СПОСОБ ПОДАЧИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ В СИСТЕМУ ВЫПУСКА ОТРАБОТАВЫШИХ ГАЗОВ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2014 года по МПК F01N3/20 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для подачи восстановителя или его предшественника в систему выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе нестационарного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Подобные способы подачи восстановителя и соответствующие устройства преимущественно применяются в системах выпуска ОГ, образующихся при работе нестационарных ДВС и содержащих в значительных количествах оксиды азота.

ОГ, образующиеся при работе ДВС, обычно содержат вещества, выброс которых в окружающую среду нежелателен. К таким веществам относятся главным образом углеродные частицы или же сажевые частицы, монооксид углерода и/или оксиды азота. Во многих странах установлены нормы на предельно допустимое содержание подобных вредных веществ в ОГ, образующихся при работе ДВС. В настоящее время существуют различные методы, направленные на сокращение выброса указанных выше вредных веществ.

Количественное соотношение между кислородом и топливом, в котором они подаются в ДВС, имеет важное значение для содержания вредных веществ в ОГ, образующихся при работе ДВС, и для способов, пригодных для снижения токсичности ОГ. Для снижения токсичности ОГ предпочтительно, чтобы коэффициент избытка воздуха (коэффициент лямбда) равнялся 1. Сказанное означает, что кислород и топливо подаются в ДВС в таких количествах, при которых они могут полностью сгорать в смеси между собой.

В последнее время все большее распространение находят ДВС, работающие с коэффициентом лямбда более 1. Подобные ДВС работают на смесях, в которых кислород присутствует в избытке (в количестве, большем стехиометрического). Преимущества таких ДВС состоят, например, в их экономичности, т.е. в меньшем потреблении ими топлива. При этом, однако, в качестве побочного эффекта значительно увеличивается выброс оксидов азота (NO_x). Для решения этой проблемы был разработан способ селективного каталитического восстановления (СКВ). Для этого в ОГ, образующиеся при работе ДВС, подают, например, аммиак и/или мочевину либо соответствующий восстановитель, в результате реакции которого с содержащимися в ОГ оксидами азота образуются безвредные продукты - азот, кислород и вода.

Обычно в поток ОГ не подают непосредственно сам аммиак. Обусловлено это малой пригодностью аммиака к хранению, соответственно к созданию его запаса, например, на автомобиле. Более пригодна к хранению, соответственно к созданию ее запаса на автомобиле мочевина или ее водный раствор. Предпочтительно при этом применение мочевины в виде ее 32,5%-ного водного раствора, выпускаемого под торговым наименованием "AdBlue". При использовании мочевины из нее путем термолиза и/или гидролиза образуют аммиак. Для этого мочевину предпочтительно нагревать до температуры не ниже примерно 250°С и при необходимости пропускать вдоль гидролитически активной поверхности.

Превращение мочевины в аммиак может происходить либо в потоке ОГ, либо вне него. При превращении мочевины в аммиак непосредственно в ОГ в них подают раствор мочевины, например, в жидком, возможно тонко распыленном и/или в газообразном виде. После этого мочевина под воздействием температуры ОГ превращается в их потоке в аммиак. Для превращения же мочевины в аммиак вне потока ОГ используют конвертер (преобразователь), через который не проходит поток ОГ. Для обеспечения подобного превращения мочевины в аммиак конвертер нагревают. Обычно такой нагрев конвертера обеспечивают путем подвода к нему тепла потока ОГ, который для этого пропускают снаружи конвертера вдоль него, либо путем нагрева от внешних источников энергии. Для применения в качестве таких источников энергии пригодны прежде всего электрические нагреватели, которые способны быстро достигать температуры, необходимой для протекания процесса превращения мочевины в аммиак. Различные возможности по обеспечению внешнего превращения предшественников восстановителя в аммиак описаны прежде всего в WO 2007/131784 А1.

