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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Brenner für ein Abgasnachbehandlungssystem sowie ein System zur Nachbehandlung von Abgasen. Genauer ausgedrückt wird ein Abgas-Nachbehandlungsbrenner mit verdampfendem Zündsystem behandelt.
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STAND DER TECHNIK
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Dieser Teil stellt Informationen zum Stand der Technik in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, wobei es sich nicht notwendigerweise um bestehende Schutzrechte handelt. Beispielhaft ist ein Brenner für ein Abgasnachbehandlungssystem aus der
US 2012/0107755 A1 bekannt. Ein Brenner für ein Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zur Reinigung eines derartigen Brenners sind aus der
DE 11 2008 000 575 T5 bekannt.
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Bei dem Versuch, die Quantität von NOX und Schwebstoffen zu reduzieren, die bei dem Betrieb von Verbrennungsmotoren in die Atmosphäre emittiert wird, sind eine Anzahl von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entwickelt worden. Ein Bedarf für Abgasnachbehandlungssysteme ergibt sich insbesondere, wenn Dieselverbrennungsprozesse ausgeführt werden. Typische Nachbehandlungssysteme für Dieselmotorabgase können einen oder mehrere Dieselpartikelfilter (DPF), ein selektives katalytisches Reduktionssystem (Selective Catalytic Reduction, SCR), einen Kohlenwasserstoffinjektor (Hydrocarbon, HC) sowie einen Diesel-Oxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) umfassen.
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Während des Motorenbetriebs fängt der DPF vom Motor emittierten Ruß auf und reduziert die Emission von Schwebstoffen (Particulate Matter, PM). Mit der Zeit wird der DPF voll und es kommt zu einer Verstopfung. Zum sachgemäßen Betrieb ist eine periodische Regenerierung oder eine Oxidation des im DPF aufgefangenen Rußes notwendig. Um den PDF zu regenerieren sind relative hohe Abgastemperaturen kombiniert mit reichlich Sauerstoff in dem Abgasstrom notwendig, um den in dem Filter gefangenen Ruß zu oxidieren.
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Der DOC wird üblicherweise dazu verwendet, Hitze zu erzeugen, um den mit Ruß gefüllten DPF zu regenerieren. Wenn Kohlenwasserstoffe (HC) bei oder über einer bestimmten Anspringtemperatur über den DOC gesprüht werden, oxidiert der Kohlenwasserstoff. Diese Reaktion ist höchst exotherm und die Abgase werden während des Anspringens erhitzt. Die erhitzten Abgase werden benutzt, um den DPF zu regenerieren.
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Unter vielen Motorenbetriebsbedingungen ist jedoch das Abgas nicht heiß genug, um eine DOC-Anspringtemperatur von circa 300°C zu erreichen. In diesem Fall kommt es nicht passiv zu einer DPF-Regenerierung. Außerdem erfordern NOX-Absorber und selektive katalytische Reduktionssysteme üblicherweise eine Mindestabgastemperatur, um sachgemäß zu funktionieren. Deshalb kann ein Brenner bereitgestellt werden, um den Abgasstrom den verschiedenen Nachbehandlungsvorrichtungen vorgelagert auf eine geeignete Temperatur zu erhitzen, damit eine Regenerierung stattfinden kann und die Nachbehandlungsvorrichtungen effektiv betrieben werden können. Während Brenner bereits in der Vergangenheit mit Abgasbehandlungssystemen in Verbindung gebracht wurden, wäre es vorteilhaft, einen verbesserten Brenner und ein Mischsystem bereitzustellen, um eine verbesserte Zündung bei sehr niedrigen Temperaturen, einen verbesserten Wärmeübergang zwischen dem Abgas und dem Brenner, verbesserte Kraftstoffeffizienz und/oder Energienutzung sowie eine solide Lebensdauer zu ermöglichen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dieser Teil enthält eine allgemeine Zusammenfassung der Erfindung; er erstellt keine umfassende Offenbarung ihres vollen Geltungsbereichs oder aller ihrer Merkmale dar.
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In einer Form stellt die vorliegende Erfindung einen Brenner für ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das ein Gehäuse und eine Düsen-Baugruppe umfassen kann. Das Gehäuse kann ein Innenvolumen definieren. Die Düsen-Baugruppe kann an dem Gehäuse befestigt sein und einen Körper sowie ein Heizelement umfassen. Der Körper kann sich ins Innenvolumen erstrecken und erste und zweite Hohlräume, einen Kraftstoffzufluss- sowie einen Lufteinlasskanal umfassen. Der erste Hohlraum kann mindestens einen Teil des Heizelements aufnehmen und sich in Fluidkommunikation mit dem Kraftstoffzufluss- und einem Kraftstoffausflusskanal befinden, sodass Kraftstoff von dem Kraftstoffzuflusskanal in dem ersten Hohlraum durch das Heizelement erhitzt wird und durch den Kraftstoffausflusskanal austritt. Der zweite Hohlraum kann sich in Fluidkommunikation mit dem Lufteinlass- und einem Luftaustrittskanal befinden. Der erste und zweite Hohlraum können fluidisoliert voneinander sein und einer der Kraftstoffausflussöffnung und der Luftaustrittsöffnung nachgelagerten Auslassöffnung jeweils Kraftstoff und Luft bereitstellen.
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In einer anderen Form stellt die vorliegende Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das einen Brenner und ein Steuermodul umfassen kann. Der Brenner kann sich in einem Abgasdurchgang in einer Wärmeübergangsbeziehung mit Abgas befinden. Der Brenner kann eine Gehäuse-Baugruppe sowie eine Düsen-Baugruppe umfassen. Die Gehäuse-Baugruppe kann mindestens teilweise eine Brennkammer definieren. Die Düsen-Baugruppe kann mindestens teilweise in der Gehäuse-Baugruppe aufgenommen werden und einen Gehäuse-Körper und ein elektrisches Heizelement umfassen. Das Heizelement kann sich innerhalb des Düsenkörpers befinden und dazu dienen, durch den Düsenkörper fließenden Kraftstoff zu erhitzen. Das Steuermodul kann sich in Kommunikation mit dem Heizelement befinden und das Heizelement in einem ersten Modus steuern, in dem das Heizelement Kraftstoff zur Verbrennung in der Brennkammer erhitzt, sowie in einem zweiten Modus, in dem das Heizelement Ablagerungen von dem Düsenkörper abbrennt, wenn dem Düsenkörper kein Kraftstoff zugeführt wird.
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Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur Illustrationszwecken und schränken den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht ein.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Illustration ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Ausführungen. Sie schränken den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht ein.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Motors und Abgasnachbehandlungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine Perspektivansicht eines Brenners des Abgasnachbehandlungssystems in 1 ;
- 3 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Brenners;
- 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Brenners;
- 5 eine Querschnittsansicht des Brenners;
- 6 ist eine Perspektivansicht der Düsen-Baugruppe des Brenners;
- 7 ist eine Querschnittsansicht der Düsen-Baugruppe entlang der Linie 7-7 in 6;
- 8 ist eine Querschnittsansicht der Düsen-Baugruppe entlang der Linie 8-8 in 6;
- 9 ist eine Querschnittsansicht der Düsen-Baugruppe entlang der Linie 9-9 in 6;
- 10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Flammensensors des Brenners illustriert;
- 11 ist eine Querschnittsansicht des Brenners, der in einem Mischer-Gehäuse gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung installiert ist;
- 12 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Brenners und Mischer-Gehäuses in 11; und
- 13 ist eine Seitenansicht des Mischer-Gehäuses in 11.
