CN101922331B - 废气处理装置 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃机、特别是机动车的内燃机的排气系统的废气处理装置(1)，其具有多部件外壳(2)，其包含氧化型催化转换器单元(5)以及在其下游的颗粒过滤器单元(6)，氧化型催化转换器单元和颗粒过滤器单元沿平行于外壳纵向(3)延伸的轴向依次设置。外壳(2)包括入口外壳部分(7)和出口外壳部分(9)，入口外壳部分具有废气入口(8)和氧化型催化转换器单元(5)，出口外壳部分具有废气出口且颗粒过滤器单元(6)轴向伸入其中。如果通过卡箍连接(11)使至少两个沿轴向彼此相邻的外壳部分(7、9、12)可拆卸地连接并且如果设置至少一个沿轴向相对于颗粒过滤器单元(6)刚性设置的托架(13)，且该托架与所述至少一个卡箍连接(11)配合，以便托架(13)通过相应的卡箍连接(11)沿轴向固定在至少一个外壳部分(7、9、12)处，则能简化废气处理装置的维护。

Description

废气处理装置

参照的相关申请

本申请要求于2009年6月10日提交的德国专利申请DE 10 2009 024534.0的优先权，该优先权文本的全部内容通过引用结合到本申请中。

技术领域

本发明涉及用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的废气处理装置。

背景技术

废气处理装置例如为催化转换器和颗粒过滤器以及它们的结合。例如，可以将氧化型催化转换器单元以及颗粒过滤器单元相继布置在一个共有的外壳内，以实现紧密的设计。在废气中携带的碳氢化合物可通过氧化型催化转换器发生反应。颗粒过滤器能够除去在废气中携带的颗粒，特别是烟尘。可以在氧化型催化转换器的上游分配以放热形式在催化转化器中反应的燃料，以便再生颗粒过滤器。因此，可以将布置在下游的颗粒过滤器加热至着火温度，在该着火温度，沉积在过滤器中的烟尘颗粒能够烧尽，以便由此实现颗粒过滤器的再生(regeneration)。

氧化型催化转换器单元可能会在废气处理装置的操作过程中或多或少地磨损。此外，不能燃尽的残余物可能保留在颗粒过滤器单元中，这些残余物随着时间越积越多，并逐渐堵塞上述颗粒过滤器。这样，相应地必须维护上述单元，并且如果需要时要用新单元来替换它。因此，必须花费很大的努力从共用的外壳内拆除氧化型催化转换器单元和/或颗粒过滤器单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在引言中提到的废气处理装置的改进实施例，其特征在于可以为了维护目的等而更简单地访问各个单元。

本发明所依据的基本思想为：沿轴向将托架刚性布置在颗粒过滤器单元处，并通过卡箍连接沿轴向将所述托架固定在外壳上，所述卡箍连接可拆卸地连接至少两个沿轴向彼此相邻的外壳部分。因为卡箍连接一方面将两个相邻的外壳部分彼此固定，另一方面将托架固定在外壳上，因此，采用任何方式的卡箍连接都具有附加功能。通过释放卡箍连接，一方面外壳部分可以彼此相对移动，另一方面，托架也可相对于外壳移动。特别地，能够以特别简单的方式从外壳上移除颗粒过滤器单元。

与一优选实施例相对应，可设置一中部外壳部分，其沿轴向设置在入口外壳部分与出口外壳部分之间。颗粒过滤器单元的至少一个轴向部分设置在中部外壳部分上。此外，其通过入口侧卡箍连接与入口外壳部分相连，并通过出口侧卡箍连接与出口外壳部分相连。通过拆除中部外壳部分，能够更简简地访问外壳内部。

在一种变形中，可以沿轴向刚性地将中部外壳部分设置在颗粒过滤器单元上。上述至少一个托架可形成于中部外壳部分上或由中部外壳部分形成，并且，至少一个卡箍连接通过相应的托架可拆卸地连接中部外壳部分与相应的相邻外壳部分。这意味着各个托架在中部外壳部分形成凸缘，该凸缘通过相应的卡箍连接与相应的相邻外壳部分的对应凸缘相连。因为各个托架形成了中部外壳部分的一部分，因此，由于将中部外壳部分固定到相邻外壳部分上，从而能够实现托架及颗粒过滤器单元相对于外壳的轴向固定。

