СИСТЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ ВОССТАНОВИТЕЛЯ В СИСТЕМАХ ДЛЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПОВ
SYSTEM AND DEVICE FOR REDUCING FORMATION OF REDUCTANT DEPOSITS IN SYSTEMS FOR ADDITIONAL EXHAUST PURIFICATION

Область техники
Настоящая заявка в общем относится к системам внутреннего сгорания и более конкретно к системам для дополнительной очистки выхлопов для дизельных двигателей.
Уровень техники
Современные системы, которые содержат двигатели внутреннего сгорания, часто содержат систему для дополнительной очистки выхлопов на основе селективного каталитического восстановления (СКВ) для регулирования выбросов выхлопной системы. СКВ-системы обычно содержат расходный резервуар для восстановителя, соединенный с насосом и дозатором, который впрыскивает восстановитель в поток выхлопных газов, который совместно с катализатором СКВ уменьшает выбросы NOx. Даже при нормальных рабочих условиях восстановитель, впрыскиваемый в поток выхлопных газов, служит источником накопления восстановителя с течением времени и, более конкретно, вызывает образование отложений восстановителя около места, где восстановитель впрыскивают в поток выхлопных газов. Таким образом, остается необходимость в дополнительных усовершенствованиях в системах для дополнительной очистки выхлопов для уменьшения образования отложений восстановителя.
Раскрытие изобретения
Один вариант осуществления представляет собой уникальную систему и устройство для уменьшения образования отложений восстановителя в выхлопной системе, которое направляет, по меньшей мере, часть потока выхлопных газов в направлении отверстия для восстановителя в системе для дополнительной очистки выхлопов. Настоящее краткое раскрытие не предназначено для определения ключевых или существенных признаков заявляемого объекта, а также не предназначено для использования в качестве средства ограничения объема заявляемого объекта. Дополнительные варианты осуществления, формы, цели, признаки, преимущества, аспекты и благоприятные эффекты станут очевидными из следующего описания и графических материалов.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы, содержащей типичный двигатель и систему для дополнительной очистки выхлопов.
На Фиг. 2 представлено схематическое изображение типичного устройства для дополнительной очистки выхлопов.
Фиг. 3А-3В представляют собой виды в перспективе одного варианта осуществления направляющего поток выхлопных газов устройства и направляющего устройства, установленного на входе устройства для дополнительной очистки выхлопов, соответственно.
Фиг. 4А-4В представляют собой виды в перспективе другого варианта осуществления направляющего поток выхлопных газов устройства и направляющего устройства, установленного на входе устройства для дополнительной очистки выхлопов, соответственно.
Осуществление изобретения
С целью содействия пониманию принципов настоящего изобретения ссылка теперь будет сделана на варианты осуществления, показанные в графических материалах, и характерная терминология будет использована для их описания. Однако следует понимать, что показанные варианты осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения и предусматривают внесение любых изменений и дополнительных модификаций в представленные варианты осуществления, а также любые дополнительные варианты применения представленных идей настоящего изобретения, понятных специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение.
На Фиг. 1 показана типичная система 100, которая содержит систему 110 для дополнительной очистки выхлопов. Системой 100 можно снабдить любое подходящее устройство, такое как транспортное средство с приводом от двигателя 102, такого как дизельный двигатель, или двигатель 102, используемый в других применениях, таких как системы генерирования энергии, насосные системы, судовые и локомотивные системы. Двигатель 102 содержит впускную систему 104, через которую входит наддувочный воздух, и выхлопную систему 106, через которую выходит поток выхлопного газа, получающийся в результате сгорания, следует понимать, что показаны не все детали этих систем, которые обычно присутствуют.
x
Двигатель 102 содержит ряд цилиндров, образующих камеры сгорания, в которых топливо сгорает с наддувочным воздухом, который поступил через впускную систему 104. Процесс горения дает значительное количество выбросов, самыми главными являются оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2), общеизвестные как NO. Другие выбросы включают твердые частицы, монооксид углерода (СО) и углеводороды (НС). Перед выходом в атмосферу, однако, выхлопной газ обрабатывают при помощи одного или нескольких устройств для дополнительной очистки в системе 110 для дополнительной очистки выхлопов для уменьшения или устранения таких выбросов.
x
x
x
Согласно одному примеру выхлопная система 106 содержит систему 110 для дополнительной очистки выхлопов, содержащую один или несколько катализаторов 116 селективного каталитического восстановления (СКВ) и одно или несколько мест для получения восстановителя из системы 120 дозирования восстановителя. Распылитель 114 восстановителя устанавливают на участке выхлопной системы 106 выше по потоку относительно катализатора 116 СКВ, причем его выпускное отверстие или форсунка расположены так, чтобы распылять восстановитель в выхлопную систему 106, где он смешивается с выхлопным газом двигателя, производимым двигателем 102. Катализатор 116 СКВ активирует химическую реакцию между восстановителем и NO в выхлопном газе, которая превращает значительные количества NO, для уменьшения выбросов NO перед тем, как выхлопной газ выходит в атмосферу.
