Система понижения токсичности выхлопных газов - RU2406834C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Уровень техники

Для очистки выхлопных газов автомобиля (транспортного средства), имеющего дизельный двигатель, используется система понижения токсичности выхлопных газов, в которой скомбинированы катализатор окисей азота адсорбционного типа, катализатор избирательного восстановления окисей азота и фильтр очистки от микрочастиц, поступающих из дизельного двигателя, для предотвращения выброса в атмосферу окисей азота (окислов азота) и твердых микрочастиц, которые содержатся в выхлопных газах дизельного двигателя.

Такая система понижения токсичности выхлопных газов предусматривает конструкцию, в которой катализатор, который называют предварительным катализатором, такой как каталитический нейтрализатор, катализатор-уловитель окисей азота или катализатор избирательного восстановления окисей азота, установлен внутри части выхлопной трубы, через которую происходит выброс выхлопных газов, выпускаемых из двигателя наружу, и в которой применен клапан впрыскивания топлива (такой как клапан для добавления восстановителя), который впрыскивает топливо, необходимое для каталитической реакции, в верхнюю по потоку сторону катализатора, например каталитического нейтрализатора.

В системе понижения токсичности выхлопных газов для эффективной реакции с предварительным катализатором становится важным, чтобы впрыскиваемое топливо достаточно смешивалось с выхлопными газами прежде, чем топливо попадает в предварительный катализатор.

Для того чтобы это происходило, необходимо поддержание достаточного распространения распыленного топлива в сегменте от клапана добавления топлива до катализатора.

Однако поскольку требуется, чтобы место установки катализатора располагалось вблизи выпускной стороны двигателя, чтобы отвечать современной тенденции увеличения эффективности очистки выхлопных газов во время холодного запуска, становится затруднительно обеспечивать такое достаточное распространение распыленного топлива. Пример двигателя, имеющего указанную конструкцию, приведен в патенте JP-A-2005-127260.

А именно, чтобы обеспечивать полное использование конструкции установки катализатора, описанной выше, как указано в патенте JP-A 2005-127260, клапан впрыскивания топлива должен быть расположен в части выхлопной трубы, которая находится непосредственно выше по потоку от катализатора, то есть, например, в изогнутой части выхлопной трубы. При этом сложно обеспечить достаточно долгий путь распыленного топлива для смешивания топлива с выхлопными газами между клапаном впрыскивания топлива и катализатором.

По причинам, касающимся установки клапана впрыскивания топлива и катализатора, ситуация, в которой становится затрудненным обеспечение распространения распыленного топлива для смешивания топлива с выхлопными газами, наблюдается не только в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой имеется изогнутая часть выхлопной трубы, но также в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой такая изогнутая часть отсутствует.

Чтобы преодолеть эту ситуацию, как описано в патенте JP-A 2004-44483, предлагается система понижения токсичности выхлопных газов, которая имеет такую конструкцию, что клапан впрыскивания топлива находится в положении, удаленном от части выхлопной трубы, таким образом, что топливо впрыскивается из положения, которое удалено от потока выхлопных газов.

Однако даже с этой предложенной системой понижения токсичности выхлопных газов, из-за ограничений установки клапана впрыскивания топлива и катализатора, которые аналогичны описанным выше, сохраняется ситуация, в которой трудно обеспечивать распространение распыленного топлива для смешивания топлива и выхлопных газов.

Вследствие этого, в системе понижения токсичности выхлопных газов остается затруднительным достаточное смешивание впрыскиваемого топлива с выхлопными газами. Это вызывает проблему, заключающуюся в том, что трудно подавать равномерно распыленное топливо к катализатору и, следовательно, катализатор не может полностью выполнять его функцию.

Раскрытие изобретения

Таким образом, целью изобретения является создание системы понижения токсичности выхлопных газов, которая допускает достаточное смешивание восстановителя с выхлопными газами, даже если распространение впрыскиваемого топлива для указанного смешивания не обеспечивается между клапаном впрыскивания добавки и катализатором.

Для достижения указанной цели согласно изобретению предложена система понижения токсичности выхлопных газов, содержащая:

часть выхлопной трубы, выполненную с возможностью направления выхлопных газов из двигателя наружу;

катализатор, установленный в части выхлопной трубы;

клапан впрыскивания добавки, расположенный в части выхлопной трубы, расположенной на стороне выше по потоку катализатора, и выполненный с возможностью впрыскивания добавок, подаваемых в катализатор по направлению потока выхлопных газов в части выхлопной трубы, при этом

часть выхлопной трубы имеет секцию прохождения потока, расположенную на стороне выше по потоку катализатора, которая пересекает поток впрыскивания добавок, впрыскиваемых клапаном впрыскивания добавки,

причем часть прохождения потока выполнена так, что она имеет, по существу, такую же форму, как область впрыскивания потока впрыскивания, который противостоит выхлопному газу.

