CN110114560A - 用于将混合气体注入排气管线的设备和方法 - Google Patents

用于将混合气体注入排气管线的设备和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于将混合气体注入发动机的废气排气管线的设备，设备包括：一个或多个入口孔，多个壁，该多个壁包括：○第一壁(31)和；○第二壁(32)，第二壁具有一个或多个出口孔并且被布置在第一壁的下游，以及用于在第一壁与第二壁之间注入混合气体的装置(36)，以便允许混合气体与废气在第一壁与第二壁之间混合。

Description

用于将混合气体注入排气管线的设备和方法
技术领域
本发明总体涉及混合气体的注入，特别地涉及一种用于注入例如发动机的废气排气管线的设备。本发明还涉及一种相关的组件、排气管线和方法。
背景技术
与运输有关的污染物的排放是近三十年以来行业的主要进步驱动因素。对四种受管制的污染物(CO、HC、NOx、颗粒)的排放限值的严格程度逐渐升高，这已经显著改善了特别是大城市群中的空气质量。
机动车使用的持续增加要求继续努力以进一步减少这些污染物的排放。因此，在所有的驾驶环境下均具有可用的高效的修复技术是运输行业面临的主要挑战。在这种背景下，对稀混合气(即，具有更多的氧的混合气)中的氮氧化物(NOx)的还原代表了与复杂问题集相关的重要挑战。
此外，燃料消耗和CO2的排放直接相关，这在几年内已经成为机动车的主要关心的问题。因此，关于私家车的CO2排放的规定从2012年起已在欧洲层面上落实实施。现在已经确认，这种限制将在未来几十年期间定期地降低。因此，减少CO2的排放对于整个运输行业来说作为新的进步驱动因素被强制实施。
减少局部污染(NOx)和减少燃料消耗(CO2)的这种双重问题对于柴油发动机来说特别难以解决，柴油发动机的稀混合气的燃烧伴随着难以处理的NOx排放。
在这种背景下，SCR(“选择性催化还原”)后处理技术被用于私家车和分配给货物运输的车辆。于是可以将发动机置于其效率最佳的运行状态，于是在排气装置中通过SCR***来对强NOx排放进行处理，这使得能够高效地还原NOx。
SCR涉及将试剂(例如气体或液体)、特别是诸如还原气体(例如气态氨)的还原剂与废气混合并且使混合物进入或通过放置在排气管线中的催化剂。
在催化剂中，还原剂将氮氧化物转化为氮气和水。当还原剂是氨(NH3)时，反应如下：
4NO+4NH3+O2＝4N2+6H2O
可以注入尿素水溶液(因此是液体)，该尿素水溶液在废气的热量的影响下转化为氨。
为目前批量生产的SCR***的运行所采用和经标准化的尿素的水性溶液被命名为AUS32(在欧洲的商品名为)。
然而，这种非常有效的方法具有一定数量的缺点。该方法在寒冷时具有有限的效率，然而这种情况会在很多时候发生，特别是在城市公交车的情况下。尿素储存器具有相当大的质量和体积，通常地对于私家车为15升至30升，对于重型货车为40升至80升。如果车辆较小，则这种大体积会引起在整合到车辆中方面更大的复杂性。结果是高的修复成本，以及以车辆的燃料消耗和由此导致的CO2的排放为代价的质量过量。
还原剂可以以混合气体的形式被注入。这例如可以通过以固体的形式储存还原剂(例如氨)，例如通过将气体吸收到材料(例如盐)内来实现。于是，通过形成氨合物型化学络合物而在盐中实现气体(例如氨)的储存。
呈被吸附的气体形式的混合气体(例如还原剂)的储存具有下述优点：相对于液体(例如水溶液)在体积方面存在收益，以及当寒冷时效率提高，并且特别是与废气混合的混合区域的更好的紧凑性。
如果以混合气体的形式注入试剂，则难以将该试剂与废气混合，这存在损害所关注的反应(例如SCR)的效率的风险。混合器可以被置于注入设备的下游，但是已知设备的效率仍然有限。
与将气体(例如气态氨)注入排气管线相关的另一个问题在于由于将元件(催化剂、过滤器、注入器、传感器等)添加到管线中而使管线的体积增加。这限制了产生反应(例如SCR)所必需的元素的可能性。
发明内容
本发明的一个目的在于使与注入以及沿着排气管线混合气体相关的元件更紧凑。
为此，提供了一种用于将混合气体注入发动机的废气排气管线的设备，该设备包括例如：
-一个或多个入口孔，
-多个壁，该多个壁包括：
ο第一壁，和
ο第二壁，该第二壁具有一个或多个被置于第一壁下游的出口孔，和
-用于在第一壁与第二壁之间注入混合气体的装置，
以便使得混合气体与废气在第一壁与第二壁之间混合。
这种设备特别紧凑。具体地，该设备不再需要处于注入设备下游的混合器，注入设备确保混合气体与废气的混合。另外，混合特别有效。
本发明通过单独采用的下述特征或这些特征的技术上可行的任何组合而被有利地完成：
-多个壁包括至少一个置于第一壁与第二壁之间的中间壁，中间壁包括一个或多个孔；
-用于至少在一个孔处绕过至少一个区域的装置，该装置被构造成在处于区域上游的多个壁中的一个壁的至少一个孔与处于区域下游的多个壁中的壁的至少一个孔之间形成流体连通而不通过该区域；
-侧壁，该侧壁连接第一壁和第二壁并且与第一壁和第二壁共同界定出内部空间，
-注入设备适于被置于排气管线的内部，以便使得废气能够在侧壁与排气管线的壁之间通过；
-侧壁与排气管线的壁不同；
-设备包括将设备附接到排气管线的装置；
-设备形成排气管线的一区段，
-侧壁与排气管线接触和/或形成排气管线的壁的一部分；
-注入装置的混合气体供应装置，
-附接装置包括供应装置；
-第一壁和/或侧壁具有一个或多个入口孔。
-注入装置被置于第一壁处和/或从第一壁在第一壁与第二壁之间延伸；
-对于多个壁中的至少一个壁，孔的尺寸和/或总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量能够变化；
-至少一个壁的孔的尺寸和/或总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量相对于多个壁中的其他至少一个壁能够变化。
本发明还涉及一种包括这种设备的排气管线。
本发明还涉及一种包括发动机和排气***和/或管线的组件，组件包括这种设备。
本发明通过单独采用的下述特征或这些特征的技术上可行的任何一种组合而被有利地完成：
