CN105569785A - 废气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃机的排气***的废气处理装置，具有壳体，通过它引导排气路径，具有布置在壳体上的喷射器，用于将还原剂引入至遵循排气路径的废气流中，具有布置在壳体上的混合器，用于反应物与废气流的彻底混合，其中所述混合器包括罩，其包围混合器横截面，所述废气流可以流动通过其中，其中所述混合器包括多个导向叶片，其在罩内侧上从罩突出并伸入到混合器横截面中。当混合器包括多条条带时获得简化的可生产性，在罩外侧上的条带从罩突出并在各种情况下伸入到形成在壳体上且透过壳壁的条带开口中。

Description

废气处理装置

技术领域

本发明涉及废气处理装置，用于可布置在例如机动车辆上的内燃机的排气***。

背景技术

为了内燃机废气的再处理，可根据需要将液体反应物引入到废气流中。例如，可根据需要将水或燃料引入到废气流中。然而，特别感兴趣的是所谓的SCR***，SCR代表“选择性催化还原”。通过这样的SCR***，尝试借助于还原剂来减少包含在废气中的有害氮氧化物以变成无害的氮气。在这种情况下，可能的还原剂是氨。这通常是以含水尿素溶液的形式引入到废气流中。通过热解和水解，氨和二氧化碳的高效混合物由此产生，这使得与SCR催化转换器一起将氮氧化物转化为氮和水成为可能。为了尽可能有效地发生各自所需的反应、引入的液体反应物的大量蒸发和尽可能的均匀，需要反应物与废气流的彻底混合。为了这个目的，使用固定混合器，其安装在废气处理装置的壳体中，特别是相对于用来引入还原剂的喷射器下游的废气流。

因为内燃机废气根据运行状态可达到较高的温度，所以需要所述混合器在壳体中有效的固定。此外，废气处理装置是在大型系列范围内生产的产品。为此，所述废气处理装置的结构必须是尽可能经济有效地实现。

发明内容

本发明涉及的问题是说明上述类型的废气处理装置的改进实施方式，其特征在于特别是成本效益好的可生产性。同时，目的是在壳体中实现混合器的有效和耐用的固定。

本发明是基于为所述混合器配备多条条带的总体思路，这些条带从混合器的罩朝向外侧突出并由此接合条带开口，所述条带开口形成在围绕所述混合器接合的所述壳体的壳壁中。在生产废气处理装置的过程中，在混合器侧的条带使混合器能简单定位在壳体中，其中所述条带以正向结合的方式与所述条带开口接合。正因为如此，这是可能的，特别是通过条带与条带开口接合至少临时将混合器固定在壳体上，以便在稍后的时间可进行最终的固定。直到那时，带有***的混合器的壳体的处理被简化，特别是进一步完成或生产废气处理装置。

此外，特别感兴趣的是所述混合器被设计为成形的钣金件，其特征在于所述混合器通过由单片钣金件成型而产生，其包括罩、从这里突出的导向叶片以及上述条带，其中所述成型显然在之前可进行切割加工和冲压加工。这样的一体成形的钣金件可特别成本有效地、方便操作地生产，并被***在壳体中。通过将条带整合在此成形的钣金件上，可以省略用于将混合器固定在壳体中的额外单独的紧固装置。

详细地，所述混合器包括所述罩，其包围混合器的横截面，所述废气流可以流动通过其中。在排气***的操作过程中，废气流遵循穿过所述废气处理装置的壳体的排气路径。前述导向叶片在罩内侧从所述罩突出并伸入混合器的横截面中。所述导向叶片可通过它们的几何形状并通过其相对于废气流的叶片角度产生废气流的回旋，这有利于反应物和废气之间的密集的彻底混合。

根据有利的实施方式，在每种情况下，所述条带可通过焊接连接从外部固定到壳体上，其中各个焊接连接封闭了相关的条带开口。通过在背对所述混合器的所述壳壁的外壁上提供焊接连接，可完成前面提到的混合器在壳体中的最终固定，并具有封闭壳体，其本质上简化了废气处理装置的生产。通过使用焊接连接，所述条带开口可同时另外充分地不透气封闭，以避免在所述条带开口区域中不希望的泄漏。

