СМЕСИТЕЛЬ МОЧЕВИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК F01N13/08 F01N3/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области способов и систем для смесителя мочевины.

Уровень техники

В соответствии с одной из технологий доочистки отработавших газов двигателя используют выборочное каталитическое восстановление (ВКВ) для обеспечение возможности прохождения определенных химических реакций между оксидами азота (NOx), содержащимися в отработавших газах, и аммиаком (NH3). Аммиак вводят в выхлопную систему двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора ВКВ путем ввода мочевины в выхлопной тракт или генерируют в расположенном выше по потоку каталитическом нейтрализаторе. При высоких температурах происходит энтропическое разложение мочевины в NH3. ВКВ обеспечивает возможность реакции между NH3 и оксидами азота (NOx) для преобразования NOx в азот (N2) и воду (H2O). Однако, как установили авторы настоящего изобретения, после ввода мочевины в выхлопной тракт могут возникать нежелательные последствия. В соответствии с одним из примеров смешивание мочевины с потоком отработавших газов может быть недостаточным (например, первая порция потока отработавших газов может содержать более высокую концентрацию мочевины, чем вторая порция потока отработавших газов), что может приводить к снижению степени обволакивания ВКВ и снижению интенсивности реакции между выбросами (например, NOx) и ВКВ. Кроме того, чрезмерное смешивание и взбалтывание мочевины в выхлопной системе также может приводить к нежелательным последствиям, например, к увеличению количества отложений.

Известны, в частности, решения, направленные на устранение недостаточного смешивания при помощи смесительных устройств, расположенных ниже по потоку от инжектора мочевины и выше по потоку от ВКВ и обеспечивающих повышение однородности потока отработавших газов. Другие известные решения, направленные на устранение недостатков смешивания мочевины, предусматривают использование стационарных смесительных устройств. Например, одно из таких решений описано в документе US2013/0104531 авторов Cho и др. В соответствии с данным решением стационарный смеситель расположен в выхлопном канале ниже по потоку от внешней трубки, предназначенной для впрыска мочевины. Отработавшие газы протекают по выхлопному каналу и смешиваются с впрыскиваемой мочевиной до протекания через стационарный смеситель.

Однако авторы настоящего изобретения установили, что таким системам могут быть присущи некоторые недостатки. В соответствии с одним из примеров вышеописанный стационарный смеситель обладает ограниченной смешивающей способностью, так как направленность потока отработавших газов через смеситель не позволяет осуществить полное смешивание ламинарного потока отработавших газов. Кроме того, расположение смесителя внутри выхлопного канала затрудняет производство и компоновку. Изменения геометрии выхлопного канала требуют изменений процесса изготовления стационарного смесителя для обеспечения плотного расположения смесителя внутри выхлопного канала.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним из примеров осуществления изобретения для устранения вышеуказанных недостатков может быть предложен смеситель, содержащий: полый кольцевой элемент, содержащий внутренний выхлопной канал, причем кольцевой элемент содержит входы, расположенные на нижней по потоку внутренней поверхности, и выходы, расположенные на промежуточном участке между верхней потоку внутренней поверхностью и нижней по потоку внутренней поверхностью, рядом с горловиной канала Вентури, выше по потоку от устройства ВКВ, и инжектор мочевины, установленный с возможностью впрыска в кольцевой элемент. Таким образом, входы могут иметь сообщение по текучей среде с областью разрежения, создаваемого отработавшими газами, протекающими через канал Вентури.

В соответствии с одним из примеров осуществления разрежение, создаваемое каналом Вентури, передают в кольцевую камеру, образованную в пространстве, расположенном снаружи от верхней и нижней по потоку поверхностей и внутри выхлопного канала, причем передаваемое разрежение может затягивать отработавшие газы через входы в кольцевую камеру. В кольцевой камере может происходить смешивание отработавших газов с мочевиной и/или отработавшими газами, поступающими из других участков выхлопного канала. Внутренняя поверхность кольца может иметь форму, обеспечивающую образование канала Вентури, и может полностью отделять отработавшие газы, находящиеся в центральном канале, от полого внутреннего пространства за исключением входов и выходов. Под действием созданного разрежения смесь отработавших газов с мочевиной выходит в центральный выхлопной канал, в котором может происходить объединение этой смеси с отработавшими газами, не содержащими восстановителя. Таким образом, весь поток отработавших газов, протекающий по выхлопному каналу может приходить в соприкосновение с мочевиной и обеспечивать повышение суммарного уровня восстановления устройства ВКВ.

Следует понимать, что вышеприведенное краткое описание служит лишь для ознакомления в простой форме с некоторыми концепциями, которые далее будут раскрыты подробно. Это описание не предназначено для обозначения ключевых или существенных отличительных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого уникально определен формулой изобретения, приведенной после раздела «Осуществление изобретения». Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничен реализациями, которые устраняют какие-либо недостатки, указанные выше или в любой другой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема двигателя со смесителем.

На фиг. 2 представлен в аксонометрической проекции смеситель, расположенный в выхлопном канале.

На фиг. 3 смеситель представлен во фронтальной проекции в направлении, противоположном направлению потока.

На фиг. 4 смеситель представлен в разрезе с иллюстрацией примера проводки потока отработавших газов через смеситель.

Фиг. 2-4 выполнены приблизительно в масштабе, хотя могут быть использованы и другие соотношения размеров.

На фиг. 5 представлен способ эксплуатации инжектора смесителя.

Осуществление изобретения

Ниже приведено описание систем и способов работы смесителя мочевины, выполненного с возможностью получения мочевины, выпрыскиваемой инжектором. Смеситель мочевины может быть расположен выше по потоку от каталитического нейтрализатора ВКВ, как показано на фиг. 1. Выше по потоку от смесителя мочевины может быть предусмотрено устройство Вентури для дополнительного усиления смешивания мочевины. Смеситель мочевины установлен в непосредственном соприкосновении с выхлопной трубой, причем смеситель мочевины выступает от выхлопной трубы внутрь выхлопного канала в виде кольца, как показано на фиг. 2. Смеситель мочевины содержит искривленную верхнюю по потоку стенку и искривленную нижнюю по потоку стенку, расположенные в местах выхода смесителя мочевины от выхлопной трубы внутрь выхлопного канала в виде кольца. Входные отверстия смещены и расположены на нижней по потоку стенке, как показано на фиг. 3. Выходные отверстия расположены на промежуточном участке между верхней по потоку стенкой и нижней по потоку стенкой, как также показано на фиг. 3. На фиг. 4 смеситель представлен в боковой проекции, причем показан наклон контура верхней по потоку стороны и наклон контура нижней по потоку стороны, а также пример протекания потока отработавших газов через смеситель. На фиг. 5 представлен способ эксплуатации смесителя мочевины и устройства Вентури.

Фиг. 2-4 иллюстрируют примеры конфигурации и взаимного расположения различных компонентов. Компоненты, представленные находящимися в непосредственном соприкосновении или непосредственно связанными, можно считать, соответственно, находящимися в непосредственном соприкосновении или непосредственно связанными, по меньшей мере в одном из примеров осуществления. Аналогичным образом, компоненты, представленные смежными или прилегающими один к другому, можно считать, соответственно, смежными или прилегающими один к другому, по меньшей мере в одном из примеров осуществления. Например, компоненты, расположенные во взаимном соприкосновении через общую поверхность, можно считать расположенными во взаимном соприкосновении через общую поверхность. Кроме того, например, расположенные на расстоянии один от другого компоненты, между которыми расположено лишь пустое пространство и отсутствуют другие компоненты, можно считать расположенными таким образом, по меньшей мере в одном из примеров осуществления.

