CN110741143B - 废气管、内燃机和机动车 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的废气线路的废气管(30)，其具有用于空气端口(42)的进入开口(40)，其特征在于内管区段(56)，其由外管区段(58)包围，以便构造环形通道(60)，其在一端封闭且在另一端朝向废气管(30)的内部容积敞开构造，其中用于空气端口(42)的进入开口(40)通到所述外管区段(58)中。借助于这样的废气管(30)，可以以结构上简单的方式实现经由空气端口(42)供应的空气(68)有利地混合到在废气管(30)内流动的废气(62)中，这尤其可归因于空气结合在此存在的流动方向沿着环形通道(60)或废气管(30)的纵轴线(50)的全面的导入。

Description

废气管、内燃机和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气线路的废气管，其中废气管具有用于空气端口的进入开口。本发明此外涉及一种带有这样的废气管的内燃机以及一种带有这样的内燃机的机动车。
背景技术
燃烧发动机的废气(其用于机动车的驱动)被耗费地后处理，以便将有害物质排放降低到最小。在此，大量不同的废气后处理装置得到使用，以便可尽可能有效地降低在废气中的不同的有害物质。
在由柴油发动机生成的废气的后处理中广泛传播的是颗粒过滤器的使用，通过其在废气中包含的颗粒、尤其炭黑颗粒可过滤出来。这样的颗粒过滤器必须连续地或非连续地再生，以便阻止：贮藏的颗粒以不允许的方式提高通过颗粒过滤器引起的废气背压。这通过炭黑颗粒的再燃烧或再氧化实现，对此需要相应高的(点火)温度。废气至少在燃烧发动机以相对低的转速和相对低的负荷(如其尤其在城市交通中存在的那样)的运行中通常不具有相应高的温度。在该情况中，废气的温度必须相应地提高，对此已知不同的措施。备选地或补充地可通过使用添加剂和/或催化器如此程度地降低对于炭黑颗粒的氧化所需的温度，即，其即使在燃烧发动机以相对低的转速和负荷的运行中也可实现。
在柴油发动机的情形中，可经常通过颗粒过滤器的尽可能靠近发动机的布置结合发动机内部的措施(其在忍受降低的效率的情况下临时致力于废气温度的提高)以相对简单的方式达到对于颗粒过滤器的再生足够高的温度。在奥托发动机的情形中，可与之相反提出如下问题，即，针对尽可能有效的废气后处理应靠近发动机布置三元催化器，对于其然后才后置有颗粒过滤器。尤其，出于在机动车的发动机室中仅受限地供使用的结构空间的原因，可在此为必需的是，将颗粒过滤器布置在下底下方。该布置可导致，在颗粒过滤器处来到的废气尽管相对高的温度(其表明由于发动机内部的措施在离开燃烧发动机的情形中的废气)对于颗粒过滤器的再生不再足够热。在该情况中，可有意义的是，通过在废气中包含的未燃烧的碳氢化合物的再氧化在关于此同样催化作用的颗粒过滤器中重新提高废气的温度。对此，空气或在空气中包含的氧气必须供应给废气，对此，空气端口可集成到在颗粒过滤器上游的废气线路的废气管中。
对于有效的再氧化和因此废气的温度的提高，必需的是，导入到废气中的空气尽可能良好地与废气混合。
文件US 4,339,918公开了一种用于废气引导的装置，其设置用于联接到机动车的内燃机的废气线路的端部处。装置包括引导管，其在第一区段中关于用于废气的设置的穿流方向扩展。在联接到第一区段处的第二区段中，管又渐缩，在其在第三(端部)区段中又扩展之前。在管的第一和第二区段中，布置有多个星形地布置的且螺旋形地伸延的翼。通过这些翼且结合引导管的不同的区段的直径走向，应实现穿流引导管的废气的加速。由此，废气应以改善的方式从燃烧发动机的燃烧室(废气线路联接到其处)引出，这又应积极地作用于燃烧发动机的运行特性。补充地可设置成，装置具有另一管，其在外侧包围引导管的第三区段，其中该管与引导管的外侧限制在两个端部敞开的环形间隙。在机动车的行驶期间，通过该环形间隙流动的行驶风应促使对于从引导管中逸出的废气的附加的吸取作用。
发明内容
本发明基于如下任务，说明一种用于内燃机的废气线路的废气管，其具有空气端口，其用于将空气混入到在废气管中流动的废气中，其中应借助于废气管以结构上简单的且由此成本适宜的方式得到尽可能良好的混合。
