СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2017 года по МПК F01N3/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в целом, к системе восстановления отработавших газов и, в частности, к реализации распылителя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Технология, такая как избирательное каталитическое восстановление (SCR), может использоваться для восстановления NOx и для достижения требований к выбросам дизельного двигателя. В одном из подходов водный раствор мочевины разбрызгивается в поток отработавших газов, который впоследствии реагирует с NOx на поверхности каталитического нейтрализатора SCR, давая в результате снижение выбросов NOx на выходе двигателя. Для улучшенного восстановления NOx в некоторых условиях жидкая мочевина, разбрызгиваемая в отработавшие газы дизельного двигателя, типично распыляется и смешивается до того, как достигает подложки катализатора.

В одном из подходов к смешиванию, двухсмесительная система может использоваться для обеспечивания такого смешивания, где первый элемент (например, распылитель) системы перенаправляет поток отработавших газов и захватывает мелкие брызги мочевины для распыления, и второй элемент (например, вихревой смеситель) помогает смешиванию потока отработавших газов. В качестве примера, распылитель может включать в себя несколько (например, девять) экранирующих решеток, а вихревой смеситель может включать в себя спиральный смешивающий элемент, который приварен к центральному стержню.

Авторы настоящей заявки увидели недостатки у таких предшествующих решений. Например, закручивание потока требует определенной длины или расстояния для того, чтобы сообщить достаточный угловой момент потоку без чрезмерного ограничения потока и создания слишком большого противодавления. Однако некоторые конфигурации транспортного средства могут ограничивать имеющееся в распоряжении пространство для размещения элементов, в частности, длину между впрыском восстановителя и положением каталитического нейтрализатора SCR.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из примеров вышеприведенные недостатки могут быть по меньшей мере частично устранены системой, содержащей: форсунку для восстановителя отработавших газов выше по потоку от смесителя, включающего в себя: множество концентрически меньших колец, взаимосвязанных через ребра, имеющие ширину, меняющуюся в направлении потока, ребра расположены кольцеобразно, и причем первый набор ребер между первой парой смежных колец смещен под углом от второго набора ребер между второй парой смежных колец, первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо. Геометрия, созданная этой конструкцией, может использоваться, чтобы тянуть окружающий поток вокруг и через ребра, таким образом улучшая смешивание и испарение впрыснутого жидкого восстановителя, сталкивающегося с ребрами.

В дополнительных аспектах раскрыто, что множество концентрически меньших колец включает в себя три или более пар смежных колец; чередующиеся ребра из первого и второго наборов присоединены по периферии общего кольца; ребра установлены под углом по направлению внутрь к центральной оси выпускной трубы, в которой расположен смеситель, причем центральная ось концентрических колец имеет центральную ось выпускной трубы; длины соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце из первой пары отличаются от длин соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце второй пары; длины соединительных дуг из первого и второго наборов ребер не перекрываются на общем кольце, причем второй набор расположен ниже по потоку от первого набора; каждое ребро имеет первый соединительный участок, определенный дугой расположенного выше по потоку кольца, и второй соединительный участок, определенный дугой расположенного ниже по потоку кольца, причем каждое ребро также имеет общую толщину; количество ребер в первом наборе равно количеству ребер во втором наборе; система дополнительно содержит выпуклый диск, являющийся обращенным к потоку отработавших газов, расположенный в самом верхнем по потоку кольце; каталитический нейтрализатор SCR расположен ниже по потоку от смесителя.

В другом аспекте раскрыта система, содержащая: форсунку для восстановителя отработавших газов выше по потоку от смесителя, включающего в себя: множество концентрически меньших колец, взаимосвязанных через ребра, расположенные кольцеобразно, и причем первый набор ребер между первой парой смежных колец смещен под углом от второго набора ребер между второй парой смежных колец, первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо, причем чередующиеся ребра из первого и второго наборов присоединены по периферии общего кольца.

В дополнительных аспектах раскрыто, что множество концентрически меньших колец включает в себя три или более пар смежных колец; все из ребер установлены под углом по направлению внутрь к центральной оси выпускной трубы, в которой расположен смеситель, где центральная ось концентрических колец имеет центральную ось выпускной трубы; длины соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце из первой пары отличаются от длин соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце второй пары; длины соединительных дуг из первого и второго наборов ребер не перекрываются на общем кольце, причем второй набор расположен ниже по потоку от первого набора; количество ребер в первом наборе равно количеству ребер во втором наборе, и каталитический нейтрализатор SCR расположен ниже по потоку от смесителя.

