CN111742123B - 用于配量液态的废气后处理剂的废气后处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将液态的废气后处理剂配量到内燃机的废气流中的废气后处理装置(7)，该废气后处理装置具有：混合腔(22)，在所述混合腔中将废气后处理剂与废气流混合，其中，所述混合腔(22)具有圆柱形的混合管(8)，所述混合管具有漏斗形的、朝一个自由端部扩大周边的端部区段(9)；朝所述混合管(8)的方向至少区段地锥形敞开的漏斗元件(17)，所述漏斗元件在其外壁(19)中具有多个通流开口(18)，其中，在所述漏斗元件(17)的背离所述混合管(8)的端部上布置有用于所述废气后处理剂的喷射阀(21)，以便将所述废气后处理剂喷射到所述漏斗元件(17)中。设置，所述漏斗元件(17)与所述端部区段同轴至少基本上处于所述端部区段(9)内，并且所述通流开口(18)的至少一些分别配属有从所述外壁(19)凸出的引流元件(20)，用于在所述混合管(8)中产生涡流。

Description

用于配量液态的废气后处理剂的废气后处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于将液态的废气后处理剂配量到内燃机的废气流中的废气后处理装置，该废气后处理装置具有：混合腔，在所述混合腔中将废气后处理剂与废气流混合，其中，该混合腔具有圆柱形的混合管，该混合管具有漏斗形的、朝一个自由端部扩大周边的端部区段；朝混合管的方向至少区段地锥形敞开的漏斗元件，该漏斗元件在其外壁中具有多个通流开口；和喷射阀，所述喷射阀布置在漏斗元件的背离混合管的端部上，以便将废气后处理剂喷射到漏斗元件中。
本发明还涉及一种具有前面所提及的废气后处理装置的废气后处理***。
背景技术
由现有技术已知开头所提及类型的废气后处理装置。为了满足在机动车的内燃机废气中的有害物质允许排放量方面越来越严格的法规，已知使用这样的废气后处理装置：该废气后处理装置通过使用附加的废气后处理剂来确保有害物质的减少。因此，例如已知，通过所谓的SCR(SCR＝Selektive Katalytische Reduktion，选择性催化还原)方法将废气首先与废气后处理剂混合，并且然后将其供应给SCR催化器，在该SCR催化器中，废气与废气后处理剂一起反应，并且减少有害物质排放。尿素水溶液适合作为废气后处理剂，所述尿素水溶液借助合适的配量***、尤其是喷射阀被喷射到废气或废气管中。由在内燃机运行期间供应给废气的尿素水溶液，借助热分解和水解获得还原剂氨。在预处理废气中的尿素溶液时存在以下困难：除了所期望的释放氨的热分解化学反应之外，也可能产生结晶副产物。
由公开文本WO 2015/197145 A1例如已知开头所提及类型的废气后处理装置。为了改善废气后处理剂和废气的混合，将废气沿径向引入到混合腔中，使得在将废气和废气后处理剂相互混合之前产生涡旋。由此，改善混合预处理。在此，通过漏斗形的元件确保，所喷射的废气后处理剂在其与废气流混合之前可以首先在预先确定的长度上基本上不受废气流干扰地扩宽。在此，废气可以与废气后处理剂无关地流入到混合管中。
发明内容
具有权利要求1特征的根据本发明的废气后处理装置具有以下优点：尽管安装空间体积小，但实现了废气和废气后处理剂的优化混合，并且避免了运行中的结晶副产物。根据本发明，这通过以下方式实现：漏斗元件与该端部区段同轴地至少基本上处于端部区段内，并且通流开口中的至少一些分别配属有从外壁尤其向外凸出的引流元件，用于在混合管中产生涡流。在此，漏斗元件基本上无约束地位于混合腔中，然而在也伸入到混合腔中的混合管的漏斗形扩宽的端部区段中终止。通过漏斗元件至少基本上位于端部区段内，确保漏斗元件被加载流入到混合管中的废气。在此，废气至少部分地通过通流开口流过漏斗元件的外壁，以便在漏斗元件内已经与废气后处理剂混合。在此，配属给各个通流开口的引流元件确保，使流入的或流过壁的废气转向到涡流运动中，该涡流运动附加地改善废气后处理剂与废气的混合。通过由漏斗元件实现涡流，涡流与废气如何供应给废气后处理装置无关地产生。因此，混合腔在此完全地位于混合管中。由此，所述废气后处理装置能比至今的可行方式明显更节约空间地构型并且同时避免先前所提及的缺点。
