CN103270266B - 机动车辆排气管路 - Google Patents

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Abstract

一种机动车辆排气管路（910），包括：用于排气的热管（912）；用于排气的冷管（914）；将所述热管（912）的下游端部连接到所述冷管（914）的上游端部的机械解耦元件（920）；用于处理氮氧化物的装置；和用于在所述氮氧化物处理装置的上游将试剂喷射到所述排气管路中或在所述排气管路中产生试剂的喷射装置。本发明的特征在于，该机动车辆排气管路包括混合器，该混合器用于混合排气和由喷射装置喷射或产生的试剂，该混合器定位在氮氧化物处理装置的上游。所述氮氧化物处理装置在所述机械解耦元件（920）的下游布置在冷管（914）中，并且喷射装置和混合器形成被直接地连接到机械解耦元件（920）的组件。

Description

机动车辆排气管路
技术领域
本发明涉及一种下述类型的机动车辆排气管路，包括：
-用于排气的热管；
-用于排气的冷管；
-机械分离元件，该机械解耦元件将热管的下游端部连接至冷管的上游端部；
-用于处理氮氧化物的装置；以及
-喷射装置，喷射装置用于在氮氧化物处理装置的上游，将试剂喷射到排气管路中或在排气管路中产生试剂。
提供这种排气管路是为了装备诸如柴油机之类的内燃机。排气管路包括用于减少氮氧化物的催化剂装置，以及置于催化剂装置上游的喷射器。喷射器设计成在排气管路中喷射试剂，尤其是还原剂，或产生氮氧化物的还原剂的物质，例如尿素。尿素连续经过两个化学反应、热分解和水解，并且转化成氨。在催化剂装置内并且当排气达到一定温度时，氨与氮氧化物进行化学反应，将氮氧化物还原为氮和水。
背景技术
在包括SCR（SelectiveCatalyticReduction/选择性催化还原）***、即执行氮氧化物的选择性还原的催化剂装置***的排气管路中，还原剂的喷射通常位于机械解耦元件的下游以防止损坏机械解耦元件，例如从而避免腐蚀和机械故障的风险。但是，这种设置的主要缺点是由于SCR***距发动机的距离，而延长了氮氧化物的转化的开始时间。
鉴于上述限制，由于不可能达到允许快速喷射还原剂的阈值或最小温度，这种包括SCR***的排气管路的结构使得当车辆在城市条件下行驶时难以获得氮氧化物NOx转化的有效增加。
发明内容
在此背景下，本发明旨在提出一种操作更理想、氮氧化物的转化更有效的排气管路。
为此目的，本发明涉及一种上述类型的排气管路，其特征在于，该排气管路包括用于将排气和由喷射装置喷射或产生的试剂进行混合的混合器，其中，所述混合器定位在氮氧化物处理装置的上游，氮氧化物处理装置在机械解耦元件的下游定位在冷管中，并且，喷射装置和混合器形成直接地连接至机械解耦元件的组件。
根据本发明的排气管路可以包括以下特征中的一个或多个：
-由喷射装置和混合器形成的组件在机械解耦元件上游直接地***到热管中；
-由喷射装置和混合器形成的组件在机械解耦元件下游直接地***到冷管中；
-氮氧化物处理装置是氮氧化物的选择性还原催化装置；
-排气管路包括定位在由喷射装置和混合器形成的组件的上游的氧化催化剂装置；
-混合器包括喷射部，该喷射部定位在分别由通入混合器内的排气入口和混合器外的排气出口限定的上游面和下游面之间，该喷射部包括从上游面延伸到下游面的排气管道，该管道具有中心线且具有介于上游面和下游面之间的设定长度，该喷射装置包括试剂喷射器，该试剂喷射器安装在喷射部上并且能够在喷射部里喷射或产生试剂，该喷射部包括至少一个第一杯状部，该至少一个第一杯状部定位于所述管道内侧，使得所述管道中的排气的平均路径比设定长度大至少20%；
-设定长度大致包括在40mm至140mm之间；
-第一杯状部具有绕喷射部的中心线以螺旋形的形式盘绕的底部；
-第一杯状部的底部围绕着喷射部的中心线以螺旋形的形式盘绕转过四分之三圈；
-第一杯状部在螺旋形的距上游面最远的端部处具有开口；
-第一杯状部在螺旋形的距上游面最远的端部处具有喙状部；
-喙状部从第一杯状部的底部朝向上游面并朝向螺旋形的外侧延伸；
-喷射部包括在上游面与第一杯状部之间定位在管道内侧的第二杯状部，该第二杯状部具有围绕着喷射部的中心线以螺旋形的形式盘绕的底部；
-第二杯状部在螺旋形的距上游面最远的端部处具有开口；
-第二杯状部在螺旋形的距上游面最近的端部处具有开口；
-这两个杯状部在其之间限定了螺旋形的导管，该螺旋形的导管起始于第二杯状部的开口并且延伸到第一杯状部的开口，该螺旋形的导管延伸至少180°，优选275°，并且具有大致大于2,300mm2的横截面积；
-第一杯状部包括：圆形壁，该圆形壁具有朝向上游面凸起的中央区域以及围绕凸起的中央区域转向上游面的中空周缘区域；以及开口，该开口形成在第一杯状部的位于凸起中心区域和中空周缘区域之间的壁中；
-喷射部包括：第二杯状部，该第二杯状部在上游面和第一杯状部之间定位在导管内侧，第二杯状部包括圆形壁和周缘区域，该圆形壁具有转向上游面的中空中央区域，该周缘区域朝向上游面凸起并围绕中空中央区域；以及开口，该开口在中空中央区域与凸起的周缘区域之间形成在第二杯状部的壁中。
-第一杯状部和第二杯状部被构造成能够对排气施加从第二杯状部的开口到第一杯状部的开口的螺旋运动；
-试剂的喷射是在第一杯状部和第二杯状部之间进行的；
-第一杯状部的开口和第二杯状部的开口围绕中心线相对于彼此成角度地偏置；
