Смеситель карбамида
Изобретение относится к способам и системам смесителя карбамида. Смеситель содержит вогнутую пластину, расположенную внутри выхлопного канала с отверстием, соединяющим по текучей среде выхлопной канал со вспомогательным каналом, имеющим инжектор карбамида, причем вспомогательный канал соединен по текучей среде с полым кольцом, физически соединенным с внешней поверхностью выхлопного канала, причем полое кольцо расположено выше по потоку от вогнутой пластины относительно направления входящего потока отработавших газов двигателя, причем полое кольцо соединено по текучей среде с выхлопным каналом через множество перфорационных отверстий, расположенных по окружности выхлопного канала, причем вспомогательный канал образован J-образной трубой, содержащей первую трубу, вторую трубу и третью трубу, причем диаметр вспомогательного канала меньше диаметра выхлопного канала, и причем первая труба расположена внутри выхлопного канала и физически соединена с вогнутой пластиной, а часть второй трубы расположена в выхлопном канале, причем инжектор карбамида расположен на пересечении третьей трубы со второй трубой снаружи выхлопного канала, причем третья труба полностью расположена снаружи от выхлопного канала и физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью полого кольца. Изобретение обеспечивает улучшенное смешивание. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в основном к способам и системам смесителя карбамида.
Уровень техники
Одна из технологий для последующей обработки отработавших газов двигателя, использующая избирательную каталитическую нейтрализацию (ИКН) для того, чтобы активировать определенные химические реакции, происходящие между NOx в отработавших газах и аммиаком (NH3). NH3 вводят в выхлопную систему двигателя выше по потоку от каталитического нейтрализатора ИКН посредством впрыскивания карбамида в выхлопной путь или генерированием выше по потоку в каталитическом нейтрализаторе. Энтропийное разложение карбамида до NH3 происходит в условиях высокой температуры. ИКН способствует реакции между NH3 и NOx для преобразования NOx в азот (N2) и воду (Н2О). Однако, как признано авторами изобретения в данном документе, могут возникать проблемы при впрыскивании карбамида в выхлопной путь. В одном из примеров, карбамид может быть плохо смешиваем с потоком отработавших газов (например, первая часть потока отработавших газов имеет более высокую концентрацию карбамида, чем вторая часть потока отработавших газов), что может приводить к плохому покрытию ИКН и к низкой реакционной способности между выбросами (например, NOx) и ИКН. В дополнение к этому, излишнее смешивание и перемешивание карбамида в отработавших газах также может вызывать проблемы, например, увеличение осадков.
Попытки по устранению недостаточного смешивания включают в себя введение смесительного устройства ниже по потоку от инжектора карбамида и выше по потоку от ИКН таким образом, что поток отработавших газов может быть более однородным. Другие попытки по устранению смешивания карбамида включают в себя стационарный смесительный аппарат. Один из примеров данного подхода представлен авторами Чо и др. в документе U.S. 2013/0104531. В данном документе статический смеситель расположен в выхлопном канале ниже по потоку от вспомогательной трубы для впрыскивания карбамида. Отработавшие газы протекают через выхлопной канал и смешиваются со впрыском карбамида перед протеканием через статический смеситель.
Однако, авторы настоящего изобретения признают потенциальные проблемы данных систем. В качестве одного из примеров, статический смеситель, раскрытый выше, представлен с ограниченными возможностями смешивания, обусловленными направленностью выходного потока отработавших газов через смеситель, не позволяющими полностью смешивать ламинарный поток отработавших газов. Статический смеситель внутри выхлопного канала также представляет производственные ограничения и ограничения компоновки. Различные параметры геометрии выхлопного канала требуют изменений в производстве статического смесителя для того, чтобы смеситель был установлен вплотную в выхлопном канале. В дополнение к этому, статический смеситель, раскрытый автором Чо, не обеспечивает выведение наружу основного выхлопного канала для смешивания части отработавших газов с впрыском карбамида. В связи с этим статический смеситель, раскрытый автором Чо, может приводить к чрезмерному перемешиванию впрыска карбамида, что может привести к осадкам карбамида и плохому покрытию ИКН.
Сущность изобретения
В одном из примеров, проблемы, раскрытые выше, могут быть устранены посредством смесителя, содержащего вогнутую пластину, расположенную внутри выхлопного канала с отверстием, жидкостно соединяющим выхлопной канал со вспомогательным каналом, имеющим инжектор карбамида, и в котором вспомогательный канал жидкостно соединен с полым кольцом, физически соединенным со внешней поверхностью выхлопного канала, и в котором полое кольцо расположено выше по потоку от вогнутой пластины относительно направления входящего потока отработавших газов двигателя. Таким образом расстояние потока отработавших газов увеличено, по сравнению с выхлопной трубой без смесителя, так, что смешивание дополнительно увеличено.
В качестве одного из примеров, отработавшие газы поступают посредством отверстия, расположенного вдоль наименьшего диаметра вогнутой пластины и ведущего в первую трубу вспомогательного канала. Вспомогательный канал проводит отработавшие газы из первой трубы, расположенной в выхлопном канале, ко второй трубе вспомогательного канала с первой частью, расположенной внутри выхлопной трубы, и второй частью, расположенной снаружи выхлопной трубы. Вторая труба дополнительно содержит инжектор карбамида, расположенный на пересечении между второй трубой и третьей трубой, снаружи выхлопной трубы. Третья труба выполнена с возможностью протекания отработавших газов и смеси карбамида к полому кольцу, в котором смесь может протекать к кольцевой камере, расположенной непрерывно вокруг снаружи выхлопной трубы. Смесь может протекать в выхлопной канал через множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль части выхлопной трубы, соответствующей расположению полого кольца. Поскольку смесь находится в выхлопном канале, она может протекать в направлении вогнутой пластины, где смесь может протекать через отверстие или через множество перфорационных отверстий, ведущих к устройству ИКН. Таким образом, рассеивание карбамида в выхлопном канале может быть увеличено, тем самым улучшая общее сокращение ИКН устройства.
Следует понимать, что приведенное выше раскрытие изобретения предусматривает введение в упрощенном виде набора осуществлений, которые подробно раскрыты в осуществлении изобретения. Это не означает, что данный раздел не предназначен для определения ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения, которая следует за осуществлением изобретения. Более того, заявленное осуществление не ограничивается реализациями, которые устраняют любые недостатки, отмеченные выше или в любой другой части данного раскрытия.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано схематическое представление двигателя со смесителем.
На Фиг. 2 показано изометрическое представление смесителя, расположенного вдоль выхлопного канала.
На Фиг. 3 показано представление с торца смесителя от расположения ниже к расположению выше по потоку.
На Фиг. 4 показано представление поперечного сечения смесителя с примером потока отработавших газов, проходящим через смеситель.
Фиг. 2-4 показаны в приближении к масштабу, но могут быть использованы и другие относительные размеры.
Осуществление изобретения
Следующее раскрытие относится к системам и способам для смесителя карбамида, выполненного с возможностью получения впрыска карбамида от инжектора. Смеситель карбамида может быть расположен выше по потоку от ИКН каталитического нейтрализатора, как показано на Фиг. 1. Смеситель карбамида содержит часть выше по потоку, расположенную снаружи выхлопной трубы, и часть ниже по потоку, расположенную внутри выхлопной трубы, как показано на Фиг. 2. Часть ниже по потоку физически соединена со внутренней поверхностью выхлопной трубы с отверстием, расположенным около центральной оси выхлопной трубы. Часть ниже по потоку дополнительно содержит множество перфорационных отверстий на изогнутой поверхности части ниже по потоку. Перфорационные отверстия расположены между внутренней поверхностью выхлопной трубы и отверстием на изогнутой поверхности, как показано на Фиг. 3. В связи с этим, протекание отработавших газов через отверстие или множество перфорационных отверстий происходит при достижении части ниже по потоку. Например, поток отработавших газов через смеситель карбамида показан на Фиг. 4. Отработавшие газы отклонены от выхлопного канала в выхлопной трубе к вспомогательному каналу, в котором отработавшие газы могут быть смешаны с впрыском карбамида снаружи выхлопной трубы. Смесь протекает обратно к выхлопному каналу к положению выше по потоку, от которого отработавший газ был отклонен. Далее смесь может протекать через перфорационные отверстия части ниже по потоку, в которой смесь дополнительно смешивается с отработавшими газами, или смесь может протекать через отверстие для дополнительного смешивания с другим впрыском карбамида.