В другом аспекте раскрыта система, содержащая: выпускную трубу; установленную под углом форсунку системы выпуска, расположенную на стенке выпускной трубы; каталитический нейтрализатор SCR, присоединенный в выпускной трубе; и смеситель, расположенный внутри выпускной трубы ниже по потоку от форсунки и выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR, смеситель включает в себя телескопический набор колец, причем постепенно меньшие кольца расположены ниже по потоку друг от друга, смежные кольца соединены через расположенные по периферии плоские установленные под углом ребра.

В дополнительных аспектах раскрыто, что выпускная труба присоединена к выпуску дизельного двигателя, и при этом наборы колец присоединены друг к другу через ребра; каждый набор ребер соединен с одним и тем же количеством ребер; центральная ось каждого кольца выравнивается с центральной осью выпускной трубы.

Следует понимать, что раскрытие изобретения, приведенное выше, предоставлено для ознакомления в упрощенной форме с подборкой концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании изобретения. Оно не идентифицирует ключевые или существенные признаки заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определен формулой изобретения, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет изобретения не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 иллюстрирует систему выпуска для приема отработавших газов двигателя.

Фиг. 2 иллюстрирует вид с торца распылителя системы выпуска, начерченный приблизительно в масштабе, в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 2A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 2.

Фиг. 3 иллюстрирует вид сбоку распылителя системы выпуска по фиг. 2, начерченный приблизительно в масштабе.

Фиг. 3A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 2.

Фиг. 4 иллюстрирует вид в изометрии распылителя системы выпуска по фиг. 2, начерченный приблизительно в масштабе.

Фиг. 4A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 2.

Фиг. 5 иллюстрирует вид с торца распылителя системы выпуска, начерченный приблизительно в масштабе, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 5A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 5.

Фиг. 6 иллюстрирует вид в изометрии распылителя системы выпуска по фиг. 5, начерченный приблизительно в масштабе.

Фиг. 6A иллюстрирует участок распылителя системы выпуска по фиг. 5.

Фиг. 7 иллюстрирует вид сбоку распылителя системы выпуска по фиг. 5, начерченный приблизительно в масштабе.

Фиг. 7A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 5.

Фиг. 8 иллюстрирует вид в изометрии распылителя системы выпуска, начерченный приблизительно в масштабе, в соответствии с еще одним другим вариантом осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 8A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 8.

Фиг. 9 иллюстрирует вид в изометрии распылителя системы выпуска, начерченный приблизительно в масштабе, в соответствии с еще одним другим вариантом осуществления настоящего раскрытия.

Фиг. 9A иллюстрирует часть распылителя системы выпуска по фиг. 9.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрыт многоярусный телескопический распылитель системы выпуска. Распылитель системы выпуска содержит множество колец, взаимосвязанных через ребра, кольца и ребра расположены концентрически вокруг общей центральной оси. Диаметры колец могут уменьшаться по мере того, как распылитель системы выпуска пересекается в направлении потока отработавших газов, наряду с тем, что ребра задают направление к общей центральной оси. Такой распылитель системы выпуска может быть подходящим для параболического потока отработавших газов и может снижать вес и стоимость системы выпуска, а также пространство для размещения элементов. Однако другие применения также возможны, и различные модификации и альтернативные варианты осуществления могут использоваться, если требуется.

Фиг. 1 иллюстрирует систему 100 выпуска для транспортировки отработавших газов, вырабатываемых двигателем 110 внутреннего сгорания. В качестве одного из неограничивающих примеров, двигатель 110 включает в себя дизельный двигатель, который вырабатывает механическую мощность, сжигая смесь воздуха и дизельного топлива. В качестве альтернативы, двигатель 110 может включать в себя другие типы двигателей, такие как сжигающие бензин двигатели, среди прочих.

Система 100 выпуска может включать в себя одно или более из следующего: выпускной коллектор 120 для приема отработавших газов, выработанных одним или более цилиндрами двигателя 110, зону 130 смешивания, расположенную ниже по потоку от выпускного коллектора 120, для приема жидкого восстановителя, каталитический нейтрализатор 140 избирательного каталитического восстановления (SCR), расположенный ниже по потоку от зоны 130 смешивания, и устройство 150 подавления шумов, расположенное ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 140. Дополнительно, система 100 выпуска может включать в себя множество выпускных труб или каналов для соединения по текучей среде различных компонентов системы выпуска. Например, как проиллюстрировано фиг. 1, выпускной коллектор 120 может быть присоединен по текучей среде к зоне 130 смешивания одним или более выпускными каналами 162 и 164. Каталитический нейтрализатор 140 может быть присоединен по текучей среде к устройству 150 подавления шумов выпускным каналом 166. В заключение, отработавшим газам может быть дана возможность течь из устройства 150 подавления шумов в окружающую среду через выпускной канал 168. Отметим, что, несмотря на то, что не проиллюстрировано фиг. 1, система 100 выпуска может включать в себя сажевый фильтр и/или окислительный нейтрализатор дизельного топлива, расположенный выше по потоку или ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 140. Более того, следует понимать, что система 100 выпуска может включать в себя два или более каталитических нейтрализатора.