-杯状部具有直径大致等于5mm的穿孔或开口;
-第一杯状部包括在其表面的至少一部分上的金属丝网层；
-试剂喷射器被定向为使得喷射方向垂直于喷射部；以及
-试剂喷射器被定向为使得喷射方向平行于喷射部的切线。
附图说明
阅读了仅作为示例提供的并参照附图所做的以下描述将更好地理解本发明，在图中：
-图1是根据本发明的排气管路的立体概略图；
-图2是沿图1的线II-II的纵向截面图并示出图1的根据本发明的第一实施方式的排气管路的第一部分；
-图3是沿图1的线III-III的纵向截面图并示出图1的根据本发明的第二实施方式的排气管路的第二部分；
-图4是根据发明的第一实施方式的喷射部的分解立体图；
-图5是图4的喷射部的分解立体图，其中，示出了喷射部的操作；
-图6是图4的喷射部的紧凑立体图；
-图7、图8、图9和图10是图4的、设置有用于使气体/尿素混合物均匀的装置的喷射部的视图；
-图11是根据本发明的喷射部的第二实施方式的剖面图；
-图12是图11的喷射部的第二实施方式的杯状部的立体图；
-图13是图11的喷射部的第二实施方式的杯状部之一的立体图；
-图14是根据本发明的喷射部的第三实施方式的剖面图；
-图15是图14的喷射部的第三实施方式的另一剖面图；
-图16是图14的喷射部的第三实施方式的杯状部的立体图。
具体实施方式
在以下描述中，上游和下游理解成是相对于排气通过排气管路的正常移动方向的，该方向在图中通过箭头F指示。
图1示出设置成安装在配备有例如柴油机之类的内燃机的机动车辆上的排气管路910。排气管路910通常包括按顺序放置的下述装置：在发动机的出口处的排气歧管、涡轮增压器（可选地）、至少一个排气净化装置以及消音器。
由柴油机的燃烧产生的污染物主要包括未燃烧的碳氢化合物HC、氮氧化物NOx（一氧化氮NO和二氧化氮NO2）、一氧化碳CO和烟尘颗粒。
通过已知的方式，用于净化排气的装置包括催化剂净化构件和/或颗粒过滤器中的至少一个装置。
催化剂净化装置适用于处理气相的污染发射，而颗粒过滤器适用于保留由发动机排出的烟尘颗粒并且可选地用于约束气态污染物。
催化剂净化装置包括例如可透气性的结构，该可透气性的结构被催化金属覆盖，该催化金属有利于燃烧气的氧化和/或氮氧化物的还原。
排气管路910包括：用于排气的热管912，该热管912定位在车辆的发动机附近；和用于排气的冷管914，该冷管914距发动机较远地定位，该冷管914位于热管912的下游。
热管912和冷管914分别包括用于净化排气的装置916和装置918，装置916和装置918串联定位并位于发动机的下游。
排气管路910还包括机械解耦元件920，机械解耦元件920将热管912的下游端部可密封地连接到冷管914的上游端部。机械解耦元件920被从热管912行进至冷管914的排气穿过。
此机械解耦元件920包括例如由金属丝网材料制成的且对排气密封的挠性套管。
可替代地，机械解耦元件920为文献FR-2878563中描述的类型。
机械解耦元件920使得能够在热管912和冷管914的不同元件之间补偿发动机沿排气管路910的振动。
参照图2，用于净化排气的第一装置916包括氧化催化剂装置（DOC）922，该氧化催化剂装置（DOC）922包括容置在外壳926内的上游整料924。
外壳926在其整个长度上形成具有大致不变的横截面的护罩。
第一排气净化装置916还包括：上游壳部21，该上游壳部21连接到外壳926的上游端部并且朝向外壳926的上游端部发散；和下游壳部23，下游壳部23连接到外壳926的下游端部并从外壳926的下游端部汇聚。
上游壳部21在第一排气净化装置916中限定排气入口，下游壳部23限定用于来自第一排气净化装置916的排气的出口。
DOC922将来自发动机的HC和CO进行转化使得能够达到防止污染的标准，DOC922将一部分NO转化为NO2并且产生放热，使得能够达到有利于用低温还原剂的NOx的还原反应的温度条件。氧化催化剂装置基本由定位在氧化物基底上的贵金属（铂，钯，铑）制成。根据其在排气管路910中的位置，所述基底可由堇青石制成或者可以是金属。
可替代地，排气管路910包括多种DOC922，不同的DOC922能够被分配不同的功能，全部的DOC922的主要功能是对HC和CO进行处理。
如图3所示，第二排气净化装置918包括由选择性还原催化剂装置（SCR）形成的用于对氮氧化物的进行处理的装置928。
用于处理氮氧化物的装置928因此在机械解耦元件920的下游被***到排气管路910的冷管914中。
SCR催化剂装置928包括下游整料930，该下游整料930容置在外壳932内。下游整料930由可透过排气的多孔材料形成。下游整料930例如被构造为蜂窝状。该材料通常由堇青石，碳化硅或金属材料形成。该材料充满着催化剂材料。因此，如将在之后更详细说明的，下游整料930能够获取由喷射装置喷射的化学还原物质，并且使得特定成分，例如包含在排气中的氮氧化物，以与所述还原物质反应从而还原氮氧化物，特别地还原为气态氮。
外壳932在其整个长度上形成具有大致不变的横截面的护罩。
第二排气净化装置918还包括：上游壳部25，该上游壳部25连接到外壳932的上游端部且朝向外壳932的上游端部发散；和下游壳部27，该下游壳部27连接到外壳932的下游端部且从外壳932的下游端部汇聚。
上游壳部25在第二排气净化装置918中限定排气入口，下游壳部27限定来自第二排气净化装置918的排气的出口。
