Изобретение относится к устройству для очистки отработавших газов (ОГ). Это устройство представляет собой модуль очистки ОГ, который может быть интегрирован в устройство для очистки ОГ для очистки ОГ двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Этот модуль очистки ОГ содержит устройство для подачи жидкой добавки в поток ОГ.
Прежде всего, в автомобилях для очистки ОГ ДВС часто находят применение способы обработки ОГ, при которых в ОГ вводится жидкая добавка. Особенно часто применяемым способом обработки ОГ является способ селективного каталитического восстановления (СКВ), при котором соединения оксидов азота в ОГ восстанавливаются с помощью восстановителя. В качестве восстановителя часто используется аммиак. Обычно в автомобилях аммиак хранится не как таковой, а в виде раствора предшественника восстановителя, который может быть превращен в аммиак. Превращение может быть реализовано, или внутри системы выпуска ОГ в присутствии ОГ и/или вне системы выпуска ОГ в специально предусмотренном для этого реакторе.
Раствор предшественника восстановителя хранится в баке и с помощью подающего устройства может подаваться в устройство для очистки ОГ. Особенно часто применяемым раствором предшественника восстановителя является жидкий водный раствор мочевины, который, например, с содержанием мочевины 32,5% имеется в продаже под торговым наименованием AdBlue®. В соответствии с этим, добавкой могут быть как восстановитель, так и предшественник восстановителя.
Для подачи жидкой добавки в поток ОГ может быть применен определенного вида инжектор или определенного вида сопло. При подаче жидкой добавки в поток ОГ цель заключается в том, чтобы достигнуть как можно более равномерного распределения жидкой добавки и продуктов ее разложения в потоке ОГ. Прежде всего, для превращения раствора предшественника восстановителя внутри ОГ является благоприятным хорошее распределение в потоке ОГ. Дело в том, что тогда превращение происходит преимущественно термически (термолиз), причем для превращения используется тепло потока ОГ.
Кроме того, применяемые в подающем устройстве клапаны или сопла часто являются чувствительными к температуре. От тепла потока ОГ, например, может быть слегка поврежден действующий электрически магнитный клапан, который регулирует подачу жидкой добавки. Поэтому устройство для очистки ОГ, предпочтительно, должно быть устроено так, чтобы температура на подающем устройстве не превышала заданную предельную температуру.
Кроме того, очень критическими являются отложения жидкой добавки в области подающего устройства. Прежде всего, если в качестве жидкой добавки применяется водный раствор мочевины, мочевина может образовывать твердые кристаллические отложения на подающем устройстве и/или в области подающего устройства в выпускном трубопроводе. Эти отложения, с одной стороны, могут приводить к засорению подающего устройства, в результате чего создается препятствие подаче. Кроме того, такие отложение, при определенных условиях, могут внезапно отсоединиться и тогда в виде твердых частиц повреждать расположенные в направлении потока за подающим устройством компоненты для очистки ОГ.
К тому же, интеграция подающего устройства в автомобиль или рабочую машину должна быть как можно более экономичной. Прежде всего, является желательным, чтобы и для мелких серий автомобилей (например, в области специальных машин и грузовых автомобилей) была возможной экономичная интеграция подающего устройства в устройство для очистки ОГ, при необходимости, в виде комплекта для дооборудования.
Исходя из этого, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить или же, по меньшей мере, смягчить указанные в связи с уровнем техники технические проблемы. Прежде всего, должно быть указано особо благоприятное устройство, содержащее подающее устройство для жидкой добавки для устройства для очистки ОГ, которое является пригодным или же полезным, прежде всего, для проведения способа СКВ в устройстве для очистки ОГ.
Эти задачи решаются устройством в соответствии с признаками пункта 1 формулы изобретения. Другие варианты устройства указаны в сформулированных как зависимые пунктах формулы. Приведенные в формуле отдельно признаки являются комбинируемыми между собой любым, технически рациональным, образом и могут быть дополнены пояснительными фактами из описания, причем показываются дополнительные варианты осуществления изобретения.
Изобретение относится к устройству, имеющему трубопроводный участок для потока ОГ с входным концом, выходным концом, прямым участком и выступом с отверстием для монтажа подающего устройства для жидкой добавки на прямом участке, причем выступ имеет высоту и протяженность, и протяженность по меньшей мере в два раза больше, чем высота, и кроме того, на входном конце и на выходном конце расположено соответственно по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело, причем центральная ось отверстия направлена на одно из дискообразных сотовых тел. Центральная ось отверстия, предпочтительно, по центру направлена на одно из дискообразных сотовых тел. Здесь под понятием «по центру» имеется в виду, что центральная ось попадает на сотовое тело в области менее 20% торцевой поверхности сотового тела, причем эта область расположена в центре торцевой поверхности примерно в форме окружности.
При этом является предпочтительным, чтобы дискообразное сотовое тело завершало трубопроводный участок на выходном конце и/или на входном конце.
Устройство является, прежде всего, модулем очистки ОГ или компонентом для очистки ОГ, который может быть (дополнительно) вставлен или встроен в устройство для очистки ОГ или в систему выпуска ОГ. Система выпуска ОГ является совокупностью всех модулей и компонентов, которые на ДВС применяются для очистки ОГ. Таким образом, входной конец и выходной конец могут быть соответственно подсоединены к участку выпускного трубопровода. Трубопроводный участок имеет, предпочтительно, на обоих концах присоединительные средства для подсоединения участков трубопровода. Эти присоединительные средства могут быть, например, средствами для образования сварного соединения между трубопроводным участком и другими участками выпускного трубопровода. Такие присоединительные средства могут быть образованы, например, краем трубопроводного участка. Средство для образования сварного соединения также может содержать наклонную кромку на краю трубопроводного участка, которая делает возможным образование v-образного сварного шва для соединения отрезка трубы с граничащими участками выпускного трубопровода. Также является возможным то, что присоединительные средства выполнены по типу фланца или по типу разъемного соединения.
