СИСТЕМА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНОГО ГАЗА Российский патент 2013 года по МПК F01N3/10 F01N3/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрытие относится в целом к системе для очистки выхлопного газа и, более конкретно, к системе для эффективной и рациональной очистки выхлопного газа из двигателей.

Уровень техники

Системы очистки выхлопа для очистки выхлопного газа из двигателей устанавливаются, как правило, после двигателя и могут включать в себя фильтр для твердых частиц выхлопных газов дизельного двигателя или какой-либо другой элемент или элементы очистки выхлопа, расположенные на траектории потока выхлопного газа. Выхлопной газ, как правило, прогоняется через элемент очистки выхлопа с целью положительного воздействия на выхлопной газ, например снижения количества твердого материала или NOx, попадающих в атмосферу в процессе работы двигателя.

Системы очистки выхлопа могут предназначаться для (i) максимального положительного эффекта (ii) на выхлопной газ двигателя и (и) минимальное отрицательное влияние на рабочие характеристики двигателя. Например, системы очистки выхлопа могут быть выполнены с элементами диффузора и/или имеющими различного рода сложную геометрию, предназначенную для лучшего распределения потока выхлопа по лицевой стороне элемента очистки выхлопа при минимальном влиянии на сопротивление потока выхлопа.

В патенте США №6712869 (Cheng et al.) раскрыто устройство для дообработки выхлопа с рассеивателем. потока, расположенным после двигателя и до элемента дообработки. Рассеиватель патента '869 предназначен для дефокусирования нагнетаемого потока с центрированной скоростью, направленного на элемент дообработки, и даже за пределы профиля потока выхлопа через элемент дообработки. Раскрытая в патенте '869 разработка предназначена для осуществления компактной и эффективной в отношении потока дообработочной конструкции.

Было бы желательно использовать улучшенную систему очистки выхлопа, которая бы эффективно воздействовала на выхлопной газ, минимально влияя на рабочие характеристики двигателя. Кроме того, было бы желательно использовать улучшенную систему очистки выхлопа, которая бы обеспечивала желаемые рабочие характеристики экономичным и технологичным способом.

Настоящее раскрытие по крайней мере частично относится к различным вариантам осуществления, которые могли бы обеспечить желаемое влияние на эффективность доочистки, улучшая при этом один или более аспектов существующих систем.

Раскрытие изобретения

Согласно одному из типичных вариантов осуществления, система очистки выхлопного газа из двигателя включает в себя корпус, газоочистительный элемент и патрубок. Корпус имеет входное окно и выходное окно и ограничивает траекторию потока между входным окном и выходным окном. Газоочистительный элемент расположен на траектории потока в корпусе и сконфигурирован для очистки выхлопного газа. Патрубок соединен по газу с по крайней мере одним из входного и выходного окон корпуса. Патрубок включает в себя первое окно, имеющее первую ось, и второе окно, имеющее вторую ось, по существу перпендикулярную первой оси. Первое окно имеет первое поперечное сечение с некоторым внутренним диаметром. Второе окно имеет в целом продолговатое второе поперечное сечение с некоторой внутренней шириной и некоторой внутренней длиной. Внутренняя длина второго поперечного сечения трубы меньше внутреннего диаметра первого поперечного сечения трубы, а внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутреннего диаметра первого поперечного сечения.

Согласно другому типичному варианту осуществления, система очистки выхлопного газа из двигателя включает в себя корпус, газоочистительный элемент и патрубок. Корпус имеет входное окно и выходное окно и ограничивает траекторию потока между входным окном и выходным окном. Корпус ограничивает также продольную ось. Газоочистительный элемент расположен на траектории потока в корпусе и сконфигурирован для очистки выхлопного газа. Труба соединена по газу с по крайней мере одним из входного и выходного окон корпуса. Первая труба имеет первое окно и второе окно, из которых первое окно имеет первое поперечное сечение, ограниченное внутренним диаметром, а второе окно имеет второе поперечное сечение, ограниченное внутренней шириной и внутренней длиной. Первое поперечное сечение расположено в первой плоскости, а второе поперечное сечение расположено во второй плоскости, по существу перпендикулярной первой плоскости. Внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутренней длины второго поперечного сечения. Проекция первого поперечного сечения на продольную ось корпуса ближе к другой проекции поперечного сечения входного окна и выходного окна, чем проекция второго поперечного сечения на продольную ось.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - изометрический вид системы очистки выхлопа согласно одному из типичных вариантов осуществления.

Фиг.2 - вид сбоку системы очистки выхлопа на фиг.1.

Фиг.3 - схематический вид сверху части системы очистки выхлопа на фиг.1, на котором часть В системы очистки выхлопа показана повернутой относительно ее положения на фиг.1 с целью упрощения иллюстрации и облегчения обсуждения системы очистки выхлопа.

Фиг.4 - вид сверху системы очистки выхлопа на фиг.1.

Фиг.5 - вид с торца системы очистки выхлопа на фиг.1.