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Einander entsprechende Verweiszahlen nehmen auf einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen Bezug.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detaillierter beschrieben.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und ihr Geltungsbereich Fachleuten voll vermittelt wird. Zahlreiche spezifische Details werden beschrieben, darunter Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein klares Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu schaffen. Für Fachleute wird offensichtlich sein, dass spezifische Details nicht eingesetzt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und weder das eine noch das andere dahingehend auszulegen ist, den Geltungsbereich der Offenbarung einschränken. In manchen Ausführungsformen werden bekannte Vorrichtungsstrukturen sowie bekannte Technologien nicht im Detail beschreiben.
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Die hierin benutzte Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter, beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht einschränkend. Wie hierin verwendet, kann der Singular von „ein“, „eine/r“ und „der/die/das“ auch die Miteinbeziehung des Plurals beabsichtigen, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig das Gegenteil hervor. Die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „enthalten“ und „haben“ sind inklusiv und geben deshalb das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Integer, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten an, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderen Merkmale, Integer, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen derselben aus. Die Schritte, Prozesse und Vorgänge des hierin beschriebenen Verfahrens dürfen nicht dahinlegend ausgelegt werden, dass sie notwendigerweise in der besprochenen oder abgebildeten Reihenfolge stattfinden müssen, es sei denn, eine solche Reihenfolge ist ausdrücklich festgelegt. Es versteht sich außerdem, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „befestigt an“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element bzw. einer anderen Schicht bezeichnet wird, dann kann dieses bzw. diese direkt auf, befestigt an oder mit dem anderen Element bzw. der anderen Schicht verbunden oder gekoppelt sein, oder aber dazwischenliegende Elemente oder Schichten sind vorhanden. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt befestigt an“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element bzw. einer anderen Schicht bezeichnet wird, dann sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Andere Begriffe, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen benutzt werden sind ebenso zu interpretieren (z.B. „zwischen“ versus „direkt dazwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.). Wie hierin verwendet schließt der Begriff „und/oder“ sämtliche Kombinationen eines oder mehreren der in diesem Zusammenhang aufgelisteten Gegenstände mit ein.
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Obwohl die Begriffe „erste/r“, „zweite/r“, „dritte/r“ usw. hierin vorkommen können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Teile zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Teile von diesen Begriffen nicht eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur dazu benutzt werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Teil von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Teil zu unterscheiden. Begriffe wie „erste/r“, „zweite/r“ und andere hierin verwendeten numerischen Begriffe weisen nicht auf eine Sequenz oder Reihenfolge hin, insofern dies nicht ausdrücklich aus dem Zusammenhang hervorgeht. Demzufolge könnte ein im Folgenden besprochenes erstes Elemente, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Teil als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Teil bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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Räumliche Begriffe, wie zum Beispiel „innere/s“, „äußere/s“, „unter“, „unten“, „untere/r“, „darüber“, „obere/r“ und ähnliche Begriffe können hierin als Beschreibungshilfe verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmale wie in den Figuren abgebildet zu beschreiben. Räumliche Begriffe können dazu beabsichtigt sein, verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung bei Benutzung oder Betrieb mit einzuschließen, und zwar zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht ist, sind Elemente, die als „unter“ anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben wurden, dann „über“ den anderen Elementen bzw. Merkmalen. Demnach kann der Beispielbegriff „unter“ sowohl eine Ausrichtung über und unter mit einbeziehen. Die Vorrichtung kann anderweitig ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten räumlichen Deskriptoren sind entsprechend auszulegen.
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1 zeigt ein Abgasnachbehandlungssystem 10, das aus einem beispielhaften Motor 12 in einen Hauptabgasdurchgang 14 austretende Abgase behandelt. Ein Eingangskanal 16 ist an den Motor 12 gekoppelt, um diesem Verbrennungsluft bereitzustellen. Eine Turbolader 18 umfasst ein in einem Abgasstrom positioniertes getriebenes Glied (nicht abgebildet). Während des Motorbetriebs veranlasst der Abgasstrom das getriebene Glied zur Rotation und zur Bereitstellung komprimierter Luft im Eingangskanal 16 vor Eintritt in den Motor 12. Man wird zu schätzen wissen, dass das Abgasnachbehandlungssystem 10 auch dazu eingesetzt werden kann, aus einem natürlich belüfteten Motor oder einem beliebigen anderen Motor ohne Turbolader austretende Abgase zu behandeln.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann einen Brenner 26 umfassen, der Kraftstoff von einem Kraftstoffzufuhrsystem 98 und Luft von einem Luftzufuhrsystem 110 erhält und verbrennt. Der Brenner 26 ist dem Turbolader 18 nachgelagert und einer Anzahl von Abgasnachbehandlungsgeräten vorgelagert. Das Abgasnachbehandlungssystem kann beispielsweise einen Kohlenwasserstoffinjektor 28, einen Dieseloxidationskatalysator 30 und/oder einen Dieselpartikelfilter 32 enthalten.
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Der Brenner 26 kann sich in einer Wärmeübergangsbeziehung mit sich dem durch den Hauptabgasdurchgang 14 strömenden Abgas befinden. Wie in 1 gezeigt, kann der Brenner 26 zumindest teilweise in einem Mischer-Gehäuse 400 liegen. Das Mischer-Gehäuse 400 kann ein Teil von oder sich in dem Hauptabgasdurchgang 14 befinden, dass das Abgas in das Mischer-Gehäuse und um den Brenner 26 strömen kann, um Wärme zwischen dem Abgas und dem Brenner 26 zu transportieren. Der Brenner 26 kann dazu benutzt werden, das Abgas, das durch den Hauptabgasdurchgang 14 strömt, auf eine höhere Temperatur zu erhitzen, was die Wirksamkeit des DOC 30 verbessert und die Regenerierung des DPF 32 ermöglicht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Brenner 26 vor dem Anlassen des Motors 12 dazu benutzt werden, das Emissionssystem vorzuheizen, damit die Wirksamkeit des Emissionssystems beim Anlassen des Motors verbessert ist und auf diese Weise Kaltstartemissionen reduziert werden.
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Wie in 2-5 gezeigt, kann der Brenner 26 eine Gehäuse-Baugruppe 40, eine Düsen-Baugruppe 36 und eine Flammensensoren-Baugruppe 37 umfassen. Die Gehäuse-Baugruppe 40 kann als eine mehrteilige Baugruppe gefertigter Metallkomponenten hergestellt werden. Die Gehäuse-Baugruppe 40 kann eine äußere Schale 42, eine mittlere Schale 44 und eine innere Schale 46 umfassen. Wie in 4 und 5 gezeigt, können die äußere, mittlere und innere Schale 42, 44, 46 im Wesentlichen konzentrisch miteinander sein, sodass die äußeren und mittleren Schalen 42, 44 zusammenwirken können, um dazwischen einen ersten ringförmigen Kanal 48, sowie die mittleren und inneren Schalen 44, 46 dazu, um dazwischen einen zweiten ringförmigen Kanal 50 zu bilden. Die ersten und zweiten ringförmigen Kanäle 48, 50 können durch eine oder mehrere Öffnungen 49 in der mittleren Schale in fließender Kommunikation miteinander stehen.