На фиг. 1 представлена схема многоцилиндрового двигателя 10 в составе двигательной системы 100, которая может быть включена в состав движительной системы автомобиля. Управление работой двигателя 10 может быть по меньшей мере частично обеспечено системой управления, содержащей контроллер 12, а также командами, вводимыми оператором 132 через устройство 130 ввода. В соответствии сданным примером осуществления устройство 130 ввода содержат педаль акселератора и датчик 134 положения педали для формирования пропорционального сигнала положения педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 может содержать стенки 32 цилиндра, между которыми расположен поршень 36. Поршень 36 может быть связан с коленчатым валом 40 для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть связан по меньшей мере с одним приводным колесом транспортного средства через промежуточную систему трансмиссии. Кроме того, может быть предусмотрен электродвигатель стартера, связанный с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения возможности запуска двигателя 10 в работу.

Впускаемый воздух может поступать в камеру 30 сгорания из впускного коллектора 44 через впускной канал 42, а отработавшие газы могут выходить из нее через выхлопной канал 48. Может быть предусмотрено избирательное установления сообщение впускного коллектора 44 и выхлопного канала 48 с камерой 30 сгорания через, соответственно, впускной клапан 52 и выхлопной клапан 54. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления камера 30 сгорания может содержать два или более впускных клапанов и/или два или более выхлопных клапанов.

В соответствии с данным примером осуществления для управления впускным клапаном 52 и выхлопным клапаном 54 может быть использован кулачковый привод, действующий посредством соответствующих кулачковых приводных систем 51 и 53. Каждая из кулачковых приводных систем 51 и 53 может содержать один или несколько кулачков и может использовать для регулирования работы клапанов одну или несколько из систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз газораспределения (ИФГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), работой которых может управлять контроллер 12. Положение впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54 может быть определено, соответственно, датчиками 55 и 57 положения клапанов. В соответствии с альтернативными примерами осуществления для управления впускным клапаном 52 и/или выхлопным клапаном 54 может быть предусмотрен электромеханический клапанный привод. Например, в соответствии с альтернативным вариантом осуществления цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый электромеханическим клапанным приводом, и выхлопной клапан, управляемый кулачковым приводом, содержащим системы ППК и/или ИФКР.

Топливный инжектор 69 представлен непосредственно связанным с камерой 30 сгорания для прямого впрыска в нее топлива, количество которого пропорционально ширине импульса сигнала, получаемого от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 69 осуществляет так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор может быть установлен, например, на боковой стенке камеры сгорания или на верхней стенке камеры сгорания. Топливо может поступать в топливный инжектор из топливной системы (не представлена), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления камера 30 сгорания может альтернативно или дополнительно содержать топливный инжектор, установленный во впускном коллекторе 44 в соответствии с конфигурацией так называемого распределенного впрыска топлива во впускной порт, расположенный выше по потоку от камеры 30 сгорания.

Искровая свеча 66 зажигания обеспечивает возникновение искры в камере 30 сгорания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не представлена) для увеличения напряжения, подаваемого на свечу 66 зажигания. В соответствии с другими примерами осуществления, например, в случае использования дизельного двигателя, свеча 66 зажигания может отсутствовать.

Впускной канал 42 может содержать дроссельную заслонку 62, содержащую дроссельную пластину 64. В соответствии с данным примером осуществления контроллер 12 может регулировать положение дроссельной пластины 64 посредством сигнала, подаваемого на электродвигатель или привод, предусмотренный в составе дроссельной заслонки 62, в соответствии с так называемой конфигурацией электронного управления дроссельной заслонкой (ЭУДЗ). Таким образом, дроссельная заслонка 62 может быть использована для регулирования подачи впускаемого воздуха в камеру 30 сгорания и другие цилиндры двигателя. Информация о положении дроссельной пластины 64 может быть передана контроллеру 12 в виде сигнала положения дросселя. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для измерения количества воздуха, поступающего в двигатель 10.

Газоанализатор 126 отработавших газов представлен подсоединенным к выхлопному каналу 48 выше по потоку отработавших газов от устройства 72 снижения токсичности выбросов. Датчик 126 может представлять собой любой соответствующий датчик, обеспечивающий возможность определения воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейный датчик содержания кислорода в отработавших газах или УДКОГ (универсальный или широкополосный датчик содержания кислорода в отработавших газах), двухпозиционный кислородный датчик или ДКОГ, НДКОГ (нагреваемый ДКОГ), а также датчик содержания NO_x, НС или СО. В соответствии с одним из примеров осуществления расположенный выше по потоку газоанализатор 126 представляет собой УДКОГ, выполненный с возможностью выдачи выходного сигнала, например, сигнала напряжения, пропорционального уровню содержания кислорода в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует выходной сигнал кислородного датчика в значение воздушно-топливного отношения отработавших газов при помощи функции преобразования кислородного датчика.

Устройство 72 снижения токсичности выбросов представлено установленным в выхлопном канале 48 ниже по потоку от газоанализатора 126 отработавших газов и смесителя 68. Устройство 72 может представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (ТКН), уловитель NO_x, выборочный каталитический восстановитель (ВКВ) или другие различные устройства снижения токсичности выбросов или их сочетания. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления во время работы двигателя 10 может быть предусмотрено периодическое восстановление устройства 72 снижения токсичности выбросов путем эксплуатации по меньшей мере одного из цилиндров двигателя с определенным воздушно-топливным отношением.

Смеситель 68 представлен расположенным выше по потоку от устройства 72 снижения токсичности выбросов и ниже по потоку от газоанализатора 126 отработавших газов. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления может быть дополнительно или альтернативно предусмотрен второй газоанализатор отработавших газов, расположенный между смесителем 68 и устройством 72 снижения токсичности выбросов. Для впрыска текучих сред в смеситель 68 предусмотрен инжектор 70. Инжектор 70 может быть соединен по текучей среде с резервуаром, содержащим текучую среду, причем в соответствии с одним из примеров осуществления такая текучая среда может представлять собой восстановитель (например, мочевину). Смеситель 68 может представлять собой кольцевидный выступ, выступающий внутрь выхлопного канала 48. Смеситель выполнен с возможностью подачи в него отработавших газов и дополнительно содержит кольцевидный внутренний проем для смешивания мочевины с отработавшими газами. Вывод отработавших газов из смесителя 68 обеспечивают под воздействием разрежения, создаваемого каналом Вентури, проходящим через ствол, предусмотренный в смесителе 68. Выше по потоку от смесителя 68 может быть установлено регулируемое устройство 74 Вентури, причем регулируемый устройство Вентури может быть сдвинуто к смесителю 68 для увеличения разрежения, создаваемого каналом Вентури.

