CN107002539A - 用于净化内燃发动机排气的排气净化部件 - Google Patents

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Abstract

排气净化部件(1)，具有：一个具有流入开口(3)和流出开口(4)的壳体(2)；一个在该壳体(2)中安排的具有护罩(7)的第一蜂窝体(5)，其中该护罩(7)具有一个在该壳体(2)内能够被排气流过的外表面(8)；并且此外具有一个添加装置(9)，借助该添加装置能够将排气净化添加剂添加到该护罩(7)的该外表面(8)上。

Description

用于净化内燃发动机排气的排气净化部件
技术领域
本发明涉及一种用于净化内燃发动机的排气的排气净化部件，该排气净化部件用于将液态的排气净化添加剂供应给排气处理装置。该排气净化部件尤其是排气处理装置的排气管线的一个区段，该区段可以被插入排气处理装置的排气管线中或者该区段可以构成排气管线的一个区段。
背景技术
例如向排气处理装置供应用于实施选择性催化还原方法(SCR方法，SCR＝Selective Catalytic Reduction)的燃料或还原剂作为排气净化添加剂。在这种SCR方法中，排气中的氮氧化物成分借助于还原剂还原成无害物质。该还原剂典型地是可以在排气中转化成氨的尿素水溶液。然后，排气中的氮氧化物与氨反应成无害物质(尤其CO2、H2O和N2)。32.5％的尿素水溶液作为液态的排气净化添加剂在商标名下可获得。
在将液态的排气净化添加剂添加至内燃发动机的排气时的问题尤其在于，必须使液态的排气净化添加剂蒸发，以便能够在该排气处理装置中的排气中起作用。已知的是，以精细雾化的方式来添加液态的添加剂，以便改善液态的排气净化添加剂的蒸发。同样已知的是，在排气处理装置内设置多个冲击结构，排气净化添加剂冲击到冲击平面上，以便从这些冲击平面出发而蒸发。但是问题在于：在排气处理装置中设置对应的冲击平面，这些冲击平面在内燃发动机投入运行后已经提早具有足够高的温度，以便确保液态的排气净化添加剂可靠地蒸发。对于作为液态的排气净化添加剂的尿素水溶液而言尤其如此。
EP 2865 858 A1公开了一种用于处理排气的装置和方法。在此，在排气管线中安排有一个催化转换器。还设置有一个注入器，通过该注入器可以将物质喷入该排气管线中。该装置还具有一个旁通管线，该旁通管线绕过该催化转换器的一部分。该物质的喷入例如可以在该旁通管线中进行。
EP 1 857 648 A1示出了一种用于改善内燃发动机的排放控制的装置和方法。该装置具有一个氮氧化物存储单元和一个燃料处理器。在此，该燃料处理器安排在该氮氧化物存储单元的上游。在该燃料处理器中，燃料可以借助还原作用转化成气体，该气体被供应到氮氧化物存储单元中并且在那里导致在该氮氧化物存储单元中的吸附剂再生。
US 2010/0 263 352 A1公开了一种具有催化器组件的排气系统。其中第一催化器是甲烷氧化催化器并且第二催化器是选择性催化催化器。该第一催化器安排在该第二催化器的上游。
US 6 444 177 B1示出了一种用于催化地净化由燃烧产生的排气的工艺和装置。待净化的排气被引入转化和混合管线中，其中该排气流经该管线。还向该排气中喷入还原剂。然后，该排气向一个还原管线中转向，该还原管线关于该转化和混合管线平行或共轴地安排。排气流在该还原管线中在与转化和混合管线相反的方向上流动。
一种用于改善在排气处理装置中液态排气净化添加剂的蒸发的已知方法例如还有在该排气处理装置内的加热器，借助这些加热器可以有针对性地加热排气或在更上文中所描述的冲击结构。当仅借助排气的温度还不能够确保足够的蒸发时，加热器是尤其有利的，以便在内燃发动机的冷启动阶段期间实现排气净化添加剂的蒸发。