Трубопроводный участок - прежде всего на прямом участке (проходящем прямо отрезке трубопроводного участка) - имеет, предпочтительно, цилиндрическую форму. Трубопроводный участок имеет, предпочтительно, круглую площадь поперечного сечения с диаметром. Круглая площадь поперечного сечения или же цилиндрическая форма, предпочтительно, определяют основную форму. Трубопроводный участок может иметь углубления, выступы, сужения или расширения, которые отклоняются от этой основной формы.
Кроме того, на прямом участке предусмотрен (точно) один выступ с отверстием для монтажа подающего устройства для жидкой добавки, причем выступ имеет высоту и протяженность, и протяженность по меньшей мере в два раза больше, чем высота. Тем самым в виде сбоку выступ похож примерно на острый треугольник, причем на коротком катете предусмотрено отверстие. Для характеризации выступа трубопроводный участок мысленно может быть разделен на цилиндрический прямой участок и «посаженный на него» выступ, так что геометрические параметры выступа относительно этого цилиндрического прямого участка являются определимыми без проблем. При этом является благоприятным, если добавка подается в цилиндрический участок под как можно более пологим углом и/или с как можно более широкой входной областью. Таким образом в выступе обеспечивается объем расширения для поданной добавки, который еще не очень сильно подвержен воздействию потока ОГ и поэтому менее сильно влияет на образование желательного рисунка распыления в выступе. Поэтому здесь задано, что протяженность выступа (параллельно направлению протяженности трубопроводного участка) должна быть по меньшей мере в 2 раза, прежде всего 2,5 раза и даже в 3 раза больше, чем высота выступа (перпендикулярно протяженности). Кроме того, было обнаружено, что этот фактор, как правило, не должен превышать величину 4,5, так как тогда, при определенных обстоятельствах, в выступе могут возникать неблагоприятные условия потока, выступ на своей протяженности более не может быть заполнен добавкой и/или размеры устройства слишком велики для (дополнительного) монтажа в систему выпуска ОГ.
Входной конец и выходной конец соответственно образуют (открытую) торцевую сторону трубопроводного участка. Около входного конца и/или выходного конца или заподлицо с ним расположено соответственно одно дискообразное сотовое тело. Входящий через входной конец поток ОГ проходит через дискообразное сотовое тело на входном конце. Когда поток ОГ прошел трубопроводный участок, он покидает трубопроводный участок через выходной конец. В пределах трубопроводного участка между входным концом и выходным концом может быть принято направление движения для потока ОГ. Подающее устройство находится в направлении потока за входным концом и перед выходным концом.
Подающее устройство может, предпочтительно, иметь инжектор для контролируемой подачи жидкой добавки и/или сопло для распыления жидкой добавки. Сопло подающего устройства, предпочтительно, устроено для того, чтобы распределять жидкую добавку распылительным конусом в выступе и/или потоке ОГ. Этот распылительный конус имеет, например, угол раскрытия от 5° до 40°, причем может быть принято центральное расположение подающего устройства. На подающем устройстве благоприятным образом расположены также средства для уменьшения теплового потока к расположенному в подающем устройстве инжектору. Эти средства могут содержать, например, теплозащитные экраны, охлаждающие ребра и/или жидкостное охлаждение. Для этого выступ содержит отверстие, которое служит для фиксации подающего устройства. Это отверстие может быть расположено в (плоскостной) боковой стороне выступа, причем боковая сторона и расположенное напротив сотовое тело образуют угол. Тем самым обеспечено то, что направление подачи подающего устройства указывает на центр сотового тела. Как правило, направление подачи при этом соответствует центральной оси отверстия. Ориентация направления подачи или же центральной оси может быть выполнена в направлении потока или против направления потока.
По меньшей мере одно из дискообразных сотовых тел устройства, а, предпочтительно, все дискообразные сотовые тела устройства, содержат металлическую фольгу. Дискообразное сотовое тело, предпочтительно, состоит из кусков металлической фольги, которые намотаны, скручены и/или уложены в стопку. Предпочтительно, сотовые тела изготовлены из стопки металлической фольги, которая скручена s-образно (так называемая форма S). Если используется несколько стопок, они могут быть расположены рядом друг с другом в виде u-образно или v-образно согнутой структуры и, скрученные между собой, быть вставлены в корпус (так называемая форма SM). Обычно для всех вариантов выполнения общим является то, что все концы стопок направлены наружу (то есть прилегают к корпусу), в то время как сгибы (s, v, u) расположены внутри. В стопке имеются, предпочтительно попеременно, куски волнистой металлической фольги куски гладкой металлической фольги, которые в каждом случае ограничивают каналы сотового тела. Стенки каналов могут быть гладкими (в направлении прохождения каналов ровными и свободными от встроенных элементов) и/или иметь выступы, лопасти, отверстия и/или отклоняющие поверхности для ОГ (совокупно также называемые структурами). Так поток ОГ, который проходит дискообразные сотовые тела, может гомогенизироваться и/или перемешиваться (например, относительно скорости течения, направления частичного потока, температуры и/или тому подобного).
Дискообразные сотовые тела на входном конце и/или на выходном конце, с одной стороны, могут служить для гомогенизации потока. За счет этого стало возможным то, что подающее устройство может подводить жидкую добавку в поток ОГ в значительной степени без влияния со стороны других компонентов внутри устройства для очистки ОГ. Дискообразные сотовые тела устраняют имеющиеся в потоке ОГ вихри, предпочтительно наиболее значительно, и обеспечивают тем самым определенные условия потока в области подачи добавки. (Гладкое) дискообразное сотовое тело на выходном конце гомогенизирует выходящий поток ОГ, который перемешан с жидкой добавкой. Дискообразное сотовое тело имеет ось сотового тела, которая расположена в центре сотового тела. Каналы сотового тела простираются, предпочтительно, параллельно оси сотового тела. Между осью сотового тела и направлением подачи существует, предпочтительно, угол падения от 0° до 90° [градусов], прежде всего от 0 до 45 градусов. Таким образом, этот угол, предпочтительно, существует и между осью сотового тела и центральной осью распылительного конуса.
