СЕКЦИЯ ТРУБОПРОВОДА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДЛЯ ПОДВОДА ЖИДКОЙ ПРИСАДКИ
EXHAUST GAS LINE SECTION FOR SUPPLYING LIQUID ADDITIVE

Изобретение относится к секции трубопровода отработавших газов для подвода жидкой присадки в устройство обработки отработавших газов. Такая секция трубопровода отработавших газов может быть расположена в трубопроводе отработавших газов или соответственно в устройстве обработки отработавших газов, и при работе двигателя внутреннего сгорания, подключенного к трубопроводу отработавших газов или к устройству обработки отработавших газов, через нее протекает отработавший газ. С помощью описанной секции трубопровода отработавших газов жидкая присадка может подводиться к потоку отработавших газов.
Устройства обработки отработавших газов, к которым подводится жидкая присадка, широко используются. В таких устройствах обработки отработавших газов выполняется, например, способ очистки отработавших газов путем селективного каталитического восстановления (SCR-способ, SCR = Selective Catalytic Reduction). В этом способе соединения оксидов азота в отработавших газах восстанавливаются с помощью восстановителя. В качестве восстановителя используется, в частности, аммиак. Однако аммиак часто подводится к устройству обработки отработавших газов не непосредственно, а в форме раствора предшественника восстановителя. Этот раствор предшественника восстановителя является жидкой присадкой, которая может подводиться к потоку отработавших газов с помощью описанной секции трубопровода отработавших газов.
Для очистки отработавших газов в качестве жидкой присадки особенно часто используется водный раствор мочевины. Водный раствор мочевины с содержанием мочевины 32,5 процента реализуется под торговой маркой AdBlue.
При добавлении жидкой присадки к устройству обработки отработавших газов существует проблема, состоящая в том, что жидкая присадка очень легко образует отложения в устройстве обработки отработавших газов. Например, водный раствор мочевины при подаче в устройство обработки отработавших газов должен быстро испаряться, чтобы не могли образовываться кристаллические частицы мочевины. Кроме того, при подводе стремятся к равномерному распределению жидкой присадки в потоке отработавших газов. За счет равномерного распределения жидкой присадки можно избежать образования отложений, потому что не происходит локально ограниченного обогащения отработавшего газа жидкой присадкой. Локальные обогащения могут привести к образованию более крупных капель присадки, которые не испаряются или испаряются лишь с трудом и усиливают образование отложений.
Чтобы избежать отложений, жидкая присадка при подводе, в частности, не должна входить в контакт с внешней стенкой устройства обработки отработавших газов. Внешняя стенка часто непосредственно контактирует с окружающей средой, так что она от внешней стороны нагружается внешней температурой. Внешняя стенка, таким образом, часто намного холоднее, чем другие участки устройства обработки отработавших газов, которые находятся на расстоянии от внешней стенки. Поэтому жидкая присадка может конденсироваться на стенке трубопровода отработавших газов или соответственно не (достаточно быстро) испаряться и таким образом часто приводить к (неудаляемым или соответственно трудно удаляемым) отложениям.
Исходя из этого, задачей настоящего изобретения является решение описанных в связи с уровнем техники проблем или соответственно по меньшей мере их уменьшение. В частности, должна быть предложена особенно предпочтительная секция трубопровода отработавших газов, с помощью которой жидкая присадка может подводиться к устройству обработки отработавших газов.
Эти задачи решаются секцией трубопровода отработавших газов с признаками пункта 1 формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения. Признаки, приведенные по отдельности в пунктах формулы изобретения, могут комбинироваться любым технологически целесообразным образом друг с другом и могут дополняться пояснительными аспектами из описания, причем раскрываются дополнительные варианты осуществления изобретения.
Поэтому предложена секция трубопровода отработавших газов, через которую может протекать отработавший газ, причем вдоль направления протекания друг за другом расположены структура направления потока, блок подачи для подвода жидкой присадки к отработавшему газу и проточная структура соударения, причем блок подачи и структура направления потока расположены и выполнены таким образом, что область соударения жидкой присадки на структуре соударения перекрывается с центром тяжести распределения потока отработавших газов, протекающих через структуру соударения.
Секция трубопровода отработавших газов предпочтительно является трубой, которая образует секцию трубопровода отработавших газов устройства обработки отработавших газов и через которую протекает отработавший газ (как поток отработавших газов). Секция трубопровода отработавших газов предпочтительно имеет внешнюю стенку, которая ограничивает секцию трубопровода отработавших газов, сторону впуска, через которую поток отработавших газов поступает в секцию трубопровода отработавших газов, и сторону выпуска, через которую поток отработавших газов выходит из секции трубопровода отработавших газов. От стороны впуска к стороне выпуска проходит направление протекания через секцию трубопровода отработавших газов. Секция трубопровода отработавших газов имеет поперечное сечение или соответственно площадь поперечного сечения, которая, в частности, ориентирована, по существу, ортогонально к направлению протекания. Секция трубопровода отработавших газов, предпочтительно, имеет цилиндрическую основную форму, причем внешняя стенка образует окружную поверхность цилиндрической основной формы, а сторона впуска и сторона выпуска, соответственно, образованы торцевыми поверхностями цилиндрической основной формы. То, что структура направления потока, блок подачи и структура соударения в направлении протекания размещены друг за другом, в частности, подразумевает, что эти три компонента расположены, соответственно, в плоскости (плоскости поперечного сечения), ориентированной ортогонально или соответственно перпендикулярно направлению протекания, и соответствующие плоскости поперечного сечения этих трех различных компонентов расположены последовательно друг за другом в направлении протекания.
