niveaus der NOx-Umwandlung muss eine verbesserte Strömungsverteilung und Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas erreicht werden. Ein Mischelement ist innerhalb des Mischrohrs (fest) angebracht, sodass eine vergrößerte Turbulenz und eine verbesserte Verteilung des Reduktionsmittels innerhalb des Abgases innerhalb einer kürzeren Erstreckung bzw. Länge des Mischrohrs erreicht werden können.
Allerdings kann das Mischelement manchmal eine Fläche zum Sammeln der Reduktionsmittelpartikel auf dieser vorsehen, was zur Bildung von festen Ablagerungen führt. Die Bildung von Ablagerungen kann wiederum zu einem erhöhten Gegendruck auf die Kraftmaschine führen und eine Gesamteffektivität bzw. einen Gesamtwirkungsgrad des Mischelements verringern. Ferner kann die Funktionsweise des Nachbehandlungssystems auch betroffen sein, was eine Verringerung in der NOx-Umwandlungsfähigkeit und eine Erhöhung des Ammoniakschlupfes bewirkt.
Das US-Patent mit der Nummer 8,272,777 beschreibt ein Verfahren zum Mischen eines Abgasstroms mit einem Fluid in einer Abgasleitung eines Abgassystems, in dem das Fluid durch eine Einspritzvorrichtung in die Abgasleitung eingespritzt wird. Der Abgasstrom wird in der Abgasleitung in dem Bereich der Einspritzvorrichtung in einer Strömungsrichtung parallel zu der Abgasleitung geführt. Das Fluid wird direkt auf ein Ablenkelement bzw. Umlenkelement eingespritzt, das in der Abgasleitung in einer Mittelrichtung der Einspritzung angeordnet ist, die von der Strömungsrichtung um einen Winkel abweicht, wobei durch mindestens ein Metallblechteil, das an dem Umlenkelement vorgesehen ist und das zumindest teilweise in einem Winkel bezüglich der Strömungsrichtung erhaben ist bzw. vorsteht, der Abgasstrom bezüglich der Strömungsrichtung von dessen Strömungsrichtung in einer Mittelrichtung der Verteilung umgelenkt wird.
Zusammenfassung der Offenbarung
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Mischsystem für ein Nachbehandlungssystem offenbart. Das Mischsystem weist ein Mischrohr auf. Das Mischrohr ist in Fluidverbindung mit einer Abgasleitung vorgesehen. Das Mischrohr weist auch einen Reduktionsmittelinjektor auf, der an einer Einspritzposition an dem Mischrohr positioniert ist. Das Mischsystem weist ferner eine Mischerbaugruppe auf, die stromabwärts von der Einspritzposition positioniert ist. Die Mischerbaugruppe weist mehrere Mischelemente auf, die so in einer Reihenanordnung vorgesehen sind, dass jedes der mehreren Mischelemente stromabwärts von einem anderen vorgesehen ist.
Andere Merkmale und Aspekte der Offenbarung werden sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Zeichnungen ergeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems mit einem in diesem zugeordneten Nachbehandlungssystem gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung,
2 ist eine perspektivische Ausbruchansicht eines Teils eines Mischrohrs des Nachbehandlungssystems von 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung,
3, 4 und 5 sind perspektivische Ansichten von einzelnen Mischelementen, die einer Mischbaugruppe von 2 zugeordnet sind, gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
6 und 7 sind perspektivische Ansichten eines ersten Mischelements gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung,
8 ist eine perspektivische Ausbruchansicht eines Teils des Mischrohrs von 1 mit einer anderen Mischbaugruppe gemäß anderer Ausführungsformen der Offenbarung,
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Mischelements, das der Mischbaugruppe von 8 zugeordnet ist, und
10 ist eine perspektivische Ausbruchansicht eines Teils des Mischrohrs von 1 mit einer weiteren anderen Mischbaugruppe gemäß einiger weiterer Ausführungsformen der Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
Wo möglich werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um auf die gleichen oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftmaschinensystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Kraftmaschinensystem 100 weist eine Kraftmaschine 102, die eine Verbrennungskraftmaschine sein kann, wie beispielsweise eine Hubkolbenkraftmaschine oder eine Gasturbinenkraftmaschine, auf. Die Kraftmaschine 102 ist eine Funkenzündungskraftmaschine (Ottomotor) oder eine Kompressionszündungskraftmaschine (Selbstzündungsmotor), wie beispielsweise eine Dieselkraftmaschine, eine homogene (Raum-)Kompressionszündungskraftmaschine oder eine reaktionsgesteuerte Kompressionszündungskraftmaschine oder andere bekannte Kompressionszündungskraftmaschinen. Die Kraftmaschine 102 kann mit Benzin, Dieselkraftstoff, Biodiesel, Dimethylether, Alkohol, Erdgas, Propan, Wasserstoff, Kombinationen von diesen oder anderen bekannten Brennkraftstoffen betankt werden.
Die Kraftmaschine 102 kann andere Komponenten (nicht gezeigt) aufweisen, wie beispielsweise ein Kraftstoffsystem, ein Einlasssystem, einen Antriebsstrang mit einem Getriebesystem usw. Die Kraftmaschine 102 kann zum Bereitstellen von Leistung zu jeglicher Maschine verwendet werden, umfassend, aber nicht nur, einen straßengängigen Lastkraftwagen, einen geländegängigen Lastkraftwagen, eine Erdbewegungsmaschine, einen elektrischen Generator usw. Folglich kann das Kraftmaschinesystem 100 einer Industrie bzw. einem Gewerbe zugeordnet sein, umfassend, aber nicht nur, Transport, Baugewerbe, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Stromerzeugung und Materialtransport.
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Kraftmaschinensystem 100 ein Nachbehandlungssystem 104 auf, das in Fluidverbindung mit einem Abgaskrümmer bzw. einer Abgassammelleitung der Kraftmaschine 102 steht. Das Nachbehandlungssystem 104 ist dazu ausgebildet, einen die Abgassammelleitung der Kraftmaschine 102 verlassenden Abgasstrom zu behandeln. Der Abgasstrom enthält Emissionsbestandteile, die Stickoxide (NOx), unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Partikel bzw. Schwebstoffe und/oder andere bekannte Verbrennungsprodukte enthalten kann. Das Nachbehandlungssystem 104 kann zum Einfangen oder Umwandeln von NOx, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Partikeln, Kombinationen davon oder anderen, in dem Abgasstrom vorliegenden Verbrennungsprodukten, vor dem Verlassen des Kraftmaschinensystems 100 ausgebildet sein.
