Система обработки выхлопных газов, содержащая распылитель струи жидкости
Представлена система обработки выхлопных газов, содержащая каталитический нейтрализатор, форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора, и распылитель струи жидкости, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой. Распылитель содержит совокупность различных по размеру горизонтальных пластинок, причем меньшая пластинка, по крайней мере частично, вставлена в большую пластину. Также представлена система впрыскивания жидкости, использованная в системе обработки выхлопных газов. Устройство позволяет улучшить смешивание впрыскиваемой жидкости с газом, а также является более компактным и легким по сравнению с известными конструкциями. Устройство позволяет осуществлять смешивание впрыскиваемого жидкого восстановителя с потоком выхлопных газов в системе обработки выхлопных газов, имеющей изгибы труб, а также в системах небольшого размера.
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к каталитической системе обработки выхлопных газов транспортного средства, содержащей распылитель струи жидкого восстановителя.
Уровень техники
В транспортных средствах по ряду причин может быть использовано распыление жидкости в воздушный поток двигателя внутреннего сгорания. Например, в дизельных двигателях могут быть использованы системы последующей обработки выхлопных газов для восстановления газообразных соединений, таких как оксиды азота (NOx). Один из способов предполагает впрыск в выхлопную систему восстановителя, например водного раствора мочевины, выше по потоку катализатора селективного каталитического восстановления (SCR). При впрыскивании в газовый поток мочевина разлагается на аммиак (NH3), который захватывается и хранится на поверхности расположенного ниже по потоку катализатора SCR. При прохождении выхлопных газов через катализатор SCR аммиак катализирует восстановление NOx до азота (N2) и воды (Н2O). Для должного смешивания раствора мочевины с выхлопными газами были предложены различные системы.
В документе US2010/0132344 (который может быть выбран в качестве ближайшего аналога) описан статический смеситель, позволяющий перемешивать жидкость, впрыскиваемую в поток выхлопных газов. Статический смеситель содержит несколько пластин направляющих лопастей, создающих ряд решетчатых отверстий, расположенных в несколько рядов, образующих кольцо, соответствующее форме выхлопной трубы. Пластинки направляющих лопастей наклонены, предпочтительно под углом 40-60 градусов, по отношению к плоскости статического смесителя и выступают над плоскостью смесителя.
Было обнаружено, что вышеуказанная система имеет ряд недостатков. В частности, конкретная геометрия статического смесителя связана с особенностями расположения распыляющего сопла по отношению к потоку выхлопных газов, например, когда впрыск распыленной жидкости происходит на изгибе выхлопной трубы. Таким образом, распыленная жидкость впрыскивается вместе с потоком выхлопных газов, а статический смеситель расположен ниже по потоку форсунки для создания завихрений при помощи наклоненных пластин направляющих лопастей, что приводит к смешиванию впрыскиваемой жидкости и выхлопных газов. Как правило, изгибы труб требуют более длинных областей смешивания для того, чтобы направление распыляемой жидкости было коаксиально потоку выхлопных газов. Таким образом, подобное расположение не может быть применено в транспортных средствах меньших размеров, где размер выхлопной системы ограничен.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является осуществление смешивания впрыскиваемого восстановителя с потоком выхлопных газов в системе обработки выхлопных газов, имеющей изгибы труб. Представленное устройство обеспечивает возможность использования смесителя в системах обработки выхлопных газов любого, даже самого небольшого размера. Кроме того, предложенное устройство позволяет улучшить смешивание впрыскиваемой жидкости с газом, а также является более компактным и легким по сравнению с известными конструкциями.
Одним из способов решения вышеуказанных проблем является использование в системе обработки выхлопных газов распылителя струи жидкости (аэрозольного распылителя), который получает струю жидкости, поступающую в направлении, отличном от направления потока газа, и перенаправляет ее в направлении потока газа. Таким образом, можно впрыскивать жидкость в поток выхлопных газов, не устанавливая распылитель на изгибе трубы и/или ниже по потоку изгиба.
Представленная система обработки выхлопных газов содержит каталитический нейтрализатор, форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора, и распылитель струи жидкости, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой, и содержащий совокупность горизонтальных пластинок различного размера, каждая из которых расположена параллельно направлению потока выхлопных газов. При этом меньшие пластинки по крайней мере частично вставлены внутрь больших пластинок.
Каталитический нейтрализатор может представлять собой устройство селективного каталитического восстановления.
Форсунка может впрыскивать восстановитель выше по потоку каталитического нейтрализатора в направлении, отличном от направления потока газа, а струя жидкого восстановителя может быть нацелена на распылитель и попадает на него со стороны выше по потоку. При этом сторона распылителя выше по потоку может иметь ступенчатую конфигурацию.
Горизонтальные пластинки распылителя могут быть состыкованы таким образом, что каждая меньшая пластинка вставлена, по меньшей мере частично, внутрь большей пластинки с образованием вертикальной стопки, имеющей наибольшую пластинку в основании, причем все пластинки имеют вертикальные участки, предназначенные для прикрепления пластинок сваркой друг к другу.
Распылитель струи также имеет совокупность каналов, сформированных между горизонтальными пластинками, вставленными друг в друга и уложенными в стопку. Эти каналы выполнены с возможностью захватывать и увлекать капли впрыскиваемой жидкости на сторону распылителя ниже по потоку. Таким образом, захваченные капли впрыскиваемой жидкости выходят из распылителя со стороны распылителя ниже по потоку и поступают в зону смешивания выхлопного канала выше по потоку каталитического нейтрализатора. За счет этого обеспечивают уменьшение размеров капель струи жидкости, впрыскиваемой через форсунку.
Также полезная модель относится к системе впрыскивания жидкости для двигателя, используемой в системе очистки выхлопных газов. Система впрыскивания жидкости содержит форсунку и распылитель струи жидкости, расположенный внутри воздушного канала двигателя ниже по потоку форсунки и содержащий совокупность каналов, параллельных потоку и расположенных в каскадной конфигурации, на которые поступает струя жидкости из форсунки в направлении, отличном от направления потока газа. Каналы сформированы между горизонтальными пластинками, по крайней мере частично вставленными одна в другую, причем все пластинки имеют вертикальные участки, предназначенные для прикрепления пластинок сваркой друг к другу.
Концы пластинок могут быть смещены друг относительно друга со стороны распылителя выше по потоку.
Форсунка может быть выполнена с возможностью впрыскивать жидкость в направлении, отличном от направления потока газа, в сторону центральной области распылителя таким образом, чтобы уменьшить размер капель впрыскиваемой жидкости в результате контакта с горизонтальными пластинками и прохождения капель по всей длине каждого из каналов к нижней по потоку стороне распылителя с выходом в зону смешивания воздушного канала двигателя.
Также полезная модель относится к распылителю струи жидкости, используемой в системе очистки выхлопных газов и системе впрыскивания жидкости. Распылитель содержит совокупность частично вставленных друг в друга пластинок, между которыми сформирована совокупность каналов, и механизм для прикрепления распылителя к внутренней стенке воздушного канала двигателя. Пластинки расположены параллельно потоку выхлопных газов, проходящих через воздушный канал двигателя.
Пластинки имеют горизонтальный и вертикальный участки, причем вертикальный участок служит поверхностью для сварки пластинок друг с другом. Пластинки также могут содержать по два вертикальных участка, проходящих в вертикальном направлении от горизонтального участка. Каждая пластинка может быть прикреплена к вертикальным участкам другой пластинки, причем между пластинками сформирована совокупность каналов, выполненных с возможностью захватывать капли жидкости, впрыснутой форсункой в воздушный канал двигателя в направлении распылителя.
