IT201900007740A1 - EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE WITH INJECTION OF A REDUCING AGENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“DISPOSITIVO DI TRATTAMENTO DEI GAS DI SCARICO CON INIEZIONE DI UN AGENTE RIDUCENTE PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA” "EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE WITH INJECTION OF A REDUCING AGENT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE"
SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di trattamento dei gas di scarico con iniezione di un agente riducente per un motore a combustione interna. The present invention relates to an exhaust gas treatment device with injection of a reducing agent for an internal combustion engine.
ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART
Un motore a combustione interna comprende una pluralità di cilindri, ciascuno dei quali è collegato ad un collettore di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico. Il collettore di aspirazione è collegato ad un dispositivo filtrante per ricevere aria fresca (cioè aria proveniente dall’ambiente esterno) ed è regolato da una valvola a farfalla, mentre il collettore di scarico è collegato ad un sistema di scarico, il quale ha la funzione di immettere nell’atmosfera i gas prodotti dalla combustione limitando sia il rumore, sia il contenuto di sostanze inquinanti. An internal combustion engine comprises a plurality of cylinders, each of which is connected to an intake manifold via at least one respective intake valve and to an exhaust manifold via at least one respective exhaust valve. The intake manifold is connected to a filtering device to receive fresh air (i.e. air from the external environment) and is regulated by a throttle valve, while the exhaust manifold is connected to an exhaust system, which has the function to introduce the gases produced by combustion into the atmosphere, limiting both the noise and the content of polluting substances.
Il sistema di scarico comprende almeno un dispositivo di trattamento dei gas di scarico provvisto di uno o più monoliti catalizzatori aventi la funzione di trasformare gli idrocarburi incombusti, il monossido di carbonio (CO) e gli ossidi di azoto (NOx) in anidride carbonica (CO2), acqua e azoto. The exhaust system comprises at least one exhaust gas treatment device equipped with one or more catalyst monoliths with the function of transforming unburnt hydrocarbons, carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) into carbon dioxide (CO2 ), water and nitrogen.
Le normative internazionali relative al contenimento delle emissioni di gas inquinanti prodotti dalle automobili prevedono un limite molto basso per le molecole NOx che possono venire rilasciate nell’atmosfera. International regulations relating to the containment of polluting gas emissions from cars provide for a very low limit for the NOx molecules that can be released into the atmosphere.
Il rispetto di tali limiti è particolarmente critico soprattutto per i motori Diesel; per tale motivo, è stato suggerito di dotare il sistema di scarico di un motore Diesel di un ulteriore catalizzatore SCR (“Selective Catalytic Reduction”) per NOx atto a convertire le molecole NOx (NO2 o NO) in azoto (N2) che è un gas inerte e acqua (H20). La reazione di riduzione delle molecole NOx in azoto (N2) è difficile da ottenere senza l’utilizzo di un adeguato riducente che è stato generalmente individuato nell’ammoniaca (NH3). Il riducente deve essere iniettato all’interno del sistema di scarico ed a monte del catalizzatore SCR in modo da miscelarsi con i gas di scarico prima dell’ingresso nel catalizzatore SCR. Compliance with these limits is particularly critical, especially for diesel engines; for this reason, it was suggested to equip the exhaust system of a Diesel engine with an additional SCR ("Selective Catalytic Reduction") catalyst for NOx to convert NOx molecules (NO2 or NO) into nitrogen (N2) which is a inert gas and water (H20). The reaction of reducing NOx molecules into nitrogen (N2) is difficult to obtain without the use of an adequate reducing agent which has generally been identified in ammonia (NH3). The reductant must be injected into the exhaust system and upstream of the SCR catalyst in order to mix with the exhaust gases before entering the SCR catalyst.