Часть прохождения потока может представлять собой часть для введения выхлопных газов, которая выполнена в части выхлопной трубы, расположенной на стороне выше катализатора, которая пересекает поток впрыскивания добавок, впрыскиваемых клапаном впрыскивания добавок и форма которого идентична области впрыскивания потока впрыскивания, если смотреть с направления, пересекающего поток выхлопного газа.

Часть для введения выхлопного газа может иметь форму, которая расширяется к переднему концу потока впрыскивания, и которая выполнена таким образом, что сторона выше по потоку впрыскивания уже, а сторона ниже по потоку впрыскивания шире.

Часть выхлопной трубы, расположенная на верхней по потоку стороне катализатора, может иметь такую форму, чтобы она пересекала поток впрыскивания добавок под острым углом и противостояла катализатору. Часть для введения выхлопных газов может быть образована из предшествующей по потоку части выхлопной трубы, которая пересекает поток впрыскивания добавок.

Часть выхлопной трубы, расположенная выше по потоку катализатора, может быть выполнена таким образом, чтобы она пересекала поток впрыскивания добавок, по существу, в перпендикулярном направлении и противостояла катализатору. Часть для введения выхлопных газов может быть образована из расположенной выше по потоку части выхлопной трубы, которая пересекает поток впрыскиваемых добавок.

Выпускная часть, в которой контакт с потоком впрыскивания добавок, который отклоняется в результате столкновения с выхлопными газами, исключается, может быть выполнена в нижней по потоку части выхлопной трубы, которая пересекается с потоком впрыскивания добавок.

Часть для введения выхлопных газов может быть выполнена таким образом, чтобы сохранять площадь потока от верхней по потоку стороны части выхлопной трубы постоянной.

Часть выхлопной трубы газов может быть снабжена: изогнутой частью, соединенной с верхней по потоку стороной катализатора, и образованную посредством изгибания части выхлопной трубы; и выступающей частью, один конец которой открыт в поверхности стенки изогнутой части, и который выступает в противоположную сторону катализатора в направлении центральной оси катализатора. На другом конце выступающей части может быть установлен клапан впрыскивания добавки.

Часть для смешивания добавки может быть образована в части выхлопной трубы, расположенной на стороне выше по потоку катализатора, через которую проходит поток впрыскивания добавок, впрыскиваемых клапаном впрыскивания добавки, и имеет форму, которая идентична области впрыскивания потока впрыскивания.

Часть для смешивания добавки может быть выполнена таким образом, чтобы площадь потока от верхней по потоку сторону части выхлопной трубы оставалась постоянной.

Выход части для смешивания добавки может расширяться в форме раструба.

Часть выхлопной трубы может быть снабжена: изогнутой частью, соединенной с верхней по потоку стороной катализатора, и образованной посредством изгибания части выхлопной трубы; и выступающей частью, один конец которой открыт в стенке изогнутой части, и которая выступает в противоположную сторону от катализатора в направлении центральной оси катализатора. На другом конце выступающей части может быть установлен клапан впрыскивания добавки.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид сбоку с частичным сечением, показывающий конструкцию системы понижения токсичности выхлопных газов в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

Фиг.2 представляет собой вид сечения части для введения выхлопного газа, выполненного по линии А-А на фиг.1.

Фиг.3 представляет собой схематичный вид в перспективе части для введения выхлопного газа.

Фиг.4 представляет собой вид сбоку в сечении, показывающий конструкцию системы понижения токсичности выхлопных газов в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.

Фиг. 5 представляет собой вид сечения, выполненного по линии В-В на фиг.4.

Фиг.6 представляет собой вид сбоку в сечении, показывающий в увеличенном виде область входа катализатора системы понижения токсичности выхлопных газов в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.

Фиг.7 представляет собой вид сечения, выполненного по линии С-С на фиг.6.

Фиг.8 представляет собой вид сбоку, показывающий систему понижения токсичности выхлопных газов в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения.

Фиг.9 представляет собой вид сечения, выполненного по линии D-D на фиг.8.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Далее изобретение будет описано на основе первого варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.1-3.

На фиг.1 показана система выпуска двигателя внутреннего сгорания, например дизельного двигателя. На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен основной корпус дизельного двигателя, ссылочной позицией 1а обозначен выпускной коллектор (только часть которого показана) основного корпуса 1 дизельного двигателя, и ссылочной позицией 2 обозначен нагнетатель или, в этом варианте осуществления изобретения, турбокомпрессор, соединенный с выходом выпускного коллектора 1а.

Система 3 понижения токсичности выхлопных газов расположена на выходе турбокомпрессора 2. Используется система, в которой скомбинированы система 3а удаления окисей азота для поглощения окисей азота (окислов азота), содержащихся в выхлопных газах, и система 3b улавливания твердых частиц для улавливания твердых частиц для системы 3 понижения токсичности выхлопных газов.