Структура направления потока размещена на стороне впуска секции трубопровода отработавших газов. Структура направления потока воздействует на поток отработавших газов, который течет через секцию трубопровода отработавших газов от стороны впуска к стороне выпуска. Например, поток может быть сконцентрирован структурой направления потока, расширен и/или по меньшей мере частично отклонен. Структура направления потока расположена, в особенности, непосредственно примыкая к стороне впуска и/или образует первый компонент секции трубопровода отработавших газов. Структура направления потока является, в частности, встроенной деталью, то есть отдельным компонентом, секции трубопровода отработавших газов.
(По меньшей мере один) блок подачи для подачи жидкой присадки к секции трубопровода отработавших газов предпочтительно содержит сопло, с помощью которого жидкая присадка может вводиться в секцию трубопровода отработавших газов. Это сопло, особенно предпочтительно, представляет собой распылительное сопло, которое обеспечивает тонкое распыление жидкой присадки при подаче. Блок подачи расположен в (боковом) отверстии секции трубопровода отработавших газов. Это отверстие проходит через внешнюю стенку секции трубопровода отработавших газов, так что наряду с впускным отверстием и выпускным отверстием еще предусмотрено (по меньшей мере) одно третье отверстие во внешней стенке секции трубопровода отработавших газов, с которым соединен блок подачи. Это третье отверстие однако закрыто посредством блока подачи. В одном варианте осуществления блок подачи также включает в себя инжектор, с помощью которого возможно дозирование жидкой присадки. Предпочтительно, инжектор имеет электрически открывающийся и закрывающийся дозирующий клапан, и подаваемое количество жидкой присадки может быть определено временем открытия инжектора. Распылительное сопло предпочтительно примыкает непосредственно к инжектору и проходит по меньшей мере частично в секцию трубопровода отработавших газов. Кроме того, предпочтительно, что блок подачи открывается на внешней стенке, таким образом, не выступает или лишь минимально выступает за пределы внешней стенки внутрь. Предпочтительно также, что блок подачи выполнен непосредственно после структуры направления потока, так что нет никаких других компонентов, расположенных между ними.
Структура соударения размещена вблизи или на стороне выпуска секции трубопровода отработавших газов. Проточная структура соударения представляет собой структуру, на которую попадает жидкая присадка, которая подводится блоком подачи к отработавшему газу. Структура соударения предпочтительно охватывает площадь поперечного сечения секции трубопровода отработавших газов полностью. В соответствии с этим поток отработавших газов в секции трубопровода отработавших газов должен протекать через структуру соударения. Предпочтительным образом, структура соударения расположена сразу же после блока подачи, таким образом, никакие дополнительные компоненты не расположены между ними. Предпочтительно также, что никакой дополнительный компонент не следует в направлении к выпускной стороне, то есть структура соударения является последним в направлении протекания компонентом секции трубопровода отработавших газов. Предпочтительно также, что структура соударения является отдельным компонентом внутри секции трубопровода отработавших газов (типа встроенной детали).
Область соударения является областью на структуре соударения, на которую попадает жидкая присадка, когда она подводится блоком подачи в секцию трубопровода отработавших газов. Область соударения предпочтительно расположена на поверхности структуры, обращенной к блоку подачи соударения. Эта поверхность может быть разделена на область соударения и периферийную область. Периферийная область является частью поверхности структуры соударения, которая не относится к области соударения. Область соударения предпочтительно является областью, которая находится на расстоянии от внешней стенки секции трубопровода отработавших газов. Таким образом, можно избежать того, что жидкая присадка, попадающая на структуру соударения в области соударения, также будет контактировать с внешней стенкой секции трубопровода отработавших газов. Это могло бы привести к образованию отложений.
Область соударения задается при проектировании и эксплуатации блока подачи, а также посредством пространственного расположения блока подачи по отношению к структуре соударения. блок подачи предпочтительно работает с заданным давлением. Под этим подразумевается, что блок подачи снабжается от блока подвода жидкой присадкой, находящейся под заданным давлением. Сопло блока подачи предпочтительно имеет заданный конус распыления. Форма заданного конуса распыления регулярным образом зависит от заданного давления. Сопло распыляет жидкую присадку при подаче, и в секции трубопровода отработавших газов образуется заданный конус распыления жидкой присадки. Заданный конус распыления имеет определенную ориентацию и определенный угол расширения. Этот угол расширения может составлять, например, между 5 и 30° [угловых градусов]. Ориентация конуса распыления может быть описана посредством (центральной) оси конуса распыления. Ось конуса распыления предпочтительно ориентирована на структуру соударения. Если ориентация или ось конуса распыления и угол расширения установлены соответственно, и структура соударения соответственно размещена в секции трубопровода отработавших газов, то на структуре соударения образуется соответствующим образом область соударения для жидкой присадки.
