СМЕСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И ВОССТАНОВИТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК B01F3/04 B01F5/06 

Изобретение относится к смесительному устройству для смешения отработавших газов (ОГ) в выпускном трубопроводе с добавкой, причем добавка, прежде всего, подается в ОГ и там равномерно распределяется. В двигателях внутреннего сгорания (ДВС), прежде всего, дизельных двигателях и двигателях, работающих на обедненных смесях, получается нежелательно большое количество оксидов азота. Для их устранения подходит, прежде всего, подача добавки «аммиак», в результате чего, и при избытке кислорода, оксиды азота могут быть восстановлены в азот, а водородная доля аммиака соединяется в воду. Для мобильного применения создание запаса раздражающего газа «аммиак» оказалось непригодным. Напротив, создание запаса аммиака в виде растворенной в воде мочевины оказалось пригодным для мобильного применения. На рынке для этого утвердилось применение обозначаемого как AdBlue® 32,5-процентного содержащего мочевину раствора. Однако водный раствор мочевины должен быть соответствующим образом приготовлен гидролизом и/или термолизом. Таким образом, понятие «добавка» далее используется в качестве синонима (жидкого или же, по меньшей мере, частично газообразного) восстановителя и/или предшественника восстановителя для проведения так называемого СКВ-процесса (селективное каталитическое восстановление).

Согласно одному возможному способу водный раствор мочевины (при необходимости, посредством газа-носителя, например, в виде аэрозоля) через насадки подается прямо в поток ОГ. Однако при этом возникают различные проблемы. Относительно крупные капли впрыскиваемой струи или же распыленного тумана по возможности не должны оставаться на стенке выпускного трубопровода, так как там они могут образовывать химически и механически стойкие кристаллы, которые оказывают коррозионное воздействие на остальной материал трубопровода. Но, с другой стороны, должно быть получено равномерное распределение в потоке ОГ. Из этого получается частично очень узкое окно регулирования для подачи водного раствора мочевины. Прежде всего, с учетом высокодинамичных условий обтекания и меняющихся температурных условий ОГ современного ДВС такое окно регулирования не всегда может быть надежно установлено с технически и экономически приемлемыми затратами. Поэтому в уровне техники разрабатывались различные смесительные устройства.

В DE 102007052262 А1, например, показано устройство для смешения и/или испарения восстановителя. При этом смеситель или же испаритель располагается по всему поперечному сечению канала для ОГ, в котором на ортогональных перемычках решетки находятся элементы направления потока. При этом восстановитель добавляется в направлении потока ОГ и частично подается на направляющие поверхности элементов направления потока. За счет этого предотвращается пропрыскивание частичных струй и достигается равномерное распределение водного раствора мочевины без образования настенных пленок на внутренней стенке канала для ОГ. В то же время достигается почти полное превращение оксидов азота испаряющимся восстановителем. Недостатком в таком устройстве является то, что должны быть

образованы отражающие поверхности для восстановителя, которые расположены поперек потока ОГ и поэтому приводят в значительной потере давления. Кроме того, вынуждается отложение восстановителя, в результате чего существует опасность того, что образуются химически очень стабильные настенные пленки, агломераты и т.п.на смесительном устройстве. Прежде всего, когда смесительное устройство является слишком холодным или слишком горячим, образуются эти нежелательные химически очень стабильные кристаллы, которые в условиях в системе выпуска ОГ практически больше не могут быть устранены.

В еще одной известной стратегии предотвращения описанной выше проблематики перемешивание достигается посредством геометрии сопла или расположения сопла. Из US 20110067385 А1 известно ориентировать отверстие сопла по существу против направления потока ОГ. За счет этого должна прямо создаваться турбулентность, которая поддерживает перемешивание ОГ и восстановителя.

Кроме того, для многих рабочих состояний может быть обеспечено, что капельки восстановителя будут захватываться потоком ОГ до осаждения на внутренней стенке канала. Недостатком такого устройства является то, что необходимо предотвращать образование отложений частицами ОГ и/или реагентами мочевины на отверстии сопла, в результате чего сопло засоряется. Кроме того, несмотря на благоприятное расположение, тем не менее, часто требуется высокодинамичное регулирование моментов времени впрыска и/или давления впрыска.