该任务借助于根据本发明的废气管解决。带有这样的废气管的内燃机和带有这样的内燃机的机动车是本发明的对象。根据本发明的废气管、根据本发明的内燃机和根据本发明的机动车的有利的设计方式从本发明的随后的描述中得出。
用于内燃机的废气线路的废气管(其具有用于空气端口的进入开口)根据本发明特征在于内管区段，其由外管区段包围，以便构造环形通道，其在(纵向轴向的)端部处封闭且在另一(纵向轴向的)端部处朝向废气管的内部容积敞开地构造，其中用于空气端口的进入开口集成到外管区段中。借助于这样的废气管，可以以结构上简单的方式实现经由空气端口供应的空气到废气管内流动的废气中的有利的混合，这尤其可归因于空气结合在此存在的流动方向沿着环形通道或废气管的纵向轴线的全面的导入。空气与废气的由此可实现的良好的混合可尤其当以相对短的间距在废气管后方废气线路分枝成至少且尤其刚好两个线路时，才是有意义的，其中(分别)一个颗粒过滤器集成到一个或多个或所有线路中。由此可尽可能避免在线路中且因此在一个或多个集成在其中的颗粒过滤器中的由废气和空气组成的不同的混合的构造。
优选地在此可设置成，环形通道的敞开地构造的端部相对于闭合构造的端部在下游关于废气的设置用于废气管的使用的流动方向布置。由此可实现，在环形通道中在敞开的端部的方向上流动的空气原则上具有与穿流废气管的废气相同的流动方向，由此提高废气压力的涡流在将空气流动导入到废气流动中的情形中可保持成低的。
备选地也可设置成，环形通道的敞开地构造的端部相对于闭合构造的端部在上游关于设置的穿流方向布置，由此若有可能另一改善的混合可直接在空气流动导入到废气流动中的区域中实现。
根据本发明的废气管(其通过结构上特别简单的设计方案出众)可包括第一管件和第二管件，其中第一管件的端部区段沿纵向轴向方向、优选地以其纵向轴线的平行的或共轴的取向***到第二管件的端部区段中，从而管件的两个端部区段构造废气管的内管区段和外管区段。以该方式，根据本发明的废气管可基本上由两个简单地设计的管件构造。优选地具有圆环形的横截面的管件的至少一个或两个可在此尤其同样在纵向走向上具有恒定的内直径和/或外直径。
根据这样的根据本发明的废气管的一种优选的改进方案可设置成，环形通道的封闭的端部借助于第二管件的径向向内伸延的端部棱边构造。在内侧，第二管件的该径向向内伸延的端部棱边可直接或在附加的元件、例如密封元件的中间联接的情况下接触第一管件的外侧。特别简单地且由此成本适宜地可制造这样的根据本发明的废气管，当径向向内伸延的端部棱边构造为第二管件的(塑性地且因此持久地)变形的端件时。第二管件的径向向内伸延的端部棱边可因此以简单的方式通过以下方式制造，即第二管件的端件径向向内弯曲，这可在两个管件彼此插接之前或之后实现。
本发明还涉及一种用于制造相应的根据本发明的废气管的方法，在其中管件如此彼此插接，使得然后优选地共轴彼此取向的端部区段构造内管区段和外管区段。在此，在根据本发明的方法的范畴中在内管区段和外管区段之间的环形通道在第二管件的处于外部的端部处封闭，这可优选地通过第二管件的相应的端件的以前的或后来的弯曲得到。在这样的方法的范畴中，此外可在第二管件的限制环形通道的端部区段的区域中带入用于空气端口的进入开口，这同样可在与第一管件插接在一起之前或之后实现。此外，在进入开口的区域中，用于空气端口的联接件可与第二管件相连接，这尤其可形状配合地或材料配合地、例如通过焊接或点焊实现。
按照根据本发明的废气管的一种优选的设计方式，可设置成，在内管区段内至少一个流动导引元件布置用于生成废气的涡旋流动。借助于废气的这样的涡旋流动，可积极地影响废气与导入的空气的混合。此外可由此在环形通道内生成负压，由此可支持空气经由空气端口的带入。
这样的根据本发明的废气管可以以有利的方式可制造地设计，当如其优选地设置成的那样流动导引元件以(塑性地且因此持久地)变形的管套区段的形式构造时。在此，管套区段可特别优选地具有三角形的形状，其中流动导引元件的变形棱边由带入到管套中的纵向开口(其沿内管区段的纵向方向(尤其平行于纵向轴线)取向)螺旋形地关于内管区段的纵向轴线伸延。在此，可此外优选地设置成，纵向开口在内管区段的端部棱边处结束(auslaufen)，从而变形棱边同样延伸直至该端部棱边。以该方式，可省略沿周缘方向伸延的且过渡到第一纵向开口中的第二纵向开口的基本上同样可能的带入。一个或多个纵向开口可优选地以分隔切口的形式后来带入到管套中。