Например, для системы 3а удаления окисей азота используется конфигурация, в которой скомбинированы каталитический нейтрализатор 6, каталитический нейтрализатор 9 и клапан 23 добавления топлива (клапан впрыскивания добавки). Каталитический нейтрализатор 6 соединен с турбокомпрессором 2 таким образом, что он проходит вниз от выхода турбокомпрессора 2 и включает предварительный катализатор 5 окисления (соответствующий катализатору настоящей заявки на патент). Каталитический нейтрализатор 9 присоединен горизонтально к задней части каталитического нейтрализатора 6 и включает катализатор 8, улавливающий окиси азота. Клапан 23 добавления топлива подает топливо для стимуляции реакции катализатора, которое составляет добавку к катализатору 5 окисления, который будет описан ниже. Кроме того, применена система 3b улавливания, в которой каталитический нейтрализатор 12, включающий фильтр 11 очистки от микрочастиц, соединен с каталитическим нейтрализатором 9. Часть 15 выхлопной трубы для выведения выхлопных газов, выпускаемых из дизельного двигателя (основного корпуса 1 двигателя) наружу, составлена каталитическими нейтрализаторами 6, 9, 12 и соединительными элементами 13, которые соединяют каталитические нейтрализаторы.

В этих каталитических нейтрализаторах цилиндрический корпус 17 каталитического нейтрализатора 6, который содержит катализатор 5 окисления, изогнут в верхней части, как показано на фиг.1, таким образом, что входная часть 17а расположена горизонтально для соединения с турбокомпрессором 2, расположенным выше по потоку. Кроме того, выходная часть 17b, которая сообщается с каталитическим нейтрализатором 9, находящимся ниже, расположена так, что она ориентирована вниз. Изогнутая часть 15а выхлопной трубы 15 сформирована таким образом, что она изогнута в месте, расположенном непосредственно за выпускной стороной дизельного двигателя, рядом с корпусом 17. Пространство для размещения катализатора расположено в части, находящейся непосредственно под изогнутой частью 15а. Катализатор 5 окисления установлен в положении вблизи выпускной стороны дизельного двигателя.

Клапан 23 добавления топлива выполнен с возможностью впрыскивания топлива, необходимого для каталитической реакции катализатора 5 окисления, и расположен в положении непосредственно над катализатором 5 окисления, например, на изогнутой части 15а или на части внешней кольцевой стенки ниже изогнутой части 15а для выполнения указанной функции. Клапан 23 добавления топлива имеет часть для впрыскивания топлива, расположенную на его дальнем конце. Клапан 23 добавления топлива установлен на конце цилиндрической части 24, которая ответвляется от внешней кольцевой части 15 выхлопной трубы, которая расположена ниже по потоку изогнутой части 15а таким образом, что она проходит наружу с использованием установочного фланца 24а и опорного основания 25. Цилиндрическая часть 24 представляет собой выступающую часть, отступающую в противоположную сторону от катализатора 5 окисления в направлении центральной оси катализатора 5 окисления. Один конец выступающей части открыт в части стенки изогнутой части 15а, и клапан 23 добавления топлива расположен на другом конце выступающей части. Благодаря этой конфигурации, часть для впрыскивания топлива на дальнем конце клапана 23 добавления топлива 23 обращена к каналу 24b впрыска топлива, который образован внутренним пространством цилиндрической части 24. Канал 24b впрыска топлива проходит таким образом, что он наклонен в сторону, противоположную направлению, в котором изогнута изогнутая часть 15а, и его выходной конец ориентирован в направлении кольцевой кромки входной торцевой поверхности катализатора 5 окисления, а не к ее центру (то есть в направлении входной части 17а). Благодаря этой конфигурации, топливо, стимулирующее реакцию катализатора 5 окисления, впрыскивается из положения, удаленного от потока выхлопных газов к катализатору 5 окисления с направления, которое пересекает поток выхлопных газов, которые проходят через изогнутую часть 15а. В частности, топливо впрыскивается в направлении вниз, то есть в направлении смесительной камеры 19, расположенной перед входной частью катализатора 5 окисления в направлении, которое пересекает поток выхлопных газов под острым углом θ1, как показано на фиг.1. Благодаря этой конфигурации, нижняя по потоку часть потока впрыскиваемого топлива α, где проникновение распыленного потока слабое, сталкивается с выхлопными газами в положении непосредственно выше катализатора 5 окисления. Кроме того, ссылочная позиция 25а обозначает канал для охлаждающего агента, образованный внутри опорного основания 25.

