CN103032139A - 混合和/或蒸发装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机（1）、特别是机动车内燃机（1）的排气***（5）的混合和/或蒸发装置（12），该混合和/或蒸发装置（12）具有支撑体（19），支撑体（19）包围流体可流过的装置（12）的横截面，且其垂直于装置（12）的轴向（20）在周向上延伸，其中，支撑体（19）上设置有至少一个导向叶片（25，28），其垂直于轴向远离当至少一个所述导向叶片（25，28）具有屋顶形轮廓（29）时，其包括通过脊（32）或顶端而相互连接的两个导向面（30，31），此时可获得改进的效率。

Description

混合和/或蒸发装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气***的混合和/或蒸发装置。本发明还涉及装备有所述装置的排气***和装备有所述装置的SCR催化转化器。
背景技术
通常，内燃机的排气***装备有用于清洁或再处理从内燃机排放出来的废气的装置。在此，必须将液体析出物引入废气流，从而在那里将其蒸发，并使其与废气互相混合。例如，可能需要将燃料混合到氧化催化转化器上游的废气中，从而通过氧化催化转化器中燃料的放热转化实现废气流的加热。加热过的废气流随后可在氧化催化转化器的下游进行利用，以将另外的废气再处理装置（例如另一个催化转化器或颗粒过滤器）加热到运行温度或再生温度。此外，SCR***是已知的，其通过选择催化反应运行，并装备从废气流中吸收NOx的SCR催化转化器。在SCR催化转化器的上游，向废气流中添加合适的反应剂，例如氨或尿素，优选尿素水溶液。在SCR催化转化器中，氨之后导致装入的氧化氮转化为氮气和水。
对于所有以液体形式加入到废气中的析出物，实际上只有当在液体析出物的引入点和析出物的消耗点之间，析出物充分的蒸发以及气体析出物与废气流的充分混合能够进行时，才能达到令人满意的期望效果。为此，应用开头提及的混合和/或蒸发装置，其设置在位于析出物引入点和析出物消耗点之间的废气流动路径中。
发明内容
本发明所要解决的问题是，提供一种开始所提到的类型的装置、或装备所述装置的SCR催化转化器、或装备所述装置的排气***的改进的或至少另一种实施方式，其特征在于构造简单以及因此具有成本效益，同时还具有低的通流阻力。而且，还能获得在横截面上的改进的流量分配，其有利地降低反压。
本发明基于这样的总体思想，利用包含支撑体的装置，该支撑体包围流体流过的该装置的横截面，并且垂直于该装置的轴向而在轴向上延伸，并且在该支撑体上设置有至少一个横向远离该轴向的导向叶片，由此至少一个所述导向叶片具有屋顶轮廓。通过利用至少一个具有屋顶轮廓的导向叶片，在混合和/或蒸发装置内用于将液体析出物引入到废气流内的冲击区域得到扩张，从而降低通过该装置的液滴击穿风险。因此，该装置关于蒸发效果的效率得以提高。至少一个导向叶片的屋顶形状轮廓还导致废气流在相应的导向叶片上朝向两侧偏转，从而可实现充分混合。此外，废气流带走部分击打导向叶片的液体析出物，由此，其分布在导向叶片上，这有助于蒸发。
特别地，在实践中，屋顶形轮廓以这样的一种方式实施，即，相应导向叶片的屋顶形轮廓包括两个导向面，其通过脊或顶端互相连接。例如，该轮廓可以形成为三角形屋顶的形式，从而有角度的脊区域将两个平的导向面互相连接起来。同样地，该轮廓可以形成筒形屋顶，其中两个弯曲的屋顶表面通过圆顶端彼此结合。还可以考虑到混合形式，从而例如两个弯曲的导向面通过有角度的脊而互相连接。
这里介绍的装置的特征还在于，相应的叶栅，不管其设置在湍流流侧还是流出侧，都能基本上承受废气流的无漩涡流动。换句话说，当废气流绕导向叶片流动或通过该装置的叶栅流动时，废气流不具有漩涡。因此，该装置受到特别低的通流阻力。
根据一个特别有利的实施方式，相应的脊或相应的顶端可设置在湍流侧。实际上，两个导向面随后相对于轴向相对的成一个角度。特别地，两个导向面可以相对于轴向具有相同大小的倾角，从而在相应的屋顶形导向叶片上获得对称的流体偏转或流体分隔。
根据另一个有利的实施方式，相应的导向叶片仅通过一个导向面连接到支撑体，这形成了该装置的可以特别容易实现的一种设计。
