RU2545267C1

RU2545267C1 - Used gas exhaust system for mechanical vehicle and method of its separation

Info

Publication number: RU2545267C1
Application number: RU2013152374/06A
Authority: RU
Inventors: Арнд БРЕССЕЛЬ; Хайнц-Дитер ХЕССЕ
Original assignee: Даймлер Аг
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2015-03-27
Also published as: CN103502594B; DE102011018770A1; CN103502594A; WO2012146267A1

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: used gas exhaust system (10) for mechanical vehicle comprises proportioner (14) to feed reducing means to exhaust pipe (12) for additional treatment of used gas. At least one vent element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) feeds gas (24, 36) to exhaust pipe section (12) for feed of said reducing means. Note here that vent element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) at discharge pipe (12) nearby wall (22) can set higher content of gas (24, 36) than that in section of exhaust pipe (12) remote from wall (22). Besides, invention relates to operation of abode described system (10).

EFFECT: higher reliability.

18 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к системе выпуска отработавших газов для механического транспортного средства, включающей в себя дозирующее устройство, при помощи которого в выпускной трубопровод может вводиться восстановительное средство, предусмотренное для дополнительной обработки отработавших газов. По меньшей мере один вентиляционный элемент системы выпуска отработавших газов служит для введения газа в участок выпускного трубопровода, выполненный с возможностью подачи восстановительного средства. Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации такой системы выпуска отработавших газов.The invention relates to an exhaust system for a power-driven vehicle, including a metering device with which a reducing agent can be introduced into the exhaust pipe, which is provided for additional exhaust gas treatment. At least one ventilation element of the exhaust system is used to introduce gas into the section of the exhaust pipe, configured to supply recovery means. In addition, the invention relates to a method of operating such an exhaust system.

По состоянию техники с целью дополнительной обработки отработавших газов при помощи технологии SCR (SCR - селективное каталитическое восстановление) известно преобразование мочевины в тракте отработавших газов в двуокись углерода и аммиак. При этом мочевина, которая может добавляться в отработавшие газы в форме водного раствора, разлагается в области участка смешивания или участка гидролиза системы выпуска отработавших газов с высвобождением аммиака. Затем в SRC-катализаторе, расположенном после участка гидролиза, происходит преобразование аммиака с оксидами азота из отработавших газов, так что достигается уменьшение содержания оксидов азота в отработавших газах.According to the state of the art, in order to further treat the exhaust gas using SCR technology (SCR - selective catalytic reduction), the conversion of urea in the exhaust gas path into carbon dioxide and ammonia is known. In this case, urea, which can be added to the exhaust gases in the form of an aqueous solution, decomposes in the region of the mixing section or the hydrolysis section of the exhaust system with the release of ammonia. Then, in the SRC catalyst located after the hydrolysis section, ammonia with nitrogen oxides from the exhaust gases is converted, so that a reduction in the content of nitrogen oxides in the exhaust gases is achieved.

В EP 1 316 688 A2 описана система выпуска отработавших газов, в которой раствор мочевины в качестве восстановительного средства вводят в смесительную камеру, в которую дополнительно подают наддувочный воздух. Наддувочный воздух подается от турбокомпрессора, работающего на отработавших газах. Таким образом, восстановительное средство, распыляемое через дозирующий клапан в смесительную камеру, перемешивается с потоком наддувочного воздуха и в виде аэрозоли вводится из смесительной камеры в выпускной трубопровод.EP 1 316 688 A2 describes an exhaust system in which a urea solution is introduced as a reducing agent into a mixing chamber, to which additional charge air is supplied. Charging air is supplied from an exhaust gas turbocharger. Thus, the reducing agent sprayed through the metering valve into the mixing chamber is mixed with the charge air stream and introduced as an aerosol from the mixing chamber into the exhaust pipe.

При этом как недостаток можно рассматривать то обстоятельство, что могут возникать нежелательные повреждения системы выпуска отработавших газов.Moreover, as a disadvantage, the circumstance that undesirable damage to the exhaust system can occur can be considered.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создать систему выпуска отработавших газов упомянутого выше типа, а также способ эксплуатации такой системы выпуска отработавших газов, которые предотвращают возникновение повреждений.Therefore, it is an object of the present invention to provide an exhaust system of the aforementioned type, as well as a method of operating such an exhaust system that prevents damage.

Эта задача решена при помощи системы выпуска отработавших газов с признаками п.1 формулы изобретения и при помощи способа с признаками п.10 формулы изобретения. Выгодные варианты выполнения с рациональными усовершенствованиями изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved using the exhaust system with the features of claim 1 of the claims and using the method with the features of claim 10 of the claims. Advantageous embodiments with rational improvements of the invention are given in the dependent claims.

Предложенная в изобретении система выпуска отработавших газов для механического транспортного средства включает в себя дозирующее устройство для введения в выпускной трубопровод восстановительного средства с целью дополнительной обработки отработавших газов. Кроме того, система выпуска отработавших газов включает в себя по меньшей мере один вентиляционный элемент, который выполнен для введения газа в участок выпускного трубопровода, выполненный с возможностью подачи восстановительного средства. При этом с помощью по меньшей мере одного вентиляционного элемента в расположенной вблизи стенки области участка выпускного трубопровода может устанавливаться более высокое содержание газа, чем в более удаленной от стенки области участка выпускного трубопровода. Другими словами, при помощи газа смесь, состоящая из восстановительного средства и отработавших газов, экранируется от стенки выпускного трубопровода.The exhaust gas system for a power-driven vehicle of the invention includes a metering device for introducing a reducing agent into the exhaust pipe to further treat the exhaust gas. In addition, the exhaust system includes at least one ventilation element, which is designed to introduce gas into the section of the exhaust pipe, configured to supply reducing means. At the same time, with the help of at least one ventilation element, a higher gas content can be established in the region of the outlet pipeline section located near the wall than in the region of the region of the outlet pipeline that is more remote from the wall. In other words, using gas, a mixture consisting of a reducing agent and exhaust gases is shielded from the wall of the exhaust pipe.