Фиг.6 - вид сбоку системы очистки выхлопа согласно другому типичному варианту осуществления.

Хотя чертежи изображают типичные варианты осуществления признаков настоящего раскрытия, они не обязательно даются в строгом масштабе, а некоторые признаки могут быть преувеличены с целью лучшего иллюстрирования и объяснения. Приведенный здесь иллюстративный материал иллюстрирует типичные варианты осуществления признаков и не предполагает какого бы то ни было ограничения объема изобретения.

Осуществление изобретения

Далее конкретные варианты осуществления или признаки, примеры которых иллюстрируются на прилагаемых чертежах, будут рассмотрены в деталях. В общем случае на всех фигурах одни и те же или соответствующие ссылочные номера использованы для одних и тех же или соответствующих деталей. Следует иметь в виду, что используемые в заявке термины «ширина» и «длина» не обязательно предполагают кратчайшее измерение или самое длинное измерение, соответственно, а просто используются для чертежей и приведенных объяснений с целью помочь описать и сравнить разные относительные измерения того или иного варианта осуществления. Следует также иметь в виду, что используемый в заявке термин «диаметр» не обязательно предполагает круглое поперечное сечение.

Обращаясь теперь к фиг.1, 2 и 3, отметим показанную на них систему 10 очистки выхлопа, сконфигурированную для очистки выхлопного газа из двигателя. Эта система может, как правило, включать в себя корпус 12, газоочистительный элемент 16, расположенный внутри корпуса 12, и входной и выходной патрубки 20а, 20с для входа выхлопного газа в корпус 12 и выхода из него.

Корпус 12 может, как правило, ограничивать продольную ось А1, вдоль которой, как правило, может проходить длина корпуса 12. В одном из вариантов осуществления корпус 12 может быть образован из одного или более в целом цилиндрических элементов 28а, 28b, 28с корпуса, имеющих в целом трубчатые стенки 36а, 36b, 36с, которые во взаимодействии могут определять траекторию 24 потока внутри корпуса 12, проходящую в целом вдоль или в целом параллельно продольной оси А1. Следует принять во внимание, что выхлопной газ может проходить в разных направлениях в отдельных участках внутри корпуса 12 и что общая результирующая траектория 24 потока выхлопного газа через корпус 12 может быть направлена в целом вдоль или в целом параллельно продольной оси А1, т.е. от входного патрубка 20а в направлении выходного патрубка 20с. Каждая из трубчатых стенок 36а, 36b, 36с может иметь внутренний диаметр D1, D2, D3, проходящий в целом поперек траектории 24 потока. Элементы 28а, 28b, 28с корпуса могут отделяться один от другого, благодаря чему можно иметь доступ во внутреннюю часть корпуса 12, например с целью ухода за системой 10 или газоочистительным элементом 16.

Как это лучше всего видно на фиг.3, корпус 12 может иметь первое сквозное отверстие 30а во в целом трубчатой стенке 36а, которое образует входное окно 32а, и может иметь второе сквозное отверстие 30с во в целом трубчатой стенке 36с, которое образует входное окно 32с. Таким образом, выхлопной газ может попадать в корпус 12 через входное окно 32а и может выводиться из корпуса 12 через входное окно 32с. Между входным окном 32а и выходным окном 32с выхлопной газ может проходить вдоль в целом продольной траектории 24 потока от входного окна 32а в сторону выходного окна 32с. Поскольку газоочистительный элемент 16 может быть расположен внутри корпуса 12 и на траектории 24 потока, выхлопной газ при его прохождении через корпус 12 может продавливаться через газоочистительный элемент 16.

Первое и второе отверстия 30а, 30с, образующие входное окно 32а и выходное окно 32с могут быть в целом продолговатыми. Каждое отверстие 30а, 30с может иметь длину L1, L2 (измеренную, например, в направлении в целом параллельном продольной оси А1) и может иметь ширину W1, W2 (измеренную, например, в направлении в целом параллельном внутреннему диаметру D1 корпуса 12), большую соответствующей длины L1, L2. В одном из вариантов осуществления отверстие 30а может иметь ширину W1, большую или равную 40% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. Например, ширина W1 может быть большей или равной 50% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В другом варианте осуществления ширина W1 может быть большей или равной 60% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В еще одном варианте осуществления ширина W1 может быть большей или равной 70% внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В одном из примеров ширина W1 могла бы быть равной примерно 175 мм, а внутренний диаметр D1 трубчатой стенки 36а корпуса мог бы быть равным примерно 245 мм, в результате чего ширина W1 могла бы быть приблизительно равной 71% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса. Наконец, в еще одном варианте осуществления ширина W1 может быть большей или равной 80% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12.

Следует принять во внимание, что в некоторых вариантах осуществления отверстия 30а, 30с могут иметь одну и ту же или в существенной степени одну и ту же конфигурацию. В альтернативном случае отверстия 30а, 30с могут иметь подобные или в существенной степени различные конфигурации. Например, отверстие 30с может иметь ширину ту же самую, большую или меньшую, чем у отверстия 30а, и может иметь длину ту же самую, большую или меньшую, чем у отверстия 30а.