根据实际中的进一步发展，另一个导向面可以相对于支撑体独立地设置。换句话说，另一个导向面不与支撑体接触并且仅间接地（即通过一个导向面）连接到支撑体。
根据额外的进一步的发展，相应的导向叶片还可如此设置，从而导向叶片在脊区域相对于支撑体而独立。因此，特别地，没有张力积累的热膨胀效应是可能的。
额外的或可替代的，相应的导向叶片还可具有两个大体上矩形的导向面，其在边缘侧具有相应的四个直线侧，其中在每种情况下，两个导向叶片的一侧在脊处彼此邻接，并且其中相应的导向叶片仅通过这些侧中的单一侧与支撑体连接。换句话说，在限定导向叶片周边的位于外侧的六侧中，只有一侧与支撑体连接，而其他侧相对于支撑体松散或独立的设置，即不与支撑体接触。位于内侧的两侧在脊处彼此相邻。
当提供多个导向叶片时，这些导向叶片从支撑体在第一方向上突出并在第二方向彼此相邻地设置，该第一方向垂直于该装置的轴向，该第二方向垂直于轴向和第一方向而延伸，此时可产生特别紧凑的构造。
具体地，还可以具有另一个实施方式，相应导向叶片的轮廓配置为角形或弧形。角形轮廓导致之前提及的三角形屋顶状，而弧形轮廓导致之前提及的桶形屋顶状。根据另一个有利的实施方式，具有屋顶形轮廓的相应的导向叶片可以设置在支撑体的湍流侧，其中在支撑体的湍流侧设置至少一个另外的具有其他轮廓的导向叶片。该其他轮廓例如可为线性轮廓，其相对于轴向具有角度。特别地，支撑体由此可包括至少一个常规的导向叶片，其在湍流侧不具有屋顶形轮廓。
具有线性轮廓的单独的导向叶片或具有屋顶形状的导向叶片的导向面可以配置成平的。平的导向叶片或导向面总是沿其相对于废气流的纵向或相对于轴向具有相同的倾角。原则上，同样可使至少一个或所有的导向叶片或导向面弯曲，从而它们沿导向叶片的纵向的倾角是变化的。
根据有利的进一步进展，设置在流出侧的相应的导向叶片可以与设置在湍流侧的具有屋顶形状轮廓的导向叶片的一个导向面的流出边缘轴向对齐地设置，并在轴向上覆盖后者。通过这种方式，在流出侧的导向叶片的冲击面与湍流侧的屋顶形导向叶片的流出边缘对齐。根据该实施方式，在湍流侧击打屋顶形导向叶片的液体可以通过导向面上的流动力而变向，到达相应导向面的流出边缘，并随后被废气流以至少一滴液滴的形式带走，然后在流出侧击打导向叶片的导向面，在此再次到废气流入并剧烈蒸发。由此，这里介绍的设计降低液滴击穿装置的风险。这点上，很明显地，在湍流侧的屋顶形轮廓的导向叶片导致废气流及其携带的析出物流的分割，从而在任何情况下，只有一半的废气流和析出物击打在流出侧的导向叶片，特别是非屋顶状方式形成轮廓的导向叶片，因此，在相对意义上，析出物流的蒸发可用的区域加倍。
根据一个特别的实际的实施方式，该装置的流体可流过的横截面是平的。这意味着在与轴向垂直的第一方向，流体可流过的横截面的直径大于在第二方向的直径，该第二方向垂直于第一方向和轴向，由此流体可流过的该装置的横截面显著不同于圆形横截面。例如，流体在第一方向上可流过的平的横截面的直径至少是第二方向上的二倍。通过该设计，该装置可以以特别简单的方式安装到平坦设计的排气***或平坦设计的废气处理装置（例如SCR催化转化器）壳体中。实际上，支撑体随后可包括两个彼此相对设置的长侧壁和两个彼此相对设置的短侧壁，其中在每种情况下，两个短侧壁将两个长侧壁互相连接起来。在这种情况下，长侧壁可以是平的或弯曲的。短侧壁优选为弯曲的。因此，原则上卵形或椭圆的横截面同样是平的。
术语“长”和“短”不能理解为绝对的术语，而是相对的，由此它们仅用于表达长侧壁比短侧壁在支撑体的周向上具有更长的延伸。
具有屋顶形轮廓的至少一个导向叶片实际上设置在长侧壁上，至少在侧壁或支撑体或该装置的轴端上，并在另一个长侧壁的方向上独立于该长侧壁。通过这种设计，可以通过一种特别简单的方式在支撑体上形成导向叶栅，其包括多个垂直于轴向相邻设置的彼此平行的导向叶片。具体地，在这种情况下，单独的导向叶片垂直于轴向和它们在相应的线性叶栅中相邻设置的方向。
为了将这种叶栅设置在支撑体的长侧壁上，有不同的组合可能。例如，叶栅可以仅设置在轴端且仅在长侧壁上。同样可能的是，仅在两个长侧壁的轴端，导向叶片远离，其彼此结合来形成共用的叶栅，或在形成自己的叶栅。从相应的长侧壁开始，单独的导向叶片随后可尽可能远的延伸到大约纵向中心面，该中心面位于两个长侧壁中间。可选地，同样可在两个轴端都提供至少一个叶栅，其中相应的导向叶片源自相同的长侧壁或不同的长侧壁。
