УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ХИМИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА В ПОТОК ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2023 года по МПК F01N3/20 

[0001] Изобретение относится к устройству для подачи химического реагента в поток выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, содержащему:

- корпус смесителя, имеющий впускное отверстие, через которое поток выхлопных газов поступает в корпус смесителя,

- дозирующую трубку, проходящую через корпус смесителя, по направлению к которой поток выхлопных газов, втекающий в корпус смесителя, течет в поперечном направлении, и имеющую первый конец и второй конец,

- дозирующий блок, который расположен на первом конце дозирующей трубки и может быть соединен с источником реагента для подачи реагента в дозирующую трубку, и

- средство создания вихревого потока выхлопных газов.

Кроме того, описана система очистки выхлопных газов для уменьшения содержания NOx в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания, использующая такое устройство.

[0002] Современные двигатели внутреннего сгорания, например, если они представляют собой дизельные двигатели, которые в основном используются как дизельные двигатели с динамической нагрузкой, оборудованы системой очистки выхлопных газов для соответствия требованиям к выбросам. Эти требования относятся, среди прочего, к ограничению выбросов NOx. В таких системах очистки выхлопных газов выбросы NOx во многих случаях обусловливаются селективной каталитической реакцией оксидов азота (NOx-), содержащихся в выхлопном газе. С этой целью используются так называемые катализаторы SCR (SCR - селективное каталитическое восстановление). Восстанавливающее вещество требуется в качестве реакционной среды для того, чтобы желаемое каталитическое восстановление оксидов азота происходило на таком катализаторе SCR. Обычно с этой целью используется аммиак, который вводится в катализатор SCR в форме жидкой мочевины на входе в катализатор. Требуется конкретная температура для высвобождения восстанавливающего вещества (аммиака), содержащегося в предшественнике. В связи с этим необходимо, чтобы температура выхлопных газов была достаточно высокой для эффективной денитрификации выхлопных газов. Реакции для высвобождения восстанавливающего вещества из предшественника не происходят внезапно, особенно если температуры выхлопных газов недостаточно высоки, но требуют определенного количества времени. По этой причине требуется определенный путь потока между дозирующим блоком, с помощью которого подается предшественник, и катализатором SCR. Как только восстанавливающее вещество (аммиак) высвобождается, желаемая каталитическая реакция для восстановления или устранения оксидов азота, содержащихся в выхлопном газе, происходит на катализаторе SCR. Нежелательно, чтобы предшественник, который еще не был конвертирован, протекал по катализатору SCR, так как капли жидкости будут в этом случае осаждаться на ближней по ходу поверхности катализатора SCR. В дополнение, при втекании в катализатор SCR желательно максимально возможное равномерное распределение восстанавливающего вещества, высвобождаемого в потоке выхлопных газов, и также равномерное распределение скорости по его площади поперечного сечения. Также следует по мере возможности избегать осаждения жидкого предшественника в тракте выхлопных газов.

[0003] Для того, чтобы соответствовать этим требованиям для подачи восстанавливающего вещества, дозируемого в виде жидкого предшественника, WO2015/018971A1, а также WO2016/207484A1, предлагают располагать дозирующую трубку внутри корпуса смесителя, на одном конце которой расположен дозирующий блок для впрыскивания предшественника. Дозирующая трубка выполнена в виде дырчатой или перфорированной пластины и имеет коническую форму, при этом ее площадь поперечного сечения уменьшается в направлении в сторону от дозирующего блока. В дозирующую трубку попадает поток под прямыми углами к ее продольному протяжению. Концевая секция дозирующей трубки входит в трубчатый кожух напротив дозирующего блока, оставляя кольцевой зазор. В устройстве согласно этому известному уровню техники вихревой поток образуется на внешней стороне дозирующей трубки. Этот поток ускоряется внутри кольцевого зазора между дозирующей трубкой и трубчатым кожухом, причем этот зазор служит в качестве сопла. Из-за разности скоростей между внешним вихревым потоком и потоком выхлопных газов внутри дозирующей трубки предшественник, впрыскиваемый в дозирующую трубку в форме капель жидкости, смешивается с потоком выхлопных газов. На выпускной стороне дозирующей трубки расположена отбойная перегородка, посредством которой поток выхлопных газов отклоняется в противоположном направлении. На этот направляющий элемент распыляется восстанавливающее вещество, которое распределяется в потоке выхлопных газов, отклоняемом элементом. Восстанавливающее вещество высвобождается на коротком расстоянии так, что это ранее известное устройство также может быть использовано с ограниченным доступным установочным пространством. Из-за множественного отклонения потока выхлопных газов в соответственных противоположных направлениях потока должно быть принято во внимание соответственное обратное давление выхлопных газов.

[0004] WO 2011/163395 A описывает другую дозирующую и смесительную установку для использования в системе последующей обработки выхлопных газов. В этом известном уровне техники дозирующая трубка также выполнена в виде перфорированной пластинчатой трубы, но имеет цилиндрическую форму. Дозирующая трубка расположена поперечно относительно потока выхлопных газов, подлежащего очистке, располагаясь в корпусе. На входе поступающего выхлопного газа в направлении потока имеется направляющий элемент в корпусе, который выполнен с возможностью направления поступающего выхлопного газа мимо дозирующей трубки для того, чтобы образовывать вихревой поток снаружи дозирующей трубки.

[0005] Как и в случае с известным уровнем техники, упомянутым ранее, этот известный уровень техники также придерживается идеи создания вихревого потока снаружи дозирующей трубки, выполненной наподобие перфорированной пластины, причем этот поток проходит внутрь трубки вследствие отверстий, расположенных наподобие сетки. Недостаток такой конструкции такой системы очистки выхлопных газов заключается в том, что восстанавливающее вещество, подаваемое в жидкой форме, может осаждаться неуправляемым образом в перфорациях дозирующей трубки на соответственной теневой стороне потока так, что не может быть гарантировано, что количество восстанавливающего вещества, в данный момент требуемое для достаточной денитрификации, фактически подается в дальний по ходу каталитический конвертер SCR. В связи с этим нельзя исключать проскок NOx.

[0006] Из WO 2016/142292 A1 известен смесительный ящик для выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания для смешивания с добавками, вводимых в поток выхлопных газов. В этом устройстве также имеется поперечный поток против дозирующей трубки, а именно через впускную трубу, расположенную параллельно дозирующей трубке, которая выполнена в виде сетчатой трубки в ее секции, параллельной выпускной трубе, так, что выхлопной газ выходит из впускной трубы в радиальном направлении. Объем потока расположен между этими двумя трубками. Он ограничен по краям элементами направления потока, которые влияют на отклонение потока выхлопных газов, выходящего из впускной трубки в периферийном направлении или в радиальном направлении относительно выпускной трубки, служащей в качестве дозирующей трубки. Таким образом, в этом известном уровне техники вихревой поток также образуется снаружи дозирующей трубки и поступает в нее через отверстия, выполненные в выпускной трубе. В дальнейшей разработке приточные отверстия дозирующей трубки (выпускной трубы) оборудованы лопастями, выступающими из внешней поверхности оболочки. Конусный распылитель, с помощью которого жидкий предшественник восстанавливающего вещества впрыскивается в дозирующую трубку, выполнен так, что он ударяется о внутреннюю поверхность дозирующей трубки в области приточного отверстия дозирующей трубки.

