СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАПЕЛЬНОЙ ПОДАЧИ ЖИДКОГО ВОССТАНОВИТЕЛЯ В ВЫПУСКНОЙ ТРУБОПРОВОД Российский патент 2015 года по МПК F01N3/10 F01N3/18 

Настоящее изобретение относится к способу, а также к устройству для капельной подачи жидкого восстановителя в выпускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

В системах снижения токсичности отработавших газов (ОГ), образующихся при работе ДВС, главным образом дизельных двигателей, используют встроенные в выпускные трубопроводы и предназначенные для снижения токсичности ОГ компоненты, в которые для их надлежащей работы требуется, по меньшей мере, периодически подавать определенный реагент. К таким компонентам для снижения токсичности ОГ относятся прежде всего катализаторы селективного каталитического восстановления (а точнее каталитические нейтрализаторы для селективного каталитического восстановления (СКВ)), в которые в качестве восстановителя для селективного восстановления оксидов азота подается аммиак в свободном либо связанном виде, например раствор мочевины. Помимо этого к подобным компонентам относятся также катализирующие окисление компоненты для снижения токсичности ОГ, в которые для нагрева ОГ в качестве восстановителя подаются углеводородные соединения (топливо). Подобный нагрев ОГ предусмотрен в целях термической регенерации сажевого фильтра (фильтра для улавливания твердых частиц) путем выжигания скопившейся в нем сажи или в целях регенерации катализаторов-накопителей оксидов азота (а точнее каталитических нейтрализаторов накопительного типа) для удаления из них серы.

Для высокоэффективного снижения токсичности ОГ необходимо обеспечивать максимально равномерное распределение и максимально тонкое распыление восстановителя по сечению выпускного трубопровода.

В ЕР 1890016 говорится, что благодаря подаче восстановителя в направлении навстречу направлению потока ОГ вследствие повышенной скорости движения восстановителя относительно потока ОГ достигается более тонкое и лучшее распределение, соответственно диспергирование, восстановителя. Подобному эффекту дополнительно способствует попадание восстановителя на выходную сторону компонента для снижения токсичности ОГ, поскольку при столкновении с ним капли восстановителя могут дополнительно дробиться на капли меньших размеров и распыляться в виде них, соответственно могут испаряться с поверхностей компонента для снижения токсичности ОГ с попаданием их паров непосредственно в поток ОГ.

Распределение восстановителя по сечению выпускного трубопровода, соответственно подача восстановителя на выходную сторону компонента для снижения токсичности ОГ в значительной степени зависит от режима работы ДВС. При высокой скорости потока ОГ тонко распыленный подающим блоком восстановитель быстро изменяет направление своего движения и вследствие этого в лучшем случае лишь частично попадает на выходную сторону компонента для снижения токсичности ОГ.

В основу настоящего изобретения была положена задача, по меньшей мере, частично решить рассмотренные выше в описании уровня техники проблемы и прежде всего разработать способ, а также устройство, который, соответственно которое обеспечивал/обеспечивало бы максимально равномерное распределение восстановителя в потоке ОГ прежде всего во всех режимах работы ДВС для улучшения таким путем испарения восстановителя.

Указанные задачи решаются с помощью способа, заявленного в п.1 формулы изобретения, а также с помощью устройства, заявленного в п.10 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты осуществления изобретения 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 отличительные особенности изобретения, указанные в формуле изобретения, конкретизированы и более подробно рассмотрены в последующем описании, в котором представлены также другие предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Согласно изобретению положенная в его основу задача решается с помощью способа капельной подачи жидкого восстановителя в выпускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания (ДВС), заключающегося в выполнении, по меньшей мере, следующих стадий:

а) определяют по меньшей мере один параметр отработавших газов (ОГ) при работе ДВС,

б) в зависимости от определенного параметра ОГ задают размер капли подаваемого восстановителя,

в) в зависимости от заданного размера капли настраивают первое давление нагнетания восстановителя в выпускной трубопровод и

г) в выпускной трубопровод подающим блоком подают восстановитель.

Параметр ОГ при работе ДВС можно определять прежде всего датчиками, размещенными в выпускном трубопроводе и/или на ДВС, и/или можно также определять на основании режимов работы ДВС.

Размер капли восстановителя в основном зависит от давления нагнетания восстановителя и конструктивных особенностей распылительного отверстия подающего блока, а также от химического состава, соответственно физического состояния самого восстановителя. Цель предусмотренного предлагаемым в изобретении способом задания размера капли прежде всего состоит в повышении вероятности ее попадания на торец компонента для снижения токсичности ОГ, который прежде всего расположен в выпускном трубопроводе по ходу потока ОГ перед подающим восстановитель блоком, и тем самым в обеспечении возможности испарения и/или тонкого диспергирования и распределения восстановителя (главным образом по всему поперечному сечению выпускного трубопровода). Размер капли влияет на ее траекторию в выпускном трубопроводе, и прежде всего при увеличении размера капли повышается также ее инерционность, препятствующая изменению направления ее движения потоком ОГ.

