CN104755715B - 废气清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的废气净化装置(2)，所述废气净化装置具有用于还原剂、尤其是尿素的喷射模块(1)，所述喷射模块具有包括主腔室(4)的外壳(3)，在所述主腔室(4)中，混合管(5)设置在计量腔室(6)的下游，且所述还原剂经由至少一个喷射装置(11)喷射到所述计量腔室中。用于废气的喷射模块(1)包括至少一个进入主腔室(4)的第一入口(8)和至少一个离开混合管(5)的第一出口(7b)。为了以尽可能简单且节约空间的方式来实现高废气量，计量腔室(6)具有用于废气的至少一个第二入口(12)，且主腔室(4)具有用于废气的至少一个第二出口(9)，且主腔室(4)以气密的方式与计量腔室(6)和混合管(5)的内部(5a)分隔开。

Description

废气清洁装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的废气净化装置，该废气净化装置具有用于还原剂、尤其是尿素的喷射模块，该喷射模块具有包括主腔室的外壳，在该主腔室中，混合管设置在计量腔室的下游，且还原剂经由至少一个喷射装置喷射到计量腔室中，其中，用于废气的喷射模块包括至少一个进入主腔室的第一入口和至少一个离开混合管的第一出口。
背景技术
从文献GB2 645 151 A中已知一种用于内燃机的废气净化装置，该废气净化装置包括外壳，在该外壳中设置有颗粒过滤器和计量腔室，其中，喷射装置排放到计量腔室中。外壳跨越主腔室，在该主腔室中，混合管设置在计量腔室和用于废气的出口之间。该外壳还包括用于废气的入口。在此种情形下，所进入的废气至少部分地围绕混合管流动。
WO 2011/087 550 A2披露了一种用于内燃机的废气后处理模块，该模块包括多个入口，其中，用于还原剂的喷射装置设置在混合管的开始部分处。混合管容纳在模块的外壳中，此外，SCR催化转换器(SCR：选择性催化还原)在外壳中布置在混合管的两侧上。废气经由扩散器型入口流入到混合管中，并且在180°偏转之后从该混合管到达SCR催化转换器，并且废气从该SCR催化转换器沿外壳内部的混合管的外部侧表面流向外壳中的流出口。入口和出口设置在模块的同一端面上。此种布置需要较大的安装空间。由于混合管仅仅在还原剂混合之后才由废气包覆，因而由于在不利的操作条件下、例如低负荷下产生的过低壁温，在混合管内部会产生沉积。
WO 2010/078052 A1公开了一种用于内燃机的废气后处理装置，该废气后处理装置具有用于还原剂的计量装置，该计量装置布置在外壳中。该外壳包括用于废气的入口以及出口，其中，废气经由入口供给到外壳，并且在流经布置于外壳内的过滤基质之后到达流混合器，其中，经由计量装置将还原剂添加到废气。掺有还原剂的废气然后又经由中心出口流出外壳。不提供主腔室和混合管的气密分离。由文献WO 2006/014129 A1和DE 10 2008048 796 A1已知类似的废气净化装置。
发明目的
本发明的目的是确保还原剂以简单和紧凑的方式快速蒸发。
这根据本发明如此来实现，即，计量腔室包括用于废气的至少一个第二入口，且主腔室包括用于废气的至少一个第二出口，且主腔室以气密的方式与计量腔室以及混合管的内部分隔开。由于主腔室与计量腔室完全分开，热废气最佳地围绕混合管流动，并且混合管比在已知装置中更好地被加热。由此实现了注入的还原剂的更快速蒸发，且阻止了在混合管内的沉积。
较佳地在此情况下规定至少一个分隔壁布置在主腔室和计量腔室之间。主腔室和计量腔室之间的分隔壁防止热废气直接从主腔室流入计量腔室内。相反，废气在围绕混合管流动之后通过单独设置的第二出口离开主腔室。在此情况下特别有利的是，主腔室包括布置在注射模块的纵向对称平面的不同侧上的至少两个第二出口。