Каждая горизонтальная пластинка распылителя может иметь различные размеры в по меньшей мере одном измерении и/или быть смещенной относительно другой горизонтальной пластинки на расположенной выше по потоку стороне аэрозольного распылителя. Подобная конфигурация позволяет получить капли распыленной жидкости из потока, проходящего в направлении, отличном от направления потока газа. Таким образом, технический результат достигается за счет уменьшения длины зоны смешивания выхлопных газов и восстановителя, что позволяет устанавливать распылитель в любом положении и под любым углом в любых транспортных средствах. Помимо этого, полученная геометрическая форма позволит уменьшить размер капель впрыскиваемой жидкости и рассеять капли в области смешивания выхлопного канала, за счет чего достигается более эффективное смешивание.
Необходимо отметить, что горизонтальные пластинки могут иметь любую геометрическую форму, подходящую для приема аэрозоля и вывода капель распыленной жидкости на расположенную ниже по потоку сторону аэрозольного распылителя. Например, горизонтальные пластинки могут быть расположены в виде решетки, в виде стопки, вставлены друг в друга, в ступенчатой и/или каскадной конфигурации. Кроме того, конкретная геометрия аэрозольного распылителя может быть такой, чтобы получить необходимый размер и форму зоны (следа) распыления. Помимо этого, если необходимо, распылитель струи может быть расположен ниже по потоку изгиба трубы.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение примера выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания согласно одному из вариантов выполнения.
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение примера системы обработки выхлопных газов, которая может быть включена в выхлопную систему, приведенную на Фиг.1.
Фиг.3 представляет собой вид в перспективе аэрозольного распылителя, который может быть включен в систему обработки выхлопных газов, приведенную на Фиг.2 согласно одному из вариантов выполнения.
Фиг.4 представляет собой другой вид в перспективе аэрозольного распылителя, приведенного на Фиг.3.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение другого примера системы обработки выхлопных газов, которая может быть включена в выхлопную систему, приведенную на Фиг.1.
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе аэрозольного распылителя, который может быть включен в систему обработки выхлопных газов, приведенную на Фиг.5 согласно одному из вариантов выполнения.
Фиг.7 представляет собой другой вид в перспективе аэрозольного распылителя, представленного на Фиг.6.
Осуществление полезной модели
Ниже приведено описание системы последующей обработки выхлопных газов, содержащей каталитический нейтрализатор, форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора, и распылитель струи, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой. Согласно одному из вариантов выполнения, распылитель содержит совокупность горизонтальных пластинок, установленных таким образом, что каждая из пластинок параллельна потоку выхлопных газов, и может принимать распыляемую жидкость, поступающую в направлении, отличном от направления потока газа, для перенаправления струи жидкости в направлении потока выхлопных газов. Подобное расположение позволяет выполнить выхлопную систему в любой подходящей конфигурации. Кроме того, благодаря полученной геометрической форме данная система обеспечивает более компактное конструктивное выполнение и меньший вес по сравнению с известными решениями.
В частности, на Фиг.1 показана выхлопная система 100 для транспортировки выхлопных газов, вырабатываемых двигателем 110 внутреннего сгорания. В одном неограничивающем примере двигатель 110 представляет собой дизельный двигатель, который производит механическую полезную мощность путем сжигания смеси воздуха и дизельного топлива. В альтернативном варианте осуществления двигатель 110 может представлять собой другие типы двигателей, в частности, бензиновые двигатели. В некоторых вариантах выполнения двигатель 110 может представлять собой часть силовой установки транспортного средства. Однако в других вариантах возможно использование двигателя 110 в стационарных установках, таких как, например, электрический генератор. В случае применения выхлопной системы 100 в стационарных установках необходимо принять во внимание, что выхлопная система 100, как описано выше, адаптирована конкретно для применения в транспортных средствах, в частности предназначена для того, чтобы уменьшить длину области смешивания выхлопных газов и восстановителя.
Выхлопная система 100 может содержать один или более из следующих элементов: выпускной коллектор 120, в который поступают выхлопные газы, вырабатываемые одним или более цилиндрами двигателя 110, зону 130 смешивания, расположенный ниже по потоку выпускного коллектора 120, в который поступает жидкий восстановитель, каталитический нейтрализатор 140 селективного каталитического восстановления (SCR), расположенный ниже по потоку зоны 130 смешивания, и устройство 150 подавления шумов, расположенное ниже по потоку каталитического нейтрализатора 140. Кроме того, выхлопная система 100 может содержать несколько выхлопных труб или патрубков для соединения потоков различных компонентов выхлопной системы. Например, как показано на Фиг.1, выпускной коллектор 120 может быть соединен с зоной 130 смешивания с помощью одного или более выхлопных патрубков 162 и 164. Каталитический нейтрализатор 140 может быть соединен с устройством 150 подавления шумов с помощью выхлопного патрубка 166. Наконец, выхлопные газы могут проходить от устройства 150 подавления шумов в окружающую среду через выхлопной патрубок 168. Необходимо отметить, что, хотя это и не показано на Фиг.1, выхлопная система 100 может содержать сажевый фильтр и/или дизельный окислительный нейтрализатор, установленный выше или ниже по потоку каталитического нейтрализатора 140. Кроме того, следует понимать, что выхлопная система 100 может содержать два или более каталитических нейтрализатора. В одном из примеров, каталитический нейтрализатор 140 (конвертер) может иметь несколько каталитических блоков. В другом примере могут быть использованы устройства контроля выбросов выхлопных газов с несколькими каталитическими блоками в каждом. Каталитический нейтрализатор 140 может представлять собой трехкомпонентный нейтрализатор.
В некоторых вариантах выполнения зона 130 смешивания может иметь большую площадь поперечного сечения или площадь сечения потока, чем выхлопной патрубок 164 выше по потоку. Зона 130 смешивания может иметь первый участок 132 и второй участок 134. Первый участок 132 зоны 130 смешивания может содержать форсунку 136 для селективного впрыскивания жидкости в выхлопную систему. Согласно одному неограничивающему примеру жидкость, впрыскиваемая форсункой 136, может включать в себя жидкий восстановитель, такой как аммиак или мочевина. Кроме того, жидкий восстановитель может храниться в резервуаре 176 и подводиться к форсунке 136, например, через трубопровод 174 при помощи насоса 172. Второй участок 134 зоны 130 смешивания может быть выполнен с возможностью согласования изменения площади поперечного сечения или площади сечения потока между первой частью 132 и каталитическим нейтрализатором 140. Следует отметить, что каталитический нейтрализатор 140 может представлять собой любой подходящей каталитический нейтрализатор восстановления оксидов азота (NOx) или других продуктов горения, образующихся в результате сгорания топлива в двигателе 110.
Необходимо отметить, что с точки зрения применения в транспортных средствах выхлопная система 100 может быть установлена в нижней части шасси транспортного средства. Кроме того, следует понимать, что выхлопной патрубок может содержать один или более изгибов или искривлений для приспособления к определенной конструкции транспортного средства. Более того, следует понимать, что в некоторых вариантах выхлопная система 100 может содержать дополнительные компоненты, не показанные на Фиг.1, или может не содержать некоторых из описанных компонентов.