根据本发明的一种优选的扩展方案设置，在靠近喷射阀的区域中的通流开口是没有引流元件的。这意味着，在靠近喷射阀的区域中的通流开口是简单的开口，这些简单的开口对废气和/或废气后处理剂不施加涡旋作用。更确切地说，简单的贯通开口允许废气可以在没有严重的回流区的情况下流入到漏斗元件中。
优选，除了在靠近喷射阀的区域中的通流开口之外的所有通流开口分别配属有引流元件。因此，在远离喷射阀的区域中存在引流元件，以便通过流过漏斗元件的外壁的废气产生涡流。此外，通过晚产生涡旋实现，废气后处理剂喷雾在其与废气混合之前可以首先或多或少不受干扰地扩宽和雾化，由此实现优化的混合。通过所有远离喷射阀的通流开口都设置有引流元件，确保具有高效率的涡旋产生。
根据本发明的一种优选的扩展方案，漏斗元件布置在杯形的流动元件上，其中，该流动元件位于废气供应通道中，混合管的自由端部通入该废气供应通道中。因此，漏斗元件被单独的流动元件保持，其中，该流动元件位于废气供应通道中，并且尤其固定在该废气供应通道上。通过杯形的元件使来自供应通道的气流向混合管的方向转向。通过杯形的构造，以简单的方式确保喷射阀特别靠近漏斗元件的尖端地布置。杯形的流动元件的和混合管的中轴线尤其相互对齐，以便实现有利的流动效果。
此外，优选设置，流动元件具有朝混合管的方向变细的且封闭地构造的锥形壁。通过杯形的流动元件的锥形构造，优化从废气供应通道到混合管中的废气导向，其方式是，尤其避免在从供应通道过渡到混合管中时的湍流。此外，通过流动元件限定通向混合管或者说该混合管的流入开口的环形间隙，通过该环形间隙来压缩和/或加速流入到混合管中的废气，由此进一步改善与废气后处理剂的混合。
根据本发明的一种优选的实施方式，流动元件区域地伸入到混合管的端部区段中。由此，确保构成环形间隙并且将废气流限定地导向到混合管中。此外，在此产生废气后处理装置的紧凑的实施方式。
此外，喷射阀优选地这样固定或布置在流动元件和/或漏斗元件上，使得锥形喷射出的废气后处理剂的中轴线和通过引流元件产生的涡旋轴线至少基本上相互对齐。由此，废气后处理剂特别靠近涡流眼地喷射到废气中，由此得到有利的混合。
此外优选地设置，引流元件这样地构造或定向，使得所喷射的废气后处理剂的至少一部分冲击到混合管的内壁上。由此实现，废气后处理剂均匀地分布在混合管壁的内侧上并且在内燃机的进一步运行中至少绝大部分从那里蒸发。由于涡流，到壁中的热能输入提高，该热能输入被用于废气后处理剂的蒸发。涡流防止较大的废气后处理剂量在不与内壁接触的情况下经过混合管。
根据一种优选的扩展方案，漏斗元件在径向上贴靠在混合管上。因此，在漏斗元件的其具有它的最大外周的自由端部处，漏斗元件在径向上贴靠在混合管的内壁上，由此实现，所有废气为了到达混合管中必须流过漏斗元件的通流开口。由此，特别可靠地设定涡流并且确保有利的混合。
根据本发明的一种替代的实施方式，优选设置，在漏斗元件和混合管之间在径向上存在用于废气的、尤其为环形的旁路间隙。因此，在这种情况下，在漏斗元件和混合管或者说该混合管的内壁之间保留径向间距。因此，该间距也保留在漏斗元件的最大外周上。通过旁路间隙，废气可以在不被运送到涡流中的情况下经过漏斗元件到达混合管中。在这里，例如具有以下优点：降低废气后处理装置对废气的背压。旁路通道可以环形地或也片段环形地在漏斗元件的周向上延伸。因此保留以下可能性：漏斗元件通过布置在其外周上的一个或多个隔片或间距保持件沿径向定位在混合管中，这些接片或间距保持件贴靠在混合管的内壁上。
有利地，漏斗元件沿着其整个纵向延伸部漏斗形地敞开。因此，漏斗元件整体上构造为漏斗形，使得该漏斗元件能优化地匹配于喷射阀的废气后处理剂喷雾的形状。