排气管路910包括（图2和图3）由喷射装置934和混合器936形成的组件，其中，该喷射装置934设计成在氮氧化物处理装置928的上游，在排气管路910中喷射或产生试剂，该混合器936设计成使排气和由喷射装置934喷射的或产生的试剂混合。
根据图2中所示的本发明的第一实施方式，由喷射装置934和混合器936形成的组件一体地形成在第一排气净化装置916中并且定位在DOC922的下游。此组件因此在SCR催化剂装置928的上游被***到排气管路910的热管912中。
由喷射装置934和混合器936形成的组件直接地连接到机械解耦元件920，且直接地定位在机械解耦元件920的上游。事实上，在该第一实施方式中，除了连接软管和/或外壳部分之外，没有元件被***到由喷射装置934及混合器936形成的组件与位于此组件下游的机械解耦元件920之间。特别地，没有排气净化装置，特别是没有SCR催化剂装置定位在组件与机械解耦元件920之间。
喷射装置934包括能够在混合器936中喷射或产生试剂的试剂喷施器26。试剂通常为氮氧化物还原剂的液体溶液或产生这种还原剂的物质。还原剂可能是一种或更多种以上的碳氢化合物、被部分氧化的烃类物、氨或经化学分解生成氨的化合物。试剂可以呈现为气态形式，例如氨气。优选地，喷射器26设置成将液滴的形式的水和尿素的混合物喷射到混合器936中。
喷射装置934还包括：用于给喷射器26供给要被喷射的液体的供给管路，和允许或禁止供给管路对喷射器26的供给的控制装置。控制装置是例如由电脑控制的阀。
根据在图4至图6中所示的本发明的第一实施方式，混合器936包括喷射部18。
喷射部18定位在上游面20和下游面22之间，其中，上游面20由氧化催化剂装置922的上游整料924限定，下游面22由例如下述平面限定：下游壳部23的横截面从该平面开始减小。
因此，上游面20是这样的面：排气通过该面离开上游整料924并进入混合器936，并且下游面22是这样的面：排气通过该面离开混合器936并通过下游壳部23以及选择性通过连接软管进入机械解耦元件920。
喷射部18包括允许排气流从上游面20通到下游面22的管道24。
试剂喷射器26安装在喷射部18上，且能够将试剂喷射到喷射部18中。
排气管道24有中心线L1，排气管道24具有在上游面20和下游面22之间的设定长度。中心线L1是通过管道24的横截面的几何中心的线。在示出的示例中，中心线L1是平行于上游整料924的轴线的直线。其垂直于上游面20和下游面22，并且通过上游面20和下游面22的中心。
喷射部18包括杯状部28，杯状部28沿排气流的路径定位在排气管道24内侧。此杯状部28称为坝。坝28具有围绕着喷射部18的中心线L1以螺旋形的形式盘绕的底部，以及在螺旋形的距上游面20的最远的端部处的大的开口29。开口29即相对中心线L1又相对垂直于中心线L1的平面倾斜。
杯状部28的直径等于排气管道24的内径。其在管道24的整个横截面上延伸。杯状部28的外周边缘压靠管道24的内表面。
坝28的螺旋形引起排气的回转运动，其中，唯一出路在下游。排气大约进行一个完整的回转。
坝28的最上部距上游整料924的出口面20约6mm。根据一个可替代实施方式，此距离可增加至10mm以避免过度地增加背压。
此外，喷射部18包括第二杯状部30，第二杯状部30称作“通道”，第二杯状部30在第一杯状部28与下游面22之间定位在管道24内，第二杯状部30具有围绕着喷射部18的中心线L1以螺旋形的形式盘绕的底部。
优选地，第二杯状部30的底部围绕着喷射部18的中心线L1以螺旋形的形式盘绕，同时转过了四分之三圈；
第二杯状部30在螺旋形的距上游面20最远的端部处具有开口。该开口由第二杯状部30的螺旋形的底部的两个端部边缘和管道24的壁限定；
第二杯状部30的直径等于排气管道24的内径。其在排气管道24的整个横截面上延伸，杯状部30的外周边缘压靠管道24的内表面。
第一杯状部28和第二杯状部30在其之间设定了螺旋形的导管，该导管从坝28的开口29延伸到第二杯状部30的开口并且延伸至少180°，优选地延伸过275°。螺旋形导管由管道24的内表面侧向地限制。
螺旋形导管和杯状部的开口为排气提供了基本大于2,300mm2的横截面，优选地横截面最少为2,375mm2。此截面对应于直径为55mm的导管的截面，通常用在排气管路中尤其是喷射区域。
第一杯状部28的开口和第二杯状部30的开口围绕中心线L1相对于彼此成角度地偏置，使得能够避免平行于排气流的喷射部的中心线L1的任何直接路径。
喷射部具有圆筒形侧壁，该圆筒形侧壁具有约为150mm的直径，即基本等于气处理装置直径，以及包括在40mm至140mm之间的长度。优选地，上游面20与下游面22之间的距离包括在60mm与100mm之间。
侧壁与下游壳部23形成为一体。
两个杯状部通过例如焊接被固定至侧壁。
侧壁包括用于将试剂喷射器26***和紧固至第一杯状部28与第二杯状部30之间的侧壁的开口，这里，试剂为尿素。喷射器被定向为使得喷射方向垂直于所述侧壁；
根据一个可替代实施方式，喷射器被定向为使得喷射方向相对于侧壁的切线具有包括在40°到45°之间的角度，从而使喷射流与排气流共流。
根据图6中所示的混合的管路中示出的另一个可替代实施方式，喷射器26定向为使得喷射方向平行于侧壁的切线，从而使得能够获得更紧凑的喷射部18。
根据另一可替代的实施方式，第一杯状部28包括局部转向器以防止喷射的尿素液滴与上游整料924之间的接触。例如，局部转向器通过切断第一杯状部而形成。
