CN103797223B - 用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置以及相应的内燃活塞式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理内燃活塞式发动机（10）的废气的装置，该装置包括气体处理设备（16），在所述气体处理设备内形成有空间（22），至少两个废气进口（20）以及至少一个废气出口（24）通向所述空间（22），并且包括催化剂部分（26.1）的废气处理单元（26）被布置到所述空间中。所述废气处理单元（26）布置成在所述空间中限定出两个部分空间（22.1、22.2），并且所述至少两个废气进口（20）中的一个进口通向第一部分空间（22.1），而所述至少两个废气进口中的另一个进口通向第二部分空间（22.2），并且所述至少一个废气出口与所述两个部分空间（22.1、22.2）均流动连通。

Description

用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置以及相应的内燃活塞式发动机
技术领域
本发明涉及一种用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置，其包括气体处理设备，在该气体处理设备内形成有一空间，至少两个废气进口和至少一个废气出口通向所述空间，并且废气处理单元被布置到该空间中。
本发明还涉及一种设置有用于处理废气的装置的内燃活塞式发动机。
背景技术
内燃活塞式发动机的废气排放要求变得越来越严格。为了应付这样的要求，存在各种可利用的技术，借助这些技术在发动机运转时可以控制气体排放。另一方面，不希望的是，发动机的整体性能将经受旨在减少排放的动作的结果。
尤其是，催化剂通常用来加速由内燃活塞式发动机的废气所含的某些物质的反应。这样的物质例如是氧化氮、烃，诸如甲烷、氧化碳等。
DE102008061222A1描述了一种具有两组或多组汽缸的内燃活塞式发动机，每个汽缸均包含一个废气管线和充空气管线。根据文献，存在一种常见的排放控制装置，特别是与发动机结合布置的催化剂。排放控制装置集成到发动机体系结构中以便减小系统的空间需求。
US3247666描述了一种在内燃机系统中用于废气排放控制的歧管后燃烧室装置，在该装置中形成有空间，以及通向气体处理设备内的空间的至少两个废气进口以及至少一个废气出口。还存在一种布置到空间中的废气处理单元，该废气处理单元布置成在空间内限定出两个部分空，并且设置有允许气体流过处理单元的流道。
当利用与内燃活塞式发动机结合的催化剂排放减少系统时，存在几个要考虑的问题。第一，系统在废气流中的位置或多或少限定了催化剂在其中运转的可用温度范围。典型地，这样的催化剂应该与发动机的涡轮部分紧邻，即，非常靠近发动机定位。第二，结垢和堵塞的风险始终是要考虑的问题，特别是与利用例如重燃油运转的发动机结合，尽管烟灰形成也可以在气动操纵的发动机的情况下进行。第三，催化剂排放减少系统的空间需要设定典型地是相当大的。一般目的在于花费尽可能小的空间。本发明的目的在于提供一种解决现有技术的上述问题中的至少一个问题的用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置以及内燃活塞式发动机。
发明内容
本发明的目的基本由一种用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置来实现，该装置包括气体处理设备，在该气体处理设备内形成有空间，至少两个废气进口和至少一个废气出口通向所述空间，并且废气处理单元被布置到所述空间中。所述废气处理单元布置成在所述空间内限定出两个部分空间，所述废气处理单元设置有允许气体流过该处理单元的流道。本发明的特征在于，所述流道包括催化剂部分，并且所述至少两个废气进口中的一个进口通向第一部分空间，而所述至少两个废气进口中的另一个进口通向第二部分空间，并且所述至少一个废气出口与所述两个部分空间均流动连通。
这提供了一种同时执行有效的气体处理而不冒运转可靠性风险的装置。这还利用了使来自发动机的汽缸的废气流脉动。这还减小了与发动机的噪声和振动相关的问题。
根据本发明的实施方式，至少两个废气进口指向或以其他方式布置成使得废气的速度具有部分朝着废气处理单元的方向。