Отдельно показаны чертежи смесителя, содержащего вогнутую пластину, расположенную вдоль выхлопного канала с центральным отверстием, жидкостно соединяющим выхлопной канал со вспомогательным каналом, содержащим инжектор карбамида, и в котором вспомогательный канал жидкостно соединен с полым кольцом, физически соединенным с внешней поверхностью выхлопной трубы, и в котором полое кольцо находится выше по потоку от вогнутой пластины относительно направления входящего потока отработавших газов. Вогнутая пластина содержит множество перфорационных отверстий под углом относительно направления входящего потока отработавших газов. Вогнутая пластина дополнительно содержит отверстие, определяемое наименьшей длиной окружности вогнутой пластины, и причем отверстие пропускает отработавшие газы во вспомогательный канал. Вспомогательный канал сформирован посредством J-образной трубы, содержащей первую трубу, вторую трубу и третью трубу, и в которой диаметр вспомогательного канала меньше диаметра выхлопной трубы. Первая труба расположена внутри выхлопной трубы и физически соединена с вогнутой пластиной и частью второй трубы, расположенной в выхлопной трубе, инжектором карбамида, расположенным на пересечении между третьей трубой и второй трубой снаружи выхлопной трубы, и причем третья труба полностью расположена снаружи выхлопной трубы и физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью полого кольца. Полое кольцо и вогнутая пластина расположены концентрически вокруг центральной оси выхлопной трубы, и причем входящий поток отработавших газов параллелен центральной оси выхлопной трубы. Полое кольцо содержит множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль наружной поверхности выхлопной трубы, и в котором перфорационные отверстия расположены вдоль центральной оси полого кольца, центральная ось полого кольца расположена перпендикулярно центральной оси выхлопной трубы. Перфорационные отверстия выпускают отработавшие газы к выхлопному каналу в радиальном направлении внутрь под наклоном к направлению входящего потока отработавших газов. Полое кольцо содержит кольцевую камеру, полностью перекрывающую всю длину окружности выхлопной трубы, и в котором кольцевая камера жидкостно соединена с выхлопным каналом посредством множества перфорационных отверстий. Вспомогательный канал принимает отработавшие газы прилегающей вогнутой пластины, ближайшей к центральной оси выхлопной трубы, и в котором вспомогательный канал выпускает отработавшие газы к выхлопному каналу посредством полого кольца, прилегающего к выхлопной трубе.
На Фиг. 1-4 показан пример конфигураций с относительным расположением различных компонентов. Если показаны непосредственно контактирующие друг с другом или непосредственно соединенные элементы, то такие элементы могут быть упомянуты в качестве непосредственно контактирующих или непосредственно соединенных элементов, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. Подобным образом, элементы, показанные смежными или расположенными рядом друг с другом, могут быть смежными или расположенными рядом друг с другом, соответственно, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве примера, компоненты, расположенные в контакте по общей грани друг с другом, могут упоминаться в качестве контактирующих по общей грани. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга с единым пространством между ними и без каких-либо других компонентов, могут быть упомянуты как таковые, по меньшей мере, в одном из примеров. В качестве еще одного другого примера, элементы, показанные выше/ниже друг друга, противоположными сторонами друг к другу или слева/справа друг от друга, могут быть упомянуты как таковые относительно друг друга. В дополнение к этому, как показано на чертежах, самый верхний элемент или точка элемента может быть представлена как «верх» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента может упоминаться как «низ» компонента, по меньшей мере, в одном из примеров. В контексте настоящего документа, обозначения верхняя часть/нижняя часть, верх/низ, над/под, могут быть отнесены к вертикальной оси чертежей и использованы для описания расположения элементов чертежей относительно друг друга. В связи с этим элементы, показанные над другими элементами, расположены вертикально выше других элементов, в одном из примеров. В качестве еще одного другого примера, формы элементов, отображенных на чертежах, могут быть представлены в качестве элементов, имеющих такие формы (например, круговые, прямые, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, наклонные или т.п.). В дополнение к этому, показанные элементы, пересекающие друг друга, могут быть упомянуты в качестве перекрещивающихся элементов или перекрещивающих друг друга элементов, по меньшей мере, в одном из примеров. Более того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный снаружи другого элемента, может быть представлен как таковой в одном из примеров. Следует понимать, что один или несколько компонентов, представленных в качестве «по существу аналогичных и/или идентичных», отличны друг от друга в соответствии с производственными допусками (например, в пределах 1-5% отклонения).
В продолжении на Фиг. 1 показан схематический чертеж, представляющий один из цилиндров многоцилиндрового двигателя 10 в системе 100 двигателя, которая может быть включена в состав системы обеспечения движения автомобиля. Управление двигателем 10, по меньшей мере, частично, может быть осуществлено системой управления, содержащей контроллер 12, и посредством входного сигнала от оператора 132 транспортного средства через устройство 130 ввода. В данном примере, устройство 130 ввода содержит педаль акселератора и датчик 134 положения педали для генерирования сигнала, пропорционального положению педали. Камера 30 сгорания двигателя 10 может содержать цилиндр, сформированный посредством стенок 32 цилиндра и поршня 36, расположенного там. Поршень 36 может быть соединен с коленчатым валом 40 так, чтобы была возможность преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Коленчатый вал 40 может быть соединен, по меньшей мере, с одним ведущим колесом транспортного средства с помощью системы промежуточной трансмиссии. Кроме того, стартерный двигатель может быть соединен с коленчатым валом 40 через маховик для обеспечения возможности запуска работы двигателя 10.
Камера 30 сгорания может получать входящий воздух из впускного коллектора 44 через впускной канал 42 и может выпускать газы сгорания через выпускной канал 48. Впускной коллектор 44 и выхлопной канал 48 могут иметь выборочное сообщение с камерой 30 сгорания посредством соответствующих впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54. В некоторых примерах, камера 30 сгорания может содержать два или несколько впускных клапанов и/или два или несколько выхлопных клапанов.
В данном примере впускной клапан 52 и выхлопной клапан 54 могут быть управляемы посредством кулачковых приводов через соответствующие системы 51 и 53 кулачковых приводов. Каждая из систем 51 и 53 кулачковых приводов может содержать один или несколько кулачков и может использовать одну или несколько систем переключения профиля кулачков (ППК), изменения фаз кулачкового распределения (ИФКР), изменения фаз клапанного газораспределения (ИФКГ) и/или изменения высоты подъема клапанов (ИВПК), которыми может управлять контроллер 12, для регулирования работы клапанов. Положение впускного клапана 52 и выхлопного клапана 54 может быть определено с помощью датчиков 55 и 57 положения, соответственно. В альтернативных примерах, впускной клапан 52 и/или выхлопной клапан 54 могут быть управляемы посредством электропривода клапанов. Например, в качестве альтернативы, цилиндр 30 может содержать впускной клапан, управляемый посредством электромагнитного привода, и выхлопной клапан, управляемый посредством кулачкового привода, содержащего системы ППК и/или ИФКР.
Топливный инжектор 69 показан соединенным непосредственно с камерой 30 сгорания для впрыска топлива непосредственно в нее относительно ширины импульса сигнала, полученного от контроллера 12. Таким образом, топливный инжектор 69 обеспечивает так называемый прямой впрыск топлива в камеру 30 сгорания. Топливный инжектор 69 может быть установлен на стенке камеры сгорания или, например, в верхней части камеры сгорания. Топливо может быть передано топливному инжектору 69 посредством топливной системы (не показана), содержащей топливный бак, топливный насос и топливную рампу. В некоторых примерах, камера 30 сгорания может, в качестве альтернативы или дополнительно, содержать топливный инжектор, расположенный во впускном коллекторе 44 в конфигурации, которая обеспечивает так называемый впрыск топлива во впускные каналы, причем во впускные каналы выше по потоку от камеры 30 сгорания.
Искру подают в камеру 30 сгорание посредством свечи 66 зажигания. Система зажигания может дополнительно содержать катушку зажигания (не показана) для увеличения напряжения, подводимого к свече 66 зажигания. В других примерах, например, в случае дизельного двигателя, свеча 66 зажигания может быть исключена.
Впускной канал 42 может содержать дроссель 62, имеющий дроссельную заслонку 64. В данном конкретном примере, положение дроссельной заслонки 64 может быть изменено с помощью контроллера 12 посредством сигнала, подаваемого на электродвигатель или привод, входящий в состав с дросселем 62, в конфигурации, которую обычно называют электронным управлением дросселем (ЭУД). Таким образом, дроссель 62 может быть регулируемым для изменения входящего воздуха, поступающего в камеру 30 сгорания, а также другие цилиндры двигателя. Расположение дроссельной заслонки 64 может быть передано на контроллер 12 посредством сигнала положения дроссельной заслонки. Впускной канал 42 может содержать датчик 120 массового расхода воздуха и датчик 122 давления воздуха в коллекторе для считывания показаний количества воздуха, поступающего в двигатель 10.