Кроме того, выхлопная система 100 может содержать различные датчики для обеспечения индикации состава воздушно-топливной смеси в выхлопных газах. Следовательно, необходимо отметить, что выхлопная система 100 может содержить один или несколько универсальных датчиков содержания кислорода в выхлопных газах (UEGO), бистабильный датчик содержания кислорода или EGO, HEGO (нагретый EGO), датчик NOx, датчик НС, датчик СО, а также датчик твердых частиц. При наличии, датчики могут быть расположены в любом месте выхлопной системы 100. Например, один или несколько различных датчиков могут быть расположены ниже по потоку каталитического нейтрализатора 140. Согласно другому примеру, один или несколько датчиков могут быть расположены выше по потоку каталитического нейтрализатора 140. Кроме того, один или несколько датчиков могут, например, находиться на каталитическом нейтрализаторе 140. Выхлопная система может содержать первичные нейтрализаторы продуктов неполного сгорания и подкорпусный нейтрализатор, а также выхлопной коллектор выше и/или ниже по потоку датчика воздушно-топливной смеси.
Фиг.2 представляет собой более подробный вид сбоку участка 130 смешивания в продольном сечении. Центральная продольная ось зоны 130 смешивания указана позицией 200. Форсунка 136 показана прикрепленной к стенке первого участка 132 зоны 130 смешивания с помощью прилива 210 форсунки. В этом примере форсунка 136 расположена снаружи области потока выхлопного канала. Таким образом, форсунка может быть защищена от термической деструкции, вызванной высокой температурой выхлопных газов. Кроме того, благодаря возможности установки форсунки в углублении стенки выхлопного канала при помощи прилива, снижается нарушение форсункой потока выхлопных газов. Форсунка 136 может впрыскивать через отверстие в стенке участка смешивания жидкость, подаваемую по трубке 212, в ответ на управляющий сигнал, полученный по линии 214 связи от электронной системы управления двигателя 110.
Жидкость может быть подведена к форсунке 136 по трубке 212 из резервуара при помощи промежуточного насоса, как указано выше. Необходимо отметить, что насос может также управляться электронной системой управления двигателя 110 для снабжения форсунки 136 восстановителем под давлением.
Форсунка 136 может быть ориентирована так, чтобы впрыскивать восстановитель в направлении аэрозольного распылителя 220 вдоль оси 216 в виде струи. В качестве одного из неограничивающих примеров, распылитель 220 может быть выполнен в виде решетки, что позволяет перенаправить впрыскиваемый восстановитель и облегчить процесс разделения струи на мелкие капли. Таким образом, распылитель 220 может, например, содержать совокупность горизонтальных пластин, выровненных по горизонтали относительно оси распылителя 220. Таким образом, горизонтальные пластинки аэрозольного распылителя 220 могут быть параллельны потоку выхлопных газов через зону 130 смешивания. Неограничивающий пример аэрозольного распылителя 220 в форме решетки более подробно описан со ссылкой на Фиг.2-3. В некоторых вариантах выполнения ось 216 впрыскивания может совпадать с центром рисунка струи, выходящей из форсунки 136. Рисунок струи, выходящей из форсунки 136, может иметь любую форму, подходящую для улучшения смешивания и скорости испарения восстановителя с выхлопными газами. Например, из форсунки могут выходить струи в форме пластин, полных конусов, полых конусов, множественных конусов и т.д.
Ось 216 впрыскивания может быть направлена на определенную область аэрозольного распылителя 220. В качестве одного неограничивающего примера, ось 216 впрыскивания может проходить через центр аэрозольного распылителя 220, который в свою очередь может совпадать с продольной осью 200. В этом примере, прилив 210 форсунки выполнен таким образом, чтобы прикрепить форсунку 136 к стенке выхлопной системы так, чтобы ось 216 впрыскивания находилась под углом по отношению к продольной оси 200, показанным позицией 230. В качестве одного неограничивающего примера, угол 230 может составлять приблизительно 45 градусов. Согласно другому примеру, угол 230 может составлять от 20 до 55 градусов. Например, угол 230 может составлять приблизительно 30 градусов. Однако могут быть использованы и другие подходящие углы.
Необходимо отметить, что описанные углы связаны с режимом потока. Например, угол оси 216 впрыскивания, описанный выше, может быть измерен при условии отсутствия выхлопного потока. Когда поток выхлопного газа увеличивается, форма струи форсунки может меняться, так как жидкий восстановитель захватывается выхлопными газами.
В некоторых примерах пространственные ограничения выхлопной системы могут служить для увеличения скорости испарения и смешивания реагента и выхлопных газов, в результате чего восстановитель распыляется в достаточной степени до того, как он достигает каталитического нейтрализатора. Кроме того, для некоторых конфигураций выхлопной системы чтобы достичь определенной скорости испарения и смешивания жидкости с выхлопными газами, капли впрыскиваемой жидкости должны быть меньше определенного размера. В качестве примера, для некоторых выхлопных систем капли впрыскиваемой жидкости могут иметь диаметр 50 микрон или меньше. Например, для эффективной подачи на каталитический нейтрализатор SCR капли жидкости могут быть размером в 20 микрон. Однако цена форсунки может увеличиваться пропорционально уменьшению размера капель впрыскиваемой жидкости. Таким образом, чтобы уменьшить стоимость форсунки, может быть желательным улучшить скорость смешивания и испарения, чтобы использовать форсунку, впрыскивающую капли жидкости большего размера. Помимо этого, необходимо уменьшить осаждение восстановителя на поверхностях стенок и каталитического нейтрализатора выхлопной системы во избежание образования отложений в результате испарения жидкости с данных поверхностей.
Распылитель 220 может иметь совокупность створок или горизонтальных пластинок для перенаправления впрыскиваемой жидкости вдоль траектории, значительно более параллельной выхлопному потоку, чем ось 216 впрыскивания. Таким образом, может быть произведена подготовка впрыскиваемой жидкости к каталитической обработке выхлопных газов ниже по потоку. В качестве одного примера распылитель 220 может быть оптимизирован для улучшения дисперсии жидкости в поперечном сечении зоны смешивания до попадания в устройство ниже по потоку, например, каталитический нейтрализатор 140 системы SCR. Кроме того, распылитель 220 может увеличить распад/дисперсию капель впрыскиваемой жидкости за счет взаимодействия со створками или горизонтальными пластинками. Распылитель 220, как показано на Фиг.2, может иметь продольную ширину или толщину, указанную позицией 238, и может по крайней мере частично занимать поперечную область или сечение потока первого участка 132 зоны 130 смешивания.
Необходимо отметить, что вариант выполнения, изображенный на Фиг.2, представлен в качестве примера, и, таким образом, не является ограничивающим. Кроме того, система обработки выхлопных газов может иметь дополнительные и/или альтернативные компоненты, кроме тех, которые включены в зону 130 смешивания, как указано выше. В качестве одного примера, зона 130 смешивания может содержать расположенное выше по потоку смешивающее устройство, выполненное для создания или увеличения завихрений в потоке выхлопных газов для улучшения смешивания впрыскиваемой жидкости.
Кроме того, в некоторых вариантах выполнения смешивающее устройство может быть установлено ниже по потоку аэрозольного распылителя 220. Например, расположенное ниже по потоку смешивающее устройство может быть помещено в расширяющемся участке выхлопного патрубка, таком как второй участок 134 зоны 130 смешивания. В качестве одного неограничивающего примера, смешивающее устройство может иметь спиральную конфигурацию для принудительного направления выхлопных газов и капель впрыскиваемой жидкости вдоль более длинной траектории или вокруг смешивающего устройства, что может привести к увеличению времени испарения жидкости.
Таким образом, смешивание выхлопных газов и впрыскиваемой жидкости может быть улучшено, таким образом уменьшая длину зоны смешивания, определяемую здесь как расстояние между форсункой и началом каталитического нейтрализатора SCR. В результате увеличение скорости смешивания и испарения жидкости может быть использовано для того, чтобы обеспечить увеличение размера капель жидкости, впрыскиваемой форсункой, тем самым обеспечивая уменьшение стоимости форсунки, по меньшей мере при некоторых условиях.