Размер подаваемой капли восстановителя при этом задают прежде всего путем настройки первого давления нагнетания восстановителя в трубопроводе его подачи (ниже называемом восстановителепроводом по аналогии с топливопроводом, водопроводом, воздухопроводом и т.п.). Таким образом, чем выше, например, выбран уровень первого давления нагнетания, тем меньше, например, каждая образующаяся при этом капля.

В отличие от общепринятого мнения, что при повышенной скорости потока ОГ восстановитель следует подавать в выпускной трубопровод под максимально высоким давлением с тем, чтобы до максимально возможной увеличить длину пути, который капля восстановителя способна пройти при своем движении навстречу направлению потока ОГ в сторону торца компонента для снижения токсичности ОГ и достичь этого торца, согласно изобретению, таким образом, предлагается, наоборот, снижать давление подачи восстановителя прежде всего при повышенной скорости потока ОГ с тем, чтобы происходило образование капель большего размера, которые соответственно в меньшей степени отклоняются потоком ОГ от своей исходной траектории. Тем самым капли вследствие меньшего отклонения от их исходной траектории достигают также отстоящих от подающего блока частей торца компонента для снижения токсичности ОГ, на каковом торце восстановитель может затем испаряться. Таким путем можно добиться требуемого распределения восстановителя по поперечному сечению выпускного трубопровода. В соответствии с этим подача восстановителя в выпускной трубопровод подающим блоком происходит после настройки первого давления нагнетания, что обеспечивает образование капель восстановителя заданного размера.

Предпочтителен также вариант осуществления предлагаемого в изобретении способа, в котором жидкий восстановитель подают в точке, расположенной по ходу потока ОГ за компонентом для снижения токсичности ОГ, навстречу направлению потока ОГ в выпускном трубопроводе, а размер капли устанавливают таким, что обеспечивается равномерное распределение восстановителя по достижимой для него зоне компонента для снижения токсичности ОГ.

Вследствие подачи жидкого восстановителя навстречу направлению потока ОГ струя жидкого восстановителя отклоняется и/или расширяется. В результате этого зона подачи восстановителя, т.е. фактически смачиваемая поверхность и в компоненте для снижения токсичности ОГ, несколько изменяется также в статическом режиме работы подающего блока. Однако именно при более или менее постоянных параметрах ОГ не исключена возможность попадания восстановителя постоянно на одну и ту же часть компонента для снижения токсичности ОГ. Подобный фактор может привести к локальному охлаждению компонента для снижения токсичности ОГ и/или к снижению его эффективности, поскольку он уже насыщен восстановителем и вследствие этого более не способен требуемым образом воспринимать, соответственно испарять, восстановитель. Благодаря предложенному выше целенаправленному влиянию на подачу жидкого восстановителя он в основном равномерно распределяется по достижимой для него зоне компонента для снижения токсичности ОГ. Под "достижимой для восстановителя зоной" подразумевается та зона торца компонента для снижения токсичности ОГ, которой при нормальных условиях в процессе работы ДВС может достичь распыляемый подающим блоком, соответственно отдельной форсункой, восстановитель. В том случае, когда весь торец компонента для снижения токсичности ОГ позволяет охватить одна форсунка, достижимая для восстановителя зона по своим размерам совпадает с торцом компонента для снижения токсичности ОГ, а в остальных случаях достижимая для восстановителя зона обычно представляет собой только отдельную зону торца компонента для снижения токсичности ОГ, которая по своим размерам меньше размеров торца. В последнем случае подающий блок обычно выполнен таким образом, что суммарно все достижимые для восстановителя зоны по своей площади, по меньшей мере, охватывают площадь торца, при этом при определенных условиях и достижимые для восстановителя зоны, орошаемые разными форсунками, могут взаимно перекрываться. Достижимая для восстановителя зона обычно представляет собой "расширенную" зону, доступную для смачивания восстановителем при его подаче подающим блоком. Для определения достижимой для восстановителя зоны можно, например, подавать жидкий восстановитель через форсунку при постоянных условиях и при этом определять, в какой достижимой для восстановителя зоне восстановитель в обычных режимах работы ДВС попадает на торец компонента для снижения токсичности ОГ. В соответствии с этим зона подачи восстановителя представляет собой отдельную зону или часть, фактически смачиваемую восстановителем при данных параметрах ОГ, а достижимая для восстановителя зона представляет собой зону, в пределах которой при разных параметрах ОГ могут оказаться зоны подачи восстановителя. Следовательно, в данном случае предлагается также использовать подобные изменения зоны подачи восстановителя с целью добиться максимально равномерного распределения восстановителя по (потенциально) достижимой для восстановителя зоне компонента для снижения токсичности ОГ. Под "равномерным" при этом прежде всего подразумевается усредненное во времени распределение. Очевидно, что вся достижимая для восстановителя зона смачивается жидким восстановителем за несколько циклов его подачи. При этом в следующем цикле подачи восстановителя им следует в первую очередь смачивать те участки компонента для снижения токсичности ОГ, на которых в пределах достижимой для восстановителя зоны он присутствует в меньшем количестве. При этом при необходимости следует также учитывать накопительную способность компонента для снижения токсичности ОГ и/или его температуру.