Проблема, с которой приходится сталкиваться при превращении мочевины в аммиак, состоит в особо низких температурах ОГ тех двигателей внутреннего сгорания, которые работают с коэффициентом лямбда более 1 и при работе которых тем самым в значительных количествах образуются оксиды азота. Часто температура ОГ таких двигателей не достигает необходимых для превращения мочевины в аммиак значений. При этом прежде всего у автомобилей, эксплуатируемых преимущественно в городских условиях, или у транспортных средств, которые предназначены для перевозки пассажиров, грузов и для нетранспортных работ и которые с учетом их назначения редко эксплуатируются с высокой нагрузкой, таких, например, как городские автобусы, температура ОГ крайне редко достигает значений, достаточно высоких для превращения мочевины в аммиак. По этой причине важное значение имеет превращение или испарение мочевины вне ОГ. Однако необходимый для этого значительный расход электрической энергии отрицательно сказывается на коэффициенте полезного действия ДВС.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере частично решить рассмотренные выше в описании уровня техники проблемы. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке способа, который обеспечивал бы превращение восстановителя в различных режимах работы системы выпуска ОГ при одновременно меньшем расходе необходимой для этого энергии. Еще одна задача изобретения состояла в разработке устройства, которое равным образом обеспечивало бы максимально возможную степень превращения предшественника восстановителя в различных режимах работы при одновременно малом потреблении необходимой для этого энергии.

Указанные задачи решаются с помощью способа, заявленного в п.1 формулы изобретения, и с помощью системы выпуска ОГ, заявленной в п.7 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа и выполнения предлагаемой в изобретении системы выпуска ОГ представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные по отдельности в зависимых пунктах формулы изобретения его отличительные особенности могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут образовывать другие варианты осуществления изобретения. Помимо этого изобретение более подробно охарактеризовано и рассмотрено в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами.

Предлагаемый в изобретении способ подачи восстановителя из его запаса в систему выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, заключается в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

а) задают момент подачи восстановителя,

б) определяют по меньшей мере параметр ОГ или количество восстановителя,

в) в зависимости от по меньшей мере параметра ОГ или количества восстановителя задают состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача и которым при этом является агрегатное состояние восстановителя и/или его химический состав,

г) восстановитель в том случае, когда его состояние, в котором должна происходить его подача, не соответствует состоянию восстановителя из его запаса, подвергают обработке и

д) восстановитель в состоянии, в котором должна происходить его подача, подают в систему выпуска ОГ,

при этом стадии а)-д) выполняют с многократным их повторением.

Моменты подачи восстановителя можно задавать, соответственно устанавливать, например, с заданной частотой при работе ДВС. В другом варианте моменты подачи восстановителя можно выбирать в зависимости от частоты вращения вала ДВС, соответственно от частоты повторения его рабочих циклов. Согласно изобретению возможна также непрерывная подача восстановителя. В этом случае под моментом подачи восстановителя подразумевается прежде всего интервал времени подачи восстановителя при его непрерывной подаче, для которого задают определенное состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача. В этом случае стадии а)-д) выполняют с многократным их повторением таким образом, что отдельные интервалы времени подачи восстановителя непосредственно следуют один за другим, в результате чего подача восстановителя происходит непрерывно на протяжении всего времени работы ДВС.

Под определением параметра ОГ на стадии б) подразумевается прежде всего определение параметра ОГ в системе их выпуска и/или у нее с помощью по меньшей мере одного датчика и/или по меньшей мере одного измерительного зонда. Дополнительно к этому или вместо этого можно также определять потребное количество восстановителя, в котором его необходимо подавать в систему выпуска ОГ. Для этого можно использовать текущие результаты измерений, например, количества оксидов азота в образовавшихся ОГ, и/или опытные, соответственно эмпирические данные, такие, например, как характеристические параметры, многопараметровые (универсальные) характеристики и иные данные. Под количеством восстановителя подразумевается прежде всего количество (порция), в котором (в размере которой) восстановитель необходимо подать (в целом) в систему выпуска ОГ в (отдельный) момент.

Под восстановителем подразумевается также по меньшей мере один его предшественник. В качестве восстановителя используется прежде всего мочевина или ее водный раствор. Предпочтителен при этом примерно 32,5%-ный водный раствор мочевины. Предлагаемый в изобретении способ позволяет согласовывать состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача, таким образом, что всегда обеспечивается максимально полное превращение восстановителя в аммиак. Обработке на стадии г) восстановитель обычно подвергают в том случае, когда температура в системе выпуска ОГ недостаточна для превращения восстановителя. В том же случае, когда обработку восстановителя на стадии г) не проводят по той причине, что определенный на стадии б) параметр ОГ указывает на отсутствие необходимости в такой обработке восстановителя для обеспечения максимально полного его превращения, обеспечивается, например, возможность экономии энергии. Благодаря этому повышается коэффициент полезного действия ДВС. Стадии а)-д) обычно выполняют вновь для каждого цикла подачи восстановителя в систему выпуска ОГ. Таким путем обеспечивается идеальное согласование состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача. Однако стадии а)-г) можно также выполнять с меньшей частотой по сравнению с той периодичностью, с которой происходит собственно подача восстановителя на стадии д). Таким путем удается снизить затраты, связанные с осуществлением предлагаемого в изобретении способа. Одновременно, однако, снижается и точность согласования состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, с параметром ОГ.