В некоторых вариантах осуществления зона 130 смешивания может иметь большую площадь поперечного сечения или площадь потока, чем расположенный выше по потоку выпускной канал 164. Зона 130 смешивания может включать в себя форсунку 136 для избирательного впрыска жидкости в систему выпуска. Как показано на фиг. 1, форсунка 136 может быть установлена под углом, чтобы впрыскивать жидкость наклонно к смесителю. В качестве альтернативы, форсунка 136 может быть расположена в линию со смесителем, чтобы впрыскивать жидкость вдоль направления потока отработавших газов. В одном из неограничивающих примеров жидкость, впрыскиваемая форсункой 136, может включать в себя жидкий восстановитель 178, такой как аммиак или мочевина. Жидкий восстановитель 178 может подаваться на форсунку 136 через трубопровод 174 из накопительного бака 176 через промежуточный насос 172. Зона 130 смешивания также может включать в себя распылитель 200 системы выпуска, как подробнее описано со ссылкой на фиг. 2-9. Отметим, что каталитический нейтрализатор 140 может включать в себя любой пригодный каталитический нейтрализатор для снижения NOx или других продуктов сгорания, являющихся результатом сжигания топлива двигателем 110.

В отношении применения в транспортных средствах, система 100 выпуска может быть расположена на нижней стороне шасси транспортного средства. Также следует понимать, что выпускной канал может включать в себя один или более изгибов или закруглений, чтобы согласовываться с конкретным размещением элементов транспортного средства. Кроме того, еще следует понимать, что, в некоторых вариантах осуществления, система 100 выпуска может включать в себя дополнительные компоненты, не проиллюстрированные на фиг. 1, и/или может не включать в себя компонентов, описанных в материалах настоящей заявки.

Фиг. 2-9 иллюстрируют различные дополнительные детали части выпускного канала для приема отработавших газов двигателя, в том числе, распылители 200, 300 и 400 и 500 системы выпуска, каждый из которых может быть расположен внутри зоны 130 смешивания. Например, каждый из распылителей системы выпуска может быть расположен внутри (например, посажен прессованием в) выпускной трубы (например, выпускного канала 164 на фиг. 1) двигателя 110 так, чтобы наружный край был прилегающим и находился в стыковом распределенном контакте с внутренней стенкой 203 зоны 130 смешивания, как видно на фиг. 3.

Фиг. 2 показывает вид с торца примерного варианта осуществления распылителя 200 системы выпуска, который также может называться смесителем. Распылитель 200 содержит набор круглых колец 202, 206, 208 и 228, расположенных в телескопической конфигурации, с диаметрами, уменьшающимися в направлении потока. Первое кольцо 202 расположено в наиболее отдаленном положении выше по потоку и определяет вход 204 внутреннего канала, выполненный с возможностью принимать отработавшие газы двигателя. Ниже по потоку от первого кольца 202 обеспечено второе кольцо 206, имеющее диаметр, меньший, чем у первого кольца 202. Дальше ниже по потоку от второго кольца 206 обеспечено третье кольцо 208, имеющее диаметр, меньший, чем у первого и второго колец 202 и 206. В заключение, четвертое кольцо 228, имеющее диаметр, меньший, чем у колец 202, 206 и 208, обеспечено в наиболее отдаленном положении ниже по потоку и определяет выход 211 внутреннего канала. Кольца 202, 206, 208 и 228, в совокупности, расположены непосредственно ниже по потоку друг от друга, разделяют часть внутреннего канала, определенного входом 204 и выходом 211, и выровнены концентрически вокруг общей центральной оси 205. Таким образом, в таком примере, все кольца являются концентрическими по отношению друг к другу. Центральная ось 205 может быть соосной с центральной осью выпускной трубы (например, выпускным каналом 164 на фиг. 1) так, чтобы центральная ось каждого кольца и центральная ось 205 выравнивались с центральной осью выпускной трубы.