[0007] Даже если требуемый путь потока для высвобождения восстанавливающего вещества, содержащегося в жидком предшественнике в виде химического реагента, возможен на более коротком расстоянии потока по сравнению с другими конструкциями из-за эффекта, описанного выше, и это устройство может в связи с этим также использоваться в условиях ограниченного установочного пространства, было бы желательно, чтобы требуемое установочное пространство могло быть дополнительно уменьшено, и тем не менее, было бы возможно осуществлять конверсию предшественника для высвобождения реагента, содержащегося в нем, даже при более низких объемных потоках выхлопных газов без необходимости принятия во внимание нежелательного осаждения капель жидкого предшественника.

[0008] Изобретение в связи с этим основано на проблеме дальнейшей разработки устройства, относящегося к типу, упомянутому выше, для того, чтобы соответствовать этим требованиям.

[0009] Эта проблема решается, согласно изобретению, с помощью общеизвестного устройства, упомянутого в начале, в котором средство создания вихревого потока выполнено с возможностью создания вихревого потока внутри дозирующей трубки, и с этой целью дозирующая трубка имеет по меньшей мере одно приточное отверстие, протяженное по периферийному сегменту поверхности на не менее, чем 45°, и по меньшей мере по участку длины дозирующей трубки, расположенной внутри корпуса смесителя, с лопатообразным колпаком, расположенным на дозирующей трубке и направляющим поток выхлопных газов внецентренно в приточное отверстие.

[0010] В этом устройстве для подачи химического реагента в выхлопной тракт двигателя внутреннего сгорания, в частности, для подачи аммиака в каталитический конвертер SCR, причем этот химический реагент впрыскивается в выхлопной тракт в форме жидкого предшественника, разделенного на капли, вихревой поток сначала образуется внутри дозирующей трубки в результате отклонения потока выхлопных газов, текущего поперечно против дозирующей трубки, с помощью по меньшей мере одного лопатообразного колпака в дозирующей трубке. Это обеспечивает образование, в частности, высокоэнергетического вихревого потока с помощью простого средства и без необходимости принятия во внимание обратного давления выхлопных газов, которое иногда является слишком высоким. Более высокоэнергетический вихревой поток с соответственно более высокой скоростью потока способствует транспортировке капель жидкого предшественника, вводимых в вихревой поток.

[0011] Вихревой поток выхлопного газа образуется внутри дозирующей трубки путем использования бокового потока выхлопного газа в дозирующую трубку. Дозирующая трубка имеет, по меньшей мере, одно приточное отверстие, через которое поток выхлопных газов поступает в дозирующую трубку. Это по меньшей мере одно приточное отверстие протяжено в периферийном направлении дозирующей трубки по сегменту поверхности оболочки на не менее, чем 45°. В продольном протяжении дозирующей трубки это по меньшей мере одно приточное отверстие продолжается на по меньшей мере 40-60% длины секции дозирующей трубки, расположенной в корпусе смесителя, в пространстве потока дозирующей трубки. Пространство потока дозирующей трубки может быть ограничено корпусом смесителя или компонентом, расположенным внутри корпуса смесителя. В пространстве потока дозирующей трубки поступающий выхлопной газ может обтекать дозирующую трубку. Тем не менее, желаемый вихревой поток в дозирующей трубке обеспечивается в ней только путем отклонения потока выхлопных газов в дозирующую трубку. Согласно одному варианту осуществления, приточное отверстие протяжено в направлении продольной протяженности дозирующей трубки на по меньшей мере 70-75% ее длины, расположенной внутри корпуса смесителя. Из-за продолжения, по меньшей мере, одного приточного отверстия в периферийном направлении дозирующей трубки, изложенной выше, количество возможных приточных отверстий ограничено. Более того, площадь поперечного сечения, по меньшей мере, одного приточного отверстия с его лопатообразным колпаком для приема потока отработавших газов является соответственно большой так, что по этой причине одиночные отложения реагентов, таких как капли жидкой мочевины в качестве предшественников аммиака, практически исключаются. Площадь поперечного сечения, по меньшей мере, одного приточного отверстия адаптируется к скорости вихревого потока, подлежащего образованию, и к ожидаемому объемному потоку выхлопных газов. За счет конструкции этого подающего устройства площадь поперечного сечения, по которой выхлопной газ течет против дозирующей трубки, значительно больше, чем площадь поперечного сечения дозирующей трубки.

[0012] Частный признак этого устройства заключается в том, что каждое приточное отверстие оборудовано лопатообразным колпаком, расположенным на нем. За счет лопатообразной конструкции колпака приточное отверстие окружено с боков и сзади и по меньшей мере в почти полностью закрыто в радиальном направлении. Горловина колпака может полностью выступать за передний край стороны притока приточного отверстия, закрываемого им. Такой колпак служит для направления потока выхлопных газов, текущего поперечно по направлению к дозирующей трубке, в приточное отверстие. С этой целью, по меньшей мере, один колпак, расположенный на приточном отверстии, ориентирован посредством горловины в направлении впускного отверстия выхлопного газа в корпус смесителя так, что выхлопной газ, поступающий в корпус смесителя, течет, по меньшей мере, частично напрямую в колпак и, таким образом, в приточное отверстие дозирующей трубки. Тангенциальное отклонение потока выхлопных газов в дозирующую трубку, которая обычно имеет геометрию круглого поперечного сечения, приводит к желаемому вихревому потоку выхлопных газов на внутренней стенке дозирующей трубки. Так как вихревой поток образуется внутри дозирующей трубки, надо принимать во внимание только более низкие потери потока в отличие от ранее известных конструкций такого оборудования. Если обеспечено множество приточных отверстий и, следовательно, также множество колпаков расположено на внешней поверхности дозирующей трубки, их горловины колпаков ориентированы в одном и том же направлении, если смотреть в периферийном направлении дозирующей трубки. Так как дозирующая трубка расположена в корпусе смесителя, пересекая его, площадь бокового притока потока выхлопных газов значительно больше, чем площадь поперечного сечения обычно цилиндрической дозирующей трубки. В результате, когда поток выхлопных газов поступает в такой колпак и, таким образом, внутрь дозирующей трубки, он испытывает значительное ускорение как в направлении вращения вихревого потока, так и в направлении продольного протяжения дозирующей трубки. Так как дозирующая трубка закрыта на ее первом конце дозирующим блоком, вихревой поток внутри дозирующей трубки распространяется от этого конца до второго конца дозирующей трубки.

[0013] В этом устройстве для подачи химического реагента в выхлопной тракт двигателя внутреннего сгорания наклон вихревого потока, образуемого в дозирующей трубке, может регулироваться с помощью обратного давления выхлопных газов. Чем ниже градиент, с которым вихревой поток перемещается по направлению ко второму концу дозирующей трубки, тем длиннее путь потока, но без необходимости продления фактической длины дозирующей трубки с этой целью. По этой причине общая длина традиционного оборудования для приготовления, требуемого для высвобождения желаемого аммиака, например, может быть уменьшена на более чем 50%, если внутрь подается водный раствор мочевины.