По меньшей мере одно дискообразное сотовое тело также может быть выполнено с электрическим нагревом. При этом является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, по части стенок сотового тела регулируемым образом проходил ток, и поэтому из-за электрического сопротивления они нагревались. Если это требуется, дискообразное сотовое тело также может иметь другие зоны, которые могут быть активированы/деактивированы независимо друг от друга. Является предпочтительным, чтобы с электрическим нагревом было выполнено, по меньшей мере, дискообразное сотовое тело, на которое подаются жидкая добавка.
Устройство является особо благоприятным, если по меньшей мере одно их обоих дискообразных сотовых тел на входном конце или на выходном конце имеют форму конуса.
Тем самым, прежде всего, имеется в виду, что по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело выполнено по типу конуса. При этом каналы также могут расширяться/сужаться конусообразно. Кроме того, является возможным то, что и при этом стенки каналов могут быть гладкими (в направлении прохождения каналов ровными и/или свободными от встроенных элементов) и/или иметь выступы, лопасти, отверстия и отклоняющие поверхности для ОГ (совокупно называемые структурами). Является предпочтительным, чтобы по типу конуса было выполнено, по меньшей мере, то дискообразное сотовое тело, на которое подается жидкая добавка. Расширяются или сужаются конусообразное сотовое тело или же каналы сотового тела, рассматривается, исходя из направления потока ОГ через устройство.
Является особо благоприятным, если сотовое тело на выходном конце имеет форму конуса. Подводимая подающим устройством жидкая добавка попадает на сотовое тело на выходном конце. Благодаря конической форме повышается вероятность того, что жидкая добавка будет попадать на стенки каналов сотового тела и там испаряться. И благодаря отклоняющим поверхностям или лопастям вероятность попадания жидкой добавки повышается, причем тогда, прежде всего, также происходит испарение на лопастях или же отклоняющих поверхностях.
Кроме того, устройство является благоприятным, если между дискообразным сотовым телом на входном конце и подающим устройством на трубопроводном участке предусмотрено сопло, с помощью которого поток ОГ на трубопроводном участке центрально фокусируется. Такое сопло, например, может быть образовано непрерывно сужающейся кольцеобразной деталью, которая вставлена в трубопроводный участок. Таким образом сфокусированный поток ОГ поглощает подведенную подающим устройством жидкую добавку особенно эффективно.
Описанным устройством обеспечивается модуль очистки ОГ, который является интегрируемым в различные устройства для очистки ОГ. При интеграции этого модуля очистки ОГ в устройство для очистки ОГ возникающий, прежде всего, в области подающего устройство поток ОГ не должен учитываться для расчета отдельно. Подача жидкой добавки и распределение жидкой добавки в потоке происходит описанным устройством, предпочтительно, независимо от граничащих компонентов. Прежде всего, не является необходимой индивидуальная адаптация подающего устройства к различным расположенным перед ним и/или за ним компонентам в устройстве для очистки ОГ. И компоненты устройства для очистки ОГ, которые в направлении потока расположены за описанным устройством, также могут быть выполнены независимо от подачи жидкой добавки.
Описанное устройство является особо благоприятным, если длина трубопроводного участка от входного конца до выходного конца соответствует более чем двукратной величине и менее чем пятикратной величине диаметра трубопроводного участка. Под диаметром подразумевается (преимущественно имеющийся по длине) диаметр трубопроводного участка (без высоты выступа) - далее также называемый «основным диаметром». Через выбранную длину трубопроводного участка, с одной стороны, может быть обеспечено равномерное распределение жидкой добавки в потоке ОГ. С другой стороны, конструктивная длина устройства так мала, что устройство без проблем (и дополнительно) может быть интегрировано в устройство для очистки ОГ. Диаметр устройства для очистки ОГ (в автомобилестроении), предпочтительно, составляет от 50 мм [миллиметров] до 200 мм, особо предпочтительно от 60 мм до 130 мм.
Подающее устройство расположено на трубопроводном участке, исходя из длины втекания, предпочтительно после длины втекания, по меньшей мере, 100 мм. Длина втекания описывает расстояние между выходной поверхностью по меньшей мере одного дискообразного сотового тела на входном конце и воображаемой (перпендикулярной) плоскостью разреза через трубопроводный участок, на котором находится подающее устройство, и прежде всего, точка входа для жидкой добавки в трубопроводный участок на подающем устройстве. В направлении потока, начиная от этой воображаемой плоскости разреза, предпочтительно, существует длина вытекания, по меньшей мере, 100 мм до входной поверхности другого дискообразного сотового тела или же выходного конца.
Кроме того, является предпочтительным, если по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело на входном конце имеет плотность каналов от 20 каналов на кв. дюйм до 200 каналов на кв. дюйм. Особо предпочтительно, плотность каналов в дискообразном сотовом теле на входном конце составляет от 40 каналов на кв. дюйм до 100 каналов на кв. дюйм. 100 каналов на кв. дюйм соответствуют плотности каналов 15,5 каналов на кв. сантиметр. За счет выбранной таким образом плотности каналов дискообразного сотового тела на
входном конце может быть достигнута достаточная гомогенизация входящего в устройство потока ОГ, так что подача жидкой добавки подающим устройством может происходить без влияния расположенных в направлении потока перед ним компонентов для очистки ОГ.
По меньшей мере одно дискообразное сотовое тело на выходном конце, предпочтительно, также имеет плотность каналов от 20 каналов на кв. дюйм до 200 каналов на кв. дюйм, однако, прежде всего, от 40 до 100 каналов на кв. дюйм.