In der dargestellten Ausführungsform weist das Nachbehandlungssystem 104 ein erstes Modul 106, das in Fluidverbindung mit einer Abgasleitung 108 der Kraftmaschine 102 steht, auf. Während des Kraftmaschinenbetriebs ist das erste Modul 106 zum internen bzw. inneren Aufnehmen von Kraftmaschinenabgas von der Abgasleitung 108 angeordnet. Das erste Modul 106 kann verschiedene Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen, wie beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator (engl. „diesel oxidation catalysator” – DOC) 110 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 112, jedoch können andere Vorrichtungen verwendet werden. Das erste Modul 106 und die sich darin befindenden Komponenten sind optional und können für verschiedene Kraftmaschinenanwendungen, in denen die von dem ersten Modul 106 bereitgestellte Abgasbehandlungsfunktion nicht benötigt wird, weggelassen werden.
In der dargestellten Ausführungsform kann der zu dem ersten Modul 106 durch die Kraftmaschine 102 geleitete Abgasstrom als erstes durch den DOC 110 strömen und dann durch den DPF 112 strömen, bevor er in ein Mischrohr 114 einströmt. Das Nachbehandlungssystem 104 weist ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 116 auf. Ein Reduktionsmittel wird in das Mischrohr 114 durch einen Reduktionsmittelinjektor 118 eingespritzt. Das Reduktionsmittel kann ein Fluid, wie beispielsweise Dieselabgasfluid (DEF), sein. Das Reduktionsmittel kann Harnstoff, Ammoniak oder andere bekannte Reduktionsmittel aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 1 weist das Reduktionsmittelzufuhrsystem 116 einen Reduktionsmitteltank 117 auf. Das Reduktionsmittel ist innerhalb des Reduktionsmitteltanks 117 enthalten. Die auf den Reduktionsmitteltank 117 bezogenen Parameter, wie beispielsweise Größe, Form, Position und verwendetes Material, können gemäß dem Systemaufbau und -anforderungen variieren. Ferner kann der Reduktionsmittelinjektor 118 in Kommunikationsverbindung mit einer Steuerung (nicht gezeigt) stehen. Basierend auf Steuersignalen, die von der Steuerung empfangen werden, wird das Reduktionsmittel von dem Reduktionsmitteltank 117 zu dem Reduktionsmittelinjektor 118 durch eine Pumpenbaugruppe 119 zugeführt. Wenn das Reduktionsmittel in das Mischrohr 114 eingespritzt wird, mischt sich das Reduktionsmittel mit dem Abgasstrom, das durch diesen strömt, und wird zu einem zweiten Modul 124 befördert bzw. getragen. Ferner ist das Mischrohr 114 dazu ausgebildet, das erste Modul 106 mit dem zweiten Modul 124 zu verbinden, sodass der Abgasstrom von der Kraftmaschine 102 durch das erste und das zweite Modul 106, 124 in Reihe strömen kann, bevor es an einem Kamin bzw. Auspuff 126, der stromabwärts von dem zweiten Modul 124 verbunden ist, abgegeben wird. Das Mischrohr 114 definiert eine Längsachse A-A'. Das zweite Modul 124 umgibt ein SCR-Modul (Modul zur katalytischen selektiven Reduktion, engl. „selective catalytic reduction” – SCR) 128 und einen Ammoniakoxidationskatalysator (AMOX) 130. Das SCR-Modul 128 wird zum Behandeln der die Kraftmaschine 102 verlassenden Abgase bei Vorhandensein von Ammoniak betrieben, das nach einem Abbau einer Harnstoff enthaltenen Lösung, die in die Abgase in dem Mischrohr 114 eingespritzt wurde, vorgesehen ist. Der AMOX 130 wird zum Umwandeln jeglichen Ammoniakschlupfes von dem bezüglich des SCR-Moduls 128 stromabwärts vorgesehenen Strom, bevor dieser den Auspuff 126 verlasst, verwendet.
Ferner kann, zum Fördern des Vermischens des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom, eine Mischsystem 200 dem Nachbehandlungssystem 104 zugeordnet sein. Das Mischsystem 200 ist innerhalb eines Teils des Mischrohrs 114 vorgesehen. Die Reduktionsmittelmenge, die in das Mischrohr 114 eingespritzt werden kann, kann basierend auf den Kraftmaschinenbetriebsbedingungen entsprechend dosiert werden. Das hier offenbarte Nachbehandlungssystem 104 ist als ein nicht beschränkendes Beispiel vorgesehen. Es ist zu beachten, dass das Nachbehandlungssystem 104 in verschiedenen Anordnungen und/oder Kombinationen mit Bezug zu der Abgassammelleitung vorgesehen sein kann. Diese und andere Veränderungen im Nachbehandlungssystemaufbau sind möglich, ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Das Mischsystem 200 wird nun im Detail unter Bezugnahme auf die 2–7 beschrieben.
2 stellt eine perspektivische Seitenansicht des Teils des Mischrohrs 114 mit dem darin befindlichen Mischsystem 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Das Mischsystem 200 weist eine Mischerbaugruppe 202 auf. Die Mischbaugruppe 202 ist stromabwärts von einer Einspritzposition 203 und stromaufwärts von dem SCR-Modul 128 (siehe 1) positioniert. Der hierin verwendete Ausdruck „Einspritzposition” bezieht sich auf eine Position an bzw. in dem Mischrohr 114, an der der Reduktionsmittelinjektor 118 das Reduktionsmittel in das Mischrohr 114 einspritzt. Die Mischerbaugruppe 202 weist mehrere Mischelemente auf.
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Mischerbaugruppe 202 drei Mischelemente auf, nämlich ein erstes Mischelement 204, ein zweites Mischelement 206 und ein drittes Mischelement 208. Die Mischelemente 204, 206, 208 sind in einer Reihenanordnung vorgesehen, sodass jedes der Mischelemente 204, 206, 208 stromabwärts von einem anderen vorgesehen ist. Das erste, zweite und dritte Mischelement 204, 206, 208 können voneinander beabstandet sein, sodass Abstände „X1”, „X2” bzw. „X3” zwischen aufeinanderfolgenden Mischelementen 204, 206, 208 entlang einer Abgasströmungsrichtung, die durch einen Pfeil „F” gezeigt ist, variieren. Jedes von dem ersten, zweiten und dritten Mischelement 204, 206, 208 ist dazu ausgebildet, beim Erreichen einer verbesserten Mischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom beim Durchgang des Abgases und des Reduktionsmittels durch diese zu helfen bzw. zu unterstützen.