Блок подачи и структура направления потока выполнены таким образом, что область соударения жидкой присадки на структуре соударения перекрывается с центром тяжести распределения потока отработавшего газа, протекающего через структуру соударения. Распределение потока протекает через структуру соударения, и/или структура соударения обтекается распределением потока. Центр тяжести распределения потока является центром тяжести распределения скоростей потока в плоскости поперечного сечения секции трубопровода отработавших газов, в которой также лежит область соударения структуры соударения. Центр тяжести распределения потока может совпадать с точкой на площади поперечного сечения, в которой имеет место наибольшая скорость потока отработавших газов, когда поток отработавших газов протекает через секцию трубопровода отработавших газов. То, что область соударения и центр тяжести распределения потока перекрываются, означает, что центр тяжести лежит в области соударения.
Область соударения также имеет центр тяжести. Предпочтительно, центр тяжести области соударения является центром тяжести площади области соударения. Распределение жидкой присадки на площади области соударения может быть равномерным. Тогда приходящееся на площадь количество жидкой присадки, которая попадает в область соударения, в любом месте области соударения одинаково. Также возможно, что жидкая присадка распределена неравномерно в области соударения. Например, приходящееся на площадь количество жидкой присадки, которая попадает в область соударения, может на одних участках быть больше, чем на других участках. При этих условиях центр тяжести области соударения может отличаться от центра тяжести площади области соударения. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, центр тяжести области соударения и центр тяжести распределения потока накладываются на структуре соударения. При этом, в частности, подразумевается, что центры тяжести имеют расстояние друг от друга меньше, чем 10 мм [миллиметров], особенно предпочтительно даже меньше, чем 5 мм.
Блок подачи может быть расположен в выпуклости секции трубопровода отработавших газов. Под выпуклостью здесь понимается область секции трубопровода отработавших газов, которая отклоняется от цилиндрической основной формы секции трубопровода вовне и, таким образом, увеличивает объем секции трубопровода отработавших газов.
Блок подачи также может быть расположен в углублении секции трубопровода отработавших газов. Углубление является вдавливанием стенки секции трубопровода отработавших газов, которое уменьшает объем секции трубопровода отработавших газов и, таким образом, также отклоняется от цилиндрической основной формы секции трубопровода отработавших газов. Посредством фокусировки отработавших газов в соответствии с распределением потока, который соответствует области соударения, возникает периферийная область вокруг области соударения. В этой периферийной области возникают только низкие скорости потока отработавших газов. Углубление в этой области не препятствует или только очень незначительно препятствует потоку отработавших газов. Посредством углубления, участок блока подачи, который расположен за пределами секции трубопровода отработавших газов, не выступает или только слегка выступает за цилиндрическую основную форму секции трубопровода отработавших газов. Поэтому углубление обеспечивает возможность очень компактной секции трубопровода отработавших газов с блоком подачи.
Описанная секция трубопровода отработавших газов позволяет, с одной стороны, эффективно избежать отложений жидкой присадки в зоне блока подачи жидкой присадки. С одной стороны, жидкая присадка попадает на структуру только в четко определенной области внутри секции трубопровода отработавших газов (области соударения). В то же время, посредством соответственно предусмотренного распределения потока реализуется более быстрый и эффективный отвод жидкой присадки в области соударения. Распределение потока обуславливает то, что поток отработавших газов особенно эффективно и/или быстро испаряет, химически преобразует и/или отводит жидкую присадку.
Особенно предпочтительным образом блок подачи и структура направления потока расположены и выполнены таким образом, что область соударения соответствует распределению потока.
Распределение потока соответствует области соударения, в частности, тогда, когда скорость потока и/или приходящийся на площадь массовый расход потока отработавших газов в области соударения значительно отклоняется от скорости потока или соотнесенного с площадь массового расхода потока отработавших газов вне области соударения. Предпочтительно, отработавший газ течет в области соударения с первой скоростью потока отработавших газов, в то время как отработавший газ вне области соударения (в периферийной области структуры соударения) течет со второй (значительно отличающейся от первой) скорости потока отработавших газов. Первая скорость потока отработавших газов и вторая скорость потока отработавших газов, являются, соответственно, соотнесенными с средними скоростями потока, которые отработавший газ имеет в соответствующих областях (области соударения и периферийной области). Первая скорость потока отработавших газов предпочтительно по меньшей мере в два раза больше и особенно предпочтительно по меньшей мере в пять раз больше второй скорости потока отработавших газов.