Как указывалось выше, газоочистительный элемент 16 может быть расположен на траектории 24 потока корпуса 12 и может быть сконфигурирован для очистки выхлопного газа из двигателя. Например, газоочистительный элемент 16 может быть фильтрующим элементом, сконфигурированным для удаления твердых частиц из выхлопного газа. Элемент 16 может, кроме того, или альтернативным образом быть катализатором на носителе для катализа NOx, углеводородов или других составляющих выхлопного газа. Кроме того, или альтернативным образом элемент 16 может быть элементом любого типа для очистки выхлопного газа из двигателя, например путем удаления, хранения, окисления или какого-либо другого взаимодействия с выхлопным газом или каким-либо из его составляющих. В других вариантах осуществления газоочистительный элемент может состоять из двух или более отдельных элементов, при совместном взаимодействии которых происходит очистка выхлопного газа. Например, газоочистительный элемент может включать в себя фильтрующий элемент (например, фильтр для твердых частиц выхлопных газов дизельного двигателя) и отдельный катализированный элемент или носитель (например, катализатор окисления для выхлопа дизельного двигателя).

Обращаясь теперь к фиг.2, отметим, что входной патрубок 20а может быть сконфигурирован и расположен таким образом, чтобы обеспечить сообщение выхлопного газа с входным окном 32а корпуса 12. Входной патрубок 20а может быть жестко соединен по газу с входным окном 32а, например через сварное соединение между входным патрубком 20а и трубчатой стенкой 36а по периферии входного окна 32а. В варианте осуществления фиг.2 входной патрубок 20а соединен с трубчатой стенкой 36а вблизи отверстия 30а и сконфигурирован таким образом, что траектория 40а потока выхлопного газа через входной патрубок 20а и во входное окно 32а вступает во входной патрубок 20а в направлении в целом параллельном продольной оси А1 и затем выходит из входного патрубка 20а (и входит во входное окно 32а) в направлении в целом поперек продольной оси А1.

Входной патрубок 20а может в целом включать в себя две в существенной степени перпендикулярные оси: первую ось А2а и вторую ось A2b (см. фиг.5), и может образовывать траекторию 40а потока, расположенную в целом вдоль первой оси А2а и второй оси A2b. Первая ось А2а может проходить в направлении в целом параллельном продольной оси А1, а вторая ось A2b может проходить в направлении в целом поперек продольной оси А1. При такой конфигурации выхлопной газ, перенесенный через входной патрубок 20а в корпус 12 в значительной степени обращает направление, двигаясь в основном вдоль траектории 24 потока.

Входной патрубок 20а может включать в себя входное окно 44а, расположенное в целом вдоль первой оси А2а входного патрубка 20а, через которое поток выхлопного газа поступает во входной патрубок 20а, и выходное окно 48а, расположенное в целом вдоль второй оси A2b входного патрубка 20а, через который поток выхлопного газа выходит из входного патрубка 20а. Входное окно 44а может иметь в целом круглое поперечное сечение 46а с внутренним диаметром D4a (измеренным, например, в направлении в целом поперечном продольной оси А1 корпуса 12) и, соответственно, площади поперечного сечения, через которую может проходить выхлопной газ.

Выходное окно 48а может быть расположено в непосредственно вблизи входного окна 32а корпуса 12 и может иметь непосредственно вблизи входного окна 32а в целом продолговатое поперечное сечение 50а. Поперечное сечение 50а выходного окна 48а может иметь внутренний диаметр или длину L3a, измеренные, например, в направлении в целом параллельном продольной оси А1 корпуса 12. Как показано в варианте осуществления на фиг.2, внутренняя длина L3a поперечного сечения 50а выходного окна 48а может быть меньше внутреннего диаметра D4a поперечного сечения 46а входного окна 44а.

Поперечное сечение 50а выходного окна 48а может иметь внутреннюю ширину W3a (фиг.5), измеренную, например, в направлении в целом перпендикулярном внутренней длине L3a. Внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть больше внутренней длины L3a поперечного сечения 50а, вследствие чего поперечное сечение 50а имеет продолговатую конфигурацию. Внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может также быть больше внутреннего диаметра D4a поперечного сечения 46а входного окна 44а. В одном из вариантов осуществления внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть равной или большей 40% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. Например, внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть равной или большей 50% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В другом варианте осуществления внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть равной или большей 60% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В еще одном варианте осуществления внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть равной или большей 70% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12. В одном из примеров внутренняя ширина W3a могла бы быть равной примерно 175 мм, а внутренний диаметр D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12 мог бы быть равным примерно 245 мм, в результате чего ширина W3a поперечного сечения 50а могла бы быть приблизительно равной 71% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса. В еще одном варианте осуществления внутренняя ширина W3a поперечного сечения 50а может быть равной или большей 80% от внутреннего диаметра D1 трубчатой стенки 36а корпуса 12.