-用于废气的选择性催化还原***，和/或氧化催化剂。
本发明还涉及一种包括这种设备和/或这种排气管线和/或这种组件的车辆。
本发明还涉及一种借助于这种设备实现使混合气体进入发动机的废气排气管线的方法，该方法包括以下步骤：
-使废气进入到第一壁与第二壁之间，
-在第一壁与第二壁之间注入混合气体，
-将进入的废气与被注入的混合气体进行混合，
-通过第二壁的至少一个孔输出经混合的废气与混合气体。
附图说明
在下文的对实施例的描述中将显现本发明的其他特征和优点。在附图中：
-图1示意性地示出了根据本发明的实施例的一个示例的排气管线，
-图2示意性地示出了热机，该热机配备有用于根据本发明的实施例的一个示例的发动机的废气的选择性催化还原***，
-图3a、图3b和图3c示意性地示出了根据本发明的实施例的一个示例的注入设备的侧视图、前视图和后视图，
-图4示意性地示出了根据本发明的实施例的另一示例的注入设备的透视图，
-图5示意性地示出了根据本发明的实施例的又一示例的注入设备的透视图，
-图6a、图6b和图6c示意性地示出了根据本发明的实施例的示例的壁，
-图7示意性地示出了根据本发明的实施例的另一示例的注入设备的侧视图，
-图8示意性地示出了根据本发明的实施例的又一示例的注入方法。
具体实施方式
排气管线和组件
参考图1，描述了发动机1的废气排气管线，排气管线包括用于将混合气体注入如下文中所描述的发动机的废气排气管线的设备。替代地或另外，描述了包括这种发动机和/或这种排气管线的组件，组件包括注入设备。替代地或另外，描述了包括这种排气管线或这种组件的车辆。排气管线包括例如壁。
例如，混合气体是还原气体或者包含还原气体或者基本上由还原气体构成。还原气体例如是气态氨和/或气态氢。混合气体例如是氧气或者包含氧气。
发动机1例如是热机。热机可以是内燃机，例如柴油发动机或者具有稀混合气的汽油发动机(诸如具有分层充气的直喷式发动机)。
如下文中所描述的，发动机1例如配备有用于废气的选择性催化还原***，该选择性催化还原***例如借助于还原气体(例如气态氨和/或氢气)进行选择性催化还原。
排气管线或组件例如被构造成使得在发动机1的输出端处，源自发动机的废气12例如被导向修复***2。排气管线或组件包括例如修复***2。修复***2可以包括氧化催化剂(例如柴油氧化催化剂)和/或三元催化剂。修复***2还可以包括颗粒过滤器。
用于将混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)注入如下文中所描述的发动机的废气排气管线的设备3例如被置于发动机1的出口的下游，例如被置于修复***2的下游或上游。排气管线或组件包括例如设备3。
下游指的是废气沿着排气管线的流动方向，即沿从发动机朝向排气出口延伸的方向。
上游指的是与废气沿着排气管线流动相反的方向，即沿从排气出口朝向发动机延伸的方向。
设备3能够在发动机的排气管线处注入混合气体并将该混合气体与废气混合。设备3能够例如形成混合气体/废气混合物13。可以例如在设备的下游添加额外的混合器(未示出)，以将混合气体与废气进一步混合。然而，设备3已经实现混合，因此不再需要混合器，或者可以使该混合器的尺寸大大减小。
排气管线至少在设备3处包括具有废气在其中流动的区段的一部分，该区段由排气管线的壁所界定。
SCR催化转化器4可以例如被置于设备的下游，例如被置于混合器的下游。排气管线或组件包括例如SCR催化转化器。因此，SCR催化转化器适于使混合气体/废气混合物通过该SCR催化转化器。SCR催化转化器4例如适于允许利用混合气体还原NOx。设备3可以例如形成SCR催化转化器，使得SCR催化转化器可以被省略或者减小尺寸。
至少一个补充的后处理元件5(例如多个这种元件)可以被置于SCR催化转化器4的下游。排气管线或组件包括例如补充元件5。补充元件5可以包括颗粒过滤器或氧化催化剂。因此，废气在补充元件5的出口处以经修复的废气14的形式出现。替代地或另外，SCR催化转化器可以包括补充元件5。因此，SCR催化转化器4可以例如包括特别是柴油颗粒过滤器(diesel particle filter，DPF)的颗粒过滤器，以便形成具有过滤器的SCR催化转化器(SCRF，或“在过滤器上的选择性催化反应”)。因此，可以通过形成不具有补充元件5或具有减小的尺寸的补充元件5的排气管线或***来实现额外的空间节省。
管线可以包括排气出口17，该排气出口被置于设备3的下游，例如被置于SCR催化转化器4的下游，例如被置于补充元件5的下游。于是，经修复的废气例如被导向排气出口17。因此，排气装置从上游(在发动机1这一侧)至下游(在出口17这一侧)包括例如修复元件2、设备3、例如SCR催化转化器4和例如补充元件5。
***和组件
参考图2，描述了一种用于这种发动机1的废气的***(例如选择性催化还原***)，该***包括如下文中所描述的这种注入设备。替代地或附加地，描述了包括这种发动机和这种***的组件。替代地或附加地，描述了包括这种***或这种组件的车辆。
发动机1例如由电子计算机11控制。***或组件包括例如电子计算机11。
***或组件可以包括用于混合气体(例如氨和/或气态氢)的储存箱体8。储存箱体8可以包括和/或包含储存结构7。可以通过***或组件的加热装置9(例如加热元件)例如对储存结构7进行温度控制。因此，可以确保在设备3的混合气体入口16处对混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)进行供应和配比。替代地或另外地，加热装置是或包括例如用于再加热和/或冷却的装置或元件。加热装置9包括例如电阻器或被供应有传热流体(诸如发动机冷却剂)的热交换器。
加热装置9例如能够将热量直接供应到储存箱体8的内部。替代地或另外地，加热装置9例如能够将热量从箱体8的外部朝向箱体8的内部传递。
特别地，加热装置9例如能够将热量供应到储存结构7。
储存结构7包括例如适于允许对混合气体进行固态储存的材料。材料包括例如盐(诸如碱土金属盐)。储存结构7包括例如一层储存材料(例如至少两层储存材料)，储存材料例如是粉状盐，至少两层粉状盐例如被至少一层导热和/或可变形的材料彼此分开。