根据示出了的排气流管路的图5，现在将概述上述排气管路的操作。
排气在已经通过上游整料924后，以大致均匀的分布状态离开上游整料924。排气流呈层状且大致平行于中心线L1。排气到达第一杯状部28。排气平行于中心线L1的行进被第一杯状部28阻挡，第一杯状部28的螺旋形引起排气的回转运动。
排气之后进入通道30，通道30的螺旋形维持了排气的回转运动。
在第一杯状部28或坝的出口处，尿素被喷射到通道30的上游部分中。尿素转化成氨发生在排气在通道30中的通过期间，即在排气转过四分之三圈所需的时间期间。排气在转过四分之三圈期间行进过的平均距离大约为180mm。该距离对应于下述距离：该距离为当使用的喷射器具有平均直径（SMD）为90μm、释放速度为25ms以及分散角为16°的特征的喷射口时将尿素转化为氨所需的距离。
一旦当排气到达通道30的开口或出口时，排气通过下游壳部23和可选地连接软管以进入机械解耦元件920。
达到此阶段的排气平均已执行略多于一圈的回转；因此，其获得了较大的切向速度，并以该分量“冲击”下游表面22。已知的是，到达表面的这种方式有利于在所述表面上获得良好的均匀分布。
喷射部18通常长度仅为60mm，直径为150mm，即围绕上游整料的外壳直径。因此，如图6中示出的，喷射部被容纳在尺寸为60mmx150mm的圆筒里并且使得能够使排气流管路的平均路径相对于上游面20和下游面22之间的设定长度增加至少20%。
此外，如果排气流速不同于以上引用的示例，则圆筒的长度将不同，以形成必须的通道部段。如果流速较高时，则将需要增加上游面与下游面之间的距离。如果流速减慢时，则能够减小该距离。
此实施方式可以在机动车辆的底盘或歧管下（在附近位置中）的水平部分或竖直部分中使用。
该***适合用于所有类型的尿素喷射器，但是喷射器的不同的特性显然具有各式各样的喷射口。这些喷射口具有或宽或窄的锥体、用于喷射非常细或非常大的液滴的各种平均直径、和较高或较低的排放速度。
因此，为了确保最佳的均化作用，如在图7所示，第一杯状部28包括具有大致等于5mm的直径的多个穿孔40。
例如，如果喷射器26具有以较小的能量的和非常细的液滴的喷射，则尿素液滴将不会深度地渗入排气流。因此，在通道30的外边缘的尿素浓度将大于中心处的浓度。通道30的外边缘上的坝28的穿孔40的存在将允许离开上游整料924的排气绕过通道30的入口并消耗通道30的外周处的尿素/空气混合比。
相反地，如果喷射器26的特征为使得尿素的很大一部分位于通道30中心部分的内侧，穿孔40则悬垂于该区域。
在图8和图9中示出的另一替代性实施方式中，喷射部18包括位于两个杯状部之间的线性混合器以产生用于扰乱所述流的障碍物使得排气和尿素或氨能够均匀化。此混合器可呈现为如图8所示的固定在第二杯状部30上且朝向第一杯状部28（此处未示出）定向的鳍状部50或凸起的舌状，或如图9所示的螺旋形60。
根据图10所示的另一替代性实施方式，第二杯状部30包括定位在第二杯状部30表面的至少一部分上的金属丝网层70。在组装喷射部18之前，独立于组成喷射器18的其他零件定位第二杯状部30使得能够将布置金属丝网层70布置下述位置：在该位置处，需要使尿素蒸发以及转化成为氨最优化。事实上，将金属丝网层70布置在排气导管中是非常难的。通过已知的方式，增加金属丝网层70使得能够通过显著增大金属/气体交换表面来增大尿素和排气之间的接触表面。
在图10中，通道30的被金属丝网层70覆盖的部分比外壁热；因此，在那里，尿素的蒸发作用和转化成为氨将更容易并且更快。
也可以在第二杯状部30对面将金属丝网层70固定到第一杯状部28的下部上（此处未示出）。
据了解，单独地考虑或根据所有技术上的可能组合，喷射部18包括这些可替代的实施方式的一个或多个，所述可替代的实施方式设计成获得气体/氨混合物的最佳均化作用。
在图11（剖视图）、图12和图13（立体图）中示出了喷射部318第二实施方式。喷射部318包括第一杯状部328和第二杯状部330。
下游壳部23以对排气密封的方式紧固到氧化催化剂装置922的外壳926的下部上。两个杯状部328、330位于下游壳部23的内侧。
第一杯状部328具有围绕着喷射部318的中心线L1以螺旋形的形式盘绕的底部。第一杯状部328具有转向下游面22的凹度以使得第一杯状部328的底部形成为第二杯状部330的盖。
第一杯状部328在螺旋形的距上游面20最近的端部处具有大的开口329。开口329既相对于中心线L1倾斜又相对于垂直于中心线L1的平面倾斜。
第一杯状部328具有周缘350，周缘350延伸第一杯状部328底部并且大致垂直于中心线L1延伸，周缘350穿过形成在下游壳部23的上游部中的外周内腔352。第一杯状部328的周缘350以对排气密封的方式通过例如焊接被紧固至下游壳部23。
第一杯状部328的底部还包括穿孔340，使得能够确保排气的最佳均匀化作用。
第二杯状部330定位在第一杯状部328与下游面22之间，第二杯状部330具有绕喷射部318的中心线L1以螺旋形的形式盘绕的底部。
优选地，第二杯状部330的底部绕喷射部318的中心线L1以螺旋形的形式盘绕，同时转过了至少四分之三圈。
第二杯状部330在螺旋形的距上游面20最远的端部处具有开口354。所述开口354由第二杯状部330的螺旋形底部的两个端部边缘356A、356B限定并由第二杯状部330的外周壁358限定，其中，第二杯状部330的外周壁35压靠管道的内表面。