Благодаря подаче восстановителя на задний (в направлении потока ОГ) торец компонента для снижения токсичности ОГ обеспечивается возможность испарения восстановителя с поверхности компонента для снижения токсичности ОГ непосредственно в поток ОГ. В результате возможно непрерывное химическое превращение вредных веществ при их взаимодействии с восстановителем, соответственно возможен непрерывный гидролиз восстановителя несмотря на его периодическую или дискретную подачу в выпускной трубопровод. Подаваемое количество восстановителя в этом случае можно регулировать изменением частоты его подачи подающим блоком. В соответствии с этим возможна согласованная подача восстановителя при низком давлении его нагнетания и тем самым при меньшем его объемном расходе при одновременно высоком объемном расходе ОГ и соответственно при высокой потребности в восстановителе.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа в качестве параметра ОГ используют по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, включающей объемный расход ОГ, скорость потока ОГ, массовый расход ОГ, температуру ОГ и давление ОГ.

При необходимости некоторый параметр ОГ можно также определять на основании нескольких их релевантных параметров. Параметры ОГ можно определять или регистрировать в предпочтительных точках выпускного трубопровода, соответственно ДВС и с помощью предусмотренных при определенных условиях систем или блоков управления пересчитывать в преобладающие в месте нахождения подающего блока параметры ОГ. Таким путем в каждом случае в зависимости от значения по меньшей мере одного параметра ОГ определяют количество восстановителя, в котором его требуется подавать в выпускной трубопровод.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии в) первое давление нагнетания настраивают на величину в пределах от 3 до 25 бар, прежде всего от 3 до 10 бар. Подобные пределы давления нагнетания предпочтительны постольку, поскольку рассчитанные на работу при таком давлении компоненты соответствующего оборудования рентабельны в изготовлении и в соответствии с этим позволяют при малых затратах интегрировать их в автомобиль. Помимо этого на рынке широко представлены также насосы с достаточным для применения в подобном случае объемным расходом, рассчитанные на создание давления в указанных пределах и равным образом позволяющие при приемлемых затратах интегрировать их в автомобиль.

Предпочтителен далее вариант, в котором при подаче восстановителя варьируют по меньшей мере один параметр его подачи, выбранный из группы, включающей давление нагнетания, размер капель, зону подачи восстановителя на компоненте для снижения токсичности ОГ, место подачи восстановителя и направление подачи восстановителя.

Очевидно, что с учетом рассмотренных выше возможностей по варьированию параметров подачи восстановителя существует также возможность при подаче восстановителя смещенными во времени циклами варьировать или поддерживать постоянными несколько из параметров подачи восстановителя. Параметры подачи восстановителя регулируются прежде всего соответствующими исполнительными средствами, соответственно управляющими средствами находящегося вне потока ОГ устройства для подачи восстановителя. Так, в частности, изменение давления нагнетания сопровождается одновременным изменением размеров капель и/или зоны подачи восстановителя. При наличии, например, нескольких форсунок, предусмотренных для смачивания компонента для снижения токсичности ОГ, можно путем соответствующего управления различными форсунками изменять место подачи восстановителя (место установки форсунки). При использовании же подвижных, поворотных форсунок в подающем блоке подобная их подвижность позволяет также целенаправленно регулировать направление подачи ими восстановителя.

В еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа по меньшей мере один параметр подачи восстановителя варьируют при постоянном параметре ОГ.

При этом особенно предпочтительно слегка изменять давление нагнетания восстановителя с тем, чтобы при длительной работе ДВС с в основном постоянными параметрами ОГ несколько смещать зону подачи капель восстановителя. Благодаря этому прежде всего удается избежать локального охлаждения компонента для снижения токсичности ОГ в зоне подачи восстановителя, соответственно в достижимой для восстановителя зоне.

В еще одном, особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа на стадии г) восстановитель подают в виде капель, размер которых, выраженный через средний диаметр Заутера, составляет от 10 до 200 мкм, прежде всего от 30 до 150 мкм. При этом диаметр Заутера определяется следующим образом: если весь объем частиц (в данном случае капель) сыпучего материала преобразовать в равновеликие шарики, вся площадь поверхности которых равна всей площади поверхности частиц, то в качестве диаметра такие частицы имели бы диаметр Заутера.