Es sollte beachtet werden, dass das in den Abgasstrom eingespritzte Reduktionsmittel im Allgemeinen in einem Flüssigzustand ist. Jedes der Mischelemente 204, 206, 208 des Mischsystems 200 ist dazu ausgebildet, das in den Abgasstrom eingespritzte Reduktionsmittel zu zerteilen bzw. zu trennen und zu verdampfen bzw. zu verdunsten, sodass, bevor in das SCR-Modul 128 eingeströmt wird, das Reduktionsmittel in einem gasförmigen Zustand ist und homogen mit dem Abgasstrom gemischt ist.
Das erste Mischelement 204 der Mischerbaugruppe 202 unterscheidet sich von dem zweiten Mischelement 206. Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist das erste Mischelement ein Primärmischelement und ist als Stromkonvergenz- und Aufprallmischer ausgebildet. Das erste Mischelement 204 weist ein erstes Paar Seitenwände 210 und eine Bodenwand 212 auf. Das erste Paar Seitenwände 210 erstreckt sich vertikal nach oben von der Bodenwand 212. Sowohl das erste Paar Seitenwände 210 als auch die Bodenwand 212 des ersten Mischelements 204 weisen mehrere daran vorgesehene Laschen bzw. Lamellen bzw. Öffnungen 214 auf. Die Lamellen 214 öffnen sich in Richtung auf eine Innenseite des ersten Mischelements 204. Das erste Mischelement 204 weist auch ein zweites Paar Seitenwände 205 auf. Das zweite Paar Seitenwände 205 erstreckt sich vertikal von einer Oberkante 207 des ersten Paares Seitenwände 210.
3 stellt eine perspektivische Vorderansicht des ersten Mischelements 204 dar. Das erste Mischelement 204 weist auch eine Regalanordnung bzw. eine Gestellanordnung 211 mit mehreren Gestellböden bzw. -einlagen 213 auf. Die Gestellböden 213 sind horizontal innerhalb des ersten Mischelements 204 angeordnet. Ebenso ist jeder der Gestellböden 213 parallel zueinander und ist auch parallel zu der Bodenwand 212. Einige der Gestellböden 213 sind so montiert, dass sie sich zwischen dem ersten Paar Seitenwände 210 erstrecken und mit diesen verbunden sind. Hingegen erstrecken sich die übrigen der Gestellböden 213 zwischen dem zweiten Paar Seitenwände 205 und sind mit diesen verbunden. Ferner weist jeder der Gestellböden 213 mehrere daran vorgesehene Lamellen 215 auf. Basierend auf den Systemanforderungen können die Lamellen bzw. Laschen 215 sich entweder nach oben oder nach unten mit Bezug zu einer Fläche der Gestellböden 213 erstrecken.
Das erste Mischelement 204 weist auch mehrere Befestigungslaschen bzw. Befestigungslamellen 217 auf. Die Befestigungslamellen 217 können an unterschiedlichen Positionen an dem ersten Mischelement 204 zum Montieren des ersten Mischelements 204 innerhalb des Mischrohrs 114 vorgesehen sein. Es sollte beachtet werden, dass eine Anzahl der Gestellböden 213, eine Anzahl und Orientierung der Lamellen 215, und die Anzahl der Befestigungslamellen 217 basierend auf den Systemanforderungen variieren kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist das erste Mischelement 204 in dem optimalen Abstand „X1” von der Einspritzposition 203 vorgesehen, sodass das Reduktionsmittel die Lamellen 214, 215 des ersten Mischelements 204 beim Einspritzen in den Abgasstrom berühren kann. Der hierin offenbarte Abstand „X1” ist als der Abstand zwischen der Einspritzposition 203 und einer stromabwärts vorgesehenen Kante 219 der Gestellanordnung 211 definiert. Gemäß einem Beispiel kann der Abstand „X1” ungefähr zwischen 10 Zoll (25,4 cm) bis 13 Zoll (33,02 cm) oder 13 Zoll (33,02 cm) bis 15 Zoll (38,1 cm) liegen. Zum Beispiel kann der Abstand ”X1” ungefähr gleich 14 Zoll (35,56 cm) sein.
Unter Bezugnahme auf 2 und 4 weist die Mischerbaugruppe 202 das zweite Mischelement 206 auf. Das zweite Mischelement 206 ist als ein Ablenkplattenmischer ausgebildet. Das zweite Mischelement 206 ist zum Mischen des Reduktionsmittels und des Abgasstroms auf eine oben-nach-unten-Weise bzw. aufsteigend-zu-absteigend-Weise ausgebildet. Unter Bezugnahme auf 4 weist das zweite Mischelement 206 eine ringförmige Wand 216 mit einer Innenfläche 218 und einer Außenfläche 220 auf. Die Außenfläche 220 der Wand 216 ist mit mehreren Vorsprüngen 222 versehen. Die Vorsprünge 222 helfen beim Montieren des zweiten Mischelements 206 innerhalb des Mischrohrs 114 (wie in 2 gezeigt). In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich vier Vorsprünge 222 von der Außenfläche 220 der Wand 216. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Vorsprünge 222 basierend auf den Systemanforderungen variieren kann.
Das zweite Mischelement 206 weist mehrere erste Tragbauteile 224 auf. Die ersten Tragbauteile 224 erstrecken sich entlang einer ersten Richtung B-B'. In diesem Beispiel sind die ersten Tragbauteile 224 zwischen Innenflächen 218 der Wand 216 des zweiten Mischelements 206 befestigt bzw. angebracht. Ferner ist jedes der mehreren ersten Tragbauteile 224 parallel zueinander. Das zweite Mischelement 206 weist auch zweite Tragbauteile 226 auf. Die hierin offenbarten zweiten Tragbauteile 206 weisen ein Paar zweite Tragbauteile 226 auf, allerdings kann die Anzahl der zweiten Tragbauteile 226 je nach Betriebsanforderungen variieren. Die zweiten Tragbauteile 226 erstrecken sich entlang einer zweiten Richtung C-C', sodass die zweite Richtung C-C' senkrecht zu der ersten Richtung B-B' ist. Die zweiten Tragbauteil 226 sind auch zwischen den Innenflächen 218 der Wand 216 des zweiten Mischelements 206 angebracht bzw. befestigt, und sind parallel zueinander.