Скорости потока отработавших газов, предпочтительно, в граничной области между областью соударения и периферийной областью сильно различаются. Профиль распределения потока между областью соударения и периферийной областью предпочтительно имеет крутой фронт. Предпочтительно, по меньшей мере, 80 процентов площади области соударения обтекаются со скоростью потока, которая составляет по меньшей мере 90 процентов (средней) первой скорости потока. Предпочтительно, по меньшей мере, 80 процентов площади периферийной области обтекаются со скоростью потока, которая составляет максимум 110 процентов (средней) второй скорости течения. Описанное выполнение распределения потока может быть достигнуто с помощью соответствующего выполнения структуры направления потока.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, когда структура соударения является выпрямителем потока.
Выпрямитель потока предпочтительно характеризуется множеством параллельно проходящих структур каналов. В потоке отработавших газов, который течет через выпрямитель потока, турбулентность может быть значительно снижена. Выпрямитель потока разрушает вихри, имеющиеся в потоке отработавших газов. Поэтому посредством выпрямителя потока в качестве структуры соударения возможно, что секция трубопровода отработавших газов обеспечивает равномерный поток отработавших газов, который обогащен мелко распыленной жидкой присадкой или уже испаренной жидкой присадкой. Каналы выпрямителя потока предпочтительно такой длины, что поток отработавших газов, выходящий из выпрямителя потока, имеет приблизительно параллельные струи потока и/или является ламинарным.
В одном варианте осуществления выпрямитель потока имеет конусообразную форму. Такой выпрямитель потока имеет каналы, которые по меньшей мере частично сходятся (друг к другу) или расходятся (друг от друга). Конусообразный выпрямитель потока имеет, как правило, малую торцевую сторону и большую торцевую сторону. Особенно предпочтительно, малая торцевая сторона ориентирована к блоку подачи. Кроме того, предпочтительно область соударения соответствует малой торцевой стороне. Поток отработавших газов может тогда выпрямляться в выпрямителе потока и дополнительно расширяться таким образом, чтобы поток в направлении протекания за выпрямителем потока снова был распределен равномерно по всему поперечному сечению трубопровода отработавших газов.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, когда структура соударения содержит смеситель отработавших газов.
Посредством смесителя отработавших газов может осуществляться особенно хорошая турбулизация отработавшего газа. Это может обеспечить особенно хорошее смешивание жидкой присадки и отработавших газов, так что после секции трубопровода отработавших газов присутствует поток отработавших газов, в котором жидкая присадка равномерно распределена. Предпочтительно, поток отработавших газов обтекает структуру соударения, выполненную как смеситель отработавших газов, в соответствии с описанным распределением потока. В структуре соударения, выполненной как смеситель отработавших газов, поток отработавших газов завихряется и перемешивается, так что поток отработавших газов выходит из структуры соударения на выпускной стороне с однородным распределением жидкой присадки.
В предпочтительном варианте осуществления структура соударения содержит компонент соударения, который образует область соударения. Компонент соударения может быть образован, например, по меньшей мере одной сеткой, ситом и/или пластиной и перекрывает поперечное сечение трубопровода отработавших газов. Смеситель отработавших газов может быть расположен в направлении потока за этим компонентом соударения. Смеситель отработавших газов может быть закреплен на компоненте соударения.
В качестве структуры соударения также возможна комбинация выпрямителя потока и смесителя отработавших газов. Например, в направлении потока может быть расположен сначала смеситель отработавших газов, за которым также находится область соударения. Этот смеситель отработавших газов вызывает тогда особенно равномерное распределение жидкой присадки в потоке отработавших газов за областью соударения. За ним может располагаться выпрямитель потока, который снова гомогенизирует вихри, сформированные смесителем отработавших газов в потоке отработавших газов, и создает распределение потока, однородное по всему поперечному сечению секции трубопровода отработавших газов, так что поток отработавших газов за выпрямителем потока в значительной степени не зависит от влияния смесителя отработавших газов. При этом равномерное распределение потока характеризуется тем, что скорость потока отработавшего газа на по меньшей мере 80 процентах площади структуры соударения соответствует по меньшей мере 90 процентам средней скорости потока. Также возможно, что структура соударения в направлении потока сначала содержит выпрямитель потока, а затем смеситель отработавших газов. Область соударения тогда расположена на выпрямителе потока. После того как отработавший газ прошел через выпрямитель потока, он затем перемешивается в смесителе отработавших газов.
Смеситель отработавших газов может также выполняться в конусообразной форме, причем малая торцевая сторона конусообразного смесителя отработавших газов должна быть ориентирована в направлении к блоку подачи. Поток отработавших газов, попадающий на конусообразный смеситель отработавших газов, может затем (как в случае конусообразного выпрямителя потока) расширяться, чтобы он снова по всему поперечному сечению трубопровода отработавших газов был распределен приблизительно равномерно.
Особенно предпочтительной является описываемая секция трубопровода отработавших газов, если структура направления потока является соплом.