[0014] В предпочтительном варианте осуществления угол распыла, под которым жидкий реагент впрыскивается в дозирующую трубку, устанавливается таким образом, что капли предшественника вступают в контакт только с внутренней стенкой дозирующей трубки по ходу после по меньшей мере одного приточного отверстия по меньшей мере в той степени, в которой они ранее не были захвачены вихревым потоком выхлопных газов. Секция дозирующей трубки в направлении потока выхлопного газа после приточных отверстий представляет собой секцию, в которой наблюдаются наивысшие скорости вихревого потока выхлопных газов. В дополнение, выхлопной газ, втекающий в устройство, обычно, течет снаружи этой секции дозирующей трубки, смежной с по меньшей мере одним приточным отверстием, и она нагревается им определенным образом. Это используется в специальном режиме работы этого подающего устройства. В этом режиме работы, вопреки преобладающему учению, жидкий предшественник впрыскивается в дозирующую трубку с таким объемом, что он ударяется об эту нагретую секцию внутренней стенки дозирующей трубки. В результате более крупные капли предшественника разбиваются на более мелкие капли вследствие удара и, в дополнение, эта нагретая секция дозирующей трубки используется для высвобождения реагента, содержащегося в предшественнике, такого как аммиак. Посредством этого процесса требуемый путь потока для высвобождения реагента и для его желаемого равномерного распределения в потоке выхлопных газов может быть достигнут уже в более короткой секции трубы. Жидкий предшественник предпочтительно дозируется таким образом, что после первого цикла дозирования последующий цикл дозирования не начинается до тех пор, пока предшественник, распыленный на внутреннюю стенку дозирующей трубки, не испарится. Предпочтительно, предшественник подается под давлением с помощью дозирующего блока, т.е. он впрыскивается внутрь дозирующей трубки в осевом направлении с заданным давлением, например, давлением между 0,6 МПа и 1 МПа.

[0015] В одном варианте осуществления такого устройства по меньшей мере одно приточное отверстие расположено вне центра относительно продольного протяжения дозирующей трубки в пределах пространства потока дозирующей трубки, то есть со смещением в направлении к дозирующему блоку. Это означает, что расстояние колпака по меньшей мере одного приточного отверстия от секции стенки, образующей пространство потока дозирующей трубки, в направлении ко второму концу дозирующей трубки больше, чем расстояние этого колпака от противоположной стенки. Это обеспечивает, что значительная часть выхлопного газа течет снаружи секции дозирующей трубки, расположенной по ходу после, по меньшей мере, одного приточного отверстия в направлении потока выхлопного газа через дозирующую трубку, и обычно также обтекает эту трубку. Эта секция дозирующей трубки напрямую подвергается воздействию выхлопного газа, текущего через по меньшей мере одно приточное отверстие, в результате чего эта секция дозирующей трубки особенно хорошо нагревается поступающим выхлопным газом. Эта секция внешней поверхности дозирующей трубки, нагреваемая поступающим выхлопным газом, может быть примерно в четыре-шесть раз длиннее секции дозирующей трубки от колпака до противоположной стенки, образующей пространство потока дозирующей трубки. Длина одного или множества приточных отверстий в продольном направлении дозирующей трубки также влияет на разное расстояние.

[0016] Направление транспортировки в продольном направлении дозирующей трубки обеспечивает, что впрыснутые капли предшественника транспортируются в продольном направлении дозирующей трубки в сторону от места впрыска и обычно не скапливаются, например, вблизи впрыска, частично осаждаются и могут скапливаться там.

[0017] В одном варианте осуществления промывочные отверстия сделаны в дозирующей трубке в секции дозирующей трубки, смежной с дозирующим блоком, причем эти отверстия могут быть расположены на прямом радиальном расстоянии от форсунок для того, чтобы получать поток выхлопных газов также напрямую в области доставки капель предшественника внутри дозирующей трубки для того, чтобы исключать возможные осаждения капель предшественника в области сопла (сопел) форсунки. Этот выхлопной газ, поступающий внутрь дозирующей трубки, образует частичный поток выхлопных газов напрямую в отверстии (отверстиях) форсунки и, таким образом, на дозирующем фланце, содержащем дозирующий блок. Это предохраняет форсунку (форсунки) от осаждений капель предшественника. Вихревой поток, образуемый внутри дозирующей трубки, не влияет или влияет лишь в незначительной степени на расположенную по центру форсунку (форсунки), поэтому промывочные отверстия этого типа является очень простым, но эффективным средством предохранения форсунок от осаждений предшественника. Это поддерживается турбулентностями, которые возникают между потоком в кожухе, текущим вдоль внутренней стенки дозирующей трубки, и частичным потоком выхлопных газов, поступающим через промывочные отверстия. Такие промывочные отверстия могут представлять собой дырки, расположенные наподобие сетки, обязательно в форме периферийного кольца. Отверстия могут иметь круглую или продолговатую область поперечного сечения. Область поперечного сечения совокупности промывочных отверстий может быть использована для регулировки обратного давления выхлопных газов и, таким образом, также градиента вихревого потока в направлении ко второму концу дозирующей трубки.

[0018] В таком устройстве целесообразно, чтобы колпак имел свою горловину, ориентированную по направлению к впускному отверстию корпуса смесителя. В этом случае выхлопной газ поступает напрямую в горловину колпака и внецентренно направляется в дозирующую трубку. В результате связанного с этим уменьшения поперечного сечения поток выхлопных газов испытывает желаемое ускорение. Передний край приточного отверстия дозирующей трубки в направлении потока выхлопного газа обычно расположен в области центральной продольной плоскости дозирующей трубки, проходящей поперечно направлению потока выхлопного газа, или расположен на несколько угловых градусов перед этой плоскостью. Согласно одному варианту осуществления такого устройства, это приточное отверстие протяжено на около 90° или на несколько угловых градусов больше 90°, около 95°-100°. Согласно одному варианту осуществления такого устройства, колпак представляет собой отдельно изготовленный компонент, который размещается на внешней поверхности оболочки дозирующей трубки и приваривается к ней с трех сторон. Это упрощает степени свободы при изготовлении колпака в отношении его геометрии. Приваривание колпака к внешней поверхности дозирующей трубки является предпочтительным, так как отсутствуют элементы, выступающие из внутренней стенки дозирующей трубки, для крепления колпака к дозирующей трубке или на ней, которые могли бы оказывать влияние и, таким образом, ослаблять вихревой поток, текущий вдоль указанной внутренней стенки. В таком колпаке задняя или отбойная стенка колпака, которая служит для направления потока, расположена на заднем крае приточного отверстия относительно направления потока выхлопного газа.

[0019] Форма такого колпака может быть использована для влияния на образование вихревого потока. Согласно первому примеру варианта осуществления, колпак имеет трапециевидную форму в развернутом виде, причем его стенка, противоположная приточному отверстию, регулируется в соответствии с контуром внутренней стенки корпуса смесителя. Трапециевидная форма уменьшает площадь поперечного сечения, окруженную колпаком в направлении внутрь вихревой трубы, вызывая ускорение потока выхлопных газов.

[0020] В другом варианте осуществления по меньшей мере один колпак сужается от его горловины до его заднего конца. Это позволяет выполнять колпаки с более низкой высотой так, что приточные отверстия могут быть перемещены ближе к дозирующему фланцу, если обеспечен приблизительно полусферический корпус смесителя. В результате корпус смесителя может быть выполнен более компактно.

[0021] В одном варианте осуществления корпус смесителя имеет полусферическую форму, что означает, что корпус смесителя требует очень маленького установочного пространства. В дополнение, это позволяет располагать устройство в разных положениях в пространстве. Такая конструкция возможна, поскольку вихревой поток образуется внутри дозирующей трубки. Полусферическая внутренняя поверхность оболочки корпуса смесителя исключает мертвые зоны для текучей среды, что будет увеличивать сопротивление потока за счет турбулентности, образуемой в нем. В дополнение, за счет этой конструкции корпуса смесителя, в которой отверстие полусферического корпуса смесителя представляет собой впускное отверстие, поток выхлопных газов испытывает определенное уменьшение площади поперечного сечения и, таким образом, уже определенное ускорение до того, как он направляется в по меньшей мере одно приточное отверстие дозирующей трубки. Дозирующая трубка, пересекающая корпус смесителя в его центре, разделяет поток выхлопных газов, если можно так выразиться. Если выхлопной газ течет по дозирующей трубке, тепло, которое содержит поток выхлопных газов, эффективно передается дозирующей трубке, что, в свою очередь, противодействует осаждению капель предшественника также путем конденсации на внутренней стороне дозирующей трубки. По этой причине часть корпуса дефлектора, обычно присутствующая на выпуске первого блока очистки выхлопных газов, например, сажевого фильтра, возможно с ближним по ходу окислительным катализатором, может быть использована для размещения в ней дозирующей трубки и, таким образом, для использования этой части корпуса для подающего устройства согласно изобретению. В результате этот компонент, который уже доступен с точки зрения его установочного пространства, может целесообразно использоваться для дозирования жидкого предшественника без необходимости значительно большего установочного пространства.