Das zweite Mischelement 206 weist ferner einen ersten Satz Finnenelemente bzw. Lamellenelemente bzw. Ablenkplattenelemente 228 und einen zweiten Satz Finnenelemente bzw. Lamellenelemente bzw. Ablenkplattenelemente 230 auf. Die Ablenkplattenelemente 228, 230 weisen eine Trapezform auf. Alternativ können die Ablenkplattenelemente 228, 230 jegliche andere bekannte Form aufweisen, die dem Zweck des Mischens dient. Die Ablenkplattenelemente 228, 230 sind an den ersten Tragbauteile 224 des zweiten Mischelements 206 befestigt und erstrecken sich von diesen. Ferner ist jedes der Ablenkplattenelemente 228, 230 an den ersten Tragbauteile 224 auf eine angewinkelt Weise befestigt. Eine Neigung der Ablenkplattenelemente 228, 230 bezüglich einer Vertikalachse Y-Y' des zweiten Mischelements 206 ist als ein Ablenkplattenwinkel bzw. Lamellenwinkel bzw. Finnenwinkel „α” definiert. Ferner bilden in der dargestellten Ausführungsform die Ablenkplattenelemente 228, 230 einen spitzen Winkel bezüglich der Achse Y-Y'. Im Einzelnen weist der erste Satz Ablenkplattenelemente 228 den Ablenkplattenwinkel „α” auf, sodass sich die Ablenkplattenelemente 228 von dem ersten Tragbauteile 224 nach oben erstrecken. Hingegen weisen der zweite Satz Ablenkplattenelemente 230 den Ablenkplattenwinkel „α” auf, sodass sich die Ablenkplattenelemente 230 von den ersten Tragbauteilen 224 nach unten erstrecken. In einem Beispiel kann der Ablenkplattenwinkel „α” ungefähr zwischen ±1° bis 60° liegen. Allerdings ist der Wert des Ablenkplattenwinkels „α” nicht darauf beschränkt und kann basierend auf den Systemanforderungen variieren. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Ablenkplattenelemente 228, 230, die an dem zweiten Mischelement 206 befestigt sind, auch basierend auf einer gewünschten Ablenkplattendichte bzw. Lamellendichte bzw. Finnendichte variieren kann. Der hierin verwendete Ausdruck „Ablenkplattendichte” wird basierend auf der Anzahl der Ablenkplattenelemente, die pro Einheitsfläche eines bestimmten Mischelements vorgesehen sind, berechnet.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das zweite Mischelement 206 stromabwärts von dem ersten Mischelement 204 an einer Position so vorgesehen, dass das Reduktionsmittel die Ablenkplattenelemente 228, 230 des zweiten Mischelements 206 berühren kann. Folglich ist das zweite Mischelement 206 in dem optimalen Abstand „X2” von einer stromabwärts vorgesehenen Kante 232 des ersten Mischelements 204 vorgesehen. Der Abstand „X2” ist als der Abstand zwischen der stromabwärts vorgesehenen Kante (Grenze) 232 des ersten Mischelements 204 und einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 234 des zweiten Mischelements 206 definiert. In einer Ausführungsform kann der Abstand „X2” ungefähr zwischen 0,5 Zoll (1,27 cm) bis 2,5 Zoll (6,35 cm) oder 2,5 Zoll (6,35 cm) bis 5 Zoll (12,7 cm) liegen. Zum Beispiel kann der Abstand „X2” ungefähr gleich 2 Zoll (5,08 cm) sein.
Unter Bezugnahme auf 2 und 5 weist die Mischerbaugruppe 202 das dritte Mischelement 208 auf. Das dritte Mischelement 208 ist stromabwärts von dem zweiten Mischelement 206 entlang der Abgasströmungsrichtung „F” (siehe 2) montiert. Das dritte Mischelement 208 ist zum Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom auf eine horizontal- oder Seite-zu-Seite-Weise ausgebildet. Das dritte Mischelement 208 kann als ein Ablenkplattenmischer ausgebildet sein, und weist Konstruktionsmerkmale auf, die ähnlich zu dem Mischelement 206 sind, das zuvor in diesem Abschnitt beschrieben wurde. Wie in 2 gezeigt ist, ist das dritte Mischelement 208 in einer anderen Orientierung im Vergleich zu der des zweiten Mischelements 206 innerhalb des Mischrohrs 114 montiert. Das dritte Mischelement 208 ist um einen Winkel von 90° bezüglich der Längsachse A-A' des Mischrohrs 114 verstellt bzw. in der Stellung gedreht. Der hierin verwendete Ausdruck „Stellung” bzw. „Dreh(-ver-)stellung” ist als eine Winkelorientierung des Mischelements bezüglich einer Befestigung des Mischelements bezüglich des Mischrohrs 114 definiert.
Unter Bezugnahme auf 5 bewirkt die Verstellung des dritten Mischelements 208 um 90° bezüglich der Längsachse A-A', dass sich erste Tragbauteile 236 des dritten Mischelements 208 vertikal entlang der zweiten Richtung C-C' erstrecken, im Gegensatz zu den ersten Tragbauteile 224 des zweiten Mischelements 206, die sich horizontal entlang der ersten Richtung B-B' (siehe 4) erstrecken. Auch weist das dritte Mischelement 208 einen ersten und einen zweiten Satz Ablenkplattenelemente 238, 240 auf, die sich von den ersten Tragbauteile 236 erstrecken und an diesen befestigt sind. Der erste Satz Ablenkplattenelemente 238 und der zweite Satz Ablenkplattenelemente 240 sind bezüglich einer Achse Z-Z' angewinkelt. Ferner erstrecken sich die zweiten Tragbauteile 242 des dritten Mischelements 208 entlang der ersten Richtung B-B'. Das dritte Mischelement 208 weist auch Vorsprünge 245 zum Montieren des dritten Mischelements 208 innerhalb des Mischrohrs 114 auf.
Ferner kann in einer beispielhaften Ausführungsform die Ablenkplattendichte des dritten Mischelements 208 größer sein im Vergleich zu der Ablenkplattendichte des zweiten Mischelements 206, sodass das dritte Mischelement 208 eine größere Anzahl von Ablenkplattenelementen 238, 240 verglichen mit der Anzahl der Ablenkplattenelemente 228, 230 des zweiten Mischelements 206 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 228, 230, 238, 240 von sowohl dem zweiten als auch dem dritten Mischelement 206, 208 ebenfalls variieren. In einem Beispiel kann der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 238, 240 des dritten Mischelements 208 kleiner als der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 228, 230 des zweiten Mischelements 206 sein (siehe 4 und 5).