根据本发明的排气***包括至少一个SCR催化转化器、还原剂供给装置（其包括至少一个位于SCR催化转化器上游的用于将还原剂供给到废气流的喷嘴）、以及至少一个设置在至少一个喷嘴和至少一个SCR催化转化器之间的上述类型的混合和/或蒸发装置。
与之相比，根据本发明的SCR催化转化器包括壳体和至少一个上述类型的混合和/或蒸发装置，在壳体中设置有至少一个SCR催化转化器元件，该混合和/或蒸发装置在SCR催化转化器的壳体中设置在至少一个SCR元件的上游。
本发明的其他重要特征和优点可从附图和根据附图的相关附图说明中获得。
应当理解，在未脱离本发明的范围的情况下，上文提及的并且在下文中还要解释的特征不仅仅用于所述的相应的组合，而且还可以用于其它的组合或者单独应用。
本发明优选的示例性实施方式在附图中示出，并且将在下述的说明书中进行更加详细的解释，其中相同的附图标记表示相同的或者相似的或者功能相同的部件。
附图说明
在每种情况中，示意性地示出：
图1是以线路图形式表示的具有排气***的内燃机的高度简化示意图，
图2是以线路图的方式表示的SCR催化转化器的高度简化视图；
图3A-B是对应图2中的剖面线III的SCR催化转化器的不同实施方式A和B的各自的截面图；
图4是在湍流观察方向的混合和/或蒸发装置的等距视图；
图5是图4中的装置在流出观察方向的等距视图。
具体实施方式
根据图1，内燃机1通常包括发动机组2，发动机组2包括多个汽缸3。新鲜空气***4为发动机组2的汽缸3供应新鲜空气。在这种情况下，相应的新鲜空气流用箭头11表示。在内燃机1的运行过程中，排气***5使燃烧废气从发动机组2的汽缸3导出。此外，排气***5进行废气清洁或废气再处理。为此，排气***5装备至少一个SCR催化转化器6，其以合适的方式结合在排气***5的排气管线7中。此外，排气***5包括还原剂供给装置8，其包括至少一个喷嘴9，借助于喷嘴9将还原剂引入到废气流10中，废气流10在内燃机1的运行过程中在排气管线7内流动并由箭头表示。在这种情况下，在SCR催化转化器6的上游将液体还原剂注射到废气流10中。
此外，排气***5包括至少一个混合和/或蒸发装置12，其在之后简称为装置12。在这种情况下，该装置12在排气管线7中，设置在喷嘴9和SCR催化转化器6之间，从而具有供给的还原剂的废气首先必须流过装置12，之后混合物到达催化转化器6。
在设置有装置12的区域13中，排气管线7可具有平的通流横截面，而在位于喷嘴9上游的区域14中，呈现的是环形横截面。这里，在区域13和14中的横截面面积可以大小相等或不相等。
根据图1所示的实施方式，装置12设置在排气管线7中，位于催化转化器6的上游并由此独立于SCR催化转化器6。特别地，装置12在此位于SCR催化转化器6的壳体15外侧。
与此相反，图2示出了一种实施方式，其中SCR催化转化器6和装置12构成了一个整体单元。为此，至少一个催化转化器元件16设置在SCR催化转化器6的壳体15内，其中在壳体15内在SCR催化转化器元件16的上游额外设置装置12。由此，装置12和SCR催化转化器元件16设置在共同壳体15内。在图2的实施例中，壳体15包括入口漏斗17和出口漏斗18，其中装置12和SCR催化转化器元件16设置在17漏斗和漏斗18之间。
根据图3A和图3B，壳体15至少在装置12的区域内可具有相应的装置12与其相匹配的平的横截面。在这种情况下，图3A示出了一个实施方式，其中流体可流过的壳体15的横截面借助于单个装置12填充。与此相反，图3B示出了一个实施方式，其中流体可流过的壳体15的横截面借助于两个彼此相邻设置的装置12填充。随后，类似的也可应用到排气管线7内的装置12的设置上，从而为了填充流体可流过的排气管线7的横截面，在区域13具有至少两个可彼此相邻设置的装置12。
对应于图4和图5，相应的装置12包括支撑体19，支撑体19如此成形，使得其包围流体可流过的装置12的横截面，其垂直于装置12的轴向20而延伸，该轴向20在图1、2、4和5中用圆周方向上的双箭头表示。根据在此示出的优选实施方式，流体可流过的装置12的该横截面设计为平的，从而支撑体19也具有平的形状。因此，支撑体19具有两个彼此相对设置的长侧壁21、22和两个彼此相对设置的短侧壁23、24，两个长侧壁21、22通过两个短侧壁23、24互相连接。装置12或支撑体19具有两个轴端26、27，其也轴向限定侧壁21、22、23、24。根据在图4和图5中由箭头表示的废气流的流动方向10，一方面，轴端26、27涉及湍流侧（其在之后同样表示为26），另一方面，轴端26、27涉及流出侧（其在之后同样表示为27）。