В основе этого лежит тот факт, что в области подготовки восстановительного средства, то есть при применении в качестве восстановительного средства мочевины, в области участка гидролиза вследствие образования восстановительных газовых смесей может происходить существенное уменьшение парциального давления кислорода. Вследствие применения топлива со сравнительно высоким содержанием серы в этой обедненной кислородом области могут дополнительно образовываться агрессивные кислотные конденсаты. В совокупности с малым содержанием кислорода это может привести к чрезвычайно сильной коррозии стенки выпускного трубопровода. Такая коррозия предотвращается путем введения газа в близкую к стенке область участка выпускного трубопровода.This is based on the fact that in the field of preparation of a reducing agent, that is, when urea is used as a reducing agent, a significant decrease in the partial pressure of oxygen can occur in the region of the hydrolysis site due to the formation of reducing gas mixtures. Due to the use of fuels with a relatively high sulfur content, aggressive acid condensates can additionally form in this oxygen-depleted region. Together with a low oxygen content, this can lead to extremely severe corrosion of the outlet pipe wall. Such corrosion is prevented by introducing gas into the region of the outlet pipe section close to the wall.

Рециркуляция отработавших газов, которая приводит к пониженному содержанию кислорода во всасываемом воздухе двигателя внутреннего сгорания, также является непроблематичной в отношении малого парциального давления кислорода, устанавливающегося в области участка смешивания или участка гидролиза, так как близкая к стенке область участка выпускного трубопровода экранируется от смеси, состоящей из восстановительного средства и отработавших газов.Exhaust gas recirculation, which leads to a lower oxygen content in the intake air of the internal combustion engine, is also unproblematic with respect to the small partial pressure of oxygen that is established in the region of the mixing section or the hydrolysis section, since the region of the exhaust pipe section that is close to the wall is shielded from the mixture consisting from a reducing agent and exhaust gases.

Таким образом, не требуется производить повышение качества материала, применяемого для выпускного трубопровода, чтобы осуществить его защиту от коррозионного воздействия смеси, состоящей из восстановительного средства и отработавших газов.Thus, it is not necessary to improve the quality of the material used for the exhaust pipe in order to protect it from the corrosive effects of a mixture consisting of a reducing agent and exhaust gases.

Благодаря предотвращению возникновения коррозионных повреждений может быть достигнут особенно продолжительный срок службы системы выпуска отработавших газов. Это имеет место даже тогда, когда двигатель внутреннего сгорания, отработавшие газы которого протекают через систему выпуска отработавших газов, эксплуатируют с топливом, которое имеет сравнительно высокое содержание серы, например, более 500 промилле. Такие виды топлива вполне могут иметь место в ряду стран, расположенных за пределами Европы. Чтобы предотвратить при этом возникновение нежелательных коррозионных повреждений в системе выпуска отработавших газов уже после сравнительно короткого пробега в размере 10000 км или менее, многообещающим оказалось установление локального, а именно, более высокого на стенке содержания газа.By preventing the occurrence of corrosion damage, a particularly long service life of the exhaust system can be achieved. This occurs even when the internal combustion engine, the exhaust gas of which flows through the exhaust system, is operated with a fuel that has a relatively high sulfur content, for example, more than 500 ppm. Such fuels may well occur in a number of countries located outside Europe. In order to prevent the occurrence of undesirable corrosion damage in the exhaust system after a relatively short mileage of 10,000 km or less, it was promising to establish a local, namely, higher gas content on the wall.

Система выпуска отработавших газов может быть предусмотрена как для легкового автомобиля, так и для грузового автомобиля.An exhaust system can be provided for both a passenger car and a truck.

В частности, при помощи вентиляционного элемента в участок выпускного трубопровода может вводиться воздух и/или сжатый воздух. При этом воздух или же сжатый воздух служит для целенаправленного повышения парциального давления кислорода в области контакта с металлической стенкой выпускного трубопровода в том участке, который особенно сильно подвержен воздействию смеси, состоящей из восстановительного средства и отработавших газов. При этом сравнительно обогащенный кислородом слой экранирует стенку на данном участке от этой смеси. Благодаря этому при применении для выпускного трубопровода высоколегированной стали может быть достигнуто ее вторичное пассивирование. Такое пассивирование при помощи слоя оксидов по меньшей мере одного легирующего компонента стали особенно эффективно предотвращает коррозию выпускного трубопровода на участке, в который подается восстановительное средство.In particular, air and / or compressed air can be introduced into the section of the exhaust pipe by means of a ventilation element. In this case, air or compressed air serves to deliberately increase the partial pressure of oxygen in the area of contact with the metal wall of the exhaust pipe in that section, which is particularly susceptible to the effects of a mixture consisting of a reducing agent and exhaust gases. In this case, the relatively oxygen-enriched layer shields the wall in this area from this mixture. Due to this, when using high-alloy steel for the exhaust pipe, its secondary passivation can be achieved. Such passivation with the help of an oxide layer of at least one alloying component of the steel is particularly effective in preventing corrosion of the outlet pipe in the area into which the reducing agent is supplied.

В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере один вентиляционный элемент расположен на уровне дозирующего устройства, если смотреть по направлению протекания отработавших газов через выпускной трубопровод. Благодаря этому область участка, расположенная по направлению потока непосредственно позади дозирующего устройства, уже может быть защищена от непосредственного воздействия смеси, состоящей из отработавших газов и восстановительного средства. Кроме того, таким образом при помощи единственного вентиляционного элемента от воздействия смеси может быть экранирована более значительная область выпускного трубопровода, чем это было бы при расположении вентиляционного элемента по направлению потока перед дозирующим устройством. Однако даже если по меньшей мере один вентиляционный элемент расположен немного дальше по направлению потока за дозирующим устройством, такое экранирование может быть достигнуто с большой эффективностью, так как распространение смеси, содержащей восстановительное средство, вплоть до стенки выпускного трубопровода происходит полностью лишь несколько дальше по направлению потока за дозирующим устройством.In one preferred embodiment of the invention, at least one ventilation element is located at the level of the metering device when viewed in the direction of flow of exhaust gases through the exhaust pipe. Due to this, the area of the site, located in the direction of flow directly behind the metering device, can already be protected from direct exposure to a mixture consisting of exhaust gases and a reducing agent. In addition, in this way, with the help of a single ventilation element, a larger area of the discharge pipe can be shielded from the effects of the mixture than would be the case when the ventilation element was in the direction of flow in front of the metering device. However, even if at least one ventilation element is located a little further in the direction of flow behind the metering device, such shielding can be achieved with great efficiency, since the distribution of the mixture containing the reducing agent, up to the wall of the exhaust pipe, occurs completely only a little further in the direction of flow behind the metering device.

