Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обработки отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), с целью снижения токсичности ОГ, в которых при этом снижают содержание оксидов азота путем их селективного каталитического восстановления.
Отработавшие газы, образующиеся при работе двигателей внутреннего сгорания, содержат вещества, выброс которых в окружающую среду нежелателен. Так, например, во многих странах приняты нормы, устанавливающие предельно допустимое содержание оксидов азота (NOx) в ОГ ДВС. Наряду с реализуемыми в самом ДВС мерами, предусматривающими выбор максимально приемлемого режима работы ДВС и позволяющими понижать содержание оксидов азота, широко используются методы последующей обработки с целью дальнейшего понижения содержания оксидов азота в ОГ, выбрасываемых в окружающую среду.
Одним из методов дальнейшего понижения количества выбрасываемых в окружающую среду оксидов азота является так называемое селективное каталитическое восстановление (СКВ). При осуществлении этого метода обеспечивается селективное восстановление оксидов азота до молекулярного азота (N2) с применением селективно действующего восстановителя. В качестве восстановителя может применяться аммиак (NH3). При этом аммиак часто хранится не как таковой, более того, для его получения используется его предшественник, который по мере необходимости превращают в аммиак. В качестве предшественников аммиака можно использовать, например, мочевину ((NH2)2CO), карбамат аммония, изоциановую кислоту (HCNO), циануровую кислоту и т.д.
Было установлено, что наибольшей простотой хранения отличается прежде всего мочевина. Мочевину предпочтительно хранить в виде ее водного раствора. Мочевина и прежде всего ее водный раствор не представляют опасности для здоровья человека и отличаются простотой их транспортировки заказчикам и хранения. Подобный водный раствор мочевины уже имеется в продаже под маркой "AdBlue".
Из DE 19913462 А1 известен метод, при осуществлении которого водный раствор мочевины дозированно подают перед катализатором гидролиза в отдельный поток ОГ ДВС. При этом мочевину дозированно подают по каплям. При попадании капель на катализатор гидролиза происходят гидролиз и термолиз мочевины до аммиака, который используется в качестве восстановителя в расположенном ниже по ходу потока ОГ СКВ-катализаторе. Недостаток метода, описанного в указанной выше заявке, состоит в том, что катализатор гидролиза охлаждается вследствие испарения водного раствора мочевины. В том случае, когда аммиак требуется прежде всего в больших количествах, из-за его воздействия по меньшей мере отдельные участки катализатора гидролиза могут охлаждаться до столь низкой температуры, при которой на них реакция гидролиза прекращается полностью или протекает не полностью. Помимо этого происходящее из-за испарения отдельных капель локально значительное периодическое охлаждение катализатора гидролиза может приводить к его повреждению и прежде всего к отслоению каталитически активного покрытия.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ и устройство, которые позволяли бы по меньшей мере снизить остроту известных из уровня техники технических проблем.
Эта задача решается с помощью устройства и способа, отличительные признаки которых представлены в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Предлагаемое в изобретении устройство для обработки (нейтрализации) отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), имеет по меньшей мере:
- испарительный блок,
- катализатор гидролиза, предназначенный для гидролиза прежде всего мочевины до аммиака, и
- СКВ-катализатор для селективного каталитического восстановления оксидов азота (NOx).
Испаритель раствора восстановителя включает в себя испарительный блок, предназначенный для приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один предшественник восстановителя и
б) восстановитель.
Испарительный блок испаряет водный раствор, включающий по меньшей мере один предшественник восстановителя. СКВ-катализатор расположен в выпускном трубопроводе, а испаритель раствора восстановителя и катализатор гидролиза расположены вне выпускного трубопровода и могут сообщаться с ним. Перед СКВ-катализатором можно расположить фильтр для улавливания твердых частиц (сажевый фильтр), через который в процессе его работы может проходить также газовый поток, выходящий из катализатора гидролиза и содержащий восстановитель.
Сказанное означает, что через СКВ-катализатор в процессе его работы регулярно проходят отработавшие газы, что обычно не относится к катализатору гидролиза и испарителю раствора восстановителя. Катализатор и испаритель выполнены таким образом, что могут сообщаться с выпускным трубопроводом таким образом, что позволяют вводить в него газообразную смесь, содержащую восстановитель, но при этом допускают прохождение через катализатор гидролиза и/или испаритель раствора восстановителя лишь исключительно небольших количеств ОГ. В качестве предпочтительного предшественника восстановителя используется мочевина, которая является предшественником аммиака, выполняющего функцию восстановителя. В обычных известных из уровня техники системах и через катализатор гидролиза проходит по меньшей мере часть потока ОГ. Сказанное означает, что подобный катализатор гидролиза вследствие значительного проходящего через него массового потока ОГ должен иметь определенный объем, составляющий зачастую 0,5 л и более, и определенную площадь поверхности, необходимую для обеспечения протекания катализируемой реакции. Этот объем и эта поверхность оказываются заметно меньшими у катализатора гидролиза, выполненного согласно настоящему изобретению, поскольку при проектировании размеры этого катализатора необходимо задавать лишь такими, при которых он способен превращать максимально необходимое количество предшественника восстановителя в восстановитель в испаряемом водном растворе. При этом оказываются заметно меньшими массовые потоки ОГ через катализатор гидролиза.
В испарительном блоке в процессе его работы происходит испарение водного раствора мочевины. Этот водный раствор мочевины может также содержать и другие вещества, которые обусловливают, например, снижение температуры замерзания этого раствора. При этом в растворе может содержаться прежде всего муравьиная кислота и/или формиат аммония. Испарительный блок выполнен при этом таким образом, что в процессе его работы происходит по меньшей мере испарение водного раствора мочевины. В зависимости от заданной величины соответствующей температуры и заданного соответствующего количества водного раствора мочевины, подаваемого в испарительный блок, наряду с собственно испарением водного раствора мочевины может также иметь место уже и по меньшей мере частичный термолиз мочевины до аммиака. Испаритель раствора восстановителя расположен по ходу потока перед катализатором гидролиза, расположенным в свою очередь по ходу потока перед СКВ-катализатором, в результате чего в процессе работы испарившийся водный раствор, в состав которого входит предшественник восстановителя и/или восстановитель, поступает из соответствующего испарителя в катализатор гидролиза, обеспечивающий по меньшей мере частичный гидролиз с образованием восстановителя. Из катализатора гидролиза выходит газовая смесь, содержащая по меньшей мере восстановитель. Эта газовая смесь подается в СКВ-катализатор и используется в нем в качестве селективного восстановителя для восстановления оксидов азота (NOx).
ДВС может быть мобильным или стационарным. Так, в частности, ДВС может представлять собой двигатель наземного, водного или воздушного транспортного средства, предпочтительно автомобиля, такого как прежде всего легковой или грузовой автомобиль. Катализатор гидролиза и СКВ-катализатор обозначают носители катализатора, которые соответственно каталитически активны. Эти носители катализатора имеют прежде всего покрытия, являющиеся каталитически активными или содержащие каталитически активные вещества. В наиболее предпочтительном варианте носители катализатора имеют керамические покрытия, например, в виде γ-оксида алюминия, в котором распределены соответствующие каталитически активные частицы. Так, в частности, катализатор гидролиза имеет покрытие, в состав которого входит диоксид титана (анатаз) и/или железозамещенные цеолиты. В наиболее предпочтительном варианте СКВ-катализатор имеет покрытие, в состав которого входит по меньшей мере один из следующих компонентов: диоксид титана, триоксид вольфрама, триоксид молибдена, пентоксид ванадия, диоксид кремния, триоксид серы, цеолит. В качестве носителей катализаторов используются прежде всего так называемые сотовые элементы, которые имеют каналы или полости, через которые может проходить текучая среда. В качестве носителя катализатора наиболее предпочтительно использовать сотовый элемент, изготовленный из керамического и/или металлического материала. Сотовый элемент можно изготавливать из тонких металлических листов, из которых по меньшей мере один структурированный или профилированный и один в основном гладкий металлические листы скручивают друг с другом в рулон или набирают в пакет и скручивают в рулон по меньшей мере один из таких пакетов. Пригодны к применению и соответствуют изобретению и другие носители катализаторов, например, катализаторы из сыпучих материалов, носители из проволочной сетки или иные аналогичные носители. Катализатор гидролиза предпочтительно выполнять также прежде всего в виде трубы с нанесенным на ее внутреннюю поверхность покрытием, катализирующим процесс гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя. Испарительный блок можно размещать как отдельный блок и преимущество такого его размещения состоит в том, что в результате обеспечивается непрерывная заданная подача восстановителя, в случае предъявления повышенных требований к восстановителю исключающая неравномерный и/или неполный гидролиз предшественника аммиака с образованием аммиака.
Благодаря тому, что в предлагаемом в изобретении устройстве испаритель раствора восстановителя и катализатор гидролиза расположены вне выпускного трубопровода с возможностью соединения с ним, а по ходу потока за катализатором гидролиза расположена тепловая изоляция, предотвращающая тепловой контакт катализатора гидролиза с выпускным трубопроводом, обеспечивается максимально точное управление температурой восстановителя, что позволяет избежать образования нежелательных продуктов реакции, а также загрязнения трубопровода подачи восстановителя и контактирующих с восстановителем устройств. Вышеупомянутая тепловая изоляция исключает тепловое влияние выпускного трубопровода на температуру катализатор гибролиза, что является обязательной предпосылкой для точного регулирования температуры катализатора гидролиза и предотвращения образования нежелательных побочных продуктов реакции. Поскольку тепловая изоляция предотвращает тепловой контакт с выпускным трубопроводом, это позволяет, с одной стороны, можно предотвращать передачу тепла выпускному трубопроводу от катализатора гидролиза и, следовательно, его охлаждение, а с другой стороны, предотвращать передачу тепла от выпускного трубопровода катализатору гидролиза. В крайнем случае это привело бы к невозможности осуществлять тепловое регулирование, поскольку при нагреве катализатора гидролиза всегда нагревается также и выпускной трубопровод.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства испарительный блок соединен подающим трубопроводом с расходной емкостью для водного раствора, при этом подающий трубопровод и испарительный блок соединены друг с другом соединительным блоком.
Соединительный блок образует зону соединения подающего трубопровода с испарительным блоком. Этот соединительный блок выполнен таким образом, что гарантирует герметичное соединение подающего трубопровода с испарительным блоком во избежание утечки водного раствора и газообразной смеси. Помимо этого соединительный блок выполнен таким образом, что одновременно исключается или же имеет место настолько малое отложение веществ внутри соединительного блока, например, вследствие выпадения в осадок компонентов из соответствующего водного раствора, что соединительный блок длительно сохраняет свою проточность. Соединительный блок предпочтительно выполнять таким образом, чтобы его можно было охлаждать. Так, например, он соединен с соответствующим охлаждающим элементом. В общем случае соединительный блок можно выполнять с возможностью поддерживать равномерную или требуемую температуру, т.е. снабжать его системой охлаждения или нагрева.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства соединительный блок изготовлен по меньшей мере частично из такого материала, теплопроводность которого составляет менее 10 Вт/м·К.
Преимущество материала, теплопроводность которого составляет малую величину прежде всего по сравнению с величиной теплопроводности металлов, состоит в том, что из него можно изготавливать соединительный блок, который с одной своей стороны позволяет поддерживать высокую температуру в испарительном блоке, а с другой своей стороны позволяет поддерживать более низкую температуру в подающем трубопроводе, сообщающемся с испарительным блоком. Так, в частности, температуру подающего трубопровода можно поддерживать на уровне до 70°С, до 80°С или даже до 90°С, а температуру испарительного блока можно поддерживать на уровне свыше 300°С, предпочтительно свыше 350°С и предпочтительно даже свыше 400°С. Температуру наиболее предпочтительно поддерживать на уровне примерно 380°С. При этом благодаря малой теплопроводности материала, из которого изготовлен соединительный блок, гарантированно исключается прежде всего чрезмерный нагрев подающего трубопровода. Подобный избыточный нагрев приводил бы, с одной стороны, к тепловым потерям в испарительном блоке, а с другой стороны, по меньшей мере к частичному испарению водного раствора уже в подающем трубопроводе, что зачастую является нежелательным. Благодаря наличию водного раствора в подающем трубопроводе становится возможным особо надежное и точное регулирование подаваемого в испарительный блок количества водного раствора и тем самым приготовленного количества аммиака. При этом предпочтительными являются материалы, теплопроводность которых составляет лишь 2 Вт/(м·К) или менее, наиболее предпочтительно лишь 1 Вт/(м·К) или менее, прежде всего от 0,1 до 0,4 Вт/(м·К), прежде всего примерно 0,25 Вт/(м·К) или менее. Соединительный блок предпочтительно изготавливать таким образом, чтобы его диаметр изменялся менее чем на 0,25% даже при прохождении пульсирующих потоков. Соединительный блок предпочтительно изготавливать таким образом, чтобы в случае выполнения проточного участка в основном круглой формы диаметр его проточного сечения составлял от 0,5 до 6 мм, наиболее предпочтительно от 3 до 5 мм, прежде всего примерно 4 мм. Независимо от формы проточного участка соединительного блока площадь поперечного сечения этого участка составляет предпочтительно от 0,2 до 28 мм2. В предпочтительном варианте соединительный блок имеет предназначенный для его охлаждения и/или нагрева предпочтительно по меньшей мере один элемент Пельтье. Соединительный блок прежде всего гальванически развязан с испарительным блоком.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства соединительный блок выполнен таким образом, что позволяет поддерживать по его длине температурный градиент, составляющий 40 К/мм (кельвин, деленный на миллиметр) и более.