Für ein besseres Mischen und Schichten des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom ist das dritte Mischelement 208 an einer optimalen Position innerhalb des Mischrohrs 114 vorgesehen, sodass das Reduktionsmittel die Ablenkplattenelemente 238, 240 des dritten Mischelements 208 anstatt einer Wand 244 des dritten Mischelements 208 berühren kann. Folglich ist das dritte Mischelement 208 in dem Mischrohr 114 in dem Abstand „X3” (siehe 2) von dem zweiten Mischelement 206 vorgesehen. Insbesondere ist der Abstand „X3” als der Abstand zwischen der stromaufwärts vorgesehenen Kante 234 des zweiten Mischelements 206 und einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 246 des dritten Mischelements 208 definiert. In einer Ausführungsform kann der Abstand „X3” ungefähr zwischen 5 Zoll (12,7 cm) bis 7 Zoll (17,78 cm) oder 7 Zoll (17,78 cm) bis 10 Zoll (25,4 cm) liegen. Zum Beispiel kann der Abstand „X3” ungefähr gleich 8 Zoll (20,32 cm) sein. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Mischbaugruppe 202 auch einen Vormischer (nicht gezeigt) aufweisen. Der Vormischer kann stromaufwärts von dem ersten Mischelement 204 positioniert sein, und kann zum Weitergeben einer leichten Turbulenz zu dem in das Mischrohr 114 strömenden Abgasstrom ausgebildet sein.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 6 und 7 gezeigt ist, ist eine Befestigungsfläche 602 einem ersten Mischelement 604, einem zweiten Mischelement 606 und einem dritten Mischelement 608 zugeordnet. Die Befestigungsfläche 602 ist dazu ausgebildet, das erste Mischelement 604, das zweite Mischelement 606 und das dritte Mischelement 608 miteinander zu verbinden bzw. zu koppeln. Die Aufbaumerkmale des ersten Mischelements 604, des zweiten Mischelements 606 und des dritten Mischelements 608 sind ähnlich zu den Aufbaumerkmalen des ersten, zweiten und dritten Mischelements 204, 206, 208, die zuvor unter Bezugnahme auf 2 bis 5 beschrieben wurden. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, können die Befestigungsflächen 602 von der Anzahl her drei sein und durch Erstrecken bzw. Verlängern eines ersten Paares Seitenwände 610 und einer Bodenwand 612 des ersten Mischelements 604 ausgebildet werden. Die Befestigungsflächen 602 sind so vorgesehen, dass ein Raum 614 ausgebildet und von jeder der Befestigungsflächen 602 umgeben ist, der zum Aufnehmen des zweiten und dritten Mischelements 606, 608 darin ausgebildet ist. Ferner kann eine Länge „L” der Befestigungsflächen 602 basierend auf der Montageposition des zweiten und dritten Mischelements 606, 608 variieren.
Alternativ kann die Befestigungsfläche 602 als ein Stabbauteil geformt sein. Eines oder mehrere solcher Stabbauteile können den Mischelementen 604, 606, 608 zum Verbinden der Mischelemente 604, 606, 608 miteinander zugeordnet sein. Ferner können in einer anderen Ausführungsform die Befestigungsflächen 602 so ausgebildet sein, dass sie nur das erste Paar Seitenwände 610 des ersten Mischelements 604 verlängern, und nicht die Bodenwand 612 des ersten Mischelements 604.
8 stellt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar, in der jedes Mischelement sich voneinander unterscheidet. In dieser Ausführungsform weist eine Mischerbaugruppe 502 eines Mischsystems 500 erste und zweite Mischelement 504, 506 mit Konstruktionsmerkmalen, die ähnlich zu denen des ersten und zweiten Mischelements 204, 206, die unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 dargestellt und beschrieben sind, auf. Ebenso ist das erste Mischelement 504 in einem Abstand „Y1” von einer Einspritzposition 503 vorgesehen. Der Abstand „Y1” kann ungefähr zwischen 10 Zoll (25,4 cm) bis 12 Zoll (30,48 cm) oder 12 Zoll (30,48 cm) bis 15 Zoll (38,1 cm) liegen. In einem Beispiel kann der Abstand „Y1” ungefähr gleich 11,5 Zoll (29,21 cm) sein. Ferner ist das zweite Mischelement 506 in einem Abstand „Y2” montiert. Der Abstand „Y2” ist definiert als der Abstand zwischen einer stromabwärts vorgesehenen Kante 532 des ersten Mischelements 504 und einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 534 des zweiten Mischelements 506. Der Abstand „Y2” kann ungefähr zwischen 1 Zoll (2,54 cm) bis 2,5 Zoll (6,35 cm) oder 2,5 Zoll (6,35 cm) bis 5 Zoll (12,7 cm) liegen. In einem Beispiel kann der Abstand „Y2” ungefähr gleich 4 Zoll (10,16 cm) sein.
Zusätzlich zu dem ersten und zweiten Mischelement 504, 506 kann die Mischerbaugruppe 502 einen Vormischer 547 aufweisen. Der Vormischer 547 ist als ein Verstärker bzw. Booster ausgebildet. Der Vormischer 547 ist zum Weitergeben einer leichten Turbulenz zu dem Abgasstrom, der in das Mischrohr 114 strömt, ausgebildet, bevor das Reduktionsmittel darin eingespritzt wird. Der Vormischer 547 ist in einem Abstand „Y4” von dem ersten Mischelement 504 vorgesehen. Insbesondere kann der Abstand „Y4” als der Abstand zwischen einer stromabwärts vorgesehenen Kante 548 des Vormischers 547 und einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 550 des ersten Mischelements 504 definiert sein. Der Abstand „Y4” kann ungefähr zwischen 1 Zoll (2,54 cm) bis 2 Zoll (5,08 cm) oder 2 Zoll (5,08 cm) bis 4 Zoll (10,16 cm) liegen. In einem Beispiel kann der Abstand „Y4” ungefähr gleich 3 Zoll (7,62 cm) sein.
Unter Bezugnahme auf 8 und 9 weist die Mischerbaugruppe 502 ein drittes Mischelement 508 auf. In dieser Ausführungsform ist das dritte Mischelement 508 als ein Wirbelmischer bzw. Drallmischer ausgebildet. Wie in 9 gezeigt ist, weist das dritte Mischelement 508 ein erstes Stabbauteil 552 und ein zweites Stabbauteil 554 auf. Das erste und zweite Stabbauteil 552, 554 sind miteinander in einer Scherentypanordnung verbunden. Jedes Ende des ersten und zweiten Stabbauteils 552, 554 weist daran befestigte Flügel bzw. Schaufeln 556 auf. In der dargestellten Ausführungsform weist das dritte Mischelement 508 vier solcher Schaufeln 556 auf, allerdings kann basierend auf den Systemanforderungen das dritte Mischelement 508 mehr als vier Schaufeln 556 aufweisen. Ebenso kann ein Befestigungswinkel der Schaufeln 556 an den Stabbauteilen 552, 554 zum Erreichen eines optimalen Mischens des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom variieren. Es sollte beachtet werden, dass für ein besseres Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom das dritte Mischelement 508 eine andere Stellung aufweisen kann als wie in den angehängten Figuren gezeigt ist.