С помощью сопла поток отработавших газов может быть сфокусирован на области соударения, которая существенно меньше, чем поперечное сечение секции трубопровода отработавших газов. Сопло может быть вставлено, например, как (по меньшей мере частично) конусообразный компонент в секцию трубопровода отработавших газов. Сопло может также быть выполнено совместно со стенкой секции трубопровода отработавших газов. Например, сопло может быть образовано сужением на участке секции трубопровода отработавших газов сопла. Предпочтительно сужение секции трубопровода отработавших газов, которое действует в качестве сопла, характеризуется тем, что поперечное сечение секции трубопровода отработавших газов непрерывно уменьшается в направлении потока (по меньшей мере в одной области). В этой области, поток отработавших газов ускоряется. Далее следует сужение, которое действует как дроссель в трубопроводе отработавших газов. Затем поперечное сечение резко увеличивается, так что сфокусированный поток отработавших газов окружен внешней областью, в которой отработавший газ не течет или течет лишь медленно. Таким образом можно достичь особенно эффективного ускорения и концентрации потока отработавших газов на области соударения. Кроме того, не требуется никакого дополнительного компонента для обеспечения сопла. Особенно предпочтительной является выполненная в форме сопла структура направления потока, которая сужается к блоку подачи в такой форме, при которой поперечное сечение сопла в направлении протекания сужается сначала сильно, а затем менее сильно (уменьшаясь). С помощью такого сопла достигается особенно хорошая фокусировка потока отработавших газов, так что желаемое распределение потока можно регулировать очень точно. В то же время с помощью сопла может быть достигнуто то, что входящий на впускной стороне поток отработавших газов выпрямляется и/или успокаивается.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, когда структура направления потока представляет собой диффузор.
Под диффузором понимается расширение и, в частности, конусообразное расширение поперечного сечения секции трубопровода отработавших газов предназначены. С помощью диффузора может быть реализовано расширение потока отработавших газов. Диффузор создает равномерный поток отработавших газов. Если диффузор используется в качестве структуры направления потока, область соударения предпочтительно расположена по всей площади поперечного сечения структуры соударения или на очень большом участке площади поперечного сечения структуры соударения. Тогда, предпочтительно, периферийная область отсутствует, или имеется только очень малая периферийная область.
Диффузор в качестве структуры направления потока особенно предпочтителен в том случае, если поток отработавших газов входит с неравномерным распределением входного потока в секцию трубопровода отработавших газов. Такое распределение входного потока получается, в частности, тогда, когда в направлении протекания перед структурой направления потока имеется изгиб трубопровода отработавших газов. Изгиб типично имеет угол, на который трубопровод отработавших газов сгибается или соответственно изгибается. Чем меньше радиус изгиба, тем больше поток отработавших газов отклоняется к стенке трубопровода отработавших газов, так что, как правило, получается область, имеющая значительно увеличенную скорость потока отработавших газов. За счет диффузора скорость потока отработавших газов в целом затормаживается. Таким образом, поток отработавших газов на пути от структуры направления потока до структуры соударения остается в течение большего времени, что позволяет выравнивать скорость потока отработавших газов по всему поперечному сечению трубопровода отработавших газов. Таким образом, в частности, может быть получено особенно равномерное обтекание области соударения с соответствующим распределением потока. Посредством диффузора распределение потока в секции трубопровода отработавших газов, по существу, не зависит от угла и радиуса изгиба трубопровода отработавших газов, который расположен в направлении потока отработавших газов перед секцией трубопровода отработавших газов.
В другом варианте осуществления, структура соударения проходит не по всему поперечному сечению секции трубопровода отработавших газов. Структура соударения охватывает только область соударения. Снаружи вокруг области соударения (в периферийной области) поток отработавших газов может обтекать структуру соударения. Структура соударения тогда опирается, например, на опорные структуры в секции трубопровода отработавших газов.
Кроме того, является предпочтительным, если структура направления потока имеет входной диаметр и выходной диаметр, причем по меньшей мере входной диаметр или выходной диаметр составляет от 50 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 70 процентов до 80 процентов диаметра трубопровода секции трубопровода отработавших газов.
Диаметр трубопровода секции трубопровода отработавших газов предпочтительно измеряется в зоне блока подачи. При этом возможное увеличение или уменьшение диаметра трубопровода из-за углубления или выпуклости секции трубопровода отработавших газов в зоне блока подачи не учитывается. Диаметр трубопровода предпочтительно является средним диаметром трубопровода, который имеет секция трубопровода отработавших газов, или диаметром цилиндрической основной формы секции трубопровода отработавших газов в зоне блока подачи.
