СИСТЕМА ДОЗИРОВКИ ВЫХЛОПНОЙ ПРИСАДКИ, СОДЕРЖАЩАЯ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЬ Российский патент 2023 года по МПК F01N3/20 F02B37/00 F02B39/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к турбонагнетателю для двигателя внутреннего сгорания. Настоящее изобретение также относится к системе дозировки выхлопной присадки для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, причем система дозировки выхлопной присадки содержит такой турбонагнетатель. Изобретение дополнительно относится к транспортному средству, содержащему такой турбонагнетатель или систему дозировки выхлопной присадки.

Уровень техники

Стандарты выбросов для моторных транспортных средств становятся все более строгими. Такие стандарты типично точно определяют максимальные уровни выбросов для множества загрязняющих веществ выхлопной трубы, включающих в себя моноксид углерода (CO), углеводороды (HC), оксиды азота (NOx) и твердые частицы (PM). Для того, чтобы удовлетворять требованиям настоящих и возможно будущих стандартов, транспортные средства требуется оснащать технологиями снижения выбросов.

Избирательное каталитическое восстановление (SCR) является эффективной технологией, чтобы уменьшать выбросы оксидов азота (NOx) в выхлопной трубе. Она подразумевает добавление восстановителя, такого как аммиак, в поток выхлопных газов транспортного средства. Восстановитель, с воздухом катализатора, восстанавливает NOx в потоке выхлопных газов в газообразный азот (N₂) и воду. В практических реализациях в моторных транспортных средствах водный раствор мочевины используется в качестве восстановителя, и этот раствор мочевины разлагается на аммиак и диоксид углерода в горячем потоке выхлопных газов.

Желательно иметь возможность удалять практически весь NO_x из потока выхлопных газов с помощью только SCR. Однако, это происходит не без трудностей. Для того, чтобы формировать количества аммиака, требуемые для восстановления практически всего NOx, большие количества раствора мочевины должны быть введены в поток выхлопных газов. Если поток выхлопных газов является достаточно горячим, раствор будет испаряться и разлагаться на аммиак. Точная температура, при которой это происходит, зависит от введенного массового расхода мочевины: чем больше массовый расход, тем выше требуемая температура. При субоптимальных температурах раствор мочевины может вместо этого формировать отложения на поверхностях выхлопного трубопровода. Такие отложения могут включать в себя кристаллизовавшуюся мочевину, также как побочные продукты разложения мочевины, такие как циануровая кислота. Эти отложения могут быть удалены посредством нагрева выхлопной системы при температурах, приближающихся к 400ºC, но такие температуры редко достигаются во время нормальной эксплуатации транспортного средства, и, следовательно, специальные процедуры должны быть применены для удаления выхлопных отложений.

Дополнительной трудностью с SCR является требование эффективного смешивания для того, чтобы добиваться равномерного распределения восстановителя по всей площади поверхности множества носителей SCR-катализатора. Пространство, доступное для смешивания, является чрезвычайно ограниченным, и восстановитель обычно вводится в поток выхлопных газов немного выше по потоку от носителей SCR-катализатора. Для того, чтобы улучшать смешивание, смешивающее устройство, часто похожее на лопасть турбины, размещается в выхлопной трубе. Однако, даже при использовании смешивающего устройства, трудно добиваться достаточно равномерного смешивания. Кроме того, наличие смешивающего устройства в выхлопной трубе действует в качестве препятствия для потока, вызывая более высокое давление выше по потоку от смесителя (противодавление) и снижение эффективности двигателя.

Эти проблемы могут быть устранены посредством обеспечения введения восстановителя выше по потоку в выхлопной системе, например, совместно с турбиной турбонагнетателя, размещенной в выхлопной системе.

Документ WO 2018/080371 раскрывает систему дозировки выхлопной присадки для турбины турбонагнетателя. Распределительное устройство размещается на валу или ступице турбины турбонагнетателя. Измерительное устройство размещается для подачи выхлопной присадки в распределительное устройство. Поскольку распределительное устройство присутствует в попутном потоке, создаваемом турбиной, выхлопная присадка легко дозируется в распределительное устройство без необходимости преодолевать высокие скорости потока выхлопных газов, присутствующие ближе к стенкам выпускного отверстия турбины. Выхлопная присадка, дозированная в распределительное устройство, рассеивается в потоке выхлопных газов с помощью центробежной силы вращающейся турбины.

Остается необходимость в улучшенном средстве для добавления восстановителя в поток выхлопных газов.