Tuttavia, immagazzinare ammoniaca all’interno di una automobile è sconsigliabile per evidenti motivi di sicurezza legati al fatto che l’ammoniaca è tossica. Di conseguenza, è stato proposto di immagazzinare ed iniettare una soluzione acquosa di urea, in quanto l’urea per effetto del calore dei gas di scarico e in parte anche per effetto catalitico si decompone in ammoniaca. However, storing ammonia inside a car is inadvisable for obvious safety reasons related to the fact that ammonia is toxic. Consequently, it was proposed to store and inject an aqueous solution of urea, as urea decomposes into ammonia due to the heat of the exhaust gases and partly also due to the catalytic effect.
Per massimizzare l’efficienza del catalizzatore SCR è necessario che la concentrazione di ammoniaca sulla superficie del monolite del catalizzatore SCR sia la più omogenea possibile. Inoltre, un problema legato all’iniezione di una soluzione acquosa di urea nel sistema di scarico è legato al fatto che si possono formare sulle pareti interne del sistema di scarico incrostazioni solide difficilmente rimovibili sia di urea, sia di acido isocianico (HNCO) che è un possibile derivato della decomposizione dell’urea. To maximize the efficiency of the SCR catalyst, the concentration of ammonia on the surface of the monolith of the SCR catalyst must be as homogeneous as possible. Furthermore, a problem related to the injection of an aqueous solution of urea into the exhaust system is related to the fact that hardly removable solid deposits of both urea and isocyanic acid (HNCO) can form on the internal walls of the exhaust system. a possible derivative of the decomposition of urea.
Per massimizzare l’omogeneità della concentrazione di ammoniaca sulla superficie del monolite del catalizzatore SCR (ed anche per evitare la formazione sulle pareti interne del sistema di scarico di incrostazioni solide) è stato proposto di inserire nel sistema di scarico ed in prossimità della zona di iniezione dell’urea un miscelatore, il quale formando della turbolenza nei gas di scarico favorisce la dispersione omogena dell’ammoniaca nei gas di scarico. La domanda di brevetto WO2018001789A1 descrive un dispositivo di trattamento dei gas di scarico provvisto di un iniettore di un additivo riducente in corrispondenza di un miscelatore (30) statico (ovvero privo di parti in movimento). To maximize the homogeneity of the ammonia concentration on the surface of the monolith of the SCR catalyst (and also to avoid the formation of solid deposits on the internal walls of the exhaust system) it has been proposed to insert in the exhaust system and in the vicinity of the injection area urea into a mixer, which by forming turbulence in the exhaust gases favors the homogeneous dispersion of ammonia in the exhaust gases. Patent application WO2018001789A1 describes an exhaust gas treatment device provided with an injector of a reducing additive in correspondence with a static mixer (30) (ie without moving parts).
Tuttavia, i miscelatori noti del tipo di quello sopra descritto hanno l’inconveniente di non presentare un bilanciamento ottimale tra le esigenze contrapposte di efficacia (cioè di garantire un adeguato miscelamento dei gas di scarico) e di efficienza (cioè di limitare le perdite di carico nei gas di scarico). In altre parole, i miscelatori noti del tipo di quelli sopra descritti o presentano una bassa efficacia (cioè non garantiscono un adeguato miscelamento dei gas di scarico) oppure presentano una bassa efficienza (cioè provocano perdite di carico elevate nei gas di scarico). However, known mixers of the type described above have the drawback of not having an optimal balance between the opposing requirements of efficiency (i.e. of ensuring adequate mixing of the exhaust gases) and efficiency (i.e. of limiting pressure drops. in the exhaust gases). In other words, known mixers of the type described above either have a low efficiency (ie they do not guarantee an adequate mixing of the exhaust gases) or have a low efficiency (ie they cause high pressure drops in the exhaust gases).