在此情况下特别有利的是，提供至少两个入口，这些入口布置在注射模块的纵向对称平面的不同侧上。至少一个喷射装置、但较佳是两个、三个、四个或更多个注射装置可在纵向对称平面的区域内排入计量腔室内。在此情况下，可使用来自多用途车辆领域的传统的喷射喷嘴。
为了实现混合管的最佳加热，主腔室主要、较佳为整个封围混合管的侧表面。
混合管和主腔室从混合管的纵向轴线方向看可具有圆形、椭圆形、矩形或其它可设想的横截面形状。
特别有利的是，废气净化装置具有模块化构造。由此在本发明的较佳实施变型中规定，至少一个连接模块较佳地在注射模块的一侧上凸缘连接到注射模块上，其中，连接模块构成来自主腔室的第二出口与进入计量腔室的第二入口之间的流动连接。连接模块可包括至少一个催化转化器、较佳地为柴油氧化催化转化器和/或至少一个颗粒过滤器。连接模块建立主腔室和计量腔室之间的流动连接。在此情况下，废气从主腔室经由第二出口引导到连接模块内，流经可能设置在此的氧化催化转化器和/或颗粒过滤器，并且进一步引导到进入计量腔室的第二入口。在此情况下，参照注射模块的纵向对称平面，连接模块可在任何情况下凸缘连接到注射模块的每一侧上。
在另一实施例中，可规定具有至少一个催化转化器、较佳为SCR催化转化器的至少一个催化转化器模块连接到来自混合管的第一出口。
混合管的第一部分定位在注射模块中，以使得热发动机废气围绕混合管流动，以在所有操作条件下使壁温保持高温。由于较高的温度，还原剂会快速蒸发，并且在混合管内出现较少的沉积。
在此情况下，热废气首先引导到主腔室内以加热混合管。然后，废气又从主腔室离开，并且经由连接模块到达注射模块的计量腔室，在该计量腔室内还原剂被计量。在将废气供给到催化转化器模块的SCR催化转化器之前，可以在热混合管中实现还原剂的完全蒸发。
废气对称流入计量腔室以喷射还原剂会促进蒸发以及与还原剂的混合。附加的混合器可省去和/或混合管的总长度可设计成更短。因此，构造可以更紧凑。
模块化构造使得可将其设计成用于各种应用场合，例如用于固定发动机或用于海上用途。
附图说明
接下来将基于附图来更详细地阐释本发明。在附图中：
图1以斜视图示出根据本发明的第一实施变型的废气净化装置的注射模块；
图2以斜视图示出第二实施变型的注射模块；
图3以沿图4中线III剖过的剖视图来示出图1的注射模块；
图4以沿图5中的线IV-IV剖过的剖视图来示出注射模块；
图5以沿图4中的线V-V剖过的剖视图来示出注射模块；
图6到图10以不同的剖视图分别示出在类似于图3的实施变型中的喷射模块；
图11到图13以类似于图5的剖视图示出各种实施变型中的废气净化装置。
具体实施方式
图1到图10示出用于内燃机、特别是大型发动机、例如用于固定或海上用途的内燃机的废气净化装置2的计量模块1。计量模块1包括外壳3，该外壳封围主腔室4。混合管5布置在主腔室4内，其中，混合管5从计量腔室6引出，该计量腔室连接到混合管入口7a。混合管5包括第一出口7b，其中，混合管5的内部5a与主腔室4分隔开。混合管5的外套5b由主腔室4完全封围。主腔室4在计量模块1的下侧3a上包括至少一个第一入口8，并且在计量模块1的两侧3b、3c包括第二出口9。主腔室4通过至少一个分隔壁10与计量腔室6气密地分隔开。
用于氮氧化物、例如尿素的还原剂的至少一个喷射装置11排入计量腔室6。计量腔室6在每一侧3b、3c上具有用于废气的第二入口12。
计量模块1实施成关于纵向对称平面ε基本上对称，该对称平面包含了混合管5的纵轴线5’。
外壳3、特别是主腔室4从纵轴线5’的纵向看可具有矩形或正方形的横截面，如图3、8、9和10中所示。然而，它也可具有圆形(图6)或椭圆形(图7)横截面。混合管5也可具有除了圆形横截面(图3、6、7、8)之外的矩形(图8)或椭圆形(图10)横截面。
图11示出连接模块13凸缘连接到计量模块1的两侧中的每一侧上的实施例。每个连接模块13建立在来自主腔室4的第二出口9与进入计量腔室6的第二入口12之间的流动连接。连接模块13可在出口开口9的区域内包括柴油氧化催化转化器DOC，例如如图12中所示。此外，柴油颗粒过滤器DPF可布置在连接模块13内(参见图13)。