Фиг.3 представляет собой сечение аэрозольного распылителя 220 в перспективе вдоль линии 3-3 на Фиг.2, а Фиг.4 представляет собой вид в перспективе аэрозольного распылителя 220 вдоль линии 4-4 на Фиг.2.
Обратимся сначала к Фиг.3, на которой показано поперечное сечение зоны 130 смешивания вниз по направлению оси 200 на Фиг.5. Таким образом, распылитель 220 расположен во внутреннем пространстве зоны 130 смешивания, и, следовательно, может быть окружен стенками 132.
Как показано на рисунке, распылитель 220 может содержать совокупность горизонтальных пластинок 302, расположенных в виде решетки жалюзи. Кроме того, горизонтальные пластинки 302 могут быть установлены стопкой одна поверх другой во вложенной конфигурации.
Как показано на рисунке, каждая из горизонтальных пластинок 302 может быть вставлена внутрь другой таким образом, чтобы меньшая горизонтальная пластинка была по меньшей мере частично вставлена внутрь другой, большей пластинки. Таким образом, горизонтальные пластинки 302 могут иметь разный размер по меньшей мере в одном измерении. Например, горизонтальные пластинки 302 могут иметь разную горизонтальную длину, измеренную вдоль горизонтальной оси.
Вариант выполнения, показанный на Фиг.3, относится к аэрозольному распылителю с пятью горизонтальными пластинками 302, расположенными в стопке одна над другой и по меньшей мере частично встроенными одна в другую; однако необходимо отметить, что распылитель 220 может иметь любое необходимое количество горизонтальных пластинок. Например, распылитель 220 может иметь более пяти горизонтальных пластинок. В других примерах, распылитель 220 может иметь менее пяти горизонтальных пластинок.
Под горизонтальным направлением в настоящем описании подразумевается направление, перпендикулярное направлению потока (например, вдоль оси 200) и вертикальному направлению. Таким образом, горизонтальное направление и вертикальное направление могут задавать поперечную плоскость, проходящую через зону 130 смешивания, например, поперечное сечение по линии 3-3, причем поперечная поверхность перпендикулярна направлению потока газа.
Горизонтальные пластинки 302 могут быть расположены так, что горизонтальная длина каждой горизонтальной пластинки уменьшается вдоль стопки в вертикальном направлении, причем наименьшая горизонтальная пластинка расположена ближе всего к форсунке 136. Например, горизонтальные пластинки могут быть уложены в форме пирамиды, «вершина» которой расположена ближе к форсунке 136, чем большая из горизонтальных пластинок, расположенная в «основании» пирамиды. Как показано на рисунке, горизонтальная пластинка 304 может иметь наибольшую горизонтальную длину и располагаться дальше от форсунки 136 в вертикальном направлении. Кроме того, горизонтальная длина каждой последующей горизонтальной пластинки может быть меньше, а горизонтальная пластинка 306 в «вершине» может иметь самую маленькую длину.
Как показано на рисунке, каждая горизонтальная пластинка может иметь один или несколько вертикальных участков 308, направленных в по существу перпендикулярном направлении от горизонтальной пластинки. Например, каждая горизонтальная пластинка может иметь два вертикальных участка 308, проходящих вертикально на противоположных концах горизонтальной пластинки. Например, вертикальные участки 308 могут проходить в вертикальном направлении, чтобы охватить участок другой горизонтальной пластинки. В качестве другого примера, вертикальные участки 308 могут обеспечивать поверхность для соединения одной горизонтальной пластинки с другой. Например, вертикальные участки одной горизонтальной пластинки могут быть приварены к вертикальным участкам другой горизонтальной пластинки. Таким образом, вертикальные участки могут быть использованы в качестве поверхности для приваривания каждой из горизонтальных пластинок друг с другом и формирования общей решетчатой конструкции. Таким образом, горизонтальная пластинка 304 может служить основанием для следующей пластинки, расположенной между вертикальными участками предыдущей горизонтальной пластинки, причем все горизонтальные пластинки приварены друг к другу в областях на вертикальных участках.
Распылитель 220 может также содержать совокупность каналов 310. Как показано на рисунке, каждый канал 310 может быть образован объемным пространством между двумя соседними горизонтальными пластинками. Таким образом, вариант выполнения, изображенный на Фиг.3, предусматривает четыре канала 310. Однако следует понимать, что распылитель 220 может содержать любое подходящее количество каналов. Таким образом, количество каналов аэрозольного распылителя 220 не ограничивается четырьмя, как показано на Фиг.3.
Каналы 310 могут обеспечивать прохождение потока выхлопных газов через распылитель 220 в направлении потока газа. Кроме того, каналы 310 могут захватывать капли из впрыскиваемой жидкости. Следовательно, каналы 310 могут обеспечивать прохождение потока выхлопных газов и потока капель через всю длину аэрозольного распылителя в направлении потока газа. Таким образом, каналы 310 так же, как и горизонтальные пластинки 302, расположены в направлении потока выхлопных газов.
Распылитель 220 может также иметь верхнюю область 312 потока жидкости и нижнюю область 314 потока жидкости. Подобно каналам 310, области 312 и 314 могут обеспечивать прохождение потока выхлопных газов и/или потока капель. Как более подробно описано далее, так как зона распыления впрыскиваемой жидкости может быть направлена на распылитель, области 312 и 314 могут служить каналом для потока выхлопных газов и содержать минимальное количество капель впрыскиваемой жидкости. Другими словами, в то время как каналы 310 могут служить проходом для потока выхлопных газов и потока капель, области 312 и 314 могут служить проходом для потока выхлопных газов. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения области 312 и 314 могут не содержать капель впрыскиваемой жидкости.
Распылитель 220 может также содержать один или более механизм для прикрепления аэрозольного распылителя 220 к стенкам 132. Например, в качестве механизма крепления может выступать одна или несколько пластин, присоединенных к горизонтальной пластинке для приваривания аэрозольного распылителя к внутренним стенкам зоны смешивания. Как показано на рисунке, распылитель 220, например, имеет пластину 318, прикрепленную к горизонтальной пластинке 304, для приваривания распылителя к стенкам зоны смешивания. В некоторых вариантах выполнения, пластина 318 может быть приварена к нижней поверхности 319 горизонтальной пластинки 304 и к стенкам 132 зоны смешивания. Однако необходимо отметить, что первая пластина 318 может привариваться или крепиться к стенкам 132 зоны смешивания и другими способами.
Дополнительно или в качестве альтернативы, распылитель 220 может быть приварен к стенкам 132 посредством приваривания вертикальных участков 308 горизонтальной пластинки 306 непосредственно к стенкам 132. Как показано на рисунке, подобный вариант предусматривает два места сварки, соответствующих каждому вертикальному участку 308 горизонтальной пластинки 306. В таком варианте дополнительный канал 311 может быть образован между горизонтальной пластинкой 306 и стенками 132, с зоной, ограниченной вертикальными участками 308, приваренными к стенкам 132. Следует понимать, что канал 311 может быть аналогичным каналам 310, описанным выше. Однако следует понимать, что канал 311 может в некоторой степени отличаться. В частности, канал 311 может, например, иметь большую область поперечного сечения, чем каналы 310.
