СИСТЕМА СМЕШИВАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к системам двигателя внутреннего сгорания и, в частности, к системам смешивания факела распыла восстановителя в потоке выхлопа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатели внутреннего сгорания используют устройства контроля выброса для снижения выбросов из двигателя. Устройства контроля выброса могут быть фильтрами, каталитическими нейтрализаторами и другими пригодными устройствами для удаления нежелательных газов, частиц, и т.д., из выхлопного потока двигателя. Некоторые устройства контроля выброса впрыскивают восстановители, такие как карбамид или аммиак, в систему выпуска выше по потоку от каталитического нейтрализатора, чтобы превращать оксиды азота в двухатомный азот, воду, и т.д., для снижения количества оксидов азота, выпускаемых в атмосферу. Факел распыла восстановителя и каталитический нейтрализатор работают совместно, чтобы давать возможность нейтрализации оксидов азота.
Чтобы способствовать нейтрализации оксида азота в каталитическом нейтрализаторе, предусмотрены различные подходы для смешивания факела распыла восстановителя в потоке выхлопа для стимулирования равномерного распространения восстановителя. В заявке на патент США №2010/0107614 описан один из подходов, использующий различные смесительные устройства со специальной конфигурацией форсунки.
Авторы в материалах настоящей заявки выявили некоторые недостатки вышеприведенного подхода, имеющие отношение не только к технологичности, но также и к тому, каким образом различные признаки работают вместе в комбинации. В дополнение к проблемам компоновки и технологичности, взаимодействия общего тракта потока и смешивания между форсункой и различными смесительными устройствами вдоль тракта потока выхлопа могут давать в результате неожиданные следствия, которые ухудшают распыление в целом при определенных условиях температуры и расхода.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Чтобы преодолеть по меньшей мере некоторые из этих проблем, один из подходов предусматривает систему смешивания. Система смешивания включает в себя корпус, определяющий границу смесительного трубопровода, включающего в себя секцию расширения с гнездом форсунки, отводящую перегородку для восстановителя, продолжающуюся в трубопровод выше по потоку от гнезда форсунки в секции расширения, распылитель, расположенный в корпусе и содержащий реберные проемы и боковые проемы, и спиральный смесительный элемент, расположенный в корпусе.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания распылитель включает в себя ребра, продолжающиеся между первым и вторым опорными расширениями без полного перекрытия корпуса, причем распылитель расположен на выпускном конце секции расширения, причем выпуск больше, чем впуск секции расширения.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания ребра изогнуты в направлении ниже по потоку.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральный смесительный элемент расположен ниже по потоку от распылителя.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания ребра выровнены и параллельны друг другу.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральный смесительный элемент включает в себя первую спиральную смесительную поверхность и вторую спиральную смесительную поверхность, причем каждая из поверхностей спирально продолжается в осевом направлении на участке корпуса.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания периферия каждой из первой и второй спиральных смесительных поверхностей находится в поверхностном совместном контакте с участком корпуса и каждая включает в себя непрерывную наружную поверхность.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания шаг между первой и второй спиральными смесительными поверхностями уменьшается в направлении ниже по потоку.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания по меньшей мере одна из первой и второй спиральных смесительных поверхностей включает в себя вогнутую канавку, спирально продолжающуюся вниз по поверхности.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральный смесительный элемент установлен в корпус посадкой с натягом, и в которой распылитель расположен ниже по потоку от секции расширения.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральный смесительный элемент включает в себя двойную спираль с меньшей площадью поперечного сечения выпуска, чем площадь поперечного сечения впуска.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральный смесительный элемент расположен ниже по потоку от распылителя, спиральный смесительный элемент включает в себя переднюю фронтальную поперечину, имеющую передний край, разделяющий набегающий поток на два потока, один для каждой из спиралей.
В одном из вариантов осуществления система смешивания содержит корпус смесительного трубопровода, включающий в себя секцию расширения, имеющую гнездо форсунки; отводящую перегородку для восстановителя выше по потоку от гнезда форсунки, установленною под углом к центральной оси корпуса в направлении, параллельном с корпусом в секции расширения, распылитель ниже по потоку от секции расширения, включающий в себя ребра, продолжающиеся только между первым и вторым опорным расширением и не полностью перекрывающие корпус, и имеющий форму двойной спирали смесительный элемент, имеющий неравные площади поперечного сечения впуска и выпуска и расположенный ниже по потоку от распылителя.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания спиральные смесительные поверхности имеющего форму двойной спирали смесительного элемента, обращенные на набегающий поток, имеют центральную канавку.
В одном из вариантов осуществления системы смешивания ребра выровнены вертикально, причем каждое ребро отгибается от вертикали в плоскость поперечного направления.