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione è fornire un dispositivo di trattamento dei gas di scarico con iniezione di un agente riducente per un motore a combustione interna, il quale dispositivo di trattamento dei gas di scarico permetta di minimizzare le perdite di carico (ovvero la caduta di pressione a cui sono soggetti i gas di scarico quando attraverso il dispositivo di trattamento dei gas di scarico) senza compromettere le capacità di riduzione delle sostanze inquinanti. The object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device with injection of a reducing agent for an internal combustion engine, which exhaust gas treatment device allows to minimize the pressure drops (i.e. the pressure drop at the exhaust gases are subjected to when through the exhaust gas treatment device) without compromising the abilities to reduce pollutants.
Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo di trattamento dei gas di scarico con iniezione di un agente riducente per un motore a combustione interna, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention there is provided an exhaust gas treatment device with injection of a reducing agent for an internal combustion engine, according to what is claimed by the attached claims.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione. The claims describe preferred embodiments of the present invention forming an integral part of the present description.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:
• la figura 1 è una vista prospettica di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di trattamento dei gas di scarico realizzato in accordo con la presente invenzione; Figure 1 is a perspective view of an internal combustion engine provided with an exhaust gas treatment device made in accordance with the present invention;
• le figure 2 e 3 sono due diverse viste prospettiche del dispositivo di trattamento dei gas di scarico della figura 1; Figures 2 and 3 are two different perspective views of the exhaust gas treatment device of Figure 1;
• la figura 4 è una vista prospettica del dispositivo di trattamento dei gas di scarico della figura 1 con l’asportazione di due coppelle; • figure 4 is a perspective view of the exhaust gas treatment device of figure 1 with the removal of two cupels;
• la figura 5 è una vista prospettica di un corpo deviatore e di un miscelatore del dispositivo di trattamento dei gas di scarico della figura 1; Figure 5 is a perspective view of a diverter body and a mixer of the exhaust gas treatment device of figure 1;
• la figura 6 è una vista prospettica del corpo deviatore della figura 5; e Figure 6 is a perspective view of the diverter body of figure 5; And
• la figura 7 è una vista in pianta del corpo deviatore della figura 5. Figure 7 is a plan view of the diverter body of figure 5.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna operante secondo il ciclo “Otto” (cioè alimentato a benzina o carburanti simili). Il motore 1 comprende quattro cilindri 2, ciascuno dei quali è collegato ad un collettore 3 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione (non illustrata) e ad un collettore 4 di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico (non illustrata). In figure 1, the number 1 indicates as a whole an internal combustion engine operating according to the “Otto” cycle (ie fueled by petrol or similar fuels). The engine 1 comprises four cylinders 2, each of which is connected to an intake manifold 3 via at least one respective intake valve (not shown) and to an exhaust manifold 4 via at least one respective exhaust valve (not shown).
Il collettore 3 di aspirazione riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso un condotto 5 di aspirazione, il quale è provvisto di un filtro 6 aria ed è regolato da una valvola 7 a farfalla; il collettore 3 di aspirazione è collegato ai cilindri 2 mediante rispettivi condotti 8 di aspirazione. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, i condotti 8 di aspirazione sono sdoppiati in quanto sono provvisti di un sistema di parzializzazione di tipo swirl. The intake manifold 3 receives fresh air (i.e. air from the external environment) through an intake duct 5, which is equipped with an air filter 6 and is regulated by a butterfly valve 7; the intake manifold 3 is connected to the cylinders 2 by means of respective intake ducts 8. According to the embodiment illustrated in Figure 1, the intake ducts 8 are split as they are provided with a swirl-type throttling system.