Необходимо отметить, что распылитель 220 может быть приварен к стенкам 132 любым подходящим способом. Кроме того, распылитель 220 может быть ориентирован внутри стенок 132 любым подходящим образом. Так, например, распылитель 220 может быть повернут на 180 градусов, как в варианте, показанном на Фиг.3. Другими словами, распылитель 220 может быть перевернут «вверх ногами», а вертикальные участки 308 горизонтальной пластинки 306 могут быть приварены к противоположной поверхности стенок 132. Таким образом, распылитель 220 может быть перевернут таким образом, что совокупность горизонтальных пластинок 302 все еще по существу параллельна направлению потока газа.
Полученная геометрическая форма аэрозольного распылителя может увеличивать дисперсию распыляемой жидкости, так как размер капель после контакта с множеством горизонтальных пластинок уменьшается. Кроме того, благодаря вышеописанной геометрической конфигурации, распылитель струи может улучшить смешивание капель с потоком выхлопных газов, таким образов уменьшив длину зоны смешивания в направлении потока газа. Распылитель может быть расположен внутри зоны смешивания для получения следа струи из форсунки 136.
Например, на Фиг.4 показан другой вид аэрозольного распылителя 220, в перспективе со стороны форсунки 136. В частности, вид в перспективе может представлять собой плоскостной разрез вдоль линии 4-4 на Фиг.2. Следовательно, распылитель 220 может быть виден из положения ниже прилива 210 форсунки в направлении к потоку выхлопных газов через зону 130 смешивания. Как показано на рисунке, участок рассматриваемого поля на виде, показанном на ФИГ. 4, может быть ограничен внутренними стенками 402 прилива форсунки, тогда как другой участок поля может включать в себя, например, стенки 132 зоны смешивания.
Как показано на рисунке, область 404 падения струи может попадать на центральную область аэрозольного распылителя 220. Таким образом, впрыскиваемая жидкость может быть нацелена на центральную область, совпадающую с областью 404 попадания струи для максимального смешивания капель впрыскиваемой жидкости с потоком выхлопных газов. Как описано выше, впрыскиваемая жидкость может «атаковать» распылитель со стороны, не совпадающей с направлением потока газа, например, вдоль оси 216 впрыскивания.
Как показано на рисунке, распылитель 220 может иметь форму решетчатой стопки так, чтобы каждый канал 310 был подвергнут воздействию распыляемой жидкости. Фиг.2 демонстрирует вид сбоку аэрозольного распылителя 220 в форме решетчатой стопки. Благодаря такой конфигурации одна горизонтальная пластинка может, по крайней мере частично, располагаться внутри другой горизонтальной пластинки, как описано выше.
Со ссылкой на Фиг.2 и 4, совокупность горизонтальных пластинок 302 может быть состыкована и сложена в стопку таким образом, чтобы каждая горизонтальная пластинка плотно прилегала к другой в верхней по потоку части 406 и нижней по потоку части 408 аэрозольного распылителя 220. Другими словами, каждая горизонтальная пластинка 302 может иметь одинаковую поперечную длину (измеряемую, например, вдоль оси 200) и может, по крайней мере частично, быть вставлена внутрь другой горизонтальной пластинки таким образом, чтобы вертикальные участки и горизонтальные участки каждой пластинки плотно прилегали один к другому с верхней по потоку стороны 406 и нижней по потоку стороны 408 аэрозольного распылителя 220.
Например, как показано на Фиг.2, совокупность горизонтальных пластинок 302 может быть расположена в нижней по потоку части 408 таким образом, чтобы каждая горизонтальная пластинка была выровнена в вертикальном направлении. Другими словами, нижние по потоку части каждой горизонтальной пластинки могут плотно прилегать к нижней части других горизонтальных пластинок. Кроме того, продольная длина каждой горизонтальной пластинки (измеренная вдоль направления потока) может быть равной длине 238.
Таким образом, распыленная жидкость может воздействовать на центральную область аэрозольного распылителя, что приводит к попаданию области 404 падения струи на верхнюю по потоку часть 406. Распыленная жидкость может попадать на распылитель таким образом, чтобы струя жидкости распадалась на значительно меньшие по размеру капли. Например, форсунка 136 может впрыскивать струю жидкости, содержащую крупные капли мочевины диаметром от 80 до 100 микрон. После контакта с аэрозольным распылителем размер крупных капель мочевины может уменьшиться примерно до 20-50 микрон в диаметре. Таким образом, размер крупных капель уменьшается, капли становятся мельче благодаря геометрической структуре аэрозольного распылителя. Необходимо отметить, что выше приведен лишь один пример уменьшения размера капель, возможны и другие варианты уменьшения размера капель независимо от сферы применения изобретения.
Кроме того, следует понимать, что геометрическая конструкция аэрозольного распылителя может быть выполнена таким образом, чтобы принимать любую подходящую струю необходимого размера и формы. Например, распылитель струи может уменьшать размер капель восстановителя, распыляемого в форме заполненного конуса, пустого конуса или многопоточной струи, и т.д.
Совокупность каналов 310 может захватывать мелкие капли таким образом, чтобы поток выхлопных газов мог перенести мелкие капли через каналы 310. Мелкие капли могут перемещаться по всей длине аэрозольного распылителя в направлении потока газа. Конкретная геометрия аэрозольного распылителя может обеспечить попадание мелких капель из аэрозольного распылителя в расположенную ниже по потоку часть 408 таким образом, чтобы мелкие капли лучше распределились внутри зоны 130 смешивания. Другими словами, более мелкие капли могут быть выпущены из аэрозольного распылителя таким образом, что смешивание улучшается благодаря значительно более широкой дисперсии внутри зоны 130 смешивания. Таким образом, на расположенный ниже по потоку каталитический нейтрализатор SCR попадет однородная смесь выхлопных газов и мелких капель восстановителя. Следовательно, NOx в выхлопных газах могут быть подвергнуты конверсии в достаточной степени.
Таким образом, горизонтальные пластинки 302 могут быть параллельны направлению потока газа и могут быть выполнены с возможностью принимать струю жидкости, идущей в другом направлении. Например, ось 216 впрыскивания, как показано на Фиг.2, проходит в направлении, отличном от направления потока газа. В данном контексте направлением, отличным от направления потока газа, может являться любое направление, не совпадающее с направлением потока газа. Например, описанные горизонтальное направление и вертикальное направление могут представлять собой направления, отличные от направления потока газа.
Следует понимать, что распылитель 220 описан в качестве одного из примеров, и, следовательно, не является ограничивающим. Таким образом, распылитель 220 может иметь любую другую подходящую геометрию без выхода за пределы сущности представленной полезной модели. Например, горизонтальные пластинки могут быть расположены ступенчато.
Например, на Фиг.5 показан вид сбоку зоны 130 смешивания, содержащей распылитель 520. Следует понимать, что Фиг.5 аналогична Фиг.2, а, следовательно, аналогичные компоненты имеют одинаковые ссылочные позиции. Для краткости такие компоненты не будут описаны повторно.
Форсунка 136 может быть предназначена для впрыскивания струи восстановителя в направлении аэрозольного распылителя 520 вдоль оси 216 впрыскивания. В качестве одного из примеров, распылитель 520 может иметь решеткоподобную конструкцию ступенчатой конфигурации для перенаправления впрыскиваемого восстановителя и облегчения распада струи на более мелкие капли. Следовательно, распылитель 520 может содержать совокупность горизонтальных пластинок, выровненных горизонтально по отношению к оси 200, причем каждая горизонтальная пластинка расположена уступом или смещена относительно другой горизонтальной пластинки. Таким образом, горизонтальные пластинки аэрозольного распылителя 520 могут быть расположены параллельно потоку выхлопных газов, проходящих через зону 130 смешивания. Неограничивающий пример аэрозольного распылителя 520, имеющий решеткоподобную конструкцию ступенчатой конфигурации, более подробно описан со ссылкой на Фиг.6-7. В некоторых вариантах выполнения ось 216 впрыскивания может совпадать с центром контура струи, выходящей из форсунки 136. Струя форсунки 136 может иметь любую подходящую форму для улучшения скорости смешивания и испарения реагента и выхлопных газов. Например, струи форсунки могут иметь форму листа, полного конуса, полого или нескольких конусов и т.д.