Согласно одному из типичных вариантов осуществления, переход между входным окном 44а и выходным окном 48а может быть в целом постепенным переходом. Например, как это лучше всего видно на фиг.5, увеличение ширины входного патрубка 20а от входного окна 44а (где ширина равна D4a) до выходного окна 48а (где ширина равна W3a) может быть в значительной степени пропорциональным расстоянию от корпуса 12 (например, изменение ширины входного патрубка 20а может иметь в существенной степени постоянный угол наклона). Таким образом, чем уже часть входного патрубка 20а в направлении к корпусу 12, тем более широкой она может стать. Это создает внешний вид в целом прямого конуса при рассмотрении с торца корпуса 12. Аналогичным образом, как это лучше всего видно на фиг.2, значение длины траектории потока входного патрубка 20а постепенно уменьшается от длины L5a (которая равна D4a) у входного окна 44а до длины L4a в точке между входным окном 44а и выходным окном 48а и далее до длины L3a у выходного окна 48а. Таким образом, по мере движения потока выхлопного газа от входного окна 44а до выходного окна 48а значение длины траектории потока постепенно уменьшается. Уменьшение значения длины траектории потока входного патрубка 20а может быть, например, пропорциональным расстоянию вдоль траектории потока в пределах входного патрубка 20а (например, изменение значения длины траектории потока может иметь в существенной степени постоянный угол наклона). В других вариантах осуществления увеличение ширины и уменьшение значения длины траектории потока могут не быть пропорциональными или линейными. Например, изменение (или угол наклона) значений ширины или длины траектории потока могут быть разными в разных точках по длине входного патрубка 20а.

Площадь поперечного сечения 50а выходного окна 48а может быть больше площади поперечного сечения 46а входного окна 44а. Отношение площадей поперечного сечения (AR) может быть определено как площадь поперечного сечения 50а, деленная на площадь поперечного сечения 46а. В одном из вариантов осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,1. В другом варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,2. В еще одном варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,5. Наконец, в еще одном варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть в пределах примерно от 1,6 до 1,8, например равным примерно 1,7. Регулирование отношения площадей поперечного сечения AR позволяет регулировать противодавление на двигатель, а также скорость выхлопа, поступающего в корпус 12. Отношения площадей поперечного сечения AR помогает также регулировать распределение потока в корпус 12 и к газоочистительному элемента 16.

Входной патрубок 20а может быть соединен с корпусом 12 в ориентации, в которой положение поперечного сечения 46а на продольной оси А1 корпуса 12 находится ближе к выходному патрубку 20с, чем положение второго поперечного сечения 50а на продольной оси А1 (например, как в случае, когда первая ось А2а входного патрубка 20а по существу параллельна продольной оси А1 корпуса 12). Например, входной патрубок 20а может быть сконфигурирован таким образом, что между проекцией Р1 поперечного сечения 46а на продольную ось А1 и проекцией Р2 поперечного сечения 50а на продольную ось А1 имеется некоторое расстояние X1. Значение расстояния X1 может варьировать в зависимости от упаковочных ограничений и конструкции некоторых деталей, которые могут быть соединенными с входным патрубком 20а. В одном из вариантов осуществления расстояние X1 может быть меньше 77 мм. В другом варианте осуществления расстояние X1 может быть равным или от 77 до 100 мм. В еще одном варианте осуществления расстояние X1 может быть равным или от 100 до 125 мм. Наконец, в еще одном варианте осуществления расстояние X1 может быть большим 125 мм.

В разных вариантах осуществления размеры, расположения, отличительные признаки и конфигурации выходного патрубка 20с (например, А2с, D4c, L3c, L4c, L5c, P3, P4, W3c, 40с, 44с, 46с, 48с и 50с, Х3 и т.д.) могут быть в значительной степени идентичными размерам, расположению, отличительным признакам и конфигурациям описанного выше входного патрубка 20а. На фиг.1-5 показан один из вариантов осуществления, в котором выходной патрубок 20с повернут на 180° относительно входного патрубка 20а и присоединен к входному окну 32с по существу так же, как входной патрубок 20а расположен и соединен с входным окном 32а. Разумеется, в альтернативных вариантах осуществления могут быть отличные размеры, расположение или конфигурации.

Обращаясь теперь к фиг.4, отметим, что выходной патрубок 20с может быть сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечить сообщение выхлопного газа с выходным патрубком 32с корпуса 12. Выходной патрубок 20с может быть жестко соединен по газу с выходным окном 32с, например с помощью сварного соединения между выходным патрубком 20с и трубчатой стенкой 36с по периферии входного окна 32с. В варианте осуществления фиг.4 выходной патрубок 20а соединен с трубчатой стенкой 36с непосредственно вблизи отверстия 30с и сконфигурирован таким образом, что траектория 40с потока выхлопного газа через выходное окно 32с корпуса 12 и в выходной патрубок 20с вступает в выходной патрубок 20с в направлении в целом поперек продольной оси А1 и затем выходит из выходного патрубка 20с в направлении в целом параллельно продольной оси А1.