在无需类似的中部外壳部分就能实现的另一实施例中，卡箍连接使入口外壳部分与出口外壳部分相连。与颗粒过滤器单元结合的托架与该卡箍连接相配合，以便沿轴向将托架固定在两个外壳部分上。由于卡箍连接中的这种设计，托架为集成的，从而由于两外壳部分的连接，能够自动形成颗粒过滤器单元在外壳中的所需的轴向固定。例如，为此托架可具有两个凸缘，它们与外壳部分的凸缘相配合，所述凸缘再次互补，以便建立卡箍连接。

通过附图并通过基于附图所作的相应说明，以及通过从属权利要求，能够理解本发明的其它重要特征及优点。

显然，在不超过本发明范围的情况下，下面也将会详细说明的上述特征不仅可用于所说明的特定的组合，也可用于其它组合或独自使用。

在附图中示出了本发明的优选的典型实施例，并且，在下面的说明书中，将会对这些实施例进行更详细的解释，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。在附属于本说明书并构成说明书一部分的权利要求中，特别指出了限定本发明的新颖性的各个特征。为了更好地理解本发明、其操作优点及通过其使用达到的特定目标，应参考说明本发明优选实施例的附图及描述性内容。

附图说明

在图中：

图1为穿过废气处理装置的简化纵向剖面图；

图2为颗粒过滤器单元区域的放大剖面图；

图3为另一实施例中的颗粒过滤器单元区域的放大剖面图；

图4为图3中IV的放大细节图；及

图5为一个不同实施例的漏斗流入处的侧视图；

图6为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图7为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图8为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图9为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图10为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图11为另一实施例中的漏斗流入处的侧视图；

图12为还一实施例中的漏斗流入处的侧视图。

具体实施方式

特别地参见附图，对应图1，提供了一种可用于内燃机排气系统的废气处理装置1。该内燃机优选安装在机动车内。废气处理装置1包括沿纵向3延伸的多部件外壳2。这里，外壳的纵向3平行于外壳2的中央纵轴线4延伸，并限定了在下文中同样以3指定的轴向。相对于轴向3，外壳2包括依次布置的氧化型催化转换器单元5和设置在其下游的颗粒过滤器单元6。

外壳2具有入口外壳部分7，该部分带有废气入口8并且在其中设置有氧化型催化转化器5。此外，外壳2具有出口外壳部分9，该部分带有废气出口10并且颗粒过滤器单元6伸入其中。为了获得特别的紧密设计，废气入口8可以垂直于轴向3。额外地或作为替代，废气出口10也可以垂直于轴向3。

另外，废气处理装置1具有至少一个卡箍连接11，通过该连接，使沿轴向彼此相邻的两个外壳部分可拆卸地彼此相连。图1和2所示的实施例具有两个所述卡箍连接11，即：入口侧或第一卡箍连接11a和出口侧或第二卡箍连接11b。入口侧卡箍连接11a使入口外壳部分7与沿轴向设置在入口外壳部分7与出口外壳部分9之间的中部外壳部分12相连。出口侧卡箍连接11b使出口外壳部分9与中部外壳部分12相连。与此相反，图3和4示出了另一实施例，其中，废气处理装置1仅具有一个卡箍连接11，以便使入口外壳部分7与出口外壳部分9相连。

与图1至4相对应，设置有至少一个托架13，此外，该托架沿轴向相对于颗粒过滤器单元6刚性设置。在如图1和2所示的实施例中，设置了两个类似的托架13，即入口侧托架13a和出口侧托架13b。与此相反，在图3和4所示的实施例中只设置一个托架13。