[0022] Дополнительное ускорение потока выхлопных газов для создания вихревого потока достигается согласно одному варианту осуществления так, что по меньшей мере одно приточное отверстие имеет геометрию трапециевидного контура в развернутом виде внешней поверхности дозирующей трубки, причем более короткая сторона этой геометрии контура относительно направления потока выхлопного газа представляет собой задний край, следуя в продольном протяжении дозирующей трубки. В случае, по меньшей мере, одного приточного отверстия колпак, связанный с этим приточным отверстием, располагается внутри корпуса смесителя. Обычно, особенно если корпус смесителя имеет полусферическую внутреннюю поверхность, контур колпака повторяет внутренний контур корпуса смесителя. Может быть оставлен зазор между колпаком и внутренней поверхностью оболочки корпуса смесителя. В этом зазоре поступающий поток выхлопных газов, в тех случаях, когда он не направляется колпаком через приточное отверстие в дозирующую трубку, также несколько ускоряется и обтекает снаружи колпак и дозирующую трубку. Это также создает конкретный вихревой поток снаружи относительно дозирующей трубки. Это поддерживает всесторонний нагрев дозирующей трубки главным образом в ее секции между приточными отверстиями, закрытыми колпаками, и стенкой, образующей пространство потока дозирующей трубки, в направлении второго конца дозирующей трубки. В дополнение, это обеспечивает конструкцию дозирующей трубки с, например, двумя приточными отверстиями, которые обычно располагаются диаметрально противоположно друг другу относительно продольной оси дозирующей трубки. Поток выхлопных газов, который обтекает дозирующую трубку, затем захватывается и подается в вихревой поток внутри дозирующей трубки с помощью колпака этого второго приточного отверстия. Подобным образом такое устройство может быть оборудовано более чем двумя приточными отверстиями, например, четырьмя приточными отверстиями. Количество приточных отверстий не должно превышать шесть-восемь. Если количество приточных отверстий больше, затраты энергии на образование вихревого потока выхлопных газов будут низкими. Предпочтителен вариант осуществления с двумя-четырьмя приточными отверстиями.

[0023] Согласно одному варианту осуществления, корпус смесителя изготовлен из двух частей. Согласно одному варианту осуществления, продольная ось дозирующей трубки расположена в области стыка двух частей корпуса смесителя. Это позволяет легко встраивать дозирующую трубку в корпус смесителя. Обычно, корпус смесителя оборудован теплоизоляцией снаружи для сохранения тепла. С такой конфигурацией корпуса смесителя или подающего устройства, по меньшей мере, один колпак может быть смонтирован снаружи корпуса смесителя на дозирующей трубке.

[0024] В другом варианте осуществления корпус смесителя изготовлен как одно целое, и дозирующая трубка вставлена в него. В такой конфигурации по меньшей мере один колпак монтируется на дозирующей трубке, когда последняя уже вставлена в корпус смесителя.

[0025] В конструкции корпуса смесителя с впускным отверстием, чья площадь поперечного сечения значительно больше, чем площадь поперечного сечения дозирующей трубки, эта более большая площадь поперечного сечения может быть использована для соединения корпуса смесителя напрямую с выпуском блока очистки выхлопных газов по ходу перед смесителем в направлении потока выхлопного газа. Такой блок очистки выхлопных газов может представлять собой сажевый фильтр или окислительный катализатор. С учетом этого особенно предпочтительно выполнять корпус смесителя с полусферической геометрией, так как впускное отверстие в этом случае является круглым, что является обычной геометрией контура корпуса блока очистки выхлопных газов. Диаметры корпуса смесителя и блока очистки выхлопных газов по ходу перед ним соответствуют друг другу. По этой причине конические части корпуса и секции выхлопной линии между блоками, которые в иных обстоятельствах используются, могут быть исключены, что, в свою очередь, способствует уменьшению требуемого установочного пространства.

[0026] Согласно предпочтительному варианту осуществления, описанное устройство является частью системы очистки выхлопных газов, с помощью которой восстанавливаются оксиды азота, содержащиеся в потоке выхлопных газов. Катализатор SCR в этом случае устанавливается по ходу после устройства в направлении потока выхлопного газа.

[0027] Устройство, описанное выше, может быть использовано для всех двигателей внутреннего сгорания, работающих с избыточным воздухом, в том числе, например, газовых двигателей или водородных двигателей.

[0028] Изобретение описано ниже с использованием примеров вариантов осуществления и со ссылкой на приложенные фигуры, на которых:

фиг. 1 показывает схематический вид системы очистки выхлопных газов, вставленной в выхлопной тракт дизельного двигателя внутреннего сгорания, с подающим устройством подачи химического восстанавливающего вещества;

фиг. 2 показывает вид в перспективе подающего устройства на фиг. 1 в первом направлении;

фиг. 3 показывает вид в перспективе подающего устройства на фиг. 1 в другом направлении для обеспечения вида внутри подающего устройства;

фиг. 4 показывает вид в перспективе, наподобие разобранного вида подающего устройства на фигурах 2 и 3;

фиг. 5 показывает вид спереди впускного отверстия или во впускное отверстие подающего устройства на предыдущих фигурах;

фиг. 6 показывает сечение по линии A-A на фиг. 5 через подающее устройство;

фиг. 7 показывает вид в перспективе подающего устройства, соответствующего подающему устройству на предыдущих фигурах, согласно другому примерному варианту осуществления для обеспечения вида в это подающее устройство;

Фиг. 8 показывает вид в сечении, соответствующий виду на фиг. 6, через подающее устройство на фиг. 7;

фиг. 9,: показывает вид спереди впускного отверстия или во впускное отверстие подающего устройства на предыдущих фигурах,

фиг. 10,: показывает одиночный вид в перспективе вихревой трубы подающего устройства на фиг. 9;

фиг. 11 показывает вид спереди впускного отверстия или во впускное отверстие подающего устройства согласно еще одному примерному варианту осуществления;

фиг. 12 показывает вид в сечении через подающее устройство на фиг. 11 в области центров колпаков, закрывающих приточные отверстия;

фиг. 13 показывает продольное сечение через подающее устройство на фиг. 11;

фиг. 14 показывает внешний вид в перспективе подающего устройства согласно еще одному примерному варианту осуществления;

фиг. 15 показывает вид спереди впускного отверстия или во впускное отверстие подающего устройства на фиг. 14;

фиг. 16 показывает другой примерный вариант осуществления подающего устройства на виде спереди его впускного отверстия или в его впускное отверстие; и

фиг. 17 показывает другой пример варианта осуществления подающего устройства на виде спереди его впускного отверстия или в его впускное отверстие.