Чтобы экранировать от смеси стенку выпускного трубопровода на участке, выполненном с возможностью подачи восстановительного средства, по меньшей мере один вентиляционный элемент может проводить газовый поток в окружном направлении выпускного трубопровода вдоль его стенки. Однако с учетом направления потока это не особенно легко осуществимо.In order to shield the wall of the exhaust pipe from the mixture in a section configured to supply reducing agent, at least one ventilation element may conduct gas flow in the circumferential direction of the exhaust pipe along its wall. However, given the direction of flow, this is not particularly feasible.

Поэтому согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения по меньшей мере один вентиляционный элемент выполнен для введения в участок выпускного трубопровода газового потока, направление которого по существу совпадает с направлением протекания отработавших газов через выпускной трубопровод. Таким способом особенно просто может быть обеспечена концентрация газа в близкой к стенке области на сравнительно длинном участке.Therefore, according to a further preferred embodiment of the invention, at least one ventilation element is provided for introducing a gas stream into the outlet pipe section, the direction of which substantially coincides with the direction of exhaust gas flow through the exhaust pipe. In this way, a gas concentration in a region close to the wall in a relatively long section can be especially easily achieved.

Если по меньшей мере два вентиляционных элемента расположены поперечно к направлению протекания отработавших газов на расстоянии друг от друга в участке выпускного трубопровода, выполненном с возможностью подачи восстановительного средства, то концентрация газа может быть обеспечена в близкой к стенке области, имеющей особенно большую поверхность, или же может быть уменьшен или предотвращен контакт стенки со смесью, обладающей восстановительным действием. В частности, это имеет место, если два вентиляционных элемента расположены перпендикулярно к направлению протекания отработавших газов на расстоянии друг от друга.If at least two ventilation elements are located transverse to the direction of flow of the exhaust gases at a distance from each other in the section of the exhaust pipe, configured to supply reducing agent, then the gas concentration can be provided in the area close to the wall, having a particularly large surface, or contact of the wall with a mixture having a reducing effect can be reduced or prevented. In particular, this occurs if two ventilation elements are located perpendicular to the direction of flow of the exhaust gases at a distance from each other.

Также по меньшей мере два вентиляционных элемента могут быть расположены в участке выпускного трубопровода на расстоянии друг от друга по направлению протекания отработавших газов через него. Благодаря этому может учитываться то обстоятельство, что эффективность вентиляционного элемента, расположенного на большем удалении вверх по направлению потока, уменьшается при увеличении удаления от места подачи.Also, at least two ventilation elements can be located in the area of the exhaust pipe at a distance from each other in the direction of flow of exhaust gases through it. This may take into account the fact that the efficiency of the ventilation element located at a greater distance upstream of the flow decreases with increasing distance from the feed point.

Если два вентиляционных элемента, которые расположены в участке выпускного трубопровода поперечно к направлению протекания отработавших газов на расстоянии друг от друга, прилегают к двум расположенным напротив друг друга сторонам выпускного трубопровода, то экранирование смеси может обеспечиваться с двух сторон. Если вентиляционные элементы расположены в участке выпускного трубопровода как перпендикулярно к направлению протекания, так и на расстоянии друг от друга со смещением в направлении протекания, то при помощи сравнительно малого количества вентиляционных элементов могут быть достигнуты эффекты, описанные выше.If two ventilation elements that are located in the section of the exhaust pipe transverse to the direction of flow of the exhaust gases at a distance from each other are adjacent to two opposite sides of the exhaust pipe, the mixture can be shielded from two sides. If the ventilation elements are located in the section of the exhaust pipe both perpendicular to the direction of flow and at a distance from each other with an offset in the direction of flow, then using the relatively small number of ventilation elements, the effects described above can be achieved.

В следующем предпочтительном варианте выполнения изобретения выпускное отверстие по меньшей мере одного вентиляционного элемента имеет ширину, которая больше, чем высота выпускного отверстия. При помощи такого вентиляционного элемента особенно хорошо может образовываться плоский газовый поток, который в состоянии особенно эффективно экранировать стенку от смеси.In a further preferred embodiment of the invention, the outlet of the at least one ventilation element has a width that is greater than the height of the outlet. With the aid of such a ventilation element, a flat gas stream can be formed especially well, which is able to shield the wall from the mixture particularly effectively.

Дополнительно или альтернативно форма выпускного отверстия по меньшей мере одного вентиляционного элемента по меньшей мере на отдельных участках может соответствовать контуру внутренней стороны стенки выпускного трубопровода. Таким способом даже при помощи только одного вентиляционного элемента может быть обеспечено особенно обширное экранирование стенки от смеси в окружном направлении выпускного трубопровода.Additionally or alternatively, the shape of the outlet of the at least one ventilation element in at least separate sections may correspond to the contour of the inner side of the wall of the outlet pipe. In this way, even with only one ventilation element, a particularly extensive shielding of the wall from the mixture in the circumferential direction of the outlet pipe can be ensured.

Кроме того, дополнительно или альтернативно возможно расположение по меньшей мере двух вентиляционных элементов в участке выпускного трубопровода, выполненном с возможностью подачи восстановительного средства, таким образом, что газовые потоки, выходящие из соответствующих вентиляционных элементов, объединяются друг с другом при работе вентиляционных элементов. Благодаря этому даже при применении вентиляционных элементов, выполненных особенно простым образом, может быть достигнута очень хорошая поверхностная подача газа в близкую к стенке область.In addition, additionally or alternatively, it is possible to arrange at least two ventilation elements in a section of the exhaust pipe, configured to supply recovery means, so that the gas flows exiting from the respective ventilation elements are combined with each other during operation of the ventilation elements. Due to this, even with the use of ventilation elements made in a particularly simple manner, a very good surface gas supply to a region close to the wall can be achieved.