Такие тепловые характеристики соединительного блока обеспечиваются прежде всего путем изготовления его из соответствующего материала, нанесение на него покрытия из соответствующего материала и/или путем придания соответствующей геометрической формы соединительному блоку. Альтернативно или дополнительно соединительный блок можно оснастить соответствующими активными или пассивными средствами для поддержания требуемой температуры, которые обеспечивают поддержание этого температурного градиента.
Преимущество, связанное с возможностью поддержания температурного градиента на уровне 40 К/мм и свыше, состоит в том, что становится возможным поддерживать в испарительном блоке высокую температуру, равную 350°С или свыше, при поддержании в подающем трубопроводе более низкой температуры, равной, например, 70, 80 или 90°С. Так, в частности, можно обеспечивать, с одной стороны, надежное и предпочтительно полное испарение водного раствора, а с другой стороны, одновременно гарантировать малые размеры испарительного блока и надежное дозирование водного раствора.
Преимущество соединительного блока, который отличается исключительно низкой теплопроводностью и/или обеспечивает максимально возможный температурный градиент, состоит в том, что он позволяет поддерживать практически на неизменном уровне температуру в испарительном блоке без допущения сколь-нибудь значительного понижения температуры на участке, соседнем с соединительным блоком. Преимущество, связанное с поддержанием температуры в испарительном блоке на практически неизменном уровне, состоит в том, что тем самым можно эффективно предотвращать или сводить к минимуму образование отложений в испарительном блоке.
В другом предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства соединительный блок изготовлен из по меньшей мере одного материала, включающего по меньшей мере один из следующих материалов:
а) керамический материал и
б) политетрафторэтилен (ПТФЭ).
Особое преимущество применения этих материалов состоит в том, что, с одной стороны, они имеют низкую теплопроводность, составляющую, например, менее 10 Вт/м·К, а с другой стороны, позволяют выполнять такой соединительный блок, температурный градиент которого составляет не менее 40 К/мм. Так, в частности, при применении керамического материала предпочтительно использовать дополнительное уплотнительное и/или клеящее вещество с целью повышения герметичности соединительного блока.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства теплоемкость катализатора гидролиза составляет не более 60 Дж/К.
Согласно изобретению под теплоемкостью катализатора гидролиза подразумевается предпочтительно теплоемкость без возможно имеющегося трубчатого кожуха. Такая теплоемкость способствует тому, что катализатор гидролиза может быстро нагреваться и охлаждаться. Преимущество такого катализатора гидролиза состоит в том, что его можно использовать в качестве регулирующего элемента или одного из регулирующих элементов в контуре регулируемого поддержания равномерной температуры. Кроме того, было установлено, что катализатор гидролиза, используемый прежде всего не в потоке ОГ, т.е. в ситуации, в которой через катализатор не проходят ОГ ДВС, может иметь иное исполнение по сравнению катализатором гидролиза, установленным в системе выпуска ОГ, при этом через катализатор гидролиза также могут проходить отработавшие газы. Предпочтительным является также такой катализатор гидролиза, теплоемкость которого составляет не более 45 Дж/К, не более 30 Дж/К или даже не более 25 Дж/К.
Катализатор гидролиза включает предпочтительно металлический сотовый элемент, изготовленный из стали, выпускаемой под номером 1.4725 согласно марочнику сталей и сплавов Германии, и/или из алюминия. Под сталью, выпускаемой под номером 1.4725 согласно марочнику сталей и сплавов Германии, подразумевается прежде всего сталь, содержащая хром в количестве от 14 до 16 мас.%, железо не более 0,08 мас.%, марганец не более 0,6 мас.%, кремний не более 0,5 мас.%, алюминий от 3,5 до 5 мас.%, цирконий не более 0,3 мас.%, остальное - железо, при этом сталь может содержать обычные примеси, количество которых прежде всего в целом не превышает 0,1 мас.%. Так, в частности, материал 1.4725 может иметь алюминиевое покрытие и/или алюминиевую плакировку.
В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства объем катализатора гидролиза составляет менее 100 мл.
Наиболее предпочтительным является катализатор гидролиза, объем которого составляет от 5 до 40 мл, предпочтительно от 10 до 30 мл. Эти величины объема заметно меньше величин объема катализаторов гидролиза, через которые проходят ОГ. Объем таких катализаторов обычно составляет не менее 500 мл. Тем самым предлагаемое в изобретении устройство отличается меньшими размерами и меньшей стоимостью по сравнению с известными из уровня техники системами.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства катализатор гидролиза включает трубчатый кожух.
Трубчатый кожух используется для обеспечения герметичности катализатора гидролиза. Предпочтительным является катализатор гидролиза в таком исполнении, в котором он представляет собой каталитически активное покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность трубчатого кожуха. Помимо этого обладает преимуществом и является предпочтительным трубчатый кожух, который используется для крепления к нему обычной, например, сотовой структуры, занимающей по меньшей мере часть внутреннего пространства трубчатого кожуха, или же структуры, изготовленной из проволочной сетки или металлической и/или керамической пены.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства в трубчатом кожухе расположен по меньшей мере один по меньшей мере частично структурированный или профилированный металлический слой.
При этом катализатор гидролиза может включать обычную сотовую структуру, изготовленную из по меньшей мере одного структурированного или профилированного, прежде всего гофрированного металлического слоя и при необходимости из по меньшей мере еще одного в основном гладкого металлического слоя. В альтернативном варианте катализатор гидролиза может иметь трубчатый кожух и на его внутренней поверхности структурированный или профилированный, прежде всего гофрированный металлический слой, который по меньшей мере однократно проходит по всему окружному периметру трубчатого кожуха, но не заполняет собой значительные части поперечного сечения трубчатого кожуха, благодаря чему внутри слоя остается свободно проточное поперечное сечение. При этом речь идет о так называемой "горячей трубе".
Катализатор гидролиза предпочтительно имеет каналы, ограниченные стенками, толщина которых составляет не более 80 мкм. При этом предпочтительной является толщина стенок, составляющая 60 мкм и менее или 30 мкм и менее, прежде всего в том случае, когда катализатор гидролиза изготавливается по меньшей мере частично из металлических слоев, которые образуют стенки каналов. Наиболее хорошо зарекомендовали себя на практике стенки указанной толщины, поскольку они позволяют изготавливать катализатор гидролиза, отличающийся малой теплоемкостью.
В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства плотность расположения ячеек в катализаторе гидролиза составляет менее 600 ячеек на кв.дюйм.
По сравнению с обычными катализаторами гидролиза, через которые проходят ОГ ДВС, катализатор гидролиза, через который ОГ не проходят, может иметь меньший(-ие) объем(-ы) и меньшие площади поверхности. Так, в частности, согласно изобретению можно задавать меньшую плотность расположения ячеек в поперечном сечении катализатора гидролиза, поскольку объемный поток, который проходит через катализатор гидролиза, даже при полной нагрузке остается меньше объемного потока ОГ. Так, в частности, плотность расположения ячеек в катализаторах гидролиза может иметь относительно небольшую величину, составляющую менее 600, менее 400 или даже не более 300 или 200 ячеек на кв.дюйм.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства катализатор гидролиза механически соединен с выпускным трубопроводом, прежде всего прифланцован к нему. Преимущество такого соединения состоит в том, что обеспечивается стабильное механическое крепление предлагаемого в изобретении устройства.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства катализатор гидролиза термически развязан с выпускным трубопроводом.
Преимущество термической или тепловой развязки состоит в том, что на стадии пуска холодного ДВС, на которой выпускной трубопровод все еще остается относительно холодным, при нагреве катализатора гидролиза не требуется также нагревать выпускной трубопровод, имеющий относительно большую термическую или тепловую массу. После того как выпускной трубопровод нагреется до своей рабочей температуры, которая может составлять до 800°С и выше и превышает обычную рабочую температуру катализатора гидролиза, составляющую от примерно 350 до 450°С, удается исключить таким образом нагрев катализатора гидролиза выпускным трубопроводом, при определенных условиях являющийся нежелательным и осложняющий регулирование температуры катализатора гидролиза.
Рабочая температура катализатора гидролиза составляет прежде всего от 350 до 450°С, при этом нагрев катализатора гидролиза предпочтительно проводить горячим паром, содержащим восстановитель и/или предшественник восстановителя, электрическим дополнительным нагревателем и/или теплом, отходящим из испарительного блока, рабочая температура которого может составлять до 450°С или свыше.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства в нем используется стержневой нагревательный элемент, посредством которого может нагреваться меньшей мере один из следующих компонентов:
а) катализатор гидролиза и
б) по меньшей мере отдельные части испарительного блока.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства в нем используется по меньшей мере один стержневой нагревательный элемент, коаксиально которому расположен по меньшей мере один из следующих компонентов:
а) катализатор гидролиза и
б) по меньшей мере отдельные части испарительного блока.
Согласно этому варианту катализатор гидролиза предпочтительно может выполняться в виде кольцевого сотового элемента, который имеет несколько каналов между внутренним трубчатым кожухом, соединенным со стержневым нагревательным элементом, и наружным трубчатым кожухом. Так, в частности, испарительный блок может иметь подводящий трубопровод, навитый прежде всего по спирали на стержневой нагревательный элемент. При необходимости снаружи этой конструкции может располагаться дополнительный нагревательный элемент, вследствие чего отдельные части испарительного блока и/или катализатор гидролиза располагаются между двумя нагревательными элементами. Таким образом может обеспечиваться наиболее равномерный нагрев.
Стержневой нагревательный элемент имеет предпочтительно множество зон нагрева, температуру каждой из которых можно регулировать независимо от остальных зон. Так, в частности, стержневой нагревательный элемент имеет по меньшей мере две зоны, вокруг каждой из которых, соответственно в одной зоне расположены катализатор гидролиза и испарительный блок, соответственно подводящий трубопровод. В предпочтительном варианте дополнительно поделена прежде всего зона испарительного блока, соответственно подводящего трубопровода, поскольку в этом месте протекают различные процессы, т.е., например, нагрев жидкости, ее испарение и перегрев. Следовательно, предпочтительным является такой стержневой нагревательный элемент, который имеет 5 или 6 зон. Границу между этими зонами предпочтительно можно задавать в зависимости от количества испаряемого водного раствора.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства обеспечивается поддерживание равномерной температуры по меньшей мере одного из следующих компонентов:
а) по меньшей мере отдельных частей подающего трубопровода,
б) катализатора гидролиза,
в) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока,
г) дозировочного трубопровода, предназначенного для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ, и
д) подающего блока, через который катализатор гидролиза сообщается с выпускным трубопроводом.
Под понятием "поддержание равномерной температуры" подразумевается в этой связи прежде всего то, что конструктивный компонент выполнен или соответствующие конструктивные компоненты выполнены с возможностью их нагрева и/или же охлаждения. При этом по меньшей мере один из указанных конструктивных компонентов может, предпочтительно несколько указанных компонентов могут представлять собой часть контура регулирования. Так, в частности, при регулировании температуры этих конструктивных компонентов один из них или несколько конструктивных компонентов могут применяться как своего рода исполнительные элементы. Сказанное означает прежде всего то, что активно поддерживается равномерная температура лишь одного из конструктивных компонентов и соответственно устанавливается температура соответствующих других конструктивных компонентов за счет соответствующей кинетики реакции и соответствующих имеющихся в каждый конкретный момент времени динамических характеристик текучей среды.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении устройства в нем предусмотрены средства для поддержания равномерной температуры, к которым относится по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:
а) нагревательная проволока,
б) элемент Пельтье,
в) радиатор,
г) стержневой нагревательный элемент,
д) средство для сжигания горючего и
е) конструктивный компонент, изготовленный из материала, обладающего положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС).