Под указанным в описании стадии в) агрегатным состоянием восстановителя в качестве его состояния, в котором должна происходить его подача, подразумевается прежде всего твердое, жидкое или газообразное состояние восстановителя. Обычно в качестве состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, можно задавать либо жидкое, либо газообразное состояние.

Под указанным в описании стадии в) химическим составом восстановителя в качестве его состояния, в котором должна происходить его подача, подразумевается прежде всего то, что восстановитель состоит из определенных молекулярных соединений с определенным их относительным содержанием. Обычно подаваемый восстановитель частично состоит из обладающих восстановительным действием молекулярных соединений, главным образом аммиака, а частично - из предшественника восстановителя, прежде всего мочевины и/или ее водного раствора. Тот или иной химический состав восстановителя определяется конкретным относительным содержанием в нем обладающих восстановительным действием соединений и предшественников восстановителя.

Агрегатное состояние или химический состав восстановителя изменяют путем его обработки на стадии г). На агрегатное состояние восстановителя можно влиять, например, путем его нагрева, обеспечивая тем самым испарение восстановителя и/или его конденсацию. Химический же состав восстановителя можно изменять, например, путем по меньшей мере частичного химического превращения молекулярных соединений, из которых состоит восстановитель. При этом обычно подразумевается химическое превращение предшественников восстановителя, прежде всего мочевины и/или ее водного раствора, в обладающие восстановительным действием соединения, главным образом в аммиак. Помимо этого при обработке на стадии г) можно путем смешения различных компонентов восстановителя получать восстановитель определенного химического состава.

В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии б) в качестве параметра ОГ определяют их температуру. Для превращения восстановителя в системе выпуска ОГ важным параметром является фактическая температура ОГ в ней. Термическое превращение восстановителя, т.е. его превращение в аммиак в условиях преобладающей температуры, наиболее эффективно протекает обычно при температуре ОГ выше 250°С. Однако в другом варианте на стадии б) можно также определять другой параметр ОГ. В данном случае можно определять, например, давление ОГ, химический параметр потока ОГ, такой, например, как коэффициент лямбда, или объемный расход ОГ. Возможно также определение различных параметров ОГ в их сочетании между собой. Для измерения температуры ОГ обычно используют встроенный в систему их выпуска датчик температуры.

В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии д) восстановитель при низких температурах ОГ подают в газообразном виде, а при высоких температурах ОГ - в жидком виде. Химическое превращение газообразного восстановителя даже при меньших температурах ОГ происходит легче, чем превращение жидкого восстановителя, поскольку газообразный восстановитель не требуется предварительно испарять. При этом необходимо учитывать, что объемный поток самого подаваемого восстановителя снижает температуру ОГ. Избежать такого снижения температуры ОГ можно путем подачи восстановителя в газообразном виде. Помимо этого при низких температурах ОГ жидкий восстановитель может скапливаться на поверхностях в системе выпуска ОГ. В таких местах восстановитель может проявлять коррозионное действие и повреждать тем самым систему выпуска ОГ.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии г) жидкий восстановитель в том случае, если на стадии в) было установлено, что он должен подаваться в газообразном виде, испаряют вне ОГ. Испарение восстановителя вне ОГ позволяет изменять его агрегатное состояние, не влияя при этом на поток ОГ. При этом прежде всего не происходит никакого охлаждения потока ОГ в результате подачи в него восстановителя. Жидкий восстановитель для его испарения вне ОГ можно подавать в специальный испарительный объем. Особенно предпочтительно при этом выполнять такой испарительный объем с титановым покрытием, прежде всего с поверхностью из диоксида титана. Такая поверхность из диоксида титана уже способствует превращению (гидролизу) мочевины в аммиак. Тем самым одновременно с испарением восстановителя уже происходит также его частичное химическое превращение, которое благодаря этому может происходить при меньшей необходимой для него температуре ОГ в системе их выпуска. В отношении испарения восстановителя вне ОГ можно прежде всего сослаться также на публикацию WO 2007/131784 А1, содержание которой в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа жидкий восстановитель испаряют без применения катализатора гидролиза.

В особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа для испарения восстановителя вне ОГ используют электрическую энергию. Значительное преимущество, связанное с испарением восстановителя с использованием для этого электрической энергии, состоит в исключительно малой продолжительности нагрева до необходимой температуры. Работающий на электрической энергии испаритель может уже по истечении очень короткого промежутка времени нагреваться до температуры, при которой происходит практически полное испарение восстановителя. При этом прежде всего предпочтительна также возможность использования значительных регулируемых мощностей для испарения восстановителя. Особенно в начальный период работы ДВС не только поток ОГ, но и испарительное устройство и система выпуска ОГ имеют очень низкую температуру. Наличие такой низкой температуры можно быстро компенсировать путем подвода электрической энергии в больших количествах. Обычно предпочтительно, чтобы максимальная расходуемая на нагрев мощность достигала 5000 Вт.

В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа восстановитель при его потребном количестве, составляющем максимум 10 мл, подают в газообразном виде, а при большем его потребном количестве подают в жидком виде.

При задании на стадии в) состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, прежде всего можно также учитывать количество восстановителя, в котором его требуется подать. Так, в частности, при необходимости подачи восстановителя в количестве, составляющем максимум 10 мл, предпочтительно максимум 5 мл, особенно предпочтительно максимум 2 мл, восстановитель предпочтительно испарять и подавать на стадии д) в газообразном виде, тогда как при необходимости подачи восстановителя в больших количествах, прежде всего в количествах, превышающих 20 мл или даже превышающих 30 мл, восстановитель предпочтительно в принципе подавать на стадии д) в жидком виде.

В этом варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа можно также по меньшей мере периодически не определять параметр ОГ на стадии б), поскольку для задания состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, в зависимости от его подаваемого количества не требуется информация ни о каком параметре ОГ.

Возможны также комбинированные варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа, в которых восстановитель при необходимости его подачи в количестве, которое меньше одного из указанных выше максимальных количеств, в принципе подают в газообразном виде и при определенных условиях не выполняют стадию б), тогда как при необходимости подачи восстановителя в больших количествах выполняют все стадии а)-д) предлагаемого в изобретении способа, а состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача, задают в зависимости от параметра ОГ. Равным образом возможен также вариант, в котором при необходимости подачи восстановителя в количестве, которое превышает некоторое его определенное количество, восстановитель в принципе подают в жидком виде, тогда как при необходимости подачи восстановителя в количестве, которое меньше этого его определенного количества, выполняют все стадии а)-д) предлагаемого в изобретении способа, а состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача, задают в зависимости от параметра ОГ.

Рассмотренные выше варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа основаны на том, что при необходимости подачи восстановителя в особо малых количествах для его испарения требуется не слишком большое количество энергии и одновременно возможен эффективный ее подвод к восстановителю, и поэтому при необходимости подачи восстановителя в таких количествах возможна беспроблемная реализация преимуществ, связанных с подачей восстановителя в газообразном виде. При необходимости же подачи восстановителя в больших количествах расход затрачиваемой на испарение восстановителя энергии значителен. Поэтому в подобном случае восстановитель в принципе целесообразно подавать в жидком виде. При этом следует также учитывать тот факт, что обычно именно при преобладании повышенных температур в системе выпуска ОГ ее потребность в восстановителе также выше. Тем самым в данном случае безо всяких проблем возможна подача в нее восстановителя в жидком виде. Аналогичным образом именно при низкой потребности в восстановителе в системе выпуска ОГ часто преобладают исключительно низкие температуры, при которых превращение восстановителя в системе выпуска ОГ обычно возможно лишь в малой степени. По этой причине в данном случае в принципе может оказаться предпочтительной подача восстановителя в газообразном виде.

Вариант, в основе которого лежит идея, заключающаяся в задании состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, (только) в зависимости от его потребного количества, допускает также возможность его реализации независимо от остальных представленных в настоящих материалах вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа.