Указанные порядки величины для входного диаметра и выходного диаметра применимы, когда структура направления потока является диффузором, а также когда структура направления потока является соплом. В случае сопла, выходной диаметр находится предпочтительно в указанном диапазоне от 50 процентов до 90 процентов или от 70 до 80 процентов от диаметра трубопровода, а входной диаметр соответствует диаметру трубопровода. В случае диффузора, входной диаметр предпочтительно лежит в указанном диапазоне от 50 процентов до 90 процентов или от 70 процентов до 80 процентов, в то время как выходной диаметр соответствует диаметру трубопровода.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, когда структура соударения в области соударения имеет гидролизное покрытие.
Предпочтительно, структура соударения только в области соударения имеет гидролизное покрытие, причем, например, за пределами области соударения не предусматривается никакое или предусмотрено другое покрытие. Посредством гидролизного покрытия в области соударения может быть обеспечено, что жидкая присадка, которая попадает на структуру соударения, особенно эффективно преобразуется в аммиак. В периферийной области жидкая присадка (практически) не попадает или очень мало жидкой присадки попадает на структуру соударения, так что там можно было бы сэкономить на покрытии. Кроме того, сопротивление потоку структуры соударения по отношению к обтеканию отработавшим газом снижается. Гидролизное покрытие сужает каналы структуры соударения по меньшей мере частично. Это увеличивает сопротивление потоку структуры соударения.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, когда структура соударения представляет собой ячеистое тело, имеющее сквозные каналы для отработавшего газа, причем в каналах предусмотрены отклоняющие поверхности для воздействия на поток отработавших газов.
Ячеистое тело может представлять собой как выпрямитель потока, так и смеситель отработавших газов. Для смешивания, описанные отклоняющие поверхности могут быть сформированы в каналах ячеистого тела. Чем больше отклоняющих поверхностей предусмотрено, тем в большей степени ячеистое тело действует как смеситель отработавших газов. Ячеистое тело с малым количеством отклоняющих поверхностей и с каналами, проходящими прямо от стороны впуска до стороны выпуска (без кривизны или параллельно), может действовать в качестве выпрямителя потока. Ячеистое тело позволяет особенно эффективно реализовать выпрямитель потока или смеситель отработавших газов. Еще одним признаком ячеистого тела, которое действует в качестве смесителя отработавших газов, являются отверстия, которые соединяют каналы ячеистого тела друг с другом. Это отверстия в стенках каналов ячеистого тела. С помощью таких отверстий может осуществляться перемешивание и перераспределение потока отработавших газов по площади поперечного сечения ячеистого тела. Ячеистое тело предпочтительно выполнено из по меньшей мере одного по меньшей мере частично структурированного (гофрированного) металлического слоя, который образует каналы, которые продолжаются от впускной стороны к выпускной стороне ячеистого тела. Отклоняющие поверхности могут быть предусмотрены в виде структуры в металлических слоях ячеистого тела. Отверстия для соединения каналов друг с другом могут быть выполнены в виде отверстий в металлических слоях ячеистого тела.
Конусообразный выпрямитель потока может быть выполнен в виде конусообразного ячеистого тела. Комбинация из смесителя отработавших газов и выпрямителя потока может быть обеспечена посредством ячеистого тела, которое выполнено частично с отклоняющими поверхностями и отверстиями в стенках каналов и частично с каналами без таких отклоняющих поверхностей и отверстий.
Кроме того, секция трубопровода отработавших газов является предпочтительной, если в направлении протекания перед структурой направления потока и/или после структуры соударения в секции трубопровода отработавших газов, соответственно, размещен фланец, с помощью которого секция трубопровода отработавших газов может быть соединена с другими компонентами устройства обработки отработавших газов.
Предпочтительно, секция трубопровода отработавших газов может быть соединена с другими секциями трубопровода отработавших газов устройства обработки отработавших газов, чтобы встраиваться в устройство обработки отработавших газов. В одном варианте осуществления, под фланцем здесь понимается структура, которая позволяет свинчивание с другими секциями трубопровода. Фланец может быть также образован кромкой и/или пазом, которые обеспечивают возможность соединения сваркой или пайкой с другими секциями трубопровода. Такая секция трубопровода отработавших газов с фланцами особенно пригодна в качестве модульного компонента универсального участка смешения, который может встраиваться в выполненные различным образом устройства обработки отработавших газов. При проектировании других компонентов устройства обработки отработавших газов тогда не нужно принимать во внимание факт подачи жидкой присадки в секцию трубопровода отработавших газов. Секция трубопровода отработавших газов обеспечивает на своей выпускной стороне поток отработавших газов, который содержит жидкую присадку в тонко распыленной форме и/или в газообразной форме.
Кроме того, предлагается транспортное средство, имеющее двигатель внутреннего сгорания и устройство обработки отработавших газов для очистки отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, причем устройство обработки отработавших газов содержит описанную здесь секцию трубопровода отработавших газов отработавших газов, с помощью которой в устройство обработки отработавших газов может подаваться жидкая присадка, и в устройстве обработки отработавших газов и в направлении протекания отработавших газов через устройство обработки отработавших газов за секцией трубопровода отработавших газов предусмотрен SCR-катализатор.