这提供了使气体至少部分地碰撞废气处理单元并且流过该单元的运转效果。因此，处理单元中气体的处理基于由空间中脉动气流造成的气体的流过。因此，即使发动机的部分的废气处理单元将被堵塞，也不会实际上对发动机的运转具有任何影响。由于构造和使废气流脉动，因此装置也更能抵抗烟灰和堵塞。
如上所述地放置废气处理单元还使对外部管道和旁通阀的需要最小化。
根据本发明的另一实施方式，气体处理设备是具有纵向轴线的长形歧管，并且废气测量单元是布置成沿纵向轴线的方向在歧管中延伸的壁状结构。
根据本发明的又一实施方式，壁状结构沿纵向轴线的方向呈波状。该壁状结构还可以是例如沿纵向轴线的方向形成的Z字形。
废气处理单元至少在下述位置限定出两个部分空间，在该位置，所述至少两个废气进口通向所述部分空间中的任一空间。
根据本发明的实施方式，废气处理单元包括在两个部分空间之间延伸的气体流道，该气体流道的表面上至少部分地设置有催化剂。这样的表面还在上下文中称为催化剂表面。优选地，催化剂是催化废气中的任何残留烃的氧化反应的部分氧化催化剂。
根据本发明的实施方式，催化剂表面布置在流道的中间部分中。
优选地，气体处理设备是发动机的废气歧管。
根据本发明的实施方式，废气歧管由相互接连布置的若干个气体处理设备形成。
废气处理单元的壁状结构沿处理设备的横向在该处理设备的两个内表面之间延伸。
根据本发明的内燃活塞式发动机设置有用于处理废气的装置，其包括气体处理设备，在该气体处理设备内形成有空间，至少两个废气进口和至少一个废气出口通向所述空间，并且废气处理单元被布置到所述空间中。内燃机的特征在于，所述废气处理单元布置成在所述空间内限定出两个部分空间，所述废气处理单元设置有允许气体流过该处理单元的流道，所述流道包括催化剂部分。另外，所述至少两个废气进口中的一个进口通向第一部分空间，而所述至少两个废气进口中的另一个进口通向第二部分空间，并且所述至少一个废气出口与所述两个部分空间均流动连通。
根据本发明的实施方式，发动机是V型发动机，并且用于处理废气的装置布置在发动机组之间。
根据本发明的另一实施方式，发动机是直列式发动机。
附图说明
在下文中，将参照所附的示例性示意附图来描述本发明，附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的内燃活塞式发动机，
图2示出了图1的截面II-II，
图3示出了根据本发明的另一实施方式的内燃活塞式发动机的局部视图，
图4示出了根据本发明的又另一实施方式的内燃活塞式发动机的局部视图，
图5示出了根据本发明的又另一实施方式的内燃活塞式发动机的局部视图，
图6示出了根据本发明的另一实施方式的内燃活塞式发动机的局部视图，
图7示出了根据本发明的另一实施方式的内燃活塞式发动机，
图8示出了根据本发明的又另一实施方式的内燃活塞式发动机，以及
图9示出了根据本发明的又另一实施方式的内燃活塞式发动机。
具体实施方式
图1示意地描绘了内燃活塞式发动机10，更具体地为在下文中被简称为发动机的内燃活塞式发动机。在图2中，示出了图1的截面II-II，并且相应地，图1示出了图2的截面I-I。在下文中，将参照图1和图2描述本发明和涉及本发明的实施方式。发动机包括主体12或块，已知的发动机的各个部分已经组装到该主体或块中。在图1中，示出了布置为两个并联的倾斜汽缸组的汽缸盖14，即，在这种情况下，发动机是所谓的V形发动机。发动机的每个汽缸均通过废气导管18与废气歧管16相关联，该废气导管将一个汽缸盖连接至被发动机的所有汽缸所共用的废气歧管16。每个废气导管18均包括废气进口20，该废气进口通向形成在废气歧管16内的空间22。废气歧管16还包括布置成通向空间22的废气出口24。
另外，废气歧管16设置有废气处理单元26，该废气处理单元布置在形成于废气歧管内的空间22中。借助于处理单元，废气可以被处理以便减少在运转时通过发动机进入周围空气的排放物。因此，废气歧管也是气体处理设备，或者运转气体处理设备。废气处理单元26设置有允许气体流过该处理单元的流道26’。在图1和图2的实施方式中，废气歧管16中的废气处理单元26被竖直取向，并且进口20在废气处理单元26的两侧是水平的。
在图1中描述了气体处理设备，并且该气体处理设备与V形发动机相关联。气体处理设备布置在发动机组之间并且废气进口20布置到气体处理设备的两侧。在V形发动机中，位于发动机的顶部的汽缸组之间的位置在考虑重力观点、传到周围的热辐射、振动和噪声时是有利的。
