CN101725396A - 一种用于内燃发动机的排气的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃发动机、特别是柴油发动机的排气的排气净化装置，其被布置在排气管路中，并具有作为排气后处理部件的过滤器部件和排气催化净化器部件，所述过滤器部件和排气催化净化器部件均具有输入端和输出端，其中所述排气管路具有至少一根进气管和至少一根排气管。进气管分支成过滤器管路和排气催化净化器管路，使得总排气流的一部分流过过滤器部件，另一部分流过排气催化净化器部件，其中分别从排气后处理部件离开的排气流的一部分通过安装在各自输出端的循环管路又分别被导回到另外一个排气后处理部件的输入端，而分别从排气后处理部件的输出端离开的排气流的各自的另外一部分则被导入排气管路的排气管中。

Description

一种用于内燃发动机的排气的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机特别是柴油发动机的排气的排气净化装置，其安装在排气管路中，具有作为排气后处理部件的过滤器部件和排气催化净化器部件，所述过滤器部件和排气催化净化器部件分别具有输入端和输出端，其中所述排气管路具有至少一根进气管和至少一根排气管。
背景技术
US 2008/0127635 A1公开了一种带有壳体的排气净化装置，其中布置有借助于分配元件产生的多个气体通道。在该壳体中至少安置一个排气催化净化器和一个微粒过滤器。至少一个分配元件按如下方式布置，即，其形成两个上下叠置的气室，这两个气室在排气进气口对面互相连通，从而使得来自一个气室的排气流能够被导向至另外一个气室。这就提供了一种在纵向方向上简化了的排气净化装置，因为两个气室是上下叠置的。排气流顺序流过以串接的方式布置在壳体中的净化元件。
WO 2006/021337 A1涉及带有催化涂层的微粒过滤器，其具有第一和第二端面以及轴向长度。该微粒过滤器在它的第一端面的一小部分长度上先涂上第一催化剂，接着涂上第二催化剂。在第一载体材料上的第一催化剂包含铂和钯，而涂在第二载体材料上的第二催化剂则包含有铂，在必要时还包含钯。因此，该微粒过滤器具有按顺序设置的两层催化剂涂层。这种过滤器具有高的热质量且升温很慢，因此提升了过滤器的入口处的重金属浓度。
WO 2006/021338 A1公开了一种对壁流(wall flow)过滤器进行涂层的方法。该壁流过滤器具有两个端面和多个平行于汽缸轴延伸的流通通道。为形成过滤效果，这些流通通道在第一和第二端面上交互地关闭。排气在通过过滤器的途中必须从流入通道通过流入、流出通道之间的管道壁换入到过滤器的流出通道中。
602 22 826 T2(与WO03/068362的部分内容相当)公开了用于排气后处理的过滤器。该过滤器具有多个轴向延伸的流通通道，这些流通通道至少在第二过滤段是交替关闭的。该圆柱形的过滤器是一个以褶皱的过滤介质制成的过滤筒，该过滤介质沿一条轨道卷成螺旋状。在第一流通段通过的排气没有被过滤。该第一流通段是一个中心内部段，其被包括在设置成环状的第二过滤段中。该中心内部段仅是一个带有开放的流通通道的流通段。该过滤段具有相继设置的催化剂段和微粒过滤段。排气流的一部分流经过滤段，而另一部分则不经过滤地流经内部段。因此，其中一部分排气完全没有被净化。为了对全部的排气流进行净化，将排气管与内部流通段相连接，使得全部排气流流过流通段而不经过滤地流入后面的气室。在该气室中排气流被强迫通过过滤段回流到输入端，并且与WO2006/021338A1中的实施例相类似地，在该气室中顺次布置有催化剂段和过滤段。
为了处理内燃发动机特别是柴油发动机的排气，公知的方案是在内燃发动机内的排气管路中布置排气催化净化器部件和过滤器部件(尤其是微粒过滤器)。其中，排气催化净化器部件可被安装在微粒过滤器的上游或者下游，两个部件可以安装在同一个壳体中。当然，两个部件也可以顺次布置在排气管路中的各自独立的壳体中。