На SCR-катализаторе с жидкой присадкой может выполняться способ селективного каталитического восстановления для очистки отработавших газов. В секции трубопровода отработавших газов предпочтительно предусмотрен один (отдельный) инжектор, который обеспечивает порционную подачу жидкой присадки в секцию трубопровода отработавших газов. Инжектор может быть компонентом блока подачи секции трубопровода отработавших газов, и инжектор снабжается жидкой присадкой с помощью блока подвода для подвода жидкой присадки. Блок подвода отбирает жидкую присадку из бака, в котором хранится жидкая присадка, и подает ее по трубопроводу к инжектору.
Изобретение и его технический контекст поясняются далее более подробно со ссылкой на чертежи. Чертежи показывают, в частности, предпочтительные варианты осуществления, которыми, однако, изобретение не ограничивается. В частности, следует отметить, что чертежи и, в частности, представленные соотношения размеров являются лишь схематичными. На чертежах показано:
Фиг. 1 - первый вариант осуществления секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 2 - второй вариант осуществления секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 3 - третий вариант выполнения секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 4 - четвертый вариант осуществления секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 5 - пятый вариант осуществления секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 6 - шестой вариант осуществления секции трубопровода отработавших газов,
Фиг. 7 – распределение потока отработавшего газа, которое может быть реализовано с помощью описанной секции трубопровода отработавших газов, и
Фиг. 8 - транспортное средство, содержащее секцию трубопровода отработавших газов, описанную выше.
На фиг. 1 - 6 показана, соответственно, секция 1 трубопровода отработавших газов, которая может обтекаться потоком отработавших газов с направлением 2 протекания. Секция 1 отработавших газов имеет, соответственно, по существу, цилиндрическую основную форму, которая сформирована внешней стенкой 28 секции 1 трубопровода отработавших газов. В направлении протекания друг за другом в секции 1 трубопровода отработавших газов находятся сначала структура 3 направления потока, затем блок 4 подачи, а затем структура 5 соударения. Соответственно, показано, что секции 1 трубопровода отработавших газов имеют фланцы 12, с помощью которых секции трубопровода отработавших газов могут соединяться с другими компонентами не показанного здесь устройства обработки отработавших газов. Фланцы 12 в качестве примера выполнены в виде выступающих бортиков, что позволяет осуществить, например, винтовое соединение секций 1 трубопровода отработавших газов с другими секциями трубопровода отработавших газов. Блок 4 подачи подводит жидкую присадку в секцию 1 трубопровода отработавших газов таким образом, что она попадает на структуру 5 соударения в области 6 соударения. На основе структуры 3 направления потока устанавливается распределение 7 потока с центром 38 тяжести. Центр 38 тяжести лежит в области 6 соударения. Предпочтительно, распределение 7 потока соответствует области 6 соударения. блок 4 подачи содержит соответствующий (отдельный) инжектор 26, который обеспечивает порционную подачу жидкой присадки в соответствии с потребностью.
На фиг. 1 в качестве примера показано, что секция 1 трубопровода отработавших газов имеет диаметр 41 трубопровода. Структура 3 направления потока имеет входной диаметр 39 и выходной диаметр 40. В данном случае, входной диаметр 39 соответствует диаметру 41 трубопровода, в то время как выходной диаметр 40 меньше, чем диаметр 41 трубопровода. Это обеспечивает возможность фокусировки и ускорения потока отработавших газов, который проходит через структуру 3 направления потока. Данные о диаметре 41 трубопровода, входном диаметре 39 и выходном диаметре 40 могут быть перенесены на показанные на фиг. 2 – 5 другие варианты осуществления секции 1 трубопровода отработавших газов.
Блок 4 подачи в вариантах осуществления, согласно фиг. 1, 2, 4, 5 и 6, расположен, соответственно, на выпуклости 27 секции 1 трубопровода отработавших газов. В варианте осуществления согласно фиг. 3 блок подачи расположено в углублении 33 секции 1 трубопровода отработавших газов.
В варианте осуществления по фиг. 1, структура 3 направления потока выполнена как сопло 10. Структура 5 соударения выполнена там по типу выпрямителя 8 потока.
В варианте осуществления по фиг. 2, структура 3 направления потока выполнена в виде диффузора 11. Структура 5 соударения выполнена как своего рода смеситель 9 отработавших газов. В направлении 2 протекания перед диффузором 11 к секции 1 трубопровода отработавших газов примыкает изгиб 36. Изгиб 36 имеет угол 35, на который трубопровод отработавших газов перегибается в области изгиба 36. Диффузор 11 в качестве структуры 3 направления потока является особенно предпочтительным тогда, когда поток отработавших газов входит с неравномерным распределением 37 входного потока в секцию 1 трубопровода отработавших газов. Неравномерное распределение 37 входного потока возникает, в частности, тогда, когда в направлении протекания перед структурой 3 направления потока расположен изгиб трубопровода отработавших газов.