Набор концентрических колец (например, 202, 206, 208 и 228 на фиг. 2) может иметь разнообразные общие атрибуты. Один из неограничивающих примеров может включать в себя толщину, при этом толщина является размером по длине вдоль центральной оси 205. По мере того, как они постепенно располагаются вниз по потоку в направлении потока отработавших газов, диаметры колец могут уменьшаться согласно постоянному коэффициенту; например, диаметр третьего кольца 208, расположенного концентрически ниже по потоку от второго кольца 206, может быть на 20% меньшим, чем у второго кольца, наряду с тем, что диаметр второго кольца 206 также может быть на 20% меньшим, чем у первого кольца 202, и так далее. Однако следует понимать, что это неограничивающий пример и что отличия диаметров могут меняться среди пар колец или согласно некоторому количеству разных коэффициентов.

Распылитель согласно настоящему раскрытию может быть сформирован как единое целое в виде одной детали. В качестве альтернативы, части распылителя могут быть сформированы по отдельности и соединены впоследствии. Как показано на фиг. 2-9, кольца (например, 202, 206) могут быть взаимосвязаны через расположенные по периферии ребра (например, 213, 214 и 215), которые могут быть присоединены к периферии (например, наружному краю) колец. Ребра, в одном из примеров, включают в себя соединительные участки (которые могут быть сформированы из металла), которые вынуждают поток отработавших газов продолжать движение через другие части распылителя 200. Ребра могут быть сформированы как единое целое в виде одного элемента сами по себе, могут быть сформированы как единое целое с прилегающими кольцами в виде одного элемента или могут быть сформированы по отдельности и впоследствии присоединены к другим частям распылителя. Если распылитель не сформирован как единое целое в виде одного элемента, ребра могут крепиться к кольцам посредством различных способов (например, сваркой).

В некоторых вариантах осуществления, таких, как показанный на фиг. 2 посредством распылителя 200, некоторые или все из ребер расположены кольцеобразно в кольцевидной структуре и располагаются под углом внутрь к центральной оси 205 в направлении вниз по потоку, а также по направлению к наименьшему кольцу (например, четвертому кольцу 228) в распылителе 200. Ребра могут быть плоскими и образовывать угол внутрь под острым углом или могут иметь кривизну. Ребра также могут иметь некоторое количество общих атрибутов, в том числе, толщину. В качестве одного из неограничивающих примеров, толщина ребер может быть или может не быть равной толщине колец, или может меняться среди пар, к которым они прикреплены.

Кольца и ребра вместе формируют кольцеобразно расположенные проемы (например, 210), как показано, например, на фиг. 2. Проемы включают в себя пустые участки, через которые текут отработавшие газы. В предоставленных примерных вариантах осуществления некоторые или все из проемов (например, 210) равномерно разнесены кольцеобразно друг от друга, хотя также может быть возможным неравномерное разнесение. Как показано на фиг. 2-9, проемы могут включать в себя непустые участки между кольцами и основаниями проемов, где основания проемов являются участками, по существу соответствующими дугам колец, и перпендикулярны центральной оси 205. Таким образом, основания проемов могут не соответствовать непосредственно наружному краю кольца, и некоторый материал (например, металл) может быть включен между основаниями проемов и краями колец.

По меньшей мере часть зоны 130 смешивания на фиг. 1 содержит кольцо (например, первое кольцо 202), чей нормальный к поверхности вектор параллелен направлению потока отработавших газов. Как описано выше, отработавшие газы, выходящие из двигателя, сначала могут поступать в зону 130 смешивания, при этом текучая среда, такая как жидкий восстановитель (например, аммиак или мочевина и т.д.), впрыскивается в систему выпуска через форсунку 136, как проиллюстрировано на фиг. 1. Кольца (например, 202 и 206) наряду с ребрами (например, 213), в одном из примеров, могут быть созданы из некоторого типа металла, в каком случае они будут нагреваться потоком отработавших газов. Впрыск жидкости, который может иметь различные углы, в том числе, на одной прямой с потоком отработавших газов или наклонные относительно потока отработавших газов, в комбинации с потоком, формируемым ребрами и проемами, направляет поток отработавших газов вокруг и через распылитель 200 системы выпуска. Кроме того, испаренная жидкость, которая может испаряться раскаленным металлом колец и ребер, отводится из распылителя 200 системы выпуска. Таким образом, распылитель 200 системы выпуска способствует дополнительному смешиванию отработавших газов двигателя до того, как отработавшие газы двигателя достигают каталитического нейтрализатора 140 SCR. Таким образом, посредством лучшего смешивания отработавших газов двигателя производительность каталитического нейтрализатора 140 SCR может дополнительно улучшаться, и, таким образом, NOx может восстанавливаться в гораздо большей степени.