В одном из вариантов осуществления системы имеющий форму двойной спирали смесительный элемент включает в себя первую спиральную смесительную поверхность и вторую спиральную смесительную поверхность, причем каждая из спиральных смесительных поверхностей спирально продолжается в осевом направлении на участке корпуса, причем, шаг спиральных смесительных поверхностей уменьшается в направлении ниже по потоку.
Распылитель может уменьшать размер капель восстановителя в потоке выхлопа и работать совместно с отводящей перегородкой, расположенной в области расширения. Так как область расширения дает возможность снижения давления и скорости потока, отводящая перегородка использует изменение условий потока, чтобы способствовать смешиванию капель форсунки, где распылитель, находясь в конце области расширения в одном из примеров, в таком случае, может дополнительно усиливать смешивание и подготавливать их к входу в расположенную ниже по потоку спиральную смесительную область. Как результат, нейтрализация оксидов азота в каталитическом нейтрализаторе, расположенном ниже по потоку от системы смешивания, может улучшаться. Таким образом, спиральный смесительный элемент не только увеличивает турбулентность в выхлопных газах и способствует более равномерному распределению факела распыла восстановителя в выхлопных газах, но делает это и со смесью, которая была специально подготовлена для такой операции. Будет принято во внимание, что распылитель и спиральный смесительный элемент работают вместе с областью расширения и отводящей перегородкой, чтобы способствовать смешиванию факела распыла восстановителя в потоке выхлопа для улучшения работы расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, в отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, предоставлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые решают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 показывает схематичное изображение транспортного средства, имеющего систему впрыска восстановителя.
Фиг. 2 показывает иллюстрацию примерной системы смешивания, включенной в транспортное средство, показанное на фиг. 1.
Фиг. 3 показывает вид сбоку в поперечном разрезе системы смешивания, показанной на фиг. 2.
Фиг. 4 показывает увеличенный вид отводящей перегородки, включенной в систему смешивания, показанную на фиг. 2.
Фиг. 5 показывает еще один вид в поперечном разрезе системы смешивания, показанной на фиг. 2.
Фиг. 6 показывает увеличенный вид спирального смесительного элемента, показанного на фиг. 2.
Фиг. 7 показывает еще один примерный спиральный смесительный элемент.
Фиг. 8 и 9 показывают дополнительные виды спирального смесительного элемента, показанного на фиг. 6.
Фиг. 10 показывает последовательность этапов способа приведения в действие системы выпуска.
Фиг. 11 показывает спиральный смесительный элемент, включенный в систему смешивания, показанную на фиг. 2.
Фиг. 2-9 и 11 выполнены в приблизительном масштабе, хотя, если требуется, могут быть произведены модификации.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Описана система смешивания, включающая в себя отводящую перегородку, расположенную выше по потоку от сопла впрыска восстановителя, распылитель, расположенный ниже по потоку от отводящей перегородки и сопла впрыска, и спиральный смесительный элемент, расположенный ниже по потоку от распылителя. Вышеупомянутые компоненты системы смешивания могут работать совместно для повышения турбулентности выхлопных газов и уменьшения размера частиц паров восстановителя в выхлопных газах, чтобы улучшать работу каталитического нейтрализатора, расположенного ниже по потоку от системы смешивания. Таким образом, могут снижаться выбросы двигателя.
Фиг. 1 включает в себя примерную систему выпуска для транспортного средства с двигателем, включающую в себя систему впрыска восстановителя. Фиг. 2 показывает вариант осуществления системы смешивания, включенной в транспортное средство, показанное на фиг. 1. Фиг. 3 показывает вид сбоку системы смешивания, показанной на фиг. 2. Фиг. 4 показывает вид сбоку в поперечном разрезе впрыска в области расширения. Фиг. 5 показывает подробности примерного распылителя, а фиг. 6-9 и 11 показывают подробности имеющего форму двойной спирали смесительного элемента. Фиг. 10 включает в себя блок-схему последовательности этапов способа эксплуатации системы впрыска восстановителя.
Более точно, фиг. 1 иллюстрирует систему 100 выпуска для транспортировки выхлопных газов, вырабатываемых двигателем 150 внутреннего сгорания. В качестве одного из неограничивающих примеров, двигатель 150 включает в себя дизельный двигатель, который вырабатывает механическую мощность, сжигая смесь воздуха и дизельного топлива. В качестве альтернативы, двигатель 150 может включать в себя другие типы двигателей, такие как сжигающие бензин двигатели, среди прочих. Система 100 выпуска и двигатель 150 включены в транспортное средство 160.