Кроме того, перемешивание восстановителя с ОГ может быть улучшено создателями завихрений или же создателями турбулентности перед впрыскивающим соплом или за ним. В этом варианте создатели турбулентности часто образованы ориентированными поперек направления потока пластинами для направления потока. В результате этого заметно повышается обратный подпор для ОГ. Такие концепции раскрываются, например, в WO 2008/061593 А1 или в US 2007/0101703 А1.

Исходя из этого, в основу настоящего изобретения положена задача по меньшей мере частичного устранения недостатков уровня техники. В частности, поставлена задача предложить смесительное устройство, с помощью которого

ОГ и добавка в достаточной степени перемешиваются друг с другом и в случае подачи жидкого водного раствора мочевины, в то же время, предотвращаются отложения реагентов мочевины на смесительном устройстве или на внутренней стороне выпускного трубопровода. Кроме того, должен быть предотвращен обратный подпор вследствие высокого гидравлического сопротивления смесительного устройства, как оно известно из уровня техники. В этом месте следует отметить, что предложенное смесительное устройство должно быть пригодным и для других добавок (как, например, вода, горючее, газы и т.п.) и поэтому не должно быть ограничено применением с раствором мочевины.

Эти задачи решены в смесительном устройстве для смешения добавки с потоком отработавших газов, содержащем по меньшей мере одну обтекаемую поверхность, которая расположена на смесительном участке выпускного трубопровода, в который входят отработавшие газы с добавкой и на котором выпускной трубопровод имеет поперечное сечение и основное направление потока отработавших газов, причем по меньшей мере одна обтекаемая поверхность расположена по центру на смесительном участке и ориентирована вдоль основного направления потока отработавших газов, и в обтекаемой поверхности предусмотрено множество глухих углублений, создающих в потоке отработавших газов вихри и поперечно текущие струйки. В соответствии с изобретением по меньшей мере одна обтекаемая поверхность образована по меньшей мере одной цельной пластиной, причем пластина имеет две обтекаемых поверхности и с обеих сторон имеет множество глухих углублений.

Благоприятные усовершенствования являются предметом зависимых пунктов формулы. Следует указать на то, что приведенные в формуле изобретения признаки могут быть комбинированы между собой любым, технически рациональным образом, и ведут к дополнительным формам осуществления изобретения. Дополнительно, поясненные в описании и/или наглядно показанные на фигурах признаки и функции могут быть привлечены к дальнейшей характеризации изобретения, из чего вытекают другие предпочтительные варианты осуществления изобретения.

Смесительное устройство для смешения добавки с потоком ОГ устроено для того, чтобы добавку, например, один из описанных выше восстановителей как можно более равномерно распределить в потоке ОГ. Впускной трубопровод

образует часть системы выпуска ОГ, которая примыкает к (мобильному) ДВС. В этом выпускном трубопроводе образован смесительный участок, на котором происходит смешение добавки с потоком ОГ или же создаются завихрения для смешения добавки с потоком ОГ. Этот смесительный участок расположен, прежде всего, выше по потоку перед СКВ-катализатором или же гидролизным катализатором. Поперечное сечение выпускного трубопровода является проходимой для потока площадью выпускного трубопровода в области смесительного участка перпендикулярно основному направлению потока. Основное направление потока ОГ, как правило, обозначает рассматриваемое в течение относительно большого интервала времени направление течения потока ОГ, а именно, направление от ДВС к выходу выпускного трубопровода. По меньшей мере одна обтекаемая поверхность отличается, прежде всего, тем, что ОГ ее не пронизывает, а скорее течет по существу вдоль нее и/или направляется вдоль нее. На смесительном участке может быть расположено несколько обтекаемых поверхностей, причем они ориентированы, предпочтительно, параллельно друг другу и/или параллельно основному направлению потока. Является благоприятным, если число обтекаемых поверхностей невелико, предпочтительно число обтекаемых поверхностей меньше 5, особо предпочтительно их число составляет не больше, чем 3, 2 или 1. По меньшей мере одна обтекаемая поверхность расположена на смесительном участке центрально. При этом «центрально» следует понимать, прежде всего, так, что обтекаемая поверхность (несколько обтекаемых поверхностей) расположена в массовом потоке ОГ и/или выпускного трубопровода, так что массовый поток испытывает как можно более равномерное влияние обтекаемой поверхности.