这样的流动导引元件的制造因此相对简单。对此，仅一个或多个纵向开口必须带入到内管区段中且紧接着构造有流动导引元件，通过相应的三角形的管套区段沿着变形棱边弯曲。本发明也涉及一种用于制造这样的根据本发明的废气管的相应的方法。
按照带有流动导引元件的根据本发明的废气管的一种优选的改进方案可设置成，内管区段毗邻于流动导引元件的优选地在下游(关于废气的设置的流动方向)安置的侧构造贯通开口或管套开口。经由用于空气端口的进入开口供应给环形通道的空气的一部分可通过该贯通开口以有利的方式在倾斜地关于废气管的纵向轴线的那里的区段安置的取向上进入到废气流动中，其中该空气流动由于流动导引元件的毗邻的布置同样可构造涡旋流动。由此可实现在空气和废气之间的特别有利的混合。
根据本发明的内燃机包括至少一个燃烧发动机以及用于从燃烧发动机引走废气的废气线路，其中此外用于将空气带入到废气线路中的空气端口集成到废气线路中。废气线路此外包括至少一个根据本发明的废气管。
根据本发明的机动车包括至少一个根据本发明的内燃机。机动车可尤其为基于车轮的机动车、尤其轿车或载重汽车。内燃机的燃烧发动机可尤其设置用于(直接或间接)提供用于机动车的驱动功率。
根据本发明的内燃机的废气管用于按需要将空气混合到通过废气线路或通过废气管引导的废气中，其中该空气优选地用于再生在空气端口下游集成到废气线路中的颗粒过滤器。在此，颗粒过滤器的再生可在使用混合给废气的空气的情况下尤其因此是必要的或有意义的，因为废气催化器、尤其三元催化器集成到在空气端口上游的废气线路中，从而得出颗粒过滤器与燃烧发动机的相对大的距离，这又导致废气在到达颗粒过滤器的情形中、尤其同样由于废气催化器的之前实现的穿流已经具有相对低的温度。这样的废气后处理装置的这样的布置可尤其在外部点火的燃烧发动机的情形中、尤其在根据奥托原理运行的燃烧发动机(奥托发动机)的情形中是有意义的。尤其，因此也可设置成，颗粒过滤器布置在机动车的下底下方。作为“下底”在此理解为机动车的车身的下侧，其从容纳燃烧发动机的发动机室的后端部出发沿机动车的尾部的方向延伸。
设置用于混合到废气中的空气可尤其从内燃机的新鲜气体线路提取，对此设置有用于废气管的在新鲜气体线路和空气端口之间的连接管路。连接管路可在此尤其在空气过滤器下游从新鲜气体线路中出来，以便将经过滤的空气供应给废气线路和若有可能同样优选地集成到连接管路中的输送装置(其设置用于将空气从新鲜气体线路输送至废气管的空气端口)。
不定冠词(“一”、“一个”、“一种”(“(ein)”、“(eine)”、“(einer)”和“(eines)”))应理解为本身且不应理解为数词。相应地，因此具体的部件由此可如此理解，以至于其至少一次存在且可多次存在。
附图说明
本发明随后根据在图纸中呈现的实施例更详细地阐释。在图纸中：
图1：以简化视图示出了根据本发明的机动车；
图2：以示意图示出了根据本发明的内燃机；且
图3：示出了穿过根据本发明的废气管的部分纵截面。
具体实施方式
图1示出了带有根据本发明的内燃机10的根据本发明的机动车。
内燃机10可根据图2包括燃烧发动机12、尤其奥托发动机，其构造大量气缸14。气缸14与其中往复引导的活塞和气缸头(分别未呈现)共同限制燃烧室，在其中新鲜气体(主要是空气)与燃料共同燃烧，由此活塞循环地往复运动。活塞的该运动以已知的方式传递到未呈现的曲轴上且由此旋转地驱动该曲轴。
新鲜气体经由新鲜气体线路供应给燃烧发动机12且对此经由吸取通口16从周围环境吸取，在空气过滤器18中清洁且紧接着引导到压缩机20(其是废气涡轮增压器的一部分)中。新鲜气体借助于压缩机20压缩，紧接着在增压空气冷却器22中冷却且(若有可能借助于节气门24控制地)供应给燃烧室。
压缩机20的驱动借助于集成到内燃机的废气线路中且同样为废气涡轮增压器的部分的涡轮26实现。在燃料新鲜气体混合物在燃烧发动机10的燃烧室中的燃烧时出现的废气经由废气线路从燃烧发动机12引出且在此首先穿流以三元催化器的形式的废气催化器28，紧接着涡轮26，对此紧接有根据本发明的废气管30和接着颗粒过滤器32（在废气在穿流***(未呈现)后离开到周围环境中之前）。由于废气催化器28的靠近发动机的布置以及由于在涡轮26下游安置的布置，出于在机动车的发动机室中仅限制地存在的燃烧室的原因可为必要的是，颗粒过滤器32布置在机动车的下底80(参见图1)下方。