Выходной патрубок 20с может в целом включать в себя две в существенной степени перпендикулярные оси: первую ось А2с и вторую ось A2d, и может образовывать траекторию 40с потока, расположенную в целом вдоль второй оси A2d и первой оси А2с. Первая ось А2с может проходить в направлении в целом параллельном продольной оси А1, а вторая ось A2d может проходить в направлении в целом поперек продольной оси А1. При такой конфигурации выхлопной газ, переправляемый из корпуса 12 в выходной патрубок 20с в значительной степени обращает направление, двигаясь в основном вдоль первой оси А2с.

Выходной патрубок 20с может включать в себя входное окно 48с, расположенное в целом вдоль второй оси A2d выходного патрубка 20с, через которое поток выхлопного газа поступает в выходной патрубок 20с, и выходное окно 44с, расположенное в целом вдоль первой оси А2с выходного патрубка 20с, через который поток выхлопного газа выходит из выходного патрубка 20с. Выходное окно 44с может иметь в целом круглое поперечное сечение 46с с внутренним диаметром D4c (измеренным, например, в направлении в целом поперечном продольной оси А1 корпуса 12) и, соответственно, площади поперечного сечения, через которую может проходить выхлопной газ.

Выходное окно 48с может быть расположено вблизи выходного окна 32с корпуса 12 и может иметь вблизи входного окна 32с в целом продолговатое поперечное сечение 50с. Поперечное сечение 50с входного окна 48с может иметь внутренний диаметр или длину L3c L3a, измеренную, например, в направлении в целом параллельном продольной оси А1 корпуса 12. Как это показано в варианте осуществления на фиг.4, внутренняя длина L3c поперечного сечения 50с выходного окна 48с может быть меньше внутреннего диаметра D4c поперечного сечения 46с входного окна 44с.

Поперечное сечение 50с входного окна 48с может иметь внутреннюю ширину W3c (фиг.5), измеренную, например, в направлении в целом перпендикулярно внутренней длине L3c. Внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть больше внутренней длины L3c поперечного сечения 50с, вследствие чего поперечное сечение 50с имеет продолговатую конфигурацию. Внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может также быть больше внутреннего диаметра D4c поперечного сечения 46с выходного окна 44с. В одном из вариантов осуществления внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть равной или большей 40% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12. Например, внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть равной или большей 50% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12. В другом варианте осуществления внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть равной или большей 60% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12. В еще одном варианте осуществления внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть равной или большей 70% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12. В одном из примеров внутренняя ширина W3c могла бы быть равной примерно 175 мм, а внутренний диаметр D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12 мог бы быть равным примерно 245 мм, в результате чего ширина W3c поперечного сечения 50с могла бы быть приблизительно равной 71% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12. В еще одном варианте осуществления внутренняя ширина W3c поперечного сечения 50с может быть равной или большей 80% от внутреннего диаметра D3 трубчатой стенки 36с корпуса 12.

Согласно одному из типичных вариантов осуществления, переход между выходным окном 44с и входным окном 48с может быть в основном постепенным переходом. Например, как это лучше всего видно на фиг.5, увеличение ширины выходного патрубка 20с от выходного окна 44с (где ширина равна D4c) до входного окна 48с (где ширина равна W3c) может быть в значительной степени пропорциональным расстоянию от корпуса 12 (например, изменение ширины входного патрубка 20с может иметь в существенной степени постоянный угол наклона). Таким образом, чем уже часть входного патрубка 20с в направлении к корпусу 12, тем более широкой она может стать. Это создает в целом внешний вид прямого конуса при рассмотрении с торца корпуса 12. Аналогичным образом, как это лучше всего видно на фиг.4, значение длины траектории потока выходного патрубка 20с постепенно уменьшается от длины L3c у входного окна 48с до длины L4c в точке между выходным окном 44с и входным окном 48с и далее до длины L5c (которая равна D4c) у выходного окна 44с. Таким образом, по мере движения потока выхлопного газа от входного окна 48с до выходного окна 44с значение длины траектории потока постепенно увеличивается. Например, увеличение значения длины траектории потока выходного патрубка 20с может быть пропорциональным расстоянию вдоль траектории потока в пределах входного патрубка 20с (например, изменение значения длины траектории потока может иметь в существенной степени постоянный угол наклона). В других вариантах осуществления увеличение ширины от выходного окна 44с до входного окна 48с и увеличение значения длины траектории потока от входного окна 48с до выходного окна 44с могут не быть пропорциональными или линейными. Например, изменение (или угол наклона) значений ширины или длины траектории потока могут быть разными в разных точках по длине входного патрубка 20с.