相应的托架13与至少一个卡箍连接11配合，从而各个卡箍连接11沿轴向将相应的托架13固定在外壳2上或固定在至少一个外壳部分7、9、12上。由于各个托架13在外壳2上的轴向固定，沿轴向与相应的托架13刚性结合的颗粒过滤器单元6也自动沿轴向固定于外壳2中。同时，这意味着当释放卡箍连接11时，取消了各个托架13的固定，结果也取消了颗粒过滤器单元6的位置的固定。因此，当打开外壳2时，可以从出口外壳部分9移除颗粒过滤器单元6。

在图1和2所示的实施例中，中部外壳部分12经入口侧卡箍连接11a可拆卸地连接到入口外壳部分7，并经出口侧卡箍连接11b可拆卸地连接到出口外壳部分9。此外，颗粒过滤器单元6也在中部外壳部分12内延伸。因此，在图1中用大括弧表示的颗粒过滤器单元6的轴向部分14设置在中部外壳部分12中。在该实施例中，中部外壳部分12至少在轴向3中被刚性地设置在颗粒过滤器单元6上。例如，颗粒过滤器单元6包括一个颗粒过滤管15，在所述管中通过安装垫17设置至少一个颗粒过滤元件16。例如，通过锡焊或焊接，可以使中部外壳部分12与所述颗粒过滤管15刚性连接。在该例子中，中部外壳部分12为管状设计，并且在面向出口外壳部分9的轴向端部区域18处，沿轴向与颗粒过滤管15刚性连接，而在面向入口外壳部分7的轴向端部区域19处，可沿轴向可置换地设置在颗粒过滤管15上。沿轴向刚性设置在颗粒过滤管15处的端部区域18大致位于颗粒过滤器单元6的中部，而可置换的端部区域19设置在颗粒过滤器单元6的端侧。可置换的端部区域19形成滑动配合并能够实现由中部外壳部分12与颗粒过滤管15之间的热效应引起的相对运动。两托架13a、13b直接形成在中部外壳部分12。托架13a、13b优选在中部外壳部分12处一体形成。入口侧托架13a形成中部外壳部分12的入口侧凸缘，其可通过入口侧卡箍连接11a与入口外壳部分7的对应凸缘相连。与此相类似，出口侧托架13b形成中部外壳部分12的出口侧凸缘，其可通过出口侧卡箍连接11b与出口外壳部分9的相应凸缘相连。

在图3和4所示的实施例中，托架13与卡箍连接11形成一体，从而，由于两外壳部分7、9的轴向连接，托架13也轴向固定在外壳2或其两外壳部分7、9。例如，在该实施例中，通过锡焊连接或卡箍连接，将托架13紧固至颗粒过滤管15上。为此，将托架13设置在颗粒过滤器单元6的端部区域，所述端部区域面向入口外壳部分7。通过出口外壳部分9处的金属丝网环20沿轴向支撑颗粒过滤器单元6或其颗粒过滤管15。金属丝网环20能够实现出口外壳部分9和颗粒过滤管15之间的轴向移位性。金属丝网环20与托架13间隔相当大的距离。例如，单独的托架13与金属丝网环20之间沿轴向方向3测量的距离至少是同样沿轴向方向3测量的颗粒过滤器单元6的长度的50％。因此，能够实现颗粒过滤器单元6在外壳2中的稳定支撑与位置固定。

在此处所示的实施例中，各托架13在轴向部分具有V形部分21。所述V形部分21具有入口侧侧面22以及出口侧侧面23。入口外壳部分7具有瓶颈环24，该瓶颈环配合入口侧侧面22并形成入口外壳部分7的连接凸缘。出口外壳部分9相应地具有瓶颈环25，其配合出口侧凸缘23并形成出口外壳部分9的连接凸缘。此外，各个卡箍连接11具有夹紧件26，该夹紧件对相应的瓶颈环24或25施加预应力，从而使它们沿轴向紧靠在相应的侧面22和23上。入口侧密封部件27可选择地设置在入口外壳部分7的瓶颈环24与入口侧侧面22之间。同样，可以将出口侧密封部件28设置在出口外壳部分9的瓶颈环25与出口侧密封部件28的出口侧侧面23之间。