Кроме того, в соответствии с изобретением трубопроводный участок между дискообразным сотовым телом, расположенным на выходном конце, и выходным концом имеет участок выравнивания потока, на котором поперечное сечение трубопроводного участка по меньшей мере частично смещено. При этом поток ОГ при прохождении участка выравнивания потока выравнивается. Смещенное поперечное сечение рассматривается, исходя из цилиндрической основной формы трубопроводного участка. Смещенное поперечное сечение, по меньшей мере частично, смещено относительно поперечного сечения цилиндрической основной формы. Смещенное поперечное сечение также может быть сужено или расширено относительно поперечного сечения цилиндрической основной формы.
Соответственно, сотовое тело на выходном конце расположено на выходном конце не непосредственно, а между выходным концом и сотовым телом на выходном конце находится еще участок выравнивания потока. В одной особенно предпочтительной конструктивной форме участок выравнивания потока имеет такую форму, что выходной конец устройства находится на одной прямой с входным концом устройства. Участок выравнивания потока предусмотрен, в частности, когда сотовое тело на выходном конце расположено наклонно (с углом наклона к оси трубы) и/или смещено относительно цилиндрической основной формы трубопроводного участка. Тогда посредством участка выравнивания потока может быть снова обеспечено соосное расположение входного конца и выходного конца.
Участок выравнивания потока может иметь по меньшей мере один выступ и по меньшей мере один уступ. Под выступом подразумевается область стенки трубопроводного участка, за счет которой внутреннее пространство трубопроводного участка уменьшено. При направлении взгляда через выходной
конец в трубопроводный участок выступ виден в внутри трубопроводного участка. Выступ может определяться высотой выступа, на которую выступ выдается относительно выходного конца или же цилиндрической основной формы в трубопроводный участок. Под уступом подразумевается область трубопроводного участка, за счет которой внутреннее пространство трубопроводного участка увеличено. При направлении взгляда через выходной конец в трубопроводный участок уступ виден снаружи трубопроводного участка. Уступ может определяться глубиной уступа, на которую уступ выступает наружу относительно выходного конца или же цилиндрической основной формы из трубопроводного участка.
Предпочтительно, на участке выравнивания потока на трубопроводном участке напротив подающего устройства расположен один уступ, в то время как на стороне подающего устройства находится выступ. За счет этого достигается особенно равномерное выравнивание потока ОГ на выходном конце, причем в потоке ОГ происходит особенно мало завихрений.
В соответствии с еще одним конструктивным вариантом на участке выравнивания потока на трубопроводном участке, как напротив подающего устройства, так и на стороне подающего устройства расположено, по меньшей мере, по одному уступу и выступу. Тогда, предпочтительно, стенка трубопроводного участка выполнена в виде формы волны. Прежде всего, если сотовое тело на выходном конце расположено с углом наклона (наклонно) к оси трубы трубопроводного участка, за счет соответствующим образом выполненных выступов и уступов с формой волны поток ОГ может выравниваться. Тогда форма волны, предпочтительно, ориентирована противоположно углу наклона сотового тела на выходном конце.
В области участка выравнивания потока на трубопроводном участке также может быть расположена по меньшей мере одна лопасть. Лопасть может поддерживать действие выступов и/или уступов и улучшать выравнивание потока ОГ на выходном конце. Прежде всего, лопасть с противолежащей подающему устройству стороны устройства может вдаваться в трубопроводный участок. Лопасть имеет, предпочтительно, изогнутую поверхность, посредством которой поток ОГ отклоняется.
Участок выравнивания, предпочтительно, имеет длину участка, которая соответствует меньше чем половине диаметра трубопроводного участка. За счет
такой длины участка выравнивания может быть достигнута особенно компактная конструкция устройства. В то же время является возможным эффективное выравнивание потока ОГ на участке выравнивания, если выступы и уступы выполнены соответствующим образом.
Кроме того, устройство является благоприятным, если диаметр трубопроводного участка, по меньшей мере, между дискообразным сотовым телом на входном конце и подающим устройством на участке расширения конусообразно расширяется. Расширение диаметра в то же время обусловливает расширение площади поперечного сечения трубопроводного участка. На участке расширения площадь поперечного сечения расширяется, предпочтительно, на 50%-100% по сравнению с площадью поперечного сечения трубопроводного участка. Диаметр трубопроводного участка за конусообразным расширением, предпочтительно, соответствует основному диаметру трубопроводного участка. Соответственно, диаметр на входном конце, предпочтительно, уменьшен по сравнению с основным диаметром. За счет конусообразного расширения поток ОГ за дискообразным сотовым телом на входном конце тормозится. Таким образом может быть уменьшена скорость прохождения потока и увеличено время пребывания ОГ для подачи добавки, причем одновременно можно добиться меньшего влияния на распределение добавки.
Дополнительно к конусообразному расширению за входным концом, перед дискообразным сотовым телом на самом выходном конце может быть предусмотрено конусообразное сужение трубопроводного участка.
Кроме того, устройство является благоприятным, если трубопроводный участок между подающим устройством и выходным концом имеет изгиб под углом от 10° до 45° [градусов]. Такой изгиб отклоняет проходящий по трубопроводному участку поток ОГ. В результате этого возникает разность давлений в потоке ОГ по площади поперечного сечения трубопроводного участка, которая может обеспечить благоприятное распределение жидкой добавки в потоке ОГ. Например, за счет такого изгиба и результирующей разности давлений поток ОГ может нагнетаться к подающему устройству или же может возникать поперечный поток в ОГ. В результате этого подаваемая жидкая добавка распределяется по всему поперечному сечению трубопроводного участка в потоке ОГ. С помощью дискообразного сотового тела на выходном конце возникающее за счет изгиба завихрение или же возникающее за счет
изгиба распределение давления в потоке ОГ может быть, по меньшей мере частично, снова ликвидировано, так что в результате этого на последующие компоненты устройства для очистки ОГ, в которые интегрировано описанное устройство, не оказывается по существу никакого влияния.
Кроме того, устройство является предпочтительным, если трубопроводный участок между подающим устройством и изгибом имеет прямой участок. Такой прямой участок (при определенных условиях также в качестве удлинения или же составной части прямого участка) может иметь длину, которая соответствует, по меньшей мере, половине и, максимально, трехкратной величине основного диаметра трубопроводного участка. Такой прямой участок представляет собой что-то типа смесительного участка, на котором может происходить (как можно более полное) перемешивание потока ОГ и добавки.