储存结构7的层可以具有同轴旋转对称性。储存结构7可以例如在其内部(例如沿着回转对称轴线)具有凹部，以在每层盐处对混合气体提供储存和/或从去除对混合气体的储存。
储存结构7可以包括用于将混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)从储存箱体8的外部输送到盐层和/或沿相反方向输送的通道。
加热装置9可以包括一个或多个加热模块(未示出)，每个加热模块适于独立于其他加热模块和/或独立于其他盐层对一个盐层进行加热。
储存箱体8例如连接到储存装置和/或混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)配比箱体的压力控制元件6，该压力控制元件被连接到设备3。该元件6可以由专用的电子控制器10控制，该专用的电子控制器10连接到发动机的电子计算机11。在未示出的替代构造中，元件6可以由发动机计算机11直接控制。
元件6例如是阀(例如电磁阀)。
因此，***或组件可以包括混合气体(具有例如氨和/或氢气和/或气态氧)供应回路，该混合气体供应回路沿混合气体的流通方向从上游到下游包括例如储存箱体8、例如元件6和例如用于将混合气体注入排气装置的设备3。
设备
通用结构
参考图3a-c至图7，描述了一种用于将混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)注入发动机的废气排气管线(例如如上所述的排气管线和/或发动机)的设备。
设备包括例如多个壁。
多个壁包括例如壁31。
设备包括例如一个或多个入口孔311。
第一壁31具有例如一个或多个入口孔311，例如单个入口孔或全部入口孔。因此，第一壁31可以形成入口壁。
多个壁包括例如第二壁32。第二壁32具有例如一个或多个出口孔321。第二壁例如被置于第一壁的下游。因此，第二壁32可以形成出口壁。
设备包括例如用于注入混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)的装置36。注入装置例如适于允许在第一壁与第二壁之间注入混合气体。
注入装置和/或多个壁和/或设备例如被构造成使得混合气体与废气能够在第一壁与第二壁之间混合。
一个或多个入口孔还可以允许来自排气管线中的上游的废气渗透到第一壁31与第二壁32之间的空间中，混合气体也被引入该空间。多个壁和入口孔311和出口孔321能够在该空间的入口和出口处限制空间和流体流通，以便形成混合区域。因此，一个或多个出口孔321可以允许废气与混合气体的混合物沿排气出口17的方向离开混合区域。
这种设备特别紧凑。具体地，该设备不再需要处于注入设备下游的混合器，注入设备确保还原气体与废气的混合。另外，混合特别有效。
多个壁
多个壁可以包括至少一个中间壁(例如多个中间壁)。每个中间壁例如被置于第一壁31与第二壁32之间。每个中间壁可以包括一个或多个中间孔。因此，可以调整第一壁31与第二壁32之间的流量，以例如通过调节或通过控制流量、例如通过限制气体流率的减少来改进混合气体与废气之间的混合。多个中间壁可以例如包括第三壁33和第四壁34，该第三壁包括一个或多个中间孔331，该第四壁包括一个或多个中间孔341。
因此，多个壁可以总共包括至少三个壁，例如四个壁，例如五个壁，例如多于五个壁，例如十个壁，例如多于十个壁。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)例如与多个壁中的一个或多个相邻的壁分开，例如与多个壁中的每个其他壁分开，例如以便与每个相邻的壁形成混合区域。
因此，多个壁可以形成通过至少一个区域彼此隔开的壁的叠组。直接置于第一壁下游(例如在没有中间壁或者在不处于第一壁与最上游的中间壁之间的情况下置于第一壁与第二壁之间)的区域形成例如第一区域。在设备包括至少一个中间壁的情况下，下一个区域则形成第二区域，以此类推重复到第n区域，直至最后区域，该最后区域是介于被置于最下游的中间壁与第二壁之间的区域。因此，第n区域所指代的是介于第一区域与最后区域之间并包含第一区域和最后区域的至少一个区域。至少一个第n区域形成例如进入设备的废气与被注入设备的混合气体之间的交换区域。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)可以包括指向上游的上游面和指向下游的下游面。上游面可以形成入口面。下游面可以形成出口面。
第一壁31和/或第二壁32和至少一个中间壁例如是平坦的和/或具有平坦的上游面和/或平坦的下游面。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁例如是弯曲的(例如凸起或凹入)和/或具有弯曲的上游面和/或下游面。第一壁31例如是凹入的，凹面指向上游。因此，可以例如朝向设备和/或排气管线的截面的中心部分集中废气流。第二壁32例如是凹入的，凹面指向下游。因此，可以例如朝向设备和/或排气管线的截面的外部或者在整个相同的截面上分散废气流。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)具有例如严格小于排气管线的截面的尺寸的尺寸，或者具有基本上等于排气管线的截面的尺寸的尺寸。排气管线(例如机动车辆的排气管线)具有例如介于25mm至75mm之间的直径，例如约50mm的直径。
设备可以没有侧壁。在此情况下，注入和/或混合区域由多个壁限定，该多个壁影响气体的流动。
替代地，设备还可以包括侧壁35。侧壁连接例如第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁，和/或多个壁中的所有壁。侧壁35例如与第一壁31和第二壁32共同界定出内部空间。该内部空间例如是在其中实现混合气体的注入和该混合气体与废气的混合的内部空间。该内部空间包括例如至少一个第n区域(例如所有第n区域)。
侧壁可以不同于排气管线，并且设备包括用于将设备附接到排气管线的装置。在此情况下，设备可以至少部分地具有与排气管线的截面相比更小的截面。于是，设备可以例如具有旋钮的形状。
设备3可以在排气管线的整个截面上延伸，侧壁例如与排气管线的壁接触和/或形成排气管线的壁或由排气管线的壁的一部分形成。