[0029] В системе 1 очистки выхлопных газов, показанной в качестве примера на фиг. 1, система соединена с выхлопным трактом дизельного двигателя моторного транспортного средства, который не показан более подробно. В показанном примере варианта осуществления система 1 очистки выхлопных газов содержит сажевый фильтр 2, окислительный катализатор 3, подсоединенный на входе фильтра перед фильтром в направлении потока выхлопного газа, и катализатор 4 SCR. Устройство подачи восстанавливающего вещества, в этом случае водного раствора мочевины, в выхлопной тракт или поток выхлопных газов, текущий по нему, подсоединено между сажевым фильтром 2 и каталитическим конвертером 4 SCR. Это подающее устройство обозначено на фиг. 1 ссылочной позицией 5. Подающее устройство 5 содержит дозирующий блок 6, который соединен произвольным образом с источником восстанавливающего вещества, источником сжатого воздуха и с блоком управления для управления подачей восстанавливающего вещества. Подающее устройство имеет сферический корпус 8 смесителя, покрытый теплоизоляцией 7 (смотри фиг. 2). Частью подающего устройства 5 является дозирующая трубка 9, которая проходит через корпус 8 смесителя. В показанном варианте осуществления дозирующая трубка 9 представляет собой цилиндрическую трубу. Первый конец дозирующей трубки 9 закрыт заглушкой 10. Дозирующий блок 6 соединен с заглушкой 10. С этой целью заглушка 10 содержит отверстие 11 для дозирующего блока. Дозирующая трубка 9 выводится из корпуса 8 смесителя и его изоляции 7 на стороне, противоположной заглушке 10, и соединяется с секцией выхлопной линии, ведущей к катализатору 4 SCR. Выхлопной газ, обогащенный восстанавливающим веществом, впрыснутым с помощью дозирующего блока 6, вытекает из второго конца дозирующей трубки 9 и втекает в каталитический конвертер 4 SCR.

[0030] Корпус 8 смесителя содержит разъемы 12, 12.1 для датчика температуры и датчика давления соответственно. Эти датчики выполнены с возможностью обнаружения температуры и давления внутри корпуса 8 смесителя. Датчики не показаны на фигурах. Корпус 8 смесителя проиллюстрированного варианта осуществления имеет два разъема 12, 12.1 на диаметрально противоположных сторонах в каждом случае. В зависимости от требований и доступного установочного пространства датчики могут быть расположены на одной или на другой стороне корпуса 8 смесителя.

[0031] В показанном примере варианта осуществления корпус 8 смесителя выполнен из двух частей и имеет первую часть 13 корпуса смесителя и вторую часть 13.1 корпуса смесителя. Секция соединения двух частей 13, 13.1 корпуса смесителя, расположенная в плоскости разделения корпуса 8 смесителя, обозначена на фиг. 1 ссылочной позицией 14. Секция 14 соединения расположена в плоскости продольной протяженности дозирующей трубки 9.

[0032] Схема и расположение дозирующей трубки 9 с ее прохождением через корпус 8 смесителя могут быть видны на фиг. 3. Фиг. 3 позволяет взглянуть внутрь корпуса 8 смесителя через его впускное отверстие 15, через которое выхлопной газ, вытекающий из сажевого фильтра 2, поступает в подающее устройство 5. Подающее устройство 5 соединено с корпусом сажевого фильтра 2 с помощью зажима 16 (смотри фиг. 1). Подающее устройство 5 соединено с корпусом сажевого фильтра 2 без промежуточных элементов. Диаметр впускного отверстия 15 подающего устройства 5 регулируется в соответствии с диаметром корпуса сажевого фильтра 2.

[0033] В показанном примере варианта осуществления дозирующая трубка 9 имеет одно приточное отверстие 17. Оно представляет собой перфорацию в дозирующей трубке 9, которая протяжена в продольном направлении дозирующей трубки как можно дальше поперек секции дозирующей трубки 9, которой она пересекает внутреннюю область корпуса 8 смесителя. Если смотреть в периферийном направлении, это приточное отверстие 17 протяжено на приблизительно 95°. Это приточное отверстие 17 закрыто колпаком 18. Колпак 18 приварен к внешней поверхности дозирующей трубки 9 с трех сторон. Горловина колпака 18 ориентирована в направлении впускного отверстия 15. Таким образом, приточное отверстие 17 окружено с трех смежных сторон колпаком 18, который приварен к поверхности оболочки дозирующей трубки 9. Это две стенки колпака 18, ориентированные в продольном направлении дозирующей трубки 9, и его задняя стенка или отбойная стенка 19. В показанном примере варианта осуществления колпак 18 первоначально изготовлен независимо от дозирующей трубки 9. Его стеновые области, примыкающие к внешней поверхности дозирующей трубки 9, приварены к дозирующей трубке 9. Корпус 8 смесителя выполнен из двух частей со своим колпаком 18 для упрощенной сборки дозирующей трубки 9. Обе части 13, 13.1 корпуса смесителя имеют гнездо 20 и 21 для дозирующей трубки соответственно на диаметрально противоположных сторонах относительно центральной продольной оси корпуса 8 смесителя. Все описанные отдельные части представляют собой части из нержавеющей стали.

[034] За счет полусферического внутреннего контура корпуса 8 смесителя колпак 18 регулируется в соответствии с этой кривизной в двух направлениях, как может быть видно на фигурах 5 и 6. Между верхом 22 колпака 18 и внутренней стенкой 23 корпуса 8 смесителя остается зазор 24, через который выхлопной газ, втекающий в корпус 8 смесителя через впускное отверстие 15, также может течь мимо колпака 18 снаружи.

[0035] Как видно на фигурах 5 и 6, передний край 25 приточного отверстия 17 расположен перед вершиной 26 стороны колпака, которая может быть видна на фиг. 5. Это способствует образованию вихревого потока внутри дозирующей трубки 9. Дозирующая трубка 9 пересекает внутреннюю область корпуса 8 смесителя по центру.

[0036] Дозирующая трубка 9 имеет промывочное отверстие 27 в непосредственной близости от заглушки 10, которая также может называться дозирующим фланцем. Промывочное отверстие 27 в этом примере варианта осуществления имеет прямоугольную форму. Промывочное отверстие 27 используется для введения части выхлопного газа, текущего по поверхности оболочки дозирующей трубки 9, для того, чтобы заставлять его проходить мимо выпуска (выпусков) сопла форсунки дозирующего блока 6. Это эффективно предотвращает осаждения капель предшественника.

[0037] Вид в сечении на фиг. 6 показывает путь потока выхлопных газов, покидающего сажевый фильтр 2 и поступающего в корпус 8 смесителя подающего устройства 5 через впускное отверстие 15. Поток выхлопных газов поступает в корпус 8 смесителя подающего устройства 5 через круглое впускное отверстие 15 по всей поверхности впускного отверстия 15. Выхлопной газ, ударяясь о поверхность оболочки дозирующей трубки 9, нагревает дозирующую трубку 9, если она еще не имеет температуры потока выхлопных газов. Колпак 18 отклоняет большую часть потока выхлопных газов через приточное отверстие 17 внутрь дозирующей трубки 9. Эта подача потока выхлопных газов в дозирующую трубку 9 является внецентренной (смотри фиг. 6) так, что в дозирующей трубке 9 образуется вихревой поток, как обозначено фигурными стрелками на Фигуре 6. Поток выхлопных газов, поступающий в дозирующую трубку 9, ускоряется за счет уменьшения площади поперечного сечения между площадью поперечного сечения впускного отверстия 15 и площадью поперечного сечения колпака 18, направляющего поток выхлопных газов в дозирующую трубку 9 или приточное отверстие 17. Это желательно для того, чтобы образовывать достаточно энергетический поток в виде вихревого потока внутри дозирующей трубки 9, с помощью которого капли восстанавливающего вещества (водный раствор мочевины), впрыскиваемые в осевом направлении из дозирующего блока 6 в дозирующую трубку 9, захватываются, и из этих капель высвобождается фактическое восстанавливающее вещество - аммиак. Этому процессу способствует внезапное увеличение скорости, испытываемое каплями раствора мочевины, впрыскиваемыми через дозирующий блок 6, когда они сталкиваются с потоком выхлопных газов, поступающим в дозирующую трубку 9 с высокой скоростью. Вихревой поток проходит по спирали от заглушки 10 по направлению к другому концу дозирующей трубки 9. Вихревой поток имеет его наибольшую скорость смежно с внутренней стенкой дозирующей трубки 9.