在添加液态的排气净化添加剂时的问题尤其在于沉积物的形成，当尿素水溶液没有充足地蒸发时，在作为排气净化添加剂的尿素水溶液中这些沉积物尤其以固态的尿素沉淀物的形式形成。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，解决或者至少减轻所描述的技术问题。尤其应提出一种特别有利的排气净化部件，借助该排气净化部件可以将液态的排气净化添加剂供应给一个排气处理装置，其中液态的排气净化添加剂在该排气处理装置中充分地蒸发。通过本发明，尤其在内燃发动机的冷启动条件下也能实现并且以尽可能低的热能的使用来实现充足的蒸发。
这些目的通过具有根据权利要求1所述特征的排气净化部件实现。本发明的其他有利的构型在从属地撰写的专利权利要求中给出。在权利要求书中单独地列举的特征可以以任意的、技术上有利的方式彼此组合并且可以通过说明书中的解释性实情进行补充，其中展示了本发明的其他实施变体。
本发明涉及一种排气净化部件，该排气净化部件具有：一个具有流入开口和流出开口的壳体；一个在该壳体中安排的具有护罩的第一蜂窝体，其中该护罩具有一个在该壳体内能够被排气流过的外表面；并且此外具有一个添加装置，借助该添加装置能够将排气净化添加剂添加到该护罩的该外表面上。
该排气净化部件尤其是排气管线的一个任意的区段，其中然后该壳体构成该排气管线的壁部。该排气净化部件可以经过流入开口或流出开口与排气管线的多个其他区段相连接并且因此被整合到一个排气处理装置中。在此，排气流动方向始终被定义为从壳体的该流入开口向该流出开口的排气流动方向。
在该壳体中安排的蜂窝体尤其是金属的蜂窝体，该蜂窝体例如可以由金属箔片制造，其中多个尤其交替地呈波浪状和平坦的多个金属箔片可以彼此上下地叠置，以便在该蜂窝体中形成蜂窝状的通道结构。但是还可行的是，该蜂窝体是可以例如通过挤出成型来生产的陶瓷蜂窝体。该护罩尤其由环绕的壁部构成，该环绕的壁部根据圆周面的类型而包围蜂窝体。该蜂窝体优选地具有：一个流入平面，经过该流入平面排气可以流入该蜂窝体中；和一个流出平面，经过该流出平面排气可以再次从该蜂窝体中离开。该护罩在流入面与流出面之间延伸并且构成该蜂窝体的一个限制部。在金属的蜂窝体中，该护罩优选地以金属管的形成构成，该金属管比金属箔片(该蜂窝体的蜂窝结构用这些金属箔片形成)具有更大的壁厚度。这些金属箔片例如具有在20μm[微米]和100μm之间的厚度，而该蜂窝体的护罩具有在500μm和2mm[毫米]之间的厚度。该护罩由此还给该蜂窝体提供了机械稳定性。在陶瓷蜂窝体中也可以设置有此类金属护罩。但是对于排气净化部件而言优选的是金属蜂窝体，因为在金属蜂窝体中通常从该蜂窝体的蜂窝结构朝向该护罩以及该护罩的外表面产生更好的热传递。为了使冲击到外表面上的排气净化添加剂在该外表面处有效地蒸发，此类热传递在排气净化部件中是期望的。
该添加装置尤其是具有喷嘴的注入器，借助该喷嘴可以将液态的排气净化添加剂以雾化的方式添加到该排气净化部件的壳体中。该添加装置的注入器或喷嘴在如下位置处优选地穿过该排气净化部件的壳体，使得在该壳体外部的添加装置的一个区段是可接近的，并且使得在该添加装置处可邻接一个管线，经过该管线可以给该添加装置提供液态的排气净化添加剂。该添加装置或该添加装置的喷嘴优选地产生喷射锥体，液态的排气净化添加剂借助该喷射锥体在该排气处理装置中喷射。该添加装置优选地以如下方式取向：使该喷射锥体冲击该护罩的外表面。