Система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять требуемую часть отработавших газов из выхлопного канала 48 во впускной коллектор 44 по каналу 152 РОГ. Контроллер 12 может регулировать количество газов, подаваемых системой РОГ во впускной коллектор 44, при помощи клапана 144 РОГ. В некоторых условиях система 140 РОГ может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси в камере сгорания, что обеспечивает возможность управления моментом зажигания в некоторых режимах сгорания.

Контроллер 12 показан на фиг. 1 в виде микрокомпьютера, содержащего: микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронную среду хранения выполняемых программ и калибровочных значений, в данном конкретном примере показанную в виде постоянного запоминающего устройства 106 (например, долговременной памяти), оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимое запоминающее устройство 110 и шину данных. Контроллер 12 может принимать, в дополнение к рассмотренным выше сигналам, разнообразные сигналы от связанных с двигателем 10 датчиков, среди которых можно назвать: показание массового расхода воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; показание температуры хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, связанного с рубашкой 114 охлаждения; сигнал профиля зажигания от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика иного типа), связанного с коленчатым валом 40; положения дросселя от датчика 65 положения дросселя; сигнал давления воздуха в коллекторе (ДВК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сгенерирован контроллером 12 из показаний датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления воздуха в коллекторе также можно использовать для индикации разряжения или давления во впускном коллекторе 44. Следует отметить, что могут быть использованы различные сочетания вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика ДВК или наоборот. Во время работы двигателя величина крутящего момента двигателя может быть определена по выходному сигналу датчика 122 ДВК и частоте вращения двигателя. Кроме того, сигнал этого датчика может быть использован в сочетании с частотой вращения двигателя для оценки напора газов (в том числе воздуха), поступающих в цилиндр. В соответствии с одним из примеров осуществления датчик 118 положения коленчатого вала, также используемый в качестве датчика частоты вращения двигателя, может вырабатывать на каждый оборот коленчатого вала заранее определенное число равномерно распределенных импульсов.

Средства хранения данных, выполненные в виде постоянного запоминающего устройства 106, могут быть запрограммированы машиночитаемыми данными, соответствующими постоянным инструкциям, выполняемым процессором 102 для осуществления способов, раскрытых ниже, а также любых их вариантов, подразумеваемых, но конкретно не перечисленных.

Контроллер 12 получает сигналы от различных датчиков, представленных на фиг. 1, и использует различные исполнительные механизмы, представленные на фиг. 1, для регулировки работы двигателя в соответствии с полученными сигналами и инструкциями, сохраненными в памяти контроллера. Например, процедура корректировки состояния окисления ВКВ может включать в себя изменение положения привода инжектора мочевины для впрыска мочевины, приводящего к восстановлению ВКВ. Корректировка впрыска мочевины может включать в себя, например, изменение положения привода инжектора для открытия отверстия инжектора и впрыска в смеситель некоторого количества текучей среды.

На фиг. 2 представлен в аксонометрической проекции смеситель 200, расположенный в выхлопном канале 202 внутри выхлопной трубы 204. Смеситель 200 может быть аналогичен смесителю 68 по фиг. 1. Смеситель 200 выполнен непрерывным и полым и содержит расположенный внутри него непрерывный канал для смешивания мочевины с отработавшими газами.

Отработавшие газы могут поступать в смеситель 200 через несколько входов и выходить из него через несколько выходов. На представленном чертеже часть выхлопной трубы 204 удалена, чтобы показать смеситель 200. Смеситель 200 закреплен в выхлопном канале 202 и может быть не связан с механическими или электронными приводами.

Представленная координатная система 290 содержит три оси, ось х, направленную горизонтально, ось y, направленную вертикально, и ось z, направленную перпендикулярно обеим осям х и y. Центральная ось 295 выхлопной трубы 204 обозначена штриховой линией. Смеситель 200 может быть симметричным относительно центральной оси 295. Общее направление течения потока отработавших газов обозначено стрелками 298.

Смеситель 200 может представлять собой единую деталь, изготовленную методом механической обработки. Смеситель 200 может состоять из одного из нескольких материалов, выбранных из числа керамических материалов, металлических сплавов, материалов на основе кремния или других соответствующих материалов, способных выдерживать воздействие высоких температур, в то же время обеспечивая снижение трения, испытываемого потоком отработавших газов, так, чтобы обеспечить поддержание давления отработавших газов. Смеситель 200 может дополнительно или альтернативно содержать одно или несколько покрытий и один или несколько материалов, таких, чтобы обеспечить возможность соприкосновения отработавших газов с поверхностью смесителя 200 без осаждения сажи или других компонентов отработавших газов на смеситель 200.

Выхлопная труба 204 имеет цилиндрическую форму и выполнена с возможностью подачи отработавших газов через выхлопной канал 202. Смеситель 200 вплотную прилегает к внутренней поверхности выхлопной трубы 204 своей кольцевидной внешней поверхностью 206 так, чтобы исключить протекание газов между кольцевидной внешней поверхностью и выхлопной трубой 204. Кольцевидная внешняя поверхность 206 может быть соединена с выхлопной трубой сварным, клеевым и/или другим соответствующим соединением, обеспечивающим герметичность. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления смеситель 200 может быть вставлен в выхлопной канал 202 с усилием. Таким образом, внешняя окружность смесителя 200 меньше внутренней окружности выхлопной трубы 204, вследствие чего смеситель расположен в выхлопном канале 202, причем течение выхлопных газов между выхлопной трубой и кольцевидной внешней поверхностью 206, по существу, невозможно.

Ширина кольцевидной внешней поверхности 206 равна расстоянию между верхним по потоку краем 207 и нижним по потоку краем 208. Окружность верхнего по потоку края 207, по существу, равна окружности нижнего по потоку края 208. Первая внутренняя поверхность 210 смесителя 200 расположена между верхним по потоку краем 207 и кольцевым промежуточным участком 212. Вторая внутренняя поверхность 220 смесителя 200 расположена между кольцевым промежуточным участком 212 и нижним по потоку краем 208. Первая внутренняя поверхность 210 может быть непрерывным продолжением по меньшей мере некоторых участков второй внутренней поверхности 220. Таким образом, первая внутренняя поверхность 210 расположена выше по потоку от второй внутренней поверхности 220. в настоящем описании Первая внутренняя поверхность 210 может быть названа в настоящем описании верхней по потоку поверхностью 210, а вторая внутренняя поверхность 220 может быть названа в настоящем описании нижней по потоку поверхностью 220.

Верхняя по потоку поверхность 210 и нижняя по потоку поверхность 220 отходят от кольцевидной внешней поверхности 206 и выступают в радиальном направлении внутрь выхлопного канала 202. Выступающие поверхности смесителя 200 образуют ствол (проем) 230, обеспечивая сужение выхлопного канала 202 в смесителе с образованием центрального выхлопного канала. Как будет более подробно описано ниже, сужение центрального выхлопного канала может приводить к образованию внутри выхлопного канала внутреннего канала (например, горловины) канала Вентури. Верхняя по потоку поверхность 210 и нижняя по потоку поверхность 220 отделены в радиальном направлении от центральной оси 295.

