CN104514598A - 废气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气处理装置（1），具有引入燃烧废气的入口管（2）和排出燃烧废气出口管，基本上气密的内壳体（7），其流体连通一侧的入口管（2）和另一侧的出口管，用于容纳颗粒过滤器（4），连接元件（9）设置在根据流向面向出口管（3）的内壳体（7）的连接区域（8）中，用于机械连接颗粒过滤器（4）和内壳体（7），设置在内壳体（7）中的颗粒过滤器（4）的上游的氧化催化剂（5），催化燃烧废气的氧化反应。反压测量点（10、11、12）实现结构灵活的反压监测，其在流动方向上设置在氧化催化剂（5）和连接元件（9）之间，用于测量在废气处理装置（1）的操作过程中由颗粒过滤器（4）施加的反压。本发明还涉及具有所述装置（1）的内燃机（24）。

Description

废气处理装置
技术领域
本发明涉及一种废气处理装置和包括所述废气处理装置的内燃机。
背景技术
炉子、垃圾焚烧或其它工业装置、燃气涡轮机或发动机的燃烧废气的机械、催化或化学净化方法，在废气技术中被统称为废气处理。根据现有技术中的一种废气处理，任选地与影响混合物的组成或燃烧的其他措施相结合，大大减少了传统内燃机排放的污染物。
然而，例如对于具有汽油发动机的机动车辆，长期以来，所谓的调节式三元催化转换器，在许多国家法律被列为要求进入公共道路交通的最低配置中，多年来现有技术仅对柴油发动机的废气提供不充分的废气处理，由于与汽油发动机相比柴油发动机具有高燃料/空气比，造成相应装置的特定功能需求。另外，柴油发动机的负荷的设置，不是如汽油发动机通过调节空气/燃料混合物的总体积，而仅仅通过改变燃料的注入量。因此，对于一般的柴油发动机，通过限制燃料供应对颗粒排放物仅有很小的效果。
因此，现有技术通过采用滤烟器以符合关于这种颗粒排放物严格的法律限制，滤烟器按照待过滤的颗粒成分可称为烟尘颗粒过滤器(SPF)或按照颗粒来源可称为柴油颗粒过滤器(DPF)，并旨在减少残留在排出的废气流中的燃烧残渣的浓度。催化转化器(cat)也可用于减少污染物的排放，其与柴油发动机相结合，通常对应于所谓的氧化催化剂或选择性催化还原(SCR)的常规工作原理。例如这些和其他的过滤器，催化剂或包含热反应器的组件，都属于下面说明中的术语“废气处理装置”。
除了与流动相关的其他的操作参数，特别应注意的是，所谓的不同的废气处理元件的压力损失或压力降低。对于通用的过滤器，这样的压力差，已经由原始状态中的过滤器主体的固有阻力系数决定，这取决于它的设计和材料。在废气处理装置的连续操作中，废气流中沉积固体的连续累积，例如以所谓的滤饼的形式，常常显著地增加了流动阻力，从而使过滤器施加的反压力也在不断增加。部分结构渐增的反压力导致通过该装置的体积流量总体上连续降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种废气处理装置，所述装置允许连续监测废气流中的过滤器所施加的反压力。本发明的目的还在于提供一种相应的内燃机。
本发明相应地基于以下发现，即适合用于监视柴油机烟尘颗粒过滤器的反压力的测定点不一定必须被设置在过滤器上游的问题，这与本领域技术中主流的观点不同。相反，现代的废气处理装置的设计，其中，所述柴油机烟尘颗粒过滤器容纳在基本上气密的内壳体，所述内壳体与入口管和出口管流体连通，允许更灵活的定位。在这方面，原则上区域内的任何测量点已被证明适合于确定确切的反压力，所述区域为位于过滤器的一侧的上游设置的氧化催化剂和位于过滤器的另一侧的下游设置的连接元件之间。废气处理装置具有环形间隙是有利的，所述环形间隙径向地位于颗粒过滤器和内壳体之间，其流体连通到轴向地位于氧化催化剂和颗粒过滤器之间的区域，且反压测量点被设置在环形间隙中。这种结构能够较大的消除反压测量点的连接件，从而在利用狭小的可用安装空间方面具有优势。
在以上说明书和权利要求书中，术语“轴向”和“径向”涉及颗粒过滤器，特别涉及颗粒过滤器的管状护套的轴向和径向。
原则上，内壳体的外周的任何位置是可能的。对于本领域技术人员来说存在多种设计变体，其可从制造和特定应用的角度出发，选择最有利的反压力测量点。
一个有利的可替代的实施方式是提供环形间隙使其从连接元件轴向延伸至颗粒过滤器的入口侧。反压测量点的连接件指向环形间隙，这可以特别有利地利用本发明的优点。