替代地，漏斗元件仅在一个端部区域中构造为漏斗形并且尤其在靠近喷射阀的区域中构造为柱形，其中，优选仅在这个柱形区域中构造通流开口。在这种情况下，通流开口或至少大多数通流开口也优选如前面所说明的那样分别配属有引流元件，以便产生液压流。通过漏斗形的端部区域，一方面实现废气后处理剂喷雾可以扩宽直至漏斗区段的端部，并且另一方面在混合管中也在漏斗元件的下游实现有利的混合。
此外，优选设置，废气供应通道横向于、尤其垂直于混合管的中轴线地延伸。由此，废气例如90°地转向到混合管中。由此确保紧凑的构造，其中，由于废气后处理装置的有利构造，所述转向对流动行为没有不利影响。
废气供应通道尤其引起废气到混合管中的180°或更小的废气转向。由此，可以实现废气后处理装置的特别紧凑的结构方式。
优选，引流元件具有直线的横截面和/或纵截面，或者替代地在横截面和/或纵截面中具有用于实现优选的涡流的曲率。
具有权利要求15的特征的根据本发明的废气后处理***的特征在于，设置根据本发明的废气后处理装置。在此得出已经提及的优点。
由前面的说明以及由权利要求得出进一步的优点和优选的特征以及特征组合。
附图说明
下面，将借助附图详细阐明本发明。附图示出：
图1废气后处理***的简化的纵截面图；
图2废气后处理***的废气后处理装置的放大的截面图；
图3A和3B废气后处理装置的有利的漏斗元件的第一实施例；
图4A和4B漏斗元件的第二实施例；
图5A和5B有利的漏斗元件的第三实施例；
图6A和6B漏斗元件的第四实施例的对应的侧视图和俯视图。
具体实施方式
图1以简化的截面图示出用于机动车的内燃机的废气后处理***1。废气后处理***1具有废气管2和废气入口3，该废气管衔接至内燃机。在废气管2中例如布置有第一催化器4和在催化器4下游的颗粒过滤器5，所述第一催化器和颗粒过滤器以已知的方式处理流入到废气管2中的废气。废气管2过渡到用于废气后处理装置7的废气供应通道6中，该废气后处理装置在下面更详细地说明。
为此，图2示出废气后处理装置7的放大的截面图。该废气后处理装置具有通入废气供应通道6中的混合管8。混合管的面向废气供应通道6的端部区段9朝废气供应通道6的方向锥形地扩宽。在此，端部区段9在废气供应通道6的第一侧壁10处终止。在废气供应通道6的与侧壁10对置地布置的侧壁11上固定有杯形的流动元件12，该流动元件朝混合管8的方向伸入到废气供应通道6中，使得该混合管当前从侧壁11直至侧壁10完全地穿过废气供应通道6。在侧壁10处，流动元件12在此伸入到侧壁10中的端部区段9的流入开口中。
在此，流动元件12具有面向混合管8的端部区段13，该端部区段朝混合管8的方向变细。在此，沿流动元件12的纵向延伸或者说沿轴向延伸看，端部区段13延伸超过流动元件12的整个纵向延伸的一半。流动元件12的在纵截面中看具有锥形的外壁14构造为封闭的并且该外壁在面向混合管8的底部区段15终止，该底部区段基本上平行于废气供应通道6的侧壁10和11地延伸。在底部区段15中居中地构造开口16。该开口16配属有漏斗元件17。根据本实施例，漏斗元件17整体上漏斗形地这样构造，使得该漏斗元件从流动元件12出发朝混合管8的方向扩宽，其中，漏斗元件17和混合管8的中轴线至少在端部区段9中相互对齐。在此，漏斗元件17或者说其外壁19从流动元件12穿过整个锥形的端部区段9伸入到混合管8中。因此，漏斗元件17整体上位于端部区段9中。在此，该漏斗元件在其自由端部处的最大外周基本上或近似地相当于混合管8的内周。
漏斗元件17具有多个通流开口18，这些通流开口构造为均匀地分布在漏斗元件17的外壁19中。为了清楚起见，当前仅通流开口18中的一些设有附图标记。
根据本实施例，每个通流开口配属有引流元件20，所述引流元件区段地在对应的通流开口上沿径向延伸，使得引流元件20为流过流动开口18的废气预给定一个流动方向，该流动方向位于漏斗元件17的周向方向上或至少基本上位于该漏斗元件的周向方向上，使得通过漏斗元件17对沿轴向流入到混合管8中的废气产生涡流。因为漏斗元件17几乎延伸到混合管8的内壁处，所以废气被迫通过通流开口18和漏斗元件17。通过引流元件20确保，进入到混合管8中的废气以涡流方式被导向通过混合管8。为此，引流元件20全部朝相同的方向定向。