В изобретении предлагается далее система выпуска отработавших газов (ОГ), имеющая по меньшей мере одну содержащую восстановитель расходную емкость, выпускной трубопровод и по меньшей мере один соединительный трубопровод, ведущий от содержащей восстановитель расходной емкости к выпускному трубопроводу и образующий по меньшей мере один первый путь потока восстановителя и меньшей мере один второй путь потока восстановителя, только первый или второй из которых выполнен при этом с по меньшей мере одним из следующих компонентов:

а) контактным нагревателем или

б) катализатором гидролиза.

Под путем потока восстановителя подразумевается путь, по которому восстановитель из содержащей его расходной емкости попадает через по меньшей мере один соединительный трубопровод к выпускному трубопроводу. Путь потока восстановителя может быть задан его направлением по соединительному трубопроводу, имеющему некоторую определенную конфигурацию. При этом поток восстановителя движется вдоль соединительного трубопровода. В другом варианте путь потока восстановителя может быть задан траекторией, по которой восстановитель в виде узконаправленной струи пересекает полость в соединительном трубопроводе и которая при этом определяется не конфигурацией соединительного трубопровода, а, например, подающей восстановитель форсункой.

Подобная система выпуска ОГ пригодна прежде всего для осуществления предлагаемого в изобретении способа. В зависимости от конкретно задаваемого состояния восстановителя, в котором должна происходить его подача, он подается либо по первому, либо по второму пути его потока. Средства для обработки восстановителя выполнены при этом таким образом, что они задействуются только при направлении восстановителя по предусмотренному для такой его обработки пути.

Контактные нагреватели, предназначенные для обработки восстановителя, характеризуются тем, что они нагревают восстановитель при контакте с ними. При этом может происходить только испарение восстановителя и/или уже его по меньшей мере частичное термическое превращение в аммиак. Катализаторы гидролиза характеризуются наличием у них поверхности, которая при контакте восстановителя с катализатором гидролиза проявляет гидролитическое действие и тем самым даже при меньших температурах уже приводит к по меньшей мере частичному превращению восстановителя. Контактные нагреватели и катализаторы гидролиза могут также использоваться (частично) в комбинации между собой.

Предпочтительна прежде всего система выпуска ОГ, в которой одновременно присутствуют контактный нагреватель и катализатор гидролиза, при этом предусмотрен испарительный объем, который предпочтительно облицован титановым слоем, соответственно слоем диоксида титана и снабжен по меньшей мере одним электрическим нагревателем. Преимущества, связанные с наличием титанового слоя и/или слоя диоксида титана и электрического нагревателя, уже рассмотрены выше в описании предлагаемого в изобретении способа. Дополнительно к титановому слою и/или слою диоксида титана испарительный объем целесообразно выполнять с ограничивающей его стенкой специальной конструкции, которая обеспечивает наиболее предпочтительное распределение температур в испарительном объеме. При этом указанный титановый слой и/или слой диоксида титана может быть обращенным внутрь испарительного объема слоем. Титан обычно обладает низкой теплопроводностью. По этой причине титановый слой и/или слой диоксида титана обычно выполнен тонким, а вокруг этого слоя выполнена стенка с высокой теплопроводностью. Снаружи на этой стенке по выбору выполнен либо теплопровод, либо нагревательный слой, обладающий электрическим сопротивлением и поэтому пригодный путем целенаправленного пропускания через него электрического тока для электрического нагрева испарительного объема. В данном случае также следует сослаться на публикацию WO 2007/131784 А1, содержание которой касательно конструктивного оформления испарительного объема в полном объеме включено в настоящее описание в качестве ссылки.

Предпочтительна, кроме того, предлагаемая в изобретении система выпуска ОГ, в которой имеется по меньшей мере одна форсунка, предназначенная для подачи восстановителя в жидком виде в систему выпуска ОГ и выполненная при этом с возможностью тонкого распыления восстановителя. При подаче жидкого восстановителя должно происходить его испарение в потоке ОГ. При этом предпочтительно, чтобы восстановитель был представлен в виде отдельных мельчайших капелек, которые можно получать путем тонкого распыления восстановителя. Мелкие капельки восстановителя имеют в пересчете на их объем большую поверхность, благодаря чему может происходить быстрое испарение восстановителя. Форсунка в предпочтительном варианте связана только с тем путем потока восстановителя, в котором не имеется никакого контактного нагревателя, соответственно никакого катализатора гидролиза.