Верхняя по потоку поверхность 210 искривлена и последовательно подходит в радиальном направлении к центральной оси 295 по мере продвижения по направлению потока. Нижняя по потоку поверхность 220 искривлена и последовательно отходит в радиальном направлении от центральной оси 295 по мере продвижения по направлению потока. Например, верхняя по потоку поверхность 210 может быть изогнута вовне, а нижняя по потоку поверхность 220 может быть изогнута внутрь относительно центральной оси 295. Таким образом, кольцевой промежуточный участок 212, расположенный в месте стыка верхней по потоку поверхности 210 и нижней по потоку поверхности 220, примыкает к наиболее узкому участку выхлопного канала 202 в стволе 230.

Как было описано выше, смеситель 200 выполнен полым, причем между верхней по потоку поверхностью 210, нижней по потоку поверхностью 220 и кольцевидной внешней поверхностью 206 заключена кольцевая камера. Кольцевая камера охватывает все 360° внутреннего объема смесителя 200. Кольцевая камера выполнена с возможностью ввода в нее газов через несколько входов, причем в число таких нескольких входов входят верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252. Верхние по потоку входы 250 могут быть размещены в одном и том же аксиальном положении относительно потока отработавших газов, протекающего по выхлопному каналу; то же справедливо и в отношении нижних по потоку входов 252. Отработавшие газы могут входить в верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252 в нескольких направлениях, в число которых входит первое направление, наклонное относительно стрелок 298, (направление течения потока отработавших газов в выхлопном канале 202) и второе направление, перпендикулярное стрелкам 298. На кольцевом промежуточном участке 212 предусмотрено несколько выходов 254, расположенных выше по потку от верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252. Таким образом, отработавшие газы, поступающие в кольцевую камеру, протекают вверх по потоку (в отрицательном направлении по оси х), против стрелок 298, для смешивания с мочевиной и снова вытекают в выхлопной канал 202 через выходы 254 в радиальном направлении, обращенном внутрь. Выходы 254 расположены в непосредственной близости от наиболее узкого участка выхлопного канала 202, проходящего через ствол 230. Смеситель 200 не содержит других входов или выходов кроме верхних по потоку входов 250, нижних по потоку входов 252 и выходов 254. В соответствии с одним из примеров осуществления верхняя по потоку поверхность 210 и нижняя по потоку поверхность 220 могут быть непрерывными и представлять собой единственные стенки (поверхности), отделяющие кольцевую камеру от выхлопного канала 202.

При протекании отработавших газов по выхлопному каналу 202 на наиболее узком участке выхлопного канала 202 в стволе 230 может быть создано разрежение. Созданное разрежение может быть подано в кольцевую камеру смесителя 200 через выходы 254. Созданное разрежение может способствовать забору отработавших газов в кольцевую камеру через верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252. Кроме того, разрежение может способствовать усилению завихрений и/или турбулентности отработавших газов в кольцевой камере по сравнению с выхлопным каналом 202. Это может усиливать смешивание внутри смесителя 200.

Стрелками 299 обозначено примерное направление течения отработавших газов через смеситель 200. Как показано на чертеже, часть отработавших газов протекает мимо верхней по потоку поверхности 210, выходов 254, верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252 без взаимодействия со смесителем 200. Оставшаяся часть отработавших газов может протекать мимо выходов 254, но затем протекает через верхние по потоку входы 250 или нижние по потоку входы 252 в радиальном направлении, обращенном вовне, а затем, в кольцевой камере смесителя 200, поворачивает в направлении, противоположном направлению потока. Таким образом, расстояние, проходимое потоком отработавших газов в случае входа в смеситель 200, может быть увеличено по сравнению с протеканием отработавших газов только по выхлопному каналу 202. Внутри кольцевой камеры может происходить смешивание отработавших газов с мочевиной и/или с отработавшими газами, поступающими из других участков выхлопного канала в кольцевой камере. В кольцевую камеру могут поступать отработавшие газы из разных участков смесителя, в том числе участков, смежных с выхлопной трубой 204, и участков, смежных с центральной осью 295. Отработавшие газы вытекают из кольцевой камеры в радиальном направлении, обращенном внутрь, через выходы 254, расположенные на меньшем расстоянии от центральной оси 295, а затем поворачивают в направлении, параллельном стрелкам 298. В выхлопном канале 202 может происходить объединение смешанных отработавших газов, поступающих из смесителя 200, с несмешанными отработавшими газами, что повышает однородность потока отработавших газов, протекающего в направлении нижних по потоку компонентов, расположенных в выхлопном канале. Течение смешанных отработавших газов в обращенном внутрь радиальном направлении, перпендикулярном стрелкам 298, может вызвать увеличение турбулентности несмешанных отработавших газов, протекающих по выхлопному каналу 202. Таким образом, в выхлопном канале 202 может происходить смешивание, вызванное вытеканием отработавших газов из смесителя 200. Смешанные отработавшие газы можно определить как отработавшие газы, прошедшие через смеситель, а несмешанные отработавшие газы можно определить как отработавшие газы, не прошедшие через смеситель.

Для впрыска текучей среды в кольцевую камеру смесителя 200 предусмотрен инжектор 260. В соответствии с одним из примеров осуществления инжектор 260 представляет собой инжектор мочевины, а текучая среда представляет собой мочевину. Инжектор 260 может проходить через верхнее приемное отверстие выхлопной трубы 204 и кольцевидную внешнюю поверхность 206, причем внутри кольцевой камеры расположено сопло 262. В транспортном средстве, расположенном на ровной поверхности, инжектор 260 проходит сквозь верхнюю стенку выхлопной трубы 204 и смесителя 200 в кольцевую камеру, расположенную снаружи от центрального выхлопного канала. Отработавшие газы не могут выходить из выхлопной трубы через верхнее приемное отверстие. Таким образом, инжектор 260 герметически соединен с выхлопной трубой 204 и кольцевидной внешней поверхностью 206. Сопло 262 может производить распыление впрыскиваемой текучей среды, что облегчает смешивание впрыскиваемой текучей среды внутри кольцевой камеру по сравнению с текучей средой, не подвергнутой распылению. Инжектор 260 может быть приведен в действие для впрыска текучей среды контроллером (например, контроллером 12) в зависимости от одного или нескольких параметров устройства доочистки, расположенного ниже по потоку от смесителя 200. В соответствии с одним из примеров осуществления инжектор 260 впрыскивает мочевину в случае превышения окислением устройства ВКВ порогового уровня окисления. Таким образом обеспечивают возможность впрыска мочевины в кольцевую камеру, в которой может происходить смешивание отработавших газов с мочевиной. Смесь отработавших газов с мочевиной поступает в выхлопной канал 202, в котором происходит ее объединение с несмешанными отработавшими газами. Повышенная турбулентность смешанных отработавших газов при их смешивании с несмешанными отработавшими газами может повысить степень рассеяния мочевины по выхлопному каналу 202 так, что мочевина может находиться на нескольких разных участках выхлопного канала, в том числе вблизи выхлопной трубы 204 и вблизи центральной оси 295.