侧壁是例如基本上圆柱形的。侧壁具有例如回转对称性。侧壁在穿过排气管线的部分的中心轴线和/或穿过设备的轴线和/或穿过侧壁的对称轴线的横截面中可以具有直的和/或凸起的和/或凹入的壁。
设备3和/或侧壁35具有例如截面，该截面例如是基本不变(即表面的变化不多于2％)的外部截面和/或内部截面。
设备3和/或侧壁35具有例如从上游到下游严格递增或递减的截面，例如外部截面和/或内部截面。设备3和/或侧壁35具有例如呈截头圆锥形状的截面。
设备3和/或侧壁35具有例如截面，该截面例如为包括递增部分或递减部分的外部截面和/或内部截面以及基本不变的截面，该截面例如仅包括两个这样的部分。设备3和/或侧壁35具有例如截面，该截面例如为包括从上游到下游递增的部分(形状例如类似截头圆锥形)的外部截面和/或内部截面以及基本不变的截面。
侧壁35具有例如一个或多个入口孔，例如仅一个入口孔或全部入口孔。因此，侧壁35可以形成入口壁。这些入口孔可以被置于一个或多个出口孔的上游。
侧壁例如是实心的并且没有侧孔。替代地，侧壁具有例如一个或多个侧孔351。因此，一个或多个侧孔351还可以允许源自排气管线上游的废气渗透到介于第一壁31与第二壁32之间的空间中，混合气体也被引入该空间。替代地或另外地，侧孔或某些侧孔也可以允许废气与混合气体的混合物沿排气出口17的方向离开混合区域。
侧孔可以沿着侧壁35(例如从上游到下游)变化。因此，可能地与多个壁相结合，可以进一步调整第一壁31与第二壁32之间的流量，以例如通过调节或控制流量、例如通过限制气体流率的降低来改善混合气体与废气之间的混合。
注入设备例如适于被置于排气管线的内部，例如以便允许设备外的废气例如在侧壁与排气管线的壁之间通过。因此，可以将废气直接引到设备3的下游，使得废气可以与离开设备3的混合物混合并因此在设备3的下游形成第二混合区域。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)和/或侧壁35例如由板形成或包括板。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)和/或侧壁35例如由金属制成，例如由不锈钢制成，例如由复合材料制成，例如由陶瓷制成，例如涂覆有用于原位修复废气的催化浸渍物。
孔
至少一个入口孔311和/或出口孔321和/或中间孔331和/或中间孔341和/或侧孔351(例如每个这样的孔)可以是通孔或包括通孔。在说明书中，除非另有说明，否则孔特别指的是入口孔311和/或出口孔321和/或中间孔331和/或中间孔341和/或侧孔351。
例如，可以从多个壁中的一个壁到另一个壁和/或沿着侧壁和/或从一个第n区域到另一个第n区域改变孔的分布和形状。
每个入口孔311和/或出口孔321和/或中间孔331和/或中间孔341和/或侧孔351可以具有尺寸，例如在同一壁上和/或从一个壁到另一个壁具有基本不变的尺寸。尺寸包括或例如是直径和/或长度和/或宽度。
至少一个孔(例如每个入口孔311和/或出口孔321和/或中间孔331和/或中间孔341和/或侧孔351)的尺寸例如小于或等于5cm，例如小于或等于1cm，例如小于或等于5mm，例如大于或等于0.05mm，例如大于或等于0.1mm，例如大于或等于0.5mm，例如为约1mm，例如基本上等于1mm。
对于多个壁中的至少一个壁，至少一个孔的尺寸(例如直径)可以例如随着梯度(例如从中心到周边)变化。
例如，在多个壁中的至少一个壁的中心区域中的孔的尺寸可以大于或等于(例如严格大于)同一壁的周边区域的孔的尺寸。例如，在多个壁中的至少一个壁的周边区域中的孔的尺寸可以大于或等于(例如严格大于)同一壁的中心区域的孔的尺寸。特别地，该壁的孔的尺寸可以遵循从中心到周边递增或递减的梯度。
例如，多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的在中心区域中的孔的尺寸大于或等于(例如严格大于)周边区域的孔的尺寸，并且多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的在周边区域中的孔的直径大于或等于(例如严格大于)中心区域的孔的直径。例如，多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的孔的直径遵循从中心到周边递增的梯度，并且多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的孔的尺寸遵循从中心到周边递减的梯度。
替代地或另外地，多个壁中的壁(例如该壁的上游面或下游面)的至少一个孔的尺寸从一个壁到另一个壁可以变化和/或在多个壁中的至少一个其它壁或其他壁处相对于另一个壁可以变化或基本上相同。
例如，多个壁中的至少一个壁的孔的尺寸可以大于或等于(例如严格大于)紧接在上游的壁的孔的尺寸。因此，可以有助于从被置于上游的孔的从上游到下游的抽吸效应和扩散，这改进了混合气体和/或废气从上游到下游的扩散并因此改进了混合气体与废气的混合。
例如，多个壁中的每个壁的孔的尺寸可以大于或等于(例如严格大于)上游的多个壁中的一个或多个壁的孔的尺寸。这可以允许进一步增加扩散。
例如，多个壁中的至少一个壁的孔的尺寸可以小于或等于(例如严格小于)紧接在上游的壁的孔的尺寸。在这种构造中，孔口的尺寸从上游到下游减小，这允许压力梯度从上游到下游递增，因此引起流的扰动并且如通过绕过效果来避免或限制使大部分流直接通过设备。因此，扰动的流使得有利于混合气体与废气在设备内混合。
例如，多个壁中的每个壁的孔的尺寸可以小于或等于(例如严格小于)上游的多个壁中的壁的孔的尺寸。这可以通过特别是建立许多再循环区域来进一步提高湍流水平。
为多个壁中的一个壁或所述壁的一部分定义了总的空表面。总的空表面可以定义为由壁的或所述壁的一部分的在上游面或下游面上的一个或多个孔所占据的表面，或者是上游面和下游面的这些经测量的表面的平均值。
为多个壁中的一个壁或所述壁的一部分定义了总的空表面密度。总的空表面密度可以定义为由壁的或所述壁的一部分的在上游面或下游面上的一个或多个孔占据的表面或者上游面和下游面的这些经测量的表面的平均值相对于由在上游面或下游面处的材料占据的表面或上游面和下游面的这些经测量的表面的平均值的比率。