废气处理单元26布置成在空间22中限定出两个部分空间22.1和22.2。因此，废气处理单元26沿处理设备的横向在气体处理设备的两个内表面之间延伸。气体处理设备是具有纵向轴线A的长形的歧管。废气处理单元是壁状结构，其布置成在歧管中延伸，使得所述部分空间大体上彼此相同。废气进口20布置成使得废气进口的一部分通向第一部分空间22.1，而废气进口的另一部分通向第二部分空间22.2。换言之，当发动机包括通向空间的至少两个废气进口时，至少两个废气进口中的一个进口通向第一部分空间22.1，而至少两个废气进口中的另一个进口通向第二部分空间22.2。因此，沿纵向轴线A的方向接连布置的废气进口通向不同的部分空间。废气出口与第一部分空间和第二部分空间这两者流动连通。废气处理设备和所述部分空间的截面可以是圆形、矩形或根据需要的其他形状。
当发动机运转时，在处理单元如图1和图2所示布置时，废气将从两侧撞击处理单元。废气处理单元26还充当纯脉冲阻尼器。
根据本发明的实施方式，废气处理单元26包括多个平行的气体流道26’，这些流道布置成在两个部分空间22.1、22.2之间延伸，所述流道至少部分地设置有催化剂表面。根据本发明的另一实施方式，气体流道26’布置在分开的催化剂单元中，这些催化剂单元布置到废气处理单元26。若干个催化剂单元布置到废气处理单元26的框架（未示出）中。优选地，每个催化剂单元均布置成具有用于使气体沿任一方向流过流道的相等的特性。在图1和图2中，示出了本发明的实施方式，催化剂单元从处理单元26的第一端延伸到其第二端。催化剂单元的流道布置成垂直于处理设备16的纵向轴线A。形状和方向或流道可以改变。图3中示出有这样的实施方式，其中流道是V形的以至少部分地向后引导通流气体。
图2通过箭头示出了脉冲废气流将如何撞击通过废气处理单元并且还反击到起始侧。由于气体从两个方向通过催化剂单元来回流动，因此流道26’将保持无任何实质的烟灰积累，从而维持低堵塞风险。烟灰未必需要通过催化剂单元，并且因此催化剂单元可以设置有具有较大催化剂比表面积的大体上密集的流动通道的栅格。催化剂单元同时作为脉冲阻尼器起作用。
另外，本发明提供了一种抵抗不太可能发生的催化剂单元的堵塞的操作安全措施。在催化剂单元被堵塞的情况下，气体将仍在部分空间中向前流动。
来自汽缸的每个废气导管18均可以成角度以具有这样合适的角度，即，该角度将在气体进入部分空间22.1、22.2时导致期望的气体流型和行为。还可以设定发动机的点火顺序，使得脉冲将来回撞击通过元件。在使根据本发明的装置中的废气流脉动的情况下，废气脉冲可以不止一次流过元件。废气导管18根据本发明的实施方式是气体处理设备16的一体部分。根据另一实施方式，废气导管18以可移除的方式固定至气体处理设备16。
图2中，还示出了本发明的一实施方式，其中流体进口系统28布置到废气处理单元26。流体进口系统在废气处理单元的整个长度范围内设置有单独的出口。该流体进口系统布置成在处理单元内作为一体的系统运行。流体进口系统可以例如是引入控制量的水的水进口系统，借助于该水进口系统，废气处理单元26，特别是催化剂单元，被保持在期望的温度窗口内。
根据本发明的另一实施方式，流体进口系统被利用来将诸如尿素的还原剂引入气流以在催化单元26中在催化反应中被利用。
图4描绘了本发明的实施方式，其中，矩形催化剂单元26仅在中间部分26.1中涂覆有催化剂材料，从而形成催化剂部分。外部区域26.2布置成用于阻尼目的。图4还示出了最强的气流脉冲可以抵靠其撞击的碰撞板20’或相似物。该碰撞板至少部分地布置在进口20前面。碰撞板可以是栅板或孔板。
图5和图6描述了废气处理单元26的不同总布置图。图5中，壁状结构沿纵向轴线的方向呈波状，而在图6中，壁状结构沿纵向轴线的方向形成为Z字形。
图7中，示出了图2的实施方式的修改例，其中用于处理内燃活塞式发动机的废气的装置包括若干个相互接连布置的气体处理设备16。图7中的气体处理设备16通过凸缘附件相互接合，而它们一起形成发动机的废气歧管。图7的实施方式中的每个气体处理设备16均具有空间22，以及通向空间22的至少两个废气进口20和至少一个废气出口24，以及布置到空间22中的废气处理单元26，该废气处理单元26布置成在空间22内限定两个部分空间22.1、22.2。而且，至少两个废气进口20中的一个进口通向第一部分空间22.1，而至少两个废气进口中的另一个通向第二部分空间22.2。
图8示意地描绘了为直列式发动机的内燃活塞式发动机10’。在图8的实施方式中，废气歧管16中的废气处理单元26水平取向，并且进口20沿竖直方向位于废气处理单元26的两侧。