Сущность изобретения

Изобретатели настоящего изобретения идентифицировали множество недостатков в отношении решений предшествующего уровня техники для дозировки восстановителя в выпускном отверстии турбины турбонагнетателя. Мочевина и побочные продукты из нее являются коррозионными для материала корпуса турбины, особенно при высоких температурах, превалирующих во время эксплуатации. Размещение конуса диффузора в выпускном отверстии корпуса турбины может помогать в предотвращении контакта между дозированной мочевиной и корпусом турбины. Однако, для того, чтобы обеспечивать дозирующую трубку измерительного устройства доступом к выпускному отверстию турбины, необходимо предусматривать отверстие в диффузоре. Это создает путь утечки для мочевины внутрь корпуса турбины. Вследствие термических условий, преобладающих в корпусе турбины, также как по причинам возможности производства и легкости сборки, очень трудно обеспечивать эффективное уплотнение между дозирующей трубкой и диффузором для того, чтобы предотвращать утечку.

Будет полезным осуществлять средство для преодоления, или, по меньшей мере, облегчения, по меньшей мере, некоторых из вышеупомянутых недостатков. В частности, будет желательно создать дозирующую систему, которая купирует риск утечки мочевины в корпус турбины при дозировании мочевины в выпускном отверстии турбонагнетателя. Чтобы лучше устранять одну или более из этих проблем предложены турбонагнетатель, система дозировки выхлопной присадки и транспортное средство, имеющие признаки, определенные в независимом пункте формулы изобретения.

Турбонагнетатель содержит турбину. Турбина содержит корпус турбины и диффузор. Корпус турбины содержит выпускной объем для выхлопного газа, и диффузор размещается в этом объеме. Отверстие корпуса и отверстие диффузора размещаются в корпусе турбины и диффузора, соответственно, и взаимно выравниваются, чтобы предоставлять отверстие внутрь выпускного объема для выхлопного газа.

Турбонагнетатель дополнительно содержит втулку. Втулка размещается в отверстии корпуса, проходит в направлении отверстия диффузора и заканчивается на первом конце в связи с отверстием диффузора. Первый конец втулки имеет внутренний диаметр, который больше или равен диаметру отверстия диффузора.

Предусматривая имеющую подходящий размер втулку между отверстием диффузора и отверстием корпуса, гарантируется, что любой восстановитель, утекающий через отверстие диффузора, будет собираться во втулке, где он может испаряться со временем. Такая компоновка предотвращает контакт между коррозионным восстановителем и корпусом турбины.

Диффузор может содержать буртик отверстия, выполненный с возможностью частично или полностью окружать отверстие диффузора и выполненный с возможностью взаимодействовать с внешней стенкой втулки. Это помогает в уплотнении между диффузором и втулкой, также как помогает в правильном позиционировании втулки и диффузора во время сборки турбонагнетателя. Буртик отверстия может быть выполнен с возможностью предоставлять лабиринтное уплотнение между диффузором и первым концом втулки. Буртик отверстия может, таким образом, предоставлять достаточное уплотнение между диффузором и втулкой, тем самым, уменьшая или устраняя какую-либо необходимость в отдельном уплотняющем элементе.

Уплотняющий элемент может быть выполнен с возможностью обеспечивать уплотнение между диффузором и первым концом втулки. Уплотняющий элемент может помогать в обеспечении улучшенного уплотнения между диффузором и втулкой, особенно когда втулка размещается под углом, который не является перпендикулярным к стенке диффузора в местоположении отверстия диффузора. Уплотняющий элемент может быть приспособлен, чтобы предоставлять лабиринтное уплотнение между диффузором и втулкой. Такие уплотнения могут быть эффективно реализованы даже при высоких температурах, преобладающих в турбине турбонагнетателя. Уплотняющий элемент может быть прокладкой.

Турбонагнетатель может дополнительно содержать распределительное устройство, размещенное на валу, ступице или роторе турбины. Такое распределительное устройство помогает в эффективном распределении восстановителя в выхлопной системе. Распределительное устройство может быть произведено как единое целое с валом, ступицей или ротором турбины турбонагнетателя.

Втулка может быть изготовлена из нержавеющей стали. Это предотвращает коррозию вследствие контакта с восстановителем. Корпус турбины может быть изготовлен из литейного чугуна. Таким образом, материал корпуса с соответствующими термическими, механическими и производственными свойствами может быть использован без чрезмерной заботы об антикоррозионных свойствах материала.

Втулка может содержать фланец втулки, размещенный на втором конце втулки, второй конец размещается напротив первого конца втулки. Такой фланец может обеспечивать подходящий интерфейс как с корпусом турбины, так и с дозирующей трубкой, вставленной во втулку. Фланец втулки может быть приспособлен на первой поверхности для взаимодействия с корпусом турбины, так что смещение втулки дальше в выпускной объем для выхлопного газа предотвращается. Это помогает в сборке турбонагнетателя и снижает риск неправильной вставки втулки.

Согласно другому аспекту изобретения, цели изобретения достигаются посредством системы дозировки выхлопной присадки согласно прилагаемой формуле изобретения.