По результатам многочисленных исследований при этом было установлено, что при предпочтительном выполнении подающего блока в виде форсунки с четырьмя распылительными отверстиями, при использовании продукта AdBlue в качестве восстановителя, т.е. водного раствора мочевины, и при первом давлении нагнетания, равном 8 бар, образуются капли со средним диаметром Заутера, равным 45 мкм, а при давлении, равном 3 барам, образуются капли со средним диаметром Заутера, равным 137 мкм.

В следующем предпочтительном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа по меньшей мере 60% подаваемых на стадии г) капель имеют размер, который задан соответственно стадии б) или превышает его. На долю капель таких размеров предпочтительно должно приходиться даже более 80% или даже более 92%. Цель предлагаемого в изобретении способа состоит в образовании капель подобного размера при определенном первом давлении нагнетания с тем, чтобы с учетом параметров ОГ такие капли при подаче восстановителя навстречу направлению потока ОГ проходили определенный путь навстречу этому направлению потока ОГ и тем самым попадали на торец компонента для снижения токсичности ОГ предпочтительно равномерно распределенными по поперечному сечению выпускного трубопровода. В соответствии с этим при осуществлении предлагаемого в изобретении способа должно происходить образование капель, по меньшей мере часть которых имеет заданный размер, при котором по меньшей мере эта часть капель способна пройти заданный минимальный путь.

Помимо этого в еще одном варианте осуществления предлагаемого в изобретении способа восстановитель подают таким образом, что при работе ДВС происходит равномерное смачивание торца компонента для снижения токсичности ОГ каплями восстановителя.

Именно при наличии у компонентов для снижения токсичности ОГ торцов исключительно большой площади, что является характерной особенностью, например, компонентов для снижения токсичности ОГ, устанавливаемых на грузовых автомобилях, необходимо целенаправленно обеспечить подачу жидкого восстановителя требуемым образом на всю площадь торца. По этой причине прежде всего предлагается использовать рассмотренные в настоящем описании стратегии с целью обеспечить (усредненное во времени) равномерное смачивание (заднего по ходу потока ОГ) торца компонента для снижения токсичности ОГ. В этом отношении можно сослаться на пояснения касательно равномерного смачивания достижимой для восстановителя зоны.

Еще одним объектом настоящего изобретения является предлагаемое в нем устройство для капельной подачи жидкого восстановителя в выпускной трубопровод, по меньшей мере, имеющее насос для нагнетания восстановителя подающий блок для подачи восстановителя в выпускной трубопровод, восстановителепровод для гидравлического соединения насоса с подающим блоком, расположенные между насосом и подающим блоком регулирующий давление клапан и гаситель колебаний давления, а также блок управления, предназначенный для управления, по меньшей мере, насосом, подающим блоком и регулирующим давление клапаном.

Блок управления предназначен прежде всего для регулирования компонентов из числа насоса, подающего блока и регулирующего клапана, а также при необходимости других компонентов предлагаемого в изобретении устройства или автомобиля, соответственно для управления такими компонентами. Блок управления предназначен при этом для настройки на заданную величину размера капель жидкого восстановителя, подаваемого подающим блоком в выпускной трубопровод, путем регулирования первого давления нагнетания.

Первое давление нагнетания представляет собой прежде всего давление, под которым восстановитель должен подаваться подающим блоком в выпускной трубопровод. Это первое давление нагнетания создают, например, путем управления насосом и регулирующим давление клапаном. Обычно предпочтительно, чтобы насос создавал (постоянное, максимальное) второе давление нагнетания, снижаемое затем регулирующим давление клапаном до конкретного первого давления нагнетания. Второе давление нагнетания представляет собой преобладающее в восстановителепроводе давление, исходя из которого можно настраивать первое давление нагнетания, под которым возможна подача жидкого восстановителя в виде капель заданного размера.

Первое давление нагнетания регулируют, изменяя его относительно преобладающего в восстановителепроводе второго давления нагнетания, прежде всего путем изменения режима работы насоса, включая его на подачу и/или на обратную подачу, или путем изменения величины открытия регулирующего клапана. Помимо этого прежде всего существует также возможность регулировать первое давление нагнетания путем подачи восстановителя в выпускной трубопровод подающим блоком, при этом насос не работает на подачу. Тем самым в этом случае восстановитель, по меньшей мере, отчасти подается каплями меньшего размера (при большем втором давлении нагнетания в восстановителепроводе) до тех пор, пока второе давление нагнетания не снизится до первого давления нагнетания. Лишь по достижении первого давления нагнетания восстановитель в данном варианте начинает подаваться в виде капель заданного на стадии б) предлагаемого в изобретении способа размера.

