CN108278143B - 排气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气设备，其具有由排气沿排气主流动方向(A)可穿流的排气流通道(14)和用于在排气流通道(14)的反应剂喷射区域(16)中沿反应剂主喷射方向(R)喷入反应剂的反应剂喷射布置结构(18)，其中，反应剂主喷射方向(R)和排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中彼此不平行并且不正交。

Description

排气设备
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气设备。
背景技术
为了尤其是在结合柴油内燃机使用的排气设备中确保，其可以满足对有害物质排放、尤其是氮氧化物排放的逐步严格的法律上的要求，将反应剂、例如尿素/水溶液喷射到在这样的排气设备中流动的排气中。在反应剂喷射区域下游设置的SCR催化器布置结构中，借助选择性的催化还原将在排气中包含的氮氧化物与在反应剂中包含的氨转变为水和氮气。
发明内容
本发明的任务是，设置一种用于内燃机的排气设备，利用其实现在排气流通道的反应剂喷射区域中喷射的反应剂与在排气流通道中流动的排气的有效率的蒸发和混匀。
按照本发明，该任务通过一种用于内燃机的排气设备解决，其具有由排气沿排气主流动方向可穿流的排气流通道和用于在排气流通道的反应剂喷射区域中沿反应剂主喷射方向喷入反应剂的反应剂喷射布置结构，其中反应剂主喷射方向和排气主流动方向在反应剂喷射区域中彼此不平行并且不正交。
这样的反应剂主喷射方向确保，在没有显著地影响排气流通道中的排气流的情况下，喷射的反应剂基本上可以达到排气流通道的所有横截面区域并且在那里可以与排气混匀。
为了在此尽可能少地影响排气流，提出，反应剂主喷射方向和排气主流动方向在反应剂喷射区域中彼此成锐角，其中，优选反应剂主喷射方向和排气主流动方向在反应剂喷射区域中彼此成20°至70°、优选40°至60°的范围中的角度。
通过一般也称为注射器的反应剂喷射布置结构喷射的反应剂通常以喷雾或微滴形状到达排气流通道的反应剂喷射区域中。为了在此达到反应剂与在排气流通道中流动的排气的有效率的混匀，进一步提出，在反应剂喷射区域中设置包括多个以借助反应剂喷射布置结构喷射的反应剂可湿润的反应剂收集面的反应剂收集布置结构。利用反应剂可湿润的并且处于排气流中的反应剂收集面可以通过排气本身加热并且因此辅助碰撞到其上的或对其润湿的反应剂的蒸发。也当例如在内燃机起动或在以相对小的负载运行时反应剂收集面具有相对低的温度时，其作为碰撞面作用，碰撞到所述碰撞面上的或润湿所述碰撞面的反应剂从所述碰撞面弹回并且因此同样地有效率地与环流反应剂收集面的排气混合。在此至少两个、优选所有反应剂收集面可以彼此至少局部地平行。
为了提供反应剂收集面，反应剂收集布置结构可以包括至少一个具有至少一个反应剂收集面的反应剂收集面元件。
为了可以以简单的方式和方法提供反应剂收集面的相对大的总面积，提出，至少一个反应剂收集面元件波浪状起伏地(ondulieren)构成。
此外可以在相对小的结构空间中提供反应剂收集面的大的总面积，如果至少两个反应剂收集面元件彼此嵌套地设置的话。
为了反应剂收集布置结构的稳定的保持提出，至少一个反应剂收集面元件在排气引导管上优选通过焊接固定。
在此简单的、尽管如此紧凑的构造可以如下实现，即，至少一个反应剂收集面元件在另一个反应剂收集面元件上优选通过焊接固定。尤其是可以设置为，一个反应剂收集面元件固定在排气引导管上并且至少另一个反应剂收集面元件支承在所述一个反应剂收集面元件上。
为了通过提供反应剂收集布置结构基本上不影响在排气流通道中的排气流，提出，至少一个、优选每个反应剂收集面基本上沿排气主流动方向的方向在反应剂喷射区域的区域中延伸。
在此特别是当反应剂喷射区域处于排气流通道的弯曲区域中时可以设置为，至少一个、优选每个反应剂收集面至少局部地弯曲。反应剂收集面因此也可以作为用于在反应剂喷射区域中的排气流换向的导流面起作用。
当至少两个反应剂收集面基本上横向于排气主流动方向并排设置时，所述排气流可以分成在分别两个并排设置的反应剂收集面之间限定的部分，其中，在排气流的这些部分的每个中可以然后进行排气与在相应的反应剂收集面的区域中转向的或蒸发的反应剂的混匀。因此可以尽量阻止反应剂的显著的份额碰撞到排气流管的包围限定排气流通道的并且尤其是在燃烧运行的起动阶段中相对冷的壁上。