Wie in 8 gezeigt ist, ist das dritte Mischelement 508 innerhalb des Mischrohrs 114 zum Erreichen eines Verdunstens bzw. Verdampfens des Reduktionsmittels und auch zum Vorsehen einer annähernd gleichmäßigen Mischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom montiert. Das dritte Mischelement 508 ist in einem Abstand „Y3” von dem zweiten Mischelement 506 vorgesehen. Insbesondere ist der Abstand „Y3” als der Abstand zwischen einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 534 des zweiten Mischelements 506 und einer stromaufwärts vorgesehenen Kante 546 des dritten Mischelements 508 definiert. Der Abstand „Y3” kann ungefähr zwischen 10 Zoll (25,4 cm) bis 15 Zoll (38,1 cm) oder 15 Zoll (38,1 cm) bis 25 Zoll (50,8 cm) liegen. In einer Ausführungsform kann der Abstand „Y3” ungefähr gleich 15 Zoll (38,1 cm) sein.
10 stellt eine weitere andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Eine Mischerbaugruppe 702 eines Mischsystems 700 weist vier Mischelemente auf, nämlich ein erstes Mischelement 704, ein zweites Mischelement 706, ein drittes Mischelement 708 und ein viertes Mischelement 710. Die Mischelemente 704, 706, 708, 710 sind stromabwärts von einer Einspritzposition 703 vorgesehen. Ferner sind die Mischelement 704, 706, 708, 710 in einer Reihenanordnung vorgesehen, stromabwärts mit Bezug zu einander. Jedes der Mischelemente 704, 706, 708, 710 ist von demselben Typ und ist als ein Ablenkplattenmischer ausgebildet. Die Konstruktionsmerkmale der Mischelemente 704, 706, 708, 710 sind ähnlich zu den Konstruktionsmerkmalen des Ablenkplattenmischers, der zuvor in diesem Abschnitt beschrieben wurde. Folglich weist jedes der Mischelemente 704, 706, 708, 710 entsprechend einen ersten Satz Ablenkplattenelemente 728, 730, 732, 734 und einen zweiten Satz Ablenkplattenelemente 736, 738, 740 bzw. 742 auf.
Allerdings sollte beachtet werden, dass jedes der Mischelemente 704, 706, 708, 710 so aufgebaut ist, dass zumindest ein Parameter des Mischelements 704, 706, 708, 710 sich verändert oder angepasst ist entlang der Abgasströmungsrichtung „F”. Der Parameter kann die Ablenkplattendichte, den Ablenkplattenwinkel „α”, die Stellung der Mischelemente 704, 706, 708, 710 mit Bezug zueinander oder jegliche Kombination der Parameter aufweisen. Das erste Mischelement 704 der Mischerbaugruppe 702 ist innerhalb des Mischrohrs 114 in einem Abstand „Z1” von der Einspritzposition 703 montiert, sodass das erste Mischelement 704 ein Reduktionsmittel bei niedrigen Abgasströmungsmengen bzw. -geschwindigkeiten einfängt und das Reduktionsmittel daran hindern kann, eine kreisrunde Wand des ersten Mischelements 704 zu berühren.
Wie in den angehängten Figuren gezeigt ist, ist das erste Mischelement 704 in Bereiche unterteilt, nämlich einen oberen Bereich 744 und einen unteren Bereich bzw. Bodenbereich 746. Der obere Bereich 744 des ersten Mischelements 704 ist als ein offener Raum 748 ausgebildet. Ferner weist der Bodenbereich 746 des ersten Mischelements 704 die daran befestigten Ablenkplattenelemente 728, 736 auf. Das erste Mischelement 704 ist zum Zerteilen (Trennen) von großen Partikeln des Reduktionsmittels bei niedrigen Abgasströmungsmengen während des Strömen durch die Ablenkplattenelemente 728, 736 ausgebildet. Dahingegen kann dem Reduktionsmittel erlaubt werden, durch den offenen Raum 748 des ersten Mischelements 704 während hoher Abgasströmungsmengen bzw. -geschwindigkeiten zu strömen.
Die Ablenkplattenelemente 728, 736 des ersten Mischelements 704 weisen einen flachen Ablenkplattenwinkel „α” verglichen mit dem Ablenkplattenwinkel „α” der übrigen Mischelemente 706, 708, 710, die stromabwärts von dem ersten Mischelement 704 vorgesehen sind, auf. Der Ablenkplattenwinkel „α” wird so gewählt, dass die Ablenkplattenelemente 728, 736 ein Zerteilen von großen Partikeln des Reduktionsmittels fördern und ein Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom fördern. Ferner weist das erste Mischelement 704 eine vergleichsweise geringe Ablenkplattendichte verglichen mit Ablenkplattendichten der übrigen Mischelemente 706, 708, 710 auf.
Das zweite Mischelement 706 der Mischerbaugruppe 702 ist innerhalb des Mischrohrs 114 in einem Abstand „Z2” von dem ersten Mischelement 704 montiert. Der Abstand „Z2” ist so gewählt, dass die Reduktionsmittelpartikel bei hohen Abgasströmungsmengen auf die Ablenkplattenelemente 730, 738 auftreffen, anstatt auf die kreisrunde Wand des zweiten Mischelements 706. Ferner ist das zweite Mischelement 706 dazu ausgebildet, das Zerteilen der Reduktionsmittelpartikel bei niedrigen Abgasströmungsmengen fortzusetzen und auch das Zerteilen der großen Partikel des Reduktionsmittels bei großen Abgasströmungsmengen zu beginnen. Zu diesem Zweck ist das zweite Mischelement 706 so aufgebaut, dass die Ablenkplattenelemente 730, 738 einen flachen Ablenkplattenwinkel „α” an einem oberen Bereich des zweiten Mischelements 706 aufweisen. Ebenso kann die Ablenkplattendichte des zweiten Mischelements 706 kleiner an dem oberen Bereich sein. In einer Ausführungsform kann die Ablenkplattendichte des zweiten Mischelements 706 größer als die Ablenkplattendichte des ersten Mischelements 704 sein. Die Anordnung der Ablenkplattenelemente 730, 738 an dem oberen Bereich des zweiten Mischelements 706 kann das Zerteilen der großen Partikel des Reduktionsmittels bei hohen Abgasströmungsmengen fördern.
Der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 730, 738 kann zunehmend bzw. progressiv steiler in Richtung auf einen Bodenbereich des zweiten Mischelements 706 werden. Ebenso kann sich die Ablenkplattendichte des zweiten Mischelements 706 zunehmend bzw. progressiv in Richtung auf den Bodenbereich des zweiten Mischelements 706 erhöhen. Diese Anordnung kann das kontinuierliche Zerteilen der kleinen Partikel des Reduktionsmittels, die schon durch das erste Mischelement 704 bei niedrigen Abgasströmungsmengen strömen können, erlauben.