Analogamente, il collettore 4 di scarico è collegato ai cilindri 2 mediante rispettivi condotti 9 di scarico; al collettore 4 di scarico è collegato un sistema 10 di scarico, il quale emette i gas prodotti dalla combustione nell’atmosfera e comprende un condotto 11 di emissione provvisto di un dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico; il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un monolite 13 catalizzatore di tipo ossidante (ovvero un cosiddetto DOC – “Diesel Oxidizing Catalyst”) disposto a monte rispetto al flusso dei gas di scarico ed un monolite 14 catalizzatore di tipo riducente (ovvero un cosiddetto SCR – “Selective Catalytic Reduction”) disposto a valle rispetto al flusso dei gas di scarico. Similarly, the exhaust manifold 4 is connected to the cylinders 2 by respective exhaust ducts 9; an exhaust system 10 is connected to the exhaust manifold 4, which emits the gases produced by combustion into the atmosphere and comprises an emission duct 11 equipped with an exhaust gas treatment device 12; the exhaust gas treatment device 12 comprises a monolith 13 catalyst of the oxidizing type (or a so-called DOC - "Diesel Oxidizing Catalyst") arranged upstream with respect to the flow of exhaust gases and a monolith 14 catalyst of the reducing type (i.e. a so-called SCR - “Selective Catalytic Reduction”) arranged downstream of the exhaust gas flow.
Preferibilmente, il monolite 14 catalizzatore di tipo riducente è accoppiato ad un filtro antiparticolato (ovvero un cosiddetto DPF – “Diesel Particulate Filter”). Il sistema 10 di scarico comprende inoltre almeno un silenziatore 15, il quale è collegato a valle del dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico. Preferably, the reducing catalyst monolith 14 is coupled to a particulate filter (ie a so-called DPF - “Diesel Particulate Filter”). The exhaust system 10 further comprises at least one silencer 15, which is connected downstream of the exhaust gas treatment device 12.
Il motore 1 comprende un turbocompressore 16, il quale ha la funzione di comprimere l’aria lungo il condotto 5 di aspirazione in modo da aumentare il rendimento volumetrico. The engine 1 comprises a turbocharger 16, which has the function of compressing the air along the intake duct 5 in order to increase the volumetric efficiency.
In particolare, il turbocompressore 16 comprende una turbina 17 disposta lungo il condotto 11 di emissione a monte del dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico ed un compressore 18 disposto lungo il condotto 3 di aspirazione a monte della valvola 7 a farfalla. Lungo il condotto 5 di aspirazione e tra il compressore 18 ed il collettore 3 di aspirazione è disposto uno scambiatore 19 di calore (denominato comunemente “intercooler”), il quale ha la funzione di raffreddare l’aria in aspirazione per aumentare ulteriormente il rendimento volumetrico. In particular, the turbocharger 16 comprises a turbine 17 arranged along the emission duct 11 upstream of the exhaust gas treatment device 12 and a compressor 18 arranged along the intake duct 3 upstream of the throttle valve 7. A heat exchanger 19 (commonly called "intercooler") is arranged along the intake duct 5 and between the compressor 18 and the intake manifold 3, which has the function of cooling the intake air to further increase the volumetric efficiency .
Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un corpo 20 tubolare che presenta una apertura di ingresso attraverso la quale i gas di scarico entrano nel corpo 20 tubolare ed una apertura di uscita attraverso la quale i gas di scarico escono dal corpo 20 tubolare ed opposta all’apertura di ingresso. Inoltre, il corpo 20 tubolare presenta un’apertura 21 di iniezione passante attraverso la quale è disposto un iniettore 22 che è atto ad iniettare un agente riducente all’interno del corpo 20 tubolare. In particolare l’agente riducente è una soluzione acquosa di urea (cioè una soluzione di urea e acqua); in uso, per effetto del calore dei gas di scarico l’urea si decompone spontaneamente in acido isocianico (HNCO) e ammoniaca (NH3), la quale ammoniaca opera come riducente all’interno del successivo monolite 14 catalizzatore riducente per facilitare la reazione di scomposizione delle molecole NOx in azoto (N2) e acqua (H2O). As illustrated in Figures 2 and 3, the exhaust gas treatment device 12 comprises a tubular body 20 which has an inlet opening through which the exhaust gases enter the tubular body 20 and an outlet opening through which the exhaust gases leave the tubular body 20 and opposite the inlet opening. Furthermore, the tubular body 20 has a through injection opening 21 through which an injector 22 is arranged which is able to inject a reducing agent inside the tubular body 20. In particular, the reducing agent is an aqueous solution of urea (ie a solution of urea and water); in use, due to the heat of the exhaust gases, the urea spontaneously decomposes into isocyanic acid (HNCO) and ammonia (NH3), which ammonia acts as a reducing agent inside the subsequent monolith 14 reducing catalyst to facilitate the decomposition reaction of the NOx molecules into nitrogen (N2) and water (H2O).