第二杯状部330具有周缘360，周缘360延伸第二杯状部330的外周壁358并大致垂直于中心线L1延伸，该周缘360穿过在外壳部23的上游部中形成的外周内腔352。第二杯状部330的周缘360以对排气密封的方式通过例如焊接被紧固至外壳部23。
第一杯状部328和第二杯状部330的周缘350和周缘360由此在彼此对面并相互接触地定位，并以对排气密封的方式通过例如焊接彼此紧固。
两个杯状部328、330在其之间限定有螺旋状的导管，该导管从第一杯状部328的开口329延伸到第二杯状部330的开口354并且延伸至少180°，优选地延伸至少275°。
第二杯状部330还包括定位在其下游端部，即在螺旋形的距上游面20最远的端部处的喙状部380。该喙状部380从第二杯状部330的底部朝向上游面20并朝向螺旋形导管的外侧延伸，并且该喙状部380由端部边缘356B限定。因此，喙状部380形成朝上游面20敞开的凸槽。
作为示例，喙状部380具有5.5mm的曲率半径以及7mm的高度，其中，喙状部380的高度能够增加至10mm。喙状部380成角度地延伸10°，此数值能够增加至90°。
如将在后面更详细说明的，喙状部380使得能够在开口354紧后方限制氨浓度。
设置试剂喷射器（未示出）以便能够将试剂喷射到由两个杯状部328、330限定的螺旋形导管中。为此，试剂喷射器在开口329附近被紧固在第一杯状部328的底部上。
根据一个可替代的实施方式，喷射器被紧固至第二杯状部330的外周壁358上。
现在将根据图11概述根据上述第二实施方式的排气管路的操作，其中，排气流由箭头示出。
如前所述，排气到达第一杯状部328上。排气在已经通过上游整料924之后被第一杯状部328收集。
然后，排气经开口329或经穿孔340渗入螺旋形导管且在螺旋形导管内循环最远流动到开口354。
当排气在螺旋形导管中通过期间，在螺旋形导管的入口处，尿素被喷射并被转化为氨。
在螺旋形导管的出口处，喙状部380迫使下层排气，即在第二杯状部330附近并且高度地充满氨的排气层突然改变方向而向上，即朝向上游面20取向，并且与正好位于其上方的排气层混合，该中间层充有较少的氨。在第二杯状部330的出口处的排气则具有均匀的并且同质的氨浓度。
此外，在图11中标记为D的区域中，由于喙状部380造成的下层排气的突然偏离正好在第二杯状部330的出口处形成真空。此真空抽吸位于第二杯状部330的出口与下游面22之间的排气，从而允许排气在下游面22上的更好地回转。
作为示例，在喷射部318的直径为150mm，长为70mm的情况中，下游面22上的氨的均匀度指数从百分之5增加百分之9。
此外，如在以前的情况中，线性混合器可一体地形成在螺旋形导管内侧，和/或螺旋形导管的壁的一部分可包括金属丝网层以使得能够确保排气和尿素和/或氨的最佳均质化作用。
此实施方式的优点在于改善了氨在下游面22的分布，因此氨均匀地分布在下游面上。
在图14、图15（剖视图）和图16（立体图）中示出了喷射部418的第三实施方式。喷射部418包括第一杯状部428和第二杯状部430。
下游壳部23通过第二杯状部430以对排气密封的方式被紧固至氧化催化剂装置922的外壳926。两个杯状部428、430定位在上游外壳926与下游壳部23之间的接合处，第一杯状部428位于上游外壳926内侧，并且第二杯状部430位于下游壳部23内侧。
第一杯状部428朝向下游面22敞开且包括无锐边的圆壁。此壁具有转向上游面20的中空中央区域450和围绕中空中央区域450朝向上游面20凸起的外周区域452。凸起的外周区域452包括彼此相对的下外周部454和上外周部456，下外周部454沿中心线L1具有轴向高度，该轴向高度相对于上外周部456的沿中心线L1的轴向高度减少。下外周部454和上外周部456通过两个相对的侧向外周部458彼此连接。
第一杯状部428相对于下述平面对称：该平面穿过试剂喷射器436和喷射部418的中心线L1（图15）。
大开口429在第一杯状部428的在凸起的外周区域452的中空中央区域450与上外周部456之间的壁中形成。开口429即相对于中心线L1倾斜又相对于垂直于中心线L1的平面倾斜。开口429具有大致倒圆的三角形形状，其中一个顶点定位成朝向喷射器436。
第一杯状部428具有周缘460，该周缘460延伸第一杯状部428的壁并且大致垂直于中心线L1延伸。第一杯状部428的周缘460以对排气密封的方式例如通过焊接被紧固至第二杯状部430。
第二杯状部430定位在第一杯状部428与下游面22之间。
第二杯状部430朝向上游面20敞开且包括没有锐边的圆形壁。此壁具有朝向上游面20凸起的中央区域462和围绕中央区域462转向上游面20的中空外周区域464。中空外周区域464包括彼此相对的下外周部466和上外周部468，下外周部466具有沿中心线L1的下述轴向高度：该轴向高度相对于上外周部468的沿中心线L1的轴向高度减小。下外周部466和上外周部468通过两个相对的外周侧部470彼此连接。
第二杯状部430相对于下述平面对称：该平面穿过喷射部418的中心线L1并穿过试剂喷射器436（图15）。
开口472形成在第二杯状部430的位于中空外周区域464的中央凸起区域462与下外周部466之间的壁中。开口472既相对于中心线L1倾斜又相对于垂直于中心线L1的平面倾斜。开口472呈倒圆的新月形状，其中，长边定位成与喷射器436相对。