Дополнительно выгодным оказалось, если по меньшей мере один вентиляционный элемент расположен в участке выпускного трубопровода, выполненном с возможностью подачи восстановительного средства, таким образом, что при помощи газового потока, выходящего по меньшей мере из одного вентиляционного элемента, смесь, включающая в себя восстановительное средство и отработавшие газы, может по меньшей мере по существу обволакиваться. Благодаря этому достижимо особенно обширное экранирование стенки от смеси. Также благодаря этому газ может подаваться в окружном направлении выпускного трубопровода по поверхности его стенки.It turned out to be further advantageous if at least one ventilation element is located in a section of the exhaust pipe configured to supply a reducing agent, such that by means of a gas stream exiting at least one ventilation element, a mixture including a reducing agent and exhaust gases may at least be substantially enveloped. Due to this, a particularly extensive shielding of the wall from the mixture is achievable. Also, due to this, gas can be supplied in the circumferential direction of the exhaust pipe along the surface of its wall.

Дополнительно выгодным оказалось, если по меньшей мере один вентиляционный элемент расположен в области поворота участка выпускного трубопровода, выполненного с возможностью подачи восстановительного средства. В области такого изгиба осуществляется поворот потока отработавших газов. Это приводит к тому, что смесь, состоящая из восстановительного средства и отработавших газов, протекает относительно непосредственно вблизи стенки. При этом вентиляционный элемент обеспечивает экранирование смеси от стенки. Можно также предусмотреть по меньшей мере один первый вентиляционный элемент на уровне дозирующего устройства или по направлению потока позади него и по меньшей мере один второй вентиляционный элемент в области поворота участка выпускного трубопровода.It turned out to be additionally advantageous if at least one ventilation element is located in the area of rotation of the outlet pipe section configured to supply recovery means. In the region of such a bend, the exhaust gas stream is rotated. This leads to the fact that the mixture, consisting of a reducing agent and exhaust gases, flows relatively directly near the wall. In this case, the ventilation element provides shielding of the mixture from the wall. You can also provide at least one first ventilation element at the level of the metering device or in the direction of flow behind it and at least one second ventilation element in the area of rotation of the section of the exhaust pipe.

Наконец, выгодным оказалось, если система выпуска отработавших газов включает в себя управляющее устройство, при помощи которого может устанавливаться подача газового потока постоянной величины по меньшей мере в один вентиляционный элемент. При этом газовый поток может устанавливаться именно тогда, когда дозирующее устройство добавляет восстановительное средство в участок выпускного трубопровода. Подача в участок выпускного трубопровода газового потока при помощи по меньшей мере одного вентиляционного элемента может также осуществляться с управлением при помощи параметрической характеристики, то есть в зависимости от по меньшей мере одного эксплуатационного параметра системы выпуска отработавших газов и/или двигателя внутреннего сгорания. Так например, газовый поток через вентиляционный элемент может изменяться в зависимости от массового потока отработавших газов или в зависимости от коэффициента избытка воздуха при сгорании топлива, или в зависимости от числа оборотов двигателя внутреннего сгорания, или тому подобного. Такое управление газовым потоком при помощи параметрических характеристик технически реализуется особенно просто.Finally, it turned out to be advantageous if the exhaust system includes a control device with which a constant-flow gas stream can be installed in at least one ventilation element. In this case, the gas flow can be established exactly when the dosing device adds reducing agent to the section of the exhaust pipe. The supply of a gas stream to the exhaust pipe section using at least one ventilation element can also be controlled using a parametric characteristic, that is, depending on at least one operational parameter of the exhaust system and / or internal combustion engine. For example, the gas flow through the ventilation element may vary depending on the mass flow of exhaust gases or depending on the coefficient of excess air during fuel combustion, or depending on the number of revolutions of the internal combustion engine, or the like. Such control of the gas flow using parametric characteristics is technically very simple.

Однако может быть также предусмотрено производить регулирование подачи газового потока по меньшей мере в один вентиляционный элемент посредством того, что газовый поток устанавливают в зависимости от измеренного содержания газа в выпускном трубопроводе. При этом, например, датчик кислорода выдает результаты анализа содержания кислорода в участке выпускного трубопровода, подвергаемом подаче восстановительного средства. Если оно является особенно низким и составляет, например, менее 0,1% по объему, то путем подачи газового потока в вентиляционный элемент можно обеспечить, что эта обедненная кислородом смесь, состоящая из восстановительного средства и отработавших газов, не поступает в контакт со стенкой.However, it may also be envisaged to control the flow of the gas stream to the at least one ventilation element by means of the fact that the gas stream is set depending on the measured gas content in the exhaust pipe. In this case, for example, the oxygen sensor provides the results of the analysis of the oxygen content in the area of the exhaust pipe subjected to the supply of the reducing agent. If it is particularly low and, for example, is less than 0.1% by volume, then by supplying a gas stream to the ventilation element, it can be ensured that this oxygen-depleted mixture, consisting of reducing agent and exhaust gases, does not come into contact with the wall.

Желаемое содержание кислорода в участке выпускного трубопровода, выполненном с возможностью подачи восстановительного средства, например, минимальное содержание кислорода в размере от 0,1% до 5% по объему, может быть также установлено посредством того, что через вентиляционный элемент в выпускной трубопровод вводят воздух или сжатый воздух, и благодаря этому содержание кислорода в выпускном трубопроводе в общей сложности повышается. Здесь также может задаваться желаемое содержание кислорода в зависимости от эксплуатационных параметров системы выпуска отработавших газов и/или двигателя внутреннего сгорания в виде переменного номинального значения.The desired oxygen content in the exhaust pipe portion configured to supply reducing agent, for example, a minimum oxygen content of 0.1% to 5% by volume, can also be established by introducing air through the ventilation element into the exhaust pipe or compressed air, and due to this, the oxygen content in the exhaust pipe increases in total. The desired oxygen content can also be set here depending on the operating parameters of the exhaust system and / or internal combustion engine in the form of a variable nominal value.