Предлагаемое в изобретении устройство пригодно прежде всего для осуществления предлагаемого в изобретении способа.

Регулирующий давление клапан, таким образом, предназначен прежде всего для настройки первого давления нагнетания согласно стадии в) предлагаемого в изобретении способа.

Необходимость в гасителе колебаний давления обусловлена прежде всего тем, что в восстановителепроводе, в котором настраивают первое давление нагнетания с целью обеспечить образование капель заданного размера, при работе ДВС и при выходе восстановителя из подающего блока возникают колебания давления. Такие колебания давления зависят прежде всего от количества восстановителя, выходящего из подающего блока, а также от производительности насоса и режима его работы (непрерывный либо периодический). Помимо этого на первое давление нагнетания влияет регулирующий давление клапан, который при превышении определенного уровня давления в восстановителепроводе или для настройки первого давления нагнетания перепускает восстановитель, соответственно его часть прежде всего в возвратный трубопровод, по которому восстановитель возвращается в содержащий его бак. Колебания давления могут быть обусловлены, кроме того, дискретными перемещениями затвора форсунки подающего блока в направлении открытия и в направлении закрытия. По этой причине также возможно возникновение колебаний давления, волнообразно проходящих по восстановителепроводу.

Гаситель колебаний давления предназначен, таким образом, прежде всего для поддержания, насколько это возможно, постоянным первого давления нагнетания, настроенного в восстановителепроводе для подачи восстановителя в виде капель заданного размера, соответственно для приближения преобладающего в восстановителепроводе второго давления нагнетания к (заданному на стадии в)) первому давлению нагнетания. Таким путем минимизируются, соответственно предотвращаются, колебания первого давления нагнетания. При этом в особенно предпочтительном варианте величина отклонения второго давления нагнетания перед подающим блоком, соответственно в восстановителепроводе на стадии г) при работе ДВС от заданного, соответственно настраиваемого на стадии в) первого давления нагнетания должна составлять максимум 10%, прежде всего только 5%. Таким образом, при открытии подающего блока в направлении выпускного трубопровода в момент, в который первое давление нагнетания вследствие колебаний давления в восстановителепроводе еще не достигнуто, подача восстановителя происходит под вторым давлением нагнетания. Благодаря же минимизации колебаний давления в восстановителепроводе гасителем колебаний давления восстановитель в этом случае подается в выпускной трубопровод под вторым давлением нагнетания, уровень которого значительно приближен к первому давлению нагнетания.

В следующем предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства блок управления соединен с по меньшей мере одним датчиком для определения по меньшей мере одного параметра ОГ, под которым при этом прежде всего подразумеваются уже рассмотренные выше в описании предлагаемого в изобретении способа параметры ОГ. Блок управления, таким образом, прежде всего предназначен также для настройки по меньшей мере одного первого давления нагнетания в восстановителепроводе, которое пригодно для образования капель заданного размера, подаваемых в выпускной трубопровод подающим блоком и проходящих затем минимальный путь навстречу направлению потока ОГ до своего попадания прежде всего на торец компонента для снижения токсичности ОГ в выпускном трубопроводе. Размер капель задают таким, чтобы обеспечить максимально равномерное распределение восстановителя на этом торце по всему поперечному сечению выпускного трубопровода.

В еще одном предпочтительном варианте датчик для определения по меньшей мере одного параметра ОГ расположен на стороне подачи воздуха в ДВС. В соответствии с этим параметры ОГ определяют на основании параметров, регистрируемых на стороне впуска воздуха в ДВС. В данном случае датчик может быть выполнен прежде всего в виде датчика массового расхода или датчика разрежения. Измерительный сигнал датчика прежде всего используется в комбинации с параметрами работы ДВС, например с частотой вращения его вала.

Подающий блок при этом может далее иметь, по меньшей мере, множество форсунок или по меньшей мере одну подвижную форсунку.

Очевидно, что подающий блок может также иметь множество форсунок, по меньшей мере одна из которых выполнена подвижной, прежде всего поворотной. При использовании множества форсунок их расположение должно быть таково, чтобы они обеспечивали смачивание всего торца компонента для снижения токсичности ОГ восстановителем, т.е. суммарно все достижимые для восстановителя зоны должны, по меньшей мере, охватывать весь торец. С этой целью по окружному периметру выпускного трубопровода, соответственно заднего торца компонента, для снижения токсичности ОГ можно расположить несколько форсунок, например три, четыре или пять форсунок. При использовании подвижной форсунки требуются ее установка на соответствующие газонепроницаемые опоры и использование серводвигателя.