在另一实施方式中，混合器在其罩的外侧可通过壳壁的壁内侧上的支撑区域径向地支撑，其中所述支撑区域被布置为在罩的圆周方向上分布并彼此间隔开。其结果是，空隙径向地形成在条带外侧和支撑区域外侧的罩外侧和壁内侧之间，其作为混合器和壳体之间的热绝缘。借助于分布在罩的圆周方向上并彼此间隔开的所述支撑区域，仅限于少数几个地方的局部接触因而在混合器和壳体之间或罩和壳壁之间产生，一方面这能够产生更大的制造公差，另一方面通过热传导至少数、小的个别地方而降低了混合器和壳体之间的热传递。相比之下，在空隙中，热传递只通过热辐射产生，其对应于有效的热绝缘。在这种情况下，空隙径向测量的间隙宽度可小于罩的壁厚和/或混合器区域中的壳壁的壁厚。

根据有利的进一步发展，所述支撑区域可由仅在壳壁上通过成型一体成形的立面而形成。可选择地，一个实施方式也是可能的，其中所述支撑区域由立面形成，其仅在罩上通过成型而一体成形。同样地，混合的形式是可以想象的，其中所述支撑区域由立面形成，其通过在壳壁和在罩上成型而一体成形。然而，优选的配置是其中所述立面集成在壳壁上。

在这种情况下特别优选是进一步的发展，其中所述支撑区域在各种情况下形成在所述条带的区域中。换言之，在这种情况下各条带和相关联的条带开口形成在这样的支撑区域中。通过一起放置所述支撑区域以及在条带和条带开口之间的插头连接，可减少所述罩和壳壁之间的接触位置的数量，从而提高混合器相对于壳体的热绝缘。

然而，原则上任何的实施方式都是可想到的，其中支撑区域和条带单独形成并在罩的圆周方向上彼此间隔开。

根据另一有利的实施方式，壳体至少在包含混合器的壳体部分中以双壳方式配置，使得罩外侧在第一圆周部分中沿着第一壳体罩以及在第二圆周部分中沿着第二壳体罩延伸。所述壳体的双壳配置简化了混合器在壳体中的安装。特别地，所述混合器可因此***在壳体罩中，而另一壳体罩则可在随后附连。特别是在所述混合器包括在圆周方向上封闭运行的罩的情况下，由于所述条带，沿轴向将所述混合器***在封闭壳体中能够证明是困难的，所述条带径向地向外侧突出。通过所述罩的设计，壳体现在可以打开以用于***混合器。此外，双壳设计能使得壳体几何形状偏离常规的圆柱形设计成为可能。

根据有利的进一步发展，至少一个这样的支撑区域每一个可形成在第一壳体罩的区域中以及第二壳体罩的区域中。因此，混合器通过这样的支撑区域支撑在第一壳体罩以及第二壳体罩上。

根据另一进一步的发展，至少一个这样的条带开口每一个可形成在第一壳体罩以及第二壳体罩上。通过这样的设计，可以实现混合器固定在第一壳体罩和第二壳体罩上。

实际上，混合器横截面可以是平的，以使混合器的宽度大于所述混合器的高度。特别地，混合器的宽至少是高的两倍。在这种情况下，宽度和高度是彼此垂直且垂直于纵向方向测量的，它是由混合器的通流方向或废气流的流动方向来限定的。

实际上，导向叶片可直地且相互平行地运行。特别是与平的横截面有关，利用这样的平行导向叶片获得用于导向叶片的有效流动引导作用。在平罩的横截面的情况下，直的导向叶片平行于高度方向延伸。在这里，至少一个导向叶片列形成在所述罩上，在该情况下，导向叶片布置成在罩的横截面的宽度方向上彼此相邻。