С другой стороны, в части выхлопной трубы, которая расположена выше катализатора 5 окисления, часть 28 для введения выхлопных газов расположена в таком положении, где часть выхлопной трубы пересекает поток впрыскиваемого топлива α, впрыскиваемого из клапана 23 добавления топлива, то есть в части S выхлопной трубы, которая составляет область, проходящую, например, от изогнутой части 15а до смесительной камеры 19. Как показано видом в сечении на фиг.2, и видом в перспективе на фиг.3, часть 28 для введения выхлопного газа образована таким образом, что форма сечения потока в части S выхлопной трубы, которая пересекается с потоком впрыскиваемого топлива α, соответствует виду сбоку области потока впрыскивания топлива α при взгляде в поперечном направлении, в котором поток впрыскиваемого топлива α пересекает поток выхлопных газов. В частности, часть 28 для введения выхлопных газов выполнена таким образом, что поперечное сечение канала для потока части S выхлопной трубы имеет форму веера, которая, по существу, соответствует форме нижней по потоку стороны потока впрыскиваемого топлива α при взгляде в поперечном направлении. Посредством формирования указанным выше образом для получения такой же формы, как у потока впрыскиваемого топлива α, который расширяется к его переднему концу, часть 28 для введения выхлопных газов выполнена так, что она имеет канал для потока, форма поперечного сечения которого такова, что часть, соответствующая верхней стороне потока впрыскиваемого топлива α, становится уже, тогда как противоположная часть, соответствующая нижней части потока впрыскиваемого топлива α, становится шире. На фиг.2 ссылочная позиция 28а обозначает одну из частей, где сечение потока становится тонким, и ссылочная позиция 28b обозначает другую часть, где сечение потока становится широким. Поток выхлопных газов равномерно распределяется по потоку впрыскиваемых добавок в части для введения выхлопных газов благодаря части 28 введения выхлопных газов, выполненной, как указано выше, посредством чего создается возможность вхождения в достаточный контакт впрыскиваемой добавки и выхлопных газов.

Площадь сечения потока части 15 выхлопной трубы, которая проходит от входной части 17а, составляющей верхний по потоку конец части 15 выхлопной трубы, до части 28 введения выхлопных газов, остается постоянной с заданной площадью сечения потока. Конечно, форма сечения потока образована таким образом, что она постепенно изменяется, таким образом чтобы следовать форме потока впрыскиваемых добавок α в части 28 для введения выхлопных газов, благодаря чему предотвращается образование ненужного сопротивления прохождению.

Кроме того, часть 15 выхлопной трубы, которая расположена ниже по потоку части 28 для введения выхлопных газов, выполнена таким образом, что она расширяется в радиальном направлении. Топливо и выхлопные газы, которые полностью столкнулись друг с другом, подаются на входную торцевую поверхность катализатора 5 окисления, расширяясь в радиальном направлении благодаря расширяющейся части 29, что является результатом расширения части 15 выхлопной трубы. Предпочтительно выполнять расширяющуюся часть 29 в виде раструба (в виде колокола) или в виде конуса для подачи смеси топлива и выхлопных газов к катализатору 5 окисления при их равномерном распределении.

Кроме того, топливо, впрыскиваемое из клапана 23 добавления топлива, используется для генерирования восстановителя в результате реакции с катализатором 5 окисления таким образом, чтобы удалять окиси азота и окиси серы, которые адсорбировались на катализаторе-уловителе 8 окисей азота, посредством использования таким образом генерированного восстановителя или получения тепла в результате реакции с катализатором 5 окисления, с тем, чтобы сжигать и удалять твердые частицы, захваченные фильтром 11 очистки от микрочастиц. В связи с этим, клапан 23 добавления топлива управляется блоком управления для управления дизельным двигателем, например, при помощи электронного управляющего устройства (не показано), для впрыска топлива, когда при работе дизельного двигателя требуется каталитическая реакция для удаления окисей азота и окисей серы и удаления твердых частиц посредством сжигания.

Далее будет описана работа системы 3 понижения токсичности выхлопных газов, описанной выше.

Выхлопные газы, выпускаемые из дизельного двигателя во время его работы, выходят, как показано на фиг.1, в окружающий воздух через выпускной коллектор 1а, турбокомпрессор 2, изогнутую часть 15а, часть 28 для введения выхлопных газов, катализатор 5 окисления, катализатор-уловитель 8 окисей азота и фильтр 11 очистки от микрочастиц.

Окиси азота и окиси серы, содержащиеся в выхлопных газах, адсорбируются на катализаторе-уловителе 8 окисей азота, и твердые частицы аналогичным образом захватываются фильтром 11 очистки от микрочастиц.

Предположим, что клапан 23 добавления топлива приведен в действие, когда приходит время удалить адсорбированные окиси азота и окиси серы и захваченные твердые частицы.

В этом случае, топливо для удаления окисей азота, окисей серы и твердых частиц впрыскивается из впрыскивающей части клапана 23 добавления топлива под острым углом через канал 24b впрыскивания топлива в поток выхлопных газов, проходящий через часть S выхлопной трубы. При этом поток впрыскиваемого топлива α и поток выхлопных газов сталкиваются друг с другом.

Когда это происходит, поскольку часть 28 для введения выхлопных газов, которая имеет канал для потока, поперечное сечение которого, по существу, аналогично сечению области впрыскивания потока впрыскиваемого топлива α при взгляде с поперечного направления, образована в части S выхлопной трубы, которая пересекается с потоком впрыскиваемого топлива α в части, непосредственно выше по потоку, чем нижняя по потоку часть потока впрыскиваемого топлива α, где проникновение распыленной струи становится слабым, выхлопные газы, которые прошли часть 28 для введения выхлопных газов, проходят через поток впрыскиваемого топлива α с равномерным распределением по нему.

Благодаря этому действию, обеспечивается возможность того, что выхлопные газы в потоке выхлопных газов и топливо в потоке впрыскиваемого топлива α могут достаточно контактировать друг с другом, при этом выхлопные газы и топливо равномерно взаимодействуют друг с другом для достаточного смешивания выхлопных газов с топливом.