Система дозировки выхлопной присадки содержит турбонагнетатель, как определено в данном документе, и устройство (26) измерения выхлопной присадки. Устройство измерения выхлопной присадки содержит дозирующую трубку, выполненную с возможностью подавать выхлопную присадку в выпускной объем для выхлопного газа турбонагнетателя. Дозирующая трубка содержит поверхность, выполненную с возможностью герметично взаимодействовать с поверхностью втулки. Таким образом, дозирующая трубка и втулка вместе определяют контейнер для сбора утекшего восстановителя.

Дозирующая трубка может содержать фланец трубки, выполненный с возможностью герметично взаимодействовать со второй поверхностью фланца втулки, при этом вторая поверхность размещается напротив первой поверхности фланца втулки. Это предоставляет простое средство предоставления уплотненного интерфейса между втулкой и дозирующей трубкой.

Система дозировки выхлопной присадки может содержать распределительное устройство, размещенное на валу, ступице или роторе турбины. Устройство измерения выхлопной присадки может быть выполнено с возможностью подавать выхлопную присадку в устройство распределения выхлопной присадки. Такое сочетание измерительного устройства и распределительного устройства обеспечивает очень простое и эффективное распределение восстановителя в потоке выхлопных газов.

Согласно дополнительному аспекту изобретения, цели изобретения достигаются посредством транспортного средства, содержащего турбонагнетатель или систему дозировки выхлопной присадки, как определено в данном документе.

Дополнительные цели, преимущества и новые признаки настоящего изобретения станут понятны специалисту в области техники из последующего подробного описания.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения и дополнительных целей и преимуществ его подробное описание, изложенное ниже, следует читать вместе с сопроводительными чертежами, на которых одинаковые ссылочные обозначения обозначают аналогичные элементы на различных чертежах, и на которых:

Фиг. 1 схематично иллюстрирует транспортное средство, содержащее выхлопную систему согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 схематично иллюстрирует систему дозировки выхлопной присадки согласно взятому только в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 схематично иллюстрирует увеличенный вид интерфейса между дозирующей трубкой и отверстиями.

Фиг. 4 схематично иллюстрирует альтернативный взятый только в качестве примера вариант осуществления для уплотнения между диффузором и втулкой.

Фиг. 5 схематично иллюстрирует дополнительный взятый только в качестве примера вариант осуществления для уплотнения между диффузором и втулкой.

Подробное описание изобретения

Система дозировки присадки согласно настоящему раскрытию располагается в выхлопной системе для двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания может быть любым двигателем внутреннего сгорания, но предпочтительно является четырехтактным двигателем сгорания, даже более предпочтительно четырехтактным двигателем сгорания с воспламенением от сжатия. Двигатель может быть использован в любой прикладной задаче, широко известной для двигателей внутреннего сгорания. Он может, например, быть продан как отдельный двигатель, для использования, например, в выработке электрической мощности или промышленных установках. Однако, применение в транспортном средстве является предпочтительным. Под транспортным средством подразумевается любая машина, использующая двигатель внутреннего сгорания для предоставления движущей силы, либо непосредственно, либо опосредованно, как в случае серийных гибридных транспортных средств. Они включают в себя, но не только, моторные транспортные средства, такие как легковые автомобили, грузовые автомобили и автобусы; рельсовые транспортные средства, такие как поезда и трамваи; суда, такие как корабли и лодки; и летательный аппарат. Выхлопная присадка предпочтительно является восстановителем, даже более предпочтительно дизельной выхлопной текучей средой, содержащей раствор мочевины в воде, в соответствии со стандартом AUS 32 из ISO 22241. Однако, выхлопная присадка может также быть другой жидкой присадкой, добавленной в поток выхлопных газов, такой как углеводородное топливо для "выжигания" дизельного сажевого фильтра, размещенного ниже по потоку в выхлопной системе. Однако, в дальнейшем выхлопная присадка будет называться просто "восстановителем".

Выхлопная система оснащается турбонагнетателем для восстановления энергии из выхлопных газов. Турбонагнетатель содержит ротор турбины, размещенный в корпусе турбины. Вал соединяет ротор турбины с крыльчаткой компрессора для сжатия воздуха турбонаддува двигателя внутреннего сгорания. Этот вал может пересекать ротор турбины, в таком случае конец вала турбины проходит наружу на выпускной стороне ротора турбины, или вал может заканчиваться в ступице ротора турбины, в турбине.

Система дозировки восстановителя располагается в связи с турбиной турбонагнетателя. Система дозировки содержит измерительное устройство и предпочтительно распределительное устройство. Измерительное устройство выполняется с возможностью передавать восстановитель в выпускной объем для выхлопного газа турбины, где восстановитель может затем быть распределен в выхлопном газе, покидающем турбину. Предпочтительно это выполняется совместно с распределительным устройством, чтобы обеспечивать распределение восстановителя, но измерительное устройство может быть использовано без распределительного устройства, или с альтернативным устройством для улучшения распределения восстановителя в потоке выхлопных газов, таким как смеситель.