Как указано выше, по меньшей мере в одной обтекаемой поверхности образовано множество глухих углублений. При этом углубления являются открытыми, прежде всего, лишь в сторону ОГ. Предпочтительно, углубления представляют собой только локально ограниченную деформацию обтекаемой поверхности. Ни в коем случае углубления не образуют (сквозные) отверстия, поры и/или каналы, которые являются проходимыми для ОГ, прежде всего, не пронизывают обтекаемую поверхность. Углубления в форме впадин в направлении потока могут описывать сегмент окружности или же сегмент эллипса или даже образовывать сегмент шара или же сегмент эллипсоида. Но

они также могут быть образованы в форме цилиндра с по существу круглой боковой поверхностью, т.е. также эллипсообразной или основной поверхностью с кривизной свободной формы. Но для углублений также может быть выбрана любая другая геометрия. Углубления отличаются, прежде всего, тем, что они образованы из открытой поверхности в обтекаемой поверхности, сплошных боковых стенок и сплошной донной поверхности. При этом боковые поверхности, донная поверхность и остальная обтекаемая поверхность выполнены заподлицо относительно друг друга, так что протекание потока ОГ невозможно (закрыто). При этом отдельные участки углубления могут плавно переходить друг в друга, как, например, это имеет место в шаровом сегменте.

Количество углублений выбрано, прежде всего, так, что они еще (прежде всего, в основном направлении потока) дистанцированы между собой. Если углубления имеют разные расстояния друг от друга, является предпочтительным, чтобы расстояние до соседнего углубления в основном направлении потока было наибольшим. Однако, прежде всего, должен действовать принцип, что обтекаемая поверхность, по меньшей мере, на 50%, прежде всего, по меньшей мере, на 80% образована углублениями.

Из этого описанного выше смесительного устройства вытекает то преимущество, что омывающий обтекаемую поверхность поток ОГ в области по меньшей мере нескольких углублений ведет себя следующим образом.

Набегающий или же входящий в смесительный участок ОГ (с добавкой) имеет ярко выраженный профиль потока, который может быть ламинарным и/или турбулентным. Этот профиль потока отличается, прежде всего, тем, что разности давления внутри профиля потока являются незначительными, прежде всего, настолько незначительными, что ими можно пренебречь. Если этот профиль потока достигает углубления, то давление в результате расширения поперечного сечения, по меньшей мере, локально падает. Профиль потока образован элементарными струйками. В случае ламинарного потока такая элементарная струйка представляет собой путь отдельной молекулы ОГ. В случае турбулентного потока струйка представляет собой один из проходящих друг вдоль друга статистически усредненных путей молекул ОГ. Струйки с незначительным расстоянием от обтекаемой поверхности при попадании в расширение поперечного сечения будут следовать форме углубления. В связи с

инертностью во входной области углубления остается необтекаемая область. Эта необтекаемая область по сравнению с нависающим потоком образует пониженное давление. Такая область пониженного давления, в свою очередь, притягивает часть струек, так что струйка или струйки поворачиваются против направления набегающего профиля потока. Струйки, которые и дальше текут в основном направлении потока и в конце попадают в глухое углубление, направляются обратно в основное направление потока под отклоняющимся относительно профиля потока углом. При этом в начальной области углубления и/или в концевой области углубления струйки поворачиваются таким образом, что они под отклоняющимся углом (например, от 30° до 150°) попадают на остальные струйки профиля потока. В результате этого производится импульс поперек основного направления потока. При наличии ламинарного потока, вследствие импульса, самое позднее после нескольких пройденных потоком углублений, поток также может перейти в турбулентный поток. При ламинарном потоке происходит, как было пояснено вначале, в результате параллельного течения молекул ОГ по существу диффузионный обмен молекул ОГ в разных струйках. Такой поток не подходит для перемешивания молекул ОГ и молекул добавки или же капель добавки. Поэтому является, прежде всего, благоприятным то, что после минимального участка обтекаемой поверхности (по меньшей мере, частично, наверняка) имеется турбулентный поток.