Таким образом, смеситель, содержащий кольцевидный выступ, выступающий внутрь выхлопного канала, может обеспечивать непрерывное смешивание газов в выхлопном канале во время работы двигателя. Смеситель придает центральному выхлопному каналу вблизи ствола смесителя форму, подобную форме канала Вентури. Канал Вентури создает разрежение во внутреннем канале (горловине), расположенном на наиболее узком участке центрального выхлопного канала, при протекании по стволу отработавших газов, причем создаваемое разрежение поступает в кольцевой канал смесителя, тем самым создавая разрежение внутри смесителя. Разрежение может способствовать протеканию газов через верхние по потоку или нижние по потоку входы смесителя и в его кольцевую камеру. Перед вытеканием газов через выходы и в выхлопной канал может происходить их смешивание в кольцевой камере. В некоторых случаях смешивание в кольцевой камере может происходить в присутствии впрыскиваемой мочевины. Смесь газов с мочевиной может вытекать в выхлопной канал, в котором может происходить объединение такой смеси с несмешанными газами (например, с отработавшими газами, не содержащими мочевины), что может обеспечивать увеличение рассеяния мочевины в выхлопном канале. Также может быть повышена однородность отработавших газов.

На фиг. 3 смеситель 200 представлен в виде по направлению, обратному направлению потока. Ранее представленные компоненты могут быть обозначены на следующих чертежах аналогичными ссылочными номерами. Смеситель 200 плотно прилегает к внутренним поверхностям выхлопной трубы 204. В виде 300 по направлению, обратному направлению потока, верхняя по потоку поверхность скрыта. Представленная на чертеже координатная система 290 содержит три оси, ось х, направленную горизонтально, ось y, направленную вертикально, и ось z, направленную перпендикулярно обеим осям х и y.

Смеситель 200 загерметизирован и полностью закрыт от атмосферы, находящейся снаружи от выхлопной трубы 204, при помощи соединения между выхлопной трубой и кольцевидной внешней поверхностью 206. Отработавшие газы поступают в смеситель 200 через верхние по потоку входы 250 и/или нижние по потоку входы 252. Верхние по потоку входы 250 расположены перед нижними по потоку входами 252 относительно направления течения потока отработавших газов (параллельного отрицательному направлению оси z). Выходы 254 расположены выше по потоку от верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252. Отработавшие газы могут выходить через выходы 254 из кольцевой камеры в выхлопной канал.

Выходы 254, верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252 расположены со смещением одни относительно других в радиальном направлении. В соответствии с некоторыми из примеров осуществления входы и выходы могут быть расположены без смещения в радиальном направлении. В соответствии с одним из примеров осуществления размеры отверстий верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252 могут быть, по существу, одинаковыми. В соответствии с другим примером осуществления размеры отверстий верхних по потоку входов 250 могут быть больше или меньше, чем размеры отверстий нижних по потоку входов 252. Размеры отверстий можно считать, по существу, одинаковыми, если расхождения между размерами отверстий верхних по потоку входов 250 и размерами отверстий нижних по потоку входов не превышают 1-5% и связаны с погрешностями изготовления. В соответствии с одним из примеров осуществления размеры отверстий верхних по потоку входов 250 больше, чем размеры отверстий нижних по потоку входов 252, и больше, чем размеры отверстий выходов 254. В соответствии с разными вариантами осуществления ориентация верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252 может быть одинаковой или неодинаковой.

Число верхних по потоку входов 250 может быть равно числу нижних по потоку входов 252. Суммарное число входов (сумма чисел верхних по потоку входов 250 и нижних по потоку входов 252) может быть больше, чем число выходов 254. В соответствии с некоторыми примерами осуществления число выходов 254 может быть равно суммарному числу входов. Совокупная площадь поверхности выходов 254 может быть равна совокупной площади поверхности верхних по потоку входов 250 и/или совокупной площади поверхности нижних по потоку входов 252. Таким образом, расход через верхние или нижние по потоку входы может быть равен расходу через выходы. Входы и выходы 254 могут иметь, например, продолговатую форму. В соответствии с другими примерами осуществления входы и выходы 254 могут иметь круглую, квадратную, ромбовидную, треугольную, шестиугольную или другую соответствующую форму.

Первый радиус 310 смесителя 200 проходит от центра выхлопного канала 202 до одного из выходов 254. Второй радиус 320 смесителя 200 проходит от центра выхлопной трубы до одного из верхних по потоку входов 250. Третий радиус 330 смесителя 200 проходит от центра выхлопной трубы 204 до одного из нижних по потоку входов 252. Третий радиус 330 больше, чем второй радиус 320, а второй радиус 320 больше, чем первый радиус 310. Таким образом, отработавшие газы могут поступать в нижние по потоку входы 252 из более внешней области (более близкой к выхлопной трубе 204) выхлопного канала 202, чем в верхние по потоку входы 250. Кроме того, выходы 254 расположены вблизи наиболее узкого участка выхлопного канала 202, о чем свидетельствует величина первого радиуса 310.

Выходы 254 ориентированы в направлении, перпендикулярном направлению потока отработавших газов по выхлопному каналу 202. Это может способствовать смешиванию в выхлопном канале при столкновении смешанных отработавших газов с несмешанными отработавшими газами, что приводит к усилению турбулентности в выхлопном канале 202 за пределами внутреннего кольцевого канала. Верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252 ориентированы по потоку, в направлении, параллельном направлению течения поступающих отработавших газов. При входе отработавших газов в эти входы возможно изгибание и/или отклонение направления течения их потока. Это может способствовать возникновению завихрений и/или турбулентности отработавших газов в смесителе, что способствует усилению смешивания мочевины с отработавшими газами. Смешивание отработавших газов может происходить в смесителе 200 и в отсутствие впрыска мочевины.

На фиг. 4 пример прохождения потока отработавших газов через смеситель 200 в сочетании с впрыском мочевины 402 представлен в боковом разрезе 400. Как было указано выше, смешивание отработавших газов может происходить в смесителе 200 в отсутствие впрыска мочевины. Направления вверх по потоку и вниз по потоку могут быть определены в нижеследующем описании относительно общего направления течения потока отработавших газов, параллельного стрелке 495.

Координатная система 490 содержит три оси, ось х, направленную горизонтально, и ось y, направленную вертикально. Центральная ось 295 выхлопной трубы 204 обозначена штриховой линией. Стрелка 498 обозначает направление вниз, параллельное направлению силы тяжести. Выхлопной канал 202 содержит верхний по потоку выхлопной канал 410 и нижний по потоку выхлопной канал 412, между которыми расположен внутренний канал 414 (например, центральный выхлопной канал).

Смеситель 200 содержит искривленную верхнюю по потоку поверхность 210, расположенную между линиями а и b, кольцевой промежуточный участок 212, расположенный между линиями b и с, и искривленную нижнюю по потоку сторону, расположенную между линиями end. Радиальная высота смесителя возрастает от линии а к линии b. Радиальная высота может быть определена как размер смесителя, измеренный от выхлопной трубы 204 в направлении центральной оси 295. Между линиями b и с радиальный размер, по существу, постоянен с возможными отклонениями на выходах 254. Радиальная высота смесителя уменьшается от линии с к линии d, причем скорость уменьшения радиальной высоты от линии с к линии d меньше, чем скорость увеличения радиальной высоты от линии а к линии b. Таким образом, верхняя по потоку поверхность 210 имеет больший угол наклона, чем нижняя по потоку поверхность 220.