混合器的特别简单的可生产性由这样的设计来保证，其中在每种情况下导向叶片的一端都以固定的方式连接到所述罩上，同时它们在另一端以独立的方式布置。因此，导向叶片以独立的方式从所述罩突出并伸入到混合器横截面中。在这里，热膨胀效应不能产生任何压力，无论混合器内的导向叶片是什么类型的。导向叶片相对于所述罩的相对运动也不会产生任何噪音。

特别有利的是这样的实施方式，其中在流入侧或流出侧的混合器侧面上的所述罩包含第一圆周部分和第二圆周部分，它们彼此相对地定位。这特别适用于具有平坦混合器横截面的设计。彼此相对定位的圆周部分然后每一个沿着宽度方向延伸并且在高度方向上彼此相对地平放。实际上，现在可提供的是第一圆周部分包括第一导向叶片，第一导向叶片在第二圆周部分的方向上从第一圆周部分突出。因此，第一导向叶片列形成在第一圆周部分上，在这种情况下第一导向叶片在宽度方向上彼此相邻地布置。另外，第二圆周部分包括第二导向叶片，第二导向叶片在第一圆周部分的方向上从第二圆周部分突出。因此，第二圆周部分具有第二导向叶片列，其中第二导向叶片在宽度方向上彼此相邻地布置。现在特别有利的是这样的实施方式，其中第一导向叶片布置为在废气流的流动方向上偏移于第二导向叶片。这样，一个导向叶片列的导向叶片在排气***的操作期间比另一导向叶片列的导向叶片受到更早的流入。正因为如此，特别是在各个混合器侧面上布置大量的导向叶片是可能的，因为第一圆周部分还有第二圆周部分都可用于此目的。此外，同样能够以不同的叶片角度布置第一导向叶片和第二导向叶片，特别是第一导向叶片可以相对于第二导向叶片的角度设置。正因为如此，可大大改善所述彻底混合。除此之外，能特别容易地通过这样的设计来考虑特定的流动几何特性，其在混合器区域中的排气路径内形成，以优化反应物和废气流的彻底混合。为此，可能需要仅在混合器横截面的一部分高度上布置第一导向叶片和/或第二导向叶片，例如第一导向叶片每一个可延伸超过混合器横截面高度的50％至75％，而第二导向叶片在混合器横截面高度的25％至50％之间延伸。特别是，第一导向叶片可具有比第二导向叶片更大的高度。同样可以设想一个实施方式，其中混合器在其流入侧还有其流出侧上都包括导向叶片列，每一列可布置为在废气流的方向上彼此偏移。

本发明的进一步重要特征和优点是从从属权利要求、附图以及借助于附图的相关附图描述中获得的。

应该理解的是，以上提及和仍将在下面要解释的特征不仅是用于各自规定的组合，而且还用于其它组合或由他们自己使用而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明的优选示例性实施方式在附图中示出，并在下面的描述中进行更详细的解释，其中相同的参考数字涉及相同或相似的或功能相同的部件。