Когда это происходит, поскольку скорости потока топлива и выхлопных газов таковы, что топливо в верхней части потока впрыскиваемого топлива α, которая находится вблизи клапана 23 добавления топлива 23 и в которой проникновение распыленной струи сильное, сталкивается с выхлопными газами, имеющими высокую скорость потока, скорость которых увеличена в части 28а, где сечение потока узкое, в то время как топливо в нижней части потока впрыскиваемого топлива α, которая удалена от клапана 23 добавления топлива, и где проникновение распыленной струи низкое, сталкивается с выхлопными газами, имеющими низкую скорость потока, чья скорость потока снижена в части 28b, где сечение потока широкое, может быть получено более равномерное смешивание добавок и выхлопных газов. Топливо и выхлопные газы, которые были равномерно смешаны, затем движутся вниз в направлении катализатора 5 окисления, расширяясь в радиальном направлении благодаря расширяющейся части 29.

Здесь, поскольку поток выхлопных газов и поток впрыскиваемого топлива α пересекают друг друга под острым углом, таким образом, сдерживая отклонение потока впрыскиваемого топлива α, которое, в противном случае, могло бы вызываться потоком выхлопных газов, топливо и выхлопные газы, которые смешаны друг с другом описанным выше образом, поступают в заданное место катализатора 5 окисления, например, по существу, в центральную часть поверхности его входного конца.

Следовательно, даже если обеспечивается необходимое расстояние или распространение распыленной струи между клапаном 23 добавления топлива и катализатором 5 окисления, топливо, которое равномерно смешано с выхлопными газами, может подаваться к катализатору благодаря части 28 для введения выхлопных газов.

Таким образом, функция катализатора 5 окисления может быть достаточно выражена при использовании части 28 для введения выхлопных газов. Конечно, когда параллельно используется расширяющаяся часть 29, топливо может подаваться к катализатору 5 окисления будучи распределенным более равномерно. В его верхней части, поскольку часть 28 для введения выхлопных газов выполнена таким образом, что площадь сечения потока поддерживается постоянной и соответствующей предварительно заданной площади сечения потока от верхней по потоку части 15 выхлопной трубы, не вызывается повышение сопротивления потоку в части 15 выхлопной трубы, благодаря чему может сдерживаться снижение выходной мощности двигателя.

В частности, в случае, когда часть 28 для введения выхлопных газов принята для конструкции впрыскивания топлива, в которой поток выхлопных газов пересекается с потоком впрыскиваемого топлива α под острым углом, выхлопные газы и топливо могут достаточно смешиваться друг с другом с получением преимущества способа, согласно которому топливо впрыскивается в заданную точку при сдерживании отклонения потока впрыскиваемого топлива α.

На фиг.4 и 5 показан второй вариант осуществления изобретения. На фиг.4 и 5 одинаковые ссылочные позиции соответствуют одинаковым частям конструкции в первом варианте осуществления изобретения, и их описание будет опущено.

Во втором варианте его осуществления изобретение применяется в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой поток выхлопных газов не пересекает поток впрыскиваемого топлива α под острым углом, как это было в первом варианте осуществления изобретения, а пересекает поток впрыскиваемого топлива α, по существу, под прямым углом.

В частности, в системе понижения токсичности выхлопных газов в данном варианте осуществления изобретения, как и в первом варианте, направление впрыскивания топлива клапаном 23 добавления топлива задано так, что оно смещено от катализатора 5 окисления. В части выхлопной трубы выполнен канал, проходящий выше по потоку катализатора 5 окисления, таким образом, что он пересекает поток впрыскиваемого топлива α, впрыскиваемого клапаном 23 добавления топлива, по существу, под прямым углом, так, что поток направляется на катализатор 5 окисления. Благодаря этой конфигурации, в противоположность первому варианту осуществления изобретения, получена конструкция, в которой поток впрыскиваемого топлива α отталкивается потоком выхлопных газов таким образом, что поток впрыскиваемого топлива α отклоняется от первоначально смещенного положения в требуемое положение, посредством чего топливо впрыскивается в заданное положение. Кроме того, как и в первом варианте осуществления изобретения, часть 28 для введения выхлопных газов, сечение канала для потока которой в части выхлопной трубы, которое подобно сечению, показанному на фиг.5, выполнена так, что она имеет, по существу такую, же форму, как показанный видом сбоку район потока впрыскиваемого топлива α непосредственно выше по потоку части S выхлопной трубы, находящейся выше по потоку катализатора 5 окисления, которая пересекается с потоком топлива α, впрыскиваемого из клапана 23 добавления топлива.

Благодаря такой конфигурации, даже с системой понижения токсичности выхлопных газов, в которой поток впрыскиваемого топлива α отклоняется потоком выхлопных газов, и которая противоположна или отличается от конфигурации первого варианта осуществления изобретения так, что топливо впрыскивается в заданное положение благодаря получению преимуществ способа, принятого здесь, выхлопные газы могут достаточно смешиваться с топливом благодаря использованию части 28 для введения выхлопных газов.