В особенно предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении устройства его блок управления выполнен с возможностью осуществления предлагаемого в изобретении способа, а предлагаемое в изобретении устройство предназначено для применения и/или предлагаемый в изобретении способ предназначен для осуществления прежде всего на автомобиле.

Предлагаемый в изобретении способ, соответственно предлагаемое в изобретении устройство в предпочтительном варианте предназначен/предназначено для подачи жидкого водного раствора мочевины, при этом компонент для снижения токсичности ОГ имеет на по меньшей мере одном участке своего обращенного к подающему блоку торца гидролизующее покрытие.

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. На всех чертежах одни и те же детали и элементы обозначены также одинаковыми позициями. На прилагаемых к описанию чертежах, которые носят схематичный характер, в частности, показано:

па фиг.1 - предлагаемое в изобретении устройство, установленное на автомобиле,

на фиг.2 - фрагмент выпускного трубопровода при работе ДВС автомобиля,

на фиг.3 - выполненное еще по одному варианту предлагаемое в изобретении устройство, установленное на автомобиле, и

на фиг.4 - схема, поясняющая варьируемую подачу восстановителя.

На фиг.1 показано предлагаемое в изобретении устройство 12, установленное на автомобиле 21 с ДВС 3. При этом предусмотрен выпускной трубопровод 2 с по меньшей мере одним встроенным в него компонентом 17 для снижения токсичности ОГ, который имеет первый торец 18 и второй торец 19 и через который от его первого торца 18 до его второго торца 19 в направлении 20 своего потока проходят ОГ. По ходу потока ОГ за вторым торцом 19 компонента 17 для снижения токсичности ОГ при этом расположен подающий блок 8 устройства 12. Подающий блок 8 расположен таким образом, что подаваемый им навстречу направлению 20 потока ОГ в выпускном трубопроводе 2 восстановитель, по меньшей мере, частично попадает на второй торец 19 компонента 17 для снижения токсичности ОГ. С этой целью устройством 12 формируются капли восстановителя определенного размера, подаваемые в выпускной трубопровод 2 навстречу направлению 20 движущегося по нему потока ОГ и соответственно, по меньшей мере, частично попадающие на второй торец 19 компонента 17 для снижения токсичности ОГ. Устройство 12 имеет бак 22 с запасом восстановителя, насос 10, гаситель 9 колебаний давления, регулирующий давление клапан 14 и подающий блок 8, соединенные между собой восстановителепроводом 13. Дополнительно в различных местах выпускного трубопровода 2 или на трубопроводах со стороны 25 подачи воздуха в ДВС 3 предусмотрены датчики 16, от которых в блок 15 управления поступают прежде всего данные измерения различных параметров 4 ОГ. С помощью датчиков 16, установленных на стороне 26 подачи воздуха в ДВС, можно путем определения массового расхода воздуха (либо его определения на основании величины разрежения в трубопроводе и частоты вращения вала ДВС 3) определять также параметры 4 ОГ в выпускном трубопроводе 2. Помимо этого блок 15 управления соединен, по меньшей мере, с насосом 10, регулирующими давление клапанами 14 и подающим блоком 8. Регулирующий давление клапан 14, кроме того, может быть соединен прежде всего с возвратным трубопроводом, по которому восстановитель может подаваться из восстановителепровода 13 обратно в бак 22.

На фиг.2 показан фрагмент выпускного трубопровода 2 с компонентом 17 для снижения токсичности ОГ, который имеет первый торец 18 и второй торец 19 и через который от его первого торца 18 до его второго торца 19 в направлении 20 своего потока проходят ОГ. При этом в различных местах выпускного трубопровода 2 отработавшие газы при определенных условиях имеют различающиеся между собой параметры 4 (например, температуру, скорость и другие), регистрируемые датчиками 16. По ходу потока ОГ за компонентом 17 для снижения токсичности ОГ расположен подающий блок 8, которым восстановитель 1 в виде капель 6 подается преимущественно на второй торец 19 компонента 17 для снижения токсичности ОГ. Капли 6 восстановителя 1 предпочтительно должны равномерно распределяться по всему поперечному сечению 24 выпускного трубопровода, прежде всего равномерно по максимально достижимому восстановителем 1 поперечному сечению 24.