Датчик 126 отработавших газов показан соединенным с выхлопным каналом 48 выше по потоку от устройства 70 снижения токсичности в соответствии с направлением потока отработавших газов. Датчик 126 может быть любым подходящим датчиком для определения показаний воздушно-топливного отношения отработавших газов, например, линейным датчиком содержания кислорода или универсальным датчиком содержания кислорода в отработавших газах (УДКОГ), двухрежимным датчиком содержания кислорода или датчиком КОГ, датчиком НКОГ (нагреваемого КОГ), датчиком оксидов азота, датчиком углеводородов, или датчиком монооксида углерода. В одном из примеров, датчик 126 отработавших газов выше по потоку является УДКОГ датчиком, выполненным с возможностью обеспечения вывода, например, сигнала напряжения, который пропорционален количеству кислорода, присутствующему в отработавших газах. Контроллер 12 преобразует сигнал на выходе датчика содержания кислорода в воздушно-топливное отношение отработавших газов посредством передаточной функции датчика содержания кислорода.
Устройство 70 снижения токсичности показано расположенным вдоль выхлопного канала 48 ниже по потоку от датчика 126 отработавших газов. Устройство 70 может являться трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором (ТКН), сажевым фильтром, различными другими устройствами снижения токсичности или их комбинациями. В некоторых примерах, во время работы двигателя 10 устройство 70 снижения токсичности может быть периодически сброшено в нуль посредством работы, по меньшей мере, одного цилиндра двигателя при конкретном воздушно-топливном отношении.
Устройство 76 избирательной каталитической нейтрализации (ИКН) показано расположенным вдоль выхлопного канала 48 ниже по потоку от датчика 70 отработавших газов. Устройство 76 ИКН содержит один или несколько каталитических нейтрализаторов, имеющих возможность сокращения загрязняющих веществ в потоке отработавших газов. Однако каталитические нейтрализаторы изменяют состояние к более высокой степени окисления после окислительно-восстановительной реакции. В связи с этим, восстановитель вводят выше по потоку от устройства 76 ИКН для снижения состояния каталитических нейтрализаторов обратно к более низкой степени окисления, способной сокращать количество загрязняющих веществ.
Восстановитель может быть получен из резервуара 74 восстановителя, жидкостно соединенного с инжектором 72 смесителя, расположенным между устройством 70 снижения токсичности и устройством 76 ИКН. Таким образом, смеситель 72 может в достаточной мере смешивать карбамид и увеличивать его дисперсию в отработавших газах без чрезмерного смешивания восстановителя, при котором происходит образование осадочных форм. Это может улучшить снижение каталитических нейтрализаторов в устройстве 76 ИКН, тем самым сокращая выбросы транспортного средства. В одном из примеров, восстановителем является карбамид, а резервуаром 74 восстановителя - резервуар для карбамида. Следует понимать, что восстановитель может быть не карбамидом, а другим подходящим восстановителем. Смеситель 72 будет раскрыт более подробно ниже.
Система 140 рециркуляции отработавших газов (РОГ) может направлять необходимую часть отработавших газов из выхлопного канала 48 к впускному коллектору 44 посредством канала 152 РОГ. Количество газов РОГ, поступающих во впускной коллектор 44, может быть изменено посредством контроллера 12 через клапан 144 РОГ. При некоторых других условиях система 140 РОГ может быть использована для регулирования температуры воздушно-топливной смеси внутри камеры сгорания, за счет чего реализован способ управления периодом зажигания в течение некоторых режимов сгорания.
Контроллер 12 показан на Фиг. 1 в качестве микрокомпьютера, содержащего микропроцессорное устройство 102, порты 104 ввода/вывода, электронное устройство хранения данных для исполняемых программ и калибровочных значений, показанное в качестве микросхемы 106 постоянного запоминающего устройства (например, долговременной памяти) в данном конкретном примере, оперативное запоминающее устройство 108, энергонезависимую память 110, и шину данных. Контроллер 12 может принимать различные сигналы от датчиков, соединенных с двигателем 10, в дополнение к сигналам, рассмотренным ранее, содержащие значение измерения массового расхода всасываемого воздуха (МРВ) от датчика 120 массового расхода воздуха; температуру хладагента двигателя (ТХД) от датчика 112 температуры, соединенного с охлаждающей рубашкой 114; сигнал о положении двигателя от датчика 118 на эффекте Холла (или датчика другого типа), определяющего положение коленчатого вала 40; положение дроссельной заслонки от датчика 65 положения дроссельной заслонки; и сигнал об абсолютном давлении в коллекторе (АДК) от датчика 122. Сигнал частоты вращения двигателя может быть сгенерирован посредством контроллера 12 от датчика 118 положения коленчатого вала. Сигнал давления в коллекторе также обеспечивает показания степени разрежения или давления во впускном коллекторе 44. Следует обратить внимание, что могут быть использованы различные комбинации вышеуказанных датчиков, например, датчик МРВ без датчика АДК, или наоборот. Во время работы двигателя крутящий момент двигателя может быть получен из выходного сигнала датчика 122 АДК и частоты вращения двигателя. Кроме того, данный датчик, наряду с определением частоты вращения двигателя, может быть базовым элементом для оценки заряда (в том числе воздуха), введенного в цилиндр. В одном из примеров, датчик 118 положения коленчатого вала, который также используют в качестве датчика частоты вращения двигателя, может производить заранее заданное число равномерно распределенных импульсов на каждый оборот коленчатого вала.
Постоянное запоминающее устройство 106 носителя данных может быть запрограммировано с машиночитаемыми данными, представляющими энергонезависимые команды, исполняемые процессором 102 для выполнения способов, раскрытых ниже, а также и других вариантов, которые предположены, но не перечислены конкретно. Контроллер 12 принимает сигналы от различных датчиков, показанных на Фиг. 1, и использует различные исполнительные механизмы, показанные на Фиг. 1, для регулирования работы двигателя на основании полученных сигналов и команд, хранимых в блоке памяти контроллера. Например, впрыск восстановителя в смеситель 72 включает в себя приведение в действие исполнительного механизма инжектора для получения восстановителя из резервуара 74 и впрыскивания восстановителя в смеситель 72.
Смеситель 72 обеспечивает способ для впрыскивания восстановителя снаружи от основного выхлопного канала в трубу смесителя, выполненного с отверстием в расположенной ниже по потоку части смесителя, расположенной в основном выхлопном канале, предназначенным для проведения отработавших газов в трубу для смешивания с восстановителем; и протекания восстановителя и отработавших газов параллельно основному выхлопному каналу и снаружи от него посредством трубы к части выше по потоку от смесителя, выполненного с возможностью пропускания под углом восстановителя и отработавших газов в основном выхлопном канале. Выведение восстановителя и отработавших газов в основной выхлопной канал дополнительно включает в себя протекание восстановителя и отработавших газов в направлении к части, расположенной ниже по потоку, в которой восстановитель и отработавшие газы протекают через отверстие или через множество перфорационных отверстий. Часть выше по потоку находится в контакте по общей грани с наружной поверхностью выхлопной трубы основного выхлопного канала, и в которой восстановитель части выше по потоку и отработавшие газы протекают к основному выхлопному каналу посредством множества выходных отверстий, расположенных под углом относительно направления входящего потока отработавших газов. Впрыскивание восстановителя включает в себя впрыскивание восстановителя в направлении, противоположном потоку отработавших газов в трубе.
На Фиг. 2 показана боковая проекция вида 200 в аксонометрии смесителя 72 выхлопного канала 48. В связи с этим, ранее введенные компоненты на Фиг. 1 пронумерованы аналогичным образом на последующих чертежах. Смеситель 72 показан встроенным в выхлопной канал 48 выхлопной трубы 202.
Система 290 координат содержит три оси координат, а именно, ось х, параллельную горизонтальному направлению, ось у, параллельную вертикальному направлению и ось z, перпендикулярную осям х и у. Система 290 координат может быть использована для раскрытия относительного расположения компонентов смесителя 72. «Высота» смесителя 72 и/или его компонентов может быть использована для определения размера компонентов вдоль оси у. Аналогично, «длина» компонентов смесителя 72 может быть использована для представления физического размера компонентов вдоль оси х. Физический размер компонентов вдоль оси z может быть представлен в качестве «ширины». Плоскость сечения А-А' определяет вид поперечного сечения выхлопной трубы 202 и смесителя 72, представленных на Фиг. 3. Плоскость сечения В-В' определяет вид поперечного сечения выхлопной трубы 202 и смесителя 72, представленных на Фиг. 4.