Распределительное устройство, если используется, может быть установлено на валу или ступице турбонагнетателя, соосно с валом, на выпускной стороне вала или ступицы. Это означает, что распределительное устройство вращается синхронно с валом турбонагнетателя и турбиной, вокруг общей оси вращения. Предпочтительно распределительное устройство формирует цельную часть из вала, ступицы или ротора. Если турбонагнетатель оснащается распределительным устройством, измерительное устройство размещается совместно с распределительным устройством. Его дозирующее выпускное отверстие размещается центрально поверх или внутри распределительного устройства для внесения восстановителя в распределительное устройство.

Дозирующая трубка измерительного устройства, ведущая к дозирующему выпускному отверстию, пересекает стенку корпуса турбины в надлежащем месте ниже по потоку от ротора турбины. Восстановитель и/или его побочные продукты являются очень коррозионными по отношению к материалу корпуса турбины, который типично является литейным чугуном. Для того, чтобы избегать контакта между восстановителем и корпусом турбины, турбина оснащается диффузором, размещенным в выпускном объеме для выхлопного газа турбины.

Диффузор может служить множеству целей. Предпочтительно, он обеспечивает физический барьер, чтобы препятствовать восстановителю, добавленному в выпускной объем для выхлопного газа, в контактировании с корпусом турбины. В этом отношении является предпочтительным, если диффузор изготавливается из коррозионно-стойкого материала, такого как нержавеющая сталь. Диффузор может также служить для увеличения эффективности турбины посредством предоставления плавного перехода от динамического давления к статическому давлению для выхлопных газов при покидании турбины, как в случае диффузоров турбин предшествующего уровня техники. Диффузор может также функционировать как испарительное устройство для капель восстановителя, осевших на поверхности диффузора из распределительного устройства. Функционирование диффузора в качестве испарительного устройства может быть оптимизировано множеством способов. Например, диффузор может быть обработан, чтобы оптимизировать угол контакта капель восстановителя с поверхностью диффузора, и/или может быть обработан, чтобы оптимизировать перенос тепла на любые осевшие капли восстановителя.

Однако, для того, чтобы обеспечивать дозирующую трубку доступом к выпускному объему для выхлопного газа, и, в частности, к распределительному устройству, установленному в осевом направлении в турбине, если такое распределительное устройство используется, требуется, чтобы дозирующая трубка проходила не только через корпус турбины, но также и диффузор. Следовательно, отверстие или сквозное отверстие требуется в каждом из корпуса турбины (т.е., отверстие корпуса) и диффузора (т.е., отверстие диффузора), чтобы предоставлять возможность доступа для дозирующей трубки. Отверстие корпуса и отверстие диффузора должны быть взаимно выровнены и иметь надлежащий размер, чтобы обеспечивать вставку дозирующей трубки. Вследствие требований производства и сборки, также как термических свойств используемых материалов, очень трудно обеспечивать адекватное уплотнение между дозирующей трубкой и диффузором. Следовательно, отверстие в диффузоре, которое дозирующая трубка проходит насквозь, обеспечивает путь утечки для восстановителя или его побочных продуктов, чтобы приходить в контакт с корпусом турбины.

Настоящее изобретение основывается на понимании изобретателями того, что не нужно обеспечивать уплотнение между дозирующей трубкой и отверстием диффузора. Вместо этого, является достаточным, что утечка через отверстие диффузора ограничивается коррозионно-стойким объемом, где она не может приходить в контакт с корпусом турбины.

Такое решение осуществляется посредством обеспечения отверстия корпуса втулкой или муфтой, которая проходит через отверстие корпуса и концы в связи с отверстием диффузора. Под выражением "в связи с", например, подразумевается прилегание, в непосредственной близости с, или формирование уплотненного интерфейса через дополнительный компонент с отверстием диффузора. Втулка производится из коррозионно-стойкого материала, такого как нержавеющая сталь. На конце втулки, которая находится в связи с отверстием диффузора, может быть предусмотрено уплотнение с диффузором, достаточное, чтобы гарантировать, что восстановитель не утекает в объем между диффузором и корпусом. Это, прежде всего, достигается посредством гарантирования того, что втулка имеет внутренний диаметр, который предпочтительно больше диаметра отверстия диффузора, или, по меньшей мере, не меньше отверстия диффузора, и что существует небольшой или отсутствует зазор между втулкой и диффузором. Например, конец втулки в связи с отверстием диффузора может частично или полностью прилгать к диффузору. Однако, дополнительное уплотнение может быть предусмотрено, если требуется. Дополнительное уплотнение может быть осуществлено с помощью уплотняющего элемента, такого как прокладка или манжетное уплотнение. Поскольку диффузор типично формируется в виде усеченного конуса, цилиндрическая втулка, размещенная перпендикулярно к центральной оси турбины и прилегающая к диффузору в одной точке, будет иметь небольшой зазор между диффузором и втулкой в точке, диаметрально противоположной точке прилегания. Уплотнительный элемент может быть использован, чтобы перекрывать и уплотнять этот зазор, например, создавая лабиринтное уплотнение между диффузором и втулкой. Альтернативно, сдвигая угол втулки, так что она находится перпендикулярно стенке диффузора, такой зазор может быть устранен. Альтернативно, или в дополнение, дополнительное уплотнение может быть достигнуто посредством оснащения диффузора буртиком, проходящим частично или полностью вокруг отверстия диффузора на стороне, выполненной с возможностью взаимодействия с втулкой. Такой буртик предоставляет уплотняющий интерфейс со втулкой и содействует в правильном позиционировании втулки относительно диффузора. Буртик может быть выполнен с возможностью предоставлять лабиринтное уплотнение между втулкой и диффузором, устраняя в некоторых случаях необходимость в отдельном уплотняющем элементе.