На фиг.3 показано выполненное еще по одному варианту предлагаемое в изобретении устройство 12, установленное на автомобиле. При этом в выпускной трубопровод 2 в точке, расположенной по ходу потока ОГ за компонентом 17 для снижения токсичности ОГ, имеющим первый торец 18 и второй торец 19, подающим блоком 8 подается капля 6 восстановителя размером 5, движущаяся по траектории 23. На эту траекторию 23 капли в основном влияют параметры 4 ОГ. Поэтому устройство 12 настраивает в восстановителепроводе 13 первое давление 7 нагнетания, при котором возможно преимущественно образование капель 6 определенных размеров 5, обеспечивающих возможность попадания капель 6 на второй торец 19 компонента 17 для снижения токсичности ОГ. Данные, необходимые для регистрации параметров 4 ОГ, определяются датчиками 16, которые могут располагаться не только по одну сторону компонента 17 для снижения токсичности ОГ по ходу их потока за ним, но и перед ним или внутри него. Измеренные датчиками 16 данные передаются ими по линиям управления или посредством беспроводной связи в блок 15 управления, с которым, кроме того, соединены, по меньшей мере, подающий блок 8, регулирующий давление клапан 14 и насос 10. Устройство 12 наряду с подающим блоком 8 имеет бак 22 с запасом восстановителя, насос 10, гаситель 9 колебаний давления, а также регулирующий давление клапан 14, которые соединены между собой восстановителепроводом 13. Блоком 15 управления задается первое давление 7 нагнетания в восстановителепроводе 13. При работе устройства 12 не исключена возможность возникновения колебаний конкретно настроенного первого давления 7 нагнетания. Такое фактическое давление в восстановителепроводе 13 обозначается как второе давление 11 нагнетания, которое соответствующим образом регулируется с тем, чтобы оно отличалось от первого давления 7 нагнетания на минимально возможную величину. Восстановитель 1 выходит из подающего блока 8 под вторым давлением 11 нагнетания, которое в максимально возможной степени соответствует первому давлению 7 нагнетания.

На фиг.4 на виде сзади показан компонент 17 для снижения токсичности ОГ. По ходу потока за этим компонентом 17 для снижения токсичности ОГ по окружному периметру выпускного трубопровода 4 предусмотрены форсунки 29, которые по сигналам от блока 15 управления позволяют равномерно смачивать компонент 17 для снижения токсичности ОГ жидким восстановителем. В данном случае подающий блок образован четырьмя форсунками 29. Форсунки 29 закреплены неподвижно, что, однако, не является строго обязательным условием, при этом сверху на фиг.4 показана форсунка 29, выполненная подвижной, соответственно поворотной (обозначено двунаправленной стрелкой). На примере этой же форсунки 29 проиллюстрировано также, что для нее может быть предусмотрена отдельная достижимая для жидкого восстановителя зона 26, обозначенная соответствующей штрихпунктирной линией.

В нижней части на фиг.4 проиллюстрировано, каким образом форсунка может равномерно смачивать достижимую для распыляемого ею восстановителя при обычных условиях работы ДВС зону 26 за счет целенаправленного варьирования, соответственно целенаправленной модуляции стратегии подачи восстановителя. При этом нижняя форсунка представляет фактически рассматриваемое место 27 подачи восстановителя. Начиная от этого места 27 подачи восстановителя, обеспечить равномерное смачивание им достижимой для него зоны 26 (обозначена темным цветом) можно, модулируя параметры зон 30 подачи восстановителя (обозначены штриховыми линиями). Зона 30 подачи восстановителя представляет собой при этом поверхность, смачиваемую жидким восстановителем за один цикл его подачи. Очевидно, что для охвата всей достижимой для восстановителя зоны 26 следует изменять форму, соответственно размеры зоны 30 подачи восстановителя и/или направление 28 его подачи. Из приведенного на чертеже изображения следует, что, например, за пять циклов подачи восстановителя им можно в основном равномерно оросить всю достижимую для восстановителя зону 26. При этом нет необходимости фактически располагать все зоны 30 подачи восстановителя непосредственно рядом друг с другом и/или смачивать все зоны 30 подачи восстановителя одинаковым количеством восстановителя и/или с одинаковой частотой. Более того, в данном случае следует учитывать параметры ОГ и/или впитывающую, соответственно, испарительную способность компонента 17 для снижения токсичности ОГ. Обычно в центральной части компонента 17 для снижения токсичности ОГ он из-за преобладания в этой его части больших температур ОГ, соответственно из-за более интенсивного прохождения потока ОГ через эту его часть обладает большей впитывающей и/или испарительной способностью. Этот фактор также можно учитывать при выборе стратегии подачи восстановителя.

Модулирование зон 30 подачи восстановителя целенаправленно осуществляется, например, путем влияния на давление нагнетания в конкретных восстановителепроводах по соответствующим регулирующим сигналам от блока 15 управления. На такое модулирование зон 30 подачи восстановителя накладываются параметры ОГ, вследствие чего происходит отклонение, соответственно расширение, соответственно изменение зоны 30 подачи восстановителя. Однако подобный фактор предпочтительно учитывать, соответственно компенсировать, при выборе стратегии подачи восстановителя.