Так, в частности, преимущество элемента Пельтье состоит в том, что он может использоваться как для нагрева, так и для охлаждения соответствующего конструктивного компонента. Предпочтительным является радиатор, форма которого обеспечивает наиболее высокую теплоотдачу излучением. Радиатор изготовлен предпочтительно из такого материала, который обладает высокой теплопроводностью, прежде всего из алюминия или иного аналогичного металла или металлического сплава.
Под элементом Пельтье подразумевается прежде всего электрический компонент, который при прохождении по нему электрического тока создает разность температур, представляющую собой проявление так называемого эффекта Пельтье. Элемент Пельтье включает предпочтительно один или несколько элементов, которые выполнены из легированного акцепторной и донорной примесями полупроводникового материала и попеременно соединены друг с другом электропроводным материалом. Знак перед разностью температур зависит от направления прохождения электрического тока, благодаря чему элемент Пельтье можно использовать и как охлаждающий, и как нагревательный элемент.
Согласно изобретению под средством для сжигания горючего или горелкой подразумевается прежде всего устройство для сжигания горючего, содержащего прежде всего углеводороды и/или водород. В предпочтительном варианте можно также проводить беспламенное сжигание горючего. Под материалом с положительным температурным коэффициентом сопротивления, так называемым ТКС-сопротивлением подразумеваются прежде всего электропроводные материалы, электрическое сопротивление которых увеличивается с повышением температуры. Эти ТКС-сопротивления используются прежде всего в виде так называемых саморегулирующихся нагревательных элементов и изготавливаются прежде всего из керамического материала, прежде всего из керамики на основе титаната бария. В другом варианте можно также использовать ТКС-сопротивления, изготовленные из полимерного материала, прежде всего из полимерного материала с внедренными в него частицами сажи.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства по меньшей мере один из указанных ниже конструктивный компонентов имеет покрытие, катализирующее процесс гидролиза мочевины:
а) по меньшей мере отдельные части соединительного блока,
б) по меньшей мере отдельные части подводящего трубопровода, предназначенного для подачи газообразной смеси в катализатор гидролиза,
в) по меньшей мере отдельные части испарительного блока,
г) по меньшей мере отдельные части дозировочного трубопровода, предназначенного для дозированной подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ, и
д) по меньшей мере отдельные части подводящего трубопровода, через который катализатор гидролиза сообщается с выпускным трубопроводом.
Благодаря нанесению покрытия, которое катализирует процесс гидролиза мочевины и которое может быть выполнено так, как это прежде всего уже указано выше, процесс каталитического гидролиза, предпочтительно протекающий в катализаторе гидролиза как таковом, может также протекать уже в одном из указанных выше конструктивных компонентов. Благодаря этому повышается степень превращения и создается возможность изготавливать катализатор гидролиза соответственно меньшего объема и с меньшей по площади каталитически активной поверхностью. Нанесение покрытия, катализирующего процесс гидролиза аммиака, на внутреннюю поверхность дозировочного трубопровода способствует прежде всего максимально полному гидролизу аммиака и предотвращает прежде всего также протекание в сколь-нибудь заметных объемах обратной реакции превращения в мочевину или в какой-либо другой предшественник аммиака. Под катализирующим процесс гидролиза мочевины покрытием подразумевается прежде всего такое покрытие, которое покрывает по меньшей мере отдельные части внутренней поверхности подводящего трубопровода, предназначенного для подачи водного раствора в катализатор гидролиза, и/или испарительной камеры, предназначенной для испарения водного раствора, и которое катализирует процесс гидролиза мочевины. Так, в частности, эти конструктивные компоненты могут содействовать уже частичному гидролизу предшественника восстановителя в восстановитель и таким путем повышать эффективность процесса гидролиза. Помимо этого таким образом в принципе создается возможность изготавливать катализатор гидролиза меньшего объема и соответственно с меньшей по площади каталитически активной поверхностью по сравнению с вариантом, не предусматривающим нанесение соответствующего покрытия на по меньшей мере один и указанных выше конструктивных компонентов предлагаемого в изобретении устройства.
Соответствует изобретению и такое исполнение устройства, в котором отработавшие газы не проходят через испарительный блок и катализатор гидролиза, а проходят лишь через СКВ-катализатор. Благодаря этому ОГ проходят в заметно меньших количествах через испарительный блок и катализатор гидролиза, что можно учесть при проектировании прежде всего катализатора гидролиза для обеспечения его преимущества, состоящего в его меньших размерах и меньшей плотности распределения ячеек в его поперечном сечении по сравнению с катализаторами гидролиза, через которые проходят ОГ. Это преимущество обеспечивает снижение себестоимости производства предлагаемого в изобретении устройства по сравнению с устройствами, известными из уровня техники.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения в предлагаемом в изобретении устройстве предусмотрен подающий блок, через который катализатор гидролиза аэрогидродинамически сообщается с выпускным трубопроводом ДВС.
Подающий блок выполняет функцию дозированной подачи в выпускной трубопровод восстановительной смеси, содержащей по меньшей мере один восстановитель. Так, в частности, подающий блок может включать дозировочный трубопровод, но может также иметь и другие конструктивные компоненты. Так, в частности, речь может идти при этом о пассивном смесительном средстве, которое обеспечивает смешение подаваемых веществ с ОГ.
Под пассивным смесительным средством подразумевается прежде всего такое средство, которое не представляет собой активно движущееся смесительное средство, но может обеспечивать смешение веществ с ОГ только за счет своего статичного положения, в котором на это смесительное средство набегают потоки ОГ и подаваемых веществ, имеющие определенные характеристики.
Так, в частности, смесительное средство включает предпочтительно по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов:
а) направляющую металлическую пластину и
б) сотовый элемент, который выполнен таким образом, чтобы по меньшей мере часть потока ОГ могла проходить через него под углом к направлению основного потока ОГ.
Направляющая металлическая пластина может выступать при этом прежде всего в выпускной трубопровод. Направляющая металлическая пластина может выполняться перфорированной прежде всего по меньшей мере на отдельных ее участках и/или иметь изгиб на по меньшей мере отдельных участках. Направляющая металлическая пластина может выступать в выпускной трубопровод под углом к его продольному направлению в этом месте.
Сотовый элемент имеет прежде всего такие каналы, в стенках которых выполнены перфорационные отверстия. Благодаря наличию этих перфорационных отверстий, которые при необходимости могут быть дополнены соответствующим образом выполненными направляющими структурами, может обеспечиваться прохождение потока под углом к продольной оси канала. Этот сотовый элемент предпочтительно может выполняться также коническим. Так, в частности, дозировочный трубопровод входит внутрь соответствующей выемки в сотовом элементе, благодаря чему соответствующие вещества можно дозированно подавать непосредственно в сотовый элемент.
В другом предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства сотовый элемент имеет проточные для текучей среды каналы и сквозные отверстия, через которые соседние каналы сообщаются друг с другом. При этом размеры сквозных отверстий могут быть меньше или больше обычных размеров канала.
В соответствии со следующим вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов а) подающий блок и б) выпускной трубопровод выполнены таким образом, чтобы в процессе работы выпускной участок подающего блока образовывал в выпускном трубопроводе с аэрогидродинамической точки зрения успокоительную или мертвую зону.
Особое преимущество наличия такой зоны состоит в том, что в процессе работы давление в выпускном трубопроводе оказывается ниже по сравнению с давлением в подающем блоке, соответственно в дозировочном трубопроводе, вследствие чего в этом случае ОГ в основном практически не проходят в направлении катализатора гидролиза. Под успокоительной или мертвой зоной понимается участок с пониженным давлением относительно давления в подающем блоке и/или дозировочном трубопроводе. Так, в частности, это условие может обеспечиваться за счет использования смесительного средства, которое непосредственно на участке выпуска создает успокоительную или мертвую зону и по ходу потока за этим участком выпуска способствует смешению подаваемых веществ с ОГ.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения предлагаемого в изобретении тепловая изоляция располагается предпочтительно непосредственно рядом с катализатором гидролиза.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемого в изобретении устройства по меньшей мере один из следующих компонентов имеет по меньшей мере один датчик температуры:
а) подающий блок,
б) катализатор гидролиза,
в) СКВ-катализатор,
г) испарительный блок,
д) подводящий трубопровод,
е) испарительная камера и
ж) дозировочный трубопровод для подачи образующегося восстановителя в выпускной трубопровод.
С использованием этого по меньшей мере одного датчика температуры можно измерять температуру соответствующего конструктивного компонента. В состав датчика температуры входит предпочтительно термосопротивление. В предпочтительном варианте датчик температуры соединяется с источником тока. Благодаря этому можно нагревать конструктивный компонент устройства. Нагрев может потребоваться, например, в процессе работы в аварийной ситуации, если в конструктивном компоненте устройства произошло осаждение веществ, которые закупорили этот конструктивный компонент или возникла угроза его закупорки. При этом речь может идти не только о мочевине и ином аналогичном веществе, но и о саже, которая вместе с ОГ, например, путем диффузии попала в подающий блок.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства используется подающее средство, путем задействования которого водный раствор можно подавать из исходной емкости в испарительный блок. В предпочтительном варианте подающее средство имеет по меньшей мере один насос.
Путем задействования подающего средства можно поддерживать постоянное давление водного раствора перед испарительным блоком, при этом для дозированной подачи водного раствора в испарительный блок используется клапан. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения насос представляет собой дозировочный насос, при этом дозировка выполняется путем соответствующего регулирования режимов работы насоса. Под дозировочным насосом подразумевается прежде всего такой насос, который обеспечивает подачу определенных объемов в расчете на единицу времени или в расчете на один ход насоса.
В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства насос может создавать рабочее давление, превышающее максимально возможное давление ОГ в процессе работы ДВС, создаваемое около подающего блока и/или дозировочного трубопровода.
Тем самым в процессе работы можно предотвращать попадание ОГ в испарительный блок и/или катализатор гидролиза. В предпочтительном варианте используется такой насос, производительность которого составляет не более 150, предпочтительно не более 30 или не более 10 мл/мин. В предпочтительном варианте используется такой насос, производительность которого, измеряемая в мл/с, может изменяться на 0,75-2,5 мл/с, прежде всего повышаться на эти величины.
В качестве подающего средства предпочтительно использовать насос, способный создавать абсолютное рабочее давление, составляющее не более 6, предпочтительно не более 2 бар. Колебание поддерживаемого насосом объемного потока относительно заданной его величины составляет не более 5%. В предпочтительном варианте насос выполнен таким образом, что может также выполнять обратную подачу в расходную емкость прежде всего с объемным потоком, который соответствует производительности насоса.
Еще одним объектом настоящего изобретения является также способ нейтрализации ОГ ДВС, при осуществлении которого выполняют следующие стадии:
а) приготавливают газообразную смесь, содержащую по меньшей мере одно из следующих веществ:
а1) восстановитель и
а2) по меньшей мере один предшественник восстановителя,
б) проводят гидролиз предшественника восстановителя, в результате чего получают восстановительную смесь, и
в) подают восстановительную смесь и ОГ в СКВ-катализатор для обеспечения по меньшей мере частичного селективного каталитического восстановления содержащихся в ОГ оксидов азота (NOx), при этом по завершении стадии б) смешивают восстановительную смесь по меньшей мере с отдельными потоками ОГ.
Предлагаемый в изобретении способ можно осуществлять прежде всего с задействованием предлагаемого в изобретении устройства. Особое преимущество предлагаемого в изобретении способа состоит в том, что он позволяет приготавливать аммиак в качестве восстановителя для использования в процессе селективного каталитического восстановления оксидов азота и представляет собой исключительно динамичный в осуществлении способ приготовления аммиака, благодаря чему может также обеспечивать быстрое покрытие исключительно интенсивно нарастающих и тем самым исключительно динамичных потребностей в аммиаке, вызываемых резким повышением содержания оксидов азота в ОГ. Смешение восстановительной смеси с ОГ по завершении стадии б) подразумевает прежде всего то, что испарение водного раствора, включающего по меньшей мере один предшественник восстановителя, происходит вне потока ОГ, и лишь по завершении процесса гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя его подают в ОГ ДВС. Предпочтительным является такой вариант осуществления способа, согласно которому восстановительную смесь смешивают со всеми ОГ ДВС. При этом в качестве восстановителя предпочтительно использовать аммиак, а в качестве предшественника восстановителя - мочевину.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии а) водный раствор, включающий по меньшей мере один предшественник восстановителя, испаряют в испарительном блоке.