Конец втулки, не контактирующий с диффузором, может быть выполнен с возможностью герметично взаимодействовать с дозирующей трубкой, т.е., формировать уплотнение с дозирующей трубкой либо непосредственно, либо через промежуточный компонент, такой как прокладка или уплотняющий элемент. Это может надлежащим образом выполняться посредством обеспечения втулки и дозирующей трубки фланцами, которые примыкают, когда собраны. Фланец втулки также помогает точному позиционированию втулки в корпусе и предотвращает чрезмерное прохождение в выпускной объем для выхлопного газа.

Когда собраны, дозирующая трубка и втулка вместе формируют камеру, приспособленную для сбора какого-либо восстановителя, утекающего через отверстие диффузора. Поскольку эта камера открыта в выпускной объем для выхлопного газа, преобладающая температура является практически такой же, что и температура, преобладающая в выпускном объеме для выхлопного газа. Это означает, что любой восстановитель, собранный в камере, будет быстро испаряться и передаваться наружу в систему последующей обработки выхлопных газов вместе с выхлопными газами.

Устройство измерения восстановителя системы дозировки восстановителя может быть исключительно жидкостным устройством, иначе известным как безвоздушный инжектор. Это означает, что измерительное устройство не использует сжатый воздух для того, чтобы облегчать впрыск восстановителя в выхлопной трубопровод. Поскольку компрессор требует энергии для работы, это представляет экономию энергии по сравнению с пневматическими системами. Кроме того, некоторые прикладные задачи, такие как морские прикладные задачи, необязательно имеют готовый источник сжатого воздуха на руках, и, таким образом, использования лишних, дорогостоящих компонентов можно избежать. Однако, устройство измерения восстановителя системы дозировки восстановителя может альтернативно быть пневматическим устройством, т.е., устройством, которое использует сжатый воздух для обеспечения введения восстановителя. Измерительное устройство может быть компонентом системы измерения восстановителя. Дополнительные компоненты системы измерения восстановителя могут включать в себя бак для хранения восстановителя, блок управления и устройство повышения давления, такое как насос.

Находящийся под повышенным давлением восстановитель подается в измерительное устройство по подающему каналу. Измерительное устройство содержит управляемый измерительный клапан для дозировки требуемого количества восстановителя в выхлопную систему. После прохождения измерительного клапана восстановитель транспортируется по дозирующей трубке к дозирующему выпускному отверстию, в результате чего, восстановитель осаждается на распределительном устройстве. Как ранее отмечено, измерительное устройство может быть исключительно жидкостным, т.е., безвоздушным. В отличие от типичных пневматических инжекторов измерительное устройство имеет отрезок дозирующей трубки, размещенный после измерительного клапана в направлении потока дозировки восстановителя. Это означает, что измерительный клапан может быть расположен удаленно от выхлопной системы и, таким образом, не подвергается воздействию высоких температур выхлопной системы, таким образом, потенциально увеличивая срок службы инжектора и уменьшая необходимость в системе охлаждения. Поскольку восстановитель предпочтительно дозируется в попутном потоке турбины, требуются более низкие давления восстановителя. Если используется распределительное устройство, оно является распределительным устройством, а не дозирующим выпускным отверстием измерительного устройства, которое рассеивает восстановитель в потоке выхлопных газов. Это означат, что меньше кинетической энергии требуется подавать к восстановителю, и более низкие давления восстановителя могут быть использованы. Таким образом, насосы более простой, более надежной конструкции могут быть использованы в измерительной системе.