在图4和图5的实施例中，支撑体19包括多个在湍流侧26和流出侧27上的导向叶片25、28，它们分别源自长侧壁21并在另外的长侧壁22的方向上延伸。在所示的实施例中，导向叶片25、28分别源自相同的长侧壁21，从而没有源自另外的侧壁22的导向叶片25、28。
至少一个导向叶片25、28，在此为25表示的导向叶片25，具有屋顶状的轮廓29，该轮廓29包括两个导向面30、31和将两个导向面30、31互相连接的脊32或顶端32。在所示的实施例中，相应的轮廓29设计为人字屋顶或具有角度，由此呈现出角脊32的平的导向面30、31。可选地，轮廓29也可设计为弓形或筒形屋顶，从而导向面30、31被磨圆或为拱形并通过顶端32彼此正切地结合。
在所示的实施例中，多个导向板25、28在湍流侧26垂直于其纵向延伸彼此相邻地设置，其中它们从一个长侧壁21沿着另一个长侧壁22的方向上延伸，由此它们在湍流侧形成了叶栅33。在该实施例中，在湍流侧的叶栅33包括正好三个导向叶片25、28，即，两个具有屋顶型轮廓29的导向叶片25和一个具有常规线性轮廓的导向叶片28。在流出侧27，导向叶片28同样垂直于其纵向彼此相邻地设置，由此它们在流出侧形成叶栅34。在这种情况下，在流出侧的叶栅34包括四个相同类型的不具有屋顶形轮廓29、而是具有线性轮廓的常规导向叶片28。
在相应的叶栅33、34内，导向叶片25、28彼此平行的垂直于轴向20而延伸。此外，它们垂直于轴向20彼此相邻地设置。
根据在此示出的实施例，具有脊32的屋顶形的导向叶片25设置在湍流侧，从而首先承受湍流，并分开废气流10。两个通过脊32互相连接的导向叶片30、31随后相对于轴向20相对地成一个角度。利用对称设计，导向面30、31相对于轴向20具有相同大小的倾角。
在湍流侧的叶栅33中，同屋顶形导向叶片25的导向面30、31一样，常规的导向叶片28同样相对于轴向20具有相同大小的倾角。
与此相反，流出侧的叶栅34具有两个相对于轴向20在一个方向上具有一定角度的导向叶片28，以及相对于轴向20在相反的方向上具有一定角度的两个传统导向叶片28。在这种情况下，单独的导向面30、31或单独的导向叶片28的倾角分别为相同大小，例如大约为45度。
根据图4，相应的屋顶形状的导向叶片25仅通过一个导向面30连接到支撑体19或其长侧壁21。为此，相应的导向叶片25可沿连接线35与相应的长侧壁21具有一个偏角。沿该连接线35，一个或第一导向面30随后连接到长侧壁21。另一个或第二导向面31通过脊32连接到第一导向面30，并由此仅仅间接连接到相应的长侧壁21。特别地，第二导向面31相对于支撑体19而独立，即，相对于支撑体19完全没有接触地设置。特别地，相应的第二导向面31由此既不接触一个长侧壁21，也不接触另一个相对设置的长侧壁22。此外，所有的导向叶片25、28如此设置，使得导向叶片25、28远离它们所源自的相应的长侧壁21的端部与相对设置的长侧壁22间隔开来，从而在此处，导向叶片25、28和相对设置的长侧壁22之间没有接触。
设置在湍流侧的屋顶形的导向叶片25在湍流边缘具有两个导向面32、31共有的脊。此外，与脊32间隔开的流出边缘36形成在每个导向面30、31上。导向叶片28在流出侧上的定位实际进行，从而它们与所述流出边缘36轴向对齐地定位，它们的覆盖垂直于轴向20。由此，与流出缘36分离的平行于轴向20的液滴能直接击中流出侧的一个导向叶片28。
特别地，装置12由单个的金属板条成型制造，从而导向叶片25、28集成形成在相应的长侧壁21上，并且侧壁21、22、23、24也是支撑体19的集成部分。

Claims (13)

1.一种用于内燃机（1）、特别是机动车内燃机（1）的排气***（5）的混合和/或蒸发装置（12），
该混合和/或蒸发装置（12）具有支撑体（19），支撑体（19）包围流体可流过的装置（12）的横截面，且其垂直于装置（12）的轴向（20）沿周向延伸，