В некоторых примерах ребра распылителя 200 могут рассматриваться как геометрически комплементарные своим смежным проемам, в каком случае многие из свойств ребер, обсужденных ниже, подразумеваются как являющиеся следствием свойства проемов, и наоборот. Например, как видно на фиг. 2, как проемы (например, 210), так и ребра (например, 213) занимают кольцевые области, определенные парой колец (например, кольцевую область между, и определенную, первым кольцом 202 и вторым кольцом 206). В таком варианте осуществления как проемы, так и ребра могут быть трапециевидной формы с криволинейными основаниями. Однако возможны другие варианты осуществления, в которых ребро и проемы могут иметь сходство с альтернативными геометрическими формами (например, прямоугольником, кругом).

Ребра (например, 213) имеют первый соединительный участок 220, определенный дугой расположенного выше по потоку кольца (например, дугой первого кольца 202), и второй соединительный участок 222, определенный дугой расположенного ниже по потоку кольца (например, дугой второго кольца 206), оба соединительных участка показаны на фиг. 2A. В этом неограничивающем примере дуга, которой соответствует первый соединительный участок 220, является участком наружного края первого кольца 202. Подобным образом, дуга, которой соответствует второй соединительный участок 222, является участком наружного края второго кольца 206. Такие дуги могут называться соединительными дугами, их длины обозначаются длинами соединительных дуг. Это расположение элементов видно на фиг. 2 и 2A, наряду с тем, что фиг. 3 показывает, что ребра могут крепиться к боковым стенкам своих соответственных колец. В других вариантах осуществления ребра также могут быть присоединены к верхнему и нижнему краю смежных расположенных выше по потоку/ниже по потоку колец. За исключением фиг. 8A, фиг. 2A, 3A, 4A, 5A, 6A, 7A и 9A показывают варианты осуществления, в которых длина второго соединительного участка 222 является меньшей, чем у первого соединительного участка 220. Разность между длинами может быть постоянной для всех ребер в распылителе 200 или может меняться среди кольцевых областей в распылителе 200. Могут быть возможны альтернативные варианты, в которых длина второго соединительного участка 222 ребер является большей, чем длина первого соединительного участка 220, как показано на фиг. 8A.

В одном из вариантов осуществления боковые стороны ребер определены отрезками линий, проходящими от расположенного выше по потоку кольца (например, первого кольца 202) до расположенного ниже по потоку кольца (например, второго кольца 206), отрезки линий разделены длиной 207 дуги, показанной на фиг. 2A, концентрической всем кольцам и центральной оси 205. Угол 209, также показанный на фиг. 2A, охватывает длину дуги, при этом угол 209 может быть постоянным для всех ребер. Ширина ребер, характеризуемая длиной дуги, чьи конечные точки соответствуют средним точкам боковых сторон ребер, может меняться вдоль направления потока отработавших газов, формируя трапециевидную форму, как видно на фиг. 2-9. Однако следует понимать, что возможны другие варианты осуществления, в которых боковые стороны ребер могут не быть параметризованы лучами, продолжающимися от центральной оси 205 до основания ребра, или отрезками линий, проходящими от расположенного выше по потоку кольца до расположенного ниже по потоку кольца. Другими словами, можно, чтобы боковые стороны ребер не были прямыми и не выступали радиально наружу. Вместо этого, в неограничивающем примере, боковые стороны ребра могут быть изогнуты и, например, могут иметь параболические края.

Как показано по меньшей мере на фиг. 2, ребра (например, 213) присоединяют первое кольцо 202 ко второму кольцу 206, кольца вместе образуют первую пару колец 216. Первый набор проемов 212 включен в эту кольцевую область, где первый набор проемов включает в себя проем, обозначенный позиционным обозначением 212, и другие проемы в кольцевой области между, и определенной, первым кольцом 202 и вторым кольцом 206. В одном из вариантов осуществления первый набор проемов 212 может содержать такое же количество проемов, как второй набор проемов 218, второй набор проемов 218 включает в себя проемы в кольцевой области между, и определенной, вторым кольцом 206 и третьим кольцом 208. Подобным образом, количество ребер, обеспеченных между первым набором проемов 212 в его соответствующей кольцевой области, может быть равным количеству ребер, обеспеченных между вторым набором проемов 218 в его соответствующей кольцевой области.

