CN104040128A - 具有用于排气后处理剂的计量单元的排气后处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于后处理内燃机(4)的流过排气线路(2)的排气(3)的装置(1)，该装置至少具有计量单元(5)，该计量单元布置在排气线路(2)的排气管(7)的开口(6)中并且设计用于把排气后处理剂(8)添加到排气线路(2)中，其中，计量单元(5)被冷却套(9)包围，计量单元(5)通过该冷却套固定在排气管(7)的开口(6)中，其中，冷却套(9)至少部分地被室(10)包围，该室至少被冷却套(9)、排气管(7)和遮盖板(11)界定，其中，遮盖板(11)与排气管(7)相连并且通过缝隙(12)与冷却套(9)或计量单元(5)间隔开。

Description

具有用于排气后处理剂的计量单元的排气后处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于后处理内燃机的流过排气线路的排气的装置，该装置具有用于把排气后处理剂添加到排气线路中的计量单元。
背景技术
在用于清洁(移动式)内燃机的排气的排气后处理装置中日益增多地使用这样的排气后处理装置：其中在被输送到排气的排气后处理剂的辅助下清洁内燃机的排气。移动式内燃机例如用于驱动机动车。
此外已知了选择性催化还原的方法(SCR)，其中，内燃机的排气被氮氧化物清洁。在此，向排气输送了减少氮氧化物的排气后处理剂。这种排气后处理剂例如是氨。氨通常不直接储存在机动车中，而是以(液态的或固态的)前体介质—其也被称为还原剂前体—的形式储存。随后，该还原剂前体在本身预设的反应器或排气后处理装置中转换为氨、即真正的还原剂。这种还原剂前体例如是尿素水溶液，能够购买到商标名称为的尿素水溶液。这种还原剂前体溶液在健康方面不会造成不利影响并且因此可以毫无问题地进行储存。特别地，在此提及的还原剂或者说还原剂前体在后面被概念“排气后处理剂”包括在内。
排气后处理剂通过计量单元被输送到排气线路，其中，排气后处理剂被以液态的或气态的形式并且也与载气相混合地进行输送。计量单元可以被动地和/或主动地进行操纵。计量单元可以包括阀、喷射器、计量泵等。
流过排气线路的排气可以达到非常高的温度，因此在耐久性和稳定性方面对计量单元和排气后处理剂提出了高要求。为了保护计量单元免受这种高温的影响，可以设置计量单元的(主动)冷却—例如按照水冷却的形式。由于在排气线路中的涡流，其可以进一步导致，所输送的排气后处理剂凝聚在(暂时)冷却的、也就是说相对较冷的计量单元表面上。在此，(当温度例如在从70至100°的范围中略微上升时)也可能导致沉积物，该沉积物难以清除并且可能导致对于排气后处理剂流过计量单元的流动情况的影响。此外在计量单元中可能会逐渐地渗入沉积物。此外可能由于在计量单元的冷却和导引排气的排气线路之间的高的温度梯度而出现(例如排气线路的)材料疲劳—特别是在排气线路与计量单元的连接区域中。
发明内容
因此本发明的目的是，至少部分地解决和现有技术相联系地描述的技术问题。特别应提出一种特别成本低廉、技术简单且高效率的装置，通过该装置可以降低在排气线路与计量单元之间的连接的温度负载和/或防止在计量单元的区域中出现排气后处理剂的沉积物。
该目的通过一种根据权利要求1的特征的装置来实现。该装置的其它有利的设计方案在从属权利要求中给出。在权利要求中单独列出的特征能够以任意的、技术上合理的方式相互组合并且可以通过来自于说明书的说明的事实情况得到补充，其中列出本发明的其它实施方式变体。
相应地提出一种用于后处理内燃机的流过排气线路的排气的装置。该装置具有计量单元，该计量单元布置在排气线路的排气管的开口中并且设计用于把排气后处理剂添加(定量供应)到排气线路中。计量单元被冷却套包围，计量单元通过该冷却套固定在排气管的开口中。冷却套至少部分地被室包围，该室至少被冷却套、排气管和遮盖板界定。遮盖板与排气管相连并且通过缝隙与冷却套或计量单元间隔开。