此处，夹紧件26带有V形部分29，其没有明确示出的侧面延伸通过各个瓶颈环24、25以及各个托架13并对它们施加预应力。因此，也可以将夹紧件26称为V形夹紧件。此外，夹紧件26在例子中可具有紧固带，其沿圆周方向环绕延伸并与此处未示出的紧固装置配合，以便能够将圆周方向的拉伸应力引入夹紧件26。因此，也可以将夹紧件26称为带夹紧件，特别可称为V形带夹紧件。

在图3和4所示的实施例中，夹紧件26沿轴向施加预应力，一方面使入口侧瓶颈环24沿轴向抵靠托架13的入口侧侧面22，另一方面使出口侧瓶颈环25沿轴向抵靠托架13的出口侧侧面23。托架13形成用于两个瓶颈环24、25的位于内侧的支撑件。

在图1和2所示的实施例中，夹紧件26沿轴向施加预应力，一方面使入口侧卡箍连接23a沿轴向抵靠入口侧托架13a的入口侧侧面22，另一方面它在入口侧托架13a的出口侧侧面23对其进行支撑。此外，出口侧卡箍连接11b的夹紧件26沿轴向施加预应力，一方面使出口侧瓶颈环25抵靠出口侧托架13b的出口侧侧面23，同时，另一方面，在出口侧托架13b的入口侧侧面22处对其进行支撑。

在图3和4所示的例子中，在入口侧侧面22处，通过入口侧密封部件27支撑入口侧瓶颈环24，而通过出口侧密封部件28，在出口侧侧面23在相同的托架13处支撑出口侧瓶颈环25。与此相反，在图1和2所示实施例中，通过入口侧密封部件27，将入口侧瓶颈环24支撑在入口侧托架13a的入口侧侧面22的入口侧卡箍连接11a处，同时，入口侧夹紧件26直接与入口侧托架13a的出口侧侧面23相连，即无需附加的密封部件。同样，此处原则上也可以设置另一个布置在夹紧件26与托架13之间的密封部件。这也适用于出口侧卡箍连接11b。通过出口侧密封部件28，出口侧瓶颈环25与出口侧托架13b的出口侧侧面23接触，同时，此处出口侧夹紧件26的各个侧面直接与入口侧托架13b的入口侧侧面22接触。此处也可选择地设置一个附加的密封部件。

与图1至4相对应，可以由上壳体31、下壳体32和环形体33组装成入口外壳部分7。插入上壳体31的内侧底部34在入口侧的外壳2的轴向端部区域形成双壁设计。该双壁设计提供了一个空腔，所述空腔能够形成气隙绝缘或可以填充热绝缘的绝缘材料。

氧化型催化转化器单元5包括催化转换管36，其中，通过安装垫38设置至少一个催化转换元件37。催化转换管36可前在后部沿轴向支撑在入口外壳部分7的环形体33处并在其沿轴向两端之间与环形体33一起限定一个环形空间39。所述环形空间39可同样形成气隙绝缘。此外，也可填充绝缘材料。可以在入口外壳部分7的区域内设置用于探针的连接点40。

与所示的实施例相对应，出口外壳部分9可具有内壳体41和外壳体42，两者间保持一定距离，从而能够实现气隙绝缘并且可以填充绝缘材料。此外，也可以在出口外壳部分9处设置用于探针或类似物的端口44。

在所示的实施例中，颗粒过滤器单元6装有轴向垫片45以及金属丝网环46，以便沿轴向将颗粒过滤元件16支撑在颗粒过滤管15的排放流出侧。

此外，在图1和2所示的实施例中设有安装垫47，通过该安装垫47将中部外壳部分12支撑在颗粒过滤器单元6或其颗粒过滤管15处。此外，出口外壳部分9还具有环形体48，其与内壳体41和/或外壳体42相连，并且在图3和4所示的实施例中具有出口外壳部分9的出口侧瓶颈环25。

