CN101821486B - 用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统(1)，所述发动机尤其是柴油发动机，所述系统具有排气通道，在所述排气通道中作为SCR催化转化装置(9)的、用于选择性催化还原的催化转化装置(9)设置在还原剂定量供给装置(5)下游。根据本发明，沿排气流动方向(2)观察，在所述还原剂定量供给装置(5)和所述SCR催化转化装置(9)之间延伸的排气通道段(8)被构造为优选气隙隔离的排气通道段(8)。

Description

用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统，所述发动机尤其是柴油发动机。
背景技术
通常已知的是，柴油发动机和燃料被直接喷入气缸的燃烧室中的稀燃式汽油发动机由于其过剩氧量较高而容易造成较高的NOx排放。为了降低这种发动机的排气中的NOx含量，已经公开了所谓的选择性催化还原(SCR)(方法)。其中在排气通道中将还原剂喷入排气流中，该还原剂在存在氧气的情况下在还原催化剂上将包含在排气中的氮氧化物转化为无害的氮气和水。作为还原剂，例如添加氨或尿素溶液。
然而使用这种系统的问题在于，选择性催化还原(反应)仅在排气温度非常高的情况下才能有效、可靠地进行。在排气系统温度较低时可能在SCR催化转化器前出现不希望的尿素沉积，这明显减低了选择性催化还原的效率。
为了避免这种缺点，多个文献(DE 102004004738A1、EP 1712756A1、US 2006/0275192A1、WO 2006/014129A1)公开了在排气通道中安装一内管，在该内管中保持一静态混合器或者使该内管充当一种挡板/折流板，该挡板在排气通道中、在内管和外壁之间的间隙中被排气绕流过，其中，将还原剂定量供给到内管区域中。利用这种措施使得输入还原剂的位置处均具有所希望的较高温度。然而这种结构设计的制造工艺和构件工艺都相对复杂，并导致流动损失升高以及在排气系统中出现不希望的排气背压。
此外DE 19856366C1公开了，为了避免在用于选择性催化还原的还原剂用喷射阀的区域中温度过高，该喷射阀被一直接与排气管路连接的双壁阀座所包绕，使得压力空气能吹入在阀座的外壁和内壁之间的气隙，从而冷却该喷射阀。于是，避免了特别是尿素水溶液由于喷射阀温度过高而结晶。此外，结合该现有技术的图2所示的实施方式描述了一种结构，其中，前述喷射阀汇入双壁式排气通道中。这里，复杂地在喷射阀的汇入位置上设置密封和隔离元件，以避免还原剂不能到达在两个管壁之间的空隙中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统，所述发动机尤其是柴油发动机，借助于该系统能以构件工艺简单、制造工艺简单的方式对排气流中的氮氧化物进行功能可靠的、有效的选择性催化还原。
该目的通过权利要求1的特征来实现。
根据权利要求1提出：沿排气流动方向观察，在还原剂定量供给装置到SCR催化转化装置之间或者在还原剂定量供给装置的下游直至SCR催化转化装置的区域中，排气通道段被设计成隔热的、尤其是气隙隔离的排气通道段。这种尤其是气隙隔离的排气通道段使得该气隙隔离的排气通道段的内置的、引导气体的管被非常迅速地加热，从而使该内置管更热，这一点有利于选择性催化还原。同时，在此很好地防止了气隙隔离的排气通道段的内置的、引导气体的管由外侧例如因喷水等造成的冷却。
此外，根据一种特别优选的构造方式，气隙隔离的排气通道段通过一设计成独立构件的连接管/中间管构成，所述连接管能够简单地制造，例如通过双壁式管结构制成，其中，在内侧的、引导气体的内管被一外管包围，外管与内管相距一预定的气隙间距。此外，内管的壁厚优选小于外管的壁厚，由此保证内管被更迅速地加热至希望的温度，同时如此设计具有较高热质的外管，从而能通过外管传递力流。也就是说，例如从优选支承有定量供给装置的单壁排气通道段起、经过外管传递力流。这种结构既可能利用一体形成的双壁式排气通道段实现，也可以利用设计成独立构件的连接管实现。