Il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un corpo 23 tubolare cilindrico che è collegato (saldato) al corpo 20 tubolare, è di forma cilindrica e presenta una sezione trasversale ellittica. Il corpo 23 tubolare cilindrico alloggia il monolite 13 catalizzatore e presenta una apertura di ingresso attraverso la quale i gas di scarico entrano nel corpo 23 tubolare ed una apertura di uscita attraverso la quale i gas di scarico escono dal corpo 23 tubolare; l’apertura di uscita del corpo 23 tubolare è opposta alla apertura di ingresso ed è affacciata alla apertura di ingresso del corpo 20 tubolare (ovvero i gas di scarico che escono dal corpo 23 tubolare entrano direttamente nel corpo 20 tubolare). The exhaust gas treatment device 12 comprises a cylindrical tubular body 23 which is connected (welded) to the tubular body 20, is cylindrical in shape and has an elliptical cross section. The cylindrical tubular body 23 houses the catalyst monolith 13 and has an inlet opening through which the exhaust gases enter the tubular body 23 and an outlet opening through which the exhaust gases exit the tubular body 23; the outlet opening of the tubular body 23 is opposite to the inlet opening and faces the inlet opening of the tubular body 20 (i.e. the exhaust gases that come out of the tubular body 23 enter directly into the tubular body 20).
Il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un corpo 24 tubolare cilindrico che è collegato (saldato) al corpo 20 tubolare, è di forma cilindrica e presenta una sezione trasversale ellittica. Il corpo 24 tubolare cilindrico alloggia il monolite 14 catalizzatore e presenta una apertura di ingresso attraverso la quale i gas di scarico entrano nel corpo 23 tubolare ed è affacciata alla apertura di uscita del corpo 20 tubolare (ovvero i gas di scarico che escono dal corpo 20 tubolare entrano direttamente nel corpo 24 tubolare) ed una apertura di uscita attraverso la quale i gas di scarico escono dal corpo 24 tubolare ed è opposta alla apertura di ingresso. The exhaust gas treatment device 12 comprises a cylindrical tubular body 24 which is connected (welded) to the tubular body 20, is cylindrical in shape and has an elliptical cross section. The cylindrical tubular body 24 houses the catalyst monolith 14 and has an inlet opening through which the exhaust gases enter the tubular body 23 and faces the outlet opening of the tubular body 20 (i.e. the exhaust gases leaving the body 20 tubular body 24 enter directly into the tubular body 24) and an outlet opening through which the exhaust gases exit the tubular body 24 and is opposite to the inlet opening.
Al corpo 23 tubolare è collegato (saldato) un tubo 25 di ingresso di sezione trasversale progressivamente crescente che è parte del dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico e si interfaccia (collega in modo separabile) ad una uscita della turbina 17 del turbocompressore 16; ovvero il tubo 25 di ingresso è collegabile all’uscita 17 del turbocompressore 16. Connected (welded) to the tubular body 23 is an inlet pipe 25 of progressively increasing cross-section which is part of the exhaust gas treatment device 12 and interfaces (separably connects) to an outlet of the turbine 17 of the turbocharger 16; or the inlet pipe 25 can be connected to the outlet 17 of the turbocharger 16.
Al corpo 24 tubolare è collegato (saldato) un tubo 26 di uscita di che è parte del dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico, riceve i gas di scarico dal corpo 24 tubolare, e convoglia i gas di scarico verso il silenziatore 15. Connected (welded) to the tubular body 24 is an outlet pipe 26 which is part of the exhaust gas treatment device 12, receives the exhaust gases from the tubular body 24, and conveys the exhaust gases to the silencer 15.