Система 100 выпуска может включать в себя выпускной коллектор 102 для приема выхлопных газов, вырабатываемых одним или более цилиндрами двигателя 150. Выпускной трубопровод 104 находится в сообщении по текучей среде с выпускным коллектором 102. Система 110 смешивания соединена по текучей среде с выпускным трубопроводом 104. Система 110 смешивания принимает жидкий восстановитель (например, факел распыла жидкого восстановителя) из системы 130 впрыска восстановителя. Каталитический нейтрализатор 106 с избирательным каталитическим восстановителем (SCR) скомпонован ниже по потоку от системы 110 смешивания, и устройство 108 подавления шумов скомпоновано ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 106. Отметим, что каталитический нейтрализатор 106 может включать в себя многообразие пригодных каталитических нейтрализаторов для снижения NOx или других продуктов сгорания, являющихся результатом сжигания топлива двигателем 150. Однако, в других примерах, каталитический нейтрализатор 106 может быть другим пригодным устройством контроля выбросов.
Дополнительно, система 100 выпуска может включать в себя множество выпускных трубопроводов или каналов, чтобы давать возможность сообщения по текучей среде между различными компонентами, такими как каталитический нейтрализатор 106 и устройство 108 подавления шумов. Например, как проиллюстрировано на фиг. 1, выпускной канал 120 находится в сообщении по текучей среде с каталитическим нейтрализатором 106 и устройством 108 подавления шумов. Дополнительно, выпускной канал 121 находится в сообщении по текучей среде с системой 110 смешивания и каталитическим нейтрализатором 106. В заключение, выхлопным газам может быть дана возможность вытекать из устройства 108 подавления шумов в окружающую среду через выпускной канал 122, поток, выходящий в выхлопной трубе. Отметим, что несмотря на то, что не проиллюстрировано на фиг. 1, система 100 выпуска может включать в себя сажевый фильтр и/или окислительный нейтрализатор дизельного топлива, скомпонованный выше по потоку или ниже по потоку от каталитического нейтрализатора 106. Более того, должно быть принято во внимание, что система 100 выпуска может включать в себя два или более каталитических нейтрализаторов. Кроме того еще, должно быть принято во внимание, что некоторые из выпускных каналов, такие как выпускной канал 120 и выпускной канал 121, могут не быть включенными в систему 100 выпуска в других примерах.
В некоторых вариантах осуществления, система 110 смешивания может включать в себя большую площадь поперечного сечения или площадь потока, чем расположенный выше по потоку выпускной канал 104. Более того, система 110 смешивания может включать в себя некоторое количество признаков, которые способствуют смешиванию восстановителя в системе выпуска, тем самым, улучшая работу каталитического нейтрализатора 106, как описано в материалах настоящего описания со ссылкой на фиг. 2-9 и 11.
Форсунка 132 присоединена к системе 110 смешивания. Форсунка 132 включена в систему 130 впрыска жидкого восстановителя. В качестве неограничивающего примера, жидкость, впрыскиваемая форсункой 132, может включать в себя раствор 134 жидкого восстановителя, такой как раствор мочевины. В одном из специфичных примеров, раствор жидкого восстановителя содержит водный раствор мочевины и этилового спирта. В некоторых примерах, форсунка 132 может иметь встроенный клапан для регулирования потока восстановителя через форсунку, управляемый контроллером 195. Однако, в других примерах, отдельный клапан может быть предусмотрен выше по потоку от форсунки 132 и ниже по потоку от фильтра 135, чтобы регулировать поток восстановителя через форсунку 132.
Раствор 134 жидкого восстановителя может подаваться в форсунку 132 через трубопровод 136 из бака-хранилища 138 через насос 139. Насос 139 соединен с трубопроводом 136 для транспортировки раствора 134 жидкого восстановителя в форсунку 132, где жидкий восстановитель впрыскивается в тракт потока выхлопных газов в качестве факела распыла восстановителя (например, смотрите фиг. 4).
Трубопровод 136 включает в себя фильтр 135, выполненный с возможностью удалять нежелательные частицы из раствора восстановителя, перемещающегося через трубопровод 136 к форсунке 132. Насос 139 включает в себя заборную трубку 140, продолжающуюся по направлению к дну бака-хранилища 138. Заборная трубка 140 включает в себя впуск 141, выполненное с возможностью принимать раствор восстановителя из бака-хранилища 138.
Система 130 впрыска восстановителя дополнительно включает в себя датчик 142 давления. Контроллер 195 также включен в транспортное средство 160. Контроллер 195 может быть выполнен с возможностью управлять некоторым количеством компонентов, таких как форсунка 132 и насос 139. Например, контроллер 195 может быть выполнен с возможностью инициировать впрыск восстановителя в систему 110 смешивания из форсунки 132 в течение предписанной продолжительности времени в заданный момент времени, в зависимости от рабочих параметров.