В качестве предшественника восстановителя предпочтительно использовать мочевину. Наряду с мочевиной раствор может содержать и другие вещества, например, вещества, понижающие температуру его замерзания. К подобным веществам относятся, например, формиат аммония и/или муравьиная кислота. В продаже имеется соответствующий раствор, выпускаемый под маркой "Denoxium". Возможно также использование раствора, выпускаемого под маркой "AdBlue".
В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого в изобретении способа стадию б) по меньшей мере частично проводят в катализаторе гидролиза. При этом катализатор гидролиза включает прежде всего носитель катализатора, снабженный соответствующим покрытием, катализирующим процесс гидролиза для получения аммиака.
В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа регулируют температуру по меньшей мере одного из следующих конструктивных компонентов:
а) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока,
б) катализатора гидролиза,
в) подающего трубопровода для подачи водного раствора,
г) подводящего трубопровода для подачи газообразной смеси в катализатор гидролиза,
д) дозировочного трубопровода для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и
е) подающего блока, аэрогидродинамически соединяющего катализатор гидролиза с выпускным трубопроводом ДВС.
Преимущество обеспечения регулирования температуры по меньшей мере одного из указанных конструктивных компонентов состоит в возможности точного регулирования кинетики реакции в привязке к образующимся продуктам и их количеству. Так, в частности, становится возможным подавать в ОГ аммиак в количествах, точно рассчитанных на количество оксидов азота, спрогнозированное на данный момент времени или на будущий момент времени, с целью обеспечивать максимально полное превращение оксидов азота в ОГ ДВС в безвредные вещества.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа поддерживают равномерную температуру по меньшей мере одного из следующих конструктивных компонентов:
а) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока,
б) катализатора гидролиза,
в) подающего трубопровода для подачи водного раствора в испарительный блок,
г) подводящего трубопровода для подачи газообразной смеси в катализатор гидролиза,
д) дозировочного трубопровода для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и
е) подающего блока, аэрогидродинамически соединяющего катализатор гидролиза с выпускным трубопроводом ДВС.
Путем проведения разнообразных реакционно-кинетических процессов, которые проходят в ходе предлагаемых в изобретении реакций, может оказаться достаточным поддерживать равномерную температуру лишь отдельных частей одного или нескольких указанных выше конструктивных компонентов или же в целом одного или нескольких указанных выше конструктивных компонентов. При этом под поддержанием равномерной температуры подразумевается прежде всего нагрев или охлаждение конструктивного компонента. При этом может оказаться достаточным использование одного или нескольких из указанных выше конструктивных компонентов в качестве своего рода исполнительного элемента, температура которого поддерживается на заданном уровне таким образом, чтобы за счет кинетики реакции соответственно изменялась температура других конструктивных компонентов.
В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа водный раствор подают по подающему трубопроводу в испаритель раствора восстановителя.
Так, в частности, для подачи водного раствора используют насос, нагнетающий его прежде всего из расходной емкости.
В этой связи наиболее предпочтительно обеспечить возможность для обратной подачи водного раствора по подающему трубопроводу.
Преимущество этого решения проявляется прежде всего в том случае, когда соответствующая система должна быть отключена или отключается. В автомобиле этот случай имеет место, например, тогда, когда водитель отключает систему зажигания двигателя. В этом случае оставшийся в дозировочном трубопроводе аммиак вполне может беспрепятственно поступать в систему выпуска ОГ и после этого также в окружающую среду. Такой результат обычно нежелателен, поэтому за счет обратной подачи из подающего трубопровода и при необходимости также из подводящего трубопровода существенно сокращаются и прежде всего могут предотвращаться выбросы аммиака или же предшественника аммиака в окружающую среду.
В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа обеспечивают испарение до 2,5 мл водного раствора в течение периода времени, не превышающего одной секунды.
Испарительный блок выполнен предпочтительно таким образом, что обеспечивает непрерывное испарение водного раствора в количестве до 30 мл/мин. За счет такого проведения технологического процесса становится возможным динамическое приготовление восстановителя в количестве, позволяющем также превращать оксиды азота, концентрация которых достигает пиковых значений.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления предлагаемого в изобретении способа перед началом проведения процесса поддержания равномерной температуры измеряют температуру по меньшей мере одного из следующих конструктивных компонентов:
а) катализатора гидролиза,
б) испарительного блока,
в) дозировочного трубопровода для подачи образующегося восстановителя в выпускной трубопровод и
г) подающего блока, который может соединять катализатор гидролиза с выпускным трубопроводом,
и согласуют измеренную температуру с по меньшей мере еще одной температурой еще одного конструктивного компонента.
В предпочтительном варианте под другим конструктивным компонентом подразумевается такой конструктивный компонент, температура которого в основном равна температуре окружающей среды и который представляет собой, например, датчик температуры окружающей среды транспортного средства, термометр охлаждающей воды и т.д. При этом согласование инициируют предпочтительно перед началом проведения процесса испарения водного раствора. Под согласованием температур согласно изобретению подразумевается прежде всего сравнение обеих температур, в процессе которого могут учитываться и другие факторы.
При этом процесс испарения водного раствора проводят наиболее предпочтительно лишь в том случае, когда в соответствии с результатом согласования измеренная температура и температура другого конструктивного компонента отличаются друг от друга не более чем на заданную величину разности между ними.
При задании допустимой разности температур учитывают прежде всего ответы на вопросы о том, функционировала ли система в заданный период времени и когда система была отключена. Помимо этого можно задавать такой по продолжительности период времени, в течение которого эти диагностические функции не исполняются, если в течение этого периода времени система функционировала.
Описанные отличительные особенности и преимущества предлагаемого в изобретении устройства можно переносить на предлагаемый в изобретении способ и применять к нему. Описанные отличительные особенности и преимущества предлагаемого в изобретении способа можно переносить на предлагаемое в изобретении устройство и применять к нему.
В другом варианте предлагаемое в изобретении устройство и предлагаемый в изобретении способ можно выполнять, соответственно осуществлять также таким образом, чтобы через катализатор гидролиза и испаритель раствора восстановителя в процессе работы проходил отдельный поток ОГ. Сказанное выше относительно всех представленных в описании предпочтительных вариантов, согласно которым в процессе работы отработавшие газы обычно не проходят через катализатор гидролиза и испаритель раствора восстановителя, можно относить и к такому варианту, согласно которому через катализатор гидролиза и испаритель раствора восстановителя в процессе работы проходит часть потока ОГ.
Ниже изобретение более подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, однако показанные на этих чертежах варианты осуществления изобретения не ограничивают его объем. На чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - схематичный вид в аксонометрии выполненного по первому варианту устройства для приготовления газообразной смеси,
на фиг.2 - схематичный вид в разрезе выполненного по первому варианту устройства для приготовления газообразной смеси,
на фиг.3 - схематичный вид в разрезе подающего трубопровода для подачи водного раствора из расходной емкости в подводящий трубопровод,
на фиг.4 - схематичный вид спереди устройства для селективного каталитического восстановления оксида азота в ОГ ДВС,
на фиг.5 - схематичный вид в разрезе выполненного по второму варианту испарительного блока,
на фиг.6 - схематичный вид в разрезе устройства для приготовления восстановителя,
на фиг.7 - схематичный вид в поперечном разрезе выполненного еще по одному варианту испарительного блока,
на фиг.8 - фрагмент дозировочного трубопровода в зоне его соединения с выпускным трубопроводом,
на фиг.9 - схематичный вид в разрезе выполненного еще по одному варианту устройства для приготовления газообразной смеси,
на фиг.10 - схематичный вид устройства для приготовления газообразной смеси,
на фиг.11 - схематичный вид выполненного по другому возможному варианту подающего блока, предназначенного для подачи восстановительной смеси в ОГ,
на фиг.12 - схематичный вид выполненного по одному из возможных вариантов подающего блока, предназначенного для подачи восстановительной смеси в ОГ,
на фиг.13 - схематичный вид выполненного по одному из вариантов устройства для нейтрализации ОГ ДВС,
на фиг.14 - схематичный вид в аксонометрии средства для отделения капель,
на фиг.15-18 - схематичные виды выполненных по разным вариантам испарительных блоков,
на фиг.19 и фиг.20 - схематичные виды выполненного по следующему варианту устройства для приготовления газообразной смеси,
на фиг.21 - схематичный вид выполненного еще по одному варианту устройства для нейтрализации ОГ,
на фиг.22 - фрагмент подающего блока в зоне его соединения с выпускным трубопроводом и
на фиг.23 и фиг.24 - схематичные виды выполненных по разным вариантам сотовых элементов, выполненных в виде носителей каталитических нейтрализаторов.
На фиг.1 схематично показано устройство 1 для приготовления газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.
При этом под восстановителем подразумевается прежде всего аммиак, а под предшественником восстановителя подразумевается мочевина. Устройство 1 включает подводящий трубопровод 2, имеющий выходное отверстие 3. Помимо этого предусмотрены средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2, которые обеспечивают нагрев подводящего трубопровода 2 выше первой критической температуры, превышающей температуру кипения воды. Кроме того, устройство 1 включает еще не показанную расходную емкость, которая аэрогидродинамически сообщается с подводящим трубопроводом 2. Сказанное означает прежде всего то, что содержащаяся в расходной емкости текучая среда, такая, например, как водный раствор, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, может проходить по подводящему трубопроводу 2 к выходному отверстию 3 в процессе работы устройства. Это устройство 1 позволяет приготавливать газообразную смесь, содержащую по меньшей мере один восстановитель и/или по меньшей мере один предшественник восстановителя.
В рассматриваемом варианте средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 навиты или скручены по спирали вместе с ним. Благодаря этому нагревается и в конечном итоге испаряется текучая среда, проходящая по подводящему трубопроводу 2. Тем самым через выходное отверстие 3 выпускается газообразная смесь, содержащая по меньшей мере один предшественник восстановителя. В зависимости от выбранной температуры средств 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 в нем может даже уже проходить процесс по меньшей мере частичного термолиза предшественника восстановителя, вследствие чего газообразная смесь, выходящая через выходное отверстие, содержит также уже восстановитель, такой, например, как аммиак наряду с предшественником восстановителя, таким, например, как мочевина.
Помимо этого устройство 1 для приготовления газообразной смеси имеет также измерительный преобразователь 5, способный измерять температуру в по меньшей мере одном месте подводящего трубопровода 2. Под измерительным преобразователем 5 могут подразумеваться, например, обычный термоэлемент или обычное термосопротивление. Устройство 1 и/или отдельные конструктивные компоненты, для которых требуется подключение электропитания, снабжены предпочтительно электрическим кабелем с вилкой для обеспечения подключения к источнику электропитания. Под кабелем с вилкой подразумевается прежде всего кабельное соединение, длина которого составляет по меньшей мере полметра, предпочтительно по меньшей мере один метр. Использование кабеля позволяет выполнять штепсельные соединения в тех местах, которые прежде всего в автомобилях подвержены лишь незначительному воздействию отрицательных факторов внешней среды, таких как разбрызгиваемая вода, щебень или иные аналогичные факторы.
На фиг.2 в разрезе показано устройство 1, представленное на фиг.1. Отчетливо показаны подводящий трубопровод 2, по которому в процессе работы устройства может протекать водный раствор, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, а также средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2. Подводящий трубопровод 2 может иметь постоянное поперечное сечение, которое, однако, может быть переменным, как в рассматриваемом варианте. При этом площадь проточного поперечного сечения подводящего трубопровода 2 составляет предпочтительно от 0,75 до 20 мм2, в наиболее предпочтительном варианте площадь проточного поперечного сечения составляет примерно 3 мм2. Преимущество этих проточных поперечных сечений с такими значениями их площади состоит в том, что, с одной стороны, при таком поперечном сечении возможно быстрое и в основном полное испарение водного раствора, а с другой стороны, площадь поперечного сечения настолько велика, что в основном исключается образование отложений внутри подводящего трубопровода 2. На фиг.2 показан также измерительный преобразователь 5, предназначенный для определения температуры подводящего трубопровода 2.