Смеситель 72 может быть отдельной механической деталью, состоящей из однокомпонентного материала. В некоторых примерах смеситель 72 может состоять из различных материалов, включая в себя один или несколько из них: керамику, металлический сплав (сплавы), кремний, производные кремния и других подходящих материалов, способных выдерживать высокие температуры, и в тоже время снижать силы трения, проводящих поток отработавших газов в выхлопной трубе 202. Дополнительно или в качестве альтернативы смеситель 72 может содержать одно или несколько покрытий и материалов таким образом, чтобы отработавшие газы могли контактировать поверхностями со смесителем 72 без осаждения сажи или других компонентов отработавших газов на смесителе 72. Следует понимать, что смеситель 72 может иметь множество деталей, объединенных в пределах объема настоящего изобретения.
Выхлопная труба 202 является полой и выполнена с возможностью проведения выхлопных газов через выхлопной канал 48. Часть 210 выше по потоку от смесителя 72 находится в контакте по общей грани с внешней поверхностью выхлопной трубы 202. Таким образом, длина окружности части 210 выше по потоку соответственно больше, чем длина окружности выхлопной трубы 202. Часть 220 ниже по потоку от смесителя 72, находится в контакте по общей грани с внутренней поверхностью выхлопной трубы 202. Таким образом, длина окружности части 220 ниже по потоку соответственно меньше, чем длина окружности выхлопной трубы 202. Сварные швы, связывающие вещества, сплавы и/или другие подходящие соединительные элементы обеспечивают герметичное уплотнение между выхлопной трубой 202 и частью 210 выше по потоку. Перечисленные выше соединительные элементы могут также быть использованы для формирования герметичного уплотнения между выхлопной трубой 202 и частью 220 ниже по потоку. В качестве альтернативы, смеситель 72 может принудительно скользить относительно выхлопной трубы 202.
Часть 220 ниже по потоку, в одном из примеров, имеет цилиндрическую форму. В дополнение к этому или в качестве альтернативы, часть 220 ниже по потоку может быть вогнутой пластиной. Таким образом часть 220 ниже по потоку находится под углом относительно направления потока отработавших газов (указатель 295). Внешний замкнутый контур части 220 ниже по потоку находится в контакте по общей грани с внутренней поверхностью выхлопной трубы 202. Вогнутая поверхность 222 части 220 ниже по потоку наклонена в сторону, противоположную входящему потоку отработавших газов ниже по потоку, в направлении к внутреннему замкнутому контуру части 220 ниже по потоку. Таким образом внешний замкнутый контур находится выше по потоку от внутреннего замкнутого контура. Множество перфорационных отверстий 224, расположено на вогнутой поверхности 222 между внешним и внутренним замкнутыми контурами. Перфорационные отверстия 224 могут быть продольно или радиально смещенными друг относительно друга. В некоторых вариантах осуществления, перфорационные отверстия 224 могут быть круглыми, треугольными, прямоугольными и т.д. Отверстие 280 расположено внутри на внутреннем замкнутом контуре части 220 ниже по потоку. Отверстия 280 расположены на равном расстоянии вокруг центральной оси 299 выхлопной трубы 202.
J-образная труба 230 конструктивно соединена с частью 220 ниже по потоку и частью 210 выше по потоку. J-образная труба 230 является цилиндрической и полой со вспомогательным каналом 231, расположенным в ней. В одном из примеров, выхлопной канал 48 является основным выхлопным каналом, а вспомогательный канал является дополнительным выхлопным каналом. Первая труба 232 J-образной трубы 230 физически соединена с внутренним замкнутым контуром части, расположенной ниже по потоку. Первая труба 232 расположена параллельно и концентрически с выхлопной трубой 202 вокруг центральной оси 299. Первая труба 232 выполнена с возможностью получения части потока отработавших газов, протекающих через отверстие 280, определяемое посредством внутреннего замкнутого контура части 220 ниже потоку. Таким образом, отработавшие газы в выхлопном канале протекают через отверстие 280 или множество перфорационных отверстий 224 при достижении части ниже по потоку. Отработавшие газы могут не протекать через вогнутую поверхность 222 или через поверхность контакта, сформированную посредством части 220 ниже по потоку и выхлопной трубы 202.
Вторая труба 234 жидкостно и физически соединена с первой трубой 232 при изгибе в 90° в выхлопной трубе 202. Таким образом вторая труба 234 находится перпендикулярно первой трубе 232 и центральной оси 299. Вторая труба 234 проходит вертикально от первой трубы 232 через выхлопную трубу 202 и к расположению снаружи от выхлопной трубы 202. Таким образом часть второй трубы 234 расположена внутри выхлопной трубы 202, в то время как оставшаяся часть второй трубы 234, удалена от центра к первой трубе 232, расположенной снаружи выхлопной трубы 202. Инжектор 242 карбамида соединен с частью второй трубы 234, расположенной снаружи от выхлопной трубы 202, в которой третья труба 236 сформирована пересечением со второй трубой 234. Инжектор 242 карбамида расположен для впрыска карбамида в направлении относительно первой трубы, перпендикулярном направлению входящего потока отработавших газов в выхлопную трубу 202 (указатель 295) и центральной оси 299.
Третья труба 236 жидкостно и физически соединена со второй трубой 234 при изгибе в 90° снаружи выхлопной трубы 202 на конце, расположенном ниже по потоку. Таким образом третья труба 236 расположена снаружи и на расстоянии от выхлопной трубы 202 по всей своей длине. Третья труба 236 находится параллельно выхлопной трубе 202, первой трубе 232 и центральной оси 299. Третья труба 236 жидкостно и физически соединена с верхней частью 210 выше по потоку на поверхности 214, расположенной ниже по потоку. Отработавшие газы из второй трубы 234 могут протекать в третью трубу 236, причем третья труба 236 может проводить отработавшие газы к части 210 выше по потоку. Отработавшие газы не могут протекать непосредственно из третьей трубы 236 в окружающую атмосферу или двигатель.
Диаметр J-образной трубы 230, включающей в себя первую трубу 232, вторую трубу 234 и третью трубу 236, меньше диаметра выхлопной трубы 202. Таким образом, площадь поперечного сечения потока J-образной трубы 230 меньше, чем площадь поперечного сечения потока выхлопной трубы 202.
Часть 210 выше по потоку является кольцевой с поверхностями, ограничивающими кольцевую камеру, расположенную там. Кольцевая камера запаяна таким образом, что отработавшие газы в кольцевой камере не может протекать непосредственно к двигателю или окружающей атмосфере. В особенности, часть 210 выше по потоку содержит поверхность 212 выше по потоку, поверхность 214 ниже по потоку и внешнюю кольцевую поверхность 216. Внешняя поверхность выхлопной трубы 202 может функционировать в качестве внутренней кольцевой поверхность часть 210 выше по потоку так, чтобы внешняя поверхность выхлопной трубы 202 была в непосредственном контакте с отработавшими газами в кольцевой камере части 210 выше по потоку. Поверхность 212 выше по потоку расположена параллельно и практически идентична поверхности 214 ниже по потоку. Конец выше по потоку третьей трубы 236 физически соединен с поверхностью 214 ниже по потоку. Таким образом, поверхность 214 ниже по потоку отклонена от поверхности 212 выше по потоку по той причине, что она содержит отверстие, вмещающее третью трубу 236 и принимающее отработавшие газы из вспомогательного канала 231, который не является поверхностью 212 выше по потоку.
Кольцевая камера части 210 выше по потоку жидкостно соединена с выхлопным каналом 48 посредством множества перфорационных отверстий 218, расположенных в части выхлопной трубы 202, функционирующей в качестве внутренней кольцевой поверхности. Таким образом отработавшие газы из кольцевой камеры могут протекать в выхлопной канал 48 посредством перфорационных отверстий 218. В одном из примеров, перфорационные отверстия 218 направляют отработавшие газы в выхлопной канал под углом к направлению входящего потока отработавших газов (указатель 295).
Как показано, перфорационные отверстия 218 выпускают отработавшие газы в выхлопной канал 48, расположенные близко к выхлопной трубе 202, в то время, как отверстие 280 впускает отработавшие газы во вспомогательный канал при расположении рядом с центральной осью 299. Таким образом сокращается вероятность смешивания отработавших газов/карбамида, протекающих во вспомогательный канал. В одном из примеров, смесь протекает только через перфорационные отверстия 224 части 220 ниже по потоку перед протеканием в оставшуюся часть выхлопного канала 48 (например, к устройству 76 ИКН, показанному на Фиг. 1).