Фиг. 2 показывает вид в перспективе примерной системы 110 смешивания. Система 110 смешивания включает в себя корпус 200, определяющий границу смесительного трубопровода 202. Корпус 200 включает в себя внутреннюю стенку, сопряженную с различными компонентами, как будет описано. Корпус 200 может быть изготовлен из пригодного материала, такого как металл (например, сталь, алюминий), полимерный материал, и т.д. Корпус 200 включает в себя секцию 210 расширения. Таким образом, площадь поперечного сечения, перекрывающая корпус 200 перпендикулярно центральной оси 250 системы 110 смешивания увеличивается в направлении ниже по потоку в секции 210 расширения. Таким образом, выпуск секции 210 расширения имеет большую площадь поперечного сечения, чем площадь поперечного сечения впуска секции расширения. Как результат, секция 210 расширения может уменьшать скорость выхлопных газов, а также увеличивать турбулентность. Центральная ось 250, продолжающаяся от секции 210 расширения до спирального смесительного элемента 222, обсужденного подробнее в материалах настоящего описания, является по существу прямой в изображенном примере. Однако, центральная ось 250 может иметь другие геометрии в других примерах. Система 110 смешивания включает в себя впуск 204 в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним цилиндром в двигателе 150, показанном на фиг. 1.
Система 110 смешивания дополнительно включает в себя выпуск 206 в сообщении по текучей среде с каталитическим нейтрализатором 106, показанным на фиг. 1. Система 110 смешивания дополнительно включает в себя отводящую перегородку 212 для восстановителя, расположенную в секции 210 расширения. Отводящая перегородка 212 включает в себя плоскую наружную поверхность 213 в изображенном примере. Однако, предполагались другие геометрии. Более того, отводящая перегородка 212 для восстановителя соединена с участком корпуса в секции 210 расширения, а также расположена в пределах корпуса 200. Отводящая перегородка для восстановителя может быть расположена выше по потоку от сопла (не показано) форсунки 132, показанной на фиг. 1. Гнездо 214 форсунки соединено с наружной поверхностью корпуса 200 в секции 210 расширения и может быть выполнено с возможностью принимать форсунку 132, показанную на фиг. 1. Более точно, сопло форсунки 132 может продолжаться в смесительный трубопровод 202. Гнездо 214 форсунки может быть прикреплено к корпусу 200 посредством пригодной технологии, такой как сварка, соединение болтами, и т.д. Отводящая перегородка 212 повышает турбулентность выхлопных газов и факела распыла восстановителя из форсунки 132, чтобы способствовать смешиванию. Кроме того, движение потока, создаваемое отводящей перегородкой, в комбинации с областью расширения, лучше подготавливает набегающий поток для взаимодействия с факелом распыла восстановителя и распылителем 216, так что газы, в таком случае, могут вращаться посредством двухспирального смесительного элемента 222. Как результат, может улучшаться работа расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора.
Как показано на фиг. 2, система 110 смешивания включает в себя распылитель 216, расположенный внутри корпуса 200. Более точно, распылитель 216 расположен в конце выпуска секции 210 расширения, выпуск является большим, чем впуск секции расширения. Распылитель 216 может быть выполнен с возможностью уменьшать размер частиц паров восстановителя, проходящих через систему 110 смешивания. Как результат, может улучшаться работа расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора. Распылитель расположен ниже по потоку от отводящей перегородки 212 в изображенном примере. Распылитель 216 включает в себя два опорных расширения 260, полностью перекрывающих корпус 200 по той причине, что расширения формируют хорду круглого поперечного сечения выпускного корпуса 200 на каждой стороне распылителя. Свободное пространство по бокам распылителя, в некоторых отношениях, является результатом улучшенной технологичности распылителя, использующего боковые опоры, по той причине, что распылитель может быть самостоятельно поддерживаемым внутри корпуса, не требуя сложного производства, при котором отогнутые края боковых опор находятся в поверхностном распределенном контакте с внутренней стенкой корпуса 200 посредством посадки с натягом. Однако, непредвиденное преимущество конструкции с полукруглыми сечениями, сформированными хордовым положением опорных расширений, состоит в том, что ребра (дополнительно обсужденные ниже) распылителя взаимодействуют с по существу всем факелом распыла форсунки, так как факел распыла немного или нисколько не попадает на распылитель по наружным сторонам опорных расширений. Таким образом, пространства вне опорных расширений могут быть относительно свободны от ребер, таким образом, уменьшая противодавление и сопротивление потоку системы смешивания, также наряду с улучшением технологичности и компоновки вместе с ресурсом прочности.
