CN111417771B - 排气气体后处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气气体后处理***(1)，其具有至少一个第一后处理元件(4)和第二后处理元件(5)，其中，第一后处理元件(4)具有第一输入区域(6)和第一输出区域(9)，第二后处理元件(5)具有第二输入区域(7)和第二输出区域(11)，并且第一输出区域(9)通过至少一个连接部段(10)连接到第二输入区域(7)，并且连接部段(10)在第一后处理元件(4)的外部延伸。根据本发明，提供一种易于生产且能够以尽可能紧凑的方式执行的排气气体后处理***(1)的问题，至少部分地由以下方案来解决：第一输入区域(7)和第二输入区域(8)的至少一部分布置在共用的分配器壳体(3)中。

Description

排气气体后处理***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气气体后处理***，至少包括第一后处理元件和第二后处理元件，其中，第一后处理元件具有第一入口区域和第一出口区域，第二后处理元件具有第二入口区域和第二出口区域，并且第一出口区域通过至少一个连接部段连接到第二入口区域，并且连接部段在第一后处理元件的外部延伸。
背景技术
现在，在几乎所有现代机动车辆中都可以找到用于对来自内燃机的排气气体进行后处理的排气气体后处理***。通常，各种后处理元件、比如主要是颗粒过滤器或催化转化器一个连接在另一个后面，并且可选地在各个单元之间将添加剂添加到排气气体中并与之混合。这通过注射到混合部段中而发生。这种类型的后处理元件通常包括具有催化特性或以某种其他方式化学地改变气体的基体本体和围绕该基体本体的外壳。外壳还可以可选地界定入口区域或出口区域，其主要用于供应和排放气体。
US 2015/0037219 A1描述了包括两个催化转化器的排气气体后处理***，这两个催化转化器通过混合部段连接。第一催化转化器的入口区域和第二催化转化器的入口区域彼此直接相邻。混合部段仅经由第一催化转化器或者还经由第二催化转化器。一个缺点在于，由此，至少一个催化转化器必须是环形的，这减小了流量可以穿过的截面积。为了补偿这一点，必须扩大圆柱形***的必要截面。比外，混合部段在内部的经由在制造上是复杂的，因此是昂贵的。
EP 2 868 882A1公开了排气气体后处理***，该排气气体后处理***同样包括两个催化转化器，其中，混合部段经由催化转化器的外部。催化转化器在水平方向上彼此相邻地布置，使得其入口区域远离分开，从而有足够的空间用于混合部段。尽管这具有更易于生产的优点，但是这种***仍然占用大量空间，这是因为，特别是在入口区域和出口区域的面积中，由于不利的布置而损失了许多空间。另一个缺点在于，催化转化器是热去耦的，由此导致预热时间相对较长。此外，两个催化转化器必须彼此独立地附连。分开的设计还对部件的刚性以及因此对耐久性具有不利的效果。
发明内容
因此，本发明解决的问题在于，提供一种排气气体后处理***，该排气气体后处理***易于制造并且可以被制作得尽可能紧凑。
根据本发明，该问题的解决至少部分地在于，第一入口区域和第二入口区域的至少一部分布置在共用的分配器壳体中。
通过使连接部段经由第一后处理元件的外部，第一入口区域和第二入口区域的至少一部分布置在共用的分配器壳体中，于是可以实现非常稳定的设计。同时，由于不需要在后处理元件的内部设置连接部段，因此这种***易于制造。然而，由于通过将各入口区域彼此相邻地布置而节省了空间，因此从连接部段的外部经由在空间需求方面并无不利。同时，可以在不额外加热连接部段的情况下发生从第一入口区域到第二入口区域的直接热传递。这加快了排气气体后处理***的预热过程。
优选地，后处理元件布置成使得相邻的入口区域位于各后处理元件之间，并且第一出口区域布置在远离第二后处理元件的位置处，且第二出口区域布置在远离第一后处理元件的位置处。在这种实施例中，连接部段理想地沿着第一后处理元件、例如平行于第一后处理元件地经由壳体的外部，从而导致易于制造的特别细(长)的结构。
在本发明的语境下，分配器壳体应被理解为特别地表示壳体，第一进气区域和第二进气区域通过该壳体或在该壳体中分别从具有较小截面的区域分布到具有较大截面的区域。特别优选地，分配器壳体特别地例如以材料结合的方式直接连接到第一后处理元件和/或第二后处理元件。可能是有利的是，分配器壳体与第一后处理元件和第二后处理元件形成和/或生产为单件。在任何情形中，有利的是，分配器壳体直接邻接第一后处理元件和/或第二后处理元件。特别地，在分配器壳体中不提供将一股流分成两股或更多股流。有利的是，分配器壳体被设置和设计成专门用于改变一区域的截面和/或使流量转向。