如果微粒过滤器被安装在排气催化净化器部件的上游，煤烟的燃烧(再生)将进行得很快，因为在排气流中还含有足够的氮氧化物。但不足的是，由于(柴油)微粒过滤器的热质量很大，使得排气催化净化器部件中的温度上升得很慢，从而将导致排气催化净化器的氮氧化物的转换减少。另一方面，当将排气催化净化器或者说排气催化净化器部件安装在(柴油)微粒过滤器的上游时，其可以很快达到运行温度，从而提高氮氧化物的转换。然而，无论是在主动再生还是被动再生的情况下，这又会由于排气中氮氧化物浓度的减少而导致煤烟燃烧的减少。正因为如此，上述两种组合各有优缺点。
发明内容
因此本发明的目的是，对前面提到的排气净化装置用以下简单的手段进行改良，即，在排气管路中组合应用排气催化净化器部件和过滤器部件，使得排气尤其是柴油发动机排气能得到更有效的净化。
根据本发明，上述目的通过本发明的排气净化装置得以解决，进气管被分支成过滤器管路和排气催化净化器管路，使得总排气流的一部分流过过滤器部件，另一部分流过排气催化净化器部件，其中分别从过滤器部件和排气催化净化器部件离开的排气流的一部分通过安装在各自输出端的循环管路又分别被导回到另外一个排气后处理部件的输入端，而分别从过滤器部件和排气催化净化器部件的输出端离开的排气流的各自的另外一部分则被导入排气管路的排气管中。
按照本发明对排气催化净化器或者说排气催化净化器部件和过滤器部件进行优化配置，使得总排气流的一部分(也就是总排气流的第一部分)被强制流经排气催化净化器部件。总排气流的另外一部分(也就是总排气流的第二部分)被同时强制以主气流的方向平行于第一部分气流的方式流经过滤器部件。就此而言，首先要实现排气后处理部件的一个并行线路，在该并行线路中每一个排气后处理部件都将对总排气流的一部分进行处理。
每个排气后处理设备的输出端的各自的循环管路一方面设置为过滤器循环管路，另一方面被设置为排气催化净化器循环管路。所述过滤器循环管路使得从排气催化净化器部件离开的排气回到过滤器部件的输入端。同样地，所述排气催化净化器循环管路使得从过滤器部件离开的排气回到排气催化净化器部件的输入端。
借助于各自循环管路产生两个排气后处理部件的一个交互的串联线路，一方面排气催化净化器部件设置在过滤器部件的上游，以送回从排气催化净化器离开的排气，另一方面过滤器部件设置在排气催化净化器部件上游，以送回从过滤器部件离开的排气。
为了分配总排气流，进气管具有相应的引入部件，优选地该部件在设计方案中被设计成裤型件。这样，总排气流的一部分流向过滤器部件，而另外一部分流向排气催化净化器部件。用以分配气流的部件的每一分支管道(过滤器管道，排气催化净化器管道)最好按下述方式确定，即使得总排气流的每一半通过各自的分支管路被输送到各自的排气后处理部件输入端。因此更有利的方式是对每个排气后处理部件进行相同的设置，特别是在尺寸上。适宜的设置方式如下，即汇集到各排气后处理部件输入端的各个分支管道连接端分别占各排气后处理部件输入端的一半。使分配气流的部件的各分支管路在出入口上存在差异，从而使得总排气流中流向某个排气后处理部件的部分多于流向另一个排气后处理部件的部分，也是可行的。进一步可以想到，在支路分配区域内设置一个控制元件，使得在各自分支管路的出入口一样的情况下也能够将被分配的总排气分成不同的流量份额。当然，对每个排气后处理部件的尺寸作不同的设置也是可行的。