Продолжая о распылителе 216, он дополнительно включает в себя ребра 220, продолжающиеся в поперечном направлении между опорными расширениями 260. Поперечная ось 290 предусмотрена для начала отсчета. Ребра 220 изображены в качестве всего лишь частично продолжающихся поперек смесительного трубопровода 202. Таким образом, ребра 220 не полностью перекрывают корпус 200. Дополнительно, ребра 220 изогнуты в центральной области по той причине, что каждое ребро сформировано отгибанием его от вертикального положения вниз и вперед. Ребра показаны выровненными вертикально по той причине, что каждое ребро расположено вертикально поверх ребер под ним. Таким образом, каждое из ребер 220 отогнуто от вертикали в плоскость поперечного направления. Однако, предполагались другие геометрии ребер. Каждое из ребер 220 также включает в себя усилительный буртик 262, продолжающийся вдоль ребра в продольном направлении относительно выпускного канала. Усилительные буртики 262 увеличивают момент инерции по площади поперечного сечения части ребер 220. Усилительные буртики обеспечивают повышенную прочность конструкции для ребер 220, а также увеличивают турбулентность в смесительном трубопроводе 202. Верхняя и нижняя наружные поверхности ребер 220 в целом параллельны центральной оси 250.
Спиральный смесительный элемент 222 также включен в систему 110 смешивания. Спиральный смесительный элемент 222 расположен ниже по потоку от распылителя 216. Однако, предполагались другие компоновки. Спиральный смесительный элемент 222 также расположен ниже по потоку от отводящей перегородки 212 и секции 210 расширения. Спиральный смесительный элемент 222 расположен в пределах корпуса 200 и выполнен с возможностью увеличивать турбулентность в выхлопных газах и факеле распыла восстановителя, проходящих через систему 110 смешивания, тем самым, улучшая работу расположенного ниже по потоку каталитического нейтрализатора. Спиральный смесительный элемент 222 может включать в себя две или более переплетенных спирали, например, образующих имеющий форму двойной спирали смесительный элемент. Спиральный смесительный элемент 222 неподвижен по положению относительно корпуса 200. В некоторых примерах, спиральный смесительный элемент 222 может быть установлен прессовой посадкой в корпус 200. Однако, технологии крепления могут использоваться в других примерах.
В примере, показанном на фиг. 2, спиральный смесительный элемент 222 включает в себя первую спиральную смесительную поверхность 224, продолжающуюся в осевом направлении на протяжении участка корпуса 200. Спиральный смесительный элемент дополнительно включает в себя вторую спиральную смесительную поверхность 295, которая расположена комплементарно первой смесительной поверхности 224 по той причине, что каждая поворачивается на одно и то же количество градусов вокруг центральной оси, но расположена обособленно на 180 градусов, где вторая спиральная смесительная поверхность 295 также продолжается в осевом направлении на протяжении участка корпуса 200. Первая спиральная смесительная поверхность 224 и вторая спиральная смесительная поверхность 295 также являются обращенными к набегающему потоку выхлопных газов.
Периферия 226 первой спиральной смесительной поверхности 224 и периферия 227 второй спиральной смесительной поверхности 295 находятся в поверхностном совместном контакте с внутренней стенкой корпуса 200. Дополнительно, первая спиральная смесительная поверхность 224 может быть непрерывной наружной поверхностью 228, а вторая спиральная смесительная поверхность 295 также может быть непрерывной наружной поверхностью 229. Шаг 280 между первой спиральной смесительной поверхностью 224 и второй спиральной смесительной поверхностью 295 может соответствовать друг другу, даже если шаг меняется вдоль центральной оси, чтобы уменьшаться в направлении ниже по потоку (например, обе спирали могут иметь идентичные нелинейные шаги). Шаг 280 определен в качестве осевого расстояния между периферийными точками на спирали в одном и том же радиальном положении (например, в верхней части корпуса). В одном из примеров, шаг может включать в себя осевое расстояние между первой периферийной точкой 296 на первой спиральной смесительной поверхности 224 и второй периферийной точкой 297 на второй спиральной смесительной поверхности 295, имеющей такое же радиальное расположение относительно центральной оси 250, как указанное двухсторонней линией. Уменьшение шага может способствовать смешиванию факела распыла восстановителя и выхлопных газов и давать площадям поперечного сечения впуска и выпуска смесителя возможность быть отличными друг от друга. Однако, в других примерах, шаг может уменьшаться, а затем существенно увеличиваться в направлении ниже по потоку, или шаг может быть постоянным.