Площадь поперечного сечения 50с входного окна 48с может быть больше площади поперечного сечения 46с выходного окна 44с.Отношение площадей поперечного сечения (AR) может быть определено как площадь поперечного сечения 50с, деленная на площадь поперечного сечения 46с. В одном из вариантов осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,1. В другом варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,2. В еще одном варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть равным или большим примерно 1,5. Наконец, в еще одном варианте осуществления отношение площадей поперечного сечения AR может быть в пределах примерно от 1,6 до 1,8, например равным примерно 1,7. Регулирование отношения площадей поперечного сечения AR позволяет регулировать противодавление на двигатель, а также скорость выхлопа, поступающего в корпус 12.

Выходной патрубок 20с может быть соединен с корпусом 12 в ориентации, в которой положение поперечного сечения 46с на продольной оси А1 корпуса 12 находится ближе к входному патрубку 20с, чем положение второго поперечного сечения 50с на продольной оси А1 (например, как в случае, когда первая ось А2с входного патрубка 20с по существу параллельная продольной оси А1 корпуса 12). Например, выходной патрубок 20с может быть сконфигурирован таким образом, что между проекцией Р3 поперечного сечения 46с на продольную ось А1 и проекцией Р4 поперечного сечения 50с на продольную ось А1 имеется некоторое расстояние Х3. Значение расстояния Х3 может варьировать в зависимости от упаковочных ограничений и конструкции некоторых деталей, которые могут быть соединены с выходным патрубком 20с. В одном из вариантов осуществления расстояние X1 может быть меньше 77 мм. В другом варианте осуществления расстояние Х3 может быть равным или от 77 до 100 мм. В еще одном варианте осуществления расстояние Х3 может быть равным или от 100 до 125 мм. Наконец, в еще одном варианте осуществления расстояние Х3 может быть большим 125 мм.

Для облегчения регулирования потока выхлопа через входной патрубок 20а и/или выходной патрубок 20с каждый или оба из входного патрубка 20а и выходного патрубка 20с может в некоторых случаях включать в себя лопасть или лопасти типа лопасти 60с, иллюстрируемой на фиг.1 и 5. В одном из вариантов осуществления лопасть 60с является по существу плоской пластиной, расположенной внутри выходного патрубка 20с около выходного окна 44с и ориентированной в существенной степени параллельно поперечному сечению 50с. В других вариантах осуществления одна или более лопастей могут быть помещены в одно или более мест внутри выходного патрубка 20с и/или входного патрубка 20а (например, около входного окна 44а и/или выходного окна 48а входного патрубка 20а или около выходного окна 44с и/или входного окна 48с выходного патрубка 20с). В других вариантах осуществления лопасти могут иметь что-либо одно или более из ряда различных форм, размеров и конфигураций.

Обращаясь теперь к фиг.5, отметим, что входной и выходной патрубки 20а и 20с могут быть установлены по периферии корпуса 12 в различных угловых положениях один относительно другого в зависимости от условий и требований конкретного применения. Например, входной патрубок 20а и выходной патрубок 20с могут помещаться вокруг корпуса 12 таким образом, что вторая ось A2b входного патрубка 20а и вторая ось A2d выходного патрубка 20с ориентированы одна относительно другой под углом θ. Согласно различным типичным и альтернативным вариантам осуществления углом θ может быть любой угол между 0° и 360° (включительно). В одном из вариантов осуществления угол θ может быть между 0° и 90° (включительно). В другом варианте осуществления угол θ может быть между 0° и 180° (включительно). В еще одном варианте осуществления угол θ может быть между 180° и 270° (включительно). Наконец, в еще одном варианте осуществления угол θ может быть между 270° и 390° (включительно).

Входной патрубок 20а может иметь по существу те же размеры внутреннего диаметра D4a, L3a, W3a, что и размеры внутреннего диаметра D4c, L3c, W3c выходного патрубка 20с. Благодаря этому в одном из вариантов осуществления для создания входного патрубка 20а и выходного патрубка 20с может быть использована одна и та же заготовка. Это может позволить снизить расходы, которые часто обусловлены увеличенными размерами. При наличии возможности варьировать поворотное расположение таких заготовок 20а, 20с в процессе сборки, различающиеся требования к соединениям и требования к положению корпуса могут выполняться при меньшем числе конфигураций корпуса 12, например могут выполняться различные технические условия при производстве полностью укомплектованных грузовых автомобилей и машин, такие как заданные расстояния просверленных точек (соединений) между входным патрубком 20а и выходным патрубком 20с для соединения системы 10 очистки выхлопа с системой выхлопа двигателя.