计量单元特别包括这样的线路的一部分，即，可以把排气后处理剂通过该线路从储箱转送到排气线路中以用于处理排气。计量单元具有朝向排气线路的方向的计量开口，来自于计量单元的排气后处理剂从该计量开口中流出。计量单元特别按照(能够可调节地或有针对性地控制的)喷射器的形式设计。特别优选的是，计量单元构建和设计用于添加液态的排气后处理剂。在此优选的是，排气后处理剂(几乎)完全地液态地排出到计量开口。添加也可能在载气(例如处于压力下的空气)的辅助下实现，但是这对于该应用不是重要的。
计量单元被冷却套包围，其中，该冷却套特别通过计量单元的外壁和设置在更外侧的、环绕的冷却套壁部形成，因此冷却剂可以流过冷却套。冷却套壁部特别与计量单元通过一连接部相连，因此计量单元可以通过冷却套壁部固定在排气管的开口中。这种固定特别通过由焊接方式制成的连接部实现。但也可能的是，计量单元通过设计为螺纹的连接部与排气管的开口相连。
在冷却套壁部与排气管之间的连接部通常经受了(在排气线路中热排气与冷却套中冷却介质之间的)高的温度梯度，因此在该区域中可能出现连接部、冷却套壁部和/或排气管的特别的材料应力。特别地，这种连接部通过遮盖板与排气线路分离。遮盖板特别从排气管朝向计量单元的方向延伸。遮盖板遮盖住排气管的一部分部段、特别是围绕开口的环绕的周围部段。因此在这里避免了排气管与接近于开口和计量单元的热排气的紧密接触。通过遮盖板特别形成了室，该室(仅)通过(狭窄的)缝隙与导引废气的排气线路相连。该室形成一种温度屏障，这是因为位于这里的气体不能良好地导热。
在遮盖板与冷却套之间或者在遮盖板与计量单元之间形成缝隙。特别地，该缝隙(在界定的范围中)设计为排气可透过的。缝隙优选设计成狭长的计，使得在由此形成的室中形成至少流动平静的区域。因此实现了，来自于排气线路的排气不会始终流过或冲洗室的体积。存在于室中的“被包围的”排气量或空气量因此大多数时候不会经受到流过排气线路的排气的高温。特别地，通过室包围的体积主要通过加热线路加热。优选地，该室通过缝隙与排气线路中的流动的排气以流动技术方式相连。特别地，缝隙也就是排气可透过的缝隙，该缝隙没有例如借助于密封件被封闭。在室和排气线路之间的排气的交换相对较少。通过室形成热绝缘，以此一方面冷却套至少部分地与排气线路中流动的排气间隔开，而另一方面在冷却套与排气管之间的连接部也不会经受到排气线路中的排气。室在内燃机运行时有规律地占有一个温度，该温度在冷却套的冷却介质的温度与排气线路中的流动的排气的温度之间。因此，平均地，降低了在计量单元的周围的温度梯度。相应地减少了在排气管、冷却套或遮盖板上产生沉积物的危险。
根据一个有利的设计方案，所述计量单元具有计量开口，该计量开口和遮盖板彼此齐平(对齐)地在朝向排气线路的方向上终止(截止)。特别地，计量开口也就和遮盖板在计量开口的区域中处于一共同的平面中，因此确保了朝向于排气线路的方向的齐平的闭合。通过齐平的闭合特别避免了在排气线路的这个区域中形成涡流，该涡流可能导致排气后处理剂相对于计量单元和/或遮盖板的被冷却的表面离心分离。在该冷却的表面上出现排气后处理剂可以引起排气后处理剂的沉积。此外通过减少该区域中涡流实现了，与被包围在室中的体积的空气交换相应的少，这是因为在室和排气线路之间仅存在少量的压力差。特别地，如果计量开口相对于遮盖板具有朝向于排气线路的方向的、最大1mm[毫米]的超出部或低出部，则在计量开口和遮盖板之间存在齐平的闭合。特别优选的是，遮盖板至少大多数时候位于一个平面中，该平面垂直地穿过计量开口延伸。特别优选的是，排气线路在遮盖板外部在周围也位于这个平面中，因此实现了排气线路、遮盖板和计量开口的涡流少的溢流。
特别地，所述遮盖板与排气线路材料结合地相连。“材料结合的”连接是指所有这样的连接：其中连接对通过原子力或分子力保持在一起。其同时也是不可分开的连接，该连接仅可以通过毁坏连接部件来分离。材料结合的连接特别通过焊接连接来实现。特别地，遮盖板通过环绕的焊接缝与排气管相连。优选地，计量单元和冷却套，以及特别是在冷却套和排气管的开口之间的连接通过遮盖板相对于排气线路分离地布置。