Il corpo 20 tubolare è conformato ad “U” e comprende una coppella 27 (ovvero un corpo cavo conformato a tazza e quindi presentante una apertura da un lato) che presenta l’apertura di ingresso del corpo 20 tubolare e l’apertura 21 di iniezione del corpo 20 tubolare; in altre parole, la coppella 27 è completamente aperta in corrispondenza della apertura di ingresso del corpo 20 tubolare e lateralmente presenta l’apertura 21 di iniezione passante attraverso la quale è disposto l’iniettore 22. Inoltre, il corpo 20 tubolare comprende una coppella 28 (ovvero un corpo cavo conformato a tazza e quindi presentante una apertura da un lato) che è disposta fianco alla coppella 27 e ad una certa distanza dalla coppella 27 stessa e presenta l’apertura di uscita del corpo 20 tubolare; in altre parole, la coppella 28 è completamente aperta in corrispondenza della apertura di uscita del corpo 20 tubolare. Infine, il corpo 20 tubolare presenta un tubo 29 di collegamento che collega la coppella 27 alla coppella 28. In altre parole, le due coppelle 27 e 28 costituiscono i due rami verticali della “U” mentre il tubo 29 di collegamento costituisce il ramo orizzontale della “U” in modo tale che complessivamente il corpo 20 tubolare presenti una forma ad “U” (che viene “amplificata” e quindi diventa più immediatamente visibile considerando i corpi 23 e 24 tubolari montati al corpo 20 tubolare). The tubular body 20 is shaped like a "U" and comprises a cup 27 (ie a hollow body shaped like a cup and therefore having an opening on one side) which has the inlet opening of the tubular body 20 and the injection opening 21 of the tubular body 20; in other words, the cup 27 is completely open at the inlet opening of the tubular body 20 and laterally has the injection opening 21 passing through which the injector 22 is arranged. Furthermore, the tubular body 20 comprises a cup 28 (ie a hollow body shaped like a cup and therefore having an opening on one side) which is arranged alongside the cup 27 and at a certain distance from the cup 27 itself and has the outlet opening of the tubular body 20; in other words, the cup 28 is completely open at the outlet opening of the tubular body 20. Finally, the tubular body 20 has a connection tube 29 which connects the cup 27 to the cup 28. In other words, the two cupels 27 and 28 constitute the two vertical branches of the "U" while the connection tube 29 constitutes the horizontal branch of the "U" in such a way that overall the tubular body 20 has a "U" shape (which is "amplified" and therefore becomes more immediately visible considering the tubular bodies 23 and 24 mounted to the tubular body 20).
Secondo quanto illustrato nelle figure 4 e 5, il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un miscelatore 30 statico (ovvero privo di parti in movimento) che è disposto dentro al corpo 20 tubolare (in particolare all’interno del tubo 29 di collegamento tra le due coppelle 27 e 28) e di fronte all’iniettore 22 (ovvero l’iniettore 22 spruzza l’agente riducente direttamente verso il miscelatore 30 statico). Il miscelatore 30 statico comprende una pluralità di alette 31 che deviano il flusso dei gas di scarico per generare delle turbolenze nei gas di scarico in modo da aumentare l’efficienza del successivo monolite 14 catalizzatore riducente rendendo più omogenea la dispersione dell’ammoniaca nei gas di scarico. According to what is illustrated in Figures 4 and 5, the exhaust gas treatment device 12 comprises a static mixer 30 (i.e. without moving parts) which is arranged inside the tubular body 20 (in particular inside the connection pipe 29 between the two cupels 27 and 28) and in front of the injector 22 (ie the injector 22 sprays the reducing agent directly towards the static mixer 30). The static mixer 30 comprises a plurality of fins 31 which divert the flow of the exhaust gases to generate turbulence in the exhaust gases so as to increase the efficiency of the subsequent monolith 14 reducing catalyst making the dispersion of ammonia in the exhaust gas more homogeneous. I unload.