Ствол 230 смесителя 200 проходит от линии а до линии d, причем внутри ствола 230 образован канал Вентури, как описано выше. Таким образом, внутренний канал 414 может быть назван в настоящем описании каналом 414 Вентури. Канал 414 Вентури содержит вход 416 Вентури, расположенный между линиями а и b.

Таким образом, участок, расположенный между линиями а и b, может быть назван в настоящем описании входом 416 Вентури. Канал 414 Вентури дополнительно содержит выход 420 Вентури, расположенный между линиями с и d. Таким образом, участок, расположенный между линиями с и d, может быть назван в настоящем описании выходом 420 Вентури. Канал Вентури дополнительно содержит горловину 418, расположенную между линиями b и с и обеспечивающую сообщение по текучей среде между входом 416 Вентури и выходом 420 Вентури. Участок, расположенный между линиями b и с, может быть назван в настоящем описании горловиной 418.

Радиальная высота смесителя 200 обратно пропорциональная диаметру канала 414 Вентури. Таким образом, диаметр входа 416 Вентури уменьшается в направлении по потоку, а диаметр выхода 420 Вентури возрастает в направлении по потоку в соответствии с кривизной, соответственно, верхней по потоку поверхности 210 и нижней по потоку поверхности 220. Диаметр горловины 418 представляет собой наименьший диаметр канала 414 Вентури. Таким образом, размер горловины 418 подобран так, чтобы обеспечить уменьшение давления отработавших газов с одновременным увеличением скорости течения отработавших газов через канал 414 Вентури, что обеспечивает создание разрежения в кольцевой камере 406 через выходы 254.

Отработавшие газы, протекающие по выхлопному каналу 202, поступают из верхнего по потоку выхлопного канала 410 в канал 414 Вентури, образованный в стволе 230. Отработавшие газы протекают во вход 416 Вентури, причем может происходить соприкосновение отработавших газов с верхней по потоку поверхностью 210. В соответствии с одним из примеров осуществления отработавшие газы, ближайшие к выхлопной трубе 204, приходят в соприкосновение с верхней по потоку поверхностью 210, на которой может происходить отражение отработавших газов в нескольких разных направлениях, наклонных относительно исходной траектории их течения. Отработавшие газы,ближайшие к центральной оси 295, могут не приходить в соприкосновение с верхней по потоку поверхностью 210, и траектория их течения может остаться неизменной или может быть изменена вследствие их столкновений с отработавшими газами, испытавшими соударение с верхней по потоку поверхностью 210.

Отработавшие газы протекают вблизи центральной оси 295 из входа 416 Вентури в горловину 418. Давление отработавших газов в горловине 418 меньше, чем давление отработавших газов во входе 416 Вентури. Вследствие этого вблизи выходов 254 возникает разрежение, которое может быть распространено внутрь кольцевой камеры 406. Уровень создаваемого разрежения может зависеть от расхода отработавших газов и/или от нагрузки на двигатель. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления уровень разрежения может быть повышен путем смещения к смесителю 200 устройства Вентури, как описано ниже. Отработавшие газы, находящиеся в горловине 418, могут протекать мимо выходов 254 благодаря увеличению скорости их течения по сравнению со входом 416 Вентури.

В процессе течения отработавших газов из горловины 418 к выходу 420 Вентури возможно отдаление отработавших газов от центральной оси 295. Часть отработавших газов может протекать через выход 420 Вентури в расположенный ниже по потоку выхлопной канал 412 без возмущений, а оставшаяся часть отработавших газов, протекающих через выход 420 Вентури, может протекать через верхние по потоку входы 250 и нижние по потоку входы 252. Расход отработавших газов во входы может быть увеличен разрежением, создаваемым в смесителе 200. Отработавшие газы, протекающие через входы, могут течь под различными углами, наклонными относительно стрелки 495. Изменения направления течения отработавших газов могут способствовать усилению смешивания в кольцевой камере 406.

В кольцевой камере 406 отработавшие газы могут протекать через участки смесителя 200, расположенные над и под центральной осью 295. Как показано на фиг. 2, смеситель 200 непрерывен по всей окружности выхлопной трубы 204. Это обеспечивает возможность бесперебойного протекания отработавших газов, поступающих в кольцевую камеру 406, по всей кольцевой камере. Отработавшие газы протекают от входов к выходам 254 в направлении, по существу, противоположном направлению стрелки 495. В камере 406 отработавшие газы могут смешиваться с впрыскиваемой мочевиной 402 до протекания через выходы 254 в горловину 418 под различными углами. В соответствии с одним из примеров осуществления отработавшие газы могут протекать через выходы 254 в первом направлении, перпендикулярном стрелке 495. Отработавшие газы, прошедшие через смеситель 200 (например, смешанные газы) обозначены пунктирными стрелками. Инжектор 401 мочевины может впрыскивать мочевину в кольцевую камеру 406 непосредственно над выходами 254 и, следовательно, горловиной 418 в направлении, параллельном направлению силы тяжести. Таким образом, разрежение, создаваемое горловиной, может способствовать увлечению мочевины в канал 414 Вентури и ограничивать объем соударений мочевины с внутренними поверхностями кольцевой камеры 406. В соответствии с некоторыми из вариантов осуществления инжектор 401 мочевины может впрыскивать мочевину в направлении, наклонном относительно направления силы тяжести, и/или со сдвигом относительно выходов 254.

В горловине 418 может происходить объединение отработавших газов, протекающих через выходы 254, с отработавшими газами, протекающими вблизи центральной оси 295. Несмешанные отработавшие газы (обозначенные сплошными стрелками) и смешанные отработавшие газы (обозначенные штриховыми стрелками) совместно протекают в выход 420 Вентури, а затем поступают в расположенный ниже по потоку выхлопной канал 412. Как смешанные отработавшие газы, так и несмешанные отработавшие газы протекают вблизи выхлопной трубы 204 и вблизи центральной оси 295, что приводит к рассеянию мочевины по всему расположенному ниже по потоку выхлопному каналу 412. Таким образом, в каталитический нейтрализатор, расположенный ниже по потоку от смесителя 200, может поступать более однородная смесь отработавших выхлопных газов, более эффективно обеспечивающая подачу мочевины на множественные поверхности каталитического нейтрализатора, что приводит к увеличению КПД восстановления катализатора.

Фиг. 5 иллюстрирует способ 500 эксплуатации инжектора мочевины в смесителе. Кроме того, способ 500 может быть использован для регулирования положения регулируемого устройства Вентури, расположенного выше по потоку от смесителя. Инструкции по осуществлению способа могут быть исполнены контроллером в соответствии с инструкциями, сохраненными в памяти контроллера и с учетом сигналов, получаемых от датчиков двигательной системы, например, таких, как датчики, описанные выше со ссылками на фиг. 1. Контроллер может регулировать работу двигателя в соответствии с нижеописанными способами при помощи исполнительных механизмов двигателя двигательной системы. Способ 500 может быть описан со ссылками на компоненты, представленные выше.

На этапе 502 способа 500 производят определение, оценку и/или измерение текущих параметров работы двигателя. В число текущих параметров работы двигателя в частности, но не исключительно, могут входить один или несколько из параметров частоты вращения двигателя, нагрузки на двигатель, уровня разрежения в коллекторе, температуры отработавших газов, пробега транспортного средства, массового расхода отработавших газов и воздушно-топливного отношения.