该蜂窝体的护罩的外表面通常通过如下方式加热：排气流经该蜂窝体。该蜂窝体例如可以是催化器载体(尤其氧化催化器)，在内燃发动机的排气中的排气成分可以借助该催化器载体被氧化。当热的排气流经蜂窝体时，这实现了在该蜂窝体中的温度升高。该蜂窝体因此加热该罩面和该外表面。此外，该罩面通常是特别热的，因为该罩面和该外表面在该添加装置的区域中完全地安排在该排气净化部件的壳体中并且不与该壳体的外壁直接地接触。在该壳体与该罩面之间的间隙空间相应地实现如一种保护该罩面免受冷却的热隔离。出于这个原因，可被流过的外表面能够在壳体内在该排气净化部件中实现使液态的排气净化添加剂特别安全且可靠地蒸发。该排气净化部件尤其适用于添加尿素水溶液作为液态的排气净化添加剂。该排气净化部件还在以下情况下是有利的：在该护罩的该外表面与该壳体之间形成至少一个旁通通道，经过该旁通通道从该流入开口向该流出开口流动的排气流的排气支流能够绕过该第一蜂窝体，其中该添加装置被安排在该旁通通道处，使得能够将该排气净化添加剂添加到该旁通通道中。
在该实施例中，该第一蜂窝体如下地实施：该第一蜂窝体不完全填满该壳体的横截面积。在该第一蜂窝体与该壳体之间的间隙空间因此构成本文所描述的旁通通道。在流入开口处进入该壳体中的排气流被相应地分配成一个排气主流和一个排气支流，其中该排气主流流经第一蜂窝体，而该排气支流流经所描述的旁通管。在此，所描述的排气支流流过护罩的该外表面。用添加装置供应给排气处理部件的液态的排气净化添加剂因此首先仅与该排气支流接触。接着，该排气支流与该排气主流(在排气流动方向上在该第一蜂窝体之后)再次彼此组合。将排气流分配成排气主流和排气支流(在该排气支流中添加液态的排气净化添加剂)可以实现有针对应地影响该排气流，由此使得可以以特别有利的方式将排气净化添加剂添加到该排气支流中。
该排气净化部件还在以下情况下是有利的：在该旁通通道中安排有一个第二蜂窝体，流经该旁通通道的排气流流经该第二蜂窝体。
该第二蜂窝体优选地在排气流动方向上安排在该添加装置之前。构成旁通通道的该间隙空间优选地被该第二蜂窝体完全覆盖，使得该第二蜂窝体完全地影响流经该旁通通道的排气支流。在该旁通通道中在流动方向上在该添加装置之前的此类第二蜂窝体可以实现有针对性地影响排气流。为此，该第二蜂窝体例如具有起催化作用的涂层，优选地起氧化作用的涂层。还可以在排气流动方向上在该添加装置之后安排一个第二蜂窝体。在那里安排的第二蜂窝体例如可以具有水解涂层，借助该水解涂层可以改善液态的排气净化添加剂的转化。借助该水解涂层例如可以辅助从尿素到氨的转化。
此外，该排气净化部件在以下情况下是有利的：在该旁通通道中在排气流动方向上在该添加装置之前安排有一个加热器，流经该旁通通道的排气支流能够通过该加热器被加热。
对于在排气处理装置中的排气净化添加剂的成功蒸发而言，尤其在该排气处理装置中的排气温度是关键性的。通过加热器可以有针对性地提高在添加装置之前的排气温度。特别有利的是，在旁通通道中安排一个加热器，因为由此可以实现仅对流经该旁通管的排气流进行加热。这减少了该加热器所需要的加热能量。
该加热器尤其是例如可以根据可电加热的蜂窝体的类型实施的电加热器。此类可电加热的蜂窝体例如可以由电流流经的、由波浪状和平坦的箔片组成的包构成。但是该加热器还可以是一个任意的、另外的加热器，例如热交换器或燃烧器。
在旁通通道中的一个加热器以特别有利的方式与第一蜂窝体的护罩的该外表面(作为用于液态的排气净化添加剂的冲击表面)共同作用，因为用于使液态的排气净化添加剂充分蒸发所需要的温度可以选择性地用排气或用该加热器来实现。这可以实现加热器的特别节约的运行，其中通常只有当借助这些排气无法实现足够的温度时，该加热器才被激活。
该排气净化部件还在以下情况下是有利的：在该护罩的外表面的一个冲击区域中安排有一个表面加热件，用该添加装置添加的排气净化添加剂出现在该冲击区域中，借助该外部加热件能够加热该护罩的该外表面。