Вариант осуществления согласно фиг. 3, по существу, соответствует варианту осуществления согласно фиг. 1, причем блок подачи размещен не в выпуклости 27, а в углублении 33. Кроме того, выполненная как сопло 10 структура 3 направления потока сужается к блоку 4 подачи в форме, в которой поперечное сечение сопла 10 в направлении 2 протекания сужается сначала сильно, а затем меньше (уменьшаясь).
В варианте осуществления согласно фиг. 4 структура 5 соударения выполнена в виде конусообразного выпрямителя 8 потока.
В варианте осуществления согласно фиг. 5 структура 5 соударения расположена только в области 6 соударения и поэтому может (свободно) обтекаться отработавшим газом. Структура 5 соударения опирается на опорные структуры 34 во внешней стенке 28 секции 1 трубопровода отработавших газов.
В варианте осуществления согласно фиг. 6 структура 5 соударения образована из смесителя 9 отработавших газов и выпрямителя 8 потока. Смеситель 9 отработавших газов при этом выполнен конусообразным, так что поток отработавших газов, исходя от области 6 соударения, снова расширяется и полностью заполняет секцию 1 трубопровода отработавших газов.
На фиг. 7 схематично изображено распределение 7 потока отработавших газов. Показана ось 17 трубопровода не показанного в данном случае секции трубопровода отработавших газов. Ось 17 трубопровода является центральной осью секции трубопровода отработавших газов. Также показано радиальное направление 18, которое, исходя от оси 17 трубопровода, продолжается наружу. Распределение 7 потока имеет в схематично представленной здесь области 6 соударения первую скорость 30 потока отработавших газов, а в расположенной снаружи вокруг области 6 соударения периферийной области 32 – вторую скорость 31 потока отработавших газов. Область 6 соударения и периферийная область 32 вместе образуют поверхность структуры 5 соударения. Первая скорость потока 30 отработавших газов предпочтительно значительно больше, чем вторая скорость 31 потока отработавших газов. Между периферийной областью 32 и областью 6 соударения, скорость потока отработавших газов изменяется от второй скорости 31 потока отработавших газов до первой скорости 30 потока отработавших газов предпочтительно с крутым фронтом 29, так что отчетливо видно, что распределение 7 потока соответствует области 6 соударения.
На фиг. 7 показано также, что структура 5 соударения может быть ячеистым телом 19 с каналами 20. Также показано, что в каналах 20 могут быть расположены отклоняющие поверхности 21. Посредством таких отклоняющих поверхностей 21 может оказываться целенаправленное воздействие на поток отработавших газов, который протекает через ячеистое тело 19. Также схематично показано, что ячеистое тело 19 в области 6 соударения снабжено гидролизным покрытием 22, в то время как в периферийной области 32 никакого гидролизного покрытия (или никакого покрытия) не предусмотрено. На фиг. 7 показан только участок ячеистого тела 19, которое формирует структуру 5 соударения. Ячеистое тело 19 может продолжаться в направлении потока отработавших газов еще дальше.
На Фиг. 8 показано транспортное средство (автомобиль) 14, содержащее двигатель 15 внутреннего сгорания и устройство 13 обработки отработавших газов для очистки отработавших газов двигателя 15 внутреннего сгорания. В устройстве 13 обработки отработавших газов может быть расположена описанная секция 1 трубопровода отработавших газов для подвода жидкой присадки и SCR-катализатор 16. Секция 1 трубопровода отработавших газов имеет блок 4 подачи, который содержит инжектор 26. Инжектор 26 снабжается жидкой присадкой из бака 23, причем жидкая присадка подается из бака с помощью блока подвода 24 по трубопроводу 25 к инжектору 26.
Для специалиста в данной области должно быть очевидно, что проиллюстрированные на чертежах технические признаки могут извлекаться и/или комбинироваться с другими техническими признаками других чертежей. Предусмотрительно следует отметить, что комбинации признаков, показанных на отдельных чертежах, хотя и являются предпочтительными, тем не менее, не являются обязательными.
Перечень ссылочных позиций
1 секция трубопровода отработавших газов
2 направление протекания
3 структура направления потока
4 блок подачи
5 структура соударения
6 область соударения
7 распределение потока
8 выпрямитель потока
9 смеситель отработавших газов
10 сопло
11 диффузор
12 фланец
13 устройство обработки отработавших газов
14 транспортное средство/автомобиль
15 двигатель внутреннего сгорания
16 SCR-катализатор
17 ось трубопровода
18 радиальное направление
19 ячеистое тело
20 канал
21 отклоняющая поверхность
22 гидролизное покрытие
23 бак
24 блок подвода
25 трубопровод
26 инжектор
27 выпуклость
28 внешняя стенка
29 фронт
30 первая скорость потока отработавших газов
31 вторая скорость потока отработавших газов
32 периферийная область
33 углубление
34 опорная структура
35 угол
36 изгиб
37 распределение входного потока
38 центр тяжести
39 входной диаметр
40 выходной диаметр
41 диаметр трубопровода