有利的是，第一入口区域和第二入口区域被至少一个分隔件分离。因此，这些区域可以分离，同时彼此直接相邻布置并且热耦合。此外，还可以设置成，具有分隔件的分配器壳体被设计成使得可以经由相应的入口区域同时流过第一后处理元件和第二后处理元件。
在一个优选实施例中，分配器壳体具有壳体外壳，分隔件***该壳体外壳中。这样做的优点在于，找到了一种节省空间的结构，该结构更坚固且尽可能稳定，通过合适地选择壳体外壳和分隔结构，该结构还可以在各入口区域之间实现特别良好的热传递。此外，可以自由选择分隔件的形状和布置，由此可以影响气体的流动性能。这样的实施例非常易于制造，因为首先生产壳体外壳，然后可以安装分隔件。壳体外壳优选地直接连接至后处理元件。
通过将至少第一后处理元件的第一外壳、第二后处理元件的第二外壳和分配器壳体基本上形成为单件，这样做的优点在于更简单的设计。例如，一旦已经制造了单件式部件，就可以将基体本体***其中，并且随后可以优选地与第一出口区域一起，特别优选地通过焊接来附联连接部段。然而，同样可取的是，将排气气体后处理***的更多部分形成为单件。然而，出于更易于生产的原因，可能同样有利的是，将排气气体后处理***的大部分形成为单件并且随后安装任何可选地设置的分隔件。在本发明的语境中，单件式设计也要被理解为表示三个壳体的材料结合的连接。
优选地，分配器壳体具有壳体外壳，该壳体外壳具有大致圆柱形的形状。可以特别优选地设置成，第一进气开口和第二进气开口布置在壳体外壳上。非常特别优选地，各进气开口彼此相对布置。
在一个优选的节省空间的实施例变型中，分配器壳体具有第一进气开口和第二进气开口，其中，两者中的至少一个径向地布置在壳体外壳上。可以设置成，径向布置的第一进气开口或第二进气开口相对于另一个进气开口偏置地布置。由此，分配器壳体还可具有第一进气开口和第二进气开口，其中，两个进气开口中的至少一个切向地布置在壳体外壳上。
优选地，第一进气开口和第二进气开口基本上沿直径方向布置在壳体外壳上。这有助于壳体外壳的制造以及随后与壳体外壳相邻的部件的焊接或其他附连，这些部件比如是连接部段或是将排气气体供应至排气气体后处理***的排气气体进气管。
如果设置至少一个分隔件，且该分隔件布置在第一入口区域与第二入口区域之间，则排气气体流以及排气气体后处理***的其他特性、比如各入口区域之间的热传递能力可能受其形状和精确布置的影响。原则上可以有各种实施例；分隔件的一个有利的实施例具有至少一个贯通开口。因此，第一入口区域和第二入口区域是流动连接的，这使得能够在两个入口区域之间进行气体交换。这可能是有利的，因为由此可以发生短路流动，进而由此可以缩短第二后处理元件的预热阶段。贯通开口的形状和数量可以不同地选择。
如果贯通开口可以通过襟片关闭，则可以根据需要阻止或实现第一入口区域和第二入口区域的流动连接，并且可以调整贯通开口的尺寸。特别地，如果可以从外部调整襟片的位置，则即使在运行期间，也可以基于当前主导的条件来改变襟片的位置。
有利的是，设置至少两个分隔件，这些分隔件在第一捕获区域与第二入口区域之间界定至少一个补偿空间。这可能具有各种优点。一方面，这对于优化分隔件的面向入口区域的表面的形状可能是有利的。由于使分隔件变薄可能是有利的，但是仅通过一个分隔件不能实现第一入口区域和第二入口区域的期望形状或尺寸，因此可以通过安装两个分隔件来实现两个期望形状。另一方面，设置多个分隔件也可以用于调整第一捕获区域与第二入口区域之间的热传递特性。可能同样有利的是，在至少一个分隔件中设置贯通开口，以允许补偿空间的至少部分的通风或各补偿空间之间的连接。
一种特别简单且有效的实施例设有至少一个分隔件，该分隔件至少部分地具有大致平面的轮廓。可以在边缘区域中设置折叠区域，用于将分隔件附连至壳体外壳，但是这些折叠区域对流动特性几乎没有影响，因此是无关的。平面轮廓在其中延伸的平面可以不同地选择。
在一个优选实施例变型中，至少一个分隔件在至少一个流动方向上、特别是在至少一个主要流动方向上具有弯曲的(弧形的)轮廓，所述主要流动方向受到第一入口区域和第二入口区域的布置的显著影响。在此，弯曲的轮廓要被理解为表示分隔件的基本波浪形的形状。特别地，因此可以改善在后处理元件的截面上的排气气体分布。例如，合适的弯曲形状可能有助于确保即使对后处理元件的否则例如由于其远离进气开口而供应不足的部分也实现充足的排气气体供应。然而，取决于弯曲形状的设计，也可由此具体地防止或减少流动分离和涡流。
通过至少一个分隔件具有至少一个弯折的边缘，也可以实现类似的效果。这些内容具有以下优点：易于制造，因此能够更经济地实施。
一个特别有利的、节省空间且细(长)的实施例设置成，第一后处理元件和第二后处理元件一个在另一个后面同轴地布置。