此外，这种设计成独立连接管的构件例如可以通过在搭接区域中的焊接而非常好地结合在发动机的排气系统中。例如可以在SCR催化转化器的区域中通过气密的凸缘连接来实现与相邻排气通道段的连接。例如通过设计成形状配合的插接结构的搭接连接来实现朝向还原剂定量供给装置的方向的连接，其中两个彼此插接的(管)段环绕地气密焊接在一起。
在一种特别有利的构造方式中，在排气系统中还设有静态混合器，所述静态混合器设置在还原剂定量供给装置的下游，从而得到这样的顺序：还原剂定量供给装置、静态混合器、气隙隔离的排气通道段以及SCR催化转化装置，利用这样的顺序能够以简单的构件工艺实现优化的选择性催化还原。具体而言，尤其是通过在定量供给还原剂后使还原剂被静态混合器——该静态混合器必要时也可以通过其它的、例如可驱动的混合装置以等效的方式形成——极精细地雾化，从而使极精细地分布在排气流中的还原剂到达SCR催化转化器，具体而言是通过气隙隔离的排气通道段到达SCR催化转化器，从而可以功能可靠地保持较高的温度，所述较高的温度是有效、优化的催化还原所需的。
在这种情况下，静态混合器本身可以是设计成独立构件的连接管的组成部分，所述静态混合器尤其是在那里、在端侧被安装在面对还原剂定量供给装置的连接管端部区域中。或者，也可以紧接在还原剂定量供给装置的下游将静态混合器设置在支承定量供给装置的单壁排气通道壁段中。
在此仍要明确指出的是，本发明的主要优点是能实现以下的实施方式，在该实施方式中还原剂定量供给装置必要时也可以与静态混合器一起以简单的构件工艺和制造工艺设置在单壁排气管区域中，在该单壁排气管区域上直接连接气隙隔离的双壁排气通道，在该双壁排气通道上又连接有SCR催化转化器。由此提供一种构件工艺和制造工艺更简单、进而价格更低廉的结构，并且该结构的功能更可靠。尤其是可以利用还原剂定量供给装置、特别是一喷射阀，与双壁式结构的情况相比，在排气通道的单壁区域中以简单得多的方式实现了对喷射阀的通入排气通道的汇入区域的布置和密封。
针对静态混合器是设计成独立构件的连接管的组成部分的情况，静态混合器可以有利地作为模块结合在预装配组件中，这在组装排气系统时降低了安装成本。
在一种特别有利的结构中，与柴油发动机相关地在还原剂定量供给装置的上游设置一柴油颗粒过滤器(Diesel-Partikelfilter)，由此能在柴油颗粒过滤器中以已知的方式过滤出其它的、柴油机特有的有害物质。
附图说明
下面将结合附图对本发明进行进一步阐述。
附图中：
图1示出根据本发明的系统的很简化的示意图，该系统用于对稀燃发动机的排气进行后处理；
图2示意性示出沿着图1的线A-A的剖视图；以及
图3示意性示出单壁排气通道段与双壁连接管的搭接区域。
具体实施方式
图1示意性示出一根据本发明的系统1，该系统用于对在此作为稀燃发动机的、示例性的柴油发动机(未示出)的排气进行后处理。沿排气流动方向2观察，该系统1包括柴油颗粒过滤器3，在该柴油颗粒过滤器3上连接有一单壁排气通道段4，一喷射阀5汇入并保持在该排气通道段4中，借助于喷射阀5可以将例如尿素溶液6的还原剂喷入排气流2中。
紧接在喷射阀5的下游设有一这里仅极为简化地示出的静态混合器7，静态混合器7例如借助于一混合器环同样设置在单壁排气通道段4中，尤其是与该排气通道段4径向环绕地焊接。借助于该静态混合器7使定量供给的尿素溶液6精细地分配到排气流2中。随后，这种还原剂排气混合物沿着一优选作为独立构件的双壁连接管8流动至SCR催化转化器9，随后在SCR催化转化器9中进行催化还原(反应)。