Но, кроме того, повышается поперечный импульс в турбулентном потоке при прохождении каждого углубления в ряду. Это означает, что молекулы (усиленно) описывают поперечное движение относительно основного направления потока и тем самым распределяются в потоке ОГ. Этот эффект усиливается, прежде всего, тем, что в начальной области и в концевой области углубления возникают вихри и вихревые дорожки, которые очень стабильны по отношению к прочим влияниям неотклоненной доли профиля потока, текут, предпочтительно, ламинарно. Таким образом, такой вихрь или же такая вихревая дорожка вызывает пространственное продолжение долей поперечного импульса в потоке ОГ. Но особое преимущество этого смесительного устройства для наведения турбулентного потока и вихрей или же вихревых дорожек состоит в том, что поворот ОГ происходит в области расширения поперечного сечения проходимой для потока поверхности в смесительном устройстве. Это означает,

что сначала создается пониженное давление, и лишь вследствие этого пониженного давления давление снова поднимается до прежнего уровня. Таким образом, одними лишь проходящими поперек (поперечно текущими) струйками или же молекулами потока ОГ производятся локальные повышения давления.

В отличие от уже известных турбулизаторов, которые образованы расположенной поперек основного направления потока направляющей поверхностью, посредством наведения вихрей и проходящих поперечно струек не производится никакого значимого повышения давления вследствие сужения поперечного сечения. И посредством обтекаемой поверхности, которая ориентирована вдоль основного направления потока ОГ, достигается лишь незначительное повышение давления. Это повышение давления основано на том, что обтекаемая поверхность имеет конструктивную высоту, которая сужает или же изменяет поперечное сечение выпускного трубопровода. Однако, этот эффект может быть уменьшен тем, что поперечное сечение выпускного трубопровода в области обтекаемой поверхности соответственно расширяется. За счет этого поперечное сечение потока по сравнению с выпускным трубопроводом вне смесительных участков может поддерживаться постоянным или даже расширяться. Кроме того, следует учитывать то, что вследствие перетекания имеются также лишь незначительные возможности создавать отложения. Таким образом, происходит отличное перемешивание потока ОГ с добавкой, без того, чтобы создавать чрезмерное противодавление в ОГ.

В еще одной благоприятной конструктивной форме описываемого смесительного устройства по меньшей мере одна обтекаемая поверхность образована с помощью цельной пластины. Особо предпочтительно, две обтекаемых поверхности образуются цельной пластиной. Это означает, что цельная пластина имеет на обеих сторонах множество глухих углублений, вдоль которых течет поток ОГ. В принципе, пластина может быть выполнена параллельно и/или концентрично стенке выпускного трубопровода на смесительном участке. Однако в предпочтительном случае пластина выполнена параллельно основному массовому потоку или же основному направлению потока ОГ. Цельная пластина в основном направлении потока является по существу плоской. Это означает, что угол, который должна описывать прямо набегающая струйка для обтекания пластины, является очень тупым,

предпочтительно больше 175°. Поэтому для предотвращения локальных повышений давления пластина также может образовывать обтекаемую поверхность, которая образует оптимальный для потока профиль. Кроме того, пластина может быть выполнена в форме капли и/или в виде крыла, причем ориентация соответствует плоскости управления или же нейтральному самолету или профилю. Если смесительное устройство образовано несколькими обтекаемыми поверхностями, то несколько цельных пластин благоприятным образом расположены так, что по существу не вызывается никакого сужения поперечного сечения потока на смесительном участке.