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Die Schalen 42, 44, 46 können jeweils allgemein zylinderförmige Rohrteile 51, 52, 54 sowie jeweils allgemein trichterförmige Rückenwandabschnitte 56, 58, 60 umfassen. Die ersten Enden 62, 64, 66 der jeweiligen Rohrabschnitte 51, 52, 54 können jeweils an die ersten Enden 68, 70, 72 der Rückenwandabschnitte 56, 58, 60 geschweißt oder anderweitig daran befestigt sein. Die zweiten Enden 74, 78 der jeweiligen äußeren und inneren Rohrabschnitte 51, 54 können an das zweite Ende 76 des mittleren Rohrabschnitts 52 geschweißt oder anderweitig daran befestigt sein. Eine innere Oberfläche 96 der inneren Schale 46 kann eine Brennkammer 94 (in 4 und 5 abgebildet) definieren. Ein Flammrohr 95 kann sich innerhalb der Brennkammer 94 befinden, um als Verdampfungselement zu dienen, und zwar durch die Rückführung von sauerstoffarmen Verbrennungsprodukten innerhalb der Brennkammer 94. Die Rückführung führt zur kompletten Verdampfung des Kraftstoffs, woraufhin die Flamme in der Brennkammer 94 eine blaue Färbung annimmt, was einer sauberbrennenden, niedrigen Emissionsflamme entspricht. Das Flammrohr 95 kann über eine oder mehrere Halterungen 92 mit der inneren Oberfläche 96 verbunden sein. Ein Schaufeldiffusor 77 kann mit der Gehäuse-Baugruppe 40 an oder in der Nähe der zweiten Enden 74, 76, 78 der Rohrabschnitte 51, 52, 54 verbunden werden und aus dem Brenner 26 austretende erhitzte Luft verteilen und aufwirbeln.
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Die zweiten Enden 80, 82, 84 der Rückwandabschnitte 56, 58, 60 können stationär eine Düsenbuchse 86 tragen, welche die Düsen-Baugruppe 36 aufnimmt. Die Düsenbuchse 86 kann bezüglich der zweiten Enden 80, 82, 84 verschiebbar sein, um die thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der mittleren und inneren Schalen 44, 66 in Bezug aufeinander sowie bezüglich der äußeren Schale 42 ermöglichen. Die Düsenbuchse 86 kann ein ringförmiges Glied mit einer Hauptöffnung 87 und einem vertieften Abschnitt 88 sein. Der vertiefte Abschnitt 88 kann sich neben der Brennkammer 94 befinden und eine Vielzahl von radial verlaufenden Öffnungen 90 in Fluidkommunikation mit dem zweiten ringförmigen Kanal 50 umfassen. Die Düsen-Baugruppe 36 wird stationär in der Hauptöffnung 87 aufgenommen. Ein Abschnitt der Düsen-Baugruppe 36 kann zumindest teilweise in der Nähe der Brennkammer 94 durch den vertieften Abschnitt 88 verlaufen.
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Der Rückwandabschnitt 56 der äußeren Schale 42 kann einen Lufteinlassanschluss 119 umfassen, der flüssige Kommunikation zwischen dem Luftzufuhrsystem 110 und dem ersten ringförmigen Kanal 48 ermöglicht. Während des Betriebs des Brenners 26 kann Luft aus dem Luftzufuhrsystem 110 in einer schlangenförmigen Strömungslinie von dem Lufteinlassanschluss 119 durch den ersten und zweiten ringförmigen Kanal und in die Brennkammer 94 strömen, wie in 4 abgebildet. Das bedeutet, dass die Luft aus dem Luftzufuhrsystem 110 in den Lufteinlassanschluss 119 strömen kann, dann durch den ersten ringförmigen Kanal 48. Die Luft kann dann durch die Öffnungen 49 in den zweiten ringförmigen Kanal 50 strömen. Die Luft kann dann durch den ringförmigen Kanal 50 und in die Brennkammer 94 strömen, und zwar durch die Öffnungen 90 in die Düsenbuchse 86. In der Brennkammer 94 können die Luft und der Kraftstoff gezündet werden. Nach der Zündung kann die durch den ersten und zweiten ringförmigen Kanal 48, 50 strömende Luft Hitze aus den äußeren, mittleren und inneren Schalen 42, 44, 46 absorbieren sowie von Flammen in der Brennkammer 94, wenn die Luft durch die schlangenförmige Strömungslinie vor der Verbrennung in der Brennkammer 94 strömt. Auf diese Weise kann die Luft vor der Verbrennung vorgewärmt werden und die äußeren, mittleren und inneren Schalen 42, 44, 46 kühlen. Die Düsen-Baugruppe 36 kann eine von dem Kraftstoffzufuhrsystem 98 empfangene Kraftstoffmischung sowie von dem Luftzufuhrsystem 110 empfangene Luft injizieren und entzünden. Bei dem Kraftstoff kann es sich um einen traditionellen Dieselkraftstoff oder einen beliebigen kohlenwasserstoffbasierten oder wasserstoffbasierten Kraftstoff handeln. Die Düsen-Baugruppe 36 kann als ein kombinierter Injektor aufgebaut sein, der sowohl den Kraftstoff als auch die Luft injiziert, oder es können separate Injektoren für den Kraftstoff und die Luft bereitgestellt werden.
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Wie in 6-9 abgebildet, kann die Düsen-Baugruppe 36 einen Hauptkörper 120, einen äußeren Düsenkörper 122, einen inneren Düsenkörper 123, ein Düsenhütchen 124 und eine Glühkerze 126 umfassen. Der Hauptkörper 120 umfasst ein allgemein zylinderförmiges Glied mit einer äußeren Oberfläche 128 und einem radial verlaufenden Flansch 130. Die äußere Oberfläche 128 kann in der Hauptöffnung 87 so aufgenommen werden, dass der Flansch 130 an ein axiales Ende 132 der Düsenbuchse 86 angrenzt, wie in 4 und 5 abgebildet. Eine Vielzahl von Bolzen 134 (2 und 3) kann den Flansch 130 an der Düsenbuchse 86 befestigen. Man wird zu schätzen wissen, dass der Hauptkörper 120 auf beliebige andere Art und Weise an der Düsenbuchse 86 befestigt werden kann, wie zum Beispiel durch Schweißung oder Presspassung. In manchen Ausführungsformen kann der Hauptkörper 120 integral mit der Düsenbuchse 86 geformt werden.
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Wie in 7-9 gezeigt, kann der Hauptkörper 120 auch eine erste Vertiefung 136, eine zentrale Öffnung 138 sowie eine zweite Vertiefung 140 umfassen. Die Glühkerze 126 kann gewindemäßig die erste Vertiefung 136 erfassen und durch die zentrale Öffnung 138 und die zweite Vertiefung 140 verlaufen. Der äußere Düsenkörper 122 kann stationär in der zweiten Vertiefung 140 aufgenommen werden. Der innere Düsenkörper 123 kann verschiebbar in der zentralen Öffnung 138 aufgenommen werden, um eine axiale Ausweitung und Zusammenziehung des inneren Düsenkörpers 123 zu ermöglichen, damit eine axiale thermische Ausdehnung und Zusammenziehung des inneren Düsenkörpers 123 erzielt werden kann.
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Der Hauptkörper 120 kann außerdem einen Kraftstoffzuflusskanal 97 (in 8 abgebildet) umfassen, sowie einen Lufteinlasskanal 99 (in 9 abgebildet). Der Kraftstoffzuflusskanal 97 kann durch ein Ende 142 des Hauptkörpers 120 zur ersten Vertiefung 136 verlaufen. Der Lufteinlasskanal 99 kann durch das Ende 142 des Hauptkörpers 120 zur zweiten Vertiefung 140 verlaufen.