Кроме того, устройство является благоприятным, если подающее устройство определяет направление подачи, причем направление подачи задает угол падения для жидкой добавки меньше чем 90° относительно дискообразного сотового тела. Предпочтительно, угол падения меньше чем 60°, и особо предпочтительно меньше чем 30°.
Под углом падения подразумевается угол между направлением подачи и перпендикулярным направлением относительно дискообразного сотового тела (на выходном конце или же входном конце). Между поверхностью дискообразного сотового тела (которая находится под прямым углом к перпендикулярному направлению сотового тела) и направлением подачи соответственно, предпочтительно, существует угол больше 60°. Это позволяет осуществлять плоскую подачу добавки в трубопроводный участок с относительно длинным путем до центра сотового тела.
Подающее устройство, предпочтительно, имеет сопло и/или инжектор. Этот инжектор, предпочтительно, имеет монтажную ось. Направление подачи обычно соответствует монтажной оси инжектора или сопла. Монтажная ось (или же центральная ось предусмотренного для этого отверстия) и направление подачи, предпочтительно, также соответствуют оси или же центральной линии распылительного конуса подающего устройства. Подаваемая подающим устройством жидкая добавка может попадать на имеющееся на выходном конце дискообразное тело. Для этого расстояние между подающим устройством и дискообразным сотовым телом на выходном конце должно быть
соответствующим образом выполнено в зависимости распылительных свойств подающего устройства.
Для обеспечения равномерного распределения жидкой добавки в потоке ОГ (и в случае попадания на дискообразное сотовое тело на выходном конце), является благоприятным, если между направлением подачи подающего устройства и дискообразным сотовым телом существует вышеописанный угол падения меньше чем 30°, предпочтительно меньше чем 15°, и особо предпочтительно меньше чем 10°.
В соответствии с изобретением дискообразное сотовое тело, на которое направлена центральная ось, расположено под углом наклона к оси трубопроводного участка. Это означает, что соответствующее дискообразное сотовое тело наклонено относительно оси трубы на угол наклона, который, в частности, составляет от 2° до 30°, предпочтительно от 5° до 30°, и особо предпочтительно от 10° до 30°. Это улучшает ввод впрыскиваемой добавки в сотовое тело за счет оптимизации угла падения впрыскиваемой добавки, определяемого углом установки сотового тела и углом между поверхностью сотового тела и подающим устройством. Впрыскиваемая добавка попадает на поверхность сотового тела под оптимальным углом, меньшим 90°, при очень хорошем распределении добавки по поверхности сотового тела. Угол наклона и угол падения вместе дают общий угол между осью трубы и направлением подачи или же центральной осью отверстия.
Кроме того, устройство является благоприятным, если по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (на входном конце и/или по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело на выходном конце) в каждом случае имеют длину сотового тела меньше чем 20% (основного) диаметра трубопроводного участка. Оба дискообразных сотовых тела, предпочтительно, имеют длину меньше чем 50 мм, предпочтительно меньше чем 40 мм, и особо предпочтительно меньше чем 30 мм. Так, с одной стороны, может быть достигнуто то, что обеспечивается желательная гомогенизация входящего в устройство потока и/или выходящего из устройства потока. С другой стороны, за счет этого особенно короткого выполнения уменьшается сопротивление потоку со стороны сотовых тел.
Дискообразные сотовые тела в каждом случае могут иметь эффективное покрытие. Например, (при подаче добавки в направлении потока) дискообразное
сотовое тело на входном конце может иметь каталитически действующее покрытие, чтобы сжигать компоненты ОГ и повышать температуру потока ОГ (катализатор окисления). За счет повышенной температуры улучшается последующее превращение жидкой добавки. Дискообразное сотовое тело на выходном конце, предпочтительно, имеет действующее гидролитически покрытие, если восстановитель подается (в направлении потока). Прежде всего, если добавкой является раствор предшественника восстановителя (и особо предпочтительно водный раствор мочевины), посредством этого гидролизного покрытия может быть достигнуто то, что жидкая добавка превращается в аммиак, который в последующих в направлении потока ОГ компонентах для очистки ОГ может быть использован, например, для реализации способа селективного каталитического восстановления. Если подача добавки происходит против направления потока, и сотовое тело на входном конце также может (частично) иметь гидролитически действующее покрытие.
В устройстве между входным концом и выходным концом могут быть также предусмотрены еще и дополнительные средства для воздействия на ОГ. Например, является возможным то, что непосредственно за подающим устройством и/или непосредственно перед подающим устройством и/или рядом с выходным концом предусмотрен статический смесительный элемент. Такой смесительный элемент может быть построен, например, из направляющих пластин, которые индуцируют вихрь в потоке ОГ и таким образом способствуют интенсивному распределению жидкой добавки в потоке ОГ. Также статический смесительный элемент может быть образован (дискообразным) сотовым телом, которое имеет стенки каналов, отверстия (прежде всего несколько соединяющих соседние каналы отверстий) и/или вдающиеся в канал направляющие лопасти.
Изобретение находит применение, прежде всего, в автомобиле, имеющем ДВС и устройство для очистки ОГ для очистки ОГ ДВС, причем, устройство для очистки ОГ имеет по меньшей мере одно устройство согласно изобретению. При этом устройство, прежде всего, с помощью описанных присоединительных средств, (герметично и прочно) закреплено на граничащем выпускном трубопроводе.