在每种情况下示意地示出了，

图1废气处理装置的侧视图，

图2对应于图1中观察方向II的废气处理装置的视图，

图3对应于图2中剖面线III的废气处理装置的剖视图，

图4来自图3的细节IV的放大图，

图5对应于图1中观察方向V的废气处理装置的视图，

图6根据图5中剖面线VI的废气处理装置的剖视图，

图7来自图6的放大细节VII，

图8如图2的视图，但是另一实施方式，

图9对应于图8中剖面线IX的剖视图，

图10来自图9的放大细节X，

图11如图5的视图，但是另一实施方式，

图12对应于图11中剖面线XII的剖视图，

图13来自图12的放大细节XIII，

图14混合器的前视图，

图15对应于图14中观察方向XV的混合器的侧视图，

图16对应于图14中观察方向XVI的混合器的侧视图，

图17对应于图16中剖面线XVII的混合器的剖视图，

图18来自图17的放大细节XVIII。

具体实施方式

根据图1，废气处理装置1，其仅在这里部分地示出，其被提供用于内燃机的排气***中，包括壳体2，它同样也仅部分地示出，通过它引导由箭头指示的排气路径3。废气处理装置1还包括喷射器4，其布置在壳体2上，并且利用喷射器4反应物可引入到废气流中，所述废气流在排气***的操作期间遵循排气路径3。根据优选的实施方式，废气处理装置1是SCR***，利用它借助于喷射器4，含水尿素溶液可喷入到废气流中。在壳体2中，SCR催化转换器5则布置在喷射器4下游的排气路径3中，这使得通过氨和二氧化碳减少氮氧化物变为氮和水成为可能。在壳体2中，静态混合器7附加地布置在由大括号指示的混合区域6中，这在图3、4、6、7、9、10、12、13的剖视图以及图14至18的视图中是显而易见的。混合器7用作反应物与废气流的彻底混合。为此，混合器7布置在喷射器4下游和SCR催化转换器5上游的排气路径3中。

特别从图14至18的视图中显而易见的是，混合器7包括罩8，其在圆周方向9上包围混合器横截面10，废气流可以流动通过其中。此外，混合器7包括多个导向叶片11，其在罩内侧12上从罩8突出并伸入混合器横截面10中。特别从图4、7、10、13和18的细节视图中显而易见的是，混合器7还包括多条条带13，其在每种情况下在罩外侧14上从罩(8)向外突出。与条带13互补，条带开口16形成在壳体2的壳壁15中，其中每条条带13伸入到这样的条带开口16中。在这里，为每条条带13提供单独的条带开口16。接合在条带开口16中的条带13导致混合器7固定在壳体2中。在这种情况下，所述固定通过正连接的方式起作用。在这种情况下，在壳体2中的混合器7的最终固定可通过焊接连接17的方式产生，利用它各个条带13紧固在壳外侧18的壳壁15上，即，实际上以这样的方式在该过程中，相关联的条带开口16同时也是关闭的。特别的，各个焊接连接17可形成为焊缝，其沿着条带开口16以封闭的方式包围各个条带13。代替周围焊缝，也可提供摆缝，其在各个条带开口16上运行并超出该条带开口16。

特别从图14至17中显而易见的是，混合器7优选配置为成形的钣金件19，其由单个的钣金构件20形成，钣金构件20包括罩8、导向叶片11和条带13。在起始状态下，钣金构件20是平的。导向叶片11和条带13例如由冲压加工或切削加工切割清楚的。在此之后，导向叶片11和条带13相对于其余的钣金构件20成一定角度。因此，钣金构件20的其余区域形成罩8，通过在圆周方向9上弯折，优选地弯折到它的纵向端变成接头21为止。

实际上，在其罩外侧14上的混合器7通过支撑区域22径向地支撑在壳壁15的壁内侧23上。在这里，提供了多个这样的支撑区域22，其布置为在罩8的圆周方向9上分布并彼此间隔开。借助于这些支撑区域22，实现了混合器7通过这些支撑区域22在壳体2上仅局部地支撑本身。特别的，因为这样，混合器7在这些支撑区域22外侧和插头连接的外侧不具有与壳体2的任何物理接触，这些插头连接在每种情况下由***在相关联的条带开口16中的条带13形成。因此，空隙24径向形成在条带13外侧和支撑区域22外侧的罩外侧14和壁内侧23之间。借助于所述空隙24，产生在将混合器7和壳体2之间的空隙绝缘。

支撑区域22由立面25形成，其在此处所示的实施方式的情况下通过成型而分别一体成形在壳壁15上。因此，立面25在混合器7的方向上从壳体2或从壳壁15突出至内侧。在附图1至7所示的实施方式中，支撑区域22在圆周方向9上定位成与条带13隔开，在图2的视图中，支撑区域22在圆周方向9上布置在两条相邻的条带13之间。相比之下，在图5的视图中，条带13在圆周方向9上布置在两个相邻的支撑区域22之间。

相比之下，图8至13示出了一个实施方式，其中支撑区域22分别形成在条带13的区域中。在这种情况下，各条带开口16位于相应的支撑区域22内。因此，各条带13也位于相应的支撑区域22内。在图8的视图中，两个支撑区域22是显而易见的，其中在每种情况下，条带13和条带开口16之间的相互作用在中心发生。相比之下，在图11的视图中仅有一个支撑区域22是显而易见的，其中各条带13与相关的条带开口16接合。