如从图11到13中可见，催化转化器模块14可凸缘连接到混合管5的第一出口7b上，其中，催化转化器模块14可包括多个SCR催化转化器。催化转化器模块14在其内部、随混合管5的延伸有另一混合管15。
计量腔室6可由焊接的部件构成，如图1和5中所示。代替焊接的实施例，计量腔室6也可被铸造(参见图2)。
一个或多个喷射装置11可排入计量腔室6。
在图3到7以及图11到13中由箭头示出废气的路径。废气从内燃机的涡轮增压器(未进一步示出)经由废气管线16和外壳3的下侧3a上的第一入口8进入主腔室4，并且在其内围绕混合管5的外套5b流动。由此，加热混合管5。在绕混合管5流动之后，废气通过侧向第二出口9排入连接模块13，并且可选地经由氧化催化转化器DOC和/或颗粒过滤器DPF、通过第二入口12到达计量腔室6，在计量腔室内经由喷射装置1来喷射还原剂。废气连同经由喷射装置11注入混合管5的还原剂一起流出计量腔室6，其中，由于混合管5的较高壁温，实现了还原剂的快速蒸发。废气通过第一出口7b离开计量模块1，并且到达所连接的催化转化器模块14的另一混合管15。在离开另一混合管15之后，废气流经SCR催化转化器SCR，然后经由排放管线(未更详细示出)离开废气后处理装置2。
这种废气对称地流入计量腔室6可使还原剂和废气之间快速混合。
混合管5定位在计量模块1中，以使得热发动机废气围绕混合管5流动，以在所有操作条件下使壁温保持高温。由于混合管5的高壁温，还原剂快速蒸发，并且引出在混合管5中出现较少的沉积物。
由于废气对称流入计量腔室6而产生的良好混合，所以可避免使用附加的混合器以及由此造成的压力损失和更高的成本，并且同时可将另一混合管15在催化转化器模块14内的长度保持成相对较短。来自多用途车辆构造的典型尿素喷射喷嘴可用作喷射装置11。
废气净化装置2的模块化构造使得可将其设计成用于各种应用场合，例如用于非发电机组(越野式)、发电机组(固定的发动机)和海上用途。
内燃机的废气经由延伸到主腔室4内的单独的废气管线16引导。通入主腔室4的第一入口8可以根据要求和安装空间制成为柔性的。例如，单个第一入口8可用于直列式发动机或者两个分开的第一入口(未示出)可用于V型发动机。
在具有氧化催化转化器DOC和颗粒过滤器DPF的应用中，一个或多个HC计量装置17可选地布置在废气管线16中，以在第一入口8上游进行柴油颗粒过滤器再生，如图1中虚线所示。来自主腔室4的第二出口9布置在两侧3b、3c上，以使得能够对称地流入计量腔室6。然而，替代地，从主腔室4引出的第二出口9的灵活设计也是可以的，例如具有一个、两个、三个或更多个开口。
喷射装置11可直接紧固到计量腔室6上，或者可作为喷射模块11安装在计量腔室6上(参见图1和2)。根据要求，可使用一个、两个、三个、四个或更多个喷射装置11。
由于计量腔室6的设计，可采用来自多用途车辆领域的低成本、批量生产的喷射装置11。在此情况下无须压缩空气辅助来进行这种计量。然而，还可以使用例如来自海上发动机的具有压缩空气辅助的喷射装置。
将混合管5集成到主腔室4中，并且热发动机废气在所有操作条件下围绕它流动。为了实现均匀的绕流，有利的是将混合管5定位在中心。然而，替代地，偏心布置原理上也是可以的。
为了补偿热膨胀，可例如经由补偿器18将催化转化器模块14紧固到来自混合管5的第一出口7b上。
为了降低制造成本，可在各种应用中使用相同的计量模块1。由此增加了件数，并且制造成本变得更低。

Claims (17)

1.一种用于内燃机的废气净化装置(2)，所述废气净化装置具有用于还原剂的喷射模块(1)，所述喷射模块具有包括主腔室(4)的外壳(3)，在所述主腔室(4)中，混合管(5)设置在计量腔室(6)的下游，且所述还原剂经由至少一个喷射装置(11)喷射到所述计量腔室中，其中，用于废气的喷射模块(1)包括至少一个进入所述主腔室(4)的第一入口(8)和至少一个离开所述混合管(5)的第一出口(7b)，其特征在于，所述计量腔室(6)具有用于废气的至少一个第二入口(12)，且所述主腔室(4)具有用于废气的至少一个第二出口(9)，且所述主腔室(4)以气密的方式与所述计量腔室(6)和所述混合管(5)的内部(5a)分隔开。