На этапе 504 определяют, существует ли потребность во впрыске мочевины в случае превышения уровнем окисления катализатора ВКВ порогового уровня окисления. Уровень окисления ВКВ может быть определен по одному или нескольким из величин длительности времени, прошедшего с момента предыдущего впрыска мочевины, расстояния, пройденного с момента предыдущего впрыска мочевины, и суммарного массового расхода отработавших газов, прошедших через катализатор ВКВ с момента предыдущего впрыска. Пороговый уровень окисления может быть установлен в зависимости от одного или нескольких из таких параметров, как уровень окисления катализаторов в устройстве ВКВ и объем мочевины в устройстве ВКВ. Может быть предусмотрено измерение длительности времени, прошедшего с момента предыдущего впрыска мочевины, причем впрыск мочевины может быть желательным по прошествии определенного числа часов, суток, недель, месяцев и т.д. Впрыск мочевины может быть произведен в случае прохождения определенного расстояния, если расстояние, пройденное между двумя впрысками мочевины, соответствует пороговому значению. В соответствии с одним из примеров осуществления пороговое расстояние может быть установлено равным 500 милям. Наконец, наличие потребности во впрыске мочевины может быть определено по суммарному массовому расходу отработавших газов, прошедших через устройство ВКВ с момента предыдущего впрыска. Если величина суммарного массового расхода превышает пороговую величину массового расхода, то уровень окисления ВКВ может превышать пороговый уровень окисления. Суммарный массовый расход может быть оценен по данным расходомера, расположенного выше или ниже по потоку от устройства ВКВ.

В случае отсутствия потребности во впрыске мочевины способ 500 переходит к этапу 506, на котором сохраняют текущие параметры работы двигателя, а впрыска мочевины не производят. Уровень окисления ВКВ ниже порогового уровня окисления, и устройство ВКВ могут обеспечивать восстановление компонентов выбросов. В случае наличия потребности во впрыске мочевины способ 500 переходит к этапу 508, на котором определяют требуемое давление впрыска. Величина требуемого давления впрыска может быть определена в зависимости от одного или нескольких из таких параметров, как нагрузка на двигатель, вероятность образования осаждений мочевины в смесителе, текущая масса осаждений в смесителе, температура отработавших газов и расход отработавших газов. Давление впрыска может быть увеличено при увеличении нагрузки на двигатель, увеличении температуры отработавших газов и/или увеличении расхода отработавших газов. Давление впрыска может быть уменьшено при увеличении вероятности образования осаждений мочевины в смесителе и/или в случае превышения текущей массой осаждений в смесителе порогового уровня. Вероятность образования осаждений мочевины в смесителе может быть определена в зависимости от нагрузки на двигатель, расхода отработавших газов, КПД смешивания, температуры мочевины, температуры отработавших и/или других соответствующих параметров, влияющих на смешивание мочевины и/или создание разрежения. Пороговый уровень массы может быть установлен в зависимости от массы отложений, препятствующей смешиванию мочевины с отработавшими газами в кольцевой камере. Образование отложений возможно на внутренних поверхностях кольцевой камеры.

На этапе 510 способа 500 определяют, ниже ли КПД смешивания порогового уровня. Пороговый уровень КПД смешивания может быть установлен в зависимости от уровня смешивания, необходимого для рассеяния мочевины на участки выхлопного канала, расположенные вблизи выхлопной трубы и вблизи центральной оси выхлопной трубы. КПД смешивания мочевины может быть оценен по уровню разрежения, создаваемого в канале Вентури. Уровень создаваемого разрежения может быть определен по одной или нескольким из величин нагрузки на двигатель, расхода отработавших газов и текущей массы осаждений в смесителе. В соответствии с одним из примеров осуществления уровень создаваемого разрежения может быть повышен в случае увеличения нагрузки на двигатель и/или увеличения расхода отработавших газов. Уровень создаваемого разрежения может быть снижен в случае превышения текущей массой осаждений в смесителе порогового уровня.

Если КПД смешивания не ниже порогового уровня, способ 500 переходит к этапу 512, на котором производят впрыск мочевины в кольцевую камеру смесителя без изменения положения регулируемого устройства Вентури. В соответствии с одним из примеров осуществления регулируемое устройство Вентури может быть расположено ниже по потоку от линии а по фиг. 4 так, чтобы регулируемое устройство Вентури не препятствовало протеканию отработавших газов через канал Вентури.

Если КПД смешивания ниже порогового уровня, способ 500 переходит к этапу 514, на котором производят приведение в движение регулируемого устройства Вентури по направлению потока. Исходное положение регулируемого устройства Вентури может находиться выше по потоку от представленной на фиг. 4 линии а (входа канала Вентури), и устройство может быть передвинуто по потоку в положение, находящееся вблизи линии b (горловины). В соответствии с некоторыми из примеров осуществления регулируемое устройство Вентури может быть передвинуто в положение, находящееся между линией а и линией b, определенное в зависимости от нагрузки на двигатель. В соответствии с одним из примеров при низкой нагрузке на двигатель и низком расходе отработавших газов регулируемое устройство Вентури может быть передвинуто в нижнее по потоку положение, близкое к линии b, для создания более высокого разрешения между линиями b и с при протекании отработавших газов через канал Вентури в варианте осуществления по фиг. 4. В соответствии с другим примером при высоком расходе РОГ регулируемое устройство Вентури может быть передвинуто в положение, близкое к линии b в варианте осуществления по фиг. 4. В соответствии с дальнейшим примером при среднем уровне нагрузки на двигатель регулируемое устройство Вентури может быть передвинуто в положение, находящееся между линией а и линией b по фиг. 4. Таким образом, регулируемое устройство Вентури может повышать уровень создаваемого разрежения при работе транспортного средства в режиме, не способствующем созданию разрежения, достаточного для обеспечения смешивания мочевины с КПД, превышающим пороговый уровень.

На этапе 516 способа 500 производят впрыск мочевины в кольцевую камеру смесителя с требуемым давлением впрыска, причем регулируемое устройство Вентури передвинуто в положение, нижнее по потоку относительно его исходного положения.

На этапе 518 способа 500 производят возврат регулируемого устройства Вентури в исходное положение после отключения впрыска. Таким образом, регулируемое устройство Вентури может находиться в положении, нижнем по потоку относительно его исходного положения, только при наличии потребности во впрыске мочевины. Это обеспечивает возможность беспрепятственного протекания отработавших газов через канал Вентури при отсутствии потребности во впрыске мочевины.

Таким образом, компактный и простой в проектировании смеситель мочевины может быть установлен в выхлопном канале выше по потоку от устройства ВКВ. Смеситель мочевины может обеспечить усиление смешивания мочевины путем объединения отработавших газов и мочевины в смесителе и вывода смеси в выхлопной канал в направлении, по существу, перпендикулярном направлению потока отработавших газов. Технический эффект выполнения смесителя мочевины с возможностью ввода в него впрыскиваемой мочевины и потока отработавших газов состоит в повышении реакционной способности ВКВ путем повышения рассеяния мочевины. Канал Вентури, расположенный внутри ствола смесителя, способствует усилению смешивания в смесителе.