На Фиг. 3 показан вид 300 с торца от смесителя 72, расположенного вдоль выхлопного канала 48. Поперечное сечение части 210 выше по потоку показано в виде 300 согласно плоскости сечения А-А' на Фиг. 2. В связи с этим, кольцевая камера 310 части 210 выше по потоку является открытой, а поверхность 212 выше по потоку на Фиг. 2 не показана.
Часть 210 выше по потоку и часть 220 ниже по потоку показаны последовательно вдоль выхлопной трубы 202 с частью 210 выше по потоку, расположенной снаружи выхлопной трубы 202, и частью 220 ниже по потоку, расположенной внутри выхлопной трубы 202. Таким образом, часть 210 выше по потоку и часть 220 ниже по потоку представлены концентрически вокруг оси z в виде 300 (например, параллельно центральной оси 299, представленной на Фиг. 2). Наименьший диаметр части 210 выше по потоку больше, чем наибольший диаметр части 220 ниже по потоку, как показано при помощи ширины выхлопной трубы 202.
Часть 220 ниже по потоку жидкостно соединена непосредственно с отработавшими газами в выхлопной трубе 202. В то время, как кольцевая камера 310 части 210 выше по потоку жидкостно соединена с отработавшими газами, вытекающими из третьей трубы 236 посредством вспомогательного канала 231. Кольцевая камера 310 выпускает отработавшие газы через перфорационные отверстия 218 к части выхлопного канала 48 выше по потоку от части 220, расположенной ниже по потоку.
Перфорационные отверстия 218 части 210 выше по потоку расположены вдоль общей плоскости, параллельной осям х и у. Перфорационные отверстия 218 имеют одинаковые размеры и форму. Перфорационные отверстия 218 показаны на равном расстоянии друг от друга. Следует понимать, что перфорационные отверстия 218 могут быть различных размеров, форм и быть распределены неравномерно вдоль части 210 выше по потоку. Например, в том расположении их количество может быть больше, чем некоторое количество перфорационных отверстий 218, расположенных вдоль нижней поверхности части 210, расположенной выше по потоку, удаленных к расположению инжектора 242 карбамида относительно направления вектора гравитации 399. Это может приводить отработавшие газы к протеканию через кольцевую камеру 310 при большей длительности по сравнению с протеканием через равномерно распределенные перфорационные отверстия 218.
Перфорационные отверстия 224 части 220, расположенной ниже по потоку, расположены каскадом ниже по потоку части 220 таким образом, что перфорационные отверстия 224 разделены на перфорационные отверстия 320, расположенные выше по потоку, отверстия 322, расположенные в середине, и отверстия 324, расположенные ниже по потоку. Перфорационные отверстия 320 выше по потоку, расположены близко к наибольшему диаметру части 220, расположенной ниже по потоку. Таким образом перфорационные отверстия 320 выше по потоку также расположены близко к выхлопной трубе 202. Перфорационные отверстия 320 выше по потоку расположены вдоль общей плоскости параллельно осям х и у. Перфорационные отверстия 324 ниже по потоку расположены близко к наименьшему диаметру части 220 ниже по потоку, вблизи отверстия 280. Перфорационные отверстия 324 ниже по потоку расположены вдоль общей плоскости параллельно осям х и у ниже по потоку и параллельно общей плоскости перфорационных отверстий 320 выше по потоку. Таким образом перфорационные отверстия 322 в середине расположены между перфорационными отверстиями 320 выше по потоку и перфорационными отверстиями 324 ниже по потоку. Перфорационные отверстия 322 в середине расположены по меньшему диаметру части 220 ниже по потоку, чем наибольший диаметр части 220, и большему, чем наименьший диаметр данной части. Перфорационные отверстия 322 в середине расположены вдоль общей плоскости параллельно осям х и у, плоскостям перфорационных отверстий 320 выше по потоку и перфорационных отверстий 324 ниже по потоку.
Каждое из перфорационных отверстий 320 выше по потоку, отверстий 322 в середине и отверстий 324 ниже по потоку содержат одинаковое количество перфорационных отверстий. В связи с этим, перфорационные отверстия 224 имеют размеры, соответствующие диаметру части 220, расположенной ниже по потоку. Таким образом перфорационные отверстия 320 выше по потоку больше по размеру, чем перфорационные отверстия 322 в середине, которые больше, чем перфорационные отверстия 324 ниже по потоку. В некоторых вариантах осуществления, перфорационные отверстия 320 выше по потоку, 322 в середине и 324 ниже по потоку могут быть одинакового размера и в результате, количество перфорационных отверстий 320 выше по потоку, 322 в середине и 324 ниже по потоку может быть неравно, при этом количество перфорационных отверстий 320 выше по потоку больше, чем количество отверстий 322 ниже по потоку или количество отверстий 324 ниже по потоку. Кроме того, количество перфорационных отверстий 322 в середине больше, чем количество отверстий ниже по потоку.
Перфорационные отверстия 218, перфорационные отверстия 320 выше по потоку, перфорационные отверстия 322 в середине и перфорационные отверстия 324 ниже по потоку радиально выравнены. Однако все перфорационные отверстия смесителя 72 могут быть неравномерными без отклонения от объема настоящего изобретения. Как показано, смеситель 72 не содержит никакие другие входные или дополнительные выходные отверстия кроме перфорационных отверстий 218, отверстий 224 и отверстия 280. Таким образом поток отработавших газов через выхлопную трубу будет преобразован смесителем 72, перед протеканием через оставшуюся часть выхлопной трубы 202.
При этом, смеситель карбамида содержит изогнутую часть, расположенную ниже по потоку, и кольцеобразную часть, расположенную выше по потоку, расположенные последовательно вдоль выхлопной трубы выхлопного канала, причем расположенная выше по потоку часть находится снаружи выхлопной трубы, а расположенная ниже по потоку часть находится внутри выхлопной трубы, первое множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль части выхлопной трубы, соответствующей месту расположения расположенной выше по потоку части, и второе множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль расположенной ниже по потоку части, и инжектор, расположенный для впрыска в трубу карбамида снаружи выхлопного канала вдоль вертикальной оси, параллельной центральной оси расположенной выше по потоку части. Часть, расположенная ниже по потоку, содержит отверстие, расположенное вдоль центральной оси выхлопной трубы, и причем данное отверстие выполнено с возможностью пропускания отработавших газов в часть трубы, расположенную внутри выхлопной трубы. Первое множество перфорационных отверстий являются выходными отверстиями, соединяющими по текучей среде кольцевую камеру расположенной выше по потоку части с выхлопным каналом, и причем отработавшие газы, вытекающие из первого множества перфорационных отверстий расположенной выше по потоку части, протекают в выхлопной канал перед поступлением в расположенную ниже по потоку часть. Часть, расположенная ниже по потоку, физически соединена с выхлопной трубой вдоль внешнего замкнутого контура и содержит отверстие на внутренней поверхности ее внутреннего замкнутого контура, и причем расположенная ниже по потоку часть изогнута и содержит второе множество перфорационных отверстий между внешним и внутренним замкнутыми контурами. Труба имеет меньший диаметр, чем диаметр выхлопной трубы. Не существует других входных и дополнительных выходных отверстий, кроме первого и второго множества перфорационных отверстий и отверстия смесителя.
На Фиг. 4 показан вид 400 со стороны поперечного сечения смесителя 72, определенный секущей плоскостью В-В', показанной на Фиг. 2. В связи с этим, внутренние части первой трубы 232, второй трубы 234 и третьей трубы 236 (например, вспомогательного канала 231). На Фиг. 4 дополнительно представлен пример потока отработавших газов со смешиванием карбамида. Следует понимать, что намного больше примеров протекания отработавших газов могут быть реализованы вследствие спонтанности отработавших газов и которая на Фиг. 4 будет показана только в качестве одного из примеров. Поток отработавших газов смешан, как показано, в сочетании с впрыском 402 карбамида. Однако следует понимать, что отработавшие газы могут быть смешаны посредством смесителя 72 в отсутствии впрыска карбамида. Таким образом, смеситель 72 может увеличивать однородность потока отработавших газов в отсутствии впрыска 402 карбамида тогда, как дополнительно будет возможно увеличивать дисперсность в присутствии впрыска 402 карбамида. Направление выше по потоку и ниже по потоку может быть раскрыто ниже относительно основного направления входящего потока отработавших газов, которое параллельно указателю 295.