如果连接部段至少部分地构造为混合部段，则气体可以被强烈地混合并且因此在第一后处理元件和第二后处理元件之间被均质化。特别地，通过混合部段具有优选用于注射尿素的注射装置，气体可附加地与其他物质、比如尿素混合，以便引起期望的化学反应、比如氮氧化物和氨的还原。替代地，也可以将注射装置布置在第二出口区域中，优选地紧邻混合部段之前。
附图说明
下面将基于非限制性附图中所示的实施例变型更详细地阐述本发明，附图中：
图1以斜视图示出了带有内燃机的根据本发明的排气气体后处理***的第一实施例；
图2以纵剖视图示出了根据本发明的排气气体后处理***的第二实施例；
图3以纵剖视图示出了根据本发明的排气气体后处理***的第三实施例的细节；
图4以纵剖视图示出了根据本发明的排气气体后处理***的第四实施例的细节；
图5以纵剖视图示出了根据本发明的排气气体后处理***的第五实施例的细节；
图6以纵剖视图示出了根据本发明的排气气体后处理***的第六实施例的细节。
具体实施方式
图1示出了连接到内燃机2的排气气体后处理***1。排气气体后处理***1包括第一后处理元件4和第二后处理元件5，其中，在所示的示例中，这些后处理元件一个布置在另一个上方并且在竖直方向上与车辆的预期运行位置相关。此外，它们沿纵轴线1a同轴地布置。在第一后处理元件4与第二后处理元件5之间布置有第一入口区域6和第二入口区域7，其中，第二入口区域7布置在分配器壳体3中。第一入口区域6具有第一进气开口8，该第一进气开口8通过涡轮增压器20与内燃机2连接。通过该连接，第一入口区域6被供应排气气体。在运行中，排气气体通过第一入口区域6流入第一后处理元件4中，并经过第一出口区域9进入连接部段10中。所述连接部段10构造为混合部段。在那里，可以任选地注入气体或液体，并且可以与排气气体混合。排气气体可通过第二进气开口12流入第二入口区域7中，并继续向前流动通过第二后处理元件5。最后，排气气体继续经过第二出口区域11离开排气气体后处理***1，并且可选地流向用于处理排气气体的附加装置、排气管或车辆的其他元件。分配器壳体3的壳体外壳24、第一进气开口8、第二进气开口12、第一后处理元件4的第一外壳13和第二后处理元件5的第二外壳14形成为单件并且是共用的壳体的一部分。这是有利的，因为由此可以沿着排气气体后处理***1的纵向范围实现非常高程度的刚度。此外，第一后处理元件4和第二后处理元件5因此可以容易地***单件式部件中。此后，第二出口区域11和第一出口区域9与连接部段10一起可以通过焊接被附连。由此，以非常简单的方式生产了尽可能紧凑且同时稳定的实施例。分配器壳体3的壳体外壳24具有大致圆柱形的形状。
图2以剖视图示出了另一实施例。各个元件的布置是相似的，但是第一后处理元件4的第一外壳13和第二后处理元件5的第二外壳14与分配器壳体3并非形成为单件。各部分单独焊接在一起，因此，可更容易在组装之前将分隔件13***壳体外壳24中。相对于排气气体后处理***的纵轴线1a以例如在约15°至75°之间、特别是30°的角度α倾斜的分隔件15将分配器壳体3的内部分成具有基本相等尺寸的两部分，即第一入口区域6和第二入口区域7。除了用于附连到壳体外壳24的折叠边缘和流动障碍物16之外，分隔件沿着倾斜轴线基本上是平面的。所述流动障碍物16居中地布置并且指向第一入口区域6，使得流过第一进气开口8进入第一入口区域6中的气体流通过流动障碍物16形成涡旋。由此，靠近连接部段10的第一后处理元件4的区域(面积)被更好地供应排气气体，并且使得更好的压力分布成为可能。
图3示出了第三实施例的细节、即第一入口区域6和第二入口区域7的区域(面积)。分隔件15具有居中布置的贯通开口22，且带有可枢转地安装的襟片17，该襟片17在第一入口区域6与第二入口区域7之间建立连接。所述襟片17可引起不同的开口角度或可被关闭。由此，可以例如根据特定的运行参数、比如温度或特定的运行阶段来调整通过进气开口8流入的气体与直接流入第二入口区域7中的气体的比例。替代地，可能同样有利的是，设置无法被襟片封闭的开口。
图4示出了第四实施例的细节，其中，分隔件15具有与分隔件15形成为单件的突出部18。突出部18在侧面具有侧壁23，因此没有在第一入口区域6与第二入口区域7之间建立直接连接的开口。在该有利的实施例中，流入第一后处理元件6的排气气体通过突出部18形成涡旋、混合并减慢，由此，即使对于第一后处理元件6的否则气体供应不足的面积(区域)也实现了通过其中的良好流动。同时，分隔件15在面向第二入口区域7的一侧上所形成的凹陷可以实现类似的效果。