Дополнительно, первая спиральная смесительная поверхность 224 включает в себя вогнутую канавку 282, продолжающуюся спирально по поверхности. Вторая спиральная смесительная поверхность 295 также включает в себя вогнутую канавку 283, продолжающуюся спирально по поверхности. Канавки (282 и 283) расположены по центру на каждой из своих соответственных смесительных поверхностей. Однако, предполагались другие положения канавки. В изображенном примере, каждая из первой спиральной смесительной поверхности 224 и второй спиральной смесительной поверхности 295 имеет по существу постоянную толщину. Однако, в других примерах, толщина может меняться. Например, толщина 284 первой спиральной смесительной поверхности 224 и/или второй спиральной смесительной поверхности 295 может уменьшаться в направлении ниже по потоку. Секущая плоскость 270 определяет поперечный разрез, показанный на фиг. 3 и 4. Секущая плоскость 272 определяет поперечный разрез, показанный на фиг. 5.
Фиг. 3 показывает вид сбоку в разрезе системы 110 смешивания, включающей в себя корпус 200, показанный на фиг. 2. Секция 210 расширения является конической в изображенном примере. Однако, предполагались другие геометрии секции расширения.
Отводящая перегородка 212 и гнездо 214 форсунки также показаны на фиг. 3 Как обсуждено выше, гнездо 214 форсунки может принимать форсунку, такую как форсунка 132 восстановителя, показанная на фиг. 1. Гнездо 214 форсунки расположено в секции 210 расширения в изображенном примере. Однако, в других примерах, гнездо 214 форсунки может быть расположено выше по потоку или ниже по потоку от секции расширения. Факел 265 распыла восстановителя также показан. Более точно, факел 265 распыла восстановителя вводится в смесительный трубопровод 202 в секции 210 расширения и частично нацелен ниже по потоку под углом относительно центральной оси 250. Вертикальная ширина факела 265 распыла восстановителя в комбинации с углом установки могут выбираться, чтобы не превышать самое верхнее ребро и самое нижнее ребро, включенные в множество ребер 220, показанных на фиг. 2. Продольная ширина факела распыла в комбинации с углом установки, также могут выбираться, чтобы не превышать ширину ребер. Вертикальная ось 380 предусмотрена для начала отсчета. В одном из конкретных примеров, вертикальная ширина факела 265 распыла восстановителя может иметь значение 40°. Однако, предполагались другие схемы факела распыла.
Будет принято во внимание, что факел 265 распыла восстановителя включает в себя капельки восстановителя. Как показано на фиг. 3, центральная ось 250 системы 110 смешивания является по существу прямолинейной. Таким образом, компактность системы 110 смешивания может быть повышена по сравнению с другими системами выпуска, которые могут включать в себя криволинейные и расширенные смесительные трубопроводы.
Фиг. 3 также показывает спиральный смесительный элемент 222, включающий в себя центральный вал 300, от которого отходят смесительные поверхности. Центральный вал 300 продолжается вдоль центральной оси 250 в изображенном примере. Однако, в других примерах, центральный вал 300 может иметь альтернативное положение и/или ориентацию. Первая спиральная смесительная поверхность 224 закручивается в спираль вокруг центрального вала 300 спиральным образом между впуском и выпуском смесителя. Однако, спиральный смесительный элемент 222 может иметь другие геометрии в других примерах. Как проиллюстрировано на фиг. 3, каждая из двух спиралей поворачивается приблизительно на 180 градусов, хотя область выпуска каждой из первой и второй наружных поверхностей может продолжать вращаться, но не проходя по центральной оси, так что поверхность заканчивается в по существу вертикальном положении, будучи обращенной прямо против потока. Например, такая форма предусматривает разность площадей поперечного сечения впуска и выпуска, а также нелинейность шага в расположенной ниже по потоку области выпуска спирального смесителя. Это, например, также может быть видно на фиг. 6, а также фиг. 8-9. Такая геометрия дает возможность добавочной скорости и вращения потока при выходе из смесителя и перед входом в расположенный ниже по потоку каталитический нейтрализатор, таким образом, улучшая общую эффективность превращения.
Увеличение площади поперечного сечения секции 210 расширения является по существу линейным в изображенном примере. Более точно, в одном из примеров, угол 350 образован на пересечении центральной оси 250 корпуса и оси 352, продолжающейся по внутренней поверхности секции 210 расширения. Дополнительно, угол 360 также образован на пересечении центральной оси 250 и оси 362, параллельной наружной поверхности отводящей перегородки 212. Дополнительно, диаметр 370 корпуса 200 ниже по потоку от секции 210 расширения по существу постоянен в изображенном примере. Однако, могут использоваться другие геометрии корпуса. Первая спиральная смесительная поверхность 224 и вторая спиральная смесительная поверхность 295 также показаны на фиг. 3.