При этом средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 задействуются таким образом, чтобы в процессе работы по длине подводящего трубопровода 2 отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±5°С. При этом заданная средняя температура соответствует в основном первой критической температуре. Подводящий трубопровод 2 изготовлен прежде всего из медного сплава.
На фиг.3 схематично показан подающий трубопровод 6, которым подводящий трубопровод 2 соединяется в процессе работы с еще не показанной расходной емкостью. Подающий трубопровод 6 имеет средство 7 для поддержания равномерной температуры. Средства 7 для поддержания равномерной температуры включают согласно этому варианту соответственно несколько элементов 8 Пельтье и радиатор 9. Элементы 8 Пельтье имеют по одному контакту 10, через который они могут снабжаться электрическим током. При этом в зависимости от полярности электрического тока элементы 8 Пельтье задействуются для нагрева или для охлаждения, благодаря чему эти элементы можно использовать как основные средства для поддержания равномерной температуры подающего трубопровода 6. Радиатор 9 используется прежде всего как излучатель отводимой тепловой энергии, когда элемент, соответственно элементы 8 Пельтье охлаждают подающий трубопровод 6.
Соединительным блоком 11 подающий трубопровод 6 может соединяться с другим конструктивном компонентом. В зависимости от исполнения устройства таким конструктивном компонентом может быть либо уже указанный выше подводящий трубопровод 2, либо в общем случае испарительный блок 12. Частью испарительного блока 12 может быть подводящий трубопровод 2. В общем случае соединительный блок 11 изготовлен по меньшей мере частично из материала, теплопроводность которого составляет менее 10 Вт/м·К. Соединительный блок 11 изготовлен прежде всего из керамического материала и/или из политетрафторэтилена. Соединительный блок 11 исполнен прежде всего таким образом, чтобы по его длине 57 можно было поддерживать температурный градиент, составляющий 40 К/мм и свыше. Благодаря этому становится возможным проводить технологический процесс, в ходе которого испарительный блок 12 и/или подводящий трубопровод 2 имеют заметно более высокую температуру по сравнению с температурой подающего трубопровода 6. Так, например, температура испарительного блока может составлять не менее 300, не менее 400 или не менее 420°С и тем самым может обеспечивать в основном полное испарение водного раствора внутри испарительного блока 12, а температура подающего трубопровода 6 находится лишь на уровне не менее 70, не менее 80 или не менее 90°С, благодаря чему исключается испарение водного раствора уже в подающем трубопроводе 6.
На фиг.4 схематично показано устройство 15 для нейтрализации ОГ 13 не показанного ДВС. ОГ 13 ДВС проходят по выпускному трубопроводу 14. Устройство 15 для нейтрализации ОГ 13 ДВС включает испаритель 16 раствора восстановителя, катализатор 17 гидролиза и СКВ-катализатор 18. В испарителе 16 раствора восстановителя испаряется водный раствор, в состав которого входит предшественник восстановителя. Так, в частности, в качестве предшественника восстановителя используют мочевину. В рассматриваемом варианте испаритель 16 раствора восстановителя включает испарительный блок 12, имеющий подводящий трубопровод 2, нагреваемый предназначенными для этого средствами 4. Этот трубопровод соединен соединительным блоком 11 с подающим трубопроводом 6. Подающий трубопровод 6 охватывается средствами 7, которые предназначены для поддержания равномерной температуры этого трубопровода и которые, например, как указано выше, могут включать один или несколько элементов 8 Пельтье и/или радиатор 9. Подающее средство 19 может подавать водный раствор по меньшей мере одного предшественника восстановителя из соответствующей расходной емкости 20 в подающий трубопровод 6. В испарительном блоке 12 образуется газ, который содержит по меньшей мере один предшественник восстановителя, такой, например, как мочевина, а также при определенных условиях аммиак, образовавшийся уже в результате термолиза мочевины. Эта газообразная смесь подается в катализатор 17 гидролиза, расположенный по ходу потока за испарителем 16 раствора восстановителя. Катализатор 17 гидролиза исполнен таким образом, чтобы благодаря соответствующему нанесенному на него (катализатор) каталитически активному покрытию происходил прежде всего гидролиз мочевины до аммиака. В общем случае катализатор 17 предназначается для обеспечения гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя. Газ, выходящий из катализатора 17 гидролиза, содержащий восстановитель и обозначаемый как восстановительная смесь, подается по дозировочному трубопроводу 21 в выпускной трубопровод 14. Дозировочный трубопровод 21 заканчивается у дозировочного отверстия в выпускном трубопроводе 14, которое расположено по ходу потока перед СКВ-катализатором 18. По ходу потока за дозировочным отверстием 22 и перед СКВ-катализатором 18 расположены смесительные средства 23, которые выполнены в виде направляющей металлической пластины и обеспечивают смешение восстановительной смеси с ОГ 13.
Тем самым в СКВ-катализатор поступает смесь, состоящая из восстановителя и отработавших газов, который обеспечивает восстановление содержащихся в ОГ 13 оксидов азота в СКВ-катализаторе 18. При этом восстановительную смесь предпочтительно приготавливать в таком количестве, которое может оказаться достаточным для максимально полного превращения оксидов азота в ОГ 13 в СКВ-катализаторе 18.
На фиг.5 схематично показан выполненный по второму варианту испарительный блок 12. В этом случае испарительный блок 12 показан в разрезе. Испарительный блок 12 включает испарительную камеру 24, ограничивающую в основном замкнутый объем или замкнутую полость. Согласно этому варианту испарительная камера 24 имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения не показанного подающего трубопровода 6, предназначенного для подачи водного раствора, и второе отверстие 26 для подсоединения не показанного подводящего трубопровода 2, предназначенного для отвода газообразной смеси. В первом отверстии 25 размещено сопло 62 как средство для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительную камеру 24. Это сопло 62 дозированно подает водный раствор 45 в испарительную камеру 24. Помимо этого испарительный блок 12 имеет средства для нагрева испарительной камеры 24. Согласно рассматриваемому варианту эти средства выполнены в виде соответствующих нагревательных элементов 27, контактирующих с испарительной камерой 24. Как показано на фиг.5, этот нагревательный элемент 27 может быть выполнен асимметричным, т.е. на определенных участках, которые расположены в основном напротив первого отверстия 25, нагревательные элементы размещены более плотно в расчете на единицу площади поверхности по сравнению с участками, которые располагаются в основном не напротив первого отверстия 25. Кроме того, в этом случае эти средства включают еще один конструктивный компонент, который собирательно называется как средство 63 для сжигания углеводородов и представляет собой, например, горелку. Подобная горелка может быть также пригодна для обеспечения беспламенного сгорания углеводородов.
Испарительная камера 24 изготовлена предпочтительно из материала, который включает по меньшей мере один из следующих материалов: а) медь, б) алюминий, в) высококачественную сталь, г) материал на основе никеля и д) хромоникелевую сталь. Объем испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 1,5 до 10 см3. В процессе работы мощность, расходуемая нагревательным элементом 27 на нагрев, предпочтительно составляет такую величину, которая составляет до примерно 1 кВт/с, а максимальная мощность, расходуемая на нагрев, задается в зависимости от конкретных условий использования этого элемента. Применительно к легковым машинам максимальная мощность, расходуемая на нагрев, составляет предпочтительно от примерно 500 до 700 Вт/с, применительно к грузовым машинам - от примерно 1200 до 1500 Вт/с. Теплоемкость испарительной камеры 24 составляет предпочтительно менее 120 Дж/К, наиболее предпочтительно от 100 до 110 Дж/К. Оси первого 25 и второго 26 отверстий располагаются относительно друг друга предпочтительно под углом, составляющим от 30 до 70°. Расход водного раствора 45, подаваемого в испарительную камеру 24, составляет предпочтительно до 150 мл/мин, более предпочтительно до 100 мл/мин, наиболее предпочтительно до 30 мл/мин. В предпочтительном варианте испарительная камера 24 имеет в зоне расположения второго отверстия 26 средства, которые позволяют исключить возможность попадания капель во второе отверстие 26. Так, в частности, речь идет при этом о средствах, которые позволяют разрывать тонкий газовый слой, образующийся между каплей и стенкой испарительной камеры 24. Так, в частности, речь идет при этом о выступах на стенках или о иных аналогичных элементах. На этом участке можно также выполнять структуры 28.
Помимо этого испарительная камера 24 имеет внутри одну или несколько структур 28, которые обеспечивают образование большей площади поверхности для обеспечения испарения водного раствора. Согласно рассматриваемому варианту эти структуры 28 изображены относительно большими, однако при этом речь может также идти о структурированной или профилированной поверхности, которую можно создать, например, путем нанесения соответствующего покрытия на внутреннюю поверхность испарительной камеры 24. Альтернативно или дополнительно эти структуры 28 могут также иметь макроскопические структуры, амплитуда или высота которых составляет несколько миллиметров или даже больше. В общем случае под этими структурами 28 подразумеваются средства для повышения смачивающей способности поверхности испарительной камеры 24.
На фиг.6 схематично показана выполненная по первому варианту испарительная камера 24, подсоединенная к выпускному трубопроводу 14. При этом испарительная камера 24 снабжена кожухом 29. Этот кожух 29 изготавливается предпочтительно из соответствующего теплоизоляционного материала, который сокращает тепловые потери в окружающее пространство. Средства 27 для нагрева испарительной камеры 24 соединены выводами 30 нагревательных элементов с не показанным источником тока.
Через второе отверстие 26 испарительный блок 12 сообщается с катализатором 17 гидролиза. Катализатор 17 гидролиза имеет средства 31, предназначенные для поддержания равномерной температуры и в рассматриваемом варианте изготовленные из соответствующей нагревательной проволоки, которая намотана на катализатор 17 гидролиза. Вокруг катализатора 17 гидролиза располагается соответствующий кожух 32, который представляет собой прежде всего тепловую изоляцию для катализатора 17 гидролиза по отношению к окружающей среде и предельно минимизирует возможные тепловые потери. В рассматриваемом варианте катализатор гидролиза соединен непосредственно с выпускным трубопроводом 14 и входит в него. В выпускном трубопроводе 14 выполнено соответствующее отверстие, в которое может входить с обеспечением максимальной герметичности катализатор 17 гидролиза, соответственно его кожух 32. Благодаря использованию соответствующих соединительных средств 33 можно создавать максимально герметичное соединение между катализатором 17 гидролиза и выпускным трубопроводом 14. Помимо этого в качестве пассивных смесительных средств используется направляющая металлическая пластина 34, которая обеспечивает смешение выпускаемой из катализатора 17 гидролиза восстановительной смеси 35 с ОГ, проходящими по выпускному трубопроводу 14.
В испарительном блоке 12 в процессе работы приготавливается газообразная смесь из водного раствора, содержащего мочевину в качестве предшественника восстановителя. Образовавшаяся в испарительном блоке 12 газообразная смесь содержит по меньшей мере мочевину и при определенных условиях также уже аммиак, образовавшийся в результате термолиза соответствующей мочевины. Эта смесь подается через второе отверстие 26 в катализатор 17 гидролиза, в котором протекает процесс в основном полного гидролиза мочевины до аммиака. При этом в катализаторе гидролиза образуется восстановительная смесь 35, в состав которой входит аммиак. Так, в частности, технологический процесс предпочтительно проводить таким образом, чтобы мочевина в количестве не менее 98% превращалась в конечном итоге в аммиак.
На фиг.7 схематично показан выполненный еще по одному варианту испарительный блок, представленный на фиг.5 и фиг.6. Этот вариант отличается от первого описанного выше варианта тем, что предусматривает наличие дополнительного третьего отверстия 36. Через это третье отверстие 36 в процессе работы в непрерывном или импульсном режиме в испарительную камеру 24 можно подавать ОГ. Тем самым в отличие от первого варианта можно обеспечивать лучшее распределение мочевины в образующемся газе. Кроме того, подобный испарительный блок 12 можно также использовать для испарения твердой мочевины, поскольку вместе с ОГ ДВС, подаваемыми через третье отверстие 36, в испарительную камеру 24 поступает вода, которая впоследствии в катализаторе 17 гидролиза может использоваться для гидролиза мочевины до аммиака.
На фиг.8 схематично показана зона соединения между дозировочным 21 и выпускным 14 трубопроводами, представляющего собой элемент соответствующего подающего блока 46. При этом на дозировочный трубопровод 21 навит нагревательный элемент 38, который также расположен вокруг зоны соединения дозировочного трубопровода 21 с выпускным трубопроводом 14.