在一个优选的实施例中，反压测量点是抵靠在内壳体的端面的套管轴承，套管的形状使通用的压力测量单元精确安装于其内部。这样的套管的构造具有合适的螺纹以构成为螺纹套管，使得有可能在这种情况下由钳工施加适度的圆周力，将测量单元拧到增加至相当大的轴向力，使所述套管和所述测量单元可以进入形式和力的配合连接，这样如果需要，同样可以再次以相应的方式松开。钳工以一种简单的方式调整其套管内的反压力测量装置来实现将相对大的圆周运动转换为仅仅小的轴向运动。
一个特别有利的可替代的实施方式是提供内壳体使其在反压测量点具有开口，并且所述开口被设置在临近环形间隙的内壳体的壁上。由此所述反压测量点可以检测环形间隙内的压力，其被限定为在氧化催化剂和颗粒过滤器之间的区域内的压力。因此，可以用反压测量点进行测量由颗粒过滤器引起的反压力。
根据本发明提供的反压测量点并不排除废气处理装置的附加的外壳体的结构选择。更确切地说，不用显著的额外的设计工作就可能以上述的(螺纹)套管的方式伸入所述外壳体，甚至外壳体的双壁结构。
该废气处理装置利用外壳体的外壳和内壳之间所包围的绝缘垫进行绝热，不排除上述方法。在这种变型中，本发明的套管贯穿外壳体和内壳体以及在其间的绝缘材料，而不脱离本发明的范围。在这个变型中，套管垂直对准于外壳的壁已被证明是特别有利的，以使绝缘性能不会受到不利影响。
考虑到氮氧化物的排放是柴油发动机的一个问题，也可以使用其它的结构附加到废气处理装置进一步降低排放量，相比于简单的烟尘颗粒过滤或其他，利用氮氧化物存储催化，同时保持有利于消耗的燃烧条件以选择性催化还原(SCR)的方式。
本发明另一重要的特征和优点也可在附图和附图相关的描述中找到。
不言而喻的是，上述特征和那些将在下面说明的可用于不仅在每种情况下给出的组合，而且在其他的组合或单独使用，而不脱离本发明的精神和范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施例示于附图中，并更详细地在下面的描述中进行说明，相同的附图标记指的是相同或相似的或功能上等同的部件。
在图中，
图1示意性示出本发明的内燃发动机的废气处理装置的原理结构的横截面图，
图2示意性示出了通过图1中废气处理装置的A-A剖面图，
图3示意性示出了通过图1的废气处理装置的B-B剖面图，并
图4示意性示出了通过图3的废气处理装置的U-U剖面图。
具体实施方式
图1至图4示出，从图1的横截面图开始，本发明中的废气处理装置1的原理结构作为普通柴油发动机的设计中的内燃机24的部分。为降低其氮氧化物排放量，内燃机24使用选择性催化还原，并为此目的包括还原剂喷嘴20，其同心地设置在废气流中并以雾化形式将类似于DIN70070的尿素水溶液供给到内燃机24的排放室中，并穿过废气处理装置1的内部。图1示出了还原剂喷嘴20'的一个可替换的位置，它被偏心地设置于排气气流中，但它的工作原理上仍然符合上述说明。
如图2中所示，利用图1的A-A剖面图此工作原理将变得更加清楚。特别地，可以看到进入废气处理装置1中的U形混合管19的还原剂喷嘴20的开口位置，其中分散的燃烧废气和喷射的尿素溶液通过水解方式形成二氧化碳(CO2)和氨(NH3)。燃烧废气与氨混合充当还原剂，然后通过形成于盖21内的流入漏斗22流动到SCR催化剂6，在它经过出口管3离开废气处理装置1之前，在相应的操作温度下进行实际氧化还原反应。
然而，在图1的B-B剖面图中废气处理装置1中的结构，体现了本发明的要素，根据图3中的示意图在下面进行说明。这样布置的流技术的起点由中空圆柱状的入口管2形成，其开口穿过外壳体27进入废气处理装置1，并将在高温下流出内燃机24的燃烧室(此处未示出)的燃烧废气供应进入到废弃处理装置1，开始进入到常规的氧化催化剂5，所述氧化催化剂5垂直设置于入口管2从而基本上沿着所述外壳体27。经过氧化催化剂5排出的燃烧废气，具有降低的烃(CmHn-)含量和一氧化碳含量，然后进入颗粒过滤器4，所述颗粒过滤器4位于氧化催化剂5的下游并在其延长线上，在所述颗粒过滤器4中废气流夹带的烟尘颗粒会积聚。以这种方式处理的燃烧废气最后流经偏转腔23，所述偏转腔23形成在所述排气处理装置1的端罩18内，并通过U形的流动轮廓引导该气体返回到装置1的内部中。
为了能够以简单的方式更换颗粒过滤器4，有利地是设置有护套38，其是管状的并且容纳至少一个颗粒过滤器元件40。所述颗粒过滤器元件40以常规方式封闭在支撑垫42内，并置于护套38中。颗粒过滤器4的端面形成入口侧36和出口侧37，通过入口侧36和出口侧37燃烧的废气能够流进和流出颗粒过滤器4