Preferibilmente, il miscelatore 30 statico presenta una sezione trasversale identica ad una sezione trasversale del tubo 29 di collegamento e quindi impegna completamente il tubo 29 di collegamento; ovvero tutti i gas di scarico che fluiscono attraverso il tubo 29 di collegamento devono obbligatoriamente passare attraverso il miscelatore 30 statico. Preferably, the static mixer 30 has a cross section identical to a cross section of the connecting pipe 29 and therefore completely engages the connecting pipe 29; that is, all the exhaust gases flowing through the connection pipe 29 must necessarily pass through the static mixer 30.
Secondo quanto illustrato nelle figure 4-7, il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico comprende un corpo 32 deviatore che è fissato alla coppella 27 ed è disposto tra l’iniettore 22 ed il miscelatore 30 statico; di conseguenza, l’iniettore 22 spruzza l’agente riducente direttamente verso il miscelatore 30 statico con l’interposizione del corpo 32 deviatore e quindi l’agente riducente spruzzato dall’iniettore 22 viene (almeno in parte) intercettato e deviato dal corpo 32 deviatore prima di raggiungere il miscelatore 30 statico. According to what is illustrated in figures 4-7, the exhaust gas treatment device 12 comprises a diverter body 32 which is fixed to the cup 27 and is arranged between the injector 22 and the static mixer 30; consequently, the injector 22 sprays the reducing agent directly towards the static mixer 30 with the interposition of the diverter body 32 and therefore the reducing agent sprayed by the injector 22 is (at least in part) intercepted and diverted by the diverter body 32 before reaching the static mixer 30.
Secondo quanto illustrato nelle figure 5, 6 e 7, il corpo 32 deviatore comprende un elemento 33 centrale che presenta in sezione trasversale una forma a “V” con il vertice rivolto verso l’iniettore 22. Secondo una preferita forma di attuazione, il corpo 32 deviatore comprende un elemento 33 centrale che presenta in sezione trasversale una forma a “V” avente un angolo di apertura compreso tra 40° e 60° e preferibilmente pari a 50°. According to what is illustrated in Figures 5, 6 and 7, the diverter body 32 comprises a central element 33 which has a "V" shape in cross section with the vertex facing the injector 22. According to a preferred embodiment, the body 32 diverter comprises a central element 33 which has a "V" shape in cross section having an opening angle of between 40 ° and 60 ° and preferably equal to 50 °.
Inoltre, il corpo 32 deviatore comprende due elementi 34 laterali piatti che sono disposti alle estremità opposte dell’elemento 33 centrale, si originano dalle estremità opposte dell’elemento 33 centrale, e sono tra loro complanari. Furthermore, the diverter body 32 includes two flat lateral elements 34 which are arranged at opposite ends of the central element 33, originate from the opposite ends of the central element 33, and are coplanar with each other.
Infine, il corpo 32 deviatore comprende una base 35 che è perpendicolare agli elementi 34 laterali, è collegata agli elementi 34 laterali, ed è rigidamente fissata (saldata) ad una parete del corpo 20 tubolare. Finally, the diverter body 32 comprises a base 35 which is perpendicular to the lateral elements 34, is connected to the lateral elements 34, and is rigidly fixed (welded) to a wall of the tubular body 20.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione. The embodiments described here can be combined with each other without departing from the scope of protection of the present invention.
Il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico sopra descritto presenta numerosi vantaggi. The above described exhaust gas treatment device 12 has numerous advantages.
In primo luogo, il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico sopra descritto permette di minimizzare le perdite di carico, ovvero la caduta di pressione a cui sono soggetti i gas di scarico quando attraverso il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico. In the first place, the exhaust gas treatment device 12 described above allows to minimize the pressure drops, that is the pressure drop to which the exhaust gases are subjected when through the exhaust gas treatment device 12.