[0038] Выхлопной газ, который течет мимо колпака 18 через зазор 24, обтекает дозирующую трубку 9, как показано схематически на фиг. 6. В зависимости от поступающего объемного потока выхлопных газов, это может приводить к образованию конкретного вихревого потока снаружи дозирующей трубки 9, но со значительно более низкой скоростью, чем внутри дозирующей трубки 9. Выхлопной газ, втекающий в нижнюю область корпуса 8 смесителя, лишен возможности обтекания дозирующей трубки 9 с нижней стороны, но отклоняется в направлении колпака за счет ускорения, которое этот частичный поток выхлопных газов испытывает, когда обтекает колпак 18.

[0039] Фигуры 7 и 8 показывают другое подающее устройство 5.1, которое в основном сконструировано так же, как и подающее устройство 5, описанное на предыдущих фигурах. В этом отношении приведенные выше утверждения, если иное не объяснено ниже, также применимы к подающему устройству 5.1. В отношении подающего устройства 5.1 на фигурах 7 и 8 те же элементы или компоненты, имеющие те же ссылочные позиции, которые используются для подающего устройства 5, обозначены индексом «.1» или соответственно более высокой ссылочной позицией (например, «.2»), если «.1» уже использовалось в примере варианта осуществления на фигурах 1-6.

[0040] Подающее устройство 5.1 отличается от подающего устройства 5 только тем, что последнее имеет два диаметрально противоположных приточных отверстия 17.1, 17.2 и, соответственно, два колпака. Как видно на виде в сечении на фиг. 8, колпаки 18.1, 18.2 выровнены с периферийным направлением дозирующей трубки 9.1 относительно их горловин колпаков так, что частичные потоки выхлопных газов, отклоняемые через них в дозирующую трубку, поступают в направлении вращения вихревого потока за счет их внецентренного входа. Тогда как приточное отверстие 17.1 с его колпаком 18.1 выполнено таким же образом, что и приточное отверстие 17 и колпак 18 подающего устройства 5, второе приточное отверстие 17.2 подающего устройства 5.1 имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем площадь поперечного сечения приточного отверстия 17.1. В показанном примере варианта осуществления протяженный по окружности сегмент поверхности оболочки, по которому проходит приточное отверстие 17.2, короче, чем у приточного отверстия 17.1. Приточное отверстие 17.2 на несколько угловых градусов меньше 90°. Поток выхлопных газов, проходящий через колпак 18.1, в значительной степени захватывается колпаком 18.2 и также внецентренно направляется внутрь дозирующей трубки 9 через приточное отверстие 17.2. Вихревой поток, который возникает внутри дозирующей трубки 9.1, аналогичен по энергии вихревому потоку, который возникает внутри дозирующей трубки 9. В связи с этим, значения равномерного распределения скорости, а также значения равномерного распределения восстанавливающего вещества, захватываемого потоком, почти идентичны значениям, которые описаны выше в отношении подающего устройства 5.

[0041] В примере варианта осуществления, показанном на фигурах, корпус 8 смесителя имеет полусферическую форму. Даже если такая конфигурация корпуса смесителя целесообразна, и дозирующая трубка пересекает корпус смесителя по центру так, что она имеет максимально возможную протяженность внутри корпуса смесителя, дозирующая трубка также может пересекать корпус смесителя не по центру. Это особенно возможно в вариантах осуществления без какого-либо ущерба для длины дозирующей трубки, расположенной внутри корпуса смесителя, если корпус смесителя имеет геометрию, которая отличается от геометрии круглого основания, например, геометрию квадратного или прямоугольного основания.

[0042] Фиг. 9 показывает другой пример варианта осуществления подающего устройства 5.2, который, в основном, сконструирован так же, как и подающее устройство 5.1. В случае подающего устройства 5.2, в отличие от подающего устройства 5.1, два приточных отверстия расположены не по центру относительно дозирующей трубки 9.2 в ее секции, расположенной внутри корпуса 8.1 смесителя. Лопатообразные колпаки 18.3, 18.4, закрывающие приточные отверстия дозирующей трубки 9.2, имеют V-образную форму в развернутом виде и, таким образом, являются коническими в направлении к концу, противоположному их горловинам. За счет расположения не по центру колпаков 18.3, 18.4 или приточных отверстий, расположенных под ними, расстояние от границы со стороны дозирующей трубки колпаков 18.3, 18.4 до стенки 28, образующей пространство потока дозирующей трубки, окружающее дозирующую трубку 9.2, значительно больше в направлении ко второму концу дозирующей трубки 9.2, чем расстояние от противоположной границы колпаков 18.3, 18.4 до противоположной стенки 29. Каждая из стенок 28, 29 представляет собой стеновые секции, так как внутренняя стенка корпуса 8.1 смесителя образована непрерывной стенкой. Расстояние между колпаками 18.3, 18.4 и стенкой 28 в показанном примере варианта осуществления примерно в пять раз больше расстояния до стенки 29. Выхлопной газ, втекающий через впускное отверстие, напрямую течет по секции дозирующей трубки 9.2, которая следует за приточными отверстиями в направлении потока выхлопного газа через дозирующую трубку 9.2. Этот выхлопной газ не только течет по дозирующей трубке 9.2 в этой секции, но и обтекает ее. В связи с этим эта секция дозирующей трубки 9.2 особенно хорошо нагревается, в результате чего жидкий реагент, который мог осесть или оседает на внутренней стенке, будет немедленно испаряться с соответственной температурой выхлопного газа.

[0043] На фиг. 9 конусный распылитель 30 дозирующего блока 6, соединенного с заглушкой 10.1, показан штрихпунктирной линией. Конусный распылитель 30 выполнен под таким углом, что капли предшественника, впрыскиваемые дозирующим блоком 6, не достигают внутренней стенки дозирующей трубки 9.2 вплоть до приточных отверстий, если они уже не были захвачены в виде взвеси вихревым потоком во время работы подающего устройства 5.2. В показанном примере варианта осуществления угол распыла составляет около 30°. В этом варианте осуществления внутренняя стенка трубы, расположенной после впускных колпаков 18.3, 18.4 в направлении потока выхлопного газа внутри дозирующей трубки 9.2, используется так, что капли предшественника ударяются о нее и разбиваются на более мелкие капли вследствие энергии удара. Мелкие капли испаряются более быстро за счет их относительно большей площади поверхности. В дополнение, они также испаряются на нагретой внутренней стенке этой секции дозирующей трубки. Эта мера может оптимизировать высвобождение аммиака, содержащегося в предшественнике, в качестве восстанавливающего вещества без увеличения обратного давления выхлопных газов, таким образом, дополнительно уменьшая путь потока, требуемый для высвобождения восстанавливающего вещества и достижения желаемого равномерного распределения.

[0044] Подающее устройство 5.2 также имеет схему 31 расположения промывочных отверстий. Схема 31 расположения промывочных отверстий содержит промывочное отверстие 33, обеспеченное колпаком 32, который расположен снаружи колпака 18.3, горловина которого ориентирована в направлении потока выхлопного газа. Дополнительные промывочные отверстия 34 расположены наподобие сетки, образованной круглыми отверстиями, соосно с горловиной колпаков 18.3, 18.4. Они также служат для уменьшения перепада давления.