例如可以以在护罩的外表面上安排的电导轨的形式来实现此类的表面加热。当通过流入该排气净化部件中的排气无法确保足够的温度升高时，可以利用此类表面加热件，以便针对性地加热该护罩。例如可以将导轨挤压或粘贴在该护罩上。
该排气净化部件还在以下情况下是有利的：在排气流动方向上在该旁通通道和该第一蜂窝体之前安排有一个加热器，借助该加热器能够加热该排气流的流经该旁通通道的排气支流和流经该第一蜂窝体的排气主流。
此类共用的加热器优选地跨过该壳体的整个横截面积。尤其当对在该第一蜂窝体中发生的催化过程而言需要最小温度时，此类共用的加热器也是有利的。然后可以利用该加热器，以便也提高该排气主流的排气的温度。
该排气净化部件还在以下情况下是有利的：如下地安排该第一蜂窝体，使得经过该流入开口向该排气净化部件中流入的排气流完全地流经该第一蜂窝体，其中该排气净化部件进一步具有至少一个转向装置，从该第一蜂窝体流出的排气流借助该转向装置以如下方式转向：使该护罩的该外表面被流过。
该转向装置尤其是一个转向板，该转向板被安排在该壳体中并且使从该第一蜂窝体排出的排气转向。在排气净化部件的实施变体中，在第一蜂窝体之前不将排气流分配成排气主流和排气支流。而排气流完全地流经该第一蜂窝体。接着，排气流首先借助该至少一个转向板以如下方式转向：使该排气流朝向该护罩的外表面偏转。这可以确保，在护罩的外表面被排气流过之前，在该外表面处流动的排气已经被该第一蜂窝体影响。尤其当在该第一蜂窝体中实现排气的温度升高时，这是有利的。
然后，围绕该蜂窝体优选地存在一个环形空间，流经该护罩的外表面的排气经过该环形空间朝向该流出开口转向。
此外优选地存在一个环绕的密封件，该壳体借助该密封件贴靠蜂窝体的罩面，并且该蜂窝体通过该密封件保持在该壳体中。此类密封件例如可以通过该壳体的一个环绕的珠缘(Sicke)构成。
该排气净化部件还在以下情况下是有利的：在该至少一个转向装置处形成至少一个旁通通道，在不流过该护罩的该外表面的情况下，从该第一蜂窝体流出的排气流的排气支流能够经过该旁通通道向该壳体的一个流出开口流动。
此类旁通管可以例如以在该转向板中的穿孔的形式来提供。在该第一蜂窝体之后的此类旁通管可以确保不是所有排气流都绕过该排气净化部件的外表面和添加装置而流动。这尤其在由此在该外表面和该添加装置处可能出现过高的流动速度的情况下是有意义的。此类过高的流动速度可能导致所添加的液态的排气净化添加剂在该罩面处的停留时间很少，使得该液态的排气净化添加剂在此没有完全蒸发。因此，该旁通管根据调节该排气流在该添加装置处流过护罩外表面的排气流的速度和压力的调节类型而起作用。
在此还应描述一种机动车辆，该机动车辆具有一个内燃发动机和一个用于净化该内燃发动机的排气的排气处理装置，该排气处理装置具有至少一个本文所描述类型的排气净化部件。
排气流动方向上在该排气净化部件之后，在该排气处理装置中优选地安排有一个SCR催化器，其中可以借助该SCR催化器和通过排气净化部件添加的排气净化添加剂来实施选择性催化还原方法。
附图说明
下面借助于附图对本发明以及技术环境进行详细说明。附图示出了特别优选的实施例，但是本发明不局限于这些实施例。尤其应指出的是，这些附图以及尤其在附图中展示的尺寸比例仅为示意性的。在附图中：
图1示出了所描述的排气净化部件的第一实施例变体，
图2示出了所描述的排气净化部件的第二实施例变体，
图3示出了所描述的排气净化部件的第三实施例变体，
图4示出了所描述的排气净化部件的第四实施例变体，
图5示出了穿过所描述的排气净化部件的第四实施例变体的横截面，以及
图6示出了具有所描述的排气净化部件的机动车辆。
具体实施方式
在图1至图4中分别展示了所描述的排气净化部件1的不同的实施变体。所示的所有排气净化部件1分别具有一个壳体2，该壳体具有：一个流入开口3，排气流17可以经过该流入开口向该排气净化部件1中流入；以及一个流出开口4，排气流17可以经过该流出开口从该排气净化部件1流出。在这些排气净化部件1中分别安排有一个能够被排气流经的第一蜂窝体5。