根据另一个有利的设计方案，所述计量单元的冷却套能够被冷却介质或排气后处理剂流过。作为冷却介质在此例如可以使用水。特别地通过排气后处理剂本身实现了计量单元的冷却。因此设置有相应的连接线路，用于(经调节地)输送和排出冷却介质到水循环回路或者排气后处理剂的线路系统。
根据该装置的另一个有利的改进方案，(在遮盖板和冷却套之间或者在遮盖板和计量单元之间的)所述缝隙具有至少0.5mm[毫米]和最大2.5mm的宽度。因此可以相应于排气系统的构造一方面避免排气对室的剧烈的冲击，另一方面但也确保了，不会(例如由于沉积物、污垢等)在那里产生热桥。
特别地，所述计量单元的计量开口比冷却套多出至少2mm[毫米]地延伸到排气线路中。还优选的是，计量开口最多伸入到排气线路中10mm。特别地，冷却套或冷却套壁部也就相对于计量开口和遮盖板后移地布置。计量开口本身不会通过冷却套冷却，因此计量开口通过与排气线路中流动的排气的紧密接触而被更强烈地加热。通过这种冷却套相对于计量单元的计量开口的后移，使得在计量单元的表面与排气之间的温度梯度继续减小，因此进一步减小了排气后处理剂在计量单元的冷却表面上沉积的可能性。通过冷却套相对于计量开口的后移，并且由于遮盖板和计量开口的优选齐平的布置，在遮盖板与冷却套之间和/或在遮盖板与计量单元之间形成缝隙。
根据一个优选的设计方案，所述室的体积在250mm3[立方毫米]至5000mm3的范围中并且特别在250mm3至1500mm3的范围中。特别地，通过室的这种体积确保了相应充分的热绝缘。
作为特别有利的应用提出了一种机动车，它至少具有内燃机、排气线路和根据本发明的用于后处理排气的装置。在此，该装置特别用于添加液态的还原剂或者还原剂前体。冷却优选地通过水循环回路实现。计量单元优选地设计为(能够主动控制的)喷射器。在排气线路中为了实现SCR方法沿流动方向在计量单元后面设有至少一个合适的催化器、例如水解催化器和/或SCR催化器。此外可以在排气线路中设置混合器或者导向板装置，以便在到达催化器之前实现排气后处理剂在排气线路中的尽可能完全的分布。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明以及技术范围。附图示出特别优选的实施例，然而本发明并不限于这些实施例。相同的对象在附图中以相同的附图标记表示。特别要指出，附图和特别是所示出的尺寸比例仅示意性地显示。图中示出：
图1：具有装置的机动车；
图2：装置的另一实施例；和
图3：装置的另一实施例。
具体实施方式
图1示出机动车16，它具有内燃机4、排气线路2以及装置1。排气3从内燃机4出发流过排气线路2。在排气线路2中设有排气后处理单元18(例如SCR催化器)。在此，在排气后处理单元18的上游布置有处于排气管7的开口6中的计量单元5。在此，排气管7、遮盖板11和计量单元5的计量开口13彼此齐平地终止(处于基本上在一共同平面中的环境中)。通过计量单元5把排气后处理剂8引入排气线路2中。计量单元5与用于排气后处理剂8的储箱17以流动技术相连。泵22把排气后处理剂8从储箱17输送到计量单元5。
图2示出装置1的第一实施例。排气线路2被排气3流过。在排气线路2的区域中，在排气线路2的排气管7中设有开口6。计量单元5延伸经过该开口6。计量单元5被冷却套9包围，其中冷却介质15在冷却套9中在计量单元5与冷却套壁部19之间循环。排气管7与冷却套9或冷却套壁部19通过连接部20相连。该连接部20防止排气3从排气线路2中逸出。装置1还具有遮盖板11，该遮盖板通过连接部20与排气管7相连。遮盖板11从排气管7朝向计量单元5或朝向冷却套9延伸。遮盖板11在计量单元5的区域中与计量单元5的计量开口13齐平地终止。此外，遮盖板11形成缝隙12，该缝隙处在遮盖板11和冷却套9之间并具有宽度14。通过遮盖板11、冷却套9(或冷却套壁部19)和排气管7相应地形成室10，该室以流动技术通过缝隙12与排气线路2相连。室10具有体积21，该体积主要通过热传导被加热。处于室10中的排气3(或空气)与排气线路2中的排气3之间的交换仅通过缝隙12实现。因此，处于体积21中的排气3(或空气)的加热仅小规模地通过排气3(空气)的交换实现。通过计量单元5使得排气后处理剂8经过计量开口13导入到排气线路2中。