为了可以还进一步改善反应剂与在排气流通道中流动的排气的混合，提出，至少两个反应剂收集面沿排气主流动方向在反应剂喷射区域中相继设置。
此外为了反应剂收集面的改善的润湿可以设置为，至少两个反应剂收集面向上游相反于排气主流动方向在反应剂喷射区域中具有彼此不同的延伸长度。因此可以确保，并排的反应剂收集面不完全相互覆盖并且因此所述面之一遮蔽另一个面以防喷射的反应剂，尤其是当反应剂收集面横向于排气主流动方向处于并排时。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中：
图1示出用于内燃机的排气设备的一个区段的原理图；
图2示出排气设备的一种备选的设计型式的对应于图1的视图；
图3示出图1的排气设备的横截面视图，其沿图1中的线III-III剖切；
图4示出排气设备的一种备选的设计型式的对应于图3的横截面视图；
图5示出排气设备的一种备选的设计型式的另一个对应于图3的横截面视图；
图6示出排气设备的一种备选的设计型式的另一个对应于图3的横截面视图。
具体实施方式
在图1中示出用于内燃机的排气设备10的一个区段。排气设备10具有一件式或多件式构成的排气流管12，由排气沿排气主流动方向A可穿流的排气流通道14构成在所述排气流管中。要指出，当然会出现排气的流动方向与排气主流动方向A的局部偏差，例如通过搅流或排气流管12的弯曲区域引起。
在排气流通道14的一般以16表示的反应剂喷射区域中，借助反应剂喷射布置结构18将反应剂喷射到在排气流通道14中沿排气主流动方向A流动的排气中。反应剂由反应剂喷射布置结构18沿反应剂主喷射方向R排出并且在反应剂喷射区域16中大致以喷射锥体18的形式展开。
大致可以是喷射锥体12的中心线的反应剂主喷射方向和反应剂喷射区域16中的排气主流动方向A彼此成锐角，亦即不彼此平行并且也不彼此正交。优选所述角度处于20°和70°之间的范围中。
在反应剂喷射区域16中设置反应剂收集布置结构22，所述反应剂收集布置结构提供多个反应剂收集面24。反应剂收集面24基本上沿排气主流动方向A延伸，亦即基本上平行于排气主流动方向，从而避免排气流通道14中的排气流的影响。因为反应剂收集面24相对于排气主流动方向A基本上平行，所以所述反应剂收集面相对于反应剂主喷射方向R同样地基本上具有锐角。如在图1中表示的，由反应剂喷射布置结构18喷射到反应剂喷射区域16中的反应剂碰撞到反应剂收集布置结构22的彼此基本上平行的反应剂收集面24上。反应剂可以因此润湿该反应剂收集面24。因为反应剂收集面或提供其的并且接着更详细解释的反应剂收集面元件在两侧由在排气流通道14中流动的排气环流，所以反应剂收集面元件通过排气流相对快速地加热并且因此辅助润湿反应剂收集面24的反应剂蒸发到排气中，由此达到反应剂与在反应剂收集面24之间流动穿过的并且因此层状的排气流的有效率的混匀。此外，在反应剂喷射区域16中设置的反应剂收集面24遮蔽排气流管12的壁26，以防喷射到反应剂区域16中的反应剂，从而确保，反应剂保留在排气流的通常较热的内部区域中并且在那里与排气混匀。特别是在提供反应剂收集面24的反应剂收集面元件的还相对低的温度时，反应剂收集面元件作为用于碰撞到其上的或对其润湿的反应剂的弹回元件起作用，由此同样改善反应剂与在排气流通道14中流动的排气的混合。
在图1中可看出，横向于排气主流动方向A在反应剂喷射区域16中并排的反应剂收集面沿排气主流动方向A具有彼此不同的延伸长度，尤其是在上游的区域中彼此不完全重叠。因此确保，反应剂收集面24不相互遮蔽以锐角喷射到其上的反应剂的碰撞。在此如下布置结构是有利的，其中，反应剂喷射布置结构18横向于排气主流动方向A在最近地定位的反应剂收集面24上、在图1中亦即在最右边定位的反应剂收集面24上最远地在下游定位或开始，而横向于排气主流动方向A与反应剂喷射布置结构18最远地定位的反应剂收集面24在最上游设置或开始。
图2示出排气设备10的一种设计形式，其中，反应剂喷射区域16定位在排气流管12或其中形成的排气流通道14的折弯区域28中。也在该设计形式中，反应剂喷射区域16中的排气主流动方向A和反应剂主喷射方向R彼此基本上成锐角，所述锐角可以处于在先给出的数值范围中。
反应剂收集面24或反应剂收集布置结构22的具有其的反应剂收集面元件与排气流管12的弯角的配置适配地弯曲地构成，从而其附加地也用于，使排气流在反应剂喷射区域16中换向。基于该通过反应剂收集面元件引起的换向，在反应剂收集布置结构22的区域中产生加强的涡流，所述涡流进一步改善排气和在反应剂收集面24上蒸发的或弹回的反应剂的混匀。