连接管8具有一被外管12包围的、引导气体的内管11，通过形成气隙10的连接管8保证：引导气体的内管11被更快速地加热、因此更热，其中，该内管11同时还防止例如由于喷水等造成的来自外部的冷却。因此，通过这里示出的顺序：柴油颗粒过滤器3、喷射阀5、静态混合器7、气隙隔离的双壁中间管8和SCR催化转化器9，沿排气流动方向提供了一种构件工艺简单、从而制造工艺简单的系统1，借助于该系统1有效地进行选择性催化还原。在此尤其是将喷射阀5或者必要时将静态混合器7布置在单壁排气通道段4的区域中使得这些构件能被简单地保持和布置在排气系统中。
图3以放大的剖面图示出单壁排气通道段4向连接管8的过渡区域，尤其由图3可见，该过渡区域可以被构造为搭接区域13，其中例如单壁排气通道段4的端部以预定的插入深度形状配合地插入连接管8的引导气体的内管11中。这些构件径向环绕地彼此焊接以形成气密连接。此外由图3可见，连接管8的气隙10如此形成，即，在轴向上观察外管12在端侧与内管11以形状配合地贴合连接的方式相连接，或者外管12和内管11在该端侧处径向环形地彼此焊接。
优选借助于气密的凸缘连接来实现朝向SCR催化转化器9的方向的、(与排气通道段4相)对置的连接，但该连接在此不再详细示出。

Claims (8)

1.一种用于对稀燃发动机的排气进行后处理的系统，
所述系统具有排气通道，在所述排气通道中、在还原剂定量供给装置的下游设有作为SCR催化转化装置的、用于选择性催化还原的催化转化装置，
其中，
沿排气流动方向观察，在所述还原剂定量供给装置(5)与所述SCR催化转化装置(9)之间延伸的排气通道段设计成隔热的、气隙隔离的排气通道段(8)，
其中，通过使一外管(12)以留有气隙(10)的方式包围一引导气体的内管(11)而双壁式地形成所述气隙隔离的排气通道段(8)，
其特征在于，
所述内管(11)的壁厚小于所述外管(12)的壁厚，
所述气隙隔离的排气通道段通过一设计成独立构件的连接管(8)构成，所述气隙隔离的排气通道段(8)与支承所述还原剂定量供给装置(5)的单壁排气通道壁段(4)连接，
设有一静态混合器(7)，所述静态混合器连接在所述还原剂定量供给装置(5)下游，从而沿排气流动方向观察形成如下构件顺序：还原剂定量供给装置(5)、静态混合器(7)、气隙隔离的排气通道段(8)、以及SCR催化转化装置(9)，
紧接在所述还原剂定量供给装置(5)的下游，所述静态混合器(7)被设置在支承所述定量供给装置(5)的单壁排气通道壁段(4)中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气隙隔离的排气通道段(8)与所述单壁排气通道壁段(4)在一搭接区域(13)中环绕地气密焊接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气隙隔离的排气通道段(8)是双壁式连接管。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外管(12)以其对置的两侧外管端部区域与所述内管(11)环绕地焊接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述静态混合器是设计成独立构件的所述连接管的组成部分，所述静态混合器在端侧被安装在面对所述还原剂定量供给装置的连接管端部区域中。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气隙隔离的排气通道段(8)借助于凸缘式连接结构与SCR催化转化装置(9)气密连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发动机是柴油发动机。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述还原剂定量供给装置(5)的上游设置一柴油颗粒过滤器(3)。
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