第一杯状部428的开口429和第二杯状部430的开口472绕中心线L1相对于彼此成角度地偏置大致180°。
根据一个可替代的实施方式，在第一杯状部428的位于凸起的外周区域452的中空中央区域450与下外周部454之间的壁中设置有第二开口，该第二开口与喷射器436相对且大致位于第二杯状部430的开口472处以绕过开口429，使得部分排气无需通过所述管道而直接到达开口472，因此减少了背压。
第二杯状部430具有周缘474，该周缘474延伸第二杯状部430的壁并大致垂直于中心线L1延伸。第二杯状部430的周缘474以对排气密封的方式例如通过焊接被紧固至上游外壳926和下游壳部23以及第一杯状部428的周缘460。
当组装时，两个杯状部428、430呈“环状物”的形式并且在其之间限定有两个半环形导管，这两个半环形导管从第一杯状部428的开口429延伸到第二杯状部430的开口472。
设置试剂喷射器436以将试剂喷射到由两个杯状部428、430限定的两个半环形导管中。为此，喷射器在开口429附近被紧固至第一杯状部428的外周区域452的上外周部456上。喷射器436相对于中心线L1以大致45°定向，使得喷射被定向为朝第二杯状部430的中央凸起区域462。
根据一个可替代的实施方式，喷射器436被定向为使得喷射方向垂直于两个半环形导管。
根据另一个可替代的实施方式，喷射器436被定向为使得喷射方向平行于两个半环形导管的切线，由此使得能够获得更紧凑的喷射部418。
现在将根据图14和图15概述根据上述第三实施方式的排气管路的操作，其中，用箭头示出排气流。
如上所述，排气到达第一杯状部428。排气在已经通过上游整料924之后被第一杯状部428收集。
然后，排气通过开口429渗入管道（图14）。
在排气通过管道期间，在管道的入口处，尿素被喷射且被转化为氨。
由于喷射器436的定向，排气流分布在两个半环形导管之间。
排气流的第一部分因此利用半环形导管中的一个并沿该导管跟随绕该导管中心线的螺旋运动行进至开口472。两个杯状部428，430的圆形引起排气流的该第一部分的旋转运动，排气流的该第一部分绕中心线沿图15中的逆时针方向执行至少一整圈的回转或直至四个整圈的回转。
在此期间中，排气流的第二部分利用半环形导管中的另一个并沿该导管跟随绕该导管的中心线的螺旋运动行进至开口472。两个杯状部428、430的圆形形状引起排气流的第二部分的旋转运动，该排气流的第二部分绕中心线沿图15中的顺时针方向执行至少一整圈回转或直至四个整圈的回转。
一旦排气已经通过开口472,其借助下游壳部23以及可选地借助于连接软管而通过解耦元件920。
此外，如上述情况，线性混合器可以一体地形成在排气管道内侧，和/或管道的壁的一部分可以包括金属丝网，以使得能够确保排气和尿素和/或氨的最佳均质化作用。
此实施方式的优点在于其能够实现排气和尿素和/或氨的良好的混合。
根据本发明的排气管路具有下述优点：减少了上游面与下游面之间的距离，同时保留了确保尿素转换为氨的充足的排气路径长度。该路径长度足够用于将喷射到排气中的尿素转化为氨的反应完全（进行），并还足够用于使最终的排气/氨混合物尽可能地均质化。
因此，根据本发明的第一实施方式的排气管路使得能够保护机械解耦元件免遭沉淀物、腐蚀风险和其他机械故障的影响。事实上，喷射器/混合器装置的组件是非常紧凑的并且使得能够以减小的体积确保使尿素完全分解为氨，特别地是在排气通过机械解耦元件之前是这样。
此外，根据本发明的排气管路使得能够尽可能早地，即在机动车辆启动后非常迅速地转化尿素。事实上，喷射器/混合器装置组件在排气管路中被定位在相当远的上游处，混合器的杯状部将在行驶周期的非常早的时候达到尿素的分解温度，该分解温度大约为180°C。但是，此分解温度对于启动SCR催化剂装置起着决定性作用，其中，SCR催化剂装置的启动在大约150-160°C温度之间进行。
根据图3中示出的本发明的第二实施方式，由喷射装置934和混合器936形成的组件一体地形成到第二排气净化装置918中且定位在SCR催化剂装置928的上游。此组件因此被***排气管路910的冷管914中（图1）。
由喷射装置934和混合器936形成的组件被直接连接至机械解耦元件920，且直接地定位在机械解耦元件920的下游。事实上，在第二实施方式中，除了连接软管和/或外壳部分之外无任何元件被***由喷射装置934和混合器936形成的组件与位于该组件下游的机械解耦元件920之间。特别地，没有排气净化装置，特别是没有DOC，定位在该组件与机械解耦元件920之间。
喷射装置934和混合器936与第一实施方式中描述的那些装置相同，喷射部18定位在上游面20与下游面22之间，其中，上游面20例如由下述平面限定：上游壳部25的横截面从该平面停止增大且是大致不变的，下游面22由SCR催化剂装置928的下游整料930限定。
因此，上游面20为这样的面：排气借助于上游壳部25并且可选地借助于连接软管通过该面离开机械解耦元件920并进入混合器936，并且下游面22是这样的面：排气通过该面离开混合器936并进入下游整料930。
因此，根据本发明第二实施方式的排气管路使得能够促进SCR催化剂装置的启动。事实上，喷射装置/混合器组件是非常紧凑的，机械解耦元件与SCR催化剂装置之间的距离是有限的。因此，与外侧的热交换被限制，这使得能够在无需以任何方式隔离的情况下保留尿素蒸发、之后的氨的转化以及开始SCR催化剂装置的反应所需的能量。