Система 490 координат содержит две оси, ось х в горизонтальном направлении и ось у в вертикальном направлении. Центральная ось 495 части 210, расположенной выше по потоку, показана пунктирной линией. В дополнение к этому, центральная ось 499 выхлопной трубы 202, показана пунктирной линией. Центральная ось 499 выхлопной трубы 202 перпендикулярна центральной оси 495 части 210, расположенной выше по потоку. Указатель 498 показывает направление вниз, параллельное вектору силы гравитации. Показанная вертикальная ось 497 и инжектор 242 карбамида, расположенный для впрыска вдоль вертикальной оси 497, параллельны направлению вектора гравитации (указатель 498).
Указатели 410 представляют протекание отработавших газов по направлению к смесителю 72 в выхлопном канале 48. В одном из примеров, указатели 410 могут представлять отработавшие газы, выходящие от выхлопного коллектора. В связи с этим, отработавшие газы являются невозмущенными (например, нет впрыскивания и/или объектов, влияющих на поток). Указатели 410 могут также быть представлены в настоящем документе в качестве потока 410 отработавших газов.
Отработавшие газы протекают в обход части 210, расположенной выше по потоку на участке выхлопного канала 48, расположенном между частью 210 выше по потоку и частью 220 ниже по потоку, как показано при помощи указателей 420. В связи с этим, отработавшие газы не поступают на перфорационные отверстия 218 части 210 выше по потоку. Указатели 420 могут также быть представлены в качестве потока 420 отработавших газов. Поток 420 отработавших газов расположен ниже по потоку от потока 410 отработавших газов и аналогично не является возмущенным.
Поток 420 отработавших газов может протекать через отверстие 280, как показано при помощи указателей 430 (например, поток 430 отработавших газов), или он может протекать через перфорационные отверстия 224 части 220, расположенной ниже по потоку, как показано при помощи указателей 440 (например, поток 440 отработавших газов). В дополнение к этому или в качестве альтернативы, поток 420 отработавших газов может перекрывать вогнутая поверхность 222, которая отклоняет поток отработавших газов от поверхности и переводит их к протеканию ниже по потоку к перфорационным отверстиям 224 или к отверстию 280. Отработавшие газы, протекающие через перфорационные отверстия 224 (например, поток 440 отработавших газов) могут протекать радиально на определенном расстоянии друг от друга вокруг центральной оси 499 в направлении под углом к центральной оси 499. В связи с этим, части потока 440 отработавших газов выше центральной оси 499 могут быть смешаны с частями потока 440 отработавших газов ниже центральной оси 499. Поток 440 отработавших газов может протекать ниже по потоку от части 220, расположенной ниже по потоку, как показано при помощи указателей 450 (например, поток 450 отработавших газов), в которой он может протекать непрерывно в направлении устройства 76 ИКН, в одном из примеров.
Поток 430 отработавших газов протекает через отверстие 280 во вспомогательный канал 231 близко к центральной оси 499 и входит в первую трубу 232 J-образной трубы 230. Поток 430 отработавших газов протекает перпендикулярно указателю 498 в первую трубу 232 перед протеканием в противоположном направлении от указателя 498, также как в первую трубу 232, проходит во вторую трубу 234. Таким образом, поток 430 отработавших газов поворачивают на 90° для протекания в направлении вверх, противоположном вектору гравитации (указателю 498), как показано при помощи указателей 460 (например, поток 460 отработавших газов) во вспомогательный канал 231 во вторую трубу 234.
Поток 460 отработавших газов сталкивается с впрыском 402 карбамида, обеспечиваемого инжектором 242 карбамида, во второй трубе 234 перед поворотом ко входу третьей трубы 236. Таким образом, поток 460 отработавших газов протекает в противоположном направлении вектора гравитации во вторую трубу 234 перед поворотом в направлении, перпендикулярном вектору гравитации, поступая в третью трубу 236. В связи с этим, отработавшие газы в первой трубе 232 и третьей трубе 236 протекают перпендикулярно вектору гравитации. Однако, отработавшие газы в первой трубе 232 протекают в направлении ниже по потоку, а отработавшие газы в третьей трубе 236 протекают в направлении выше по потоку. Отработавшие газы в третьей трубе 236 изображены пунктирными стрелками 465 (например, поток 465 отработавших газов). Пунктирные стрелки представляют поток смеси отработавших газов и карбамида тогда, как сплошные стрелки (например, указатели 410, 420, 430, 440, 450 и 460) представляют поток отработавших газов, не смешанный с карбамидом.
Таким образом поток 460 отработавших газов смешивают с впрыском 402 карбамида в расположении снаружи от выхлопного канала 48. Это может способствовать существенному нагреву потока 460 отработавших газов и перемешиванию впрыска 402 карбамида для требуемого смешивания карбамида. В случае выполнения этого, нежелательное количество осадков карбамида может быть устранено от формирования во вспомогательном канале 231 или в выхлопном канале 48.
Поток 465 отработавших газов протекает непрерывно через третью трубу 236, снаружи от выхлопного канала 48, перед поступлением в кольцевую камеру 310. Направление потока 465 отработавших газов противоположно направлению входящего потока отработавших газов двигателя (указатель 410). Указатели 470 (например, поток 470 отработавших газов) отображают поток отработавших газов в кольцевую камеру 310, в которой поток 470 отработавших газов может протекать непрерывно вокруг любого из замкнутых контуров выхлопной трубы 202. Поток 470 отработавших газов может выходить из кольцевой камеры 310 и поступать в выхлопной канал 48 посредством перфорационных отверстий 218, как показано при помощи указателей 475 (например, поток 475 отработавших газов). Поток 475 отработавших газов протекает в выхлопной канал 48 в радиальном направлении внутрь под углом и/или перпендикулярно к указателю 295. Поток 475 отработавших газов протекает близко к выхлопной трубе 202, что обусловлено ближайшим расположением перфорационных отверстий 218 к выхлопной трубе 202. Поток 475 отработавших газов протекает в направлении участка между частью 210 выше по потоку и частью 220 ниже по потоку, как показано при помощи указателей 480 (например, поток 480 отработавших газов).
Поток 480 отработавших газов объединяется с потоком 420 отработавших газов. В связи с этим, не смешанный поток 420 отработавших газов (например, отработавшие газы, которые не смешаны с карбамидом) объединяется со смешанным отработавшим газом. Потоки 420 и 480 отработавших газов протекают в направлении части 220 ниже по потоку, где они могут протекать через перфорационные отверстия 224 или через отверстие 280. В связи с этим, поток 480 отработавших газов может поступать во вторую трубу 234, как показано при помощи указателя 482. Однако, следует понимать, что относительно небольшое количество отработавших газов 480 протекает через отверстие 280, что обусловлено близким расположением отработавших газов 480 к выхлопной трубе 202. Иначе говоря, поток 480 отработавших газов близкий к выхлопной трубе 202 протекает к части 220 ниже по потоку раньше, и в результате, относительно низкое количество отработавших газов 480 может быть отклонено от этого первоначального потока и протекать вдоль центральной оси 499 в отверстие 280. Таким образом, основная часть потока 480 отработавших газов протекает через перфорационные отверстия 224, где направление данного потока отклонено таким образом, чтобы протекать в радиальном направлении внутрь и наружу, как показано при помощи указателей 485 (например, поток 485 отработавших газов). Таким образом, смешанный поток 485 отработавших газов протекает ко всем участкам выхлопного канала 48 (например, ближайшим к выхлопной трубе 202 и центральной оси 499). В связи с этим, потоки 450 и 485 отработавших газов рассеивают карбамид вдоль множества участков выхлопного канала, перед поступлением в устройство 76 ИКН.
Таким образом карбамид равномерно распределен в основном выхлопном канале после смешивания с отработавшими газами в трубе, снаружи от основного выхлопного канала. Смесь отработавших газов и карбамида протекает в основной выхлопной канал выше по потоку от части, расположенной ниже по потоку от смесителя, выполненного с возможностью изменения направления потока отработавших газов для распределения карбамида по множеству участков основного выхлопного канала. Таким образом, часть ниже по потоку равномерно распределяет карбамид на всем протяжении выхлопного канала несмотря на смесь, поступающую в основной выхлопной канал соединенный с выхлопной трубой выше по потоку от части, расположенной ниже по потоку. Это позволяет устройству ИКН ниже по потоку от смесителя получать отработавшие газы смесителя более однородные по сравнению с потоком отработавших газов, невозмущенным посредством смесителя. Так, карбамид может более равномерно покрывать ИКН.