Следует отметить, что включенные в настоящую заявку примеры алгоритмов управления и оценки могут использоваться с разнообразными конфигурациями систем двигателей и/или транспортных средств. Раскрытые в настоящей заявке способы и алгоритмы управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в долговременной памяти и могут исполняться системой управления, содержащей контроллеры в сочетании с различными датчиками, исполнительными устройствами и другими компонентами двигателя. Раскрытые в настоящей заявке конкретные алгоритмы могут представлять собой одну или любое количество стратегий обработки, таких как управляемые событиями, управляемые прерываниями, многозадачные, многопотоковые и т.д. Таким образом, проиллюстрированные разнообразные действия, операции и/или функции могут выполняться в указанной последовательности, параллельно, а в некоторых случаях - могут опускаться. Точно так же указанный порядок обработки не обязательно требуется для достижения отличительных особенностей и преимуществ описываемых здесь вариантов осуществления изобретения, но служит для удобства иллюстрирования и описания. Одно или несколько из иллюстрируемых действий, операций и/или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной применяемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут графически изображать код, программируемый в долговременной памяти машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, причем раскрытые действия выполняются путем исполнения инструкций в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует понимать, что раскрытые в настоящем описании конфигурации и программы по своей сути являются лишь примерами, и что конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, ибо возможны разнообразные их модификации. Например, вышеизложенная технология может быть применена к двигателям со схемами расположения цилиндров V-6, I-4, I-6, V-12, в схеме с 4-мя оппозитными цилиндрами и в двигателях других типов. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и схем, а также других отличительных признаков, функций и/или свойств, раскрытых в настоящем описании.

В нижеследующей формуле изобретения, в частности, указаны определенные комбинации и подкомбинации компонентов, которые считаются новыми и неочевидными. В таких пунктах формулы ссылка может быть сделана на «один» элемент или «первый» элемент или на эквивалентный термин. Следует понимать, что такие пункты могут включать в себя один или более указанных элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Иные комбинации и подкомбинации раскрытых отличительных признаков, функций, элементов или свойств могут быть включены в формулу путем изменения имеющихся пунктов или путем представления новых пунктов формулы в настоящей или родственной заявке. Такие пункты формулы изобретения, независимо от того, являются они более широкими, более узкими, эквивалентными или отличающимися в отношении объема идеи первоначальной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего изобретения.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Смеситель (200) мочевины имеет полый кольцевой элемент и инжектор (260) мочевины. Кольцевой элемент содержит внутренний выхлопной канал, входы (250), (252) для отработавших газов и выходы (254) для отработавших газов. Входы (250), (252) для отработавших газов расположены на нижней по потоку внутренней поверхности. Выходы (254) для отработавших газов расположены на промежуточном участке между верхней по потоку внутренней поверхностью и нижней по потоку внутренней поверхностью, рядом с горловиной канала Вентури и выше по потоку от устройства выборочного каталитического восстановления. Кольцевой элемент содержит внешнюю кольцевидную поверхность (206) выше по потоку и ниже по потоку от горловины. Кольцевидная поверхность (206) плотно прилегает к выхлопной трубе (204), имеющей общую центральную ось(295) с кольцевым элементом. Инжектор (260) мочевины установлен с возможностью впрыска в кольцевой элемент. Раскрыт вариант выполнения смесителя мочевины. Технический результат заключается в обеспечении соприкосновения с мочевиной всего потока отработавших газов, протекающего по выхлопному каналу. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Смеситель мочевины, содержащий:

полый кольцевой элемент, содержащий внутренний выхлопной канал, причем кольцевой элемент содержит входы для отработавших газов, расположенные на нижней по потоку внутренней поверхности, и выходы для отработавших газов, расположенные на промежуточном участке между верхней по потоку внутренней поверхностью и нижней по потоку внутренней поверхностью, рядом с горловиной канала Вентури, выше по потоку от устройства выборочного каталитического восстановления, причем кольцевой элемент содержит внешнюю кольцевидную поверхность выше по потоку и ниже по потоку от указанной горловины, плотно прилегающую к выхлопной трубе, имеющей общую центральную ось с кольцевым элементом; и

инжектор мочевины, установленный с возможностью впрыска в кольцевой элемент.

2. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что верхняя и нижняя по потоку внутренние поверхности кольцевого элемента образуют внешнюю поверхность канала Вентури, причем кольцевой элемент содержит внешнюю стенку, форма которой обеспечивает возможность соединения с цилиндрическим выхлопным каналом, причем канал Вентури содержит центральный выхлопной канал.

3. Смеситель по п. 2, отличающийся тем, что инжектор мочевины отделен от центрального выхлопного канала внутренней поверхностью кольцевого элемента.

4. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что радиальная высота верхней по потоку внутренней поверхности, измеренная от центральной оси, уменьшается в направлении потока.

5. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что радиальная высота нижней по потоку внутренней поверхности, измеренная от центральной оси, возрастает в направлении потока.

6. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что инжектор мочевины выполнен с возможностью впрыска мочевины в направлении, параллельном направлению силы тяжести, когда инжектор установлен в транспортном средстве, находящемся на ровной поверхности.

7. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что кольцевой элемент содержит кольцевую камеру, непрерывно проходящую по всему внутреннему объему кольцевого элемента и отделенную по текучей среде от канала Вентури верхней и нижней по потоку внутренними поверхностями, причем входы и выходы выполнены с возможностью обеспечения сообщения по текучей среде между каналом Вентури и кольцевой камерой.

8. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что смеситель закреплен во внутреннем выхлопном канале.

9. Смеситель по п. 1, отличающийся тем, что смеситель симметричен относительно центральной оси.

10. Смеситель мочевины, содержащий:

профилированную верхнюю по потоку поверхность и искривленную нижнюю по потоку поверхность, смыкающиеся в горловине канала Вентури, причем верхняя по потоку и нижняя по потоку поверхности плотно прилегают к выхлопной трубе, имеющей общую центральную ось со смесителем;

несколько выходов для отработавших газов, расположенных рядом с горловиной, и несколько входов для отработавших газов, расположенных вблизи выхода канала Вентури; и

инжектор, установленный с возможностью впрыска мочевины вдоль оси горловины в кольцевую камеру, расположенный снаружи выхлопного канала между верхней и нижней по потоку поверхностями.

11. Смеситель мочевины по п. 10, отличающийся тем, что несколько входов включают в себя верхние по потоку входы и нижние по потоку входы, ориентированные по направлению потока отработавших газов, причем нижние по потоку входы расположены ближе к выхлопной трубе, чем верхние по потоку входы.

12. Смеситель мочевины по п. 10, отличающийся тем, что радиальная высота верхней по потоку поверхности возрастает от верхнего по потоку участка входа канала Вентури к горловине, а радиальная высота нижней по потоку поверхности уменьшается от горловины к нижнему по потоку участку выхода канала Вентури.

13. Смеситель мочевины по п. 10, отличающийся тем, что указанные несколько выходов обеспечивают сообщение по текучей среде между кольцевой камерой и областью разрежения, создаваемого в горловине, причем разрежение поступает в кольцевую камеру для вытягивания воздуха через несколько входов.

14. Смеситель мочевины по п. 10, отличающийся тем, что другие входы и дополнительные выходы отсутствуют.