为多个壁中的一个壁或所述壁的一部分定义了总的空体积密度。总的空体积密度可以定义为由壁的或所述壁的一部分的一个或多个孔占据的体积相对于由材料占据的体积的比率。
对于多个壁中的一个壁或所述壁的一部分，不同的孔的数量被定义为孔的数量。
对于多个壁中的至少一个壁，总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以例如沿着梯度(例如从中心到周边)变化。
例如，在多个壁中的至少一个壁的中心区域中的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以大于或等于(例如严格大于)同一壁的周边区域的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。中心区域比周边区域更远离周边，例如中心区域包含在最小的实心表面中，该最小的实心表面包括在所考虑的壁上的周边区域。中心和/或周边区域例如是环形区域。例如，在多个壁中的至少一个壁的周边区域中的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以大于或等于(例如严格大于)相同壁的中心区域的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。特别地，该壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以遵循从中心到周边递增或递减的梯度。
例如，多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁在中心区域中的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量大于或等于(例如严格大于)周边区域的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量，并且多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁在周边区域中的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量大于或等于(例如严格大于)中心区域的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。因此，如图5中所示，可以交替地朝向设备和/或排气管线的中心和朝向设备和/或排气管线的周边产生流，这允许更好的混合以及延长混合发生的距离。例如，多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量遵循从中心到周边递增的梯度，并且多个壁可以包括交替的一个或多个壁，该一个或多个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量遵循从中心到周边递减的梯度。
例如，多个壁中的至少一个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以大于或等于(例如严格大于)紧接在上游的壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。因此，可以有助于从被置于上游的孔的从上游到下游的抽吸效应和扩散，这改进了混合气体和/或废气从上游到下游的扩散并因此改进了混合气体与废气的混合。
例如，多个壁中的每个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以大于或等于(例如严格大于)上游的多个壁中的壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。这可以允许进一步增加扩散。
例如，多个壁中的每个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以小于或等于(例如严格小于)紧接在上游的壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。在这种构造中，压力梯度可以从上游到下游递增，因此引起流的扰动并且如通过绕过效果来避免或限制大部分流直接通过设备的事实。因此，扰动的流使得有利于混合气体与废气在设备内混合。
例如，多个壁中的每个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以小于或等于(例如严格小于)上游的多个壁中的一个或多个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。这允许进一步增加扰动。
参考图6a至图6c，多个壁中的一个壁可以包括中心部分，该中心部分例如是基本上细长的，例如是卵形。
壁还可以包括至少一个径向部分，例如多个从中心部分延伸到周边的径向部分621、622、623、624。径向部分例如是臂，例如是部段。径向部分例如是直的。壁可以例如包括两两彼此垂直或平行的一个、两个、三个或四个径向部分。
壁可以包括至少一个周边部分63(例如若干个周边部分63)，该至少一个周边部分63例如没有间断地围绕中心部分61延伸，例如以便形成环形条带，该环形条带例如限定出细长的形状，例如卵形。每个周边部分63包括例如连接不同的径向部分的多个区段(例如弯曲的区段)631、632、633、634。周边部分可以形成包含在彼此内侧的不同的环形条带。
中心部分61和/或至少一个径向部分和/或至少一个周边部分63例如被布置成使得在它们之间形成所考虑的壁的一个或多个孔。
参考图6a，该壁的孔的尺寸可以遵循从中心到周边递增的梯度，总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度可以按照从中心到周边递增的梯度而变化。特别地，周边部分之间的间隔可以遵循从中心到周边递增的梯度。
参考图6b，周边部分之间的间隔可以遵循从中心到周边递减的梯度。
参考图6c，周边部分之间的间隔可以从中心到周边保持恒定。