颗粒过滤器4还具有周向地设置在护套38上的连接元件9，用于将颗粒过滤器4连接到内壳体7。该连接元件9被设置在颗粒过滤器4的连接区域8上，其面向出口侧37，从而大多数的颗粒过滤器4在内壳体7的内部无接触地延伸。
在图3中的B-B剖面图和图4中的U-U剖面图中，在与平面A-A和平面B-B正交的方向上，显示了五个可选的反压测量点10、11、12(图3)和13、14(图4)，其是优选的和可替换的，可以看作本发明的特征。最先应注意的是图3的第一反压测量点10的基本位置，其对应于常规概念，其中的反压的测量必须直接在有关的颗粒过滤器4的上游进行。此设想不适用。
与此相反，图3中标记的应当被理解为可替换的第二反压测量点11和第三反压测量点12已经表明，沿颗粒过滤器4的整个最大长度L的反压的测量被证实为可能和可行的，所述颗粒过滤器4完全插入到内壳体7中并通过面对偏转腔23的连接件9连接到内壳体7。因此，这样的反压测量，如在第二反压测量点11一样，不仅可以沿着插入的颗粒过滤器4来实现。更进一步，第三反压测量点12本身可以轴向位于连接元件9和外壳体27之间，所述连接元件9是所谓的V形夹的形式，内壳体7插入所述外壳体27中，而不必接受较大的测量误差。
本领域技术人员可以想到将多个测量点设置在内壳体7的圆周方向，如图4示出了使用第四反压测量点13和第五反压测量点14。每一个反压测量点10、11、12、13、14可以证明是特别合适的，取决于用途，以形成通用的压力测量部或压力计，所述压力测量部或压力计可以螺纹的方式拧入位于可选的反压测量点的以螺旋套管形式存在的套管25中，以固定位置和便于组装。为此，所述内壳体7沿着套管25在预期的反压测量点10-14上具有开口26(参见图4)。套管25在两侧轴向开口。在第一反压测量点10和第二反压测量点11，设置在内壳体7外侧的外壳体27可以是双层壁的，并且在必要时连同它的外壳15、内壳16和绝缘垫17被所述套管25贯穿，所述绝缘垫17以液封形式在外壳15和内壳16之间形成封闭。
如果反压测量点10-14被设置在与现有技术已知的方案不同的位置(参见反压测量点10)，那么本发明可以被更好的使用。以这种方式，反压测量点11-14可以更加多变的形式设置，其结果是废气处理装置1可以更好的适应可用的安装空间。
反压测量点11-14具有一个共同点，即，它们被设置在环形间隙30上，该环形间隙30径向形成在颗粒过滤器4和内壳体7之间。特别地，该环形间隙30径向地形成在颗粒过滤器4的护套38和内壳体7的壁32之间。反压测量点11-14还设置在内壳体7的壁32的开口26内，从而反压测量点11-14可以测量环形间隙30内的压力。
所述环形间隙30在内壳体7和颗粒过滤器4之间径向延伸，并从连接元件9到区域34轴向延伸，区域34在氧化催化剂5和和颗粒过滤器4之间轴向延伸。特别地，环形间隙30沿着颗粒过滤器4的入口侧36轴向延伸。
由于所述环形间隙30在颗粒过滤器4的入口侧36并入到区域34，基本上在环形间隙30中的压力与氧化催化剂5和和颗粒过滤器4之间轴向延伸的区域34中的压力相同。由此反压测量点11-14测量由颗粒过滤器4产生的反向压力而不存在显著偏差。
在以上说明书和权利要求书中，术语“轴向”和“径向”涉及颗粒过滤器4，特别涉及颗粒过滤器4的管状护套的轴向和径向。

Claims (18)

1. 一种废气处理装置（1），包括：
入口管（2），用于引入燃烧废气，
出口管（3），用于排出燃烧废气，
基本上气密的内壳体（7），其流体连通一侧的入口管（2）和另一侧的出口管（3），用于容纳颗粒过滤器（4），
连接元件（9），其设置在流动方向上面对所述出口管（3）的所述内壳体（7）的连接区域（8）中，用于机械连接颗粒过滤器（4）和内壳体（7），和
氧化催化剂（5），其设置在所述内壳体（7）中的所述颗粒过滤器（4）的上游，用于催化燃烧废气的氧化反应，
至少一个反压测量点（11、12、13、14），其在流动方向上设置在氧化催化剂（5）和所述连接元件（9）之间，用于测量在排气处理装置（1）的操作过程中由所述颗粒过滤器（4）施加的反压力，
其特征在于，
所述废气处理装置（1）具有环形间隙（30），所述环形间隙（30）径向地位于所述颗粒过滤器（4）和所述内壳体（7）之间，其流体连通到轴向地位于氧化催化剂（5）和颗粒过滤器（4）之间的区域（34），且反压测量点（11、12、13、14）被设置在环形间隙（30）中。
2. 根据权利要求1所述的废气处理装置， 其特征在于, 所述环形间隙（30）从连接元件（9）轴向延伸至颗粒过滤器（4）的入口侧（36）。