此外，混合器的杯状部处于排气的温度，这使得能够限制沉积物出现在这些杯状部上。事实上，当这些杯状部处于排气的温度时，该温度足以完全蒸发水和尿素。
此外，尿素的喷射在机械解耦元件的下游处进行，机械解耦元件被保护免遭与尿素或与其转化有关的任何沉积物的影响。
因此，本发明使得能够通过使用紧凑的喷射装置/混合器的组件而将该组件放置在排气管路中的不同位置处。
该组件越靠近发动机定位，则越能有效且低成本地执行排气的防污染，其中，使用用于混合器的成本有效的材料而快速地达到尿素的分解温度并且保持该温度。
当不可能使组件更靠近发动机时，例如当底盘下的可用空间不足时，本发明依然使得能够在车辆行驶早期执行氮氧化物的有效转化。事实上，紧凑的组件的几何形状确保下述方面：非常短的距离、尿素转化为氨、排气/氨混合气体的均匀化作用、在SCR催化剂装置的入口处的良好的氨分布和SCR催化剂装置的启动、以及所有都在机动车辆行驶过程中尽可能早地完成。
此外，根据本发明的排气管路与气态形式的还原剂，尤其是氨的喷射兼容。在这种情况下，尿素喷射器被替换为专用于氨的喷射***。

Claims (27)

1.一种机动车辆排气管路(910)，所述机动车辆排气管路(910)包括：
-用于排气的热管(912)；
-用于排气的冷管(914)；
-机械解耦元件(920)，所述机械解耦元件(920)将所述热管(912)的下游端部连接到所述冷管(914)的上游端部；
-用于处理氮氧化物的装置(928)；以及
-喷射装置(934)，所述喷射装置(934)用于在所述氮氧化物处理装置(928)的上游，将试剂喷射到所述排气管路(910)中或在所述排气管路(910)中产生试剂；
其特征在于，所述机动车辆排气管路(910)包括混合器(936)，所述混合器(936)用于混合排气和由所述喷射装置(934)喷射或产生的所述试剂，所述混合器(936)定位在所述氮氧化物处理装置(928)的上游，所述氮氧化物处理装置(928)在所述机械解耦元件(920)的下游定位在所述冷管(914)中，并且所述喷射装置(934)和所述混合器(936)形成直接地连接到所述机械解耦元件(920)的组件，
其中所述混合器(936)包括喷射部(18；318；418)，所述喷射部(18；318；418)定位在上游面(20)与下游面(22)之间，所述上游面(20)和下游面(22)分别由通入所述混合器(936)内的排气入口和引出所述混合器(936)外的排气出口限定，所述喷射部(18；318；418)包括排气管道(24)，所述排气管道(24)从所述上游面(20)延伸至所述下游面(22)，所述排气管道(24)具有中心线(L1)，所述中心线(L1)在所述上游面(20)与所述下游面(22)之间具有设定长度，所述喷射装置(934)包括试剂喷射器(26；436)，所述试剂喷射器(26；436)安装在所述喷射部(18；318；418)上并且能够在所述喷射部(18；318；418)中喷射或产生试剂，所述喷射部(18；318；418)包括至少一个第一杯状部(30；330；430)，所述至少一个第一杯状部(30；330；430)定位在所述排气管道(24)内，使得在所述排气管道(24)中的排气平均路径比所述设定长度大至少20％。
2.根据权利要求1所述的排气管路(910)，其特征在于，由所述喷射装置(934)和所述混合器(936)形成的所述组件在所述机械解耦元件(920)的上游被直接地***到所述热管(912)中。
3.根据权利要求1所述的排气管路(910)，其特征在于，由所述喷射装置(934)和所述混合器(936)形成的所述组件在所述机械解耦元件(920)的下游被直接地***到所述冷管(914)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述氮氧化物处理装置(928)是所述氮氧化物的选择性还原催化剂装置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述排气管路(910)包括定位在由所述喷射装置(934)和所述混合器(936)形成的所述组件的上游的氧化催化剂装置(922)。
6.根据权利要求4所述的排气管路(910)，其特征在于，所述排气管路(910)包括定位在由所述喷射装置(934)和所述混合器(936)形成的所述组件的上游的氧化催化剂装置(922)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述设定长度包括在40mm与140mm之间。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330)具有绕所述喷射部(18；318)的所述中心线(L1)以螺旋形的形式盘绕的底部。
9.根据权利要求8所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330)的所述底部绕所述喷射部(18；318)的所述中心线(L1)以螺旋形的形式盘绕转过四分之三圈。
10.根据权利要求8所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330)在所述螺旋形距离所述上游面(20)最远的端部处具有开口(354)。
11.根据权利要求8所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(330)在所述螺旋形距离所述上游面(20)最远的端部处包括喙状部(380)。