Inoltre, il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico sopra descritto presenta una elevata capacità di riduzione delle sostanze inquinanti in rapporto al volume effettivo dei due monoliti 13 e 14 catalizzatori. Questo risultato viene ottenuto anche grazie al fatto che la presenza del corpo 32 deviatore interposto tra l’iniettore 22 ed il miscelatore 30 statico permette di migliorare la miscelazione dell’agente riducente con i gas di scarico e quindi grazie alla presenza del corpo 32 deviatore si può ottenere un bilanciamento ottimale tra le esigenze contrapposte di efficacia (cioè di garantire un adeguato miscelamento dei gas di scarico) e di efficienza (cioè di provocare perdite di carico limitate nei gas di scarico). Furthermore, the exhaust gas treatment device 12 described above has a high capacity to reduce polluting substances in relation to the effective volume of the two monoliths 13 and 14 catalysts. This result is also obtained thanks to the fact that the presence of the diverter body 32 interposed between the injector 22 and the static mixer 30 allows to improve the mixing of the reducing agent with the exhaust gases and therefore thanks to the presence of the diverter body 32 it can obtain an optimal balance between the opposing requirements of efficiency (ie to guarantee an adequate mixing of the exhaust gases) and efficiency (ie to cause limited pressure losses in the exhaust gases).
Il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico sopra descritto è particolarmente robusto (quindi presenta una vita operativa elevata ed un rischio di rotture molto basso) in quanto è composto di poche parti statiche ed è privo di fori piccoli (che sono maggiormente soggetti ad intasamento). The above described exhaust gas treatment device 12 is particularly robust (therefore it has a long operating life and a very low risk of breakage) as it is made up of few static parts and has no small holes (which are more subject to clogging). ).
Il dispositivo 12 di trattamento dei gas di scarico sopra descritto presenta un ingombro particolarmente ridotto ed un peso complessivo modesto. The above described exhaust gas treatment device 12 has a particularly reduced overall dimensions and a modest overall weight.
Infine, il dispositivo 1 di trattamento sopra descritto è di semplice ed economica realizzazione, in quanto è composto di poche parti di forma non complessa e facili da unire con saldature standard. ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE Finally, the treatment device 1 described above is simple and inexpensive to manufacture, since it is made up of a few parts that are not complex in shape and are easy to join with standard welds. LIST OF REFERENCE NUMBERS OF THE FIGURES
1 motore 1 motor
2 cilindri 2 cylinders
3 collettore di aspirazione 3 intake manifold
4 collettore di scarico 4 exhaust manifold
5 condotto di aspirazione 5 intake duct
6 filtro aria 6 air filter
7 valvola a farfalla 7 throttle valve
8 condotti di aspirazione 8 intake ducts
9 condotti di scarico 9 exhaust ducts
10 sistema di scarico 10 exhaust system
11 condotto di emissione 11 emission duct
12 dispositivo di trattamento 13 monolite catalizzatore 12 treatment device 13 monolith catalyst
14 monolite catalizzatore 14 catalyst monolith
15 silenziatore 15 silencer
16 turbocompressore 16 turbocharger
17 turbina 17 turbine
18 compressore 18 compressor
19 scambiatore di calore 19 heat exchanger
20 corpo tubolare 20 tubular body
21 apertura di iniezione 21 injection opening
22 iniettore 22 injector
23 corpo tubolare 23 tubular body
24 corpo tubolare 24 tubular body
25 tubo di ingresso 25 inlet tube
26 tubo di uscita 26 outlet tube
27 coppella 27 cup
28 coppella 28 cup
29 tubo di collegamento 29 connection pipe
30 miscelatore statico 30 static mixer
31 alette 31 fins
32 corpo deviatore 32 diverter body
33 elemento centrale 33 central element
34 elementi laterali 34 side elements
35 base 35 base
Claims (12)
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2019
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