各个排气后处理部件在输出端分别具有与排气管和各自的循环导管相连接的部件。其中，排气催化净化器部件的连接部件优选地被制造为T型件，过滤器部件的连接部件通入该T型件中。当然，为了提供合理的流动路径，连接部件也可以以另外方式设置。各循环管路与设置在各排气后处理部件输出端的连接端按如下方式设置，即，使进入各排气后处理部件的部分排气流(来自内燃发动机)分别流入各自的循环管路。在本发明的意义上有利的是，至少各循环管路各自的连接端被设置成与排气催化净化器管道和过滤器管道的接口尺寸相吻合。
在特别有利的实施例中是这样设置的，即，过滤器管路连接在过滤器部件的输入端，其从轴向方向上看恰与排气催化净化器循环管路对置。类似地，排气催化净化器管路连接在排气催化净化器部件的输入端，其从轴向方向看恰与过滤器循环管路对置。所述过滤器循环管路连接在过滤器部件上，其输入端从轴向方向看恰与连接到排气管的连接部件对置。类似地，所述排气催化净化器循环管路连接在排气催化净化器部件上，其输入端从轴向方向上看恰与连接到排气管的连接部件对置。就此而言，在各排气后处理部件上的连接是有利的交错设置，并且被设置成相吻合的尺寸。这就意味着，流入的各部分排气流(来自内燃发动机)首先流经各自的排气后处理部件。接着，各部分排气流进入各自的循环管路，流过另外一个并行的排气后处理部件，然后经过各自的连接部件进入排气管，在排气管中之前分开的部分排气流又混合在一起。这样就确保了全部的排气流总能得到净化。
例如，为了使进入各个过滤器部件的排气的氮氧化物含量增多，而在输入端给过滤器部件输送额外的碳氢化合物(如燃料)，这在本发明的意义上是适宜的。优选在过滤器循环管路范围内采用这样的设置，当然，也可以在过滤器管路范围内采用这样的设置。当然还可以想到，在排气催化净化器部件输入端输入氮氧化物(比如氨气)。也可以优选在排气催化净化器循环管路范围内采用这样的设置，当然，也可以在排气催化净化器管路范围内采用这样的设置。
各循环管路的各自的排气后处理部件的输出端连通到另外一个排气后处理部件输入端的途径与空间构造的实际情况是相适合的，当然期望更短的流动路径。因为从各排气后处理部件离开并且回流的部分排气流还是具有一定的温度的，所以可对循环管路进行设置，使得在循环管路和各自的排气后处理部件之间可进行热交换。例如，循环管路可以分别设置在各自的排气后处理部件的壳体上，使得排气后处理部件可通过热传递较快地达到其运行温度。
更为优选的方式是，排气催化净化器部件为选择性催化还原(SCR)排气催化净化器，而过滤器部件为(柴油)微粒过滤器，因此本发明特别适合柴油发动机的情况。
本发明的其他有利的实施方式公开在各从属权利要求以及下面的附图描述中。
附图说明
图1是排气净化装置的原理图。
具体实施方式
图1展示了用于内燃发动机特别是柴油发动机的排气的排气净化装置1，其设置在排气管路2中。排气管路2包括进气管3和排气管4。排气净化装置1具有两个示范性的排气后处理部件6和7，它们中的一个设置为排气催化净化器部件6，另一个设置为过滤器部件7。
两个排气后处理部件6和7分别具有一个输入端8和一个与其相反的输出端9。
进气管3把来自内燃发动机的排气(箭头13)输送到排气净化装置1。进气管3具有一个用来分配总排气流13的部件14，其示范性地配置有两个同样设置的分支管路16(过滤器管路16)和17(排气催化净化器管路17)，从而可将总排气流(箭头13)分成两个部分排气流(箭头18和19)。各分支管路16和17分别连接在各排气后处理部件6和7的输入端8上。
分别流入各排气后处理部件6和7的排气(部分排气流18和19)平行于主气流的方向(箭头21)流经各自的排气后处理部件6和7，由此可以说排气后处理部件6和7是并联连接的。
各排气后处理部件6和7在其输出端分别具有用于连接到排气管4的连接部件22和23。所述连接部件22被示范性地制成T型件，其以连接端24连接到排气催化净化器部件6的输出端9上。与此相对地，连接部件22在标记为26的位置上被连接到排气管4上。所述连接部件23被示范性地制成具有延长部的弯管，并且以其第一连接端27连接在过滤器部件7的输出端9上。另外，连接部件23以其第二连接终端28连接到连接部件22的套管29上。当然，具有连接终端28的连接部件23也可以直接连通到连接部件22或排气管4上。