В еще одной благоприятной конструктивной форме описанного выше смесительного устройства обтекаемая поверхность свободна от возвышений. Под этим имеется в виду, прежде всего, то, что в обтекаемой поверхности не образованы направляющие поверхности, которые вдаются в поток ОГ. Из этого следует, прежде всего, то, что посредством обтекаемой поверхности ни в каком месте не создается сначала повышение давления, а затем падение давления. Однако это не означает, что обтекаемая поверхность вынужденно должна образовывать прямую плоскость, а может, например, иметь (выпуклую) кривизну, которая позволяет набегающему потоку ОГ регулярно следовать форме обтекаемой поверхности без обрыва потока. Другими словами, в обтекаемой поверхности не предусматриваются возвышения, которые так внедряются в поперечное сечение потока, что они производят локальные вихри.

В еще одной благоприятной конструктивной форме описанного выше смесительного устройства пластина имеет толщину, которая максимум соответствует 1,5-кратной величине максимальной глубины углублений. Чтобы поддерживать как можно меньшим гидравлическое сопротивление пластины, но, тем не менее, получить достаточную стабильность пластины, которая ослабляется углублениями, пластина должны быть максимум на 50% толще, чем углубления. Особо предпочтительно, максимальная глубина углублений составляет от 2 мм [миллиметров] до 8 мм. Чем меньше максимальная глубина углублений, тем мягче введение турбулентности и завихрений в поток ОГ. При этом (наибольшая) диагональ раскрыва углубления или же диаметр углубления составляет, предпочтительно, от 10 мм до 20 мм. Материал пластины следует выбирать так, чтобы он длительно выдерживал механические нагрузки и

сильные колебания температуры высокодинамичного потока ОГ. В связи с незначительным противодавлением, которое наводится пластиной, толщина материала, то есть, толщина пластины может быть выбрана явно меньшей, чем это необходимо в уже известных поверхностях направления потока смесительных устройств. Кроме того, материал не должен быть выбран так, чтобы он был химически стойким к мочевине или мочевинным реагентам, так как исключено, что отложения на смесительном устройстве образуются в такой степени, что это приводит к повреждению пластины.

В еще одной благоприятной конструктивной форме описанного выше смесительного устройства, в котором имеется несколько пластин, сумма толщин всех пластин занимает максимум 5% поперечного сечения выпускного трубопровода. В отличие от уже известных поверхностей направления потока, которые в результате своей поперечной ориентации относительно направления потока ОГ занимают большую долю площади поперечного сечения выпускного трубопровода, с описанным смесительным устройством является возможным занимать лишь незначительную долю поперечного сечения выпускного трубопровода. Прежде всего, поперечное сечение потока в выпускном трубопроводе к области смесительного участка может оставаться постоянным. Это может быть достигнуто за счет того, что поперечное сечение выпускного трубопровода в области смесительного участка расширяется на сумму толщин всех пластин, или несколько больше, чтобы учитывать инертность профиля потока. Прежде всего, считается, что предельная величина для смесительного устройства действует на каждом поперечном сечении в пределах смесительного участка, то есть, прежде всего, по всей длине обтекаемой поверхности (поверхностей).

В еще одной благоприятной конструктивной форме описанного выше смесительного устройства углубления в каждом случае образуют с обтекаемой поверхностью, по меньшей мере частично, острую кромку. Под этим имеется в виду, что особо во входной области углублений образуется кромка к обтекаемой поверхности, которая гидравлически не закруглена, и поэтому прилегающие ранее струйки не могут следовать резкому изменению формы обтекаемой поверхности. Тем самым поворот потока становится особо эффективным, так как область пониженного давления, которая поворачивает струйки, становится

большой и тем самым влиятельной. Предпочтительно, Острота кромки должна быть согласована с протяженностью раскрыва углубления и плотностью текучей среды, чтобы предотвратить ситуацию, когда углубление в состояниях потока, во время которых вводится добавка, могла быть незамеченно пройденной потоком и поэтому была бы бесполезной.