3. 根据权利要求1或2所述的废气处理装置，其特征在于, 所述反压测量点（11、12、13、14）周向地设置在内壳体（7）上。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的废气处理装置，其特征在于,
所述内壳体（7）在反压测量点（11、12、13、14）具有开口（26），以及反压测量点（11、12、13、14）具有支承在开口（26）的端部的套管（25），用于容纳压力测量单元。
5. 根据权利要求4所述的废气处理装置，其特征在于，
所述开口（26）设置在内壳体（7）的壁（32）上，以限定环形间隙（30）。
6. 根据权利要求4或5所述的废气处理装置，其特征在于,
所述套管（25）包括螺纹，用以将压力测量单元拧紧到套管（25）内。
7. 根据权利要求4至6任一项所述的废气处理装置，其特征在于,
外壳体（27）设置在所述内壳体（7）的外侧，其中所述套管（25）基本上垂直地贯穿外壳体（27）。
8. 根据权利要求7所述的废气处理装置，其特征在于，
封闭在所述外壳体（27）中的绝缘垫（17），其优选地是以液封的形式在外壳（15）和内壳（16）之间，所述内壳（16）位于所述外壳（15 ）内，用于使废气处理装置（1）绝热，
其中，所述套管（25）贯穿所述外壳（15）、所述内壳（16）以及所述绝缘垫（17）。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的废气处理装置，其特征在于, 反压测量点（11、12、13、14）轴向地设置在所述连接元件（9）和所述外壳体（27）之间，其至少部分地围绕所述内壳体（7）和轴向突出到内壳体（7）外。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的废气处理装置，其特征在于，
混合管（19），其与所述颗粒过滤器（4）流体连接，用于混合燃烧废气与含氨还原剂，所述含氨还原剂优选地是基于为尿素水溶液的,
还原剂喷嘴（20，20'），它开口朝向混合管（19），用于雾化还原剂，以及
至少一种SCR催化剂（6），流体连接一侧的混合管（19）和另一侧的出口管（3），通过还原剂对燃烧废气的还原反应进行催化。
11.根据权利要求10所述的废气处理装置，其特征在于，
盖（21），其可拆卸地连接到所述外壳体（27），用于覆盖所述SCR催化剂（6）。
12.根据权利要求11所述的废气处理装置， 其特征在于，
流入漏斗（22），其形成在所述盖（21）上，流体连接一侧的混合管（19）和另一侧的SCR催化剂（6），用于将混合了还原剂的燃烧废气引入到SCR催化剂（6）。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的废气处理装置，其特征在于，
可拆卸的盖（18），设置在所述连接区域（8）的下游，用于覆盖所述内壳体（7）。
14. 根据权利要求13所述的废气处理设备，其特征在于 ，
偏转腔（23），其形成在所述盖（18）内，流体连接一侧的壳体（7）和另一侧的混合管（19），用于将从颗粒过滤器（4）排出的燃烧废气体偏转到所述混合管（19）。
15. 根据权利要求13或14所述的废气处理装置，其特征在于，内壳体（7）是细长的，其形状设置为当拆下盖（18）时，以所述形状，颗粒过滤器（4）能够以预定最大长度（L）进入内壳体（7）并通过连接元件（9）连接到内壳体（7）。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的废气处理装置， 其特征在于，所述连接元件（9）包括可拆卸的夹子，其优选为V形，用于将颗粒过滤器（4）固定在内壳体（7）中。
17. 根据权利要求1至16中任一项所述的废气处理装置， 其特征在于，所述废气处理装置（1）包括颗粒过滤器（4），并且所述颗粒过滤器（4）是烟尘颗粒过滤器，特别是柴油烟尘颗粒过滤器，具有
至少一个可透气的基板，用于从燃烧废气中分离煤灰颗粒，
包围所述基板的气密护套，和
支撑垫，设置在所述基板和所述内壳体（7）之间，用于将所述基板支撑在所述内壳体（7）内。
18. 一种内燃机（24），特别是柴油发动机，具有
至少一个燃烧室，用于燃烧排放燃烧废气的燃料，
其特征在于
根据权利要求1至17中任一项的废气处理装置（1），其与所述燃烧室流体连通，用于处理燃烧废气。
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