Система для дополнительной очистки выхлопов также содержит направляющее поток выхлопных газов устройство 112 на пути потока выхлопных газов выше по потоку относительно распылителя 114 восстановителя. Направляющее поток выхлопных газов устройство 112 направляет, по меньшей мере, часть потока выхлопных газов в направлении распылителя 114 восстановителя для эффективного перемешивания выхлопного газа и восстановителя, распыляемого в выхлопную систему 106 при помощи распылителя 114 восстановителя. Эффективное перемешивание выхлопного газа с восстановителем уменьшает образование отложений восстановителя в выхлопной системе 106. Уменьшение образований отложений восстановителя повышает надежность и способность удовлетворять требованиям в отношении выбросов системы для дополнительной очистки выхлопов. Направляющее поток выхлопных газов устройство 112 рассмотрено подробно ниже.
Система 110 для дополнительной очистки может содержать один или несколько других непоказанных компонентов для дополнительной очистки, таких как дизельные катализаторы окисления, дизельные сажевые фильтры, катализатор окисления аммиака и различные датчики температуры, давления и датчики компонентов выхлопного газа. Выхлопная система 106 может также содержать различные непоказанные компоненты, например, систему рециркуляции выхлопного газа, систему турбонагнетателя, холодильники и другие компоненты, соединяющие выхлопную систему 106 с впускной системой 104.
Система 120 дозирования восстановителя получает восстановитель из расходного резервуара для восстановителя (не показан) и подает восстановитель в выхлопную систему 106 при помощи распылителя 114 или любого подходящего устройства или приспособления для впрыска или подачи восстановителя в камеру разложения или непосредственно в выхлопную систему 106. При использовании в настоящем документе распылитель содержит любую форсунку, статическое устройство, устройство с электронным управлением и/или механический привод, который обеспечивает выход подаваемого восстановителя в поток выхлопных газов. Один пример подходящего восстановителя представляет собой жидкость для выхлопных систем дизельных двигателей (DEF), которая содержит раствор 32,5% мочевины высокой чистоты и 67,5% деионизированной воды. Следует принять во внимание, однако, что любой восстановитель, подходящий для впрыска в выхлопную систему при помощи системы 120 дозирования, можно также использовать.
На Фиг. 2 показан типичный вариант осуществления устройства 200 для дополнительной очистки выхлопов. Устройство 200 для дополнительной очистки содержит кожух 204, который ограничивает камеру 210 разложения и камеру 230 с носителем катализатора. Согласно другим вариантам осуществления камера 210 разложения и камера 230 с носителем катализатора ограничены отдельными кожухами. Отдельные кожухи можно соединять непосредственно друг с другом или соединять друг с другом при помощи трубопровода. Камера 210 разложения содержит впускное отверстие 212 для получения потока 202 выхлопных газов, производимого при работе двигателя 102. Направляющее поток выхлопных газов устройство 214 расположено в или рядом с впускным отверстием 212 на пути потока 202 выхлопных газов. Направляющее поток выхлопных газов устройство 214 может быть закреплено во впускном отверстии 212 одной или несколькими скобами 216. Согласно другим вариантам осуществления направляющее поток выхлопных газов устройство 214 закреплено на стенке кожуха 204, выхлопном трубопроводе, соединенном с впускным отверстием 212, или другой структуре выхлопной системы. Камера 210 разложения соединена с системой 120 восстановителя при помощи по меньшей мере одного отверстия 222 распылителя восстановителя распылителя 114 восстановителя, который выполнен с возможностью впрыска восстановителя в поток 202 выхлопных газов через отверстие 222 распылителя восстановителя.