与图1对应，在与所示的优选实施例对应的入口外壳部分7中，即在氧化型催化转化器单元5的上游设置流入漏斗49。流入漏斗49被设计为沿气流的方向扩展。与图5至12对应，该流入漏斗49可具有各种设计。在所有实施例中，其具有排放侧50，该排放侧的横截面实质上与氧化型催化转化器单元5的入口横截面相对应。与其相反，在相应入口漏斗49处的入口侧51可具有各种设计。

在图5所示的实施例中，入口侧51由单个的入口开口52形成。

在图6所示的实施例中，入口侧51包括位于出口侧50对面的中心入口开口53以及在流入漏斗49的壳体上形成的穿孔54。

与图7和8相对应，在这些实施例中，也可以除去中心入口开口53，从而仅由穿孔54形成入口侧51。

图9示出了一个实施例，其中，中心入口开口53仍与穿孔54结合以形成入口侧51。与例如图6至8所示的实施例相比，穿孔54具有明显较小的孔宽度。穿孔54的流动阻力可由其孔宽度确定。孔宽度影响流入漏斗49的均匀化作用。

在图10、11和12的实施例中，可以设置入口开口53。额外地或作为选择地，也可设置穿孔54，在图10和11的实施例中，穿孔可存在于入口漏斗49的碟状部分，或也可形成在与图12所示实施例对应的套筒状部分。

在图6、9至12的实施例中，总体来说，入口漏斗49为截头锥形或具有至少一个截头锥形部分。与此相反，在图7和8中的实施例中，入口漏斗49由球形壳体的一部分形成。

即使在废气入口8垂直于轴向3的情况下，入口漏斗49仍能够在非常紧密安装的状态下，实现到达氧化型催化转化器单元5的流体的均匀化。

虽然为了说明本发明原理的应用，已详细示出和描述了本发明的特定实施例，但应理解，在不脱离这些原理的情况下，也可以采用其它方式实现本发明。

Claims (17)