Поскольку дозирующее выпускное отверстие измерительного устройства не требуется, чтобы формировать аэрозоль из восстановителя, оно может содержать меньше более крупных отверстий по сравнению с сопловыми головками предшествующего уровня техники. Например, оно может содержать одно или более отверстий. Это снижает риск блокирования отверстий, например, отложениями мочевины. Дозирующее выпускное отверстие может иметь поверхность, которая формирует сопрягающуюся поверхность с принимающей поверхностью распределительного устройства для того, чтобы предотвращать утечку восстановителя и помогать в осаждении восстановителя на принимающей поверхности распределительного устройства.

Устройство распределения восстановителя содержит приемную поверхность и, по меньшей мере, одну распределительную поверхность. Распределительное устройство может быть неотъемлемой частью вала турбины турбонагнетателя или ступицы, т.е., быть изготовлено как единое целое с валом турбины, ступицей или ротором. Альтернативно, устройство распределения восстановителя может содержать крепежную поверхность, посредством которой оно может быть неподвижно присоединено к валу турбины, ступице или ротору с помощью любого средства, известного в области техники. Такое крепежное средство, например, раскрывается в WO 2018/080371, включенного в настоящее описание в качестве ссылки. Распределительное устройство может быть сконструировано из любого подходящего материала, такого как сталь или алюминий.

Приемная и распределительная поверхности размещаются вместе с измерительным устройством, чтобы избегать какого-либо контактирования восстановителя с лопастями турбины и особенно подшипниками турбины.

Распределительное устройство может быть сформировано как чаша, например, куполообразная чаша или коническая чаша и функционировать в качестве вращающегося чашеобразного распылителя. В этом случае дозирующее выпускное отверстие измерительного устройства может быть размещено по центру в чаше. Восстановитель осаждается на основании или нижней боковой стенке чаши. Вращающееся движение чаши в сочетании с углом стенки чаши вынуждает восстановитель подгоняться вверх и наружу от основания чаши в направлении наружного обода чаши, который действует в качестве распределительной поверхности и рассеивает восстановитель в поток выхлопных газов.

Другое средство формирования распределительного устройства и средство взаимодействия между распределительным устройством и измерительным устройством может также рассматриваться. Такое средство раскрывается в WO 2018/080371, включенную в данный документ посредством ссылки.

Стопорное устройство может быть расположено в корпусе турбины. Такое стопорное устройство препятствует турбине в покидании корпуса турбины или выхода вала турбины в случае отказа и может, по существу, прилегать к распределительному устройству. Если такое стопорное устройство присутствует, дозирующая трубка измерительного устройства может проходить насквозь или быть объединена в основную часть стопорного устройства или может составлять стопорное устройство.

Выпускное отверстие регулятора давления наддува в корпусе турбины может подавать горячие выхлопные газы, обходящие турбину, к внешней поверхности(ям) диффузора, т.е., сторонам, противоположным внутренним поверхностям. Направляя горячие выхлопные газы регулятора давления наддува вдоль внешних поверхностей диффузора, функция испарения восстановителя диффузора даже дополнительно улучшается. Диффузор может быть частично или полностью объединен с корпусом турбины.

Изобретение теперь будет описано более подробно со ссылкой на некоторые приведенные только в качестве примера варианты осуществления и чертежи. Однако, изобретение не ограничивается приводимыми вариантами осуществления, обсуждаемыми в данном документе и/или показанными на чертежах, но может быть изменено в рамках прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, чертежи не должны рассматриваться как имеющие масштаб, поскольку некоторые признаки могут быть увеличены в масштабе для того, чтобы более ясно их иллюстрировать.

Фиг. 1 показывает схематично вид сбоку транспортного средства 1 согласно варианту осуществления изобретения. Транспортное средство 1 включает в себя двигатель 2 сгорания, первый выхлопной трубопровод 4, ведущий к турбонагнетателю 5, и второй выхлопной трубопровод, ведущий от турбонагнетателя 5 к SCR-катализатору 10. Устройство 26 измерения восстановителя размещается совместно с турбонагнетателем 5. Транспортное средство может быть транспортным средством большой грузоподъемности, например, грузовиком или автобусом. Транспортное средство 1 может альтернативно быть легковым автомобилем. Транспортное средство может быть гибридным транспортным средством, содержащим электрическую машину (не показана) в дополнение к двигателю 2 сгорания.

Фиг. 2 схематично иллюстрирует систему дозировки выхлопной присадки согласно приводимому в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения.

Турбина 6 турбонагнетателя показана в поперечном сечении, турбина 6 содержит корпус 12 турбины. Корпус 12 турбины содержит впускные отверстия 14 для выхлопных газов и выпускной объем 16 для выхлопного газа. В корпусе 12 турбины располагается ротор 18 турбины, выполненный с возможностью вращаться на валу 20 турбины. Уплотняющий элемент 22 предотвращает утечку смазки из подшипников турбины (не показаны), а также предотвращает протекание внутрь выхлопного газа. Устройство 24 распределения восстановителя размещается на выпускном конце вала 18, изготовленного как единое целое с ротором 18. Устройство 26 измерения восстановителя размещается в выпускном объеме 16 для выхлопного газа турбины 6. Устройство 26 измерения восстановителя содержит подающий канал 28, измерительный клапан 30 и дозирующую трубку 32.