Камера 230 с носителем катализатора соединена с камерой 210 разложения посредством впускного отверстия 232 камеры с носителем катализатора так, чтобы пропускать смешанный восстановитель и поток выхлопных газов 202 из камеры 210 разложения в камеру с носителем катализатора. Впускное отверстие 232 смещено в осевом направлении относительно впускного отверстия 212 так, что поток выхлопных газов 202 движется от первой стороны камеры 210 разложения, где расположено отверстие 222 для восстановителя, к противоположной стороне камеры 210 разложения для подачи смешанного восстановителя и потока выхлопных газов в камеру 230 с носителем катализатора. Расположение со смещением обеспечивает небольшой путь потока, который содействует перемешиванию восстановителя и выхлопного газа перед подачей в камеру 230 с носителем катализатора. Камера 230 с носителем катализатора также содержит один или несколько катализаторов 234 СКВ для активации химической реакции между восстановителем и NOx в потоке 202 выхлопных газов. Поток 202 выхлопных газов выходит из кожуха 204 и камеры 230 с носителем катализатора через выпускное отверстие 236 камеры с носителем катализатора. Другие расположения одного или нескольких катализаторов 234 СКВ в камере 230 с носителем катализатора также предусмотрены. Выпускное отверстие 236 смещено относительно впускного отверстия 232 и прилегает к той же стороне кожуха 204, что и впускное отверстие 212, хотя другие размещения не исключены.
Направляющее поток выхлопных газов устройство 214 установлено во впускном отверстии 212 камеры разложения для создания пространства между наружной поверхностью направляющего поток выхлопных газов устройства 214 и внутренней поверхностью впускного отверстия 212 камеры разложения. Пространство определяет первый путь 240 потока, причем, по меньшей мере, часть потока выхлопных газов направляется через пространство. Второй путь 242 потока определяется посредством внутреннего пространства направляющего поток выхлопных газов устройства 214. Второй путь 242 потока направляет вторую часть потока выхлопных газов в направлении отверстия 222 распылителя восстановителя, создавая силу сдвига поперек отверстия 222 для восстановителя, что уменьшает образование отложений восстановителя. Кроме того, первый и второй пути 240, 242 потока разделяют поток выхлопных газов таким образом, что снижают рециркуляцию выхлопного газа в камере 210 разложения, дополнительно уменьшая образование отложений восстановителя без уменьшения расхода потока 202 выхлопных газов на катализаторы 234 СКВ.
На показанном на Фиг. 2 устройстве 200 для дополнительной очистки выхлопов показано, как поток выхлопных газов 202 входит во впускное отверстие 212 камеры разложения, которое расположено на торце камеры 210 разложения. Следует иметь в виду, что направляющее поток выхлопных газов устройство 214 может быть выполнено с возможностью размещения альтернативных средств для входа потока 202 выхлопных газов в камеру 210 разложения в зависимости от того, где впускное отверстие 212 камеры разложения расположено относительно кожуха 204 и выпускного отверстия 236. Например, впускное отверстие 212 может быть расположено на боку кожуха 204. При использовании в настоящем документе торцевое впускное отверстие и торцевое выпускное отверстие, такие, как показанные на Фиг. 2, ориентированы в одинаковом направлении относительно потока выхлопных газов через кожух 204, в то время как боковое впускное отверстие и торцевое выпускное отверстие расположены в поперечных направлениях относительно друг друга на кожухе 204. Однако предусмотрена любая комбинация впускных отверстий и выпускных отверстий, включая торцевое впускное отверстие и боковое выпускное отверстие, боковое впускное отверстие и боковое выпускное отверстие и пр. Направляющее поток выхлопных газов устройство 314 на Фиг. 4А-4В, обсуждаемое более подробно ниже, представляет собой примерный вариант осуществления, используемый в типе направляющего поток выхлопных газов устройства с боковым впускным отверстием и торцевым выпускным отверстием, хотя направляющее поток выхлопных газов устройство 214 можно использовать в устройстве с боковым впускным отверстием, и направляющее поток выхлопных газов устройство 314 Фиг. 4А-4В можно использовать в устройстве с торцевым впускным отверстием.