Ось 216 впрыскивания может быть направлена на определенную область аэрозольного распылителя 520. В качестве одного неограничивающего примера, ось 216 впрыскивания может пересекать центр аэрозольного распылителя 520, который также может совпадать с поперечной осью 200. В этом примере, прилив 210 форсунки соединяет форсунку 136 со стенкой выхлопной системы таким образом, чтобы ось 216 впрыскивания находилась под углом 230 к поперечной оси 200, как описано выше.
Распылитель 520 может иметь несколько створок или горизонтальных пластинок для перенаправления впрыскиваемой жидкости вдоль траектории значительно более параллельной потоку выхлопных газов, чем ось 216 впрыскивания, аналогично аэрозольному распылителю 220. Таким образом, может быть проведена подготовка струи к последующей обработке выхлопных газов. В качестве одного примера, распылитель 520 может быть оптимизирован для улучшения дисперсии струи по поперечному сечению зоны смешивания перед переходом к расположенному ниже по потоку устройству, такому как, например, каталитический нейтрализатор 140 SCR. Дополнительно, распылитель 520 может обеспечивать увеличение скорости распада/дисперсии капель струи жидкости благодаря взаимодействию со створками или горизонтальными пластинками. Распылитель 520, как показано на Фиг.5 может иметь ширину или толщину, указанную позицией 538, а также может, по крайней мере частично, занимать часть поперечного сечения или площади сечения потока на первом участке 132 зоны 130 смешивания.
В некоторых вариантах выполнения каждая горизонтальная пластинка аэрозольного распылителя 520 может иметь различную ширину или толщину, как показано на Фиг.5. Таким образом, распылитель 520 может содержать совокупность горизонтальных пластин, которые располагаются ступенчато в верхней по потоку части, но не ступенчато в нижней по потоку части аэрозольного распылителя. Таким образом, в нижней по потоку части горизонтальные пластинки, например, могут быть расположены по одной линии по вертикали заподлицо друг с другом.
В некоторых вариантах выполнения горизонтальные пластинки аэрозольного распылителя 520 могут иметь близкую ширину или толщину. Таким образом, распылитель 520, например, может содержать совокупность горизонтальных пластинок, расположенных ступенчато выше или ниже по потоку аэрозольного распылителя.
Следует понимать, что каждая горизонтальная пластинка может иметь любую подходящую ширину. Кроме того, необходимо отметить, что горизонтальные пластинки на Фиг.5 не обязательно изображены в масштабе. Точнее, распылитель 520 представлен таким образом для простоты восприятия, чтобы показать решетчатую структуру ступенчатой конфигурации.
Следует понимать, что вариант выполнения на Фиг.5 приведен в качестве примера, и, следовательно, не является ограничивающим. Кроме того, система последующей обработки выхлопных газов может содержать дополнительные и/или альтернативные компоненты помимо тех, которые содержаться в зоне 130 смешивания, как показано на чертеже. В качестве одного из примеров, зона 130 смешивания может содержать расположенное выше и/или ниже по потоку смесительное устройство для улучшения смешивания впрыскиваемой ниже по потоку жидкости, как описано выше.
На Фиг.6 показан вид аэрозольного распылителя 520 в разрезе вдоль линии 6-6 на Фиг.5, а на Фиг.7 показан вид аэрозольного распылителя 520 в перспективе вдоль линии 7-7 на Фиг.5.
Фиг.6 представляет собой поперечное сечение зоны 130 смешивания при взгляде вдоль оси 200 на Фиг.5. Таким образом, распылитель 520 расположен во внутреннем пространстве зоны 130 смешивания, и, таким образом, может быть окружен стенками 132.
Как показано на рисунке, распылитель 520 может содержать несколько горизонтальных пластинок 602 в ступенчатой решетчатой конфигурации. Кроме того, горизонтальные пластинки 602 могут быть сложены в стопку одна поверх другой. На Фиг.7 показан другой вид в перспективе аэрозольного распылителя 520 в ступенчатой решетчатой конфигурации.
Согласно Фиг.6, горизонтальные пластинки 602 могут быть вставлены (вложены) друг в друга таким образом, чтобы меньшая горизонтальная пластинка была вставлена, по крайней мере частично, внутрь другой, большей горизонтальной пластинки, аналогично горизонтальным пластинкам 302. Таким образом, размер горизонтальных пластинок 602 может отличаться, по крайней мере, в одном измерении. Например, каждая горизонтальная пластинка 602 может отличаться по длине, измеряемой в направлении потока газа (например, оси 200). Другими словами, положение одной горизонтальной пластинка может быть сдвинутым или ступенчатым относительно другой горизонтальной пластинки. Таким образом, совокупность горизонтальных пластинок 602 может быть выполнена так, чтобы получить струю жидкости со стороны, отличной от направления потока газа. Например, направление оси 216 впрыскивания, как показано на Фиг.5, отличается от направления потока газа, как описано выше.
Вариант выполнения, приведенный на Фиг.6, демонстрирует распылитель с пятью горизонтальными пластинками 602, уложенными в стопку одна поверх другой и, по крайней мере частично, вставленными одна в другую; однако следует понимать, что распылитель 520 может содержать любое необходимое количество горизонтальных пластинок. Например, распылитель 520 может содержать более пяти горизонтальных пластинок. Также распылитель 520 может содержать менее пяти горизонтальных пластинок.
Горизонтальные пластинки 602 могут быть уложены в стопку таким образом, чтобы длина каждой горизонтальной пластинки уменьшалась по ходу стопки в вертикальном направлении, причем наименьшая горизонтальная пластинка (с наименьшей длиной) располагается ближе всего к форсунке 136. Например, горизонтальные пластинки могут быть уложены в форме пирамиды, «вершина» которой располагается ближе к форсунке 136, чем большая из горизонтальных пластинок, расположенная в «основании» пирамиды. Как показано на рисунке, горизонтальная пластинка 602 может быть шире в горизонтальном направлении и располагаться дальше всего от топливной форсунки 136 в вертикальном направлении. Кроме того, ширина каждой последующей горизонтальной пластинки может быть меньше, чем предыдущей в горизонтальном направлении по стопке, причем горизонтальная пластинка 606 на «вершине» имеет самую маленькую ширину в горизонтальном направлении.
Как показано на рисунке, каждая горизонтальная пластинка может иметь один или несколько вертикальных участков 608, проходящих в по существу перпендикулярном направлении от горизонтальной пластинки. Например, каждая горизонтальная пластинка может иметь два вертикальных участка 608, проходящих вертикально на противоположных сторонах горизонтальной пластинки. Например, вертикальные участки 608 могут проходить в вертикальном направлении, охватывая часть другой горизонтальной пластинки. В качестве другого примера, вертикальные участки 608 могут обеспечивать поверхность для соединения одной горизонтальной пластинки с другой. Например, горизонтальная пластинка может быть приварена к другой горизонтальной пластине свариванием вместе вертикальных участков каждой горизонтальной пластинки, аналогично описанному выше аэрозольному распылителю 220.