图5示出了第五实施例的细节，其中，设有两个分隔件15a、15b。两者具有相同的弯曲形状并在它们之间界定补偿空间19。由此，两个分隔件15a、15b都可以做得薄，由此，尽管形状复杂，也可以容易地制造和加工它们。一方面，补偿空间19改变了第一入口区域6与第二入口区域7之间的热传递。另一方面，通过选择补偿空间19的尺寸，第一入口区域6和第二入口区域7的尺寸也可以减小。
图6以剖视图示出了第六实施例变型的细节，其中，分隔件15具有两个弯折边缘21。在所示的实施例中，每个弯折边缘21从与分隔件15的边缘的一个接触点沿轴线延伸到另一个接触点。这在靠近第一进气开口8的第一入口区域6中产生相对较大的第一主要空间6a和相对较小的第一辅助空间6b，在靠近第二进气开口12的第二入口区域7中产生相对较大的第二主要空间7a和相对较小的第二辅助空间7b。这同样导致第一后处理元件6和第二后处理元件7的截面上的涡旋和压力分布变化，但同时，该实施例非常易于生产，这是有利的。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的排气气体后处理***(1)，至少包括第一后处理元件(4)和第二后处理元件(5)，其中，所述第一后处理元件(4)具有第一入口区域(6)和第一出口区域(9)，所述第二后处理元件(5)具有第二入口区域(7)和第二出口区域(11)，并且所述第一出口区域(9)通过至少一个连接部段(10)连接到所述第二入口区域(7)，并且所述连接部段(10)在所述第一后处理元件(4)的外部延伸，其特征在于，所述第一入口区域(6)和所述第二入口区域(7)的至少一部分布置在共用的分配器壳体(3)中，
其中，所述第一入口区域(6)和所述第二入口区域(7)被至少一个分隔件(15、15a、15b)分离，
其中，所述分隔件具有至少一个贯通开口(22)，并且
其中，所述贯通开口(22)能通过襟片(17)关闭。
2.根据权利要求1所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述分配器壳体(3)具有壳体外壳(24)，所述分隔件(15、15a、15b)***所述壳体外壳中。
3.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，至少所述第一后处理元件(4)的第一外壳(13)、所述第二后处理元件(5)的第二外壳(14)和所述分配器壳体(3)形成为单件。
4.根据权利要求2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述分配器壳体(3)具有第一进气开口(8)和第二进气开口(12)，并且两者中的至少一者径向布置在所述壳体外壳(24)上。
5.根据权利要求4所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述第一进气开口(8)和所述第二进气开口(12)基本上沿直径方向布置在所述壳体外壳(24)上。
6.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，设有至少两个分隔件(15a、15b)，所述分隔件在所述第一入口区域(6)与所述第二入口区域(7)之间界定了至少一个补偿空间(19)。
7.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述至少一个分隔件(15、15a、15b)至少部分地具有基本平面的轮廓。
8.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述至少一个分隔件(15、15a、15b)至少在流动方向上具有弯曲的轮廓。
9.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述至少一个分隔件(15、15a、15b)具有至少一个弯折边缘(21)。
10.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述第一后处理元件(4)和所述第二后处理元件(5)一个在另一个后面同轴地布置。
11.根据权利要求1或2所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述连接部段(10)至少部分地构造为混合部段。
12.根据权利要求11所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述混合部段具有注射装置。
13.根据权利要求12所述的排气气体后处理***(1)，其特征在于，所述注射装置用于注射尿素。
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