На Фиг. 3А-3В более подробно показано направляющее поток выхлопных газов устройство 214. Направляющее поток выхлопных газов устройство 214 содержит корпус 250, который имеет форму усеченного конуса, проходящего между первым торцом 260 и противоположным вторым торцом 262. Второй торец 262 расположен в направлении камеры 230 разложения, а первый торец 260 расположен на расстоянии от второго торца 262 для приема потока выхлопных газов. Корпус 250 содержит внутреннюю поверхность 252, определяющую второй путь 242 потока, и противоположную наружную поверхность 254, которая с внутренней поверхностью впускного отверстия 212 определяет первый путь 240 потока. Корпус 250 также определяет отверстие или прорезь 258 вдоль одной его стороны, которая ориентирована в направлении отверстия 222 для восстановителя, чтобы направлять, по меньшей мере, часть потока выхлопных газов в направлении отверстия 222 для восстановителя. Прорезь 258 обеспечивает отверстие, через которое первый путь 240 потока и второй путь 242 потока сообщаются друг с другом. Скобы 216 присоединены к наружной поверхности 254 и выступают радиально наружу из нее для закрепления в, например, впускном отверстии 212 так, чтобы отделять наружную поверхность 254 стенки расстоянием от внутренней поверхности впускного отверстия 212 и образовывать и сохранять отверстие канала 240 первого потока.
На Фиг. 4А-4В показан другой вариант осуществления направляющего поток выхлопных газов устройства 314, который подобен направляющему поток выхлопных газов устройству 214. Нацеливающее поток выхлопных газов устройство содержит первый и второй фрагменты 350а, 350b стенок, причем обращенные наружу торцы образуют противоположные прорези 358а, 358b. Скобы 216 прикрепляются к соответствующим фрагментам 350а, 350b стенок для установки направляющего поток выхлопных газов устройства 314 во впускном отверстии 212 способом, подобным тому, который обсуждался выше относительно направляющего поток выхлопных газов устройства 214 как, например, показано на Фиг. 4В. Противоположные прорези 358а, 358b обеспечивают жидкостную связь между первым путем 240 потока и вторым путем 242 потока на противоположных сторонах направляющего поток выхлопных газов устройства 314.
Различные аспекты системы и устройства раскрыты в настоящем документе. Например, один аспект включает систему, которая содержит двигатель внутреннего сгорания, производящий поток выхлопных газов, и блок для дополнительной очистки компонентов выхлопа, присоединенный к двигателю для приема выхлопа, причем блок для дополнительной очистки компонентов выхлопа содержит камеру разложения, присоединенную к блоку восстановления, причем блок восстановления содержит катализатор ниже по потоку относительно камеры разложения, камера разложения содержит впускное отверстие выше по потоку относительно соединения с блоком восстановления и дополнительно содержит направляющее поток выхлопных газов устройство во впускном отверстии, и направляющее поток выхлопных газов устройство выполнено с возможностью определения первого пути потока выхлопных газов через направляющее поток выхлопных газов устройство в соединении системы восстановителя и дополнительно выполнено с возможностью определения второго пути потока выхлопных газов между наружной стенкой направляющего поток выхлопных газов устройства и впускным отверстием.
Согласно дополнительному варианту осуществления направляющее поток выхлопных газов устройство выполнено с возможностью направления потока выхлопных газов в направлении соединения с источником восстановителя. Согласно еще одному дополнительному варианту осуществления направляющее поток выхлопных газов устройство содержит корпус в форме усеченного конуса, который выступает наружу в направлении потока выхлопных газов. Согласно еще одному дополнительному варианту осуществления корпус содержит по меньшей мере одну прорезь, образующую боковое отверстие корпуса, ориентированное в направлении отверстия для восстановителя. Согласно еще одному дополнительному варианту осуществления корпус содержит вторую прорезь, образующую второе боковое отверстие напротив бокового отверстия. Согласно другому дополнительному варианту осуществления корпус образован первым и вторым фрагментами стенки, которые проходят между боковыми отверстиями.
Согласно одному варианту осуществления системы система восстановителя содержит расходный резервуар для восстановителя, распылитель восстановителя, соединенный с расходным резервуаром посредством насоса, и наконечник дозатора, соединенный с распылителем восстановителя, выполненный с возможностью находиться в потоке выхлопных газов ниже по потоку относительно нацеливающего поток выхлопных газов устройства.
Другой пример включает устройство для дополнительной очистки выбросов выхлопных газов, который содержит по меньшей мере один кожух, определяющий камеру разложения, находящуюся в жидкостной связи с камерой с носителем катализатора, причем в камере с носителем катализатора помещен катализатор, а камера разложения расположена выше по потоку относительно камеры с носителем катализатора, причем кожух содержит впускное отверстие в камеру разложения и отверстие для восстановителя ниже по потоку относительно впускного отверстия для обеспечения потока восстановителя в камеру разложения; и направляющее поток выхлопных газов устройство, расположенное, по меньшей мере, частично во впускном отверстии, причем направляющее поток выхлопных газов устройство выполнено относительно впускного отверстия так, чтобы направлять первую часть потока выхлопных газов вдоль первого пути потока, который проходит через направляющее поток выхлопных газов устройство, в камеру разложения, а вторую часть потока выхлопных газов - вдоль второго пути потока, который проходит вокруг направляющего поток выхлопных газов устройства, в камеру разложения.