Ребра (например, 213) в кольцевой области между, и определенной, первым кольцом 202 и вторым кольцом 206 формируют первый набор ребер. Подобным образом, ребра (например, 214) в кольцевой области между, и определенной, вторым кольцом 206 и третьим кольцом 208 формируют второй набор ребер. Кроме того еще, ребра (например, 215) в кольцевой области между, и определенной, третьим кольцом 208 и четвертым кольцом 228 формируют третий набор ребер. В таком варианте осуществления чередующиеся ребра из первого и второго наборов ребер присоединены по периферии общего кольца (например, второго кольца 206). Геометрически, может быть, что первый набор ребер не перекрывает второй набор ребер. Более конкретно, в таком случае ни одна точка на втором соединительном участке (например, 222) ребра в первом наборе ребер не имеет точек на первом соединительном участке (например, 220) ребра во втором наборе ребер. Перефразируя по-другому, ни одна из точек на коротком основании ребра в первом наборе ребер не соответствует точкам на противоположном основании ребра из второго набора ребер. В этом случае первый набор ребер между первой парой смежных колец (например, 216) и второй набор ребер между второй парой смежных колец (например, 224) смещены под углом, первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо (например, второе кольцо 206). Излагая по-другому, длины соединительных дуг из первого и второго наборов ребер не перекрываются на общем кольце (например, 206), второй набор находится ниже по потоку от первого набора. С другой стороны, точки на первом и/или втором соединительном участке ребра из первого набора ребер могут соответствовать точкам на первом и/или втором соединительном участке ребра из третьего набора ребер, соответствие состоит в том, что луч, продолжающийся от центральной оси 205, пересекал бы точки на первом и/или втором соединительном участке ребра из третьего набора ребер в дополнение к точкам на первом и/или втором соединительном участке ребра из первого набора ребер. Это показано на виде с торца по фиг. 2. Более того, соответствие может быть таким, что луч, продолжающийся от центральной оси 205, пересекал бы среднюю точку первого и/или второго соединительного участка ребра из третьего набора ребер в дополнение к средней точке первого и/или второго соединительного участка ребра из первого набора ребер. В таком случае первый набор ребер и третий набор ребер упоминались бы выровненными.

Ширина ребер в наборе ребер, по сравнению с таковыми из набора ребер, расположенного выше по потоку, может быть меньшей (например, ширина ребер в третьем наборе ребер может быть меньшей, чем ширина ребер из второго набора ребер, как показано на фиг. 2). Более конкретно, длины соединительных дуг, совпадающие с первым и вторым соединительным участком, могут быть длиннее для ребер из второго набора ребер, чем таковые для ребер из третьего набора ребер. Таким образом, длины соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце первой пары колец могут отличаться от длин соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце второй пары. Более того, длины ребер могут меняться по мере того, как распылитель (например, 200) пересекается вдоль направления потока отработавших газов. Это, в особенности, может иметь место, если меняются расстояния, разделяющие кольца. Кроме того, дополнительно, наклон ребер, как измерено по углу между первым и вторым соединительным участком (например, 220 и 222 на фиг. 2A), также может меняться. Это, в особенности, может иметь место, если диаметры колец не уменьшаются согласно постоянному коэффициенту при перемещении по распылителю по направлению потока отработавших газов. В дополнение, геометрия ребер может быть изогнута вдоль направления потока отработавших газов. В качестве альтернативы, ребра могут быть прямыми, минимизируя длину вдоль направления потока отработавших газов. Однако определенная общность может существовать между набором или полным множеством ребер, в том числе, клиновидная геометрия, изогнутая геометрия по направлению к центральной оси 205, состав и толщина материала.

В некоторых вариантах осуществления второе кольцо 206 и третье кольцо 208 вместе формируют вторую пару колец 224. Первая пара колец 216 и вторая пара колец 224 имеют общее кольцо, а именно, второе кольцо 206. Кроме того, четвертое кольцо 228 может быть расположено ниже по потоку от третьего кольца 208. Третье кольцо 208 и четвертое кольцо 228 вместе формируют третью пару колец 230. Вторая пара колец 224 и третья пара колец 230 имеют общее кольцо, а именно, третье кольцо 208. В совокупности, такой вариант осуществления содержит, среди других элементов, именно три пары колец, всего четыре кольца, три набора проемов и ребер, кольца располагаются концентрически вокруг центральной оси 205 и постепенно ниже по потоку друг от друга с уменьшающимся размером в направлении потока отработавших газов. Фиг. 2-4, 8 и 9 представляют это расположение, хотя будет понятно, что это всего лишь иллюстративный пример и что разные количества колец, ребер, проемов и наборов проемов могут использоваться, без выхода из объема и сущности настоящего раскрытия.