Таким образом, компактный, простой в конструктивном исполнении смеситель может быть расположен вдоль выхлопного канала выше по потоку от устройства ИКН. Смеситель может дополнительно содержать инжектор карбамида, расположенный в трубе смесителя снаружи выхлопного канала. Смеситель выполнен с возможностью приема части отработавших газов из выхлопного канала и направления отработавших газов к трубе входящей в инжектор карбамида. Технический эффект протекания отработавших газов к инжектору карбамида снаружи выхлопного канала является нагреванием в достаточной мере впрыскиваемого карбамида без чрезмерного перемешивания впрыска карбамида. Так смеситель карбамида может увеличивать смешивание карбамида с отработавшими газами посредством протекания смеси карбамида/отработавших газов обратно к выхлопному каналу и посредством протекания смеси через множество перфорационных отверстий для распределения на протяжении всего выхлопного канала выше по потоку от ИКН.
Смеситель содержит вогнутую пластину, расположенную внутри выхлопного канала с введенной жидкостной связью выхлопного канала со вспомогательным каналом, имеющим инжектор карбамида, и причем вспомогательный канал жидкостно соединен с полым кольцом, физически соединенным с внешней поверхностью выхлопного канала, и в котором полое кольцо находится выше по потоку от вогнутой пластины относительно направления входящего потока отработавших газов двигателя. Первый пример смесителя дополнительно содержит вогнутую пластину, содержащую множество перфорационных отверстий, расположенных под углом относительно направления входящего потока отработавших газов и потока во вспомогательный канал, протекающего в противоположном направлении к входящему потоку отработавших газов двигателя. Второй пример смесителя, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно содержит отверстие, определяемое наименьшим замкнутым контуром вогнутой пластины, и в котором отверстие пропускает отработавшие газы во вспомогательный канал. Третий пример смесителя, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, дополнительно содержит вспомогательный канал, образованный J-образной трубой, содержащей первую трубу, вторую трубу и третью трубу, и в котором диаметр вспомогательного канала меньше, чем диаметр выхлопной трубы. Четвертый пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих трех примеров, дополнительно содержит первую трубу, расположенную внутри выхлопной трубы и физически соединенную с вогнутой пластиной, и часть второй трубы, расположенной в выхлопной трубе, инжектор карбамида, расположенный на пересечении между третьей трубой и второй трубой снаружи выхлопной трубы, и в котором третья труба полностью расположена снаружи выхлопной трубы и физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью полого кольца. Пятый пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих четырех примеров, дополнительно содержит полое кольцо и вогнутую пластину, расположенные концентрически вокруг центральной оси выхлопной трубы, и в котором направление входящего потока отработавших газов параллельно центральной оси выхлопной трубы. Шестой пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих пяти примеров, дополнительно содержит полое кольцо, содержащее множество отверстий, расположенных вдоль наружной поверхности выхлопной трубы, и в котором перфорационные отверстия расположены вдоль центральной оси полого кольца, причем центральная ось полого кольца расположена перпендикулярно центральной оси выхлопной трубы. Седьмой пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих шести примеров, дополнительно содержит перфорационные отверстия, выводящие отработавшие газы к выхлопному каналу в радиальном направлении внутрь под наклоном к направлению входящего потока отработавших газов. Восьмой пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих семи примеров, дополнительно содержит полое кольцо, содержащее кольцевую камеру, непрерывно охватывающую весь периметр выхлопной трубы, и в котором кольцевая камера жидкостно соединена с выхлопным каналом посредством множества перфорационных отверстий. Девятый пример смесителя, необязательно включающий в себя один или несколько предыдущих восьми примеров, дополнительно содержит вспомогательный канал, принимающий отработавшие газы вблизи вогнутой пластины близко к центральной оси выхлопной трубы, и в котором вспомогательный канал выпускает отработавшие газы к выхлопному каналу посредством полого кольца, прилегающего к выхлопной трубе.
Способ включает в себя впрыскивание восстановителя снаружи от основного выхлопного канала в трубу смесителя, выполненного с отверстием в расположенной ниже по потоку части смесителя, расположенной в основном выхлопном канале, предназначенным для протекания отработавших газов в трубу для смешивания с восстановителем; и протекания восстановителя и отработавших газов параллельно и снаружи основного выхлопного канала посредством трубы к части смесителя выше по потоку, выполненной с возможностью пропускания под углом восстановителя и отработавших газов в основной выхлопной канал. Первый пример способа дополнительно включает в себя шаг, на котором выпускают восстановитель и отработавшие газы в основной выхлопной канал, дополнительно включающий в себя протекание восстановителя и отработавших газов в направлении к части ниже по потоку, в которой восстановитель и отработавшие газы протекают через отверстие или через множество перфорационных отверстий. Второй пример способа, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно включает в себя шаг, на котором часть выше по потоку находится в контакте по общей грани с наружной поверхностью выхлопной трубы основного выхлопного канала, и в котором в части выше по потоку протекает восстановитель и отработавшие газы к основному выхлопному каналу посредством множества выходных отверстий под углом относительно направления входящего потока отработавших газов. Третий пример способа, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, дополнительно включает в себя шаг, на котором впрыскивают восстановитель, включающий в себя впрыск восстановителя в направлении, противоположном потоку отработавших газов в трубе.
Смеситель карбамида содержит изогнутую часть, расположенную ниже по потоку, и кольцевую часть, расположенную выше по потоку, расположенные последовательно вдоль выхлопной трубы выхлопного канала, причем часть выше по потоку расположена снаружи выхлопной трубы, а часть ниже по потоку расположена внутри выхлопной трубы, причем первое множество перфорационных отверстий, расположено вдоль части выхлопной трубы, соответственно расположению части выше по потоку, и второе множество перфорационных отверстий, расположенное вдоль части ниже по потоку, и инжектор, расположенный для впрыска карбамида снаружи выхлопного канала вдоль осей, параллельных центральной оси части выше по потоку в трубе. Первый пример смесителя карбамида дополнительно включает в себя часть, расположенную ниже по потоку, содержащую отверстие, расположенное вдоль центральной оси выхлопной трубы, и в котором отверстие выполнено с возможностью пропускания отработавших газов в часть трубы, расположенную внутри выхлопной трубы. Второй пример смесителя карбамида, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно содержит первое множество перфорационных отверстий, являющихся выходными отверстиями, жидкостно соединяющими кольцевую камеру части выше по потоку с выхлопным каналом, и в котором отработавшие газы, протекающие наружу из первого множества перфорационных отверстий части выше по потоку, протекают в выхлопной канал перед поступлением в часть ниже по потоку. Третий пример смесителя карбамида, необязательно включающий в себя первый и/или второй примеры, дополнительно содержит часть, расположенную ниже по потоку, физически соединенную с выхлопной трубой вдоль внешнего замкнутого контура и содержащую отверстие на внутренней поверхности внутреннего замкнутого контура, и в котором часть ниже по потоку изогнута и содержит второе множество перфорационных отверстий между внешним и внутренним замкнутыми контурами. Четвертый пример смесителя карбамида, необязательно включающий в себя один или несколько из предыдущих трех примеров, дополнительно содержит трубу, имеющую меньший диаметр, чем диаметр выхлопной трубы. Пятый пример смесителя карбамида, необязательно включающий в себя один или несколько из предыдущих четырех примеров, дополнительно не содержит никаких других входных отверстий и никаких других дополнительных выходных отверстий, кроме первого и второго множества перфорационных отверстий и входного отверстия.
Следует отметить, что примеры программ измерения и управления, приведенные в настоящем раскрытии, могут быть использованы для различных двигателей и/или конфигураций системы транспортного средства. Раскрытые здесь способы и программы управления могут быть сохранены в виде исполняемых команд в долговременной памяти, и могут быть реализованы системой управления, содержащей контроллер в комбинации с различными датчиками, приводами и другими аппаратными средствами двигателя. Конкретные способы, раскрытые в данном документе, могут представлять собой одну или несколько из любого количества стратегий обработки, например, обработку событий, обработку прерываний, многозадачную обработку, многопоточную обработку, и тому подобные. В связи с этим, различные действия, способы и/или представленные функции могут быть выполнены в отображенной последовательности, параллельно, или с пропуском некоторых способов. Аналогично, указанный порядок обработки не обязателен для получения признаков и преимуществ вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, но приведен в целях упрощения представления и раскрытия. Одно или несколько из проиллюстрированных действий, операций и/или функций могут быть выполнены повторно, в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, раскрытые действия, операции и/или функции могут наглядно представлять программный код, записанный в долговременную память машиночитаемого носителя в системе управления двигателем, в которой раскрытые действия осуществлены путем выполнения команд в системе, содержащей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.