В частности, во втором варианте осуществления изобретения, например, изогнутая вогнутая часть 30 выполнена как отводящая часть на поверхности стенки части Т выхлопной трубы на стороне ниже по потоку, которая пересекает поток впрыскиваемого топлива α таким образом, что ничто в части 15 выхлопной трубы не подвергается воздействию потока впрыскиваемого топлива α, когда он отклоняется. Благодаря этой вогнутой части 30, контакт потока впрыскиваемого топлива α, который отклоняется, с частью стенки части Т выхлопной трубы может исключаться, благодаря чему можно надеяться на хорошее смешивание выхлопных газов и топлива. Более того, поскольку вогнутая часть 30 стенки заставляет выхлопные газы, которые входят в контакт с вогнутой частью 30, возвращаться назад в направлении потока впрыскиваемого топлива α, как показано стрелками b, так, что выхлопные газы сталкиваются с топливом в потоке впрыскиваемого топлива α, можно ожидать того, что смешивание топлива с выхлопными газами будет дополнительно улучшаться.

Кроме того, на фиг.6 и 7 показан третий вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.6 и 7 одинаковые ссылочные позиции соответствуют одинаковым частям конструкции в первом варианте осуществления изобретения, и их описание будет опущено.

Как показано в увеличенном виде на фиг.6, часть 38 для смешивания топлива (часть для смешивания добавки) находится в положении в части выхлопной трубы, расположенной выше по потоку катализатора 5 окисления, в котором поток впрыскиваемого топлива α, впрыскиваемого из клапана 23 добавления топлива, проходит, в частности, через часть U выхлопной трубы на выходной стороне изогнутой части 15а, которая составляет часть, где впрыскиваемое топливо и выхлопные газы сталкиваются друг с другом. Эта часть 38 для смешивания топлива имеет такую конфигурацию, что форма сечения канала потока в части U выхлопной трубы, как показано на фиг.7, имеет ту же форму, что и форма сечения области впрыскивания потока впрыскиваемого топлива α, который проходит через часть U выхлопной трубы, то есть форма сечения потока соответствует форме сечения района впрыскивания. Благодаря части 38 смешивания топлива, создается возможность равномерного распределения топлива во внутренней части выхлопной трубы, так чтобы оно в достаточной мере контактировало с выхлопными газами, направляющимися к катализатору 5 окисления. Кроме того, площадь сечения потока части, включающей часть 38 для смешивания топлива, части 15 выхлопной трубы, проходящей до входной части 17а, которая составляет верхнюю часть выхлопной трубы 15, имеет постоянную заданную форму потока от верхней его части, так, чтобы не генерировалось излишнее сопротивление потоку.

Как показано на фиг.7, поверхность стенки конца корпуса 17, которая непосредственно следует за выходом части 38 для смешивания топлива, имеет форму раструба, расширяющегося в радиальном направлении. Топливо, впрыскиваемое из части 38 для смешивания топлива, подается на входную торцевую поверхность катализатора 5 окисления, причем оно может расширяться в радиальном направлении благодаря раструбу 39, образованному на выходе части 38 для смешивания топлива.

Часть выхлопной трубы, находящаяся в положении, где она сталкивается с потоком впрыскиваемого топлива α и выхлопными газами, выполнена как часть 38 для смешивания топлива, которая имеет сечение потока, которое, по существу, идентично по форме сечению области потока впрыскиваемого топлива α, которое присоединяется в этой части к выхлопным газам. Поэтому, когда поток впрыскиваемого топлива α проходит через часть 38 для смешивания топлива, поток впрыскиваемого топлива α проходит через эту часть с равномерным распределением.

Благодаря этой конфигурации, в которой выхлопные газы в потоке выхлопных газов и топливо в потоке впрыскиваемого топлива α в достаточной мере контактируют друг с другом, выхлопные газы и топливо контактируют равномерно, и происходит достаточное смешивание выхлопных газов и топлива.

Топливо и выхлопные газы, которые вышли из части 38 для смешивания топлива, распылены, и в то же время могут расширяться в радиальном направлении при прохождении части 39 в форме раструба, так чтобы они могли поступать на вход катализатора 5 окисления, при этом топливо распределяется равномерно.

Следовательно, благодаря формированию части 38 для смешивания топлива, даже если требуемое расстояние или распространение распыленной струи топлива для смешивания с выхлопными газами не было обеспечено между клапаном 23 добавления топлива и катализатором 5 окисления, на катализатор может подаваться равномерно распыленное топливо. Конечно, в случае, если эта конфигурация принята параллельно конструкции, в которой топливо впрыскивается из положения, которое находится далеко от потока выхлопных газов, может быть достигнуто хорошее смешивание выхлопных газов и топлива.

Следовательно, функция катализатора 5 окисления может быть проявлена в достаточной мере. В частности, поскольку выхлопные газы из турбокомпрессора 2 вводятся в часть 15 выхлопной трубы в завихренном состоянии, можно ожидать лучшего смешивания благодаря созданию там завихренного потока выхлопных газов.