В предложенном в изобретении способе эксплуатации системы выпуска отработавших газов для механического транспортного средства восстановительное средство для дополнительной обработки отработавших газов вводят в выпускной трубопровод. В участок выпускного трубопровода, выполненный с возможностью подачи восстановительного средства, вводят газ. При этом с помощью по меньшей мере одного вентиляционного элемента в близкой к стенке области участка выпускного трубопровода устанавливают более высокое содержание газа, чем в более удаленной от стенки области участка выпускного трубопровода. Благодаря этому экранированию стенки выпускного трубопровода от смеси, состоящей из восстановительного средства и отработавших газов, можно избежать коррозионных повреждений системы выпуска отработавших газов.In the inventive method of operating an exhaust system for a power-driven vehicle, a reducing agent for additionally treating the exhaust gas is introduced into the exhaust pipe. Gas is introduced into a section of the exhaust pipe configured to supply a reducing agent. At the same time, with the help of at least one ventilation element, a higher gas content is established in the region of the outlet pipeline section close to the wall than in the region of the region of the outlet pipeline that is more remote from the wall. Due to this shielding of the wall of the exhaust pipe from the mixture consisting of a reducing agent and exhaust gases, corrosion damage to the exhaust gas system can be avoided.

Преимущества и предпочтительные варианты выполнения, описанные для системы выпуска отработавших газов согласно изобретению, относятся также и к предложенному в изобретении способу.The advantages and preferred embodiments described for the exhaust system according to the invention also apply to the method of the invention.

Упомянутые выше в описании признаки и комбинации признаков, а также упомянутые ниже в описании чертежей и/или показанные на чертежах индивидуально признаки и комбинации признаков применимы не только в соответственно указанной комбинации, но и в других комбинациях или индивидуально, не выходя за рамки изобретения.The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and combination of features mentioned below in the description of the drawings and / or shown in the drawings, are applicable not only to the respective combination, but also to other combinations or individually, without going beyond the scope of the invention.

Дальнейшие преимущества, признаки и подробности изобретения вытекают из пунктов формулы изобретения, последующего описания предпочтительных вариантов выполнения, а также из чертежей, на которых одинаковые или функционально одинаковые элементы снабжены идентичными номерами позиций. На чертежах изображено:Further advantages, features and details of the invention arise from the claims, the following description of the preferred embodiments, as well as from the drawings, in which the same or functionally identical elements are provided with identical position numbers. The drawings show:

фиг.1 - схематический вид в сечении выпускного трубопровода, в который добавляют водный раствор мочевины, при этом с помощью воздушных сопел в выпускной трубопровод вводят воздух, и таким образом защищают стенки выпускного трубопровода от непосредственного контакта со смесью, состоящей из продуктов гидролиза и отработавших газов;figure 1 is a schematic cross-sectional view of the exhaust pipe, into which an aqueous urea solution is added, with the help of air nozzles, air is introduced into the exhaust pipe, and thus protect the walls of the exhaust pipe from direct contact with the mixture consisting of hydrolysis products and exhaust gases ;

фиг.2 - точное расположение воздушных сопел в выпускном трубопроводе на виде в сечении;figure 2 - the exact location of the air nozzles in the exhaust pipe in a view in section;

фиг.3 - расположенное на верхней стороне выпускного трубопровода воздушное сопло с плоским выпускным отверстием на следующем виде в сечении;figure 3 - located on the upper side of the exhaust pipe air nozzle with a flat outlet in the following view in section;

фиг.4 - выпускное отверстие воздушного сопла, форма которого согласована с контуром внутренней стороны стенки выпускного трубопровода, на следующем виде в сечении;figure 4 - the outlet of the air nozzle, the shape of which is consistent with the contour of the inner side of the wall of the exhaust pipe, in the following view in section;

фиг.5 - схематический вид в сечении выпускного трубопровода согласно фиг.1, при этом на уровне дозирующего устройства для раствора мочевины предусмотрены два воздушных сопла;5 is a schematic cross-sectional view of the exhaust pipe according to figure 1, while at the level of the metering device for the urea solution, two air nozzles are provided;

фиг.6 - распределение воздушных сопел с круглыми выпускными отверстиями по периметру выпускного трубопровода на следующем виде в сечении;6 is a distribution of air nozzles with round exhaust holes around the perimeter of the exhaust pipe in the following sectional view;

фиг.7 - следующий вид в сечении выпускного трубопровода, содержащего распределенные по периметру воздушные сопла с плоскими выпускными отверстиями; иFig. 7 is a next cross-sectional view of an exhaust pipe containing perimeter air nozzles distributed along the perimeter with flat outlet openings; and

фиг.8 - выпускной трубопровод, содержащий воздушное сопло, выпускное отверстие которого выполнено по периметру, на следующем виде в сечении.Fig.8 is an exhaust pipe containing an air nozzle, the outlet of which is made around the perimeter, in the following view in section.

Из системы 10 выпуска отработавших газов для механического транспортного средства на фиг.1 показан выпускной трубопровод 12, в который при помощи дозирующего устройства 14 вводят водный раствор мочевины. В расположенном после дозирующего устройства 14 участке гидролиза мочевина преобразуется в горячих отработавших газах в двуокись углерода и аммиак. В области этого участка гидролиза происходит отчетливое уменьшение парциального давления кислорода вследствие образования восстановительной смеси 16.From the exhaust system 10 for a power-driven vehicle, FIG. 1 shows an exhaust pipe 12 into which an aqueous urea solution is introduced using a metering device 14. In the hydrolysis section located after the metering device 14, urea is converted in the hot exhaust gas into carbon dioxide and ammonia. In the region of this hydrolysis site, a distinct decrease in the partial pressure of oxygen occurs due to the formation of a reducing mixture 16.