如图3b和图3c中所示，多个壁中的壁的孔的至少一部分(例如这种壁的所有孔)例如以同心圆分布。
多个壁中的壁的孔的至少一部分从一个壁到另一个壁例如被偏移以便调节流量。
催化剂
设备可以包括被置于至少一个第n区域(例如至少为最后区域)中的催化剂。第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁(例如多个壁中的每个壁)和/或侧壁35可以至少部分地由活化涂层(washcoat)进行涂覆，活化涂层包括例如多孔结构，活化涂层支持催化剂和/或浸渍催化剂的活化涂层，该催化剂例如是SCR催化剂和/或氧化催化剂。因此，可以为设备提供SCR催化转化功能，从而免去被置于下游的可能的SCR催化转化器或减小该SCR催化转化器的尺寸。催化剂可以形成活化涂层。催化剂可以涂敷至少一个指向设备内部的壁面，即不是指向第一壁31、第二壁32或侧壁35外部的面的壁面，该壁面特别地不是第一壁31的上游面、第二壁32的下游面或侧壁35的外部面的壁面。因此，催化剂所置于的区域可以形成SCR催化转化器。
绕过装置
设备可以包括用于至少在一个孔处绕过(即偏离)至少第n区域(例如多个第n区域)的装置，该装置被构造成在处于第n区域上游的多个壁中的壁的至少一个孔与处于第n区域下游的多个壁中的壁的至少一个孔之间形成流体连通而不通过第n区域。设备可以包括多个这种用于绕过相同的第n区域或不同的第n区域的装置。这种用于绕过的装置能够将流的一部分限制为在一个区域中发生混合，而流的其它部分仅被重新注入位于下游的设备的区域或设备的下游的区域，以在下游进行混合。
设备可以包括用于绕过或偏离第一区域和/或第二区域和/或第三区域和/或第n区域和/或最后区域的装置。
绕过装置包括例如连接上游孔与下游孔的管道(例如管)。
注入装置
注入装置36包括例如注入器，例如多点注入器。注入装置36包括例如一个分支，例如若干个分支。每个分支具有例如一个孔，例如多个孔。
注入装置36例如被置于(例如至少部分地置于)例如第一壁31的和/或第二壁32的中心部分处。因此，可以将混合气体注入设备的中心区段处。
注入装置例如适于将混合气体注入第一壁31与中间壁(例如最上游的中间壁，例如第一壁31的紧接在下游的中间壁)之间。因此，可以形成设备的第一室(例如第一区域)和设备的第二室，该第一室适于进行注入和可能的第一混合，该第二室被置于下游(例如第一区域的下游)，用于更彻底的混合。
注入装置例如适于将混合气体注入多个第n区域，注入例如在流量方面例如从一个区域到另一个区域发生变化。
替代地或另外地，注入装置36例如被置于(例如至少部分地置于)侧壁35处。这允许例如简化注入或限制制造该注入装置所需的材料的量。
注入装置36可以不延伸，或者可以基本上不在第一壁31与第二壁32之间延伸。因此，注入装置36可以包括一个或多个通向第一壁31和/或第二壁32和/或侧壁35的孔口。
替代地或另外地，注入装置36可以在第一壁31与第二壁32之间延伸。注入装置36可以例如在中间壁中或沿着中间壁延伸。注入装置36可以例如包括在第一壁31与第二壁32之间延伸的注入部分。注入部分包括例如一个或多个多孔管。每个多孔管可以包括至少一个用于注入混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)的孔口，例如包括多个用于注入混合气体的孔口。
注入装置36可以例如从第一壁31和/或第二壁32的中心部分和/或中心延伸。
设备3和/或排气管线和/或***可以包括用于注入装置的混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)的供应装置361。供应装置361包括例如供应管道。
附接装置
设备包括例如附接到排气管线和/或附接到***的装置，例如用于附接到排气管线的壁的装置。
附接装置包括例如注入装置和/或供应装置。
附接装置包括例如用于附接到第一壁和/或第二壁和/或至少一个中间壁的装置，该装置例如被置于该壁或这些壁的周边处。
第一壁31和/或第二壁32和/或至少一个中间壁例如通过专用壁之间的连接装置和/或附接装置连接和/或附接到多个壁中的另一个壁，这些装置例如与侧壁35不同。壁之间的连接装置和/或附接装置包括例如连接壁和/或附接壁，该连接装置和/或附接装置例如与每个连接壁和/或附接壁的中心部分接触和/或附接到该中心部分。连接壁形成例如管。设备的附接装置例如与壁之间的附接装置和/或连接装置接触，以提供设备的附接。
设备的示例
参考图3a至图3c，描述了这种设备3。图3a中的箭头示出了流动方向。第一壁31和第二壁32例如是平坦的。
第一壁31和第二壁32具有例如严格小于排气管线的截面的尺寸的尺寸。注入设备例如适于被置于排气管线的内部，例如以便允许设备外的废气例如在侧壁与排气管线的壁之间通过。
设备还可以包括侧壁35。侧壁连接例如第一壁31和第二壁32。侧壁35例如与第一壁31和第二壁32共同界定出内部空间。该内部空间例如是在其中实现混合气体的注入和该混合气体与废气的混合的内部空间。该内部空间包含例如第一区域。侧壁可以不同于排气管线，并且设备包括用于将设备附接到排气管线的装置。在此情况下，设备可以至少部分地具有与排气管线的截面相比更小的截面。设备可以具有例如旋钮的形状。侧壁例如基本上是圆柱形的。侧壁具有例如回转对称性。设备3和侧壁35具有例如递减的截面。
多个壁中的每个壁例如由板形成或包括板，该板例如是金属板。
每个入口孔311和/或出口孔321可以是通孔。
第二壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量可以严格大于紧接第一壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量。第一壁31可以包括少于二十个入口孔311，例如小于十个孔。第二壁32可以包括至少四十个、例如至少五十个、例如至少六十个出口孔321。
注入装置36包括例如注入器。注入装置36例如被置于第一壁31的中心部分处。注入装置36可以不在第一壁31与第二壁32之间延伸。设备3和/或排气管线和/或***可以包括注入装置的混合气体供应装置361。供应装置361包括例如供应管道。
附接装置包括例如注入装置和/或供应装置。