Фиг. 4 показывает увеличенный вид отводящей перегородки 212 и факела 265 распыла восстановителя, показанных на фиг. 3. Как обсуждено раньше, факел 265 распыла восстановителя может доставляться в смесительный трубопровод 202 через форсунку 132, показанную на фиг. 1. Как показано, отводящая перегородка 212 направляет выхлопные газы, смежно с расположенной выше по потоку границей факела 265 распыла восстановителя. Таким образом, смешивание выхлопных газов и факела 265 распыла восстановителя может повышаться в смесительном трубопроводе 202, тем самым, улучшая работу каталитического нейтрализатора 106, показанного на фиг. 1. Отведение выхлопных газов внутрь факела 265 распыла восстановителя также может содействовать испарению восстановителя и/или разложению в выхлопных газах, дополнительно улучшая работу каталитического нейтрализатора. Каналы 400 потока могут быть сформированы между отводящей перегородкой 212 и корпусом 200, чтобы направлять выхлопные газы к расположенной выше по потоку границе факела 265 распыла восстановителя. Протоки 402 также могут быть включены в гнездо 214 форсунки для направления выхлопных газов к расположенной выше по потоку границе факела 265 распыла восстановителя. Канал 400 потока может быть в сообщении по текучей среде с протоком 402 в гнезде 214 форсунки. Стрелки 450 обозначают поток выхлопных газов через каналы 400 потока, а стрелки 452 обозначают поток выхлопных газов через протоки 402. Отводящая перегородка 212 также экранирует наконечник форсунки 132, показанной на фиг. 1, тем самым уменьшая отложения восстановителя на наконечнике форсунки. Как показано, поперечная ширина факела 265 распыла восстановителя не превышает ширину ребер 220.
Фиг. 5 показывает еще один поперечный разрез системы 110 смешивания по фиг. 2. Гнездо 214 форсунки и распылитель 216 изображены в числе других признаков. Как показано, ребра 220 тянутся в поперечном направлении между опорными расширениями 260. Опорные расширения 260 перекрывают корпус 200. Распылитель 216 также может включать в себя поперечины 510, которые могут повышать жесткость распылителя 216, снижая изгибание распылителя 216. Однако, в других примерах, распылитель 216 может не включать в себя поперечины 510. Распылитель 216 дополнительно включает в себя опорные расширения 514, продолжающиеся в поперечном направлении через корпус 200. Поперечная ось 290 предусмотрена для начала отсчета.
Распылитель 216 может быть приварен к корпусу на стыках 512 или установлен посадкой с натягом на стыках 512. Посредством поддержания соединения с контактом уменьшенной площади на стыках 512, могут быть снижены тепловые потери у корпуса 500.
Как показано, ребра 220 скручены и изогнуты так, чтобы часть плоских внешних поверхностей ребер была параллельна центральной оси 250. Будет принято во внимание, что скрученные ребра 220 повышают турбулентность в выхлопных газах, а также облегчают затраты на производство по сравнению с более сложными конструкциями. Ребра 220 также изогнуты вверх на соединительных краях опор в восходящем направлении относительно вертикальной оси 550, предусмотренной для начала отсчета.
Будет принято во внимание, что, когда распылитель 216 дает выхлопным газам возможность протекать между опорными расширениями 260 и корпусом 200 через проемы 520, противодавление системы 110 смешивания снижается, тем самым, улучшая работу двигателя.
Фиг. 6 показывает увеличенный вид спирального смесительного элемента, показанного на фиг. 2. Изображены первая спиральная смесительная поверхность 224 и вторая спиральная смесительная поверхность 295. Спиральный смесительный элемент 222 также включает в себя переднюю поперечину 600, образующую передний край, и заднюю поперечину 602, образующий задний край. Передний край делит набегающий поток выхлопных газов на два потока, один для каждой из спиралей в спиральном смесительном элементе 222. Спиральный смесительный элемент 222 сформирован различными стенками, чтобы образовывать полый корпус смесителя.
Стрелка 604 обозначает общий поток выхлопных газов через смесительный трубопровод 202, показанный на фиг. 2. Передняя поперечина 600 и задняя поперечина 602 могут продолжаться полностью поперек смесительного трубопровода 202, показанного на фиг. 2. Вогнутая канавка 282 также показана в спиральном смесительном элементе 222 на фиг. 6. Спиральный смесительный элемент 222, показанный на фиг. 6, дополнительно включает в себя краевой фланец 606. Краевой фланец 606 дает спиральному смесительному элементу 222 возможность привариваться точечной сваркой или устанавливаться посадкой с натягом на корпус 200, показанный на фиг. 2. Однако, предполагались другие технологии прикрепления спирального смесительного элемента к корпусу.