在各排气后处理部件6和7的输出端9处，另外设置有循环管路31和32。循环管路31作为过滤器循环管路31被连接在排气催化净化器部件6的输出端9上，并且被引导至过滤器部件7的输入端8。
循环管路32作为排气催化净化器循环管路32被连接在过滤器部件7的输出端9上，并且被引导至排气催化净化器部件6的输入端8。
过滤器循环管路31被设置在排气催化净化器部件7的旁边，从轴向方向上看，其恰与排气催化净化器管路17对置。排气催化净化器循环管路32被设置在过滤器部件6的旁边，从轴向方向上看，其恰与过滤器管路16对置。在图1所示的实施例中，过滤器管路16设置在图像平面中过滤器部件7的下部输入端。而在与其直接相对的位置，即图像平面中过滤器部件7的下部输出端设置有排气催化净化器循环管路32。排气催化净化器管路17设置在图像平面中排气催化净化器部件6的上部，与其直接相对地，过滤器循环管路31设置在图像平面中排气催化净化器6的上部。如图所示，排气催化净化器循环管路32与图像平面中排气催化净化器6的下部相连接，与此连接处直接相对的输出端则连接有连接部件22。类似地，过滤器循环管路31连接在图像平面中过滤器部件7的上部输入端，而与此连接处直接相对的过滤器部件7的输出端则连接有连接部件23。就此而言，各个插接或者连接是交错设置的。部分排气流18首先流经过滤器部件7，接着进入排气催化净化器循环管路32，然后被送到排气催化净化器部件6的输入端8，并在此进入输入端而流入排气催化净化器部件6中。在一定程度上按顺序流过两个排气后处理部件6和7的部分排气流18在输出端进入连接部件22，然后到达排气管4。另外，类似地，部分排气流19首先流经排气催化净化器部件6，接着进入处于对置位置的过滤器循环管路31，并被运送到过滤器部件7的输入端，并在此进入输入端而流入过滤器部件7中。同样，在一定程度上按顺序流过过滤器部件7和排气催化净化器部件6的部分排气流19在输出端进入连接部件23，然后到达排气管4。
在循环管路31中，上述从排气催化净化器部件6中出来的排气向着过滤器部件7的进气端8的方向(箭头33)流动。因此，就部分排气流19而言，排气催化净化器部件6一定程度上设置在过滤器部件7的上游。在循环管路32中，上述从过滤器部件7中出来的排气向着排气催化净化器部件6的进气端8的方向(箭头34)流动。因此，就部分排气流18而言，过滤器部件7在一定程度上设置在排气催化净化器部件6的上游。
有利的是，可以在进入过滤器部件7的输入端的排气流18和/或33中额外地按箭头36所指的方向混入碳氢化合物(例如燃料)。类似地，有利的是，可以在进入排气催化净化器部件6的输入端的排气流19和/或34中额外地按箭头37所指的方向混入氮化合物(例如液态尿素(氨))。
此项发明将有利地降低一方面因在排气催化净化器部件6上游设置过滤器部件7，另一方面因在过滤器部件7上游设置排气催化净化器部件6而导致的缺陷。就此而言，所述排气净化设备以简单的方式得到了改良，使得排气的净化变得更加有效。因为按本发明，总排气流13中总有一部分顺次流过两个排气后处理部件6和7或者7和6。
在优选的实施方案中，排气催化净化器部件6为选择性催化剂还原(SCR)排气催化净化器，而过滤器部件7则为柴油微粒过滤器。就此而言，本发明优选的实施例适用于对柴油发动机的柴油排气进行净化。