Следует понимать, что конфигурации и программы, раскрытые в настоящем документе, по сути являются примерами, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать, как ограничительные в отношении раскрытия изобретения, поскольку возможно существование их многочисленных модификаций. Например, вышеупомянутая технология может быть применена к типам двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, с 4 оппозитными цилиндрами, и к двигателям других типов. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и не очевидные комбинации и частичные комбинации различных систем и конфигураций и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем документе.
Представленная ниже формула изобретения раскрывает определенные комбинации и частичные комбинации, рассмотренные в качестве новых и не очевидных, на которые следует обратить внимание. В данной формуле изобретения могут иметь в виду «любой» элемент или «первый» элемент, или их эквиваленты. Следует понимать, что такие пункты формулы могут заключать в себе один или несколько таких элементов, ни требуя наличия, ни исключая два или несколько данных элементов. Другие комбинации и частичные комбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть включены в объем настоящего изобретения, путем внесения изменений в данные пункты формулы или посредством добавления новых пунктов в данную формулу изобретения или в приложение к ней. Такие пункты формулы изобретения, будь они более полными, ограничивающими, эквивалентными или отличными по объему от изначальной формулы изобретения, также считаются входящими в объем настоящего изобретения.
1. Смеситель, содержащий:
вогнутую пластину, расположенную внутри выхлопного канала с отверстием, соединяющим по текучей среде выхлопной канал со вспомогательным каналом, имеющим инжектор карбамида, причем вспомогательный канал соединен по текучей среде с полым кольцом, физически соединенным с внешней поверхностью выхлопного канала, причем полое кольцо расположено выше по потоку от вогнутой пластины относительно направления входящего потока отработавших газов двигателя, причем полое кольцо соединено по текучей среде с выхлопным каналом через множество перфорационных отверстий, расположенных по окружности выхлопного канала,
причем вспомогательный канал образован J-образной трубой, содержащей первую трубу, вторую трубу и третью трубу, причем диаметр вспомогательного канала меньше диаметра выхлопного канала, и
причем первая труба расположена внутри выхлопного канала и физически соединена с вогнутой пластиной, а часть второй трубы расположена в выхлопном канале, причем инжектор карбамида расположен на пересечении третьей трубы со второй трубой снаружи выхлопного канала, причем третья труба полностью расположена снаружи от выхлопного канала и физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью полого кольца.
2. Смеситель по п. 1, в котором множество перфорационных отверстий расположены под углом относительно направления входящего потока отработавших газов, причем направление потока во вспомогательном канале противоположно направлению входящего потока отработавших газов двигателя.
3. Смеситель по п. 1, в котором отверстие определено как перфорационное отверстие вогнутой пластины, причем отверстие пропускает отработавшие газы во вспомогательный канал.
4. Смеситель по п. 1, в котором полое кольцо и вогнутая пластина расположены концентрически вокруг центральной оси выхлопного канала, причем направление входящего потока отработавших газов параллельно центральной оси выхлопного канала.
5. Смеситель по п. 1, в котором полое кольцо содержит множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль наружной поверхности выхлопного канала, причем множество перфорационных отверстий расположено вдоль центральной оси полого кольца, причем центральная ось полого кольца расположена перпендикулярно центральной оси выхлопного канала.
6. Смеситель по п. 5, в котором множество перфорационных отверстий вытесняют отработавшие газы к выхлопному каналу в радиальном направлении внутрь под наклоном к направлению входящего потока отработавших газов.
7. Смеситель по п. 5, в котором полое кольцо содержит кольцевую камеру, непрерывно охватывающую весь периметр выхлопного канала, причем кольцевая камера соединена по текучей среде с выхлопным каналом через множество перфорационных отверстий.
8. Смеситель по п. 1, в котором вспомогательный канал принимает отработавшие газы вблизи отверстия вогнутой пластины близко к центральной оси выхлопного канала, причем вспомогательный канал вытесняет отработавшие газы к выхлопному каналу через полое кольцо, прилегающее к выхлопному каналу.
9. Способ, содержащий шаги, на которых:
впрыскивают восстановитель снаружи от основного выхлопного канала в трубу смесителя, выполненного с отверстием в расположенной ниже по потоку части смесителя, расположенной в основном выхлопном канале, предназначенном для протекания отработавших газов в трубу для смешивания с восстановителем снаружи от основного выхлопного канала; и
пропускают восстановитель и отработавшие газы параллельно и снаружи от основного выхлопного канала через трубу к расположенной выше по потоку части с полым кольцом смесителя, причем указанная труба физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью расположенной выше по потоку части с полым кольцом смесителя, причем расположенная ниже по потоку поверхность расположенной выше по потоку части с полым кольцом смесителя перпендикулярна внешней кольцевой поверхности расположенной выше по потоку части с полым кольцом смесителя, и причем расположенная выше по потоку часть с полым кольцом смесителя физически соединена с наружной поверхностью основного выхлопного канала; и
пропускают восстановитель и отработавшие газы из расположенной выше по потоку части с полым кольцом смесителя в основной выхлопной канал через множество перфорационных отверстий, расположенных по окружности основного выхлопного канала, причем множество перфорационных отверстий выполнено с возможностью пропускания под углом восстановителя и отработавших газов в основной выхлопной канал.
10. Способ по п. 9, в котором вытеснение восстановителя и отработавших газов в основной выхлопной канал дополнительно включает в себя: протекание восстановителя и отработавших газов в направлении к расположенной ниже по потоку части, причем восстановитель и отработавшие газы протекают через отверстие или через множество перфорационных отверстий.
11. Способ по п. 9, в котором расположенная выше по потоку часть с полым кольцом находится в контакте по общей грани с наружной поверхностью выхлопной трубы основного выхлопного канала, причем в расположенной выше по потоку части с полым кольцом восстановитель и отработавшие газы протекают к основному выхлопному каналу через множество выходных отверстий под углом относительно направления входящего потока отработавших газов.
12. Способ по п. 9, в котором впрыскивание восстановителя включает в себя впрыскивание восстановителя в направлении, противоположном потоку отработавших газов в трубе.
13. Смеситель карбамида, содержащий:
изогнутую часть, расположенную ниже по потоку, и кольцевую часть, расположенную выше по потоку, расположенные последовательно вдоль выхлопной трубы выхлопного канала, причем расположенная выше по потоку часть представляет собой полое кольцо, расположенное снаружи выхлопной трубы и физически соединенное с наружной поверхностью выхлопной трубы, причем расположенная ниже по потоку часть находится внутри выхлопной трубы;
первое множество перфорационных отверстий, расположенных по окружности части выхлопной трубы, соответствующей месту расположения расположенной выше по потоку части, причем первое множество перфорационных отверстий соединяет по текучей среде расположенную выше по потоку часть и выхлопную трубу, и второе множество перфорационных отверстий, расположенных вдоль расположенной ниже по потоку части; и
инжектор, расположенный для впрыска в трубу карбамида снаружи выхлопного канала вдоль вертикальной оси, параллельной центральной оси расположенной выше по потоку части, причем указанная труба соединяет изогнутую расположенную ниже по потоку часть и полое кольцо, причем указанная труба физически соединена с расположенной ниже по потоку поверхностью полого кольца, причем расположенная ниже по потоку поверхность полого кольца перпендикулярна внешней кольцевой поверхности полого кольца.
14. Смеситель карбамида по п. 13, в котором расположенная ниже по потоку часть содержит отверстие, расположенное вдоль центральной оси выхлопной трубы, причем отверстие выполнено с возможностью пропускания отработавших газов в часть трубы, расположенную внутри выхлопной трубы.
15. Смеситель карбамида по п. 13, в котором первое множество перфорационных отверстий являются выходными отверстиями, соединяющими по текучей среде кольцевую камеру расположенной выше по потоку части с выхлопным каналом, причем отработавшие газы, вытекающие из первого множества перфорационных отверстий расположенной выше по потоку части, протекают в выхлопной канал перед поступлением в расположенную ниже по потоку часть.
16. Смеситель карбамида по п. 13, в котором расположенная ниже по потоку часть физически соединена с выхлопной трубой вдоль своей окружности и содержит отверстие, причем расположенная ниже по потоку часть изогнута и дополнительно содержит второе множество перфорационных отверстий.
17. Смеситель карбамида по п. 13, в котором труба имеет меньший диаметр, чем диаметр выхлопной трубы.
18. Смеситель карбамида по п. 13, в котором нет никаких других входных отверстий и никаких других дополнительных выходных отверстий смесителя карбамида, кроме первого и второго множества перфорационных отверстий и отверстия расположенной ниже по потоку части.