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Wie in 1 gezeigt befindet sich der Kraftstoffzuflusskanal 97 in Fluidkommunikation mit dem Kraftstoffzufuhrsystem 98. Das Kraftstoffzufuhrsystem 98 kann einen Kraftstofftank 100, einen Kraftstofffilter 102 und eine durch eine Kraftstoffleitung 108 vernetzte Kraftstoffpumpe 104 umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die Kraftstoffpumpe 104 eine Dosierpumpe sein, wobei die Pumpmotorengeschwindigkeit erhöht oder gesenkt wird, um die Kraftstoffzufuhr zu steuern. Die Pumpe 104 kann basierend auf dem Feedback von der Flammensensoren-Baugruppe 37 gesteuert werden. In manchen Ausführungsformen könnte das Kraftstoffzufuhrsystem 98 einen Kraftstoffblock (nicht abgebildet) umfassen, der die Zufuhr des Kraftstoffs steuert. Die Kraftstoffleitung 108 kann direkt oder indirekt an den Kraftstoffzuflusskanal 97 gekoppelt sein. Der Betrieb der Komponenten des Kraftstoffzufuhrsystems 98 führt der Düsen-Baugruppe 36 selektiv Kraftstoff zu. Der Lufteinlasskanal 99 befindet sich in Fluidkommunikation mit dem Luftzufuhrsystem 110. Das Luftzufuhrsystem 110 kann einen sekundären Filter 112 und einen Luftmassensensor 114 umfassen. Ein Kompressor 116 empfängt die Luft, die durch den sekundären Luftfilter 112 und den Luftmassensensor 114 geströmt wird. Der Kompressor 116 kann einen Teil eines Laders, den Turbolader 18 oder einen selbständigen elektrischen Kompressor umfassen. Fortluft vom Kompressor 116 wird über eine Luftzufuhrleitung 118 in den Lufteinlasskanal 99 geleitet. Die Luftzufuhrleitung 118 führt auch dem Lufteinlassanschluss 119 der äußeren Schale 42 Luft zu.
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In manchen Ausführungsformen kann ein Ventil 117 dem Kompressor 116 nachgelagert positioniert werden, um den Luftstrom in die Düsen-Baugruppe 36 und in den Einlass 119 zu steuern. Das Ventil 117 kann so ausgestaltet sein, dass eine vorher festgelegte Luftmenge in die Düsen-Baugruppe 36 strömt. Beispielsweise kann das Ventil 117 in manchen Ausführungsformen so ausgestaltet sein, dass der Luftdruck am Einlass der Düsen-Baugruppe 36 circa fünf Pfund pro Quadratzoll (psi) höher ist als der Luftdruck an Einlass 119. Man wird jedoch zu schätzen wissen, das der Großteil der Luft, die durch die Luftzufuhrleitung 118 strömt, in den Einlass 119 strömt, und nur ein relativ kleiner Teil an die Düsen-Baugruppe 36 umgeleitet wird, um den Kraftstoff in der Düsen-Baugruppe 36 zu atomisieren.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 6-9 kann der äußere Düsenkörper 122 einen zylinderförmigen Abschnitt 144 und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 146 umfassen. Der zylinderförmige Abschnitt 144 kann stationär in der zweiten Vertiefung 140 des Hauptkörpers 120 aufgenommen werden, sodass der kegelstumpfförmige Abschnitt 146 an ein Ende des Hauptkörpers 120 angrenzt. Der äußere Düsenkörper 122 kann an den Hauptkörper 120 angeschweißt oder anderweitig daran befestigt sein.
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Der äußere Düsenkörper 122 kann auch erste und zweite Vertiefungen 148, 150 umfassen. Die erste Vertiefung 148 kann teilweise von einem ringförmigen Flansch 152 definiert werden. Die zweite Vertiefung 150 kann von einem axialen Ende des zylinderförmigen Abschnitts 144 durch einen Teil des kegelstumpfförmigen Abschnitts 146 und in die erste Vertiefung 148 verlaufen. Die zweite Vertiefung 150 kann von einer zylindrischen, ringförmigen Oberfläche 153 und einer sich verjüngenden ringförmigen Oberfläche 154 neben der ersten Vertiefung 148 definiert werden.
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Der innere Düsenkörper 123 kann einen Körperteil 156 und einen Kopfteil 158 umfassen. Der Körperteil 156 kann von der ersten Vertiefung 136 des Hauptkörpers 120 durch die zentrale Öffnung 138 und durch einen Abschnitt der zweiten Vertiefung 140 verlaufen. Der Körperteil 156 kann eine äußere Oberfläche 160 und eine innere Oberfläche 162 umfassen. Die äußere Oberfläche 160 kann einen zylinderförmigen Abschnitt 164 und einen sich verjüngenden Abschnitt 166 umfassen. Der zylinderförmige Abschnitt 164 kann in der zentralen Öffnung 138 beispielsweise von einer Slip-Fit-Buchse aufgenommen werden. Der zylindrische Abschnitt 164 und der sich verjüngende Abschnitt 166 der äußeren Oberfläche 160 kann mit der zylindrischen ringförmigen Oberfläche 153 und der spitz zulaufenden ringförmigen Oberfläche 154 des äußeren Düsen-Körpers 122 jeweils so zusammenwirken, dass ein ringförmiger Durchgang 168 in Fluidkommunikation mit dem Lufteinlasskanal 99 definiert wird. Die innere Oberfläche 162 des Körperteils 156 des inneren Düsenkörpers 123 kann einen allgemein zylinderförmigen inneren Hohlraum 170 mit einem spitz zulaufenden Ende 172 definieren. Die innere Hohlraum 170 kann sich in Fluidkommunikation mit dem Kraftstoffzuflusskanal 97 über die erste Vertiefung 136 befinden.
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Der Kopfteil 158 des inneren Düsenkörpers 123 kann von einem Ende des spitz zulaufenden Abschnitts 166 des Körperteils 156 radial nach außen verlaufen. Das Düsenhütchen 124 und der Kopfteil 158 können in der ersten Vertiefung 148 des äußeren Düsenkörpers 122 aufgenommen werden. Das Düsenhütchen 124 kann an den äußeren Düsenkörper 122 geschweißt sein, und befestigt auf diese Weise den Kopfteil 158 innerhalb der ersten Vertiefung 148. Der Kopfteil 158 kann eine erste Kraftstoffaustrittsöffnung 174 und eine Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen 176 umfassen. Die Kraftstoffaustrittsöffnung 174 kann sich in Fluidkommunikation mit dem inneren Hohlraum 170 und einer Auslassöffnung 178 des Düsenhütchens 124 befinden. Die Luftaustrittsöffnungen 176 können sich in Fluidkommunikation mit dem ringförmigen Durchgang 168 und der Auslassöffnung 178 des Düsenhütchens 124 befinden. Aus der Kraftstoffaustrittsöffnung 174 austretender Kraftstoff kann in der Auslassöffnung 178 und/oder der Auslassöffnung 178 nachgelagert durch die aus den Luftaustrittsöffnungen 176 ausgetretene Hochdruckluft atomisiert werden.