На фиг.9 схематично в разрезе показано выполненное еще по одному варианту устройство 1 для приготовления содержащей восстановитель газообразной смеси в первой точке сопряжения. Устройство 1 имеет подводящий трубопровод 2, на который или вместе с ним навито соответствующее средство 4 для его нагрева. Подводящий трубопровод 2 и средство 4 для его нагрева расположены вместе в кожухе 29. С внутренней стороны витков подводящего трубопровода 2 расположен первый температурный чувствительный элемент или датчик 39. Этот первый температурный чувствительный элемент 39 соединяется первым соединительным элементом или вилкой 40 с соответствующим не показанным блоком управления. Через выходное отверстие 3 подводящего трубопровода 2 испарительный блок 12 сообщается с катализатором 17 гидролиза. Катализатор 17 гидролиза имеет покрытие, катализирующее процесс гидролиза мочевины до аммиака. Катализатор 17 гидролиза охватывается средствами 31, предназначенными для поддержания его равномерной температуры и включающими нагревательную проволоку в соответствующем исполнении. Эти средства 31 для поддержания равномерной температуры катализатора 17 гидролиза могут соединяться соответствующими контактами 41 первого нагревательного элемента с соответствующим источником электрического тока. Сказанное относится и к средствам 4 для нагрева подводящего трубопровода 2, которые соответствующими вторыми контактами или выводами 42 нагревательного элемента могут соединяться с соответствующим источником электрического тока. Катализатор 17 гидролиза имеет второй температурный чувствительный элемент 43, который может подсоединяться соответствующим вторым соединительным элементом или вилкой 44 к непоказанному блоку управления. Второй температурный чувствительный элемент 43 позволяет определять температуру внутри или около катализатора 17 гидролиза.
В процессе работы в подводящий трубопровод 2 подается водный раствор 45 мочевины. Средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 нагревают его и тем самым обеспечивают испарение этого водного раствора мочевины и при определенных условиях в зависимости от поддерживаемой равномерной температуры по меньшей мере частичный термолиз содержащейся в растворе мочевины до аммиака. Через выходное отверстие 3 соответствующая газообразная смесь подается в катализатор 17 гидролиза, в котором проходит процесс гидролиза, предпочтительно в основном полного гидролиза содержащейся в смеси мочевины до аммиака. Из катализатора 17 гидролиза выпускается соответствующая восстановительная смесь 35, которая может подаваться в выпускной трубопровод 14 системы выпуска ОГ ДВС. При этом технологический процесс предпочтительно проводить таким образом, чтобы температурный чувствительный элемент 39, 43 обеспечивал контроль температур испарительного блока 12 и/или катализатора 17 гидролиза и соответствующие средства 4, 31 нагревали оба конструктивных компонента 12, 17.
На фиг.10 схематично показано устройство 1 для приготовления газообразной смеси 35, содержащей по меньшей мере один восстановитель. Это устройство включает последовательно подсоединенный подающий трубопровод 6, по которому водный раствор подается из непоказанной расходной емкости в испарительный блок 12. К испарительному блоку 12 присоединяется катализатор 17 гидролиза, а к нему - дозировочный трубопровод 21 для подачи соответствующей смеси в непоказанный выпускной трубопровод 14 или подающий блок 46 для подачи восстановительной смеси в выпускной трубопровод 14. Испарительный блок 12 имеет третий температурный чувствительный элемент 47. Этот третий температурный чувствительный элемент 47 может измерять температуру подающего трубопровода 6 или температуру в нем. Дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 необязательно имеют четвертый температурный чувствительный элемент 48, который может измерять температуру дозировочного трубопровода 21 и/или подающего блока 46 или температуру в дозировочном трубопроводе 21 и/или в подающем блоке 46. Испарительный блок 12 имеет средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 и/или средства 27 для нагрева испарительной камеры 24. Катализатор 17 гидролиза необязательно или в качестве альтернативы и/или в качестве дополнения к средствам 4, 27 может иметь средства 31 для поддержания равномерной температуры катализатора 17 гидролиза. Необязательно альтернативно и/или дополнительно подающий трубопровод 6 имеет средства 49 для поддержания равномерной температуры, путем задействования которых можно поддерживать равномерную температуру подающего трубопровода 6. Так, в частности, в данном случае предпочтительно и согласно изобретению можно использовать один или несколько элементов Пельтье. Дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 имеют средства 50 для поддержания равномерной температуры средств для подачи смеси, способные поддерживать равномерную температуру дозировочного трубопровода 21 и/или подающего блока 46. В этом случае также предпочтительно использовать по меньшей мере один элемент Пельтье.
Все предусмотренные средства 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры и все предусмотренные температурные чувствительные элементы 39, 43, 47, 48 соединены с блоком 51 управления. Этот блок 51 управления регулирует температуру с задействованием регулирующего контура, в состав которого входят по меньшей мере одно средство 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры и по меньшей мере один температурный чувствительный элемент 39, 43, 47, 48. В предпочтительном варианте количество температурных чувствительных элементов 39, 43, 47, 48 превышает количество средств 4, 27, 31, 49, 50 для поддержания равномерной температуры конструктивных компонентов 6, 2, 24, 17, 21, 46. Блок 51 управления предпочтительно соединен с системой управления ДВС или встроен в нее. Данные, имеющиеся в системе управления ДВС, и его рабочие параметры предпочтительно могут приниматься во внимание при управлении процессом испарения и/или подачи смеси в испарительный блок 12.
На фиг.11 схематично показан фрагмент устройства для приготовления газообразной смеси. В выпускной трубопровод 14 перед СКВ-катализатором 18 встроен сотовый элемент 52, который имеет проточные для текучей среды каналы и представляет собой часть соответствующего смесительного средства 53. Сотовый элемент 52 выполнен таким образом, чтобы ОГ могли проходить через него по меньшей мере отчасти под углом к направлению основного их потока. При этом направление 54 основного потока обозначено соответствующей стрелкой на фиг.11. В рассматриваемом варианте сотовый элемент 52 выполнен коническим. Сотовый элемент имеет прежде всего значительную по размерам выемку 55, не имеющую каналов. В эту выемку 55 входит дозировочный трубопровод 21, который представляет собой часть подающего блока 46 и через который в выемку в процессе работы подается восстановительная смесь 35.
На фиг.12 схематично показан выполненный по следующему варианту подающий блок 46, имеющий дозировочный трубопровод 21 для подачи восстановительной смеси в выпускной трубопровод 14. В этом случае дозировочный трубопровод 21 проходит сквозь стенку выпускного трубопровода 14 и имеет изогнутую форму. Дозировочный трубопровод 21 имеет перфорационные отверстия 56 на том своем участке, который входит внутрь выпускного трубопровода 14. При этом дозировочный трубопровод 21 необязательно имеет загиб, соответственно изогнутый конец, входящий в выпускной трубопровод 14, равным образом дозировочный трубопровод 21 может также входить в выпускной трубопровод 14 перпендикулярно ему, соответственно прямо в него. В данном месте дополнительно предусмотрена направляющая металлическая пластина 23, которая обеспечивает дополнительное повышение качества смешения восстановительной смеси с ОГ 13 в выпускном трубопроводе 14.
На фиг.13 схематично показано выполненное по одному из вариантов устройство 1 для нейтрализации ОГ непоказанного ДВС. При этом на первом участке 58 выпускного трубопровода расположены испарительный блок 12 и катализатор 17 гидролиза. Средство 60 для направления потока обеспечивает распределение ОГ между первым 58 и вторым 59 участками выпускного трубопровода. По ходу потока за зоной соединения 61 первого участка выпускного трубопровода 58 со вторым участком 59 выпускного трубопровода расположен СКВ-катализатор 18.
Испарительный блок 12 имеет предпочтительно средства 64, которые предназначены для отделения капель и могут располагаться, например, внутри подводящего трубопровода 2 или во втором отверстии 26 либо за этим отверстием испарительной камеры 24. На фиг.14 схематично показано выполненное по одному из вариантов такое средство 64 для отделения капель. Это средство 64 соединено с подводящим трубопроводом 2 или в общем случае с трубопроводом 65, по которому поступает пар. Если капли все еще имеются в паре, то согласно рассматриваемому варианту они улавливаются с использованием сил инерции. В средстве 64 располагается одна или несколько отражательных пластин 66, которые изменяют направления 67 потока. Отражательная пластина 66 и/или корпус 68 средства 64 выполнены нагреваемыми, благодаря чему осажденные капли также испаряются. Вместо показанного средства 64 для отделения капель альтернативно или дополнительно могут использоваться и другие средства, например, подводящий трубопровод 2 или трубопровод 65 могут иметь на отдельных участках сужения поперечного сечения, выступы, отклоняющие поверхности или иные аналогичные элементы.
На фиг.15 схематично показан выполненный еще по одному варианту испарительный блок 12, у которого подводящий трубопровод 2 может нагреваться специально предназначенными для этого средствами 4. Средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 включают в данном случае стержневой нагревательный элемент 69, который электрическими контактами 70 соединяется с источником тока. В подводящий трубопровод 2 встроено средство 64 для отделения капель, нагреваемое благодаря наличию контакта со стержневым нагревательным элементом 69.
На фиг.16 схематично показан выполненный по следующему варианту испарительный блок 12, у которого подводящий трубопровод 2 выполнен в виде навитой или скрученной по спирали петли, обеспечивающей двукратную обмотку стержневого нагревательного элемента 69 этим трубопроводом.
На фиг.17 и фиг.18 схематично показаны выполненные по другим вариантам испарительные блоки 12, у которых подводящий трубопровод 2 закреплен на стержневом нагревательном элементе 69 не как навитая вокруг его продольной оси спираль, а как зигзагообразный элемент. В принципе подводящий трубопровод 2 предпочтительно соединять со стержневым нагревательным элементом 69 неразъемным соединением, прежде всего соединением, выполненным пайкой твердым припоем.
На фиг.19 и фиг.20 схематично показано выполненное еще по одному варианту устройство 1 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ: а) восстановитель, предпочтительно аммиак, и б) по меньшей мере один предшественник восстановителя, прежде всего мочевина, а также показан катализатор 17 гидролиза. Устройство 1 имеет по меньшей мере один подводящий трубопровод 2, в рассматриваемом варианте - четыре подводящих трубопровода 2, которые навиты по спирали на стержневой нагревательный элемент 69. Каждый из подводящих трубопроводов 2 имеет по выходному отверстию 3, через которое в процессе работы выпускается газообразная смесь, содержащая восстановитель. Выходные отверстия 3 расположены соответственно таким образом, чтобы они были в основном равномерно распределены по окружности. Подводящие трубопроводы 2 соединены с непоказанной расходной емкостью 20, из которой подающее средство 19 подает водный раствор 45 по меньшей мере одного предшественника восстановителя в подводящий трубопровод 2. Подводящие трубопроводы 2 и нагревательный элемент 69 образуют часть соответствующего испарителя 16 раствора восстановителя.
По ходу потока за выходными отверстиями 3 расположен катализатор 17 гидролиза, который может нагреваться также стержневым нагревательным элементом 69. Согласно одному из предпочтительных вариантов предусмотрен только один стержневой нагревательный элемент 69, который находится в теплотехническом контакте как с одним или со всеми подводящими трубопроводами 2, так и с катализатором 17 гидролиза. Согласно рассматриваемому варианту катализатор 17 гидролиза выполнен в виде кольцевого сотового элемента. По ходу потока за катализатором 17 гидролиза присоединяется дозировочный трубопровод 21, по которому в процессе работы в выпускной трубопровод 14 может подаваться газовый поток, содержащий по меньшей мере один восстановитель. Соединительные средства 71 обеспечивают механическое соединение с выпускным трубопроводом 14. Помимо этого имеется тепловая изоляция 72, которая обеспечивает тепловую развязку между катализатором 17 гидролиза и выпускным трубопроводом 14. Кроме того, предусмотрен тепловой экран 73, который предотвращает потерю тепла, излучаемого катализатором 17 гидролиза. Помимо этого между наружным 75 и внутренним 76 кожухами предусмотрен воздушный зазор 74, который дополнительно повышает эффективность тепловой изоляции.
На фиг.20 показано поперечное сечение, включающее зону нахождения подводящих трубопроводов 2, которые расположены по окружности вокруг стержневого нагревательного элемента 69.
На фиг.21 схематично показано выполненное еще по одному варианту устройство 15 для нейтрализации ОГ 13. В отличие от варианта, представленного на фиг.4, согласно этому варианту в подающем трубопроводе 6 предусмотрен клапан 77, предназначенный для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительный блок 12. Сигналы управления могут подаваться на клапан 77 через управляющий контакт 78.