2.如权利要求1所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述主腔室(4)通过至少一个分隔壁(10)与所述计量腔室(6)分隔开。
3.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述主腔室(4)具有至少两个第二出口(9)，所述第二出口关于所述喷射模块(1)的纵向对称平面(ε)布置在所述外壳(3)的不同侧(3b,3c)上。
4.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述计量腔室(6)具有至少两个第二入口(12)，所述第二入口关于所述喷射模块(1)的纵向对称平面(ε)布置在所述外壳(3)的不同侧(3b,3c)上。
5.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述主腔室(4)封围所述混合管(5)的侧表面(5b)。
6.如权利要求1所述的废气净化装置(2)，其特征在于，至少一个连接模块(13)凸缘连接到所述喷射模块(1)上，其中，所述连接模块(13)构成来自所述主腔室(4)的所述第二出口(9)与进入所述计量腔室(6)的所述第二入口(12)之间的流动连接。
7.如权利要求6所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述连接模块(13)包括至少一个催化转化器和/或至少一个颗粒过滤器(DPF)。
8.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，具有至少一个催化转化器的至少一个催化转化器模块(14)连接到所述第一出口(7b)。
9.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，至少一个喷射装置(11)在纵向对称平面(ε)的区域内排入所述计量腔室(6)内。
10.如权利要求1或2所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述混合管(5)和/或所述主腔室(4)具有圆形、椭圆形或矩形的横截面。
11.如权利要求1所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述还原剂是尿素。
12.如权利要求5所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述主腔室(4)主要封围所述混合管(5)的侧表面(5b)。
13.如权利要求5所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述主腔室(4)完全地封围所述混合管(5)的侧表面(5b)。
14.如权利要求1所述的废气净化装置(2)，其特征在于，至少一个连接模块(13)在所述喷射模块(1)的一侧上凸缘连接到所述喷射模块(1)上。
15.如权利要求1或6所述的废气净化装置(2)，其特征在于，至少一个连接模块(13)各关于所述喷射模块(1)的纵向对称平面(ε)布置在所述外壳(3)的不同侧(3b,3c)上。
16.如权利要求7所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述至少一个催化转化器是柴油氧化催化转化器(DOC)。
17.如权利要求8所述的废气净化装置(2)，其特征在于，所述至少一个催化转化器是SCR催化转化器(SCR)。
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