图9示意地描绘了也为直列式发动机的内燃活塞式发动机10’。在图9的实施方式中，废气歧管16中的废气处理单元26大体上竖直取向，并且进口20的部分被引导通过废气处理单元26以通向另一部分空间22.2。
虽然本文已经结合目前被认为是最优选的实施方式通过示例描述了本发明，但是将理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在涵盖如所附权利要求中所限定的，被包括在本发明的范围内的特征以及几个其他应用的各种组合或修改。与上述任一实施方式结合提及的细节可以与另一实施方式结合使用，当这样的结合在技术上是可行的时。

Claims (14)

1.一种用于处理内燃活塞式发动机(10、10’)的废气的装置，该装置包括气体处理设备(16)，在所述气体处理设备内形成有空间(22)，至少两个废气进口(20)和至少一个废气出口(24)通向所述气体处理设备内的所述空间(22)，并且废气处理单元(26)被布置到所述空间(22)中，所述废气处理单元(26)布置成在所述空间(22)内限定出两个部分空间(22.1、22.2)，并且所述废气处理单元设置有允许气体流过该废气处理单元的气体流道(26’)，其特征在于，所述气体流道(26’)在所述两个部分空间(22.1、22.2)之间延伸，所述气体流道(26’)包括催化剂部分(26.1)，并且所述至少两个废气进口(20)中的一个进口通向第一部分空间(22.1)，而所述至少两个废气进口中的另一个进口通向第二部分空间(22.2)，并且所述至少一个废气出口与所述两个部分空间均流动连通。
2.根据权利要求1所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述气体处理设备是具有纵向轴线(A)的长形歧管，并且所述废气处理单元(26)是布置成沿所述纵向轴线(A)的方向在所述歧管中延伸的壁状结构。
3.根据权利要求2所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述壁状结构沿所述纵向轴线的方向呈波状。
4.根据权利要求2所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述壁状结构是沿所述纵向轴线的方向形成的Z字形。
5.根据权利要求1所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述废气处理单元(26)至少在下述位置限定出两个部分空间(22.1、22.2)，在所述位置，所述至少两个废气进口通向所述部分空间中的任一空间。
6.根据权利要求1所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述气体流道的表面中至少部分地设置有催化剂。
7.根据权利要求6所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述催化剂是部分氧化催化剂。
8.根据权利要求6所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述催化剂布置在所述气体流道的中间部分中。
9.根据权利要求2所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述气体处理设备(16)是废气歧管。
10.根据权利要求9所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述废气歧管由若干个相互接连布置的气体处理设备(16)形成。
11.根据权利要求9所述的用于处理内燃活塞式发动机(10)的废气的装置，其特征在于，所述废气处理单元(26)的所述壁状结构沿所述气体处理设备的横向在该气体处理设备的两个内表面之间延伸。
12.一种内燃活塞式发动机(10)，该内燃活塞式发动机设置有根据前述权利要求中的任一项所述的用于处理废气的装置。
13.根据权利要求12所述的内燃活塞式发动机，其特征在于，所述发动机是V形发动机，并且用于处理废气的装置被布置在发动机组之间。
14.根据权利要求12所述的内燃活塞式发动机，其特征在于，所述发动机是直列式发动机(10’)。
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