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Die Glühkerze 126 kann einen Buchsenteil 180 und einen Heizstab 182 umfassen. Die Glühkerze 126 kann beispielsweise eine 120W Kyocera SiN-Glühkerze oder eine beliebige andere geeignete Glühkerze oder ein anderes Heizelement sein. Der Buchsenteil 180 kann gewindemäßig in der ersten Vertiefung 136 des Hauptkörpers 120 befestigt sein. Der Heizstab 182 kann von dem Buchsenteil 180 in den inneren Hohlraum 170 verlaufen. Der Heizstab 182 und der innere Hohlraum 170 können von den Maßen her so gestaltet sein, dass ein ringförmiger Raum 184 zwischen dem Heizstab 182 und der inneren Oberfläche 162 des Körperteils 156 des inneren Düsenkörpers 123 besteht.
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Während die Düsen-Baugruppe 36 oben so beschrieben ist, dass sie eine integrierte Glühkerze enthält, könnte zusätzlich oder alternativ dazu eine Zündkerze oder eine andere Zündungsvorrichtung bereitgestellt werden, um den Kraftstoff und die Luft zu entzünden. Die Zündkerze bzw. die andere Zündungsvorrichtung könnten separat und eigenständig von der Düsen-Baugruppe 36 oder darin integriert sein.
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Ein Steuermodul 38 (1) wird bereitgestellt, um die Strömung von Kraftstoff und Luft durch die Düsen-Baugruppe 36 zu überwachen und zu steuern, sowie zur Steuerung und Überwachung des Betriebs der Glühkerze 126 mithilfe einer bzw. mehrerer geeigneter Prozessoren, Sensoren, Stromsteuerungsventile, Stromspulen usw. Das Steuermodul 38 umfasst oder ist Teil einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), einer elektronischen Schaltung, eines (geteilten, zugehörigen oder Gruppen-) Prozessors und/oder eines (geteilten, zugehörigen oder Gruppen-) Speichers, der ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführt, einer kombinatorischen Logikschaltung und/oder anderer geeigneter Komponenten, welche die beschrieben Funktionalität bereitstellen. Das Steuermodul 38 ist Teil von oder umfasst eine Steuereinheit, die ein oder mehrere Fahrzeugsysteme steuert. Alternativ dazu kann das Steuermodul 38 eine dem Abgasnachbehandlungssystem 10 zugehörige Steuereinheit sein.
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Das Steuermodul 38 kann die Glühkerze 126 in einem einer Vielzahl von Betriebsmodi betreiben, um spezifische Zwecke zu erfüllen. Beispielsweise kann das Steuermodul 38 die Glühkerze 126 mit höherer Leistung betreiben, um den Kraftstoff in dem inneren Düsenkörper 123 auf eine Temperatur zu erhitzen, die über dem Selbstentzündungspunkt des Kraftstoffs liegt, damit sich der Kraftstoff, wenn er in der Austrittsöffnung 178 und/oder in der Brennkammer 94 mit der unter Druck stehenden Luft in Kontakt tritt, spontan entzündet. Sobald der Brenner 26 gezündet ist, kann das Steuermodul 38 den elektrischen Strom zu der Glühkerze 126 unterbrechen oder reduzieren, um die Temperatur der Glühkerze 126 zu einem Punkt zu senken, an dem die Glühkerze 126 den Kraftstoff vorheizt, um die passive Verdampfung des Kraftstoffs in dem Flammrohr 95 zu ermöglichen.
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Periodisch und/oder am Ende eines Brennzyklus (d.h. wenn das Steuermodul 38 ermittelt, dass die Nachbehandlungsvorrichtungen adäquat zu einem Punkt erhitzt wurden, an dem der Brenner 26 nicht betrieben werden muss, um die Nachbehandlungsvorrichtungen zu erhitzen), kann die Glühkerze 126 in einem Reinigungs- oder Entrußmodus betreiben werden. Im Reinigungs- bzw. Entrußmodus kann die Zufuhr von Kraftstoff an die Düsen-Baugruppe 36 ausgeschaltet und die Glühkerzentemperatur erhöht werden, um Firnis- oder Kohleablagerungen wegzubrennen, die sich möglicherweise auf der Düsen-Baugruppe 36 angesammelt haben. Nachdem dieser Reinigungszyklus abgeschlossen ist, kann die Glühkerze 126 auf eine niedrige Stufe geschaltet und die Temperatur der Glühkerze 126 überwacht werden (man wird zu schätzen wissen, dass die Temperatur der Glühkerze 126 zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs der Glühkerze 126 überwacht werden kann). Das Überwachen der Glühkerzentemperatur kann mithilfe einer Berechnung basierend auf dem Widerstand der Glühkerze 126 erzielt werden, der basierend auf der Spannung und Stromstärke ermittelt werden kann, die der Glühkerze 126 zugeführt werden. In manchen Ausführungsformen kann während den Reinigungs- und/oder Überwachungszyklen weiterhin Luft durch die Düsen-Baugruppe 36 gepumpt werden, um Ruß und/oder andere Ablagerungen davon abzuhalten, von der Brennkammer 94 in die Düsen-Baugruppe 36 einzutreten.
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Das Überwachen der Temperatur der Glühkerze 126 basierend auf dem Glühkerzenwiderstand kann während eines beliebigen oder allen der oben beschriebenen Betriebsmodi ausgeführt werden. Das Steuermodul 38 kann einen Leistungspegel (z.B. einen Pulsweitenmodulationsarbeitszyklus) der Glühkerze 126 basierend auf der Temperatur der Glühkerze 126 regulieren. Auf diese Weise kann das Steuermodul 38 nicht mehr elektrischen Strom zuführen, als notwendig ist, um einen bestimmten Zweck zu erfüllen. Das Überwachen der Glühkerzentemperatur und entsprechende Regulieren des Leistungspegels kann auch sicherstellen, dass die Glühkerze 126 weder über ihren Nenntemperaturgrenzwert hinaus erhitzt wird noch aufgrund eines über eine Grenzgeschwindigkeit hinausgehenden Erhitzens und/oder Abkühlens einen Wärmeschock erleidet, womit Beschädigungen der Glühkerze 126 wegen Überhitzung vermieden werden.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 5 kann die Flammensensoren-Baugruppe 37 von den Rückwandabschnitten 56, 58, 60 der Gehäuse-Baugruppe 40 getragen werden. Die Flammensensoren-Baugruppe 37 kann eine Buchse 190, einen Heizstab 192, einen Isolator 193 und ein Heizelement 194 (schematisch in 5 abgebildet) umfassen. Die Buchse 190 kann einen oder mehrere Rückwandabschnitte 56, 58, 60 erfassen und den Heizstab 192 sowie den Isolator 193 aufnehmen. Der Isolator 193 kann ein aus Tonerde geformtes Rohr sein und einen Teil des Heizstabs 192 umgeben. Das Heizelement 194 kann in dem Isolator 193 an einer Stelle nahe der Rückwand 60 eingebettet sein (d.h. am Eingangspunkt zur Brennkammer 94). Der Isolator 193 kann durch die Rückwände 58, 60 passieren sowie diese verschiebbar erfassen; der Spielraum kann gemanagt werden, um den Austritt von Luft dazwischen zu reduzieren.