涡轮26的穿流以已知的方式导致涡轮叶轮的旋转驱动，其又经由轴34抗扭地与压缩机20的压缩机叶轮相连接。涡轮叶轮的旋转驱动由此传递到压缩机叶轮上。为了在燃烧发动机12的运行的情形中以高转速和高负荷限制在新鲜气体线路中的压力构建，涡轮26可以以已知的方式借助于所谓的废气门36绕开。对此补充地或备选地，涡轮也可以以可变的涡轮几何形状(VTG)得到使用。
颗粒过滤器32用于将颗粒且尤其炭黑颗粒从废气中过滤出来。这可导致，颗粒过滤器32在运行的进程中消耗，这使得颗粒过滤器32的再生是必需的，以便阻止通过颗粒过滤器32促使的废气背压不允许地高。对于这样的再生，发动机内的措施在燃烧发动机12的运行中实现，以便一方面调节相对高的废气温度且另一方面提高在废气内的未燃烧的碳氢化合物的份额。该未燃烧的碳氢化合物应结合氧气(其短暂地在到达颗粒过滤器32之前供应给废气)氧化(再燃烧)，以便如此程度地提高在颗粒过滤器32中的废气的温度(其由于颗粒过滤器32与燃烧发动机12的相对大的间距已经又相对强地冷却)，使得炭黑颗粒在颗粒过滤器32中的期望的氧化和由此颗粒过滤器32的再生可开始。
为此设置的氧气经由集成到根据本发明的废气管30中的空气端口42作为空气的组成部分供应给废气。在此，空气经由连接管路38(其在空气过滤器18下游从新鲜气体线路出来且经由空气端口42通到废气管30的进入开口40中)引导。该空气的输送借助于输送装置44支持或促使。废气管30是以相对短的间距在颗粒过滤器32上游布置的废气线路的区段。
这样的废气管30可具有在图3中呈现的结构上的设计方案。根据图3的该废气管30包括第一管件46(其在纵向延伸上具有恒定的内直径和外直径)，以及第二管件48(其同样在纵向延伸上具有恒定的内直径和外直径)。两个管件46,48在此弯曲地伸延地构造。第一管件46的端部区段52在沿着其纵向轴线50的方向上且在共轴的布置中***到第二管件48的端部区段54中。第一管件46的该端部区段52是内管区段56，且第二管件48的端部区段54是废气管30的外管区段58。在两个端部区段52,54或管区段56,58之间构造有环形通道60，因为第二管件48的内直径在限定的程度上大于第一管件46的外直径。
该环形通道60在关于设置用于废气62的流动的(流动)方向安置在上游的端部处且由此相对于周围环境封闭地构造。对此设置成，第二管件48的弯曲的端件64构造径向地向内伸延的端部棱边66，其在内侧接触第一管件46的外侧且与其密封地相连接，例如点焊、焊接或粘接。在关于废气62的流动方向在下游且因此在废气管30内安置的端部处，环形通道60与之相反敞开地构造，由此空气68(其经由联接到进入开口40处的空气端口42供应给废气管30)首先全面地分布在环形通道60内且由其以基本上相应于废气62的流动方向的流动方向可流入到第二管件48的处于环形通道60下游的区段中，在其处空气68与废气62(其由第一管件46溢流到第二管件48中)混合且作为废气空气混合物70可供应给颗粒过滤器32。
为了实现空气68与废气62的特别有利的混合，内管区段56在关于废气62的流动方向安置在下游的端部处构造以倾斜地关于废气管30的纵向轴线50取向的导引板件的形式的大量流动导引元件72。该流动导引元件74促使穿流或环流其的废气流动的涡旋，由此改善与在边缘侧供应的空气68的混合。
流动导引元件72以相同的取向且以均匀的间隔在内管区段56的周缘上分布地布置。这通过以下方式制造，即，以均匀的间隔纵向轴向伸延的纵向开口74以限定的长度以分隔切口的形式带入到由第一管件46的端部区段52构造的管套中。此外，分别该管套的三角形的区段向内沿着倾斜地或螺旋状地围绕纵向轴线50伸延的变形棱边76弯曲，其中该变形棱边76(由对此从属的纵向开口74的闭合的端部出发)直到内管区段56或第一管件46的端部区段52的那个端部伸延，在其处纵向开口74结束。
通过该类型的流动导引元件72的构造，同时在其背风面中(关于废气62的流动)安置的贯通开口78构造在内管区段56的管套中。通过该贯通开口78，供应给废气管30的空气部分地也可沿倾斜地关于纵向轴线50的那里的区段伸延的方向且以通过流动导引元件72促使的涡旋流入到废气62的流动中，这同样积极地作用于空气68与废气62的混合。