[0045] В этом варианте осуществления отбойная перегородка 35 вставлена в пространство потока дозирующей трубки и проходит вокруг задней стороны дозирующей трубки 9.2 (смотри фиг. 10). Протяженность отбойной перегородки 35 лучше видна на одном отдельном виде дозирующей трубки 9.2, который показывает дозирующую трубку в направлении обзора, противоположном фиг. 9. Отбойная перегородка 35 используется для подачи выхлопного газа через пространство потока дозирующей трубки в горловину колпака 18.4. За счет этой меры в показанном примере варианта осуществления около 60% поступающего выхлопного газа течет через колпак 18.3 и приточное отверстие, связанное с ним, внутрь дозирующей трубки 9.2, тогда как только 40% выхлопного газа направляется внутрь дозирующей трубки 9.2 через приточное отверстие, связанное с колпаком 18.4.

[0046] Фиг. 11 показывает другой вариант осуществления подающего блока 5.3. Он имеет четыре колпака 18.5 и соответственные приточные отверстия, расположенные ниже них, которые имеют угловое расстояние 90° друг от друга (смотри вид в сечении на фиг. 12). В этом варианте осуществления заглушка, содержащая дозирующий блок, вставлена в дозирующую трубку 9.3, как может быть видно на виде в продольном сечении на фиг. 13. Заглушка обозначена на ней ссылочной позицией 10.2. Такое расположение заглушки 10.2, а именно ее встраивание в первый конец дозирующей трубки, также может быть обеспечено в других вариантах осуществления. Этот вариант осуществления не привязан к другим признакам подающего устройства 5.3.

[0047] Схема 31.1 расположения промывочных отверстий имеет кольцеобразную структуру в направлении заглушки 10.2, смежной с расположением колпаков 18.5, в примере варианта осуществления, показанном посредством двух кольцевых рядов дырок (смотри фиг. 11). Они служат для промывки внутренней части заглушки 10.2 или форсунок дозирующего блока, не показанного на этой фигуре, которые выступают через него, и также для уменьшения потерь давления. Вытянутые отверстия в виде дырок также могут быть обеспечены вместо геометрии поперечного сечения промывочных отверстий этой схемы 31.1 расположения промывочных отверстий.

[0048] Как видно на фиг. 12, колпаки 18.5 подающего устройства 5.3 и приточные отверстия ниже них расположены таким образом, что горловина верхнего колпака 18.5, показанного на фиг. 12, ориентирована в направлении притока выхлопного газа. Вместо такой ориентации колпаков 18.5 они могут также иметь ориентацию, которая повернута против часовой стрелки или по часовой стрелке на 45° относительно ориентации в подающем устройстве 5.3.

[0049] Другой пример варианта осуществления подающего устройства 5.4 показан на фиг. 14. Этот пример варианта осуществления соответствует тому, что на фигурах 9 и 11, но с разницей в том, что корпус 8.2 смесителя имеет выпуклость на стороне, содержащей заглушку 10.3. Она служит цели встраивания форсунки (форсунок) дозирующего блока в установочное пространство корпуса 8.2 смесителя. Колпаки 18.6 подающего устройства 5.4 имеют коническую форму, как может быть видно особенно хорошо на иллюстрации на фиг. 15, причем левый край колпаков 18.6, который может быть виден на фиг. 15, находится практически в выравнивании с внутренней частью заглушки 10.3. В дополнение, подающее устройство 5.4 имеет промывочное отверстие 36, чтобы дать возможность дополнительному потоку выхлопных газов проходить мимо форсунки (форсунок) дозирующего блока.

[0050] Каждое из подающих устройств вышеописанных примерах вариантов осуществления имеет симметричную конфигурацию относительно их протяженности в продольном направлении соответственной дозирующей трубки. Фигуры 16 и 17 показывают разные конструкции колпаков в этом отношении. Конструкция колпаков в подающем устройстве, показанном на фиг. 16, выполнена с возможностью направления поступающего выхлопного газа внутрь заглушки. В конструкции колпаков, показанных на фиг. 17, поступающий выхлопной газ отклоняется в сторону от внутренней части заглушки.

[0051] В варианте осуществления, не показанном на фигурах, объединяются два типа колпаков на фигурах 16 и 17. В этом варианте осуществления они расположены поочередно в периферийном направлении. Эти варианты осуществления показывают, что на характеристики завихрения можно влиять простыми изменениями геометрии колпаков.

[0052] Вышеупомянутые примеры конструкции колпаков могут быть использованы независимо от конкретных примеров вариантов осуществления, показанных на фигурах 16 и 17, для всех других примерах вариантов осуществления, особенно вышеупомянутых примерах вариантов осуществления.

[0053] Изобретение было описано со ссылкой на примеры вариантов осуществления. Без отклонения от объема охраны соответствующей формулы изобретения, специалист в данной области техники будет видеть другие варианты осуществления изобретения, которые не требуют подробного объяснения здесь.

Перечень ссылочных позиций

1 - Система очистки выхлопных газов

2 - Сажевый фильтр

3 - Окислительный катализатор

4 - Катализатор SCR

5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 - Подающее устройство

6 - Дозирующий блок

7 - Изоляция

8, 8.1, 8.2 - Корпус смесителя

9, 9.1, 9.2, 9.3 - Дозирующая трубка

10, 10.1, 10.2, 10.3 - Заглушка

11 - Соединение дозирующего блока

12, 12.1 - Разъем

13 - Первая часть корпуса смесителя

13.1 - Вторая часть корпуса смесителя

14 - Секция соединения

15, 15.1 - Впускное отверстие

16 - Зажим

17, 17.1, 17.2 - Приточное отверстие

18, 18.1, 18.6 - Колпак

19 - Задняя стенка

20 - Гнездо дозирующей трубки

21 - Гнездо дозирующей трубки

22 - Верх

23 - Внутренняя стенка

24 - Зазор

25 - Передний край

26 - Вершина

27 - Промывочное отверстие

28 - Стенка

29 - Стенка

30 - Конус распыла

31, 31.1 - Схема расположения промывочных отверстий

32 - Колпак

33 - Промывочное отверстие

34 - Промывочное отверстие

35 - Направляющая пластина

36 - Промывочное отверстие

Изобретение относится к устройству (5) подачи химического реагента в выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания, содержащему: корпус (8) смесителя, имеющий впускное отверстие (15), через которое поток выхлопных газов поступает в корпус (8) смесителя; дозирующую трубку (9), проходящую через корпус (8) смесителя, по направлению к которой поток выхлопных газов, втекающий в корпус (8) смесителя, течет в поперечном направлении, и имеющую первый конец и второй конец; дозирующий блок (6), который расположен на первом конце дозирующей трубки (9) и может быть соединен с источником реагента, для выпуска реагента в дозирующую трубку (9); и средство создания вихревого потока выхлопных газов. Средство создания вихревого потока выполнено с возможностью создания вихревого потока внутри дозирующей трубки (9). С этой целью дозирующая трубка (9) имеет по меньшей мере одно приточное отверстие (17), продолжающееся по сегменту поверхности оболочки на не менее чем 45° в периферийном направлении и продолжающееся по по меньшей мере одной секции длины дозирующей трубы (9), расположенной внутри корпуса (8) смесителя, причем указанное приточное отверстие имеет лопатообразный колпак (18), расположенный на дозирующей трубке (9) и направляющий поток выхлопных газов внецентренно в приточное отверстие (17). 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство подачи химического реагента в выхлопную систему двигателя внутреннего сгорания, содержащее

- корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя с впускным отверстием (15, 15.1), через которое поток выхлопных газов поступает в корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя,

- дозирующую трубку (9, 9.1, 9.2, 9.3) с первым концом и вторым концом, по направлению к которой поток выхлопных газов, втекающий в корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя, течет в поперечном направлении,

- дозирующий блок (6), который расположен на первом конце дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3) и может быть соединен с источником реагента для подачи реагента в дозирующую трубку (9, 9.1, 9.2, 9.3), и

- средство образования вихревого потока выхлопных газов, причем это средство выполнено с возможностью образования этого потока внутри дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), и с этой целью дозирующая трубка (9, 9.1, 9.2, 9.3) имеет по меньшей мере одно приточное отверстие (17; 17.1, 17.2), продолжающееся по по меньшей мере одной секции длины дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), расположенной внутри корпуса (8, 8.1, 8.2) смесителя, с по меньшей мере одним лопатообразным колпаком (18; 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6), расположенным на дозирующей трубке (9, 9.1, 9.2, 9.3), направляющим поток выхлопных газов внецентренно в приточное отверстие (17; 17.1, 17.2), причем этот по меньшей мере один лопатообразный колпак (18; 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6) окружает по меньшей мере одно приточное отверстие (17; 17.1, 17.2) сбоку и сзади и по меньшей мере в основном закрывает его в радиальном направлении, и причем между по меньшей мере одним колпаком (18; 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6) и внутренней поверхностью оболочки корпуса (8, 8.1, 8.2) смесителя остается зазор (24), отличающееся тем, что дозирующая трубка (9, 9.1, 9.2, 9.3) входит в корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя, и по меньшей мере одно приточное отверстие (17; 17.1, 17.2) дозирующей трубки (9, 9.1) продолжается по сегменту поверхности оболочки на не менее чем 45° в периферийном направлении, и в его угловой конфигурации имеет геометрию трапециевидного контура, причем более короткая сторона этой геометрии контура относительно направления притока выхлопного газа совпадает с задним краем, следуя в продольной протяженности, тем, что дозирующий блок (6) впрыскивает реагент под давлением в дозирующую трубку (9, 9.1, 9.2, 9.3), и тем, что конус (30) распыла реагента, впрыскиваемого в дозирующую трубку (9, 9.1, 9.2, 9.3), в продольной протяженности дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3) в направлении к ее второму концу, выходит только за по меньшей мере одним приточным отверстием (17, 17.1, 17.2) на внутреннюю стенку дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), и выхлопной газ, втекающий в устройство (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4), течет снаружи этой секции внутренней стенки дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что горловина по меньшей мере одного колпака (18, 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6) указывает в направлении к впускному отверстию (15, 15.1) корпуса (8, 8.1, 8.2) смесителя, причем в эту горловину колпака напрямую течет газ, поступающий через впускное отверстие (15, 15.1).

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что приточное отверстие (17, 17.1, 17.2), закрытое этим колпаком (18, 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6), имеет его передний край, следуя в продольной протяженности дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), в области вершины (26) дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), расположенной поперечно направлению потока втекающего выхлопного газа, в направлении потока выхлопного газа до вершины (26).

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что приточное отверстие (17, 17.1, 17.2), относящееся к этому колпаку (18, 18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6), продолжается на около 90°, в частности на несколько градусов больше 90°, в периферийном направлении дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя имеет внутреннюю область полусферической формы, и отверстие внутренней области образует его впускное отверстие (15, 15.1).

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что корпус (8, 8.1, 8.2) смесителя состоит из двух частей, и срединная продольная плоскость дозирующей трубки (9, 9.1, 9.2, 9.3), проходящая поперечно впускному отверстию, расположена в области плоскости разделения двух частей (13, 13.1) корпуса смесителя.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что в одном варианте выполнения, в котором дозирующая трубка (9.1) содержит два или более приточных отверстия (17.1, 17.2), второе приточное отверстие (17.2) выровнено диаметрально противоположно первому приточному отверстию (17.1) относительно продольной оси дозирующей трубки (9.1, 9.2, 9.3), и обе горловины колпаков, если смотреть в периферийном направлении дозирующей трубки (9.1, 9.2, 9.3), выровнены с их колпаками (18.1, 18.2, 18.3, 18.4, 18.5, 18.6) в том же направлении.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что протяженность второго приточного отверстия (17.2) продолжается по меньшему сегменту поверхности оболочки в периферийном направлении дозирующей трубки (9.1), чем первое приточное отверстие (17.1).

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что по меньшей мере одно приточное отверстие и колпак (18.3, 18.4, 18.5, 18.6), закрывающий его, расположены в каждом случае, относительно продольной протяженности дозирующей трубки (9.2, 9.3), не по центру в ее секции, расположенной внутри корпуса (8.1, 8.2) смесителя, причем интервал расстояния между по меньшей мере одним колпаком (18.3, 18.4, 18.5, 18.6) и стенкой (28), ограничивающей вихревую камеру дозирующей трубки в направлении ко второму концу дозирующей трубки (9.2, 9.3), больше, чем интервал расстояния между колпаком (18.3, 18.4, 18.5, 18.6) и стенкой (29), противоположной ей.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что интервал расстояния между колпаком (18.3, 18.4, 18.5, 18.6) по меньшей мере одного приточного отверстия и стенкой (28), ограничивающей вихревую камеру дозирующей трубки в направлении ко второму концу дозирующей трубки (9.2, 9.3), приблизительно в три-пять раз больше интервала расстояния между колпаком (18.3, 18.4, 18.5, 18.6) и противоположной стенкой (29).

11. Устройство по любому из пп. 1-10, отличающееся тем, что дозирующая трубка (9, 9.1, 9.2, 9.3) содержит в области дозирующего блока (6) одно или более промывочных отверстий (27, 33, 34, 36) для того, чтобы позволять выхлопному газу течь мимо выпуска реагента дозирующего блока (6).

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что дозирующая трубка (9, 9.1, 9.2, 9.3) содержит схему (31, 31.1) расположения промывочных отверстий со множеством промывочных отверстий, которые расположены в форме кольца, смежного с колпаком (18.5), закрывающим по меньшей мере одно приточное отверстие.

13. Устройство по любому из пп. 1-12, отличающееся тем, что реагент впрыскивается в виде предшественника в форме текучей среды, в частности, в виде водного раствора мочевины, в дозирующую трубку (9, 9.1, 9.2, 9.3).

14. Устройство по любому из пп. 1-13, отличающееся тем, что по меньшей мере два или множество отверстий для впрыска обеспечены в каждом случае лопатообразным колпаком, причем эти колпаки расположены, относительно вихревого эффекта, который они образуют, в направлении к первому и/или второму концу дозирующей трубки.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что колпаки расположены попеременно по направлению к первому и второму концу дозирующей трубки.

16. Устройство по любому из пп. 1-15, отличающееся тем, что впускное отверстие (15, 15.1) корпуса (8, 8.1, 8.2) смесителя соединено напрямую с выпуском устройства очистки выхлопных газов, в частности, сажевым фильтром (2).

17. Система очистки выхлопных газов для уменьшения содержания NOx в выхлопном газе двигателя внутреннего сгорания на каталитическом конвертере (4) SCR, содержащая каталитический конвертер (4) SCR и устройство (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4), расположенное по ходу перед ним в направлении потока выхлопных газов, для введения восстанавливающего средства, требуемого для катализа SCR, в частности, водного раствора мочевины, в систему выхлопных газов, отличающаяся тем, что это устройство представляет собой устройство (5, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) по любому из пп. 1-16.