В рамках изобретения также указывается автомобиль, который имеет двигатель внутреннего сгорания и подсоединенную к нему систему выпуска ОГ. Система выпуска ОГ содержит смесительное устройство в соответствии с описанием согласно изобретению. Такой автомобиль имеет то преимущество, что двигатель внутреннего сгорания должен преодолевать лишь сильно уменьшенное противодавление, и поэтому полезной является больше мощности ДВС для прочих функций автомобиля, прежде всего, для движения. Таким образом, при одной и той же мощности ДВС в автомобиле достигается более высокий КПД или же при запросе такой же затрачиваемой при движении мощности меньший расход топлива, а тем самым и меньший выброс газов, создающих парниковый эффект.

Особо предпочтительно, за счет углублений в обтекаемой поверхности при эксплуатации системы выпуска ОГ создается гидравлическое сопротивление, которое составляет меньше чем 5%, предпочтительно меньше чем 1% гидравлического сопротивления смесительного устройства. То есть, если бы в автомобиле было встроено смесительное устройство без углублений или же с наполненными углублениями, по сравнению с описанным смесительным устройством в таком же автомобиле, то получается, что производится коэффициент гидравлического сопротивления лишь около 5%, предпочтительно меньше чем 1%, по сравнению с обтекаемой поверхностью без углублений. Но, в то время как уплотненная обтекаемая поверхность почти не приводит к перемешиванию потока ОГ с добавкой, с помощью описанного смесительного устройства достигается высокоэффективное перемешивание потока ОГ с добавкой.

Для проверки этого преимущества может быть приготовлен соответствующий автомобиль с относящимся к нему ДВС и системой выпуска ОГ, причем используются центральные обтекаемые поверхности без активных углублений. Затем может быть реализован классический ездовой цикл

(например, ездовой цикл федерального стандарта США или тому подобное) и определено среднее падение давления / гидравлическое сопротивление обтекаемой поверхности. После этого происходит повторение этого испытания, но при этом являются активными или же предусмотрены глухие углубления. Если указанная выше предельная величина для повышения не превышается, то найден особо хороший конструктивный вариант смесительного устройства согласно изобретению для конкретного применения. Если же предельная величина превышена, следует (по меньшей мере частично) прежде всего, уменьшить количество углублений, увеличить расстояние между углублениями, увеличить остроту кромок углублений и/или уменьшить величину углублений.

В целом, предлагается очень эффективное смесительное устройство, которое достигает очень эффективного перемешивания добавки с потоком ОГ и одновременно создает очень малое гидравлическое сопротивление.

Далее изобретение и технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особо предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Фигуры являются схематическими, и одинаковые детали обозначают одинаковыми ссылочными обозначениями. Показано на:

Фиг. 1: автомобиль с ДВС и системой выпуска ОГ,

Фиг. 2: обтекаемая поверхность с углублением,

Фиг. 3: углубление в форме шарового сегмента в пластине,

Фиг. 4: углубление в форме цилиндра в пластине,

Фиг. 5: расположение множества углублений на пластине.

На фиг. 1 показан автомобиль 14 с ДВС 15 и системой 16 выпуска ОГ. Предпочтительно, ДВС 15 является дизельным двигателем или работающим на обедненных смесях (с избытком воздуха) бензиновым двигателем. Поток 3 ОГ в системе 16 выпуска ОГ в этом примере сначала обтекает первый элемент 20 очистки ОГ, а после прохождения смесительного участка 5 второй элемент 21 очистки ОГ. В этом примере прямо на разъеме к первому элементу 20 очистки ОГ подсоединено инжекционное сопло 19, которое подает добавку 2 в поток 3 ОГ. В примыкающем смесительном устройстве 1 расположена пластина 10, которая ориентирована вдоль основного направления 8 потока 3 ОГ. Это предпочтительная, утвердившаяся в уровне технике система, которая, однако, не