В системе 10 выпуска отработавших газов согласно фиг.1 воздушное сопло 18, расположенное по направлению потока после дозирующего устройства 14, обеспечивает то, что эта смесь 16 в области участка гидролиза не контактирует или контактирует в сильно уменьшенном объеме с внутренней стороной 20 стенки 22 выпускного трубопровода 12. Более того, выходящий из воздушного сопла 18 воздушный поток 24 обеспечивает насыщение кислородом в близкой к стенке области выпускного трубопровода 12. Благодаря этому может осуществляться вторичная пассивация предпочтительно высоколегированной стали, из которой образована стенка 22 выпускного трубопровода 12.In the exhaust system 10 of FIG. 1, an air nozzle 18 located in the flow direction after the metering device 14 ensures that this mixture 16 does not come into contact or contacts in a greatly reduced volume with the inner side 20 of the exhaust pipe wall 22 12. Moreover, the air stream 24 exiting the air nozzle 18 provides oxygen saturation in the near-wall region of the exhaust pipe 12. Due to this, secondary passivation can be carried out. tionary high alloy steel, which is formed by the wall 22 of the discharge conduit 12.

В системе 10 выпуска отработавших газов, показанной на фиг.1, контакт смеси 16 со стенкой 22 на одной стороне выпускного трубопровода 12 по существу предотвращен посредством наличия воздушного сопла 18, так как это воздушное сопло 18 расположено на соответствующей стороне выпускного трубопровода 12.In the exhaust system 10 of FIG. 1, contact of the mixture 16 with the wall 22 on one side of the exhaust pipe 12 is substantially prevented by the presence of an air nozzle 18, since this air nozzle 18 is located on the corresponding side of the exhaust pipe 12.

Два следующих воздушных сопла 26, 28 расположены согласно фиг.1 по направлению потока после первого воздушного сопла 18, а именно на одинаковых уровнях по отношению к направлению протекания отработавших газов через выпускной трубопровод 12. Если через эти воздушные сопла 26, 28, которые выступают в выпускной трубопровод 12 напротив друг друга, в выпускной трубопровод 12 вводят воздух, то может быть достигнуто не только одностороннее, но и двухстороннее экранирование стенки 22 от смеси 16. Кроме того, оба этих воздушных сопла 26, 28, расположенных по направлению потока после первого воздушного сопла 18, обеспечивают, что восстанавливается экранирование стенки 22 от смеси 16, ослабляющееся при увеличении удаления от воздушного сопла 18.The following two air nozzles 26, 28 are located according to FIG. 1 in the direction of flow after the first air nozzle 18, namely at the same levels with respect to the direction of flow of exhaust gases through the exhaust pipe 12. If through these air nozzles 26, 28, which protrude into the exhaust pipe 12 is opposite to each other, air is introduced into the exhaust pipe 12, then not only one-sided, but also two-sided shielding of the wall 22 from the mixture can be achieved 16. In addition, both of these air nozzles 26, 28 located on the ION stream after the first air nozzle 18, provided that recovers the shielding wall 22 of the mixture 16 is attenuated with increasing distance from the air nozzle 18.

В настоящем варианте выполнения отработавшие газы поворачивают как по направлению потока перед добавлением водного раствора мочевины, так и по направлению потока после обоих воздушных сопел 26, 28, как это поясняется стрелками 30, показанными на фиг.1. Чтобы предотвратить, что в области 32 поворота, находящейся по направлению потока после дозирующего устройства 14, смесь 16 поступает в контакт с внутренней стороной 20 стенки 22, здесь предусмотрено дополнительное воздушное сопло 34, которое создает воздушный поток 36, протекающий вдоль стенки 22.In the present embodiment, the exhaust gases are rotated both in the direction of flow before adding an aqueous urea solution and in the direction of flow after both air nozzles 26, 28, as illustrated by arrows 30 shown in FIG. In order to prevent that in the rotation region 32, which is in the direction of flow after the metering device 14, the mixture 16 comes into contact with the inner side 20 of the wall 22, an additional air nozzle 34 is provided here, which creates an air stream 36 flowing along the wall 22.

Если, как показано на фиг.2, стенка 22 выпускного трубопровода 12 должна быть экранирована от смеси 16 лишь с одной стороны, то на этой стороне выпускного трубопровода 12 может быть предусмотрено единственное воздушное сопло 18 с круглым согласно фиг.2 выпускным отверстием. Однако по соседству с воздушным соплом 18 могут быть также предусмотрены дополнительные воздушные сопла 38, 40, которые также расположены на этой стороне выпускного трубопровода 12. Так например, при помощи этих трех воздушных сопел 18, 38, 40, соответственно имеющих круглые выпускные отверстия, может экранироваться от смеси 16 сравнительно большая область стенки 22. При этом воздушные сопла 18, 38, 40 могут быть, в частности, расположены таким образом, что выходящие из них воздушные потоки объединяются друг с другом.If, as shown in FIG. 2, the wall 22 of the exhaust pipe 12 should only be shielded from the mixture 16 on one side, then a single air nozzle 18 with a round outlet according to FIG. 2 can be provided on this side of the exhaust pipe 12. However, in the vicinity of the air nozzle 18, additional air nozzles 38, 40 can also be provided, which are also located on this side of the exhaust pipe 12. For example, using these three air nozzles 18, 38, 40, respectively, having round outlet openings, can a relatively large area of the wall 22 is shielded from the mixture 16. The air nozzles 18, 38, 40 can, in particular, be arranged in such a way that the air flows coming out of them are combined with each other.

В показанном на фиг.3 варианте выполнения системы 10 выпуска отработавших газов на одной стороне выпускного трубопровода 12 предусмотрено не несколько воздушных сопел, а единственное воздушное сопло 18, имеющее широкое плоское выпускное отверстие, посредством которого может образовываться также плоский воздушный поток, чтобы обеспечить в области стенки 22 поверхностное увеличение содержания кислорода.In the embodiment of the exhaust system 10 shown in FIG. 3, not one or more air nozzles are provided on one side of the exhaust pipe 12, but a single air nozzle 18 having a wide flat outlet through which a flat air stream can also be formed to provide wall 22 surface increase in oxygen content.

В показанном на фиг.4 варианте выполнения системы 10 выпуска отработавших газов для экранирования стенки 22 от смеси 16 на одной стороне выпускного трубопровода 12, в показанном варианте выполнения он круглый, также предусмотрено только одно воздушное сопло 18. Однако форма выпускного отверстия этого воздушного сопла 18 при этом соответствует контуру внутренней стороны стенки 22 выпускного трубопровода 12.In the embodiment of the exhaust system 10 shown in FIG. 4 for shielding the wall 22 from the mixture 16 on one side of the exhaust pipe 12, in the embodiment shown it is round, only one air nozzle 18 is also provided. However, the shape of the outlet of this air nozzle 18 this corresponds to the contour of the inner side of the wall 22 of the exhaust pipe 12.