12.根据权利要求11所述的排气管路(910)，其特征在于，所述喙状部(380)从所述第一杯状部(330)的所述底部朝向所述上游面(20)并朝向所述螺旋形的外侧延伸。
13.根据权利要求10所述的排气管路(910)，其特征在于，所述喷射部(18；318)包括第二杯状部(28；328)，所述第二杯状部(28；328)在所述上游面(20)与所述第一杯状部(30；330)之间定位在所述排气管道(24)中，所述第二杯状部(28；328)具有绕所述喷射部(18；318)的所述中心线(L1)以螺旋形的形式盘绕的底部。
14.根据权利要求13所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第二杯状部(28)在所述螺旋形距离所述上游面(20)最远的端部处具有开口(29)。
15.根据权利要求13所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第二杯状部(328)在所述螺旋形距离所述上游面(20)最近的端部处具有开口(329)。
16.根据权利要求14或15所述的排气管路(910)，其特征在于，所述两个杯状部(28；30；328；330)在所述两个杯状部(28；30；328；330)之间限定螺旋形的导管，所述螺旋形的导管从所述第二杯状部(28；328)的所述开口(29；329)开始并延伸到所述第一杯状部(30；330)的所述开口(354)，所述螺旋形的导管延伸至少180°，并且所述螺旋形的导管具有大于2,300mm2的横截面积。
17.根据权利要求16所述的排气管路(910)，其特征在于，所述螺旋形的导管延伸275°。
18.根据权利要求1所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(430)包括：圆壁，所述圆壁具有朝向所述上游面(20)凸起的中央区域(462)和围绕所述凸起的中央区域(462)转向所述上游面(20)的中空外周区域(464)；开口(472)，所述开口(472)形成在位于所述凸起的中央区域(462)与所述中空外周区域(464)之间的所述第一杯状部(430)的壁中。
19.根据权利要求18所述的排气管路(910)，其特征在于，所述喷射部(418)包括第二杯状部(428)，所述第二杯状部(428)在所述上游面(20)与所述第一杯状部(430)之间定位在所述排气管道(24)内侧，所述第二杯状部(428)包括：圆壁，所述圆壁具有转向所述上游面(20)的中空中央区域(450)和围绕所述中空中央区域(450)朝向所述上游面(20)凸起的外周区域(452)；以及开口(429)，所述开口(429)形成在位于所述中空中央区域(450)与所述凸起的外周区域(452)之间的所述第二杯状部(44)的壁中。
20.根据权利要求19所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一和第二杯状部(428,430)构造成向使排气进行从所述第二杯状部(428)的所述开口(429)到所述第一杯状部(430)的所述开口(472)的螺旋运动。
21.根据权利要求13、19或20所述的排气管路(910)，其特征在于，所述试剂的所述喷射是在所述第一杯状部(30；330；430)与所述第二杯状部(28；328；428)之间进行的。
22.根据权利要求19所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330；430)的所述开口(354；472)和所述第二杯状部(28；328；428)的所述开口(29；329；429)围绕所述中心线(L1)相对于彼此成角度地偏置。
23.根据权利要求14、15或19所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330)具有绕所述喷射部(18；318)的所述中心线(L1)以螺旋形的形式盘绕的底部，并在所述螺旋形距离所述上游面(20)最远的端部处具有开口(354)，所述第一杯状部(30；330)的所述开口(354)和所述第二杯状部(28；328)的所述开口(29；329)围绕所述中心线(L1)相对于彼此成角度地偏置。
24.根据权利要求13或19所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第二杯状部(28；328；428)具有直径等于5mm的多个穿孔(40；340)或一个开口。
25.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述第一杯状部(30；330；430)包括在所述第一杯状部(30；330；430)的表面的至少一部分上的金属丝网层(70)。
26.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述试剂喷射器(26；436)被定向为使得所述喷射方向垂直于所述喷射部(18；318；418)。
27.根据权利要求1至3中任一项所述的排气管路(910)，其特征在于，所述试剂喷射器(26；436)被定向为使得所述喷射方向平行于所述喷射部(18；318；418)的切线。
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