参考符号列表
10 内燃机
12 燃烧发动机
14 气缸
16 吸取通口
18 空气过滤器
20 压缩机
22 增压空气冷却器
24 节气门
26 涡轮
28 废气催化器
30 废气管
32 颗粒过滤器
34 轴
36 废气门
38 连接管路
40 废气管的进入开口
42 空气端口
44 输送装置
46 第一管件
48 第二管件
50 第一管件/第二管件/废气管的纵轴线
52 第一管件的端部区段
54 第二管件的端部区段
56 内管区段
58 外管区段
60 环形通道
62 废气
64 第二管件的端件
66 第二管件的端部棱边
68 空气
70 废气空气混合物
72 流动导引元件
74 纵向开口
76 变形棱边
78 贯通开口
80 机动车的下底。

Claims (14)

1.一种用于内燃机(10)的废气线路的废气管(30)，其中所述废气管(30)具有用于空气端口(42)的进入开口(40)，其特征在于内管区段(56)，其由外管区段(58)包围，以便构造环形通道(60)，其在一端封闭且在另一端朝向所述废气管(30)的内部容积敞开构造，其中用于所述空气端口(42)的进入开口(40)集成到所述外管区段(58)中，其中在所述内管区段(56)内布置有至少一个流动导引元件(72)用于生成所述废气的涡旋流动，且其中所述内管区段(56)毗邻于所述流动导引元件(72)的一侧构造贯通开口(78)，从而经由用于所述空气端口(42)的进入开口(40)供应给所述环形通道(60)的空气的一部分能够通过所述贯通开口(78)进入到废气流中。
2.根据权利要求1所述的废气管(30)，其特征在于第一管件(46)和第二管件(48)，其中所述第一管件(46)的端部区段(52)***到所述第二管件(48)的端部区段(54)中，从而两个端部区段(52,54)构造所述内管区段(56)和所述外管区段(58)。
3.根据权利要求2所述的废气管(30)，其特征在于，所述环形通道(60)的封闭端部借助于所述第二管件(48)的径向向内伸延的端部棱边(66)构造。
4.根据权利要求3所述的废气管(30)，其特征在于，所述径向向内伸延的端部棱边(66)构造为所述第二管件(48)的变形的端件(64)。
5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的废气管(30)，其特征在于，所述流动导引元件(72)以内管区段(56)的管套的变形区段的形式构造。
6.根据权利要求5所述的废气管(30)，其特征在于，所述管套的变形区段具有三角形形状，其中所述流动导引元件(72)的变形棱边(76)由沿所述内管区段(56)的纵向方向伸延的、被带入到管套中的纵向开口(74)螺旋形地关于所述内管区段(56)的纵向轴线(50)伸延。
7.一种内燃机(10)，其带有燃烧发动机(12)和用于从所述燃烧发动机(12)引出废气的废气线路，其中用于将空气带入到所述废气线路中的空气端口(42)集成到所述废气线路中，其特征在于，所述废气线路包括根据前述权利要求中任一项所述的废气管(30)。
8.根据权利要求7所述的内燃机(10)，其特征在于，在所述空气端口下游，颗粒过滤器(32)集成到所述废气线路中。
9.根据权利要求7或8所述的内燃机(10)，其特征在于，在所述空气端口(42)上游，废气催化器(28)集成到所述废气线路中。
10.根据权利要求7至8中任一项所述的内燃机(10)，其特征在于，所述燃烧发动机(12)外部点火地构造。
11.一种带有根据权利要求7至10中任一项所述的内燃机(10)的机动车。
12.一种带有根据权利要求8所述的内燃机(10)的机动车，其特征在于，所述颗粒过滤器(32)布置在所述机动车的下底(80)下方。
13.根据权利要求12所述的机动车，其特征在于，在所述空气端口(42)上游，废气催化器(28)集成到所述废气线路中。
14.根据权利要求12所述的机动车，其特征在于，所述燃烧发动机(12)外部点火地构造。
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