Фиг. 7 показывает еще один пример спирального смесительного элемента 222, имеющего вторую вогнутую канавку 700, но, во всем остальном, имеющего аналогичную геометрию. Вторая вогнутая канавка 700 подобна первой вогнутой канавке 282 на первой спиральной смесительной поверхности 224, но расположена дальше от центральной оси. Более точно, линии, касательные к кривой вогнутых канавок (282 и 700), могут быть по существу параллельными. Вогнутые канавки (282 и 700) увеличивают жесткость спирального смесительного элемента 222. Будет принято во внимание, что вторая спиральная смесительная поверхность 295 также может включать в себя подобные канавки.
Фиг. 8 и 9 показывают дополнительные виды спирального смесительного элемента, показанного на фиг. 222. Более точно, фиг. 8 показывает переднюю поперечину 600 спирального смесительного элемента 222, а также первую смесительную поверхность 224 и вторую смесительную поверхность 295. С другой стороны, фиг. 9 показывает заднюю поперечину 602 спирального смесительного элемента 222, а также первую смесительную поверхность 224 и вторую смесительную поверхность 295. Шаг 800 выше по потоку на впуске спирального смесительного элемента 222, показанного на фиг. 8, является большим, чем шаг 900 ниже по потоку на выпуске спирального смесительного элемента, показанного на фиг. 9. Таким образом, шаг спирального смесительного элемента 222 уменьшается в направлении ниже по потоку, тем самым, повышая скорость выхлопных газов, протекающих через спиральный смесительный элемент. Как результат, смешивание дополнительно стимулируется на спиральном смесительном элементе 222. Будет принято во внимание, что двойная спираль в спиральном смесительном элементе 222 имеет меньшую площадь 802 поперечного сечения выпуска, показанную на фиг. 8, чем площадь 902, поперечного сечения впуска, показанная на фиг. 9, вследствие уменьшения шага.
Фиг.10 показывает последовательность этапов способа эксплуатации системы выбросов. Способ 1000 может быть реализован системами и компонентами, описанными выше со ссылкой на фиг. 1-9 и 11, или может быть реализован другими пригодными системами и компонентами.
Этап 1002 способа включает в себя то, что впрыскивают факел распыла восстановителя в смесительный трубопровод выше по потоку от распылителя, расположенного в корпусе смесительного трубопровода, распылитель включает в себя реберные проемы между поперечно проходящими ребрами и вертикальные боковые опоры и боковые проемы между каждыми из вертикальных боковых опор и корпусом, распылитель находится выше по потоку от имеющего форму двойной спирали смесительного элемента. В некоторых примерах, восстановитель может распыляться в выпускной трубопровод ниже по потоку от отводящей перегородки для восстановителя, продолжающейся в трубопровод выше по потоку от гнезда форсунки.
Этап 1004 способа включает в себя то, что осуществляют протекание факела распыла восстановителя и выхлопных газов через распылитель и имеющий форму двойной спирали смесительный элемент, а этап 1006 способа включает в себя то, что осуществляют протекание факела распыла восстановителя и выхлопных газов из имеющего форму двойной спирали смесительного элемента в устройство контроля выбросов. Как обсуждено выше, восстановитель может распыляться в выпускной трубопровод выше по потоку от отводящей перегородки для восстановителя, продолжающегося в трубопровод выше по потоку от гнезда форсунки, и восстановитель может распыляться в секцию расширения в смесительном трубопроводе.
Фиг. 11 показывает еще один вид спирального смесительного элемента 222. Первая спиральная смесительная поверхность 224 и вторая спиральная смесительная поверхность 295 спирального смесительного элемента 222 изображены на фиг. 11. Как показано, первая спиральная смесительная поверхность 224 продолжается от первой стороны 1100 передней поперечины 600. С другой стороны, вторая спиральная смесительная поверхность 295 продолжается от второй, противоположной стороны 1102 передней поперечины 600, но, причем, обе поверхности расположены и профилированы, чтобы вращать набегающий поток в одном и том же направлении. Как обсуждено ранее, шаг между первой спиральной смесительной поверхностью 224 и второй спиральной смесительной поверхностью 295 может уменьшаться в направлении ниже по потоку, например, на выходе выпуска, где шаг постоянен на протяжении приблизительно 180 градусов угла поворота для каждой из поверхностей, но затем, уменьшается в течение оставшихся 100 градусов угла поворота. Канавка 282 на первой спиральной смесительной поверхности 224 и канавка 283 на второй спиральной смесительной поверхности 295 также изображены.
На этом описание завершено. Однако, после его прочтения специалистам в данной области техники будут очевидны многие изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема полезной модели. Например, одноцилиндровый двигатель, рядные двигатели I2, I3, I4, I5 и V-образные двигатели V6, V8, V10, V12 и V16, работающие на природном газе, бензине, дизельном топливе или альтернативных топливных конфигурациях, могли бы использовать настоящее описание для получения преимущества.