Далее изобретение, а также технический контекст поясняются более детально на фигурах. На фигурах показаны особенно предпочтительные примеры осуществления, которыми изобретение, однако, не ограничено. Прежде всего, следует указать на то, что фигуры и, прежде всего, представленные соотношения размеров являются лишь схематическими. Показано на:
Фиг. 1: первый конструктивный вариант устройства,
Фиг. 2: второй конструктивный вариант устройства,
Фиг. 3: третий конструктивный вариант устройства,
Фиг. 4: четвертый конструктивный вариант устройства,
Фиг. 5: пятый конструктивный вариант устройства,
Фиг. 6: автомобиль, имеющий такое устройство,
Фиг. 7: трубопроводный участок для устройства,
Фиг. 8: шестой конструктивный вариант устройства,
Фиг. 9: седьмой конструктивный вариант устройства,
Фиг. 10: восьмой конструктивный вариант устройства.
Фиг. 1-5 в каждом случае представляют разные конструктивные варианты описанного устройства 1. Совпадающие на фиг. 1-5 признаки здесь сначала должны быть пояснены вместе. На фиг. 1-5 в каждом случае представлено устройство 1, которое имеет трубопроводный участок 2 для потока ОГ с входным концом 3 и выходным концом 5. На входном конце 3 в устройство 1 может входить поток 4 ОГ, который на выходном конце 5 снова выходит из устройства 1. На входном конце 3 и выходном конце 5 расположено соответственно по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело 6, а между входным концом 3 и выходным концом 5 в выступе 17 трубопроводного участка 2 расположено подающее устройство 7 для жидкой добавки.
На фиг. 1 и 2 поясняются различные геометрические отношения различных компонентов устройства 1 друг к другу. Эти пояснения являются переносимыми и на фиг. 3-5 и здесь сначала должны быть описаны вместе. Устройство 1 или же трубопроводный участок 2 в каждом случае имеет длину 8 и диаметр 9. Дискообразные сотовые тела 6 на входном конце 3 и выходном конце 5 в каждом случае имеют длину 20 сотового тела. Трубопроводный участок 2 имеет ось 26 трубы. Подающее устройство 1 расположено относительно оси 26 трубы после длины 24 втекания потока за дискообразным сотовым телом 6 на входном конце 3. За подающим устройством 7 после длины 25 вытекания потока вдоль оси 26 трубы следует дискообразное сотовое тело 6 на выходном конце 5. Несколько конструктивных вариантов описанного устройства 1 имеют трубопроводный участок 2 с изгибом 11. Этот изгиб в качестве примера показан на фиг. 2. Изгиб 11, предпочтительно, имеет угол 12. Изгиб 11 на фиг. 2 показан с изломом. Изгиб 11 также может быть непрерывным переходом между первым направлением трубопроводного участка 2 на входном конце 3 и вторым направлением трубопроводного участка 2 на выходном конце 5.
Кроме того, на фиг. 1 показано, что выступ 17 расположен на прямом участке 30 трубопроводного участка 2. Выступ 17 простирается на протяженности 33. Протяженность 33 также может быть названа длиной выступа 17. Кроме того, выступ имеет высоту 32. Выступ 17 с высотой 32 выступает над основной формой трубопроводного участка 2. Выступ 17 имеет боковую сторону 35 с отверстием 31. В отверстие 31 вставлено подающее устройство 7. Отверстие 31 имеет центральное направление 34, которое направлено на середину дискообразного сотового тела 6 на выходном конце 5. Центральная ось 34, предпочтительно, соответствует оси 14 подающего устройства 7 и направлению 15 подачи подающего устройства 7.
На фиг. 1 в качестве примера показано, что подающее устройство 7 имеет ось 14, и подающее устройство 7 своей осью 14 определяет направление 15 подачи. Это направление 15 подачи находится относительно перпендикулярного направления дискообразного сотового тела 6 на выходном конце 5 под углом 16 падения. Угол 16 падения, предпочтительно, меньше чем 90°, предпочтительно меньше чем 60°, и особо предпочтительно меньше чем 30°. Перпендикулярное направление дискообразного сотового тела 6 на выходном конце не должно быть параллельно оси 26 трубы. Является возможным, что дискообразное сотовое тело 6 наклонено относительно оси 26 трубы под углом 36 наклона. Угол 36 наклона и угол 16 падения суммарно дают общий угол 37 между осью 26 трубы и направлением 15 подачи или же осью 14. Показанные здесь в качестве примера для сотового тела на выходном конце угловые отношения могут также действовать, если ось 14 или же направление 15 подачи или же центральная ось 34 направлены не на дискообразное сотовое тело 6 на выходном конце 5, а на дискообразное сотовое тело 6 на входном конце 3 устройства 1.
На фиг. 2 показано, как расположена ось 26 трубы, если трубопроводный участок 2 имеет изгиб 11. Ось 26 трубы, предпочтительно, образует центральную линию трубопроводного участка 2.
На фиг. 1 и 2 можно видеть, как определено место, на котором подающее устройство 7 расположено на трубопроводном участке 2. Точка подающего устройства 7, к которой относятся описанные выше длина 24 втекания и длина 25 вытекания, предпочтительно, определена точкой, в которой жидкая добавка входит в участок 2 трубопровода или же в поток 4 ОГ в трубопроводном участке 2. Эта точка, предпочтительно, лежит в плоскости, которая расположена перпендикулярно на оси 26 трубы. Длина 24 втекания и длина 25 вытекания, предпочтительно, определяются относительно этой воображаемой плоскости.
На фиг. 3 в качестве примера показано, что ось 14 подающего устройства 7 и направление 15 подачи, которое определено осью 14 и подающим устройством 7, расположены под углом 16 падения к перпендикулярному направлению дискообразного сотового тела 6 на выходном конце 5. Кроме того, на фиг. 3 показан участок 10 расширения трубопроводного участка 2, на котором трубопроводный участок 2 или же диаметр участка 2 трубопровода расширяется. Участок 10 расширения выполнен конусообразным и расположен в направлении потока 4 ОГ за дискообразным сотовым телом 6 на входном конце и перед подающим устройством 7.
К тому же нижестоящее по отношению к подающему устройству 7 дискообразное сотовое тело 6 имеет форму 39 конуса. Каналы 40 дискообразного сотового тела 6 простираются в направлении потока ОГ и имеют структуру 41 (типа направляющих лопастей и/или отверстий). Кроме того, это дискообразное сотовое тело 6 выполнено с электрическим нагревателем 38, который по потребности может быть активирован/деактивирован. Это дискообразное сотовое тело 6 также может иметь покрытие.