Das dritte Mischelement 708 ist innerhalb des Mischrohrs 114 in einem Abstand „Z3” von dem zweiten Mischelement 706 vorgesehen. Der Abstand „Z3” wird so optimiert und ausgewählt, dass eine minimale Ablagerungsbildung an dem zweiten Mischelement 708 auftreten kann und eine nahezu gleichmäßige Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom erreicht werden kann. Das dritte Mischelement 708 ist zum Zerteilen der kleinen Partikel des Reduktionsmittels, die noch immer in dem Abgasstrom bestehen können, und Beginnen einer Gasphasenmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom ausgebildet.
Das dritte Mischelement 708 weist die Ablenkplattenelemente 732, 740 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 732, 740 steiler an einem oberen Bereich des dritten Mischelements 708 verglichen mit dem Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 730, 738 des zweiten Mischelements 706. Ferner kann der Ablenkplattenwinkel „α” zunehmend steiler in Richtung auf einen Bodenbereich des dritten Mischelements 708 werden. Ebenso kann die Ablenkplattendichte des dritten Mischelements 708 optimal ausgewählt werden zum Verringern oder Minimieren des Gegendrucks und Fördern eines gleichmäßigen Mischens des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom. Die Ablenkplattendichte kann konstant von dem oberen Bereich zu dem Bodenbereich des dritten Mischelements 708 sein, allerdings kann die Ablenkplattendichte des dritten Mischelements 708 größer sein im Vergleich zu der Ablenkplattendichte des zweiten Mischelements 706.
Wie in den angehängten Figuren gezeigt ist, ist das dritte Mischelement 708 innerhalb des Mischrohrs 114 in einer anderen Winkelorientierung innerhalb des Mischrohrs 114 verglichen mit dem zweiten Mischelement 706 montiert. Insbesondere ist das dritte Mischelement 708 in einem bestimmten Winkel um die Längsachse A-A' gedreht bzw. verstellt. In einigen Beispielen kann der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 732, 740 so optimiert sein, dass das dritte Mischelement 708 ungefähr bis zu 90° bezüglich des zweiten Mischelements 706 um die Längsachse A-A' verstellt ist. Das Verstellen des dritten Mischelements 708 kann das Gasphasenmischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom fördern.
Die Mischerbaugruppe 702 weist das vierte Mischelement 710 auf. Das vierte Mischelement 710 kann dazu ausgebildet sein, das Zerteilen der kleinen Partikel des Reduktionsmittels, die in dem Abgasstrom vorliegen, fortzusetzen und kann auch das Gasphasenmischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom fördern. Ferner ist das vierte Mischelement 710 innerhalb des Mischrohrs 114 in einem Abstand „Z4” von einem Auslass 750 des Mischrohrs 114 montiert. Der Abstand „Z4” kann so optimal ausgewählt werden, dass eine maximale Verdunstung bzw. Verdampfung des Reduktionsmittels erreicht wird und auch zum Fördern einer nahezu gleichmäßigen Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom.
Ferner kann der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 734, 742 des vierten Mischelements 710 steiler im Vergleich zu dem Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 732, 740 des dritten Mischelements 708 sein. Die Ablenkplattendichte des vierten Mischelements 710 kann zum Minimieren eines Gegendrucks und auch zum Fördern einer nahezu gleichmäßigen Vermischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom optimiert sein. Es sollte beachtet werden, dass die Ablenkplattendichte des vierten Mischelements 710 im Vergleich mit den Ablenkplattendichten des ersten, zweiten und dritten Mischelements 704, 706, 708 die größte sein kann. Ferner kann die Ablenkplattendichte des vierten Mischelements 710 gleichmäßig von einem oberen Bereich zu einem Bodenbereich des vierten Mischelements 710 sein. Es sollte ferner beachtet werden, dass der Ablenkplattenwinkel „α” der Ablenkplattenelemente 734, 742 so optimiert sein kann, dass das vierte Mischelement 710 ungefähr bis zu 90° bezüglich des dritten Mischelements 708 um die Längsachse A-A' verstellt sein kann. Das Verstellen des vierten Mischelements 710 kann ferner das Gasphasenmischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom fördern.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Eine optimale Verteilung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom und die Verdampfung bzw. Verdunstung des Reduktionsmittels in dem Mischrohr kann ein kritischer Faktor bezüglich der Leistung des SCR-Moduls sein. Mischsysteme werden im Allgemeinen für das Erhalten von gleichmäßigen Strömungsverteilungen und vollständigem Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom verwendet. Allerdings kann ein geeigneter Aufbau des Mischsystems zu einer erhöhten Bildung von Festkörperablagerungen des Reduktionsmittels daran führen. Die Ablagerungsbildung können zu einem erhöhten Gegendruck auf die Kraftmaschine führen und eine Wirksamkeit des Mischsystems zum Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom verringern, was zu einer Verringerung in der NOx-Umwandlungsfähigkeit und einer Erhöhung des Ammoniakschlupfes führt.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Niedrigkostenmischsystem 200, 500, 700, das eine verbesserte Schichtung des in den Abgasstrom eingespritzten Reduktionsmittels vorsieht und auch eine optimale Mischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom in einer mehrstufigen Reduktionsmittelszerteilungsanordnung vorsieht. Das Mischsystem 200, 500, 700 kann in der Lage sein, verbesserte Niveaus der NOx-Umwandlung durch nahezu gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom mit minimaler oder keiner Bildung von Festkörperablagerungen zu erreichen. Die Positionierung jedes der Mischelemente 204, 206, 208, 504, 506, 508, 547, 604, 606, 608, 704, 706, 708, 710 innerhalb der Mischsysteme 200, 500 bzw. 700 kann zum Erreichen der höheren Niveaus der NOx-Umwandlung durch nahezu gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels optimiert werden. Das Positionieren der Mischelemente 204, 206, 208, 504, 506, 508, 547, 604, 606, 608, 704, 706, 708, 710 mit Bezug zu einander und/oder den Einspritzpositionen 203, 503 bzw. 703 kann auch als eine Funktion einer Abgasströmungsgeschwindigkeit und eines Reduktionsmittelpartikeldurchmessers zum Steuern der Verweilzeit und Verdampfungsrate bzw. Verdunstungsrate des Reduktionsmittels eingestellt werden.