В эксплуатации распределительное устройство 24 вращается синхронно с ротором 18 турбины и валом 20 всякий раз, когда газ проходит через турбину 6. Восстановитель, такой как раствор мочевины, при осаждении на распределительное устройство 24 из измерительного устройства 26, распыляется в выхлопном газе, проходящем через турбину 6, посредством вращающегося движения распределительного устройства 24.

Диффузор 60 размещается в выпускном объеме 16 для выхлопного газа, чтобы предотвращать контактирование коррозионного восстановителя со стенками корпуса 12 турбины. Для того, чтобы иметь возможность предоставлять восстановитель в распределительное устройство 24, выпускное отверстие дозирующей трубки 32 должно размещаться совместно с распределительным устройством. Это достигается посредством предоставления отверстия как в диффузоре 60, так и в корпусе 12 турбины, через которое дозирующая трубка 32 может проходить.

Фиг. 3 предоставляет укрупненный схематичный вид области, где дозирующая трубка 32 пересекает диффузор 60 и корпус 12 турбины. Может быть видно, что отверстие 61 предусматривается в диффузоре 60, а другое отверстие 11 предусматривается в стенке корпуса 12 турбины для того, чтобы дозирующая трубка 32 могла иметь доступ к выпускному объему 16 для выхлопного газа. Уплотнение требуется для такой компоновки для того, чтобы предотвращать утечку восстановителя через отверстие 61 диффузора и контактирование с корпусом 12 турбины. Однако, трудно по многим причинам предоставлять уплотнение между дозирующей трубкой 32 и диффузором 60. Эта проблема решается выравниванием отверстия 11 корпуса со втулкой 63. Втулка 63 проходит на первом конце 63a до диффузора 60, чтобы обеспечивать уплотняемый интерфейс с диффузором 60. Втулка 63 имеет внутренний диаметр больше диаметра отверстия 61 диффузора, так что любой восстановитель, проходящий через отверстие 61, собирается во втулке 63. Интерфейс между втулкой 63 и диффузором 60 может быть дополнительно уплотнен для того, чтобы избегать протечки. В иллюстрированном, приводимом в качестве примера варианте осуществления более законченное уплотнение достигается с помощью уплотняющего элемента 67, хотя другие средства рассматриваются. Второй конец 63b втулки 63 выполняется с возможностью обеспечивать уплотняемый интерфейс дозирующей трубкой 32. В иллюстрированном приводимом в качестве примера варианте осуществления это осуществляется посредством обеспечения втулки 63 фланцем 65 втулки на втором конце 63b и обеспечения дозирующей трубки 32 фланцем 33 трубки. Фланец 33 трубки и фланец 65 втулки вместе формируют уплотнение, предотвращающее утечку содержимого втулки 63. Фланец 65 втулки также помогает в правильной вставке втулки 63 в выпускном объеме 16 для выхлопного газа. С помощью такой компоновки любой восстановитель, утекающий через отверстие 61, будет собираться в объеме, определенном втулкой 63 и фланцем 33 трубки. Таким образом, утекающий восстановитель не может контактировать с корпусом 12 турбины. Кроме того, поскольку этот объем открывается в выпускной объем 16 для выхлопного газа, любой восстановитель, собранный в этом объеме, будет быстро испаряться и передаваться с выхлопным газом в нижние по потоку компоненты системы последующей обработки выхлопных газов.

Фиг. 4 схематично иллюстрирует альтернативное средство уплотнения между диффузором 60 и втулкой 63. Диффузор 60 оснащается буртиком 69 отверстия, который может помогать в уплотнении между диффузором 60 и втулкой 63 на первом конце 63a. Буртик 69 отверстия может проходить частично вокруг конца втулки 63, как иллюстрировано, или полностью вокруг конца втулки 63. Если буртик отверстия проходит только частично вокруг втулки 63, он может быть использован совместно с уплотняющим элементом 67, как иллюстрировано, чтобы усиливать улучшенное уплотнение между втулкой 63 и диффузором 60.

Фиг. 5 схематично иллюстрирует приводимый в качестве примера вариант осуществления, который не содержит уплотняющий элемент. Буртик 69 отверстия проходит полностью вокруг первого конца 63a втулки 63 и выполняется с возможностью предоставлять лабиринтное уплотнение между втулкой 63 и диффузором 60.