Как иллюстрируется на фиг.2 и 6, конфигурация системы 10 очистки выхлопа может избирательно варьироваться в процессе сборки путем поворота любого или обоих входного патрубка 20а и выходного патрубка 20с на 180° между положением, при котором патрубок обращен внутрь (это положение как входного патрубка 20а, так и выходного патрубка 20с показано на фиг.2), и положением, при котором патрубок обращен наружу (это положение как входного патрубка 20а, так и выходного патрубка 20с показано на фиг.6). Таким образом, система 10 очистки выхлопа может быть выполнена в конфигурации, в которой как входной патрубок 20а, так и выходной патрубок 20с обращены внутрь (фиг.2), в которой как входной патрубок 20а, так и выходной патрубок 20с обращены наружу (фиг.6), в которой входной патрубок 20а обращен внутрь, а выходной патрубок 20с обращен наружу, или в которой входной патрубок 20а обращен наружу, а выходной патрубок 20с обращен внутрь.

При использовании по меньшей мере одной из описанных выше компоновок и вариантов осуществления (например, фиг.2), включая входной патрубок 20а, выполненный с меньшим внутренним диаметром L3a (на границе с корпусом 12 у выходного окна 32а), чем внутренний диаметр D4a (на границе, в одном из вариантов осуществления, с выхлопной линией из двигателя), аксиальная длина корпуса 12 (измеренная, например, вдоль продольной оси А1) может быть сведена к минимуму при размещении относительно большой выхлопной линии (не показана), такой как выхлопная линия, имеющая диаметр соединения такой же как внутренний диаметр D4a входного патрубка 20а. Использование выходного патрубка 20с типа того, который описан выше при обсуждении, например, фиг.4, может облегчить минимизацию подобной аксиальной длины.

Кроме того, в одном из вариантов осуществления при использовании входного патрубка 20а, имеющего относительно широкий раствор (как, например, указанный в виде размера W3a на фиг.5 по сравнению с размером D4a, показанным на фиг.2) для перевода выхлопного газа во входное окно 32а корпуса 12, распределение выхлопного газа в газоочистительный элемент 16 может стать более эффективным благодаря тому, что выхлопной газ может создавать траекторию газа, проходящую от входного патрубка 20а в корпус 12, по сравнению с входным патрубком 20а, имеющим более узкий раствор для перевода выхлопного газа во входное окно 32а. В результате этого выхлопной газ, переводимый в корпус 12 из входного патрубка 20а, может более ровно распределяться по лицевой стороне газоочистительного элемента 16, расположенного внутри корпуса 12, так как входной патрубок 20а (и входное окно 32а) облегчает более широкую траекторию на входе в корпус 12. Кроме того, при такой компоновке могут достигаться положительные эффекты скорости выхлопного потока.

Наряду с этим ожидается что, в одном из вариантов осуществления благодаря увеличению площади поперечного сечения входного патрубка 20а в направлении от площади первого поперечного сечения 46а до большей (например, по ширине) площади второго поперечного сечения 48а, может быть уменьшено противодавление выхлопной линии двигателя (например, после камеры сгорания двигателя) при сравнении с входным патрубком, имеющим относительно постоянную или уменьшающуюся площадь поперечного сечения в направлении от первого поперечного сечения ко второму поперечному сечению и во входное окно корпуса. Такое же положительное влияние на противодавление ожидается и при использовании выходного патрубка 20с с различающимися первым и вторым поперечными сечениями 48с, 46с, как это описано выше, например, при обсуждении фиг.4.

Из сказанного выше следует иметь в виду, что, хотя в целях иллюстрации в заявке описаны конкретные варианты осуществления, могут быть введены различные модификации или изменения, не выходящие за рамки сути и объема заявленных признаков изобретения. Другие варианты осуществления станут очевидны специалистам при знакомстве с описанием и фигурами, а также из практического применения раскрытых в заявке схем. Предполагается, что описание и раскрытые примеры будут рассматриваться лишь как типичные, в то время как истинные объем и суть изобретения указаны в приведенной ниже формуле изобретения и ее эквивалентах.

Изобретение относится к системе для очистки выхлопных газов. Сущность изобретения: система очистки выхлопного газа из двигателя включает в себя корпус, газоочистительный элемент и патрубок. Корпус имеет входное и выходное окна, ограничивая при этом траекторию потока между ними. Газоочистительный элемент расположен на траектории потока. Патрубок соединен по газу с по крайней мере одним из входного окна и выходного окна и включает в себя первое окно, имеющее первую ось, и второе окно, имеющее вторую ось, по существу перпендикулярную первой оси. Первое окно имеет первое поперечное сечение с некоторым внутренним диаметром. Второе окно имеет второе поперечное сечение с некоторой внутренней шириной и некоторой внутренней длиной. Внутренняя длина второго поперечного сечения меньше внутреннего диаметра первого поперечного сечения патрубка, а внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутреннего диаметра первого поперечного сечения. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного воздействия на выхлопные газы при минимальном влиянии на рабочие характеристики двигателя. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система очистки выхлопного газа из двигателя, включающая:
корпус, имеющий входное окно и выходное окно и ограничивающий траекторию потока между входным окном и выходным окном;
газоочистительный элемент, расположенный на траектории потока корпуса и сконфигурированный для очистки выхлопного газа;
патрубок, соединенный по газу с по крайней мере одним из входного и выходного окон корпуса, причем этот патрубок включает в себя первое окно, имеющее первую ось, и второе окно, имеющее вторую ось, по существу, перпендикулярную первой оси, и при этом первое окно имеет первое поперечное сечение с некоторым внутренним диаметром, а второе окно имеет в целом продолговатое второе поперечное сечение с некоторой внутренней шириной и некоторой внутренней длиной;
где внутренняя длина второго поперечного сечения патрубка меньше внутреннего диаметра первого поперечного сечения патрубка, а внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутреннего диаметра первого поперечного сечения.