Предпочтительна, кроме того, предлагаемая в изобретении система выпуска ОГ, в которой в по меньшей мере одном соединительном трубопроводе предусмотрено регулируемое по положению потоконаправляющее средство, позволяющее по выбору направлять восстановитель по первому пути его потока или по второму пути его потока. Под регулируемостью по положению в данном контексте подразумевается возможность направления восстановителя по первому или второму пути его потока потоконаправляющим средством путем простой подачи на него соответствующего входного сигнала. Такое потоконаправляющее средство обычно позволяет изменять геометрию соединительного трубопровода. Регулируемое по положению потоконаправляющее средство может представлять собой, например, регулируемое разветвление, которое позволяет "переключаться" между первым и вторым путями потока восстановителя. В другом варианте потоконаправляющее средство может представлять собой регулируемую форсунку, позволяющую задавать конкретный путь потока восстановителя путем его подачи в определенном направлении или путем его подачи в виде струи определенной формы.

Еще одним объектом настоящего изобретения является автомобиль, имеющий предназначенную для осуществления предлагаемого в изобретении способа систему выпуска отработавших газов или предлагаемую в изобретении систему выпуска отработавших газов. На подобном автомобиле предлагаемый в изобретении способ может реализовываться, например, в системе управления системой выпуска ОГ и/или в системе управления двигателем.

Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Необходимо отметить, что на этих чертежах представлены особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. Помимо этого необходимо отметить, что эти чертежи носят исключительно схематичный характер и прежде всего не отражают реальные соотношения между размерами. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - автомобиль с предлагаемой в изобретении системой выпуска ОГ и

на фиг.2 - испарительный объем для выполненной по другому варианту предлагаемой в изобретении системы выпуска ОГ.

На фиг.1 показан автомобиль 2, оснащенный ДВС 14 с предлагаемой в изобретении системой 19 выпуска ОГ. Такая система 19 выпуска ОГ имеет выпускной трубопровод 6, отходящий от ДВС 14. По этому выпускному трубопроводу 6 проходит поток 11 ОГ от ДВС 14. При своем движении по выпускному трубопроводу 6 поток 11 ОГ проходит при этом сначала через каталитический нейтрализатор 7. Этот каталитический нейтрализатор 7 предусмотрен для первоначального превращения содержащихся в потоке ОГ вредных веществ 11 в безвредные. Далее поток 11 ОГ проходит первый подвод 8 для газообразного восстановителя, а затем второй подвод 9 для жидкого восстановителя. Второй подвод 9 снабжен форсункой 22, позволяющей тонко распылять жидкий восстановитель. Однако последовательность расположения подобных подводов может также отличаться от указанной. Далее в выпускном трубопроводе 6 предусмотрен датчик 23, которым контролируют параметр ОГ. После этого датчика 23 предусмотрен СКВ-катализатор 10, в котором происходит химическое превращение содержащихся в ОГ оксидов азота при их взаимодействии с восстановителем. Для подачи восстановителя в систему 19 выпуска ОГ предусмотрена содержащая его расходная емкость 3. Помимо этого предусмотрен соединительный трубопровод 4, соединяющий содержащую восстановитель расходную емкость 3 с выпускным трубопроводом 6. В этом соединительном трубопроводе 4 предусмотрен насос 5 для подачи восстановителя. В соединительном трубопроводе 4 предусмотрено далее регулируемое по положению потоконаправляющее средство 13, которое в данном случае выполнено в виде регулируемого разветвления и которое позволяет по мере необходимости направлять подаваемый и при определенных условиях дозируемый восстановитель из содержащей его расходной емкости 3 в выпускной трубопровод 6 либо по первому пути 20, либо по второму пути 21. При этом только на втором пути 21 потока восстановителя предусмотрен комбинированный контактный нагреватель с катализатором 26 гидролиза, имеющим испарительный объем 1. Такой испарительный объем 1 может нагреваться электрическим нагревателем 15, благодаря чему возможна обработка восстановителя. Для согласованной работы насоса 5, регулируемого по положению потоконаправляющего средства 13, электрического нагревателя 15 и ДВС 14 с учетом определенного датчиком 23 параметра ОГ дополнительно предусмотрена система 12 управления.