Изобретение относится к капельной подаче жидкого восстановителя в выпускной трубопровод двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Способ капельной подачи жидкого восстановителя (1), представляющего собой водный раствор мочевины, в выпускной трубопровод (2) двигателя (3) внутреннего сгорания (ДВС) заключается в определении по меньшей мере одного параметра (4) отработавших газов (ОГ) при работе ДВС. В зависимости от определенного параметра (4) ОГ задают размер (5) капли (6) подаваемого восстановителя (1). В зависимости от заданного размера (5) капли (6) настраивают первое давление (7) нагнетания восстановителя (1) в выпускной трубопровод (2) и в выпускной трубопровод (2) подающим блоком (8) подают восстановитель (1). Описано также устройство, пригодное для осуществления такого способа. Техническим результатом изобретения является обеспечение максимально равномерного распределения восстановителя в потоке ОГ во всех режимах работы ДВС для улучшения испарения восстановителя. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ капельной подачи жидкого восстановителя (1), представляющего собой водный раствор мочевины, в выпускной трубопровод (2) двигателя (3) внутреннего сгорания (ДВС), заключающийся в выполнении, по меньшей мере, следующих стадий:
а) определяют по меньшей мере один параметр (4) отработавших газов (ОГ) при работе ДВС (3),
б) в зависимости от определенного параметра (4) ОГ задают размер (5) капли (6) подаваемого восстановителя (1),
в) в зависимости от заданного размера (5) капли (6) настраивают первое давление (7) нагнетания восстановителя (1) в выпускной трубопровод (2) и
г) в выпускной трубопровод (2) подающим блоком (8) подают восстановитель (1).

2. Способ по п.1, при осуществлении которого жидкий восстановитель (1) подают в точке, расположенной по ходу потока ОГ за компонентом (17) для снижения токсичности ОГ, навстречу направлению (20) потока ОГ в выпускном трубопроводе (2), а размер (5) капли (6) устанавливают таким, что обеспечивается равномерное распределение восстановителя по достижимой для него зоне (26) компонента (17) для снижения токсичности ОГ.

3. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого в качестве параметра (4) ОГ используют по меньшей мере один параметр, выбранный из группы, включающей объемный расход ОГ, скорость потока ОГ, массовый расход ОГ, температуру ОГ и давление ОГ.

4. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого на стадии в) первое давление (7) нагнетания настраивают на величину в пределах от 3 до 25 бар.

5. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого при подаче восстановителя варьируют по меньшей мере один параметр его подачи, выбранный из группы, включающей давление (7) нагнетания, размер (5) капель (6), зону (30) подачи восстановителя на компоненте (17) для снижения токсичности ОГ, место (27) подачи восстановителя (1) и направление (28) подачи восстановителя (1).

6. Способ по п.5, при осуществлении которого по меньшей мере один параметр подачи восстановителя варьируют при постоянном параметре ОГ.

7. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого на стадии г) восстановитель подают в виде капель (6), размер (5) которых, выраженный через средний диаметр Заутера, составляет от 10 до 200 мкм.

8. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого по меньшей мере 60% подаваемых на стадии г) капель (6) имеют размер (5), который задан соответственно стадии б) или превышает его.

9. Способ по п.1 или 2, при осуществлении которого восстановитель (1) подают таким образом, что при работе ДВС происходит равномерное смачивание торца компонента (17) для снижения токсичности ОГ каплями (6) восстановителя (1).

10. Устройство (12) для капельной подачи жидкого восстановителя (1), представляющего собой водный раствор мочевины, в выпускной трубопровод (2), по меньшей мере, имеющее насос (10) для нагнетания восстановителя (1), подающий блок (8) для подачи восстановителя (1) в выпускной трубопровод (2), восстановителепровод (13) для гидравлического соединения насоса (10) с подающим блоком (8), расположенные между насосом (10) и подающим блоком (8) регулирующий давление клапан (14) и гаситель (9) колебаний давления, а также блок (15) управления, который предназначен для управления, по меньшей мере, насосом (10), подающим блоком (8) и регулирующим давление клапаном (14) и который соединен с по меньшей мере одним датчиком (16) для определения по меньшей мере одного параметра (4) отработавших газов (ОГ) и служит для настройки на заданную величину размера (5) капель (6) жидкого восстановителя, подаваемого подающим блоком (8) в выпускной трубопровод (2), путем регулирования первого давления (7) нагнетания.

11. Устройство (12) по п.10, в котором датчик (16) для определения по меньшей мере одного параметра (4) ОГ расположен на стороне (25) подачи воздуха в ДВС (3).

12. Устройство (12) по п.10 или 11, в котором подающий блок (8) имеет, по меньшей мере, множество форсунок (29) или по меньшей мере одну подвижную форсунку (29).

13. Устройство (12) по п.10 или 11, в котором блок (15) управления выполнен с возможностью осуществления способа по одному из пп.1-9.