在流动元件12中还布置有喷射阀21，该喷射阀通过在这里未示出的输送装置与提供液态的废气后处理剂的箱连接。通过操纵喷射阀21将液态的废气后处理剂与侵入到混合管8中的废气流混合。因此，混合管8是混合腔22。在此，喷射阀21这样在中心地布置在流动元件12处，使得喷射阀21的喷射锥的中轴线与漏斗元件17的中轴线对齐(图2中的点划线)。优选地，漏斗元件17这样构造，使得沿轴向面向混合管的漏斗开口比喷射阀21的喷射锥大，使得防止漏斗元件17被废气后处理剂湿润。
在正常运行中，废气朝废气后处理装置7的方向流过废气供应通道6，并且通过有利的流动件12被引导到混合管8的端部区段9中。因为流动件12区域地伸入到混合管8中，所以产生环形间隙，废气流流过该环形间隙，由此该废气流被压缩和加速。在穿过漏斗元件17的通流开口18时，废气流被迫进入到涡旋运动中并且与所喷射的废气后处理剂混合。
在此，流动件12可以对称地或不对称地构造，以便确保优化的废气流。优选，流动件12的外置的内部区域这样构造，使得包含必要的绝热元件在内的喷射阀21位于凹陷中。尤其，流动件12由板材成型。
通过有利的流动元件12，将废气特别均匀地供应给漏斗元件17。可选地，可以补充安装在漏斗元件17上游的、进行流动均匀作用的几何形状，以便确保尽可能均等地供应废气至漏斗元件17。
漏斗元件17符合目的地固定在流动件12上并且可选地在侧面或沿径向支撑在混合管8上。为此，在漏斗元件17上可以在端侧存在沿径向的间距元件或间距保持件，这些间距元件或间距保持件贴靠在混合管8内侧。通过有利的涡流实现，所引入的废气后处理剂均匀地分布到混合管8的内壁上并且绝大部分从那里蒸发。通过涡流，到混合管8中的热能输入提高，所述热能输入可以进一步用于废气后处理剂的蒸发。根据漏斗元件17的实施方式，该混合管也可以如此构型，使得废气的一部分在漏斗元件17和混合管8之间的过渡处或者说在径向上在它们之间被导向经过作为旁路通道23的环形间隙。
在图2的实施例中，这种旁路通道23也在径向上构造在漏斗元件17的自由端部和混合管8之间。由此，例如减小作用到废气***上的背压。
虽然在本实施例中废气通过废气***1转向180°，但也能够想到例如具有仅90°或更小的转向的其他废气供应装置。
图3A和3B以侧视图(图3A)并且以俯视图(图3B)示出根据图2的第一实施例的漏斗元件17。在此能看出，引流元件20具有拱形的轮廓，以便产生优化的涡流。在此，引流元件20的开口总是朝相同的方向定向，以便确保明确的涡流。
图4A和图4B以侧视图和以俯视图示出漏斗元件17的第二实施例，其中，根据该实施例的漏斗元件17与先前的实施例的区别在于，在靠近喷射阀的端部区域中、即在具有较小直径的端部处，多个通流开口18构造为无引流元件。由此，喷射阀21的喷雾到混合管8中的渗透首先不受废气影响地进行，至少不会产生涡旋。仅在喷雾已经在漏斗元件17中足够宽地扇形展开之后，才通过漏斗元件17的接下来的、远离喷射阀的区段通过引流元件20产生涡流并且引起废气后处理剂与废气混合。此外，通过有利的构造实现，在靠近配量的区域中不产生严重的回流区，该回流区可能在结晶副产物方面起到有利于沉积的作用。
图5A和5B示出漏斗元件17的第三实施例，该漏斗元件与图4A和4B的实施例的区别在于，引流元件20不构造为拱形的，而是在横截面和纵截面中分别具有直线轮廓，即构造为板状。由此，能特别低成本地实现漏斗元件17。在图3A和3B的实施例中，引流元件20也可以构造为板状。在此，引流元件20优选构造为外壁19的向外弯曲的空气引导部。
漏斗元件17的在图6A和6B中以侧视图和俯视图示出的第四实施例与先前的实施例的区别在于，漏斗元件17的漏斗形区段在轴向上特别短。在其他部位，漏斗元件17构造为圆柱形的。在此，在圆柱形的区段中，通流开口18布置/构造为具有引流元件20。由此，也实现废气和废气后处理剂的有利混合并且避免晶体形成。

Claims (16)