При осуществлении предлагаемого в изобретении способа в показанной на фиг.1 системе 19 выпуска ОГ после того, как система 12 управления задаст момент подачи восстановителя, датчиком 23 определяют параметр ОГ. После этого системой 12 управления задается определенное состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача. Регулируемое по положению потоконаправляющее средство 13 устанавливают в соединительном трубопроводе 4 в положение, в котором он обеспечивает прохождение восстановителя по тому пути (первому пути 20 или второму пути 21), который соответствует заданному состоянию восстановителя, в котором должна происходить его подача. Помимо этого проверяют, соответствует ли состояние восстановителя в содержащей его расходной емкости 3 заданному состоянию восстановителя, в котором должна происходить его подача, или нет. В том случае, если заданное состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача, отлично от состояния восстановителя в содержащей его расходной емкости 3, восстановитель подвергают с помощью контактного нагревателя 25 и/или катализатора 26 гидролиза и электрического нагревателя 15 обработке, при которой состояние подаваемого восстановителя приводят в соответствие его заданному состоянию, в котором должна происходить его подача. В зависимости от того, какое состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача, задано системой 12 управления, подача восстановителя происходит через первый подвод 8 или второй подвод 9. Система 12 управления двигателем 14 внутреннего сгорания обеспечивает при его работе многократно и прежде всего регулярно повторяющееся выполнение отдельных стадий процесса подачи восстановителя.

На фиг.2 показаны соединительный трубопровод 4, регулируемое по положению потоконаправляющее средство 13 и испарительный объем 1, пригодные для применения в выполненной по другому варианту предлагаемой в изобретении системе выпуска ОГ. Регулируемое по положению потоконаправляющее средство 13 в данном случае выполнено в виде регулируемого струеформирующего устройства и предусмотрено в соединительном трубопроводе 4. Такое регулируемое струеформирующее устройство позволяет подавать восстановитель либо в виде узконаправленной струи 16 вдоль первого пути 20, либо в виде распыленной струи 17 вдоль отклоняющегося второго пути 21 и позволяет тем самым формировать струи восстановителя, различающиеся между собой своими формой и направлением и/или точками, соответственно поверхностями, в которые они попадают. Оба - первый путь 20 потока восстановителя и второй путь 21 потока восстановителя - проходят при этом через испарительный объем 1. Первый путь 20 потока восстановителя является при этом узконаправленным, а второй путь 21 потока восстановителя является расширяющимся. Узконаправленная струя 16, движущаяся вдоль первого пути 20 потока восстановителя, проходит через испарительный объем 1, не испаряясь. Обусловлено это прежде всего тем, что такая струя восстановителя проходит через испарительный объем 1 по кратчайшему пути без контакта со стенкой 24, соответственно с контактным нагревателем 25 и не поглощает в испарительном объеме 1 практически никакую тепловую энергию. Распыленная же струя 17 расширяется и распределяется в испарительном объеме 1, попадая на стенки 24, соответственно на контактный нагреватель 25. При необходимости стенки 24 испарительного объема 1 могут иметь специальные структуры 18, которые приводят к накоплению, соответственно контакту отдельных капелек распыленной струи 17 и тем самым обеспечивают нахождение восстановителя в испарительном объеме 1 в течение времени, за которое происходит испарение восстановителя. Стенка 24 испарительного объема 1 может быть выполнена согласно WO 2007/131784 А1, как уже указывалось выше, с внутренним титановым слоем 27 и специальным теплопроводным слоем 28. Так, в частности, титановый слой 27 может также выполнять функцию катализатора 26 гидролиза. Одновременно с этим теплопроводный слой 28 обеспечивает равномерное распределение температуры в испарительном объеме 1. Снаружи вокруг испарительного объема 1 находится электрический нагреватель 15, позволяющий нагревать испарительный объем 1 до температуры, необходимой для испарения восстановителя.

Предлагаемый в изобретении способ и предлагаемая в изобретении система выпуска ОГ позволяют подавать в нее восстановитель в согласованном с конкретной температурой ОГ состоянии, благодаря чему обеспечивается максимально полное превращение восстановителя. Помимо этого предлагаемый в изобретении способ и предлагаемая в изобретении система выпуска ОГ позволяют уменьшить количество энергии, необходимой для превращения восстановителя.