На фиг. 4 показано, что между подающим устройством 7 и изгибом 11 трубопроводного участка 2 может находиться прямой участок 13, который может действовать как смесительный участок для потока 4 ОГ и жидкой добавки.
На фиг. 5 показано, что в устройстве 1 дополнительно к дискообразному сотовому телу 6 на входном конце 3 и на выходном конце 5 могут быть расположены дополнительные компоненты для очистки ОГ. Здесь в качестве примера показан катализатор 19 гидролиза и статический смеситель 18, которые оба в направлении потока 4 ОГ расположены за подающим устройством 7.
В представленных конструктивных вариантах устройства смеситель и/или сотовое тело с выступами, лопастями, отверстиями и/или отклоняющими поверхностями в стенке канала - как описано выше - вообще также (в качестве последнего компонента) могут быть расположены на выходном конце.
На фиг. 6 показан автомобиль 21, имеющий ДВС 22 и устройство 23 для очистки ОГ. В устройстве 23 для очистки ОГ интегрировано устройство 1 в качестве модуля очистки ОГ. Не представленное здесь отдельно подающее устройство устройства 1 по трубопроводу 29 из бака 28 снабжается жидкой добавкой. В устройстве 23 для очистки ОГ дополнительно предусмотрен СКВ-катализатор 27. Посредством устройства 1 в устройство 23 для очистки ОГ, предпочтительно, в качестве жидкой добавки подается раствор предшественника восстановителя, и прежде всего, водный раствор мочевины. С этим раствором предшественника восстановителя или же аммиаком, который на основе этого раствора предшественника восстановителя образовался в устройстве для очистки ОГ, в СКВ-катализаторе 27 может происходить процесс селективного каталитического восстановления для очистки ОГ ДВС 22.
На фиг. 7 показан трубопроводный участок 2 для описанного устройства в трехмерном, схематическом виде. Виден выступ 17 на трубопроводном участке 2 на прямом участке 30. Выступ 17 имеет высоту 32 и протяженность 33, причем протяженность 33 задает длину выступа 17. Выступом 17 образуется боковая сторона 35 на трубопроводном участке 2 в выступе 17. На боковой стороне 35 имеется отверстие 31 в трубопроводном участке 2. Отверстие 31 имеет центральную ось 34.
На фиг. 8 показана модификация представленного на фиг. 3 устройства 1. Большинство признаков совпадают с представленным на фиг. 3 конструктивным вариантом. Нижестоящее по отношению к подающему устройству 7 дискообразное сотовое тело 6 также имеет форму 39 конуса. Однако, каналы 40 дискообразного сотового тела 6 здесь сужаются в направлении потока 4 ОГ и (факультативно) имеют структуру 41 (например, типа направляющих лопастей и/или отверстий). Точно так же, как и согласно фиг. 3, сотовое тело 6 может иметь нагреватель 38 и покрытие.
На фиг. 9 и фиг. 10 показаны еще два конструктивных варианта устройств 1. Эти устройства 1 тоже в каждом случае имеют трубопроводный участок 2 с осью 26 трубы для потока 4 ОГ. Трубопроводный участок 2 простирается от входного конца 3 до выходного конца 5. На входном конце 3 и на выходном конце 5 расположено по одному дискообразному сотовому телу 6. Между сотовыми телами 6 трубопроводный участок 2 имеет выступ 17, на котором расположено подающее устройство 7 для жидкой добавки. Подающее устройство 7 распыляет жидкую добавку с направлением 15 подачи в трубопроводный участок 2, причем направление 15 подачи ориентировано на сотовое тело 6 на выходном конце 5. Сотовое тело 6 на выходном конце 5 расположено наклонно к оси 26 трубы под углом 36 наклона. Между сотовым телом 6 на выходном конце 5 и самим выходным концом трубопроводный участок 2 имеет еще один участок 47 выравнивания потока.
Участок 47 выравнивания потока служит для того, чтобы выравнивать выходящий из наклонного сотового тела 6 поток 4 ОГ, так чтобы трубопроводный участок 2 он покидал по существу параллельно оси 26 трубы. Трубопроводный участок 2 имеет на участке 47 выравнивания потока поперечное сечение 53, которое смещено относительно поперечного сечения 53 цилиндрической основной формы 49 трубопроводного участка 2. Под поперечным сечением здесь подразумевается свободно проходимое для ОГ площадь поперечного сечения участка 2 трубопровода. Чтобы образовать смещенное поперечное сечение 53, участок 47 выравнивания потока имеет выступы 42 и уступы. Выступы 42 вдаются в трубопроводный участок 2 в каждом случае на высоту 45 выступа, исходя из цилиндрической основной формы 49 трубопроводного участка 2. Уступы 43 выступают из трубопроводного участка 2 в каждом случае на глубину 45 уступа, исходя из цилиндрической основной формы 49 трубопроводного участка 2. Участок 47 выравнивания потока имеет длину 50 участка.
В конструктивном варианте согласно фиг. 9, как на верхней стороне устройства 1 на подающем устройстве 7, так и на нижней стороне устройства 1 (напротив подающего устройства 7) на участке 47 выравнивания потока предусмотрено по одному выступу 42 и уступу 44. Таким образом, трубопроводный участок 2 на участке 47 выравнивания потока выполнен по типу формы 48 волны. Стрелками 51 здесь обозначено, что форма 48 волны напротив подающего устройства 7 противоположна углу 36 наклона сотового тела 6 на выходном конце 5.
В конструктивном варианте согласно фиг. 10 на верхней стороне устройства 1 на подающем устройстве 7 предусмотрен выступ 42, в то время как на нижней стороне напротив подающего устройства 7 предусмотрен уступ 43. Дополнительно, согласно фиг. 10 на участке 47 выравнивания потока предусмотрена еще одна лопасть 46, с помощью которой поддерживается выравнивание потока 4 ОГ. В качестве дополнительного признака в конструктивном варианте устройства 1 на фиг. 10 можно видеть сопло 52, с помощью которого поток 4 ОГ фокусируется за сотовым телом 6 на входном конце 3.