В показанном на фиг.5 варианте выполнения системы 10 выпуска отработавших газов первое воздушное сопло 18 расположено в выпускном трубопроводе 12 на уровне дозирующего устройства 14, и выходящий из него воздушный поток 24 экранирует смесь 16 от стенки 22 на первой стороне выпускного трубопровода 12. На таком же уровне предусмотрено воздушное сопло 42, из которого выходит воздушный поток 44. Он экранирует стенку 22 от смеси 16 на противоположной второй стороне выпускного трубопровода 12. Благодаря этому двухстороннему обогащению кислородом в близкой к стенке области выпускного трубопровода 12 могут быть достигнуты особенно обширное экранирование стенки 22 от смеси 16 и особенно обширная вторичная пассивация стали выпускного трубопровода 12. В области 32 поворота предусмотрено дополнительное воздушное сопло 34.In the embodiment of the exhaust system 10 shown in FIG. 5, the first air nozzle 18 is located in the exhaust pipe 12 at the level of the metering device 14, and the air stream 24 exiting from it shields the mixture 16 from the wall 22 on the first side of the exhaust pipe 12. On this at the same level, an air nozzle 42 is provided, from which the air stream 44 exits. It shields the wall 22 from the mixture 16 on the opposite second side of the exhaust pipe 12. Due to this two-way oxygen enrichment in close to Especially extensive shielding of the wall 22 from the mixture 16 and especially extensive secondary passivation of the steel of the exhaust pipe 12 can be achieved in the wall of the region of the exhaust pipe 12. An additional air nozzle 34 is provided in the rotation region 32.

В варианте выполнения согласно фиг.6 в дополнение к обоим воздушным соплам 18, 44, расположенным на двух противоположный сторонах, предусмотрены еще два дополнительных воздушных сопла 46, 48, которые, как и воздушные сопла 18, 44, имеют круглые выпускные отверстия. Оба воздушных сопла 46, 48 также расположены напротив друг друга и находятся в выпускном трубопроводе 12 на одинаковом расстоянии от обоих воздушных сопел 18, 44 в направлении, перпендикулярном к направлению протекания отработавших газов через выпускной трубопровод 12. Таким образом, четыре воздушных сопла 18, 48, 44, 46 расположены в выпускном трубопроводе 12 вблизи стенки с равномерным распределением по периметру. Между этими воздушными соплами 18, 48, 44, 46 могут быть также предусмотрены дополнительные воздушные сопла 50, также с круглыми выпускными отверстиями, чтобы достигнуть со стороны периметра особенно обширного обволакивания смеси 16 воздухом и, таким образом, особенно обширного экранирования и вторичной пассивации стенки 22.In the embodiment of FIG. 6, in addition to both air nozzles 18, 44 located on two opposite sides, two additional air nozzles 46, 48 are provided, which, like the air nozzles 18, 44, have circular outlet openings. Both air nozzles 46, 48 are also located opposite each other and are located in the exhaust pipe 12 at the same distance from both air nozzles 18, 44 in a direction perpendicular to the direction of exhaust gas flow through the exhaust pipe 12. Thus, four air nozzles 18, 48 , 44, 46 are located in the exhaust pipe 12 near the wall with a uniform distribution around the perimeter. Between these air nozzles 18, 48, 44, 46, additional air nozzles 50 can also be provided, also with round outlet openings, in order to achieve from the perimeter side a particularly extensive enveloping of the mixture 16 with air and, thus, especially extensive shielding and secondary passivation of the wall 22 .

Такая воздушная оболочка, окружающая смесь 16 со стороны периметра, может быть также обеспечена посредством меньшего количества воздушных сопел 18, 48, 44, 46, которые соответственно имеют широкие и плоские выпускные отверстия, как это показано на фиг.7. В данном варианте плоские выпускные отверстия показанных в качестве примера четырех воздушных сопел 18, 48, 44, 46 занимают почти всю расположенную с внутренней стороны поверхность стенки 22.Such an air envelope surrounding the mixture 16 on the perimeter side can also be provided by fewer air nozzles 18, 48, 44, 46, which respectively have wide and flat outlet openings, as shown in FIG. 7. In this embodiment, the flat outlet openings of the four air nozzles 18, 48, 44, 46 shown as an example occupy almost the entire inner surface of the wall 22.

В показанном на фиг.8 варианте выполнения системы 10 выпуска отработавших газов единственное воздушное сопло 18 имеет расположенное по периметру выпускное отверстие. Благодаря этому при помощи воздушного потока, выходящего из этого воздушного сопла, может образовываться воздушная оболочка, обволакивающая смесь 16 в круглом в настоящем варианте выполнения выпускном трубопроводе 12.In the embodiment of the exhaust system 10 shown in FIG. 8, the only air nozzle 18 has a perimeter outlet. Due to this, using the air flow coming out of this air nozzle, an air envelope can be formed enveloping the mixture 16 in a round discharge pipe 12 in the present embodiment.

При введении воздуха или сжатого воздуха в выпускной трубопровод 12 может быть задан постоянный или управляемый при помощи параметрических характеристик переменный воздушный поток. Альтернативно в выпускном трубопроводе 12 может быть предусмотрен датчик кислорода (не показан), который соединен с управляющим устройством (не показано). В этом варианте выполнения установленный в управляющее устройство регулирующий контур может обеспечивать, что при помощи воздушных сопел 18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50 устанавливается воздушный поток, который экранирует стенку 22 от смеси 16. В частности, воздушные сопла 18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50 могут при этом подавать воздух в выпускной трубопровод 12 таким образом, что в нем поддерживается содержание кислорода от по меньшей мере 0,1% до 5% по объему.When air or compressed air is introduced into the exhaust pipe 12, a constant or variable air flow controlled by parametric characteristics can be set. Alternatively, an oxygen sensor (not shown) that is connected to a control device (not shown) may be provided in the exhaust pipe 12. In this embodiment, the control loop installed in the control device can ensure that by means of air nozzles 18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50, an air flow is established that shields the wall 22 from mixture 16. B in particular, the air nozzles 18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50 can supply air to the exhaust pipe 12 in such a way that it maintains an oxygen content of at least 0.1% to 5% by volume.