является основанием для ограничения изобретательской идеи. Выпускной трубопровод 6 в области смесительного участка 5 имеет поперечное сечение 7. В этом примере хорошо видно, что пластина 10 смесительного устройства 1 устроена так, что изменения основного направления 8 потока 3 ОГ не происходит. Особо предпочтительно, первый элемент 20 очистки ОГ является пылевым фильтром и/или катализатором окисления. Особо предпочтительно, подаваемая добавка 2 является водным раствором мочевины. Кроме того, второй элемент 21 очистки ОГ содержит селективный катализатор восстановления (СКВ-катализатор). Но, в принципе, также является возможным, что первый элемент 20 очистки ОГ расположен на смесительном участке 5 или же следует за смесительным участком 5.

На фиг. 2 детально показана обтекаемая поверхность 4 с углублением 9. Набегающий ОГ образует на обтекаемой поверхности 4 профиль 22 потока. Этот профиль 22 потока ориентирован вдоль основного направления 8 потока. Углубление 9 имеет форму чаши, форму впадины и т.п. и образует с остальной обтекаемой поверхностью 4 острую кромку 13. В результате инертности струек 25 потока, которые схематически представлены первой струйкой 25 и второй струйкой 26, из профиля 22 потока во входной области углубления 9 возникает область 17 пониженного давления. Вследствие этого первая струйка 25 поворачивается так, что она ориентирована против основного направления 8 потока. На концевой стороне углубления 9 вторая струйка 26 с поперечной долей к основному направлению 8 потока снова выходит из углубления 9. При прохождении второй струйки 26 она постоянно сохраняет долю потока, которая ориентирована вдоль основного направления 8 потока. При выходе из углубления 9 поперечной долей струйки 26 к остальному профилю 22 потока индуцируется завихрение 18 или же вихревая дорожка, которая представляет собой стабильное состояние потока, которое за счет сильного импульсного влияния на профиль 22 потока приводит к хорошему перемешиванию ОГ с добавкой 2 (не показана).

На фиг. 3 показана еще одна возможная форма осуществления углубления 9 в пластине 10 в разрезе. В этом случае углубление 9 образует шаровой сегмент с диаметром 23 и осью 24 вращения. Этот шаровой сегмент образует с обтекаемой поверхностью 4 острую кромку 13. Углубление 9 имеет максимальную глубину

12, которая в этом примере достигает примерно двух третей толщины 11 пластины 10.

Также и на фиг. 4 также показан вариант углубления 9 в пластине 10. При этом углубление 9 выполнено цилиндрическим и имеет диаметр 23 и ось 24 вращения. И это углубление тоже образует с обтекаемой поверхностью 4 острую кромку 13. В этом примере максимальная глубина образует общую основную поверхность углубления 9 и составляет около 60% толщины 11 пластины 10. Но могут быть выбраны и любые другие параметры для углубления 9 в целях реализации изобретательской идеи, причем может быть достигнут гидравлический эффект, как он, например, показан на фиг. 2, а техническая трудоемкость поддерживается как можно более незначительной.

На фиг. 5 в виде сверху показана пластина 10, на которой углубления 9 расположены одно за другим на расстоянии друг от друга. При этом они не должны, как показано в примере на фиг. 5, быть расположены на фиксированном расстоянии одно от другого, а могут быть выполнены в пластине 10 как угодно. Но является особо благоприятным разнесение выбирать равномерным и так, чтобы эффект на поток, как он показан на фиг. 2, достигался как можно более эффективно. При этом пластина не должна быть выполнена такой ровной и плоской, как это показано на фиг. 5, а могут быть выбраны и другие свободные формы и, прежде всего, профили потока с малым коэффициентом гидравлического сопротивления. Кроме того, и форма пластины 10 может быть адаптирована к поперечному сечению 7 (см. фиг. 1).

Пояснения к фигурам, независимо от конкретно показанного варианта осуществления, могут быть привлечены для понимания и описания изобретения.