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Der Heizstab 192 kann ein längliches Hochtemperaturkabel mit einer Elektrode 196 sein, das mindestens teilweise innerhalb oder nahe der Brennkammer 94 positioniert ist. Eine Vorspannung kann auf den Flammensensor 192 angelegt werden, um ein elektrisches Feld von der Elektrode 196 zu einer Erdung wie die innere Schale 46 zu schaffen. Wenn Spannung angelegt wird, kann ein elektrisches Feld von der Elektrode 196 zur Erdung abstrahlen. Wenn in dem Feld freie Ionen vorhanden sind, kann ein Ionenstrom fließen. Das Ausmaß des Ionenstroms lässt auf die Dichte der Ionen schließen. Das Steuermodul 38 konstatiert und empfängt Signale von der Flammensensoren-Baugruppe 37, die auf den Ionenstrom schließen lassen, um die An- oder Abwesenheit einer Flamme innerhalb der Brennkammer 94 zu ermitteln. Die Flammensensoren-Baugruppe 37 kann außerdem ermitteln, ob der Isolator 193 verschmutzt ist. Während der Flammensensor 192 oben als ein Ionensensor beschrieben ist, wird man es zu schätzen wissen, dass der Flammensensor 192 in einigen Ausführungsformen ein beliebiger anderer Flammensensor sein kann, wie zum Beispiel ein optischer Sensor oder ein Thermoelement.
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Das Heizelement 194 der Sensoren-Baugruppe 37 kann beispielsweise einen in den Isolator eingebetteten Widerstandsheizer umfassen, oder eine beliebige andere geeignete elektrische Widerstandsheizvorrichtung. Das Heizelement 194 steht in einer leitenden Wärmeübergangsbeziehung mit dem Isolator 193 und kann koaxial mit der Elektrode 196 sein. Der Isolator 193 kann das Heizelement 194 elektrisch von der Elektrode 196 und anderen Metallkomponenten der Gehäuse-Baugruppe 40 isolieren und als wärmeresistente strukturelle Unterstützung dienen. Das Heizelement 194 kann sich mindestens teilweise in der Brennkammer 94 befinden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Heizelement 194 mindestens 10 mm lang sein und sich circa 20 mm von einer distalen Spitze der Elektrode 196 befinden.
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Wie im Folgenden beschrieben wird, kann das Heizelement 194 in einem Reinigungs- oder Entrußmodus oder in einem Überwachungsmodus betrieben werden. Im Entrußmodus kann das Steuermodul 38 veranlassen, dass elektrischer Strom an das Heizelement 194 angelegt wird, um Ablagerungen und/oder Verschmutzungen wegzubrennen, die sich auf dem Isolator 193 angesammelt haben könnten, während dieser Abgasen und/oder Verbrennung in der Brennkammer 94 ausgesetzt ist. Im Überwachungsmodus kann das Steuermodul 38 einen reduzierten elektrischen Strom an das Heizelement 194 anlegen und einen Widerstand des Heizelements basierend auf der dem Heizelement 194 angelegten Spannung bzw. dem diesem angelegten Strom ermitteln. Basierend auf dem Widerstand kann wiederum die Temperatur des Heizelements 194 berechnet bzw. basierend auf einer Nachschlagetabelle ermittelt werden. Auf diese Weise kann das Steuermodul 38 das Heizelement 194 als Brennkammertemperatursensor benutzen. Das bedeutet, dass die Temperatur des Heizelements 194 die Temperatur der Brennkammer 94 anzeigt. Das Steuermodul 38 kann von dem Heizelement 194 erhaltene Daten mit Daten des Flammensensors 192 vergleichen. Lassen die Daten des Heizelements 194 auf das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen und der Flammensensor 192 gibt keinen Hinweis auf das Vorhandensein einer Flamme, kann das Steuermodul 38 den Brenner 26 in einem reduzierten Kapazitäts- bzw. „Notlaufmodus“ betreiben, statt den Brenner 26 komplett auszuschalten.
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Verschmutzungen des Isolators 193 können aufgrund der Ablagerung von Ruß, Öl und/oder anderen Verschmutzungen entstehen, die eine leitende Brücke von dem Heizstab 196 zur Erdung bilden, wo der Isolator durch die Rückwand 60 dringt. Wenn der Isolator 193 verschmutzt ist, kann es sein, dass es nicht möglich ist, zwischen Ionenstromfluss durch eine Flamme und Ableitstrom zur Erdung durch die leitenden Verschmutzungen zu unterscheiden. Deshalb kann das Steuermodul 38 ermitteln, ob der Isolator 193 sauber genug ist, um der Flammensensoren-Baugruppe 37 zu ermöglichen, vor der Zündung des Brenners 26 korrekt zu funktionieren. Wenn ermittelt wurde, dass die Flammensensoren-Baugruppe 37 betriebsbereit ist, kann das Steuermodul 38 den Brenner 26 zünden.
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Das Steuermodul 38 kann eine Anzahl anderer Parameter bewerten, einschließlich des Vorhandenseins von Verbrennung und Temperatur des Abgases innerhalb des Abgashauptdurchgangs 14 an einer dem Brenner 26 nachgelagerten Stelle, um zu ermitteln, wann die Zufuhr von Kraftstoff und Luft an den Brenner 26 einzustellen ist. Beispielsweise kann das Steuermodul 38 Signale von einem oder mehreren der sich innerhalb des Brenners 26 oder innerhalb des Abgashauptdurchgangs 14 befindenden Temperatursensoren empfangen, um eine Regelung mit geschlossener Rückführung durchzuführen, indem der Brenner 26 so betrieben wird, dass eine gewünschte Temperatur an einer bestimmten Stelle aufrecht erhalten wird. Wenn Verbrennung unerwartet erlöscht, kann das Steuermodul 38 die Zufuhr von Kraftstoff einstellen und/oder versuchen, den Brenner 26 wieder anzuzünden. Andere Steuerpläne liegen ebenfalls innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Offenbarung.
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Unter Bezugnahme auf 10 wird im Folgenden ein Verfahren zum Betreiben der Sensoren-Baugruppe 37 detailliert beschrieben. In Schritt 210, vor Zündung des Brenners 26, kann das Steuermodul 38 veranlassen, dass an den Flammensensor 192 eine Vorspannung angelegt wird. In Schritt 220 kann ein resultierender Stromfluss durch den Flammensensor 192 ermittelt werden. In Schritt 230 kann das Steuermodul 38 ermitteln, ob der (in Schritt 220 ermittelte) Stromfluss durch den Flammensensor 192 unter oder über einem vorher festgelegten Wert liegt. Jeder merkliche Stromfluss durch den Flammensensor 192 bei Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 lässt darauf schließen, dass Ruß und/oder andere Verschmutzungen sich auf dem Isolator 193 angesammelt haben und es sich bei dem konstatierten Stromfluss um einen Ableitstromfluss durch Verschmutzungen auf dem Isolator 193 handelt. Deshalb kann der vorher festgelegte Wert ein sehr kleiner Wert oder ein beliebiger Wert sein, der eine Verschmutzungsmenge auf dem Isolator 193 angibt, welche die Leistung des Flammensensors 192 beeinträchtigen könnte.
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Falls das Steuermodul 38 ermittelt, dass der Stromfluss durch den Flammensensor 192 größer ist als der vorher festgelegte Wert in Schritt 230, kann das Steuermodul 38 veranlassen, dass das Heizelement 194 bei Schritt 240 im Entrußmodus läuft. Im Entrußmodus kann elektrische Leistung beispielsweise mithilfe von Pulsweitenmodulation an das Heizelement 194 angelegt werden, um das Heizelement 194 auf eine Temperatur zu erhitzen (z.B. 650 °C oder höher), die Rußablagerungen und/oder andere Verschmutzungen von dem Isolator 193 abbrennt. Das Steuermodul 38 kann den Arbeitszyklus des pulsweitenmodulierten Stroms zu dem Heizelement 194 variieren, um die Temperatur des Heizelements 194 zu regulieren. Die Temperatur des Heizelements 194 kann ermittelt werden, indem zuerst der Widerstand des Heizelements 194 basierend auf einer bekannten Spannung und dem darin konstatierten Stromdurchfluss berechnet wird. Die Temperatur des Heizelements 194 kann dann beispielsweise basierend auf dem Widerstand mithilfe einer Berechnung oder einer Nachschlagetabelle ermittelt werden.