Описанное выше введение воздуха в выпускной трубопровод 12 при применении технологии SCR (SCR - селективное каталитическое восстановление) для уменьшения содержания оксидов азота в отработавших газах делает возможным использование топлива со сравнительно высоким содержанием серы, например, с содержанием серы свыше 500 промилле, не вызывая коррозии стенки 22 выпускного трубопровода 12 в обедненной кислородом области, расположенной по направлению потока после дозирующего устройства 14.The introduction of air into the exhaust pipe 12 described above using SCR technology (SCR - selective catalytic reduction) to reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas makes it possible to use fuel with a relatively high sulfur content, for example, with a sulfur content of more than 500 ppm, without causing wall corrosion 22 of the exhaust pipe 12 in the oxygen-depleted region located in the direction of flow after the metering device 14.

Claims

1. An exhaust system for a power-driven vehicle, comprising a metering device (14) for introducing a reducing agent into the exhaust pipe (12) to further treat the exhaust gases and comprising at least one ventilation element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) for introducing air (24, 36) into the section of the exhaust pipe (12), configured to supply restorative means, so that in the area region close to the wall (22) exhaust pipe ( 12) a higher oxygen content (24, 36) can be set than in the region of the outlet pipe section (12), more remote from the wall (22), characterized in that at least one ventilation element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) is made in the form of an air nozzle, which is spatially separated from the metering device (14) and is located after it in the direction of exhaust gas flow through the exhaust pipe (12).

2. The exhaust system according to claim 1, characterized in that at least one ventilation element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) is made for introduction into the section of the exhaust pipe ( 12) an air stream (24, 36) and / or a stream of compressed air, the direction of which is essentially the same with the direction of flow of the exhaust gases through the exhaust pipe (12).

3. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that at least two ventilation elements (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) are transverse, in particular perpendicular to the direction of flow of the exhaust gases and / or are located at a distance from each other in the direction of flow of the exhaust gases through the exhaust pipe (12) in its section, made with the possibility of supplying a reducing agent.

4. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet of at least one ventilation element (18, 44, 46, 48) has a width that is greater than the height of the outlet, and / or that the shape of the outlet at least one ventilation element (18) at least in certain sections corresponds to the contour of the inner side (20) of the wall (22) of the exhaust pipe (12).

5. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that at least two ventilation elements (18, 38, 40, 44, 46, 48, 50) are located in the exhaust pipe section (12), configured to supply of the reducing agent, so that the gas flows coming out of the respective ventilation elements (18, 38, 40, 44, 46, 48, 50) are combined with each other.

6. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one ventilation element (18, 44, 46, 48, 50) is located in the area of the exhaust pipe (12), configured to supply recovery means, in such a way that by means of a gas stream exiting at least one ventilation element (18, 44, 46, 48, 50), the mixture (16) including the reducing agent and the exhaust gases can be at least substantially enveloped.

7. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized in that at least one ventilation element (34) is located in the area (32) of rotation of the exhaust pipe section (12), configured to supply recovery means.

8. The exhaust system according to claim 1, characterized in that an aqueous solution of urea is provided as a reducing agent, and air is introduced into the approximately straight-line section of the exhaust pipe (12), which serves as a hydrolysis section for converting introduced into the exhaust gases urea in carbon dioxide and ammonia.

9. An exhaust system according to claim 2, characterized in that an aqueous solution of urea is provided as a reducing agent, and air is introduced into an approximately straight-line section of the exhaust pipe (12), which serves as a hydrolysis section for converting introduced into the exhaust gases urea in carbon dioxide and ammonia.

10. The exhaust system according to claim 8 or 9, characterized in that in front of the hydrolysis section and / or after it there is a turning area of the exhaust pipe (12) to rotate the direction of flow of the exhaust gases by about 90 °.

11. The exhaust system according to claim 1 or 2, characterized by the presence of a control device by which the gas stream is supplied to at least one ventilation element (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50) can be set with a constant value and / or depending on at least one operational parameter of the exhaust system and / or internal combustion engine, and / or depending on the measured gas content in the exhaust pipe.

12. A method of operating an exhaust system for a power-driven vehicle in which an aqueous urea solution is introduced into an exhaust pipe (12) and in which an urea solution is supplied with a urea solution via an air nozzle to an exhaust pipe section (12) (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50), spatially separated from the metering device (14) and located after it in the direction of exhaust gas flow through the exhaust pipe (12), air is introduced (24, 36) so that in close to the wall (22) of the region of the section of the exhaust pipe (12) is set to a higher oxygen content (24, 36) than in the more remote from the wall (22) region of the section of the exhaust pipe (12).

13. The method according to p. 12, characterized in that using the air introduced into the exhaust pipe (12) by means of an air nozzle (18, 26, 28, 34, 38, 40, 44, 46, 48, 50), the mixture consisting of a urea solution and exhaust gases, is shielded from the wall (22) of the exhaust pipe (12).

14. The method according to item 13, wherein the shielding is carried out in the area of rotation of the exhaust pipe (12).

15. The method according to one of paragraphs.12 or 13, characterized in that the urea solution is introduced into the exhaust gases in the area of rotation of the direction of flow of the exhaust gases by about 90 °.

16. The method according to p. 12, characterized in that the introduction of the urea solution is carried out in the section of the exhaust pipe (12), which serves as a hydrolysis section for converting the introduced urea into carbon dioxide and ammonia and proceeds approximately rectilinearly.

17. The method according to item 13, wherein the introduction of the urea solution is carried out in the section of the exhaust pipe (12), which serves as a hydrolysis section for converting the introduced urea into carbon dioxide and ammonia and proceeds approximately rectilinearly

18. The method according to p. 16 or 17, characterized in that the direction of flow of the exhaust gas is rotated approximately 90 ° immediately before the section of the exhaust pipe (12), forming a section of hydrolysis, and / or after it.