参考图4，描述了另一个这样的设备3。图4中的箭头示出了流动方向和流动线路。第一壁31和第二壁32例如是弯曲(例如是凸起或凹入)的。第一壁31例如是凹入的，凹面指向上游。因此，可以例如朝向设备和/或排气管线的截面的中心部分集中废气流。第二壁31例如是凹入的，凹面指向下游。因此，可以例如朝向设备和/或排气管线的截面的外部或者在该整个截面上分散废气流。
第一壁31和第二壁32具有例如严格小于排气管线的截面的尺寸的尺寸。注入设备例如适于被置于排气管线的内部，例如以便允许设备外的废气例如在侧壁与排气管线的壁之间通过。
设备还可以包括侧壁35。侧壁连接例如第一壁31和第二壁32。侧壁35例如与第一壁31和第二壁32共同界定出内部空间。该内部空间例如是在其中实现混合气体的注入和该混合气体与废气的混合的内部空间。该内部空间包含例如第一区域。侧壁可以不同于排气管线，并且设备包括用于将设备附接到排气管线的装置。在此情况下，设备可以至少部分地具有与排气管线的截面相比更小的截面。于是，设备可以具有例如旋钮的形状。侧壁例如基本上是圆柱形的。侧壁具有例如回转对称性。侧壁在穿过设备的轴线和/或穿过侧壁的对称轴线的横截面中可以具有直的壁。设备3和侧壁35具有例如基本不变的截面。侧壁具有例如若干个侧孔351。
多个壁中的每个壁例如由板形成或包括板，该板例如是金属板。
每个入口孔311和/或出口孔321和/或侧孔351可以是通孔。
每个入口孔311和/或出口孔321和/或中间孔331和/或中间孔341和/或侧孔351可以具有基本不变的尺寸。
注入装置36包括例如注入器。注入装置36可以在第一壁31与第二壁32之间延伸。注入装置可以例如包括在第一壁31与第二壁32之间延伸的注入部分。注入部分包括例如多孔管。设备3和/或排气管线和/或***可以包括注入装置的混合气体供应装置361。供应装置361包括例如供应管道。
附接装置包括例如注入装置和/或供应装置。
参考图5，描述了又一个这样的设备3。图5中的箭头示出了流动方向和流动的线路。设备3可以包括多个中间壁。每个中间壁例如被置于第一壁31与第二壁32之间。每个中间壁可以包括若干个中间孔。因此，可以调整第一壁31与第二壁32之间的流量，以例如通过调节或通过控制流量、例如通过限制气体流率的减小来改善混合气体与废气之间的混合。多个中间壁可以例如包括第三壁33和第四壁34，该第三壁33包括若干个中间孔331，该第四壁34包括若干个中间孔341。
多个壁还可以总共包括至少四个壁，例如正好四个壁。
第一壁31、第二壁32、中间壁33和中间壁34例如是平坦的。
第一壁31和第二壁32具有例如基本上等于排气管线的截面的尺寸的尺寸。注入设备可以在排气管线的整个截面上延伸。
设备还可以包括侧壁35。侧壁连接例如第一壁31、第二壁32和两个中间壁33和34。侧壁35例如与第一壁31和第二壁32共同界定出内部空间。该内部空间例如是在其中实现混合气体的注入和该混合气体与废气的混合的内部空间。该内部空间包含例如第一区域、第二区域和第三区域。设备3可以在排气管线的整个截面上延伸，侧壁35由排气管线的壁的一部分形成。侧壁例如基本上是圆柱形的。侧壁具有例如回转对称性。侧壁在穿过排气管线的部分的中心轴线、设备的轴线和/或穿过侧壁的对称轴线的横截面中可以具有直的壁。设备3和侧壁35具有例如基本不变的截面。
多个壁中的每个壁和侧壁35例如由板形成或者各自包括板，该板例如是金属板。
多个壁可以包括交替的一个或多个壁(例如中间壁33和/或第二壁32)，该一个或多个壁的孔的直径遵循从中心到周边递增的梯度，并且该多个壁可以包括交替的一个或多个壁(例如第一壁31和/或中间壁34)，该一个或多个壁的孔的直径遵循从中心到周边递减的梯度。
替代地或另外地，多个壁可以包括交替的一个或多个壁(例如中间壁33和/或第二壁32)，该一个或多个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量遵循从中心到周边递增的梯度，并且多个壁可以包括交替的一个或多个壁(例如第一壁31和/或中间壁34)，该一个或多个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量遵循从中心到周边递减的梯度。
注入装置36包括例如注入器。注入装置例如适于在第一壁31与第一壁31的紧接在下游的中间壁33之间注入混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)。注入装置36例如被置于侧壁35处。注入装置36可以不在第一壁31与第二壁32之间延伸。因此，注入装置可以包括通向侧壁35的通孔。
参考图7，描述了又一个这样的设备3。图7中的箭头示出了流动方向和流动的线路。设备3可以包括多个中间壁。每个中间壁例如被置于第一壁31与第二壁32之间。每个中间壁可以包括若干个中间孔。因此，可以调整第一壁31与第二壁32之间的流量，以例如通过调节或通过控制流量、例如通过限制气体流率的减小来改善混合气体与废气之间的混合。多个中间壁可以例如包括第三壁33和第四壁34，该第三壁33包括若干个中间孔331，该第四壁34包括若干个中间孔341。
多个壁还可以总共包括至少四个壁，例如正好四个壁。
第一壁31、第二壁32、中间壁33和中间壁34例如是平坦的。
第一壁31和第二壁32具有例如基本上等于排气管线的截面的尺寸的尺寸。注入设备可以在排气管线的整个截面上延伸。
设备还可以包括侧壁35。侧壁连接例如第一壁31、第二壁32和两个中间壁33和34。侧壁35例如与第一壁31和第二壁32共同界定出内部空间。该内部空间例如是在其中实现混合气体的注入和该混合气体与废气的混合的内部空间。该内部空间包含例如第一区域、第二区域和第三区域。设备3可以在排气管线的整个截面上延伸，侧壁35由排气管线的壁的一部分形成。侧壁例如基本上是圆柱形的。侧壁具有例如回转对称性。侧壁在穿过设备的排气管线的部分的中心轴线和/或穿过侧壁的对称轴线的横截面中可以具有直的壁。设备3和侧壁35具有例如基本不变的截面。
多个壁中的每个壁和侧壁35例如由板形成或者各自包括板，该板例如是金属板。