Изобретение относится к системе дозировки выхлопной присадки для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания, оснащенного турбонагнетателем. Турбонагнетатель содержит турбину (6). Турбина (6) содержит корпус (12) турбины и диффузор (60). Корпус (12) турбины содержит выпускной объем (16) для выхлопного газа, и диффузор (60) размещается в этом объеме. Отверстие (11) корпуса и отверстие (61) диффузора размещаются сквозь каждый из корпуса (12) турбины и диффузора (60), соответственно, и взаимно выравниваются, чтобы предоставлять отверстие внутрь выпускного объема (16) для выхлопного газа. Турбонагнетатель (5) дополнительно содержит втулку (63). Втулка (63) размещается в отверстии (11) корпуса, проходит в направлении отверстия (61) диффузора и заканчивается на первом конце (63a) в ассоциации с отверстием (61) диффузора. Первый конец (63a) втулки имеет внутренний диаметр, который больше или равен диаметру отверстия (61) диффузора. Через втулку (63) проходит дозирующая трубка (32) подачи присадки, при этом дозирующая втулка (32) имеет поверхность, находящуюся в герметичном контакте с поверхностью втулки (63). Изобретение позволяет предотвратить утечку присадки в корпус турбины. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система дозирования выхлопной присадки для выхлопной системы для двигателя (2) внутреннего сгорания, содержащая турбонагнетатель (5), и устройство (26) измерения выхлопной присадки, причем турбонагнетатель (5) содержит турбину (6); турбина (6) содержит корпус (12) турбины и диффузор (60); корпус (12) турбины содержит выпускной объем (16) для выхлопного газа, причем диффузор (60) размещен в выпускном объеме (16) для выхлопного газа; отверстие (11) корпуса и отверстие (61) диффузора проходят сквозь корпус (12) турбины и диффузор (60) соответственно, при этом отверстие (11) корпуса и отверстие (61) диффузора взаимно выравнены с обеспечением отверстия в выпускной объем (16) для выхлопного газа; при этом турбонагнетатель дополнительно содержит втулку (63); втулка (63) размещена в отверстии (11) корпуса, проходит в направлении отверстия (61) диффузора и заканчивается у первого конца (63a) в связи с отверстием (61) диффузора, при этом первый конец (63a) втулки (63) имеет внутренний диаметр больше или равный диаметру отверстия (61) диффузора; устройство (26) измерения выхлопной присадки содержит дозирующую трубку (32), выполненную с возможностью подачи выхлопной присадки в выпускной объем (16) для выхлопного газа турбонагнетателя (5); причем дозирующая трубка (32) содержит поверхность, выполненную с возможностью герметичного взаимодействия с поверхностью втулки (63).

2. Система по п. 1, в которой диффузор (60) содержит буртик (69) отверстия, выполненный с возможностью частичного или полного окружения отверстия (61) диффузора и с возможностью взаимодействия с внешней стенкой втулки (63).

3. Система по п. 2, в которой буртик (69) отверстия выполнен с возможностью обеспечения лабиринтного уплотнения между диффузором (60) и первым концом (63a) втулки (63).

4. Система по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащая уплотняющий элемент (67), выполненный с возможностью обеспечения уплотнения между диффузором (60) и первым концом (63a) втулки (63).

5. Система по п. 3, в которой уплотняющий элемент (67) выполнен с возможностью обеспечения лабиринтного уплотнения между диффузором (60) и втулкой (63).

6. Система по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащая распределительное устройство (24), размещенное на валу (20), ступице или роторе (18) турбины.

7. Система по п. 6, в которой распределительное устройство (24) изготовлено за одно целое с валом (20), ступицей или ротором (18) турбины (6) турбонагнетателя.

8. Система по любому из пп. 1-7, в которой втулка (63) изготовлена из нержавеющей стали.

9. Система по любому из пп. 1-8, в которой корпус (12) турбины изготовлен из литейного чугуна.

10. Система по любому из пп. 1-9, в которой втулка (63) содержит фланец (65) втулки, размещенный на втором конце (63b) втулки (63), причем второй конец (63b) размещен напротив первого конца (63a).

11. Система по п. 10, в которой этом фланец (65) втулки выполнен на первой поверхности для взаимодействия с корпусом (12) турбины с предотвращением смещения втулки (63) дальше в выпускной объем (16) для выхлопного газа.

12. Система по любому из пп. 1-11, в которой дозирующая трубка (32) содержит фланец (33) трубки, выполненный с возможностью герметичного взаимодействия со второй поверхностью фланца (65) втулки, размещенной напротив первой поверхности фланца втулки.

13. Система по любому из пп. 1-12, содержащая распределительное устройство (24), размещенное на валу (20), ступице или роторе (18) турбины (6), при этом устройство (26) измерения выхлопной присадки выполнено с возможностью подачи выхлопной присадки в устройство (24) распределения выхлопной присадки.

14. Транспортное средство (1), содержащее систему дозировки выхлопной присадки по любому из пп. 1-13.