Сопло 52, в принципе, также может применяться в качестве альтернативы (замены) первому сотовому телу 6 на входном конце 3, причем также решаются поставленные вначале задачи. Поэтому и эта конструкция может быть комбинирована со всеми прочими признаками представленной здесь конфигурации устройства и представлять собой самостоятельное усовершенствование по сравнению с известными устройствами.
Описанное устройство делает возможным беспроблемное применение подающего устройства для жидкой добавки в устройство для очистки ОГ. Описанное устройство является благоприятным, прежде всего, для мелких серий грузовых автомобилей, так как выполнение других компонентов системы очистки ОГ не может быть согласовано с подающим устройством, а описанное устройство может рассматриваться как завершенная система, в которую на входном конце входит массовый поток ОГ, который на выходном конце снова покидает устройство, причем тогда массовый поток ОГ содержит жидкую добавку. Внутренние условия потока в устройстве учитывать не нужно.
Наконец, еще следует указать на то, что показанные на фигурах отдельно комбинации признаков, как правило, не являются обязательными, а, при необходимости, могут комбинироваться между собой признаки из разных фигур.
Что-либо другое должно действовать только, если это выше было указано явно или для специалиста является очевидно настоятельным.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Изобретение относится к обработке отработавших газов. Устройство (1) для подачи жидкой добавки в поток (4) отработавших газов, имеющее трубопроводный участок (2) для потока (4) отработавших газов с входным концом (3), выходным концом (5), прямым участком (30) и выступом (17) с отверстием (31) для монтажа подающего устройства (7) для подачи жидкой добавки на прямом участке (30), причем выступ (17) имеет высоту (32) и протяженность (33), и протяженность (33) по меньшей мере в два раза больше, чем высота (32), на входном конце (3) и на выходном конце (5) расположено соответственно по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (6), центральная ось (34) отверстия (31) направлена на одно из дискообразных сотовых тел (6), по меньшей мере одно из двух дискообразных сотовых тел (6) на входном конце (3) или на выходном конце (5) выполнено конусообразным, трубопроводный участок (2) между дискообразным сотовым телом (6), расположенным на выходном конце (5), и выходным концом (5) имеет участок (47) выравнивания потока, на котором поперечное сечение (53) трубопроводного участка (2) по меньшей мере частично смещено, а дискообразное сотовое тело (6), на которое направлена центральная ось (34), расположено под углом (36) наклона к оси (26) трубопроводного участка (2). При использовании изобретения улучшается ввод впрыскиваемой добавки в сотовое тело за счет оптимизации угла падения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Устройство (1) для подачи жидкой добавки в поток (4) отработавших газов, имеющее трубопроводный участок (2) для потока (4) отработавших газов с входным концом (3), выходным концом (5), прямым участком (30) и выступом (17) с отверстием (31) для монтажа подающего устройства (7) для подачи жидкой добавки на прямом участке (30), причем выступ (17) имеет высоту (32) и протяженность (33), и протяженность (33) по меньшей мере в два раза больше, чем высота (32), на входном конце (3) и на выходном конце (5) расположено соответственно по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (6), центральная ось (34) отверстия (31) направлена на одно из дискообразных сотовых тел (6), по меньшей мере одно из двух дискообразных сотовых тел (6) на входном конце (3) или на выходном конце (5) выполнено конусообразным, трубопроводный участок (2) между дискообразным сотовым телом (6), расположенным на выходном конце (5), и выходным концом (5) имеет участок (47) выравнивания потока, на котором поперечное сечение (53) трубопроводного участка (2) по меньшей мере частично смещено, а дискообразное сотовое тело (6), на которое направлена центральная ось (34), расположено под углом (36) наклона к оси (26) трубопроводного участка (2).
2. Устройство (1) по п. 1, причем между дискообразным сотовым телом (6) на входном конце (3) и подающим устройством (7) на трубопроводном участке (2) предусмотрено сопло, с помощью которого поток (4) отработавших газов центрально фокусируется на трубопроводном участке (2).
3. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем длина (8) трубопроводного участка (2) от входного конца (3) до выходного конца (5) соответствует больше чем двукратной и меньше чем пятикратной величине диаметра (9) трубопроводного участка (2).
4. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (6) на входном конце (3) имеет плотность каналов от 20 каналов на кв.дюйм до 200 каналов на кв.дюйм.
5. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем диаметр (9) трубопроводного участка (2) по меньшей мере между одним дискообразным сотовым телом (6) на входном конце (3) и подающим устройством (7) на участке (10) расширения конусообразно расширяется.
6. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем трубопроводный участок (2) между подающим устройством (7) и выходным концом (5) имеет изгиб (11) под углом (12) от 10 до 45°.
7. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем подающее устройство (7) определяет направление (15) подачи, и направление (15) подачи задает угол (16) падения для жидкой добавки меньше чем 90° к дискообразному сотовому телу (6).
8. Устройство (1) по п. 1 или 2, причем по меньшей мере одно дискообразное сотовое тело (6) имеет длину (20) меньше чем 30% диаметра (9) трубопроводного участка (2).
9. Автомобиль (21), имеющий двигатель (22) внутреннего сгорания и устройство (23) для очистки отработавших газов двигателя (22) внутреннего сгорания, причем устройство (23) для очистки отработавших газов имеет по меньшей мере одно устройство (1) по одному из предшествующих пунктов.
| DE 102005063081 A1, 05.07.2007 | |||
| US 20070051097 A1, 08.05.2016 | |||
| DE 102008041486 A1, 25.02.2010 | |||
| DE 102008041486 A1, 25.02.2010 | |||
| WO 2008135112 A1, 13.11.2008 | |||
| US 2009019843 A1, 22.01.2009. |