1.一种用于将液态的废气后处理剂配量到内燃机的废气流中的废气后处理装置(7)，所述废气后处理装置具有：混合腔(22)，在所述混合腔中将废气后处理剂与废气流混合，其中，所述混合腔(22)具有圆柱形的混合管(8)，所述混合管具有漏斗形的、朝一个自由端部扩大周边的端部区段(9)；朝所述混合管(8)的方向至少区段地锥形敞开的漏斗元件(17)，所述漏斗元件在其外壁(19)中具有多个通流开口(18)，其中，在所述漏斗元件(17)的背离所述混合管(8)的端部上布置有用于废气后处理剂的喷射阀(21)，以便将废气后处理剂喷射到所述漏斗元件(17)中，其中，所述漏斗元件(17)与所述端部区段同轴地至少基本上处于所述端部区段(9)内，并且所述通流开口(18)中的至少一些分别配属有从所述外壁(19)凸出的引流元件(20)，用于在所述混合管(8)中产生涡流，其特征在于，在靠近喷射阀的区域中的所述通流开口(18)是没有引流元件的。
2.根据权利要求1所述的废气后处理装置，其特征在于，除了在靠近喷射阀的区域中的通流开口(18)之外的所有通流开口(18)或者所有通流开口(18)分别配属有引流元件(20)。
3.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，所述漏斗元件(17)布置在杯形的流动元件(12)上，所述流动元件位于废气供应通道(6)中，所述混合管(8)的自由端部通入所述废气供应通道中。
4.根据权利要求3所述的废气后处理装置，其特征在于，所述流动元件(12)具有朝所述混合管(8)的方向变细的且封闭地构造的锥形壁(14)。
5.根据权利要求3所述的废气后处理装置，其特征在于，所述流动元件(12)区域地伸入到所述混合管(8)的所述端部区段(9)中。
6.根据权利要求3所述的废气后处理装置，其特征在于，所述喷射阀(21)固定或布置在所述流动元件(12)上和/或在所述漏斗元件(17)上，使得锥形地喷射出的废气后处理剂的中轴线和通过所述引流元件(20)产生的涡旋轴线至少基本上相互对齐。
7.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，所述引流元件(20)构造或定向为，使得所喷射的废气后处理剂的至少一部分冲击到所述混合管(8)的内壁上。
8.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，所述漏斗元件(17)在径向上贴靠在所述混合管(8)上。
9.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，在径向上在所述漏斗元件(17)和所述混合管(8)之间存在用于废气的旁路通道(23)。
10.根据权利要求9所述的废气后处理装置，其特征在于，所述旁路通道(23)构造为环形的。
11.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，所述漏斗元件(17)沿着其整个纵向延伸部漏斗形地敞开。
12.根据权利要求1或2所述的废气后处理装置，其特征在于，所述漏斗元件(17)仅在一个端部区域中漏斗形地敞开，并且所述通流开口(18)仅构造在所述漏斗元件(17)的柱形区域中。
13.根据权利要求3所述的废气后处理装置，其特征在于，所述废气供应通道(6)横向于所述混合管(8)的中轴线地延伸。
14.根据权利要求13所述的废气后处理装置，其特征在于，所述废气供应通道(6)垂直于所述混合管(8)的中轴线地延伸。
15.根据权利要求3所述的废气后处理装置，其特征在于，所述废气供应通道(6)引起到所述混合管(8)中的180°或更小的废气转向。
16.一种废气后处理***(1)，所述废气后处理***用于减少机动车的内燃机的废气中的有害物质排放，所述废气后处理***具有根据权利要求1至15中任一项所述的废气后处理装置(7)。
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