Распылитель 520 может, кроме того, содержать совокупность каналов 610, аналогичных каналам 310 аэрозольного распылителя 220. Как показано на рисунке, канал 610 может быть образован объемным пространством между двумя соседними горизонтальными пластинками. Таким образом, вариант, показанный на Фиг.6, имеет четыре канала 610. Однако следует понимать, что распылитель 520 может иметь любое необходимое количество каналов. Таким образом, количество каналов аэрозольного распылителя 520 не ограничено четырьмя каналами, показанными на Фиг.6.
Каналы 610 могут обеспечить прохождение потока выхлопных газов через распылитель 520 в направлении потока газа. Кроме того, каналы 610 могут захватывать капли из впрыскиваемой жидкости. Вследствие чего каналы 610 могут способствовать прохождению потока выхлопных газов и капель через распылитель струи в направлении потока газа. Таким образом, каналы 610, так же как и горизонтальные пластинки 602, располагаются в направлении потока выхлопных газов.
Распылитель 520 может также иметь верхнюю область 612 потока жидкости и нижнюю область 614 потока жидкости. Подобно каналам 610, области 612 и 614 могут обеспечивать прохождение потока выхлопных газов и/или потока капель как описано выше со ссылкой на Фиг.3.
Распылитель 520 может также содержать один или более механизм для прикрепления аэрозольного распылителя 520 к стенкам 132. Например, в качестве механизма крепления может выступать одна или несколько пластин, присоединенных к горизонтальной пластинке для приваривания аэрозольного распылителя к внутренним стенкам зоны смешивания. Как показано на рисунке, распылитель 520, например, имеет пластину 618, прикрепленную к горизонтальной пластинке 604, для приваривания распылителя к стенкам зоны смешивания. В некоторых вариантах выполнения, пластина 618 может быть приварена к нижней поверхности 619 горизонтальной пластинки 604 и к стенкам 132 зоны смешивания. Однако необходимо отметить, что первая пластина 618 может привариваться или крепиться к стенкам 132 зоны смешивания и другими способами.
Дополнительно или в качестве альтернативы, распылитель 520 может содержать вторую пластину 620, прикрепленную к горизонтальной пластинке 606 и предназначенной для приваривания распылителя к стенкам вокруг данной области. Как показано на рисунке, вторая пластина 620 может быть прикреплена к верхней поверхности 621 вертикальных участков 608 горизонтальной пластинки 606 и приварена к стенкам 132 зоны смешивания. В таком варианте дополнительный канал 611 может быть образован между горизонтальной пластинкой 606 и второй приварочной пластине 620. Следует понимать, что канал 611 может быть аналогичным каналам 610, описанным выше. Однако следует понимать, что канал 611 может в некоторой степени отличаться. Кроме того, следует понимать, что приварочная пластина 620 может быть приварена или прикреплена к стенкам 132 зоны смешивания другим способом.
Кроме того, первая и вторая приварочные пластины 618 и 620 могут быть прикреплены к другим участкам аэрозольного распылителя 520, не указанным на Фиг.6. Например, одна или несколько приварочных пластин могут быть присоединены к боковой поверхности 622 горизонтальной пластинки и/или вертикального участка горизонтальной пластинки. Следует понимать, что крепежный механизм может быть прикреплен к любому подходящему участку аэрозольного распылителя 520 и к любому подходящему участку стенок 132 зоны смешивания.
Полученная геометрическая форма аэрозольного распылителя может увеличивать дисперсию распыляемой жидкости, так как размер капель после контакта с множеством горизонтальных пластинок уменьшается. Кроме того, благодаря вышеописанной геометрической конфигурации, распылитель струи жидкости может улучшить смешивание капель с потоком выхлопных газов, таким образов уменьшив длину зоны смешивания в направлении потока газа. Распылитель струи жидкости может быть расположен внутри зоны смешивания для получения следа струи из форсунки 136.
Например, на Фиг.7 показан другой вид аэрозольного распылителя 520, в перспективе со стороны форсунки 136. В частности, вид в перспективе может представлять собой плоскостной разрез вдоль линии 7-7 на Фиг.5. Следовательно, распылитель 520 может быть виден из положения ниже прилива 210 форсунки в направлении к потоку выхлопных газов через зону 130 смешивания. Как показано на рисунке, участок рассматриваемого поля на виде, показанном на Фиг.4, может быть ограничен внутренними стенками 702 прилива форсунки, тогда как другой участок поля может включать в себя, например, стенки 132 зоны смешивания.
Как показано на рисунке, область 704 падения струи может попадать на центральную область аэрозольного распылителя 520, аналогично вышеприведенному описанию Фиг.4. Таким образом, впрыскиваемая жидкость может быть нацелена на центральную область, совпадающую с областью 704 попадания струи для максимального смешивания капель впрыскиваемой жидкости с потоком выхлопных газов. Как описано выше, впрыскиваемая жидкость может «атаковать» распылитель струи со стороны, не совпадающей с направлением потока газа, например, вдоль оси 216 впрыскивания.
Как показано на рисунке, распылитель 520 может иметь форму ступенчатой решетки так, чтобы каждый канал 610 был подвергнут воздействию распыляемой жидкости. Фиг.5 демонстрирует вид сбоку аэрозольного распылителя 520 в форме решетчатой стопки. Благодаря такой ступенчатой решетчатой конфигурации положение одной горизонтальной пластинки может быть сдвинуто или смещено по отношению к положению другой горизонтальной пластинки.
Со ссылкой на Фиг.5 и 7, совокупность горизонтальных пластинок 602 может быть состыкована таким образом, чтобы горизонтальные пластинки образовывали ступени в верхней по потоку части 706 аэрозольного распылителя 520. Другими словами, совокупность горизонтальных пластинок 602 может быть расположена ярусами, которые располагаются каскадом с увеличением ширины с верхней ступени 710 (например, горизонтальной пластинки 606) до нижней ступени 712 (например, горизонтальной пластинки 604), причем каждый ярус состыкован с верхней поверхностью другого в вертикальном направлении. Таким образом, горизонтальная пластинка 604 может иметь большую длину, чем горизонтальная пластинка 606, с промежуточными горизонтальными пластинками, имеющими длину, промежуточную между длиной пластинки 604 и длиной пластинки 606.
Например, как показано на Фиг.5, совокупность горизонтальных пластинок 602 может быть расположена в нижней по потоку части 708 таким образом, чтобы каждая горизонтальная пластинка была выровнена в вертикальном направлении. Другими словами, нижние по потоку части каждой горизонтальной пластинки могут быть состыкованы заподлицо друг с другом.
Таким образом, распыленная жидкость может воздействовать на центральную область аэрозольного распылителя, что приводит к попаданию области 704 падения струи на верхнюю по потоку часть 706. Струя жидкости может попадать на распылитель таким образом, чтобы струя жидкости распадалась на значительно меньшие по размеру капли. Например, форсунка 136 может впрыскивать струю жидкости, содержащую крупные капли мочевины диаметром от 80 до 100 микрон. После контакта с аэрозольным распылителем размер крупных капель мочевины может уменьшиться примерно до 20-50 микрон в диаметре. Таким образом, размер крупных капель уменьшается, капли становятся мельче благодаря геометрической структуре аэрозольного распылителя. Необходимо отметить, что выше приведен лишь один пример уменьшения размера капель, возможны и другие варианты уменьшения размера капель независимо от сферы применения изобретения.
Кроме того, следует понимать, что геометрическая конструкция аэрозольного распылителя может быть выполнена таким образом, чтобы принимать любую подходящую струю необходимого размера и формы. Например, распылитель струи может уменьшать размер капель восстановителя, распыляемого с формой струи в виде заполненного конуса, пустого конуса или многопоточной струи, и т.д.