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Während des Betriebs des Heizelements 194 im Entrußmodus kann das Steuermodul 38 die Überwachung des Stroms, der durch den Flammensensor 192 strömt, weiter überwachen, wie oben in Bezug auf Schritte 210-230 beschrieben. Wenn der Ruß und/oder andere Verschmutzungen von dem Isolator 193 weggebrannt werden, kann der durch den Flammensensor 192 fließende Strom auf einen akzeptablen Stand sinken. Wenn der Stromfluss eine akzeptable Stufe erreicht hat, kann das Steuermodul 38 veranlassen, dass das Heizelement 194 in Schritt 250 im Überwachungsmodus läuft.
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Im Überwachungsmodus kann das Steuermodul 38 veranlassen, dass ein reduzierter Arbeitszyklus an das Heizelement 194 angelegt wird. Bei dem an das Heizelement 194 angelegten Arbeitszyklus kann es sich um einen beliebigen Arbeitszyklus handeln, der die Berechnung des elektrischen Widerstands des Heizelements 194 ermöglicht, sodass die Temperatur des Heizelements 194 überwacht werden kann. Auf diese Weise kann das Heizelement 194 dem Steuermodul 38 Feedback geben, indem es die Temperatur der Brennkammer 94 sowie das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 angibt. In manchen Ausführungsformen wird dem Heizelement 194 im Überwachungsmodus nicht mehr Strom zugeführt als notwendig ist, um den Widerstand des Heizelements 194 zu berechnen.
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In Schritt 255 kann das Steuermodul 38 ermitteln, ob die Bedingungen derart sind, dass der Brenner 26 zur Erhitzung von Abgas im Abgashauptdurchgang 14 und/oder in einer oder mehrerer der Nachbehandlungsvorrichtungen betrieben werden sollte. Ermittelt das Steuermodul 38, dass der Brenner 26 betrieben werden sollte, dann kann das Steuermodul 38 in Schritt 260 den Brenner 26 betreiben sowie den Betrieb der Flammensensoren-Baugruppe 37 fortsetzen. Das bedeutet, dass Kraftstoff und Luft dem Brenner 26 zugeführt und darin gezündet werden können, und Spannung an den Flammensensor 192 angelegt werden kann. In Schritt 270 kann das Steuermodul 38 den Ionenstromfluss durch den Flammensensor 192 infolge der daran angelegten Vorspannung ermitteln. In Schritt 280 kann das Kontrollmodul 38 ermitteln, ob der Ionenstromfluss durch den Flammensensor 192 auf das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen lässt. Falls Daten von dem Flammensensor 192 darauf schließen lassen, dass in der Brennkammer 94 eine Flamme vorhanden ist, kann das Steuermodul 38 in Schritt 290 ermitteln, ob die vom Heizelement 194 empfangenen Temperaturdaten (während des Betriebs des Heizelements 194 im Überwachungsmodus) auch auf das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen lassen. Lassen die Temperaturdaten vom Heizelement 194 ebenfalls auf das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen, kann der Betrieb des Brenners 26 nach Bedarf fortgesetzt werden. Lassen die Temperaturdaten vom Heizelement 194 ebenfalls auf das Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen, kann das Steuermodul 38 den Brenner 26 in Schritt 300 in einem reduzierten Kapazitäts- oder Notlaufmodus betreiben. Das Steuermodul 38 kann auch ein Fehlersignal erzeugen, dass den Fahrer des Fahrzeugs darauf aufmerksam macht, dass in dem Nachbehandlungssystem 10 ein Fehler entdeckt wurde und es möglicherweise notwendig ist, das Nachbehandlungssystem 10 zu warten.
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Falls in Schritt 280 Daten vom Flammensensor 192 darauf schließen lassen, dass keine Flamme in der Brennkammer 94 vorhanden ist, kann das Steuermodul 38 in Schritt 310 ermitteln, ob vom Heizelement 194 empfangene Temperaturdaten ebenfalls auf das Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen lassen. Lassen die Temperaturdaten vom Heizelement 194 ebenfalls auf das Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen, kann das Steuermodul 38 in Schritt 320 den Brenner 26 ausschalten (d.h. die Zufuhr von Kraftstoff und Luft zum Brenner 26 unterbrechen). Lassen die Temperaturdaten vom Heizelement 194 auf das Vorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen, kann das Steuermodul 38 den Brenner 26 in Schritt 300 in einem reduzierten Kapazitäts- oder Notlaufmodus betreiben und ein Fehlersignal erzeugen, dass den Fahrer darauf aufmerksam macht, dass in dem Nachbehandlungssystem 10 ein Fehler entdeckt wurde.
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Man wird zu schätzen wissen, dass die Reaktionszeit des Heizelements 194 auf Temperaturveränderungen langsamer sein kann als die Reaktionszeit des Flammensensors 192. Deshalb kann das Steuermodul 38 die verzögerte Reaktionszeit des Heizelements 194 berücksichtigen, wenn (in Schritt 290 und 310) ermittelt wird, ob die Temperaturdaten vom Heizelement 194 auf das Vorhanden- bzw. Nichtvorhandensein einer Flamme in der Brennkammer 94 schließen lassen.
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Unter Bezugnahme auf 1 sowie 11-13 wird im Folgenden das Mischer-Gehäuse 400 beschrieben. Das Mischer-Gehäuse 400 kann den Brenner 26 bezüglich des Abgashauptdurchgangs 14 unterstützen und die vor- und nachgelagerten Abschnitte 401, 403 (1 und 11) des Abgashauptdurchgangs 14 fluid verbinden. Das Mischer-Gehäuse 400 kann einen Hauptkörper 402, einen Einlasskörper 404, einen ersten Schaufeldiffusor 406 sowie einen zweiten Schaufeldiffusor 408 umfassen.
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Der Hauptkörper 402 kann eine rohrförmige Schale 410 und eine ringförmige Rückwand 412 umfassen. Die rohrförmige Schale 410 kann erste und zweite Axialenden 414, 416 sowie eine Einlassöffnung 418 zwischen den ersten und zweiten Axialenden 414, 416 enthalten. Die Rückwand 412 kann stationär an der rohrförmigen 410 am ersten Axialende 414 befestigt oder mit letzterem integriert geformt sein. Der erste Diffusor 406 kann sich innerhalb der rohrförmigen Schale 410 befinden und daran zwischen der Einlassöffnung 418 und dem zweiten Axialende 416 angebracht sein. Der zweite Diffusor 408 kann stationär an der rohrförmigen Schale 410 an oder in der Nähe des zweiten Axialendes 414 [sic] angebracht sein. Auf diese Weise kann das Mixer-Gehäuse 400 eine erste Kammer 420 innerhalb der rohrförmigen Schale 410 zwischen der Rückwand 412 und dem ersten Diffusor 406 sowie eine zweite Kammer 422 innerhalb der rohrförmigen Schale 410 zwischen dem ersten und zweiten Diffusor 406, 408 definieren. Das zweite Axialende 414 [sic] und der zweite Diffusor 408 können einen Auslass der zweiten Kammer 422 definieren, der mit dem nachgelagerten Abschnitt 403 des Abgashauptdurchgangs 14 fluid verbunden ist.