可以想到，在过滤器部件7的输入端还可以连接一个氧化催化器(DOC)38或者一个柴油碳酸二乙酯催化器(DEC)(oder einen DieselExothermkatalysator)39，就如在图1中所示的范例一样。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的排气的排气净化装置，其被布置在排气管路(2)中，并具有作为排气后处理部件(6，7)的过滤器部件(7)和排气催化净化器部件(6)，所述过滤器部件和所述排气催化净化器部件均具有输入端(8)和输出端(9)，其中所述排气管路(2)具有至少一根进气管(3)和至少一根排气管(4)，其特征在于：
将所述进气管(3)分支成过滤器管路(16)和排气催化净化器管路(17)，使得总排气流(13)的一部分(18)流过所述过滤器部件(7)，另一部分(19)流过所述排气催化净化器部件(6)，其中分别从排气后处理部件(6，7)离开的排气流的一部分(33，34)通过布置在各自输出端的循环管路(31，32)又分别被导回到另外一个排气后处理部件(6，7)的输入端(8)，而分别从排气后处理部件(6，7)的输出端离开的排气流的各自的另外一部分则被导入排气管路的排气管(4)中。
2.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于：
所述循环管路(31)被作为过滤器循环管路(31)，其输出端与所述排气催化净化器部件(6)相连接，并将部分排气流(33)导回至所述过滤器部件(7)的进气端(8)。
3.根据权利要求1的排气净化装置，其特征在于：
所述循环管路(32)被作为排气催化净化器循环管路(32)，其输出端与过滤器部件(7)相连接，并将部分排气流(34)导回至所述排气催化净化器部件(6)的进气端(8)。
4.根据权利要求3所述的排气净化装置，其特征在于：
就各自被导回的部分排气流(33，34)而言，每个所述排气后处理部件(6，7)是相互布置在另外一个排气后处理部件(7，6)的上游的。
5.根据权利要求4所述的排气净化装置，其特征在于：
连接在各个排气后处理部件(6，7)的出入口相对于输入端和输出端交错布置，因此，一方面所述过滤器部件(7)相对于部分排气流(18)被布置在所述排气催化净化器部件(6)上游，另一方面所述排气催化净化器部件(6)相对于部分排气流(19)被布置在所述过滤器部件(7)上游。
6.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于：
所述过滤器管路(16)连接在所述过滤器部件(7)的所述进气端(8)上，从轴向方向上看该过滤器管路恰与所述排气催化净化器循环管路(32)对置。
7.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于：
所述排气催化净化器管路(17)连接在所述排气催化净化器部件(6)的所述进气端(8)上，从轴向方向上看该排气催化净化器管路恰与所述过滤器循环管路(31)对置。
8.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于：
所述过滤器循环管路(31)的输入端连接在所述过滤器部件(7)上，从轴向方向上看该过滤器循环管路的输入端恰与通向所述排气管(4)的连接部件(23)对置。
9.根据权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于：
所述排气催化净化器循环管路(32)连接在所述排气催化净化器部件(6)上，从轴向方向上看该循环管路在所述排气催化净化器部件(6)的输入端恰与通向所述排气管(4)的连接部件(22)直接对置。
10.根据前述权利要求之一所述的排气净化装置，其特征在于：
所述进气管(3)具有将总排气流(13)分流成部分排气流(18，19)的部件，所述内燃发动机是柴油发动机。
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