На фиг.22 схематично показана зона соединения 79 подающего блока 46 с выпускным трубопроводом 14. В данном случае выпускной трубопровод 14 и/или подающий блок имеют заслонку 80, которая в процессе работы в зоне соединения 79 создает мертвую зону или зону успокоения потока ОГ, т.е. зону пониженного давления, и тем самым предотвращает попадание под давлением какого-либо количества ОГ в подающий блок 46. Подающий блок 46 имеет также датчик 81 температуры, который включает кольцевое термосопротивление. При накоплении осаждений на этом участке датчик 81 температуры можно соединять с источником тока (не показан) с целью повышения температуры до второй заданной ее величины, составляющей, например, не менее 550 или даже не менее 600°С, при которой происходит разложение отложений или уменьшение их количества.
На фиг.23 схематично в поперечном сечении показан сотовый элемент 82, который можно использовать как катализатор 17 гидролиза и как СКВ-катализатор 18, но для каждого варианта применения необходимо наносить соответствующее ему другое каталитически активное покрытие. Сотовый элемент 82 изготовлен из гладких 83 и гофрированных 84 металлических слоев, которые согласно этому варианту были набраны в три пакета и затем скручены друг с другом в рулон. Помимо этого сотовый элемент 82 имеет трубчатый кожух 85, который охватывает снаружи этот сотовый элемент 82. Гладкие 83 и гофрированные 84 слои образуют каналы 86, проточные для ОГ 13.
На фиг.24 схематично показан выполненный по следующему варианту сотовый элемент 87, который имеет кольцевую форму и может использоваться как катализатор 17 гидролиза и как СКВ-катализатор 18, но для каждого варианта применения необходимо наносить соответствующее ему другое каталитически активное покрытие. Сотовый элемент 87 состоит из слоев 88, которые имеют гладкие 89 и гофрированные 90 участки, которые путем фальцовки наложены друг на друга и образуют каналы 86, проточные для ОГ 13. Сотовый элемент 87 расположен в пространстве между наружным 91 и внутренним 92 трубчатыми кожухами.
Так, в частности, для нагреваемого средствами 4, 69 подводящего трубопровода 2 в принципе предпочтительно предусматривать наряду с нагревом с одной стороны и нагрев с другой стороны. Так, в частности, можно использовать дополнительные выполненные в виде гильз нагревательные элементы, которые охватывают подводящий трубопровод снаружи. В предпочтительном варианте в процессе работы в определенном поперечном сечении подводящего трубопровода 2 по окружному периметру отклонение температуры от заданной средней температуры в принципе составляет не более ±25°С.
В качестве катализатора 17 гидролиза используется в принципе также труба, снабженная покрытием, катализирующим процесс гидролиза прежде всего мочевины до аммиака, или же трубчатый кожух, имеющий по меньшей мере один расположенный внутри у наружного окружного периметра структурированный или профилированный металлический слой, имеющий в радиальном направлении в своей внутренней части предпочтительно свободно проточное поперечное сечение, площадь которого составляет по меньшей мере 20% от общей площади поперечного сечения трубчатого кожуха. Выполненные по этим вариантам катализаторы нагреваются предпочтительно снаружи.
В принципе перед началом процесса приготовления восстановителя перед СКВ-катализатором 18 предпочтительно выполняют следующие стадии диагностики:
- сначала проверяют, подключены ли к источнику электрического тока или снабжаются ли топливом имеющиеся обеспечивающие поддержание равномерной температуры и/или нагревательные средства 4, 27, 31, 49, 50, 63, 69,
- после получения положительного ответа на вопрос о наличии подключения к источнику электрического тока и/или топлива нагревают испарительный блок 12 и при определенных условиях катализатор 17 гидролиза соответственно до заданных для них значений температуры, т.е. нагревают прежде всего подводящий трубопровод 2 до температуры, составляющей от примерно 350 до 450°С, и/или испарительную камеру 24 до температуры, составляющей от примерно 350 до 450°С, предпочтительно соответственно до примерно 380°С, параллельно подают водный раствор 45 в испарительный блок 24, прежде всего в соединительный блок 11, при этом, с одной стороны, водный раствор 45 можно подавать в таком объеме, который соответствует в основном объему подающего трубопровода 6, а с другой стороны, в соответствующем месте, например, на соединительном блоке 11, в нем или рядом с ним можно размещать соответствующий датчик, например, работающий по принципу измерения электропроводности,
- далее определяют температуру СКВ-катализатора 18, соответственно выпускного трубопровода 14, прежде всего измеряют и/или вычисляют на основе данных системы управления ДВС.
Если температура СКВ-катализатора 18 превышает заданную предельную величину, которая соответствует прежде всего нижнему пределу рабочей температуры СКВ-катализатора 18, то в испарительный блок 12 подают водный раствор 45. Если испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2 и/или испарительная камера 24 все еще сохраняют в основном свою рабочую температуру, то можно исключить выполнение указанных выше стадий диагностики.
В процессе работы подводимую в испарительный блок 12 мощность, расходуемую на нагрев, коррелируют с количеством подаваемого водного раствора 45. Так, в частности, сказанное означает, что проверяется величина мощности, расходуемой на нагрев и потребной для испарения соответствующего количества подаваемого водного раствора. Если измеренная величина фактической мощности, расходуемой на нагрев, для определенного временного интервала ниже потребной мощности, расходуемой на нагрев, то пользователю подается предупредительный сигнал, извещающий его о том, что может иметь место сужение поперечного сечения подводящего трубопровода 2 и/или дозировочного трубопровода 21.
Кроме того, в предпочтительном варианте периодически через заданные промежутки времени испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2, испарительная камера 24, катализатор 17 гидролиза, дозировочный трубопровод 21 и/или подающий блок 46 нагреваются до температуры, которая превышает нормальную рабочую температуру и которая обеспечивает таким образом удаление отложений, накопившихся при определенных условиях.
По окончании процесса испарения, имеющего место, например, в том случае, когда отключается ДВС, может происходить обратная подача водного раствора 45 из подводящего трубопровода 2. В предпочтительном варианте перед обратной подачей из подводящего трубопровода 2 сначала прекращается подача водного раствор 45, однако при этом испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2 и/или испарительная камера 24 по-прежнему нагреваются до обычной температуры с целью обеспечить таким образом полное испарение и тем самым при обратной подаче предотвратить также попадание в подающий трубопровод 6 загрязнений, возможно имеющихся в испарительном блоке 12, подводящем трубопроводе 2 и/или испарительной камере 24. Затем по истечении определенного периода времени можно инициировать процесс обратной подачи, обеспечиваемой подающим средством 19. В предпочтительном варианте на соединительном блоке 11 или рядом с ним предусмотрен клапан, через который при обратной подаче может отсасываться воздух. В принципе процесс обратной подачи продолжается до тех пор, пока содержимое подающего трубопровода 6 не будет в основном возвращено в расходную емкость 20.
При значительных колебаниях количества подаваемого водного раствора 45, что может быть обусловлено, например, значительным нарастанием концентрации оксидов азота в ОГ ДВС, могут создаваться ситуации, в которых испарительный блок 12 не способен испарять в течение очень короткого промежутка времени значительно большее количество водного раствора 45, поскольку не представляется возможным обеспечивать соответственно столь же быстрый нагрев. В этом случае количество подаваемого водного раствора 45 предпочтительно повышать лишь таким образом, чтобы все еще обеспечивалось его полное испарение.
Количество подаваемого восстановителя и, следовательно, также количество испаряемого водного раствора 45 можно определять в зависимости, например, от по меньшей мере одного из следующих параметров, к которым относятся:
а) концентрация оксидов азота в ОГ,
б) прогнозируемое количество генерируемого оксида азота, которое предпочтительно должно быть известно уже тогда, когда ОГ проходят через СКВ-катализатор 18, и
в) максимальное количество восстановителя, которое может быть полностью использовано в процессе превращения непосредственно в СКВ-катализаторе 18.
Расходная емкость 20, подающий трубопровод 6, испарительный блок 12, подводящий трубопровод 2, испарительная камера 24 и/или катализатор гидролиза 17 могут находиться в тепловом контакте, например, с топливным баком ДВС. Для защиты от замерзания содержимого бак обычно имеет систему подогрева, которая может обеспечивать также защиту от замерзания указанных выше конструктивных компонентов.
Согласно еще одному предпочтительному варианту предлагается устройство 1 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из указанных ниже веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.
При этом устройство 1 имеет расходную емкость 20 для водного раствора 45, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя. Из расходной емкости 20 водный раствор 45 может подаваться подающим средством 19 в по меньшей мере один подводящий трубопровод 2, имеющий выходное отверстие 3. В предпочтительном варианте предусмотрены средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2, которые нагревают по меньшей мере один подводящий трубопровод 2 до температуры выше критической температуры, которая превышает температуру кипения воды. Эта температура нагрева составляет предпочтительно 350°С или свыше, предпочтительно 400°С или свыше, прежде всего примерно 380°С. В соответствии со следующим предпочтительным вариантом выполнения этого устройства 1 подающее средство 19 имеет по меньшей мере один насос. В предпочтительном варианте речь идет при этом о дозировочном насосе. Согласно другому предпочтительному варианту выполнения этого устройства между подающим средством 19 и подводящим трубопроводом 2 установлен клапан для подачи дозированного количества водного раствора 45. Помимо этого средства 4 для нагрева включают предпочтительно по меньшей мере один из следующих элементов:
а) электрический резистивный нагреватель,
б) средства для передачи тепла, необходимые для обеспечения использования отходящего тепла по меньшей мере другого конструктивного компонента,
в) по меньшей мере один элемент Пельтье и
г) средство для сжигания горючего.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом это устройство 1 отличается тем, что оно выполнено таким образом, чтобы в процессе его работы по длине подводящего трубопровода 2 отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С.
Согласно еще одному предпочтительному варианту это устройство отличается тем, что площадь проточного поперечного сечения подводящего трубопровода 2 составляет не более 20 мм. Помимо этого подводящий трубопровод 2 предпочтительно изготавливать из материала, включающего по меньшей мере один из следующих материалов:
а) медь,
б) алюминий,
в) материал на основе никеля,
г) хромоникелевую сталь и
д) высококачественную сталь.
Длина подводящего трубопровода 2 составляет прежде всего от 0,1 до 5 м, предпочтительно от 0,3 до 0,7 м, наиболее предпочтительно в основном 0,5 м. Толщина стенки подводящего трубопровода 2 составляет предпочтительно от 0,1 до 0,5 мм. Теплоемкость подводящего трубопровода 2 составляет предпочтительно по меньшей мере 150 Дж/К.
В следующем наиболее предпочтительном варианте выполнения этого устройства 1 подводящий трубопровод 2 и средства 4 для его нагрева на по меньшей мере одном отдельном участке располагаются относительно друг друга в соответствии с по меньшей мере одной из следующих схем расположения:
а) подводящий трубопровод 2 и средства 4 для его нагрева расположены коаксиально относительно друг друга на по меньшей мере одном отдельном участке,
б) подводящий трубопровод 2 и средства 4 для его нагрева расположены концентрично друг другу на по меньшей мере одном отдельном участке,
в) подводящий трубопровод 2 и средства 4 для его нагрева расположены рядом друг с другом на по меньшей мере одном отдельном участке,
г) по меньшей мере один отдельный участок подводящего трубопровода 2 навит на средство 4, предназначенное для его нагрева,
д) по меньшей мере отдельные участки средства 4 для нагрева подводящего трубопровода 2 представляют собой стержневой нагревательный элемент 69, на который навит подводящий трубопровод 2, и
е) подводящий трубопровод 2 образует канал в стержневом нагревательном элементе 69.
В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом выполнения устройства 1 подводящий трубопровод 2 и средство 4 для его нагрева неразъемно соединены друг с другом на по меньшей мере отдельных участках. Под неразъемным соединением подразумевается прежде всего паяное и/или сварное соединение.
Согласно другому предпочтительному варианту выполнения устройства 1 подводящий трубопровод 2 по меньшей мере частично покрыт покрытием, катализирующим процесс гидролиза предшественника восстановителя до восстановителя. Устройство 1 имеет предпочтительно по меньшей мере один измерительный преобразователь 5, предназначенный для определения температуры подводящего трубопровода 2. Этот измерительный преобразователь соединяется предпочтительно с источником 5 тока, благодаря чему становится возможным нагревать подводящий трубопровод 2 до температуры, превышающей критическую температуру, например, в соответствии с процедурой действий в аварийной ситуации.