Более того, поскольку площадь сечения потока части выхлопной трубы, включающей часть 38 для смешивания топлива, имеет такую конфигурацию, что она остается постоянной от верхней по потоку части 15 выхлопной трубы, сопротивление потоку в части 15 выхлопной трубы не возрастает, при этом исключается снижение выходной мощности двигателя.

Кроме того, поскольку выхлопные газы и топливо, которые поступают из части 38 для смешивания топлива, равномерно поступают к катализатору 5 окисления (катализатору) и при этом они могут расширяться в радиальном направлении корпуса 17 благодаря образованию расширяющейся части 39 на выходе части 38 для смешивания топлива, топливо может поступать к катализатору 5 окисления равномерно.

На фиг.8 и 9 показан четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 и 9, одинаковые ссылочные позиции присвоены подобным частям первого варианта осуществления изобретения, и их описание здесь будет опущено.

В этом варианте изобретение применено в системе 3 понижения токсичности выхлопных газов, в которой клапан 23 добавления топлива и катализатор 5 окисления установлены в части 15 выхлопной трубы без формирования изогнутой части 15а.

В частности, в системе 3 понижения токсичности выхлопных газов данного варианта осуществления изобретения используется прямолинейная часть 15 выхлопной трубы, и катализатор 5 окисления расположен в части 15 выхлопной трубы. Кроме того, клапан 23 добавления топлива расположен непосредственно выше по потоку катализатора 5 окисления. Кроме того, форма сечения потока прямолинейной части U выхлопной трубы части 15 выхлопной трубы, в которой проходит поток впрыскиваемого топлива α, соответствует сечению потока впрыскивания топлива α, который проходит через часть 15 выхлопной трубы, в которой образована часть 31 для смешивания топлива. На фиг.9 показано сечение части 38 для смешивания топлива и поток впрыскиваемого топлива α.

Даже с вышеописанной системой 3 понижения токсичности выхлопных газов, в случае, если образована часть 38 для смешивания топлива, как в первом варианте, даже если требуемое расстояние распространения распыленной струи топлива для смешивания не обеспечено между клапаном 23 добавления топлива и катализатором 5 окисления, может быть подано равномерно распыленное топливо к катализатору 5 окисления (катализатору).

Следует отметить, что изобретение не ограничивается вариантами, которые были приведены выше, и, таким образом, изобретение может быть модифицировано различными способами без отхода от его сущности и объема. Например, хотя в вариантах осуществления изобретения выхлопные газы описаны как пересекающие поток впрыскиваемого топлива или добавок под острым или под прямым углом, изобретение этим не ограничено. Кроме того, хотя в вариантах осуществления изобретения, описанных выше, изобретение описано как применяемое в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой каталитический нейтрализатор расположен непосредственно после изогнутой части, а катализатор-уловитель окисей азота и фильтр очистки от микрочастиц расположены ниже по потоку катализатора окисления, изобретение не ограничивается этой конструкцией. Таким образом, изобретение может относиться к системам понижения токсичности выхлопных газов, в которой приняты другие устройства очистки выхлопных газов. Например, изобретение может применяться в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой катализатор-уловитель окисей азота установлен непосредственно за изогнутой секцией, фильтр очистки от микрочастиц расположен ниже по потоку катализатора-уловителя окисей азота, а клапан добавления расположен выше по потоку катализатора-уловителя окисей азота, в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которых катализатор-уловитель окисей азота используется как катализатор, установленный непосредственно за изогнутой секцией, катализатор-уловитель окисей азота, каталитический нейтрализатор и фильтр очистки от микрочастиц установлены ниже по потоку катализатора-уловителя окисей азота, а клапан добавления расположен выше по потоку катализатора-уловителя окисей азота, или в системе понижения токсичности выхлопных газов, в которой клапан добавления расположен выше по потоку катализатора избирательного восстановления и фильтра очистки от микрочастиц.

Кроме того, хотя в вариантах осуществления изобретения описано использование топлива в качестве добавок, могут использоваться любые вещества при условии, что они могут подаваться к катализаторам. Например, в качестве восстановителя могут использоваться такие вещества, как газойль, бензин, этанол, диметилэфир, природный газ, газ пропан, мочевина, аммиак, водород, окись углерода и тому подобные вещества. Кроме того, могут использоваться любые вещества, не являющиеся восстановителями, и эти вещества включают, например, воздух, азот или двуокись углерода, используемые для охлаждения катализатора, или воздух или церий, которые содействуют дожиганию сажи, захваченной фильтром очистки от микрочастиц.

Кроме того, хотя в вышеописанных вариантах осуществления изобретения конфигурация впрыскивания топлива через клапан 23 добавления топлива описана как выполненная в виде конуса, может использоваться клапан добавления топлива, имеющий конфигурацию впрыскивания, которая расширяется в форме плоского веера, или клапан добавления топлива, в котором добавки распыляются через множество впрыскивающих отверстий. В случае с множеством впрыскивающих отверстий, контур множества потоков впрыскивания топлива составляет область впрыскивания.