其中，支撑体（19）上设置有至少一个导向叶片（25，28），其垂直于轴向远离，
其中，至少一个所述导向叶片（25，28）具有屋顶形轮廓（29），其包括通过脊（32）或顶端而相互连接的两个导向面（30，31）。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，相应的脊（32）或端部设置在湍流侧，其中所述两个导向面（30，31）相对于轴向（20）处于相对的方向。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，相应的导向叶片（25）仅通过一个导向面（30）连接到支撑体（19）。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，另一个导向面（31）相对于支撑体（19）以独立的方式设置。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，相应的导向叶片（25）也相对于支撑体（19）在脊（32）的区域中以独立的方式设置。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，相应的导向叶片（25）具有两个矩形的导向面（30，31），其在边缘侧具有相应的四个侧面，其中在每种情况下，两个导向叶片（30，31）的一侧在脊（32）处彼此邻接，并且相应的导向叶片（25）仅通过这些侧中的单一侧与支撑体（19）连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，提供了多个导向叶片（25），这些导向叶片（25）从支撑体在第一方向上突出并在第二方向彼此相邻地设置，所述第一方向垂直于装置（12）的轴向（20），所述第二方向垂直于轴向（20）和第一方向而延伸。
8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，相应导向叶片（25）的轮廓（29）配置为角形或弧形。
9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，具有屋顶形轮廓（29）的相应的导向叶片（25）设置在支撑体（19）的湍流侧（26），其中在支撑体（19）的湍流侧（27）设置至少一个另外的具有其他轮廓的导向叶片（28）。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，设置在流出侧（27）的相应的导向叶片（28）与设置在湍流侧（26）的具有屋顶形轮廓（29）的导向叶片（25）的一个导向面（30，31）的流出边缘（36）轴向对齐地设置，并在轴向（20）上覆盖后者。
11.根据权利要求1-10任一项所述的装置，其特征在于，
装置（12）的流体可流过的横截面是平的；
支撑体（19）包括两个彼此相对设置的长侧壁（21，22）和两个彼此相对设置的短侧壁（23，24）；
短侧壁（23，24）分别将两个长侧壁（21，22）互相连接起来；
具有屋顶形轮廓（29）的至少一个导向叶片（25）设置在一个长侧壁（21,22）上，至少在一个轴端（26,27）上，并在另一个长侧壁的方向上远离。
12.一种用于内燃机（1）、特别是机动车的内燃机（1）的排气***（5），
具有至少一个SCR催化转化器（6）；
具有还原剂供给装置（8），其包括至少一个位于SCR催化转化器（6）上游的用于将还原剂供给到废气流（10）的喷嘴（9）；
以及根据权利要求1-11任一项所述的至少一个设置在至少一个喷嘴（9）和至少一个SCR催化转化器（6）之间的混合和/或蒸发装置。
13.一种用于内燃机（1）、特别是机动车的内燃机（1）的排气***（5）的SCR催化转化器（6），
具有壳体（15），在壳体（15）中设置有至少一个SCR催化转化器元件（16），
具有至少一个根据权利要求1-11任一项所述的混合和/或蒸发装置（12），该混合和/或蒸发装置（12）在壳体（15）中设置在至少一个SCR催化转化器元件（16）的上游。
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