Альтернативные варианты осуществления, например, включающие в себя три кольца, показаны на фиг. 5-7. В этом примере, распылитель 300 системы выпуска содержит три кольца, две пары колец, три набора проемов и ребер и выпуклый диск 302. Как в вариантах осуществления, показанных на фиг. 2-4, длина второго соединительного участка 222 ребер является меньшей, чем длина первого соединительного участка 220, создавая трапециевидную форму ребра. В отличие от вариантов осуществления, раскрытых до этого, выпуклый диск 302 расположен в самом верхнем по потоку кольце (например, третьем кольце 208) и является обращенным к потоку отработавших газов. Выпуклый диск 302 имеет кривизну, при этом точка, совпадающая с его центральной осью 205, находится ближе к первому кольцу 202, чем точки, расположенные дальше от центральной оси 205. Выпуклый диск 302 может быть прикреплен к третьему кольцу 208, используя многообразие способов (например, сваркой), или, как подобным образом раскрыто выше, распылитель 300 системы выпуска может быть сформирован как единое целое как один элемент. Выпуклый диск 302 вынуждает поток воздуха продолжать движение через проемы 210. Другими словами, поток воздуха может не проходить через третье кольцо 208, но может обтекать вокруг него и через его проемы.

Фиг. 8 и 9 дополнительно иллюстрируют альтернативные варианты осуществления распылителей отработавших газов в соответствии с настоящим раскрытием. Фиг. 8 показывает распылитель 400, очень похожий на распылитель 200, показанный на фиг. 2-4. Однако в этом варианте осуществления, фиг. 8A показывает, что длина первого соединительного участка 220 является меньшей, чем длина второго соединительного участка 222 для ребер (например, 213) в распылителе 400, создавая трапециевидную форму ребер. Наоборот, фиг. 9A показывает участок распылителя 500, на котором длины первого соединительного участка 220 являются большими, чем длины второго соединительного участка 222 для ребер (например, 213). Более того, фиг. 9 показывает, что возможно альтернативное задание размеров. Например, толщина колец может быть большей, чем толщина, показанная в других вариантах осуществления, и кольца могут быть разведены на большее расстояние, увеличивая угол наклона ребер. Кроме того, фиг. 9 показывает, что может быть возможной неодинаковая толщина колец. В этом примере толщина четвертого кольца 508, как измерено вдоль направления потока отработавших газов, является большей, чем предыдущие кольца 502, 504 и 506.

Таким образом, заявленная конфигурация обеспечивает, чтобы по-прежнему достигалось распыление, при этом с уменьшенным влиянием на вес и стоимость. Распылитель 200 системы выпуска может перенаправлять большую часть отработавших газов двигателя, тогда как, в некоторых вариантах осуществления, меньшая часть отработавших газов двигателя может беспрепятственно течь через распылитель. Это количество меньшей части отработавших газов двигателя, протекающих беспрепятственно, может возмещаться экономией затрат и веса, достигаемой распылителем. Кроме того, могут уменьшаться влияния противодавления отработавших газов.

Таким образом, система 100 выпуска может добиваться хорошего распыления и смешивания наряду с предоставлением возможности уменьшения пространства для размещения элементов. Например, по сравнению с традиционными системами выпуска, система 100 выпуска, содержащая распылитель 200 системы выпуска, может содействовать параболическому потоку, выпрямлять структуру потока и доводить до максимума эффективность смешивания. Ребра увеличивают площадь поверхности, захватывая капельки жидкости и предоставляя возможность усиленного замешивания в турбулентный поток отработавших газов.

Следует отметить, что конфигурации и процедуры, раскрытые в материалах настоящей заявки, являются примерными по сути и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящей заявки.

Последующая формула изобретения, в частности, указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новых и неочевидных. Эти пункты формулы изобретения могут указывать элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Должно быть понятно, что такие пункты формулы изобретения включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой изобретения посредством изменения настоящей формулы изобретения или представления новой формулы изобретения в этой или родственной заявке.

Такая формула изобретения, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле изобретения, также рассматривается в качестве включенной в предмет изобретения настоящего раскрытия изобретения.