还分别设置有一个添加装置9，借助该添加装置可以将液态的排气净化添加剂添加到第一蜂窝体5的护罩7的外表面8上。此外，在图1和图4中的排气净化部件的实施变体分别示例性地示出了λ传感器19和温度传感器11，借助该温度传感器可以监测排气净化部件1的功能。在此，λ传感器19在从流入开口3向流出开口4的排气流动方向上安排在第一蜂窝体5之前。温度传感器11经过壳体2朝第一蜂窝体5中延伸，以便可以监测在第一蜂窝体5中的温度。λ传感器19监测在第一蜂窝体5之前的排气净化部件1的区域中的λ值。在图1和图4中仅示例性地示出了λ传感器19和温度传感器11，并且应说明的是，本领域技术人员可以在排气净化部件1处安排任意的传感器。根据本发明的排气净化部件不需要这些传感器。但是这些传感器还可以转移到根据图2和图3的实施例。
在图1至图3中分别设置有一个旁通通道6，该旁通通道在第一蜂窝体5的护罩7的外表面8与第二壳体2之间走向，并且排气流17的排气支流10流经该旁通通道。排气主流16相应地流经第一蜂窝体5。排气流17通过第一蜂窝体5被划分成排气支流10和排气主流16。通过在第一蜂窝体5与壳体2之间或在护罩7与壳体2之间的间隙空间形成旁通通道6。
根据图1，在排气通道6中在排气流动方向上在添加装置9之前设置有一个第二蜂窝体12。在图1中示例性地示出，第二蜂窝体12是加热器15，借助该加热器可以加热流经旁通管6的排气支流10。但是第二蜂窝体12还可以是“常见的”具有起催化作用的涂层的催化器载体，通过该催化器载体可以实现排气流10中的温度升高。
同样地，根据图2在旁通管6中在添加装置9之前安排有第二蜂窝体12。但是此外在此存在一个表面加热器14，该表面加热器在护罩7的外表面8上被安排在一个冲击区域13中。在该冲击区域中，用添加装置9加入的液态的排气净化添加剂冲击到护罩7的外表面8上。表面加热器14例如可以实施为由在护罩7的外表面8上的多个电导轨形成的电加热器。在此，此类导轨例如可以被挤压或粘贴。此类导轨应是尤其耐高温的，以便不被在该排气净化部件中的温度损坏。
根据图3中的实施变体，在旁通通道6中同样安排有一个第二蜂窝体12。此外，根据图3存在一个加热器15，该加热器在壳体2的整个横截面上延伸并且由此该加热器覆盖旁通通道6(排气支流10流经该旁通通道)和第一蜂窝体5(排气主流15流经该第一蜂窝体)。由此用加热器15来加热排气主流16和排气支流10。加热器15还可以优选地实施为可电加热的蜂窝体。
图4与图5一起示出了排气净化部件1的一个替代性构型，其中排气流17首先(在流经第一蜂窝体5之前)不被划分成排气主流和排气支流。而第一蜂窝体5在壳体2处借助密封件24被密封，在此该密封件实施为壳体2的环绕式珠缘。实施为环绕式珠缘的密封件24贴靠第一蜂窝体5的罩面7并且在那里被密封。实施为珠缘的密封件24还将第一蜂窝体5机械地固定在壳体2的内部。在排气从第一蜂窝体5流出之后，排气被转向装置18转向，使得该排气朝向护罩7的外表面8偏转。在此，排气还流过护罩7的外表面8的一个区域，在该区域中排气净化添加剂借助添加装置9被添加到护罩7的外表面8上。
图5示出了沿着剖线A-A穿过图4的一个截面图。在图5中可以辨别出，在围绕第一蜂窝体5的外部或在第一蜂窝体5与壳体2之间存在一个环形空间25，经过该环形空间经转向的排气可以在朝向排气净化部件1的(图4中所示的)流出开口4的方向上偏转。