Совокупность каналов 610 может захватывать мелкие капли таким образом, чтобы поток выхлопных газов мог перенести мелкие капли через каналы 610. Мелкие капли могут перемещаться по всей длине аэрозольного распылителя в направлении потока газа. Конкретная геометрия аэрозольного распылителя может обеспечить попадание мелких капель из аэрозольного распылителя в расположенную ниже по потоку часть 708 таким образом, чтобы мелкие капли лучше распределились внутри зоны 130 смешивания. Другими словами, более мелкие капли могут быть выпущены из аэрозольного распылителя таким образом, что смешивание улучшается благодаря значительно более широкой дисперсии внутри зоны 130 смешивания. Таким образом, на расположенный ниже по потоку каталитический нейтрализатор SCR попадет однородная смесь выхлопных газов и мелких капель восстановителя. Следовательно, NOx в выхлопных газах могут быть подвергнуты конверсии в достаточной степени.
Кроме того, необходимо отметить, что представленный распылитель струи жидкости может быть включен в любую выхлопную систему. Так как распылитель крепится к стенкам зоны смешивания посредством одного или нескольких крепежных механизмов, таких как одна или несколько приварочных пластин, распылитель может быть использован для выхлопных каналов любых размеров. Например, распылитель струи может быть сконфигурирован для любого диаметра трубы при условии, он расположен таким образом, чтобы зона попадания струи падала на распылитель, как описано выше. Таким образом, распылитель струи может быть приспособлен для любых выхлопных систем.
Кроме того, так как представленный распылитель струи содержит совокупность горизонтальных пластинок, расположенных параллельно потоку выхлопных газов без сворачивания пластинок, напряжение конструкции уменьшается. Например, в известных конструкциях используют металлические листы, разрезанные на сегменты и затем свернутые для выравнивания сегментов с потоком выхлопных газов. Представленная конструкция содержит горизонтальные пластинки, расположенные параллельно потоку выхлопных газов без скручивания. Вместо этого горизонтальные пластинки аэрозольного распылителя расположены ступенчато и вставлены друг в друга, как описано выше.
Кроме того, так как горизонтальные пластинки аэрозольного распылителя установлены параллельно потоку выхлопных газов, распылитель струи может быть размещен в любом подходящем месте выхлопной системы. Таким образом, положение описанного аэрозольного распылителя не ограничивается местом рядом с изгибом трубы. Однако, если нужно, в некоторых вариантах выполнения распылитель струи может быть расположен и рядом с изгибом трубы.
Кроме того, следует понимать, что описанный в данном документе распылитель струи не ограничивается использованием в системах последующей обработки выхлопных газов. Распылитель может быть использован для распыления струи жидкости в других областях. Например, распылитель струи может распылять жидкость внутри любого воздушного канала двигателя, а выхлопной канал приведен здесь лишь в качестве примера. Таким образом, в рамках данной полезной модели распылитель струи может рассеивать капли впрыскиваемой жидкости в любой системе двигателя.
Следует иметь в виду, что конфигурации и методики, приведенные в настоящем описании, являются примерными, и что эти конкретные варианты осуществления не следует рассматривать в ограничительном смысле, так как что возможны многочисленные варианты. Например, вышеописанная технология может быть применена к типам двигателей V-6, I-4, I-6, V-12, двигателю с 4 оппозитными цилиндрами и к другим типам двигателей. Предмет настоящего изобретения включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие возможности, функции и/или свойства, раскрытые в настоящем описании.
1. Система обработки выхлопных газов, содержащая:
каталитический нейтрализатор;
форсунку, расположенную выше по потоку каталитического нейтрализатора; и
распылитель струи жидкости, расположенный между каталитическим нейтрализатором и форсункой и содержащий совокупность горизонтальных пластинок различного размера, причем меньшие пластинки по крайней мере частично вставлены внутрь больших пластинок.
2. Система по п.1, в которой каталитический нейтрализатор представляет собой устройство селективного каталитического восстановления.
3. Система по п.1, в которой форсунка впрыскивает восстановитель выше по потоку каталитического нейтрализатора в направлении, отличном от направления потока газа.
4. Система по п.3, в которой струя жидкого восстановителя нацелена на распылитель.
5. Система по п.4, в которой струя жидкого восстановителя падает на распылитель со стороны выше по потоку.
6. Система по п.5, в которой сторона распылителя выше по потоку имеет ступенчатую конфигурацию.
7. Система по п.1, в которой горизонтальные пластинки состыкованы таким образом, что каждая меньшая пластинка вставлена, по меньшей мере частично, внутрь большей пластинки с образованием вертикальной стопки, имеющей наибольшую пластинку в основании, причем все пластинки имеют вертикальные участки, предназначенные для прикрепления пластинок сваркой друг к другу.
8. Система по п.7, в которой распылитель струи также имеет совокупность каналов, сформированных между горизонтальными пластинками, вставленными друг в друга и уложенными в стопку.
9. Система по п.8, в которой указанные каналы выполнены с возможностью захватывать капли впрыскиваемой жидкости на сторону распылителя ниже по потоку.
10. Система по п.9, которая выполнена с возможностью выведения захваченных капель впрыскиваемой жидкости из распылителя со стороны распылителя ниже по потоку и введения их в зону смешивания выхлопного канала выше по потоку каталитического нейтрализатора.
11. Система по п.1, в которой распылитель струи выполнен с возможностью уменьшения размеров капель струи жидкости, впрыскиваемой через форсунку.
12. Система впрыскивания жидкости для двигателя, содержащая форсунку и распылитель струи жидкости, расположенный внутри воздушного канала двигателя ниже по потоку форсунки и содержащий совокупность каналов, параллельных потоку и расположенных в каскадной конфигурации, на которые поступает струя жидкости из форсунки в направлении, отличном от направления потока газа.
13. Система по п.12, в которой каналы сформированы между горизонтальными пластинками, по крайней мере частично вставленными одна в другую, причем все пластинки имеют вертикальные участки, предназначенные для прикрепления пластинок сваркой друг к другу.
14. Система по п.13, в которой концы пластинок смещены относительно друг друга со стороны распылителя выше по потоку.
15. Система по п.14, в которой форсунка выполнена с возможностью впрыскивать жидкость в направлении, отличном от направления потока газа, в сторону центральной области распылителя таким образом, чтобы уменьшить размер капель впрыскиваемой жидкости в результате контакта с горизонтальными пластинками и прохождения капель по всей длине каждого из каналов к нижней по потоку стороне распылителя с выходом в зону смешивания воздушного канала двигателя.
16. Распылитель струи жидкости, содержащий совокупность частично вставленных друг в друга пластинок, между которыми сформирована совокупность каналов, и механизм для прикрепления распылителя к внутренней стенке воздушного канала двигателя.
17. Распылитель по п.16, в котором пластинки расположены параллельно потоку выхлопных газов, проходящих через воздушный канал двигателя.
18. Распылитель по п.16, в котором пластинки имеют горизонтальный и вертикальный участки, причем вертикальный участок служит поверхностью для сварки пластинок друг с другом.
19. Распылитель по п.18, в котором пластинки содержат по два вертикальных участка, проходящих в вертикальном направлении от горизонтального участка.
20. Распылитель по п.19, в котором каждая пластинка прикреплена к вертикальным участкам другой пластинки, причем между пластинками сформирована совокупность каналов, выполненных с возможностью захватывать капли жидкости, впрыснутой форсункой в воздушный канал двигателя в направлении распылителя.