2. Система по п.1, в которой первое поперечное сечение является в целом круглым.

3. Система по п.1, в которой первое поперечное сечение первого окна имеет первую площадь поперечного сечения, а второе поперечное сечение второго окна имеет вторую площадь поперечного сечения, большую первой площади поперечного сечения.

4. Система по п.3, в которой отношение площадей поперечного сечения определяется как вторая площадь поперечного сечения, деленная на первую площадь поперечного сечения, и является равным или большим примерно 1,1.

5. Система по п.4, в которой отношение площадей поперечного сечения является равным или большим примерно 1,2.

6. Система по п.5, в которой отношение площадей поперечного сечения является равным или большим примерно 1,5.

7. Система по п.6, в которой отношение площадей поперечного сечения является равным или большим примерно 1,8.

8. Система по п.1, в которой патрубком является входной патрубок, соединенный по газу с входным окном корпуса, дополнительно включающим в себя выходной патрубок, соединенный по газу с выходным окном корпуса, причем выходной патрубок включает в себя третье окно, имеющее третью ось, и четвертое окно, имеющее четвертую ось, по существу, перпендикулярную третьей оси, и при этом третье окно имеет третье поперечное сечение с некоторым внутренним диаметром, а четвертое окно имеет в целом продолговатое четвертое поперечное сечение с некоторой внутренней шириной и некоторой внутренней длиной.

9. Система по п.8, в которой внутренняя длина четвертого поперечного сечения меньше внутреннего диаметра третьего поперечного сечения выходного патрубка, а внутренняя ширина четвертого поперечного сечения больше внутреннего диаметра третьего поперечного сечения.

10. Система по п.8, в которой первая ось входного патрубка и третья ось выходного патрубка параллельны.

11. Система по п.10, в которой корпус содержит в себе продольную ось и в которой первая ось и третья ось параллельны продольной оси корпуса.

12. Система по п.8, в которой входной патрубок и выходной патрубок разведены один относительно другого на некоторый угол по окружности корпуса.

13. Система по п.1, в которой:
траектория потока, в которой расположен газоочистительный элемент, по крайней мере частично ограничена трубчатой стенкой корпуса, внутренний диаметр которой расположен поперек траектории потока; и
внутренняя ширина второго поперечного сечения равна или больше 40% от внутреннего диаметра трубчатой стенки корпуса.

14. Система по п.13, в которой внутренняя ширина второго поперечного сечения патрубка равна или больше 60% от внутреннего диаметра трубчатой стенки корпуса.

15. Система по п.1, в которой патрубком является выходной патрубок, соединенный по газу с выходным окном корпуса.

16. Система очистки выхлопного газа из двигателя, включающая:
корпус, имеющий входное окно и выходное окно и ограничивающий траекторию потока между входным окном и выходным окном, причем этот корпус содержит в себе продольную ось;
газоочистительный элемент, расположенный на траектории потока корпуса и сконфигурированный для очистки выхлопного газа; и
патрубок, соединенный по газу с по крайней мере одним из входного и выходного окон корпуса, причем этот патрубок включает в себя первое окно и второе окно, из которых первое окно имеет первое поперечное сечение, ограниченное некоторым внутренним диаметром, а второе окно имеет второе поперечное сечение, ограниченное некоторой внутренней шириной и некоторой внутренней длиной, причем первое поперечное сечение расположено в некоторой первой плоскости, а второе окно расположено в некоторой второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости;
где внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутренней длины второго поперечного сечения; и
где проекция первого поперечного сечения на продольную ось корпуса ближе к другой проекции поперечного сечения входного окна и выходного окна, чем проекция второго поперечного сечения на продольную ось.

17. Система по п.1, в которой внутренняя длина второго поперечного сечения корпуса меньше внутреннего диаметра первого поперечного сечения патрубка, а внутренняя ширина второго поперечного сечения больше внутреннего диаметра первого поперечного сечения.

18. Система по п.16, в которой газоочистительный элемент является фильтром для твердых частиц выхлопа дизельного двигателя.

19. Система по п.16, в которой газоочистительный элемент катализирован.

20. Система по п.16, в которой первое поперечное сечение первого окна имеет первую площадь поперечного сечения, а второе поперечное сечение второго окна имеет вторую площадь поперечного сечения, и в которой отношение поперечного сечения определяется как вторая площадь поперечного сечения, деленная на первую площадь поперечного сечения, и находится в пределах от примерно 1,1 до примерно 1,8.