В соответствии с одним объектом изобретения поскольку поток выхлопных газов равномерно распределяется по потоку впрыскиваемых добавок частью для введения выхлопных газов, может быть получена возможность достаточного контакта друг с другом выхлопных газов в потоке выхлопных газов и добавок в потоке впрыскиваемых добавок.

Следовательно, выхлопные газы могут быть смешаны в достаточной мере с добавками, и даже если не обеспечивается требуемое расстояние или распространение распыленной струи топлива или добавки для смешивания между клапаном впрыскивания добавки и катализатором, добавки, которые равномерно смешаны с выхлопными газами, могут подаваться к катализатору. В результате, функция катализатора может быть выражена в достаточной степени.

В соответствии с объектом изобретения скорости потока добавок и выхлопных газов, после того, как они столкнулись друг с другом, таковы, что добавки в верхней части потока впрыскиваемых добавок, в которой проникновение распыленной струи велико, сталкиваются с выхлопными газами с высокой скоростью потока, причем скорость потока повышена в части, где сечение потока узкое, в то время как добавки в нижней части потока впрыскиваемых добавок, в которой проникновение распыленной струи слабое, сталкиваются с выхлопными газами с низкой скоростью потока, причем скорость потока снижена в части, где сечение потока широкое, что может содействовать равномерному смешиванию добавок и выхлопных газов, и равномерно смешанные добавки и выхлопные газы могут подаваться к катализатору 5 окисления.

В соответствии с объектом изобретения, а также благодаря использованию преимуществ способа, согласно которому добавки впрыскиваются в заданное место посредством сдерживания отклонения потока впрыскиваемых добавок, выхлопные газы и добавки могут смешиваться друг с другом в достаточной степени.

В соответствии с объектом изобретения, а также благодаря использованию преимуществ способа, согласно которому добавки впрыскиваются в заданное место посредством отклонения потока впрыскиваемых добавок потоком выхлопных газов, который противоположен вышеописанному способу или отличается от него, выхлопные газы и добавки могут смешиваться друг с другом в достаточной степени.

В соответствии с объектом изобретения даже если поток впрыскиваемых добавок отклоняется потоком выхлопных газов, благодаря расширенной части предотвращается контакт добавок в потоке впрыскиваемых добавок, которые таким образом отклонены, с поверхностью стенки части выхлопной трубы, при этом может быть получено хорошее смешивание добавок с выхлопными газами.

В соответствии с объектом изобретения поскольку площадь сечения потока части выхлопной трубы поддерживается постоянной от верхней по потоку части до части для введения выхлопных газов, сопротивление потоку не повышается, благодаря чему снижения выходной мощности двигателя не происходит.

В соответствии с объектом изобретения благодаря части для смешивания добавки, где выхлопные газы в потоке выхлопных газов и добавки в потоке впрыскиваемых добавок могут входить в контакт друг с другом, может быть получена возможность их контакта достаточно выше по потоку катализатора, благодаря чему выхлопные газы и добавки могут смешиваются друг с другом до достаточного уровня.

Следовательно, даже если требуемое расстояние или распространение распыленной струи добавки для смешивания не обеспечивается между клапаном впрыскивания добавки и катализатором, к катализатору могут быть поданы равномерно распределенные распыленные добавки, в результате чего функция катализатора может быть выражена в достаточной степени.

В соответствии с объектом изобретения, поскольку площадь сечения потока части выхлопной трубы поддерживается постоянной от верхней по потоку части до части для смешивания добавки, сопротивление потоку не возрастает, благодаря чему снижение выходной мощности двигателя не происходит.

Кроме того, согласно объекту настоящего изобретения в дополнение к вышеуказанным преимуществам, поскольку выхлопные газы и добавки, которые выходят из части для смешивания добавки, направляются равномерно к катализатору и в то же время могут расширяться в радиальном направлении благодаря расширяющемуся выходу части для смешивания добавки, добавки могут подаваться к катализатору будучи равномерно распределенными.

Реферат

Система понижения токсичности выхлопных газов содержит часть выхлопной трубы, выполненную с возможностью направления выхлопных газов из двигателя наружу, катализатор, расположенный в части выхлопной трубы, клапан впрыскивания добавки, расположенный в части выхлопной трубы, расположенной на стороне выше по потоку катализатора, и выполненный с возможностью впрыскивания добавок, подаваемых к катализатору, в поток выхлопных газов в части выхлопной трубы. Часть выхлопной трубы имеет часть для введения выхлопных газов, которая расположена на стороне выше по потоку катализатора и включает в себя часть выхлопной трубы, которая пересекает поток впрыскивания добавок, впрыскиваемых клапаном впрыскивания добавки. Поперечное сечение канала для потока части выхлопной трубы имеет форму веера, которая, по существу, соответствует форме нижней по потоку стороны потока впрыскивания, если смотреть в поперечном направлении потока впрыскивания. Использование изобретения позволит обеспечить достаточное смешивание восстановителя с выхлопными газами. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Формула