Таким образом, изобретение, по меньшей мере, частично решает описанные в связи с уровнем техники технические проблемы. Прежде всего, было предложено смесительное устройство, которое делает возможным отличное перемешивание потока ОГ с добавкой, прежде всего, подаваемого в форме капель водного раствора мочевины, без того, чтобы создавать при этом высокое гидравлическое сопротивление.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 смесительное устройство

2 добавка

3 поток ОГ

4 обтекаемая поверхность

5 смесительный участок

6 выпускной трубопровод

7 поперечное сечение

8 основное направление потока

9 углубление

10 пластина

11 толщина

12 максимальная глубина

13 острая кромка

14 автомобиль

15 ДВС

6 система выпуска ОГ

17 область пониженного давления

18 завихрение

19 инжекционное сопло

20 первый элемент очистки ОГ

21 второй элемент очистки ОГ

22 профиль потока

23 диаметр

24 ось вращения

25 первая струйка

26 вторая струйка

Изобретение относится к смесительному устройству для смешения отработавших газов (ОГ) в выпускном трубопроводе с добавкой, в частности, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС). Смесительное устройство для смешения добавки с потоком отработавших газов, содержащее по меньшей мере одну обтекаемую поверхность, которая расположена на смесительном участке выпускного трубопровода, в который входят отработавшие газы с добавкой и на котором выпускной трубопровод имеет поперечное сечение и основное направление потока отработавших газов, причем по меньшей мере одна обтекаемая поверхность расположена по центру на смесительном участке и ориентирована вдоль основного направления потока отработавших газов, и в обтекаемой поверхности предусмотрено множество глухих углублений, создающих в потоке отработавших газов вихри и поперечно текущие струйки, по меньшей мере одна обтекаемая поверхность образована по меньшей мере одной цельной пластиной, причем пластина имеет две обтекаемые поверхности и с обеих сторон имеет множество глухих углублений. Изобретение обеспечивает отличное перемешивание ОГ и добавки без образования при этом высокого гидравлического сопротивления. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Смесительное устройство (1) для смешения добавки (2) с потоком (3) отработавших газов, содержащее по меньшей мере одну обтекаемую поверхность (4), которая расположена на смесительном участке (5) выпускного трубопровода (6), в который входят отработавшие газы с добавкой и на котором выпускной трубопровод (6) имеет поперечное сечение (7) и основное направление (8) потока (3) отработавших газов, причем по меньшей мере одна обтекаемая поверхность (4) расположена по центру на смесительном участке (5) и ориентирована вдоль основного направления (8) потока (3) отработавших газов, и в обтекаемой поверхности (4) предусмотрено множество глухих углублений (9), создающих в потоке (3) отработавших газов вихри и поперечно текущие струйки, отличающееся тем, что по меньшей мере одна обтекаемая поверхность (4) образована по меньшей мере одной цельной пластиной (10), причем пластина (10) имеет две обтекаемые поверхности и с обеих сторон имеет множество глухих углублений (9).

2. Смесительное устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна обтекаемая поверхность (4) свободна от возвышений.

3. Смесительное устройство (1) по п. 2, отличающееся тем, что пластина (10) имеет толщину, которая соответствует максимум 1,5-кратной величине максимальной глубины (12) углублений (9).

4. Смесительное устройство (1) по п. 2 или 3, отличающееся тем, что оно содержит несколько пластин (10), причем сумма толщин (11) всех пластин (10) занимает максимум 5% поперечного сечения (7) выпускного трубопровода (6).

5. Смесительное устройство (1) по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что углубления (9) в каждом случае образуют с обтекаемой поверхностью (4), по меньшей мере частично, острую кромку (13).

6. Смесительное устройство (1) по п. 4, отличающееся тем, что углубления (9) в каждом случае образуют с обтекаемой поверхностью (4), по меньшей мере частично, острую кромку (13).

7. Автомобиль (14), имеющий двигатель внутреннего сгорания (15) и подсоединенную к нему систему (16) выпуска отработавших газов со смесительным устройством (1) по одному из пп. 1-6.