Согласно одному усовершенствованию устройства направляющее поток выхлопных газов устройство соединено с и размещено внутри на расстоянии от внутреннего пространства впускного отверстия при помощи множества скоб для определения второго пути потока. Согласно дополнительному усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство определяет сужающуюся наружу конфигурацию первого пути потока в направлении потока выхлопных газов в камере разложения. Согласно другому усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство определяет первую прорезь, ориентированную в направлении отверстия для восстановителя, и прорезь проходит между первым путем потока и вторым путем потока. Согласно еще одному усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство определяет вторую прорезь напротив первой прорези, причем как первая, так и вторая прорези проходят между первым и вторым путями потока. Согласно еще одному дополнительному усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство определяет форму усеченного конуса, который ориентирован таким образом, чтобы расширяться в направлении потока выхлопных газов в камеру разложения.
Согласно еще одному дополнительному усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство содержит внутренний торец, ориентированный в направлении камеры разложения, и обращенный в противоположную сторону наружный торец и прорезь, которая проходит через стенку направляющего поток выхлопных газов устройства от внутреннего торца к наружному торцу, причем прорезь ориентирована в направлении отверстия для восстановителя. Направляющее поток выхлопных газов устройство содержит первый фрагмент стенки и второй фрагмент стенки, причем первый торец как первого, так и второго фрагментов стенки отделен прорезью, а противоположный второй торец первого и второго фрагментов стенки отделен второй прорезью. Согласно еще одному дополнительному усовершенствованию направляющее поток выхлопных газов устройство выполнено с возможностью направления потока выхлопных газов в направлении отверстия для восстановителя. Согласно еще одним дополнительным усовершенствованиям камера разложения и камера с носителем катализатора ограничены общим кожухом или отдельными кожухами.
Согласно другому варианту осуществления устройства для получения потока выхлопных газов устройство содержит по меньшей мере один кожух, ограничивающий камеру разложения, находящуюся в жидкостной связи с камерой с носителем катализатора, причем камера с носителем катализатора вмещает катализатор, а камера разложения расположена выше по потоку относительно камеры с носителем катализатора, причем кожух содержит впускное отверстие в камеру разложения и отверстие для восстановителя ниже по потоку относительно впускного отверстия для обеспечения потока восстановителя в камеру разложения; и направляющее поток выхлопных газов устройство, расположенное, по меньшей мере, частично во впускном отверстии, причем направляющее поток выхлопных газов устройство содержит корпус в форме усеченного конуса, который расширяется в направлении потока выхлопных газов, и корпус содержит по меньшей мере одну прорезь, образующую боковое отверстие корпуса, ориентированное в направлении отверстия для восстановителя.
Согласно усовершенствованию варианта осуществления корпус содержит вторую прорезь, образующую второе боковое отверстие напротив бокового отверстия. Согласно дополнительному усовершенствованию варианта осуществления корпус образован первым и вторым фрагментами стенки, которые проходят между боковыми отверстиями.
Настоящее изобретение было подробно показано и описано на фигурах и в приведенном выше описании исключительно в качестве примера без ограничительного характера, также следует понимать, что были описаны и показаны только некоторые приведенные в качестве примера варианты осуществления и что все изменения и модификации также подпадают под объем правовой охраны настоящего изобретения.
Следует понимать, что использование в приведенном выше описании таких выражений, как предпочитаемый, предпочтительно, предпочтительный или более предпочтительный, указывает на то, что признак, описанный такими выражениями, может являться более желательным, однако может не являться необходимым, а варианты осуществления, не описанные с применением таких выражений, подпадают под объем настоящего изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения. Использование в формуле изобретения форм единственного числа, а также выражений «по меньшей мере один» или «по меньшей мере один участок» не ограничивает объем формулы изобретения только одним объектом, если другое явно не указано формуле изобретения. Использование выражения «по меньшей мере участок» и/или «участок» означает, что элемент может содержать часть и/или весь элемент, если явно не указано другое.