如在图3、6、9和12中特别显而易见的，在这里所示的壳体部分26中，包含混合器7的壳体2以双罩的方式配置，以便提供第一罩27和第二罩28，其彼此***或彼此连接。在所示的实例中，提供了大致平坦的连接区域29，其中第一罩27和第二罩28彼此连接。

所述混合器7安装在双罩的壳体部分26中，使得罩8的第一圆周部分30沿着第一壳体罩27延伸，而罩8的第二圆周部分31沿着第二壳体罩28延伸。在这里所示的实例中，第一圆周部分30包括两条条带13，并且第一壳体罩27包括两个相关联的条带开口16。相比之下，第二圆周部分31仅包括单个的条带13。第二壳体罩28包括与之配合的条带开口16。在第一壳体罩27还有第二壳体罩28上，在混合器区域6中的立面25通过冲压加工等成形，以形成接触区域22。

如在图14至17中特别显而易见的，混合器横截面10几乎是平的，使得混合器7的宽度32大于混合器7的高度33。在这里，图14绘制了内部尺寸。然后，其也适用于外部尺寸。在该实例中，宽度32的尺寸至少是高度33的两倍。

此外，在这里所有的导向叶片11配置为直的导向叶片11，其各自平行于高度方向定向。因此，所有的导向叶片11彼此平行。此外，在每种情况下，导向叶片11以独立的方式伸入到混合器横截面10中。它们因此具有自由端，不与罩8有任何接触。

在这里介绍的混合器7的情况下，总共形成有四个导向叶片列34，即第一导向叶片列34₁、第二导向叶片列34₂、第三导向叶片列34₃和第四导向叶片列34₄。在图15中，废气流的流动方向35由箭头指示。在流入侧的混合器侧面36上和流出侧的混合器侧面37上，每一个罩8包括第一圆周部分30和第二圆周部分31，其具有平的混合器截面10并彼此相对地定位。流入侧的混合器侧面36的第一圆周部分30，其也可称为流入侧36或入口侧36，包括导向叶片11，所述导向叶片11在所述第二圆周部分31的方向上从第一圆周部分30突出，并在该实例中形成第四导向叶片列34₄。在流入侧的混合器侧面36上，其也可称为流入侧36或入口侧36，第二圆周部分31包括导向叶片11，所述导向叶片11在第一周边部分30的方向上从第二圆周部分31突出。这些导向叶片11在该实例中形成第三导向叶片列34₃。在流出侧的混合器侧面37上，其也可称为流出侧37或出口侧37，所述第一圆周部分30包括导向叶片11，所述导向叶片11在所述第二圆周部分31的方向上从第一圆周部分30突出，并在该实例中形成第二导向叶片列34₂。最后，在第二圆周部分31上的流出侧的混合器侧面37上，罩8包括导向叶片11，所述导向叶片11在所述第一圆周部分30的方向上从第二圆周部分31突出并在该实例中形成第一导向叶片列34₁。

在各混合器侧面36、37上，第一圆周部分30的导向叶片11布置为在流动方向35上相对于第二圆周部分31的导向叶片11偏移。因此，废气流连续围绕这里所示的四个导向叶片列34流动或从此流经。流入侧的混合器侧面36的两个导向叶片列34₃和34₄分别在混合器7的整个高度33上延伸。在这里，第三导向叶片列34₃的导向叶片11和第四导向叶片列34₄的导向叶片11以相对于废气流成一角度设置。