Ниже описан осуществляемый по одному из предпочтительных вариантов способ приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.
При этом водный раствор 45 по меньшей мере одного предшественника восстановителя подают из расходной емкости 20 в подводящий трубопровод 2. Подводящий трубопровод 2 нагревают при этом таким образом, чтобы водный раствор 45 полностью испарялся с образованием газообразной смеси. При этом под определением "полное испарение" подразумевается прежде всего такое испарение, которое означает испарение водного раствора в количестве 90 мас.% и более, предпочтительно в количестве 95 мас.% и более, наиболее предпочтительно в количестве 98 мас.%. Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления этого способа по меньшей мере один из предшественников восстановителя, к которым относятся
а) мочевина и
б) формиат аммония, содержится в по меньшей мере одном из следующих компонентов, таких как:
А) смесь и
Б) водный раствор.
Помимо этого в предпочтительном варианте значения температуры в подводящем трубопроводе 2 соответствуют средней температуре, составляющей от 380 до 450°С. По длине подводящего трубопровода 2 отклонение температуры от заданной средней температуры, равной предпочтительно от 380 до 450°С, составляет предпочтительно не более ±25°С.
В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления этого способа мощность, расходуемую на нагрев, задают таким образом, чтобы она изменялась до 500 Вт/с. Расход водного раствора 45, подаваемого в подводящий трубопровод 2, составляет предпочтительно 0,5 мл/с. Кроме того, площадь проточного поперечного сечения подводящего трубопровода 2 составляет предпочтительно не более 20 мм2. Подводящий трубопровод 2 нагревают предпочтительно до второй температуры, превышающей критическую температуру, при которой происходит полное испарение водного раствора 45, с целью тем самым удалить отложения, накопившиеся при определенных условиях.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления этого способа перед началом процесса испарения определяют температуру подводящего трубопровода 2 и сравнивают ее значение с другими известными значениями температур. При этом речь может идти, например, о других известных в автомобиле или измеренных температурах, таких, например, как наружная температура, измеренная соответствующим измерительным преобразователем, или температура охлаждающей воды.
В другом предпочтительном варианте осуществления этого способа подводящий трубопровод 2 нагревают электрическим резистивным нагревателем, для чего перед началом процесса нагрева определяют сопротивление этого резистивного нагревателя и в зависимости от определенной при этом величины сопротивления нагревают подводящий трубопровод. В соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления этого способа контролируют мощность, расходуемую на нагрев подводящего трубопровода 2. В следующем предпочтительном варианте осуществления этого способа нагрев прерывают, когда в течение заданного периода времени мощность, расходуемая на нагрев, остается ниже величины, зависящей от количества испаряемого водного раствора.
Ниже описано выполненное еще по одному предпочтительному варианту устройство 1 для приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.
Это устройство имеет расходную емкость 20, предназначенную для водного раствора 45, в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя, и аэрогидродинамически сообщающуюся с испарительной камерой 24. Помимо этого предусмотрено средство для дозированной подачи водного раствора 45 в испарительную камеру 24, для нагрева которой предусмотрены средства 27, 63, которые нагревают испарительную камеру 24 до температуры, превышающей критическую температуру или равной критической температуре, при которой водный раствор по меньшей мере частично испаряется. Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения этого устройства 1 средства для дозированной подачи водного раствора 45 включают по меньшей мере одно сопло 62. Испарительная камера 24 имеет предпочтительно в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 и второе отверстие 26 для подсоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси. В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения этого устройства 1 испарительная камера 24 имеет в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для подсоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора, второе отверстие 26 для подсоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси и третье отверстие 36 для подачи ОГ 14. В следующем предпочтительном варианте выполнения этого устройства средства 27, 63 для нагрева испарительной камеры 24 включают по меньшей мере один из следующих компонентов:
а) электрический резистивный нагреватель 27 и
б) средство 63 для сжигания горючего.
Помимо этого испарительная камера 24 выполнена предпочтительно как геометрическое тело, обладающее в основном центральной симметрией. При этом радиус испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 2 до 25 мм. Кроме того, объем испарительной камеры 24 составляет предпочтительно от 30 до 4000 мм3. Мощность средств 27, 63 для нагрева испарительной камеры может составлять до 5 кВт. Кроме того, в предпочтительном варианте предусмотрен подающий трубопровод 6, который предназначен для подачи водного раствора 45, соединяет испарительную камеру 24 с расходной емкостью 20 и соединен с подающим средством 19, при задействовании которого текучая среда подается по подающему трубопроводу 6. Согласно еще одному предпочтительному варианту это устройство выполнено таким образом, что в процессе работы отклонение температуры испарительной камеры 24 от заданной средней температуры составляет не более ±25°С. Помимо этого испарительная камера 24 имеет предпочтительно на по меньшей мере отдельных участках средства 28 для повышения смачивающей способности поверхности. К этим средствам может относиться прежде всего микропрофильная структура, выполненная на внутренней поверхности (выступы или иные аналогичные элементы) испарительной камеры 24.
Ниже описан осуществляемый еще по одному варианту такой способ приготовления газообразной смеси, в состав которой входит по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один восстановитель и
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя.
Водный раствор 45 по меньшей мере одного предшественника восстановителя подают в испарительную камеру 24, которую нагревают таким образом, чтобы водный раствор 45 полностью испарялся с образованием газообразной смеси. Дополнительное преимущество этого способа состоит в том, что его осуществляют в испарительной камере 24, которая имеет в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для присоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45 и второе отверстие 26 для присоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси.
В другом варианте испарительная камера 24 может иметь в основном замкнутый объем, который имеет лишь первое отверстие 25 для присоединения подающего трубопровода 6 для подачи водного раствора 45, второе отверстие 26 для присоединения подводящего трубопровода 2 для отвода газообразной смеси и третье отверстие 36 для подачи ОГ 14.
Эти варианты осуществления способа предпочтительно можно модифицировать за счет обеспечения регулирования нагрева. Так, в частности, испарительную камеру 24 нагревают до средней температуры, составляющей от 350 до 450°С. Далее испарительную камеру 24 нагревают предпочтительно до средней температуры таким образом, чтобы ни в одной точке испарительной камеры 24 отклонение температуры от заданной средней температуры составляло не более ±25°С.
Преимущество предлагаемого в изобретении устройства 15 состоит в том, что оно позволяет приготавливать в достаточно большом количестве восстановитель, используемый для селективного каталитического восстановления оксидов азота в СКВ-катализаторе 18, и одновременно создает возможность изготавливать катализатор 17 гидролиза, имеющий меньший объем по сравнению с известными из уровня техники катализаторами, поскольку согласно изобретению через катализатор 17 гидролиза не проходят ОГ.
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для обработки отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Устройство (15) для обработки отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеющее испаритель (16) раствора восстановителя с испарительным блоком (12), предназначенным для испарения водного раствора (45), содержащего один предшественник восстановителя, и для приготовления таким путем газообразной смеси, содержащей одно из следующих веществ: а) один предшественник восстановителя и б) восстановитель, соединенный с испарителем (16) раствора восстановителя катализатор (17) гидролиза, прежде всего гидролиза мочевины до аммиака, и катализатор (18) селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор) оксидов азота, расположенный в выпускном трубопроводе (14), и отличающееся тем, что испаритель (16) раствора восстановителя и катализатор гидролиза (17) расположены вне выпускного трубопровода (14) с возможностью соединения с ним, причем по ходу потока за катализатором (17) гидролиза расположена тепловая изоляция (72), предотвращающая тепловой контакт катализатора (17) с выпускным трубопроводом (14). Изобретение позволяет снизить токсичность отработавших газов. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 24 ил.
1. Устройство (15) для обработки отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеющее по меньшей мере
испаритель (16) раствора восстановителя с испарительным блоком (12), предназначенным для испарения водного раствора (45), содержащего по меньшей мере один предшественник восстановителя, и для приготовления таким путем газообразной смеси, содержащей по меньшей мере одно из следующих веществ:
а) по меньшей мере один предшественник восстановителя и
б) восстановитель,
соединенный с испарителем (16) раствора восстановителя катализатор (17) гидролиза, прежде всего гидролиза мочевины до аммиака, и
катализатор (18) селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор) оксидов азота, расположенный в выпускном трубопроводе (14), отличающееся тем, что испаритель (16) раствора восстановителя и катализатор гидролиза (17) расположены вне выпускного трубопровода (14) с возможностью соединения с ним, причем по ходу потока за катализатором (17) гидролиза расположена тепловая изоляция (72), предотвращающая тепловой контакт катализатора (17) гидролиза с выпускным трубопроводом (14).
2. Устройство по п.1, в котором испарительный блок (12) подающим трубопроводом (6) соединен с расходной емкостью (20) для водного раствора (45), а подающий трубопровод (6) и испарительный блок (12) соединены друг с другом соединительным блоком (11).
3. Устройство по п.2, в котором соединительный блок (11) по меньшей мере частично изготовлен из материала, теплопроводность которого составляет менее 10 Вт/(м·К).
4. Устройство по п.2 или 3, в котором соединительный блок (11) изготовлен из по меньшей мере одного материала, включающего по меньшей мере один из следующих материалов:
а) керамический материал и
б) политетрафторэтилен (ПТФЭ).
5. Устройство по п.2 или 3, в котором соединительный блок (11) выполнен таким образом, чтобы по его длине поддерживался температурный градиент, составляющий 40 К/мм и выше.
6. Устройство по одному из пп.1-3, в котором по меньшей мере один из следующих конструктивных компонентов имеет катализирующее процесс гидролиза мочевины покрытие:
а) по меньшей мере отдельные части соединительного блока (11),
б) по меньшей мере отдельные части подводящего трубопровода (2) для подачи газообразной смеси в катализатор (17) гидролиза,
в) по меньшей мере отдельные части испарительного блока (12),
г) по меньшей мере отдельные части дозировочного трубопровода (21) для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и
д) по меньшей мере отдельные части подающего блока (46), соединяющего катализатор (17) гидролиза с выпускным трубопроводом (14).
7. Устройство по п.1, в котором тепловая изоляция (72) расположена непосредственно рядом с катализатором (17) гидролиза.
8. Способ обработки отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что
а) приготавливают газообразную смесь, содержащую по меньшей мере одно из следующих веществ:
а1) восстановитель и а2) по меньшей мере один предшественник восстановителя,
б) по меньшей мере один предшественник восстановителя подвергают гидролизу в катализаторе (17) гидролиза с получением восстановительной смеси (35),
в) восстановительную смесь (35) и ОГ (14) подают в СКВ-катализатор (18), расположенный в выпускном трубопроводе (14), для по меньшей мере частичного селективного каталитического восстановления содержащихся в ОГ оксидов азота (NOx), при этом по завершении стадии б) восстановительную смесь (35) смешивают с по меньшей мере отдельными потоками ОГ (14), а тепловой контакт катализатора (17) гидролиза и выпускного трубопровода (14) предотвращают с помощью тепловой изоляции (72), расположенной по ходу потока за катализатором (17) гидролиза.
9. Способ по п.8, при осуществлении которого на стадии а) обеспечивают испарение в испарительном блоке (12) водного раствора (45), в состав которого входит по меньшей мере один предшественник восстановителя.
10. Способ по п.8 или 9, при осуществлении которого регулируют температуру по меньшей мере одного из следующих конструктивных компонентов;
а) по меньшей мере отдельных частей испарительного блока (12),
б) катализатора (17) гидролиза,
в) подающего трубопровода (6) для подачи водного раствора (45) в испарительный блок (12),
г) подводящего трубопровода (2) для подачи газообразной смеси в катализатор (17) гидролиза,
д) дозировочного трубопровода (21) для подачи образующегося восстановителя в систему выпуска ОГ и
е) подающего блока (46), аэрогидродинамически соединяющего катализатор (17) гидролиза с выпускным трубопроводом (14) ДВС.
| DE 10206028 A1, 28.08.2003 | |||
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДЫ АЗОТА (NO) ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 1999 |
|
RU2219354C2 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАННЫХ ГАЗАХ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ | 2000 |
|
RU2219987C2 |
| WO 9949954 A1, 07.10.1999 | |||
| WO 03105998 A1, 24.12.2003 | |||
| WO 03084646 A1, 16.10.2003 | |||
| Устройство для полуавтоматического дистанционного управления приводом путевой машины | 1979 |
|
SU918146A1 |