Ebenso ist es möglich, den Ablenkplattenwinkel „α”, die Ablenkplattendichte und die Positionierung jedes der Mischelemente 204, 206, 208, 504, 506, 508, 547, 604, 606, 608, 704, 706, 708, 710 basierend auf einer Funktion einer Länge des Mischrohrs 114 zum Erreichen einer optimalen Mischung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom einzustellen. Ferner kann der Vorgang des Aufbauens bzw. Gestaltens der Mischsysteme 200, 500, 700 einfacher sein im Vergleich zu derzeitigen Konstruktionen, weil eine optimierte Vermischung und Verteilung des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom durch Teilen der Funktion der gleichmäßigen Verteilung in mehreren Mischstufen, die in jeder der Mischbaugruppen 202, 502, 702 ausgebildet sind, erreicht werden können.
Ferner kann die Verwendung der mehreren Mischelemente 204, 206, 208, 504, 506, 508, 547, 604, 606, 608, 704, 706, 708, 710 das Kraftmaschinensystem 100 dazu bringen, sich im Vergleich zu den derzeitigen Konstruktionen schneller zu erwärmen. Dies kann von einer Reduktionsmittelablagerungsperspektive her vorteilhaft sein, insbesondere wenn das Kraftmaschinensystem 100 von einer kalten Bedingung zu einer Hochtemperaturbedingung übergeht. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Mischsysteme 200, 500, 700 der vorliegenden Offenbarung abgesehen von Kraftmaschinenanwendungen in einer Vielzahl von Plattformen verwendet werden können, zum Ermöglichen einer geringeren Entwicklungszeit und einer konsistenten Herangehensweise an Mischrohrkonstruktionen bzw. -gestaltungen. Die Konstruktion kann auch das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgasstrom innerhalb kürzerer Mischrohrlängen im Vergleich zu derzeitigen Konstruktionen erlauben.
Während Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung insbesondere gezeigt und unter Bezugnahme auf die obigen Ausführungsformen beschrieben wurden, wird von Fachmännern verstanden werden, dass unterschiedliche zusätzliche Ausführungsformen durch die Modifikation der offenbarten Maschinen, Systeme und Verfahren ohne Abweichung von dem Wesen und Umfang dessen, was offenbart ist, erdacht werden können. Solche Ausführungsformen sollten als in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallend verstanden werden, wie basierend auf den Ansprüchen und jeglichen Äquivalenten von diesen bestimmt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8272777 [0005]

Claims

Mischsystem (200) für ein Nachbehandlungssystem (104), wobei das Mischsystem (200) aufweist: ein Mischrohr (114) in Fluidverbindung mit einer Abgasleitung (108), ein Reduktionsmittelinjektor (118), der an einer Einspritzposition (203) an dem Mischrohr (114) positioniert ist, und eine Mischerbaugruppe (202), die stromabwärts von der Einspritzposition (203) positioniert ist, wobei die Mischerbaugruppe (202) mehrere Mischelemente (204, 206, 208) aufweist, die in einer Reihenanordnung so vorgesehen sind, dass jedes der mehreren Mischelemente (204, 206, 208) stromabwärts von einem anderen vorgesehen ist.
Mischsystem (500) nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Vormischerelement (547), das stromaufwärts von der Einspritzposition (503) positioniert ist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Mischelemente (204, 206, 208) ein erstes Mischelement (204) und ein zweites Mischelement (206) aufweisen, wobei das erste Mischelement (204) von einem anderen Mischelementtyp als das zweite Mischelement (206) ist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 3, wobei das erste Mischelement (204) ein Stromkonvergenz- und Aufprallmischer mit zwei Seitenwänden (210) ist, wobei jede der zwei Seitenwände (210) mehrere daran vorgesehene Lamellen (214) aufweist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das zweite Mischelement (206) ein Ablenkplattenmischer ist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 5, wobei die mehreren Mischelemente (204, 206, 208) ferner ein drittes Mischelement (208) aufweisen, wobei das dritte Mischelement (208) ein Ablenkplattenmischer ist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 6, wobei zumindest ein Parameter des dritten Mischelements (208) sich von dem des zweiten Mischelements (206) unterscheidet, wobei der zumindest eine Parameter eine Ablenkplattendichte, einen Ablenkplattenwinkel (α), einen Befestigungswinkel, eine Stellung des Ablenkplattenmischers oder eine Kombination davon umfasst.
Mischsystem (200) nach Anspruch 7, wobei die Ablenkplattendichte und/oder der Ablenkplattenwinkel (α) sich von einem Mischelement zum anderen entlang einer Abgasströmungsrichtung (F) erhöht.
Mischsystem (200) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner aufweisend zumindest eine Befestigungsfläche (602), wobei die Befestigungsfläche (602) dazu ausgebildet ist, das erste Mischelement (604), das zweite Mischelement (606) und das dritte Mischelement (608) miteinander zu verbinden.
Mischsystem (200) nach Anspruch 9, wobei zumindest eine Befestigungsfläche (602) als ein Stabbauteil ausgebildet ist.
Mischsystem (200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zumindest eine Befestigungsfläche (602) durch Verlängern zumindest einer der zwei Seitenwände (610) des ersten Mischelements (604) ausgebildet ist.
Mischsystem (500) nach Anspruch 5, wobei die mehreren Mischelemente (504, 506, 508) ferner ein drittes Mischelement (508) aufweisen, wobei das dritte Mischelement (508) ein Wirbelmischer ist.
Mischsystem (700) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der mehreren Mischelemente (704, 706, 708, 710) vom selben Typ ist.
Mischsystem (700) nach Anspruch 13, wobei die mehreren Mischelemente (704, 706, 708, 710) mehrere Ablenkplattenmischer aufweisen.
Mischsystem (700) nach Anspruch 14, wobei die mehreren Ablenkplattenmischer von der Anzahl her vier sind.
Mischsystem (700) nach Anspruch 14 oder 15, wobei sich zumindest ein Parameter von jedem der mehreren Ablenkplattenmischer entlang einer Abgasströmungsrichtung (F) verändert.
Mischsystem (700) nach Anspruch 16, wobei der zumindest eine Parameter eine Ablenkplattendichte, einen Ablenkplattenwinkel (α), einen Befestigungswinkel, eine Stellung des Ablenkplattenmischers oder eine Kombination davon umfasst.
Mischsystem (700) nach Anspruch 17, wobei sich die Ablenkplattendichte und/oder der Ablenkplattenwinkel (α) von einem Ablenkplattenmischer zum anderen entlang einer Abgasströmungsrichtung (F) erhöht.
Mischsystem (700) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes der mehreren Mischelemente (704, 706, 708, 710) voneinander so beabstandet ist, dass sich ein Abstand zwischen jedem der Mischelemente (704, 706, 708, 710) entlang einer Abgasströmungsrichtung (F) erhöht.
Mischsystem (200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mischerbaugruppe (202) stromaufwärts von einem SCR-Modul (128) positioniert ist.