1.一种用于机动车内燃机排气系统的废气处理装置，该废气处理装置包括：

多部件外壳；

设置在多部件外壳中的氧化型催化转换器单元；

在氧化型催化转换器单元的下游设置在多部件外壳中的颗粒过滤器单元，所述颗粒过滤器单元与氧化型催化转换器单元沿平行于外壳纵向延伸的轴向上依次设置；

其中，所述多部件外壳具有入口外壳部分，其具有废气入口并包含氧化型催化转换器单元；

其中，所述多部件外壳具有出口外壳部分，其具有废气出口且颗粒过滤器单元沿轴向伸入其中；

至少一个卡箍连接，其中，至少两个沿轴向彼此相邻的外壳部分通过卡箍连接可拆卸地彼此相连；以及

至少一个相对于颗粒过滤器单元沿轴向刚性设置的托架，该托架与卡箍连接配合，以便通过卡箍连接沿轴向将托架固定在至少一个外壳部分上。

2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中：

所述多部件外壳还包括中部外壳部分，颗粒过滤器单元的轴向部分设置在中部外壳部分中；

至少一个卡箍连接包括入口侧卡箍连接和出口侧卡箍连接，中部外壳部分经入口侧卡箍连接与入口外壳部分相连，中部外壳部分经出口侧卡箍连接与出口外壳部分相连。

3.根据权利要求2所述的废气处理装置，其中：

所述中部外壳部分沿轴向刚性设置在颗粒过滤器单元上；

至少一个托架在中部外壳部分处形成；

入口侧卡箍连接和出口侧卡箍连接中的至少一个通过至少一个托架使中部外壳部分与相应的相邻外壳部分可拆卸地相连。

4.根据权利要求3所述的废气处理装置，其中：

至少一个托架包括形成于中部外壳部分处的两个托架；

两个托架中的一个通过入口侧卡箍连接可拆卸地连接至入口外壳部分；

所述托架中的另一个通过出口侧卡箍连接可拆卸地连接至出口外壳部分。

5.根据权利要求2所述的废气处理装置，其中：

所述颗粒过滤器单元包括包含至少一个颗粒过滤元件的颗粒过滤管；并且

所述中部外壳部分一端沿轴向刚性设置在颗粒过滤管处，而另一端则可沿轴向位移。

6.根据权利要求1所述的废气处理装置，其中：

卡箍连接将入口外壳部分可拆卸地连接至出口外壳部分；

托架与卡箍连接配合，以便沿轴向将托架固定至外壳部分。

7.根据权利要求6所述的废气处理装置，其中：所述颗粒过滤器单元通过金属丝网环安装在出口外壳部分处，从而颗粒过滤器沿径向被支撑而沿轴向可以位移。

8.根据权利要求7所述的废气处理装置，其中：所述金属丝网环与托架之间的距离至少为颗粒过滤器单元轴向长度的50%。

9.根据权利要求2所述的废气处理装置，其中：

所述托架具有带有入口侧侧面及出口侧侧面的V形部分；

所述入口外壳部分具有适合入口侧侧面的入口侧瓶颈环；并且

所述出口外壳部分具有适合出口侧侧面的出口侧瓶颈环。

10.根据权利要求9所述的废气处理装置，其中，各个卡箍连接具有夹紧件，该夹紧件通过密封部件对各个瓶颈环施加预应力，从而使其沿轴向抵靠相应的侧面。

11.根据权利要求10所述的废气处理装置，其中，入口侧卡箍连接的夹紧件一方面沿轴向对入口侧瓶颈环施加预应力，从而使其抵靠入口侧托架的入口侧侧面，另一方面，其支撑在入口侧托架的出口侧侧面，其中，出口侧卡箍连接的夹紧件一方面沿轴向对出口侧瓶颈环施加预应力，从而使其抵靠出口侧托架的出口侧侧面，另一方面，其支撑在出口侧托架的入口侧侧面。

12.根据权利要求10所述的废气处理装置，其中，卡箍连接的夹紧件一方面沿轴向对入口侧瓶颈环施加预应力，从而使其抵靠托架的入口侧侧面，另一方面沿轴向对出口侧瓶颈环施加预应力，从而使其抵靠托架的出口侧侧面。

13.根据权利要求1所述的废气处理装置，其还包括：沿流动方向扩展的流入漏斗，该流入漏斗在氧化型催化转换器单元的上游设置于入口外壳部分中。

14.一种用于内燃机排气系统的废气处理装置，该废气处理装置包括：

带有入口外壳部分和出口外壳部分的多部件外壳，其中，入口外壳部分具有废气入口并包含氧化型催化转换器单元，出口外壳部分具有废气出口且颗粒过滤器单元沿轴向伸入其中；

设置在多部件外壳内的氧化型催化转换器单元；

在氧化型催化转换器单元的下游设置在多部件外壳中的颗粒过滤器单元；

卡箍连接，其使至少两个彼此相邻的外壳部分可拆卸地相连；和

相对于颗粒过滤器单元沿轴向固定的托架，该托架配合卡箍连接以便通过卡箍连接沿轴向将托架固定于至少一个外壳部分上。

15.根据权利要求14所述的废气处理装置，其中：

所述多部件外壳还包括中部外壳部分，颗粒过滤器单元的一轴向部分设置在中部外壳部分中；

卡箍连接包括入口侧卡箍连接和出口侧卡箍连接，中部外壳部分通过入口侧卡箍连接与入口外壳部部分相连，中部外壳部分通过出口侧卡箍连接与出口外壳部分相连。

16.根据权利要求15所述的废气处理装置，其中：

所述中部外壳部分沿轴向固定于颗粒过滤器单元处；

将至少一个托架设置在中部外壳部分处；并且

入口侧卡箍连接和出口侧卡箍连接中的至少一个通过托架使中部外壳部分与相应的相邻外壳部部分可拆卸地相连。

17.根据权利要求16所述的废气处理装置，其中：

所述颗粒过滤器单元包括含有至少一个颗粒过滤元件的颗粒过滤管；

所述中部外壳部分在一端沿轴向固定在颗粒过滤管上而另一端则可相对于颗粒过滤管轴向位移。

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