在此，实施为珠缘的密封件24将第一蜂窝体5固持在壳体2中并且相对于排气净化部件1的流入开口3关闭环形空间25。在根据图4和图5的排气净化部件1的实施变体中，此外在第一蜂窝体5之后设置有旁通管6，没有流向添加装置9的排气支流10能够经过该旁通管流出。在该实施变体中，排气主流16流向添加装置9。这将根据图4和图5的实施变体与根据图1至图3的实施变体区别开。旁通通道6可以以转向装置18的穿孔的形式构成。旁通通道6只是一个特别的实施变体，在根据图4和图5的实施例中不必存在该实施变体。
图6示出了具有内燃发动机20和排气处理装置21的机动车辆22，用该排气处理装置来净化内燃发动机20的排气。排气处理装置21具有一个此处所描述类型的排气净化部件1。此外，排气处理装置21具有一个SCR催化器23，在借助于排气净化添加剂的情况下可以用该SCR催化器来实施选择性催化还原方法，其中借助于排气处理装置21的所描述的排气净化部件1来供应该排气净化添加剂。

Claims (9)

1.排气净化部件(1)，具有：一个具有流入开口(3)和流出开口(4)的壳体(2)；一个在该壳体(2)中安排的具有护罩(7)的第一蜂窝体(5)，其中该护罩(7)具有一个在该壳体(2)内能够被排气流过的外表面(8)；并且此外具有一个添加装置(9)，借助该添加装置能够将排气净化添加剂添加到该护罩(7)的该外表面(8)上。
2.根据权利要求1所述的排气净化部件(1)，其中在该护罩(7)的该外表面(8)与该壳体(2)之间形成至少一个旁通通道(6)，经过该旁通通道从该流入开口(3)向该流出开口(4)流动的排气流(17)的排气支流(10)能够绕过该第一蜂窝体(5)，其中该添加装置(9)被安排在该旁通通道(6)处，使得能够将该排气净化添加剂添加到该旁通通道(6)中。
3.根据权利要求2所述的排气净化部件(1)，其中在该旁通通道(6)中在排气流动方向上在该添加装置(9)之前安排有一个第二蜂窝体(12)，流经该旁通通道(6)的排气支流(10)流经该第二蜂窝体。
4.根据权利要求2或3所述的排气净化部件(1)，其中在该旁通通道(6)中在排气流动方向上在该添加装置(9)之前安排有一个加热器(15)，流经该旁通通道的排气支流(10)能够通过该加热器被加热。
5.根据权利要求2至4之一所述的排气净化部件(1)，其中在该护罩(7)的该外表面(8)的一个冲击区域(13)中安排有一个表面加热件(14)，用该添加装置(9)添加的排气净化添加剂出现在该冲击区域中，借助该外部加热件能够加热该护罩(7)的该外表面(8)。
6.根据权利要求2至5之一所述的排气净化部件(1)，其中在排气流动方向上在该旁通通道(6)和该第一蜂窝体(5)之前安排有一个加热器(15)，借助该加热器能够加热该排气流(17)的流经该旁通通道(6)的排气支流(10)以及流经该第一蜂窝体(5)的排气主流(16)。
7.根据权利要求1所述的排气净化部件(1)，其中如下地安排该第一蜂窝体(5)，经过该流入开口(3)向该排气净化部件(1)中流入的排气流(17)完全地流经该第一蜂窝体(5)，其中该排气净化部件(1)进一步具有至少一个转向装置(18)，从该第一蜂窝体(5)流出的排气流(17)借助该转向装置以如下方式转向：使得该护罩(7)的该外表面(8)被流过。
8.根据权利要求7所述的排气净化部件(1)，其中在该至少一个转向装置(18)处形成至少一个旁通通道(6)，在不流过该护罩(7)的该外表面(8)的情况下，从该第一蜂窝体(5)流出的排气流(17)的排气支流(10)能够经过该旁通通道向该壳体(2)的流出开口(4)流动。
9.机动车辆(22)，具有一个内燃发动机(20)和一个用于净化该内燃发动机(20)的排气的排气处理装置(21)，该排气处理装置具有一个根据前述权利要求之一所述的排气净化部件(1)。
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