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Der erste Diffusor 406 und die Rückwand 412 können beide ringförmige Glieder jeweils einschließlich der zentralen Öffnungen 424, 426 sein. Der Brenner 26 kann durch die Öffnungen 424, 426 verlaufen, und die äußere Schale 42 des Brenners 26 kann stationär die Rückwand 412 und den ersten Diffusor 406 erfassen. Auf diese Weise kann zumindest ein Teil der Gehäuse-Baugruppe 40 des Brenners 26 in der ersten Kammer 420 aufgenommen werden. Die Rohrabschnitte 51, 52, 54 der Gehäuse-Baugruppe 40 des Brenners 26 können im Wesentlichen konzentrisch zu der röhrenförmigen Schale 410 des Mischer-Gehäuses 400 sein (d.h. die Rohrabschnitte 51, 52, 54 können eine gemeinsame Längsachse A1 mit der rohrförmigen Schale 410 teilen). Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass in manchen Ausführungsformen die Rohrabschnitte 51, 52, 54 bezüglich der rohrförmigen Schale 410 exzentrisch sein können.
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Die zweiten Enden 74, 76, 78 der Rohrabschnitte 51, 52, 54 der Gehäuse-Baugruppe 40 können so in die zweite Kammer 422 verlaufen, dass erhitzte Luft und Verbrennungsgas aus dem Brenner 26 durch seinen Diffusor 77 austreten und in die zweite Kammer 422 strömen kann, wo die erhitzte Luft und das Verbrennungsgas sich mit Abgas von dem Abgashauptdurchgang 14 mischen können. Die Mischung aus Abgas und erhitztem Gas vom Brenner 26 kann aus dem Mischer-Gehäuse 400 durch den zweiten Diffusor 408 austreten und in den nachgelagerten Abschnitt 403 des Abgashauptdurchgangs 14 strömen.
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Der Einlasskörper 404 kann ein rohrförmiges Glied einschließlich einer Längsachse A2, einem ersten Axialende 430 und einem zweiten Axialende 432 sein. Das erste Axialende 430 kann mit dem vorgelagerten Abschnitt 401 des Abgashauptdurchgangs 14 fluid verbunden sein. Das zweite Axialende 432 kann mit der Einlassöffnung 418 des Hauptkörpers 402 fluid verbunden sein. Auf diese Weise führt der Einlasskörper 404 Abgas von dem vorgelagerten Abschnitt 401 des Abgashauptdurchgangs 14 in die erste Kammer 420 des Mischer-Gehäuses 400 ein.
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Der Einlasskörper 404 kann bezüglich des Hauptkörpers 402 so positioniert werden, dass die Längsachse A2 des Einlasskörpers 404 im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse A1 der rohrförmigen Schale 410 (wie in 11 und 13 abgebildet) sowie versetzt von der Längsachse A1 verläuft, sodass die Längsachsen A1, A2 sich nicht schneiden (wie in 13 abgebildet). In anderen Ausführungsformen kann die Achse A2 parallel zur Achse A2 verlaufen und sich mit der Achse A1 schneiden (d.h. der Einlasskörper 404 kann sich radial vom Hauptkörper 402 erstrecken).
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Die in 13 gezeigte, bezüglich des Hauptkörpers 402 versetzte Position des Einlasskörpers 404 (d.h. die versetzte Position der Achse A2 bezüglich der Achse A1) kann es mindestens einem Teil des Abgases ermöglichen, in die erste Kammer 420 allgemein tangential einzutreten. Diese tangentiale Strömung in die erste Kammer 420 kann eine gewirbelte Strömung innerhalb der ersten Kammer 420 auslösen und eine einheitlichere Strömung des Abgases durch den ringförmigen Raum um die Gehäuse-Baugruppe 40 ermöglichen, wodurch der Wärmetransport von den äußeren Oberflächen der Gehäuse-Baugruppe 40 zum Abgas verbessert wird. Das Abgas in der ersten Kammer 420 kann von der Luft und dem Verbrennungsgas innerhalb des Brenners 26 fluidisoliert sein, bis das Abgas und die Luft und das Verbrennungsgas vom Brenner 26 in der zweiten Kammer 422 kombiniert werden.
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Von der ersten Kammer 420 kann Abgas durch den ersten Diffusor 406 und in die zweite Kammer 422 strömen. Die Schaufeln 407 des ersten Diffusors 406 können außerdem ein Herumwirbeln des hindurchströmenden Abgases auslösen. Die Schaufeln 75 von Diffusor 77 des Brenners 26 können ein Herumwirbeln der erhitzten Luft und des Verbrennungsgases, das aus dem Brenner 26 austritt, auslösen. Die herumwirbelnde Strömung von Abgas, erhitzter Luft und Verbrennungsgas innerhalb der zweiten Kammer 422 ermöglicht, dass sich das Abgas mit der erhitzten Luft und dem Verbrennungsgas mischt und zur Erhitzung des Abgases in der zweiten Kammer 422 beiträgt. Die Schaufeln 409 des zweiten Diffusors 408 können außerdem das Herumwirbeln der Mischung aus Abgas und erhitzter Luft und Verbrennungsgas auslösen, wenn dieses aus der zweiten Kammer 422 austritt und in den nachgelagerten Abschnitt 403 des Abgashauptdurchgangs 14 strömt. Auf diese Weise kann das Abgas in dem nachgelagerten Abschnitt 403 des Abgashauptdurchgangs 14 genügend erhitzt werden, bevor es mit den Nachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32 (1) zusammenwirkt.
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In manchen Ausführungsformen können die Schaufeln 75, 407, 409 der Diffusoren 77, 406, 408 alle in dieselbe Richtung gewinkelt bzw. ausgerichtet sein, sodass die Diffusoren 77, 406, 408 alle einen Wirbeleffekt in dieselbe Drehrichtung erzeugen. In anderen Ausführungsformen kann eine Gruppe Schaufeln 75, 407, 409 in die entgegengesetzte Richtung gewinkelt bzw. ausgerichtet sein, sodass einer der Diffusoren 77, 406, 408 einen Wirbeleffekt in eine bezüglich den Drehrichtungen der Wirbeleffekte der anderen Diffusoren 77, 406, 408 entgegengesetzte Drehrichtung erzeugt.
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In manchen Ausführungsformen kann der Hauptkörper 402 ein Isolationsglied 440 (11) enthalten, das den inneren Durchmesser der rohrförmigen Schale 410 in der zweiten Kammer 422 säumt. Das Isolationsglied 440 kann eine ringförmige Schale 442 umfassen, die beispielsweise ein fibröses Isolationsmaterial 444 umhüllt und den Wärmeverlust von der zweiten Kammer 422 reduzieren kann (also den Wärmetransport von der zweiten Kammer 422 in die umliegende Umgebung reduziert). Damit wird die Wirksamkeit des Mischer-Gehäuses 400 und des Brenners 26 verbessert und die äußere Oberfläche der rohrförmigen Schale 410 auf einer relativ gemäßigten Temperatur gehalten.
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Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken bereitgestellt. Es wird nicht beabsichtigt, dass diese erschöpfend ist oder die Offenbarung einschränkt. Individuelle Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind allgemein nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern austauschbar, wo zutreffend, und können in einer ausgewählten Ausführungsform eingesetzt werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben wird. Sie können auch auf vielerlei Art und Weise variiert werden. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle derartigen Modifikationen gelten als in den Anwendungsbereich der Offenbarung mit eingeschlossen.