Изобретение может быть использовано в системах выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Система выпуска отработавших газов содержит форсунку для восстановителя отработавших газов, расположенную выше по потоку от смесителя. Смеситель содержит множество концентрически меньших колец (202), (206), (208), (228) взаимосвязанных через ребра (213), (214), (215). Ребра (213), (214), (215) имеют ширину, меняющуюся в направлении потока. Ребра (213), (214), (215) расположены кольцеобразно. Первый набор ребер (213) между первой парой смежных колец (204) и (206) смещен под углом от второго набора ребер (214) между второй парой смежных колец (204) и (206). Первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо. Раскрыты варианты выполнения систем выпуска отработавших газов. Технический результат заключается в возможности смешивать поток отработавших газов на более коротком расстоянии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Система выпуска отработавших газов, содержащая форсунку для восстановителя отработавших газов выше по потоку от смесителя, имеющего множество концентрически меньших колец, взаимосвязанных через ребра, имеющие ширину, меняющуюся в направлении потока, причем ребра расположены кольцеобразно, при этом первый набор ребер между первой парой смежных колец смещен под углом от второго набора ребер между второй парой смежных колец, причем первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо.

2. Система по п. 1, в которой множество концентрически меньших колец включает в себя три или более пар смежных колец.

3. Система по п. 1, в которой чередующиеся ребра из первого и второго наборов присоединены по периферии общего кольца.

4. Система по п. 1, в которой ребра установлены под углом по направлению внутрь к центральной оси выпускной трубы, в которой расположен смеситель, причем центральная ось концентрических колец имеет центральную ось выпускной трубы.

5. Система по п. 1, в которой длины соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце из первой пары отличаются от длин соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце второй пары.

6. Система по п. 1, в которой длины соединительных дуг из первого и второго наборов ребер не перекрываются на общем кольце, причем второй набор расположен ниже по потоку от первого набора.

7. Система по п. 1, в которой каждое ребро имеет первый соединительный участок, определенный дугой расположенного выше по потоку кольца, и второй соединительный участок, определенный дугой расположенного ниже по потоку кольца, причем каждое ребро также имеет общую толщину.

8. Система по п. 1, в которой количество ребер в первом наборе равно количеству ребер во втором наборе.

9. Система по п. 1, дополнительно содержащая выпуклый диск, обращенный к потоку отработавших газов и расположенный в самом верхнем по потоку кольце.

10. Система по п. 1, в которой каталитический нейтрализатор избирательного каталитического восстановления (SCR) расположен ниже по потоку от смесителя.

11. Система выпуска отработавших газов, содержащая форсунку для восстановителя отработавших газов выше по потоку от смесителя, имеющего множество концентрически меньших колец, взаимосвязанных через ребра, расположенные кольцеобразно, причем первый набор ребер между первой парой смежных колец смещен под углом от второго набора ребер между второй парой смежных колец, причем первая и вторая пары колец имеют одно общее кольцо, при этом чередующиеся ребра из первого и второго наборов присоединены по периферии общего кольца.

12. Система по п. 11, в которой множество концентрически меньших колец включает в себя три или более пар смежных колец.

13. Система по п. 11, в которой все из ребер установлены под углом по направлению внутрь к центральной оси выпускной трубы, в которой расположен смеситель, при этом центральная ось концентрических колец имеет центральную ось выпускной трубы.

14. Система по п. 13, в которой длины соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце из первой пары отличаются от длин соединительных дуг на расположенном выше по потоку кольце второй пары.

15. Система по п. 14, в которой длины соединительных дуг из первого и второго наборов ребер не перекрываются на общем кольце, причем второй набор расположен ниже по потоку от первого набора.

16. Система по п. 13, в которой количество ребер в первом наборе равно количеству ребер во втором наборе, а каталитический нейтрализатор SCR расположен ниже по потоку от смесителя.

17. Система выпуска отработавших газов, содержащая:

выпускную трубу;

установленную под углом форсунку отработавших газов, расположенную в стенке выпускной трубы;

каталитический нейтрализатор SCR, присоединенный в выпускной трубе; и

смеситель, расположенный внутри выпускной трубы ниже по потоку от форсунки и выше по потоку от каталитического нейтрализатора SCR и включающий в себя телескопический набор колец, причем постепенно меньшие кольца расположены ниже по потоку друг от друга, а смежные кольца соединены через расположенные по периферии плоские установленные под углом ребра.

18. Система по п. 17, в которой выпускная труба присоединена к выпуску дизельного двигателя, при этом наборы колец присоединены друг к другу через ребра.

19. Система по п. 18, в которой каждый набор ребер соединен с одним и тем же количеством ребер.

20. Система по п. 18, в которой центральная ось каждого кольца выравнивается с центральной осью выпускной трубы.