图3示出装置1的另一实施例。只要是和图2的显示相同的部分就可以在此参考相应的之前的说明。在此，相对于图2，冷却套9相对于计量开口13后移地布置。具有宽度14的缝隙12相应地设计在遮盖板11与计量单元5之间。室10相应地通过遮盖板11、排气管7、冷却套9(或冷却套壁部19)和计量单元5形成。遮盖板11在计量单元5的区域中与计量单元5的计量开口13齐平地终止。计量单元5的顶端的冷却程度因此没有在第一实施例中那样强。因此更少地形成了排气后处理剂8的剩余物的沉积，这是因为在计量单元5与排气线路2中的排气3之间的温度梯度更低。
综上所述可以确定，本发明解决了和现有技术相联系地描述的技术问题。特别地提出了一种特别成本低廉、技术简单且高效率的装置，通过该装置可以降低在排气线路与计量单元之间的连接的温度负载和/或防止在计量单元的区域中出现排气后处理剂的沉积物。
附图标记列表：
1 装置
2 排气线路
3 排气
4 内燃机
5 计量单元
6 开口
7 排气管
8 排气后处理剂
9 冷却套
10 室
11 遮盖板
12 缝隙
13 计量开口
14 宽度
15 冷却介质
16 机动车
17 储箱
18 排气后处理单元
19 冷却套壁部
20 连接部
21 体积
22 泵。

Claims (8)

1.一种用于后处理内燃机(4)的流过排气线路(2)的排气(3)的装置(1)，该装置至少具有计量单元(5)，该计量单元布置在排气线路(2)的排气管(7)的开口(6)中并且设计用于把排气后处理剂(8)添加到排气线路(2)中，其中，该计量单元(5)被冷却套(9)包围，计量单元(5)通过该冷却套固定在排气管(7)的开口(6)中，其中，冷却套(9)至少部分地被室(10)包围，该室至少被冷却套(9)、排气管(7)和遮盖板(11)界定，其中，遮盖板(11)与排气管(7)相连并且通过缝隙(12)与冷却套(9)或计量单元(5)间隔开。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中，所述计量单元(5)具有计量开口(13)，该计量开口(13)和遮盖板(11)彼此齐平地朝向排气线路(2)的方向终止。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述遮盖板(11)与排气线路(2)材料结合地相连。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述计量单元(5)的冷却套(9)能够被冷却介质(15)或排气后处理剂(8)流过。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述缝隙(12)具有至少0.5mm[毫米]且最大2.5mm的宽度(14)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述计量单元(5)的计量开口(13)比冷却套(9)多出至少2mm[毫米]地延伸到排气线路(2)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中，所述室(10)的体积(21)在250mm3[立方毫米]至5000mm3的范围中。
8.一种机动车(16)，至少具有内燃机(4)、排气线路(2)和根据前述权利要求中任一项所述的用于后处理排气(3)的装置(1)。
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