从上游到下游，多个壁中的壁的孔变得越来越小并且越来越多，但是不覆盖更大的表面。因此，多个壁中的每个壁的孔的尺寸可以小于或等于(例如严格小于)上游的多个壁中的壁的孔的尺寸。多个壁中的每个壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度可以严格小于上游的多个壁中的壁的总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度。多个壁中的每个壁的孔的数量可以严格大于上游的多个壁中的壁的孔的数量。
设备可以包括仅用于绕过或偏离第一区域的装置。设备可以包括仅用于绕过或偏离第一区域和第二区域的装置。设备可以包括用于绕过第一区域、第二区域和第三区域的装置。绕过装置包括例如连接上游孔与下游孔的管道(例如管)。
注入装置36包括例如注入器。注入装置例如适于在第一壁31与第一壁31的紧接在下游的中间壁33之间注入混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)。注入装置例如被置于侧壁35处。注入装置36可以不在第一壁31与第二壁32之间延伸。因此，注入装置可以包括通向侧壁35的孔口。
方法
参考图8，描述了一种通过如上所述的设备3实现将混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)注入发动机的废气排气管线的方法。
方法包括例如第一步骤801：废气例如通过第一壁的至少一个入口孔311进入第一壁31与第二壁32之间。因此，废气例如以被至少一个入口孔311和/或入口壁31的形状改变的流渗透到注入和混合区域中。
方法包括例如第二步骤802：在第一壁31与第二壁32之间注入混合气体(例如氨和/或氢气和/或气态氧)。因此，可以使废气与混合气体在相同的空间中接触。
方法包括例如第三步骤803：将进入的废气与被注入的混合气体进行混合。由于设备的界定出混合区域的结构，在注入期间能够直接进行有效的混合。
方法包括例如第四步骤804：通过第二壁的至少一个孔输出经混合的废气与混合气体。因此，可以获得混合气体与废气的均匀混合物，这不再需要额外的混合或者需要具有减小的尺寸的混合器。

Claims (14)

1.一种用于将混合气体注入发动机(1)的废气排气管线(12)的设备，所述设备包括：
-一个或多个入口孔(311)，
-多个壁，所述多个壁包括：
o第一壁(31)，和
o第二壁(32)，所述第二壁具有一个或多个出口孔(321)并且被置于所述第一壁的下游，和
-注入装置(36)，所述注入装置在所述第一壁与所述第二壁之间注入混合气体，
以便使得混合气体与废气在所述第一壁与所述第二壁之间混合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个壁包括至少一个置于所述第一壁与所述第二壁之间的中间壁(33，34)，所述中间壁包括一个或多个孔(331，341)。
3.根据权利要求1或2所述的设备，所述设备包括用于至少在一个孔处绕过至少一个区域的装置，所述装置被构造成在处于所述区域上游的所述多个壁中的壁的至少一个孔与处于所述区域下游的所述多个壁中的壁的至少一个孔之间形成流体连通而不通过所述区域。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还包括侧壁(35)，所述侧壁连接所述第一壁(31)和所述第二壁(32)并且与所述第一壁和所述第二壁共同界定出内部空间，所述注入设备(36)适于被置于所述排气管线的内部，以便使得废气能够在所述侧壁与所述排气管线的壁之间通过。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备包括用于将所述设备附接到所述排气管线的装置。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，所述设备形成所述排气管线的一区段，具体地，所述设备包括侧壁(35)，所述侧壁连接所述第一壁(31)和所述第二壁(32)并且与所述第一壁和所述第二壁共同界定出内部空间，使得所述侧壁(35)与所述排气管线接触和/或形成所述排气管线的壁的一部分。
7.根据权利要求5所述的设备，所述设备包括所述注入装置的混合气体供应装置(361)，所述附接装置包括所述供应装置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第一壁(31)和/或所述侧壁(35)具有所述一个或多个入口孔(311)中的一个或多个入口孔。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述注入装置(36)被置于所述第一壁(31)处和/或从所述第一壁在所述第一壁与所述第二壁(32)之间延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，对于所述多个壁中的至少一个壁，所述孔的尺寸和/或总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或所述孔的数量能够变化。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，至少一个壁的所述孔的尺寸和/或总的空表面和/或总的空表面密度和/或总的空体积密度和/或孔的数量相对于所述多个壁中的其他至少一个壁能够变化。
12.一种组件，所述组件包括发动机和/或所述发动机的废气排气管线，所述组件包括根据前述权利要求中任一项所述的设备。
13.根据权利要求12所述的组件，所述组件包括用于废气的选择性催化还原***，和/或氧化催化剂。
14.一种用于通过根据权利要求1至11中任一项所述的设备实现将混合气体注入发动机的废气排气管线的方法，所述方法包括以下步骤：
-使废气进入(801)到所述第一壁与所述第二壁之间，
-在所述第一壁与所述第二壁之间注入(802)混合气体，
-将进入的废气与被注入的混合气体进行混合(803)，
-通过所述第二壁的至少一个孔输出(804)经混合的废气与混合气体。
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