还在流出侧的混合器侧面37的两个导向叶片列34₁和34₂的情况下提供了相对的叶片角度。在此还额外地提供了第一导向叶片列34₁和第二导向叶片列34₂的导向叶片设计为尺寸不同。尤其显而易见的是，第一导向叶片列34₁和第二导向叶片列34₂的导向叶片的每一个都不在混合器7的整个高度33上延伸。从图14和17中相当明显的是第一导向叶片列34₁的每一个导向叶片11和第二导向叶片列34₂的每一个导向叶片11共同到达混合器7的高度33。特别的，分离平面38是显而易见的，其位于两个圆周部分30、31之间。第一导向叶片列34₁的导向叶片11仅从第二圆周部分31延伸，一直到分离平面38。相比之下，第二导向叶片列34₂的导向叶片11仅从第一圆周部分30延伸，一直到分离平面38。

Claims (12)

1.用于内燃机的排气***的废气处理装置，

具有壳体（2），通过它引导排气路径（3），

具有布置在壳体（2）上的喷射器（4），用于将还原剂引入至遵循排气路径（3）的废气流中，

具有布置在壳体（2）上的混合器（7），用于反应物与废气流的彻底混合，

其中所述混合器（7）包括罩（8），其包围混合器横截面（10），所述废气流可以流动可流动通过其中，

其中所述混合器（7）包括多个导向叶片（11），其在罩内侧（13）上从罩（8）突出并伸入到混合器横截面（10）中，

其中所述混合器（7）包括多条条带（13），其在罩外侧（14）上从罩（8）突出，并在各种情况下伸入到形成在壳体（2）上且透过壳壁（15）的条带开口（16）中，

其中所述混合器（7）是成形的钣金件（19），其中所述罩（8）、所述导向叶片（11）和条带（13）是由单个的钣金构件（20）形成。

2.根据权利要求1所述的装置，

其特征在于，

每条条带（13）通过焊接连接（17）从外部紧固到壳体（2）上，其中，各个焊接连接（17）封闭相关联的条带开口（16）。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

混合器（7）在其罩外侧（14）上通过在壳壁（15）的壁内侧（23）上的支撑区域（22）径向地支撑，

所述支撑区域（22）布置为在罩（8）的圆周方向（9）上分布并彼此间隔开，

空隙（24）径向地形成在条带（13）外侧和支撑区域（22）外侧的罩外侧（14）和壁内侧（23）之间。

4.根据权利要求3所述的装置，

其特征在于，

所述支撑区域（22）是由立面（25）形成，其通过成型而仅一体成形在壳壁（15）上或者仅一体成形在罩（8）上或在壳壁（15）还有罩（8）两者上。

5.根据权利要求3或4所述的装置，

其特征在于，

每个支撑区域（22）形成在条带（13）的区域中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，

其特征在于，

所述壳体（2）以双壳的方式至少配置在包含混合器（7）的壳体部分（26）中，使得所述罩外侧（14）在第一圆周部分（30）中沿着第一壳体罩（27）延伸，并在第二圆周部分（31）且沿着第二壳体罩（28）延伸。

7.根据权利要求3和6所述的装置，

其特征在于，

每个这样的支撑区域（22）形成在第一壳体罩（27）的区域以及第二壳体罩（28）的区域中。

8.根据权利要求6或7所述的装置，

其特征在于，

至少一个这样的条带开口（16）的每一个形成在第一壳体罩（27）和第二壳体罩（28）上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，

其特征在于，

罩的横截面（10）是平的，使得宽度（32）大于高度（33）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，

其特征在于，

导向叶片（11）是直的并且彼此平行的运行。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，

其特征在于，

导向叶片（11）在每种情况下其一端以固定方式连接到所述罩（8）上，并在每种情况下其另一端以独立的方式布置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，

其特征在于，

在流入侧的混合器侧面（36）上和/或流出侧的混合器侧面（37）上的罩（8）包括第一圆周部分（30）和第二圆周部分（31），其彼此相对地定位，

所述第一圆周部分（30）包括导向叶片（11），其在第二圆周部分（31）的方向上从第一圆周部分（30）突出，

所述第二圆周部分（31）包括导向叶片（11），其在第一圆周部分（30）的方向上从第二圆周部分（31）突出，

所述第一圆周部分（30）的导向叶片（11）在废气流的流动方向（35）布置为与所述第二圆周部分（31）的导向叶片（11）偏移。