Изобретение относится к способу и устройству для подачи восстановителя в систему выпуска отработавших газов. Сущность изобретения: способ и устройство для подачи восстановителя или его предшественника в систему (19) выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе нестационарного двигателя (14) внутреннего сгорания (ДВС). При осуществлении предлагаемого в изобретении способа сначала задают момент подачи восстановителя. Затем определяют параметр ОГ и/или потребное количество восстановителя и задают состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача. После этого восстановитель в том случае, когда его состояние, в котором должна происходить его подача, не соответствует состоянию восстановителя из его запаса, подвергают обработке. В завершение восстановитель подают в систему (19) выпуска ОГ. Перечисленные выше стадии выполняют с многократным их повторением. Техническим результатом изобретения является обеспечение максимально полного превращения восстановителя, а тем самым обеспечение и селективное каталитическое восстановление оксидов азота, а также снижение количества электрической энергии, необходимой для превращения восстановителя. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подачи восстановителя из его запаса в систему (19) выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя (14) внутреннего сгорания, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:
а) задают момент подачи восстановителя,
б) определяют по меньшей мере параметр ОГ или количество восстановителя,
в) в зависимости от по меньшей мере параметра ОГ или количества восстановителя задают состояние восстановителя, в котором должна происходить его подача и которым при этом является по меньшей мере агрегатное состояние восстановителя или его химический состав,
г) восстановитель в том случае, когда его состояние, в котором должна происходить его подача, не соответствует состоянию восстановителя из его запаса, подвергают обработке и
д) восстановитель в состоянии, в котором должна происходить его подача, подают в систему (19) выпуска ОГ,
при этом стадии а)-д) выполняют с многократным их повторением.

2. Способ по п.1, при осуществлении которого на стадии б) в качестве параметра ОГ определяют их температуру.

3. Способ по п.2, при осуществлении которого на стадии д) восстановитель при низких температурах ОГ подают в газообразном виде, а при высоких температурах ОГ - в жидком виде.

4. Способ по одному из пп.1-3, при осуществлении которого на стадии г) жидкий восстановитель в том случае, если на стадии в) было установлено, что он должен подаваться в газообразном виде, испаряют вне ОГ.

5. Способ по п.4, при осуществлении которого для испарения восстановителя вне ОГ используют электрическую энергию.

6. Способ по одному из пп.1-3, при осуществлении которого восстановитель при его потребном количестве, составляющем максимум 10 мл, подают в газообразном виде, а при большем его потребном количестве подают в жидком виде.

7. Система (19) выпуска отработавших газов (ОГ), имеющая по меньшей мере одну содержащую восстановитель расходную емкость (3), выпускной трубопровод (6) и по меньшей мере один соединительный трубопровод (4), ведущий от содержащей восстановитель расходной емкости (3) к выпускному трубопроводу (6) и образующий по меньшей мере один первый путь (20) потока восстановителя и меньшей мере один второй путь (21) потока восстановителя, только первый (20) или второй (21) из которых выполнен при этом с по меньшей мере одним из следующих компонентов:
а) контактным нагревателем (25) или
б) катализатором (26) гидролиза.

8. Система (19) выпуска ОГ по п.7, в которой одновременно присутствуют контактный нагреватель (25) и катализатор (26) гидролиза, при этом предусмотрен по меньшей мере один испарительный объем (1), который предпочтительно облицован титановым слоем (27) и снабжен по меньшей мере одним электрическим нагревателем (15).

9. Система (19) выпуска ОГ по п.7 или 8, имеющая по меньшей мере одну форсунку (22), предназначенную для подачи восстановителя в жидком виде в систему (19) выпуска ОГ и выполненную при этом с возможностью тонкого распыления восстановителя.

10. Система (19) выпуска ОГ по п.7 или 8, в которой в по меньшей мере одном соединительном трубопроводе (4) предусмотрено регулируемое по положению потоконаправляющее средство (13), позволяющее по выбору направлять восстановитель по первому пути (20) его потока или по второму пути (21) его потока.

11. Автомобиль (2), имеющий предназначенную для осуществления способа по одному из пп.1-6 систему (19) выпуска отработавших газов или систему (19) выпуска отработавших газов по одному из пп.7-10.