图3示出反应剂收集布置结构22的一种设计型式，所述反应剂收集布置结构包括以波浪状起伏的结构构成的反应剂收集面元件30。在波峰32的区域中，反应剂收集面元件30优选通过焊接、例如电阻焊在排气流管12的壁26上固定，优选在排气流管12的沿高度方向上面的区域在集成到车辆中的排气设备10中。以这种方式，可以在反应剂收集面元件30到排气流管12的壁26上的该连接的区域中避免反应剂的聚集。反应剂收集面元件30的其他的顶点区域34优选不与排气流管12的壁26接触，从而反应剂收集面元件30没有卡死或变形的危险地可以在排气流中延伸。
在图3中示出的反应剂收集面元件30总体上提供四个朝向反应剂喷射布置结构18的反应剂收集面24。当然，在更多的数量的波状体时也可以提供多个这样的反应剂收集面24。多个这样的卷曲构成的反应剂收集面元件30也可以横向于排气主流动方向A相邻地设置或沿排气主流动方向A相继地设置。横向于排气主流动方向相邻设置或/和沿排气主流动方向相继设置的反应剂收集面的数量同样如反应剂收集面24沿排气主流动方向或从在壁26上固定的区域出发到排气流通道14中的延伸长度可以依赖于在相应的排气设备10中需要的反应剂喷射量选择。反应剂收集面24横向于排气主流动方向A或沿排气主流动方向A越短地延伸，则其对反应剂蒸发贡献越小并且其更多地具有碰撞元件的功能，在碰撞元件上，碰撞到其上的反应剂弹回，并且以这种方式加强地与在排气流通道14中流动的排气混匀。
反应剂收集布置结构22的一种备选的设计型式在图4中示出。在该构造中，反应剂收集布置结构22例如具有四个彼此嵌套设置的反应剂收集元件30a、30b、30c、30d。反应剂收集元件30a、30b、30c、30d具有基本上U形的横截面并且在其相应的U支腿的自由的端部的区域中例如通过焊接固定在排气流管12的壁26上。四个反应剂收集面元件30a、30b、30c、30d在其横向于排气主流动方向A朝向反应剂喷射布置结构18的侧上分别具有一个反应剂收集面24。
反应剂收集布置结构22的在图5中示出的设计形式具有三个反应剂收集元件30a、30b、30c，所述反应剂收集元件在横截面中再次基本上U形地构成并且在其横向于排气主流动方向A朝向反应剂喷射布置结构18的侧上分别提供反应剂收集面24。与反应剂喷射布置结构18最靠近地定位的反应剂收集面元件30a在其U支腿的自由的端部区域中在紧接着的反应剂收集面元件30b的反应剂收集面24a的区域中例如通过焊接固定。该反应剂收集面元件30b在其U支腿的自由的端部的区域中在反应剂收集面元件30c上在其反应剂收集面24的区域中固定。因此两个反应剂收集面元件30a、30b通过以其U支腿在排气流管12的壁26上固定的反应剂收集面元件30c支承在壁26上。
在图6中示出的设计形式中，反应剂收集布置结构22具有四个反应剂收集面元件30a、30b、30c、30d。基本上以U形的结构提供的反应剂收集面元件30a在其U支腿的自由的端部的区域中固定在排气流管12的壁26上并且提供与反应剂喷射布置结构18最近地定位的反应剂收集面24。在反应剂收集面元件30a的U轮廓的内部，横向于排气主流动方向A优选以彼此均匀的距离设置三个反应剂收集面元件30b、30c、30d，其中，反应剂收集面元件30b、30c、30d也可以具有U形的结构并且在其U支腿的区域中可以例如通过焊接连接到反应剂收集面元件30a上并且因此通过其可以支承在壁26上。类似于在图4中示出的设计型式，在这里反应剂收集面元件30a、30b、30c、30d也彼此嵌套地设置。
在反应剂收集布置结构22的所有在先关于图3至6所述的设计形式中，基本上片状构成的反应剂收集面元件30或30a、30b、30c、30d优选由板料成形。在所有设计形式中，反应剂收集布置结构22可以具有在图1和2中可看出的错位或在上游的区域中其相应的反应剂收集面24的错位的开始。
通过在排气主流动方向A和反应剂主喷射方向R之间的按照本发明设置的锐角并且通过处于反应剂喷射区域16中的反应剂收集面24促进地，引起在排气流通道14的横截面上的大致均匀的反应剂蒸发或反应剂的弹回，从而反应剂也在横截面上大致均匀地可以与在排气流通道14中流动的排气混合，并且更确切地说是尤其是也在冷起动状态中或以低的负载和对应少的有害物质的排放的运行状态中。这确保排气与反应剂的有效率的混匀并且与此对应地也确保在处于反应剂喷射区域16下游的SCR催化器布置结构上的选择性的催化还原的有效率的实施。
最后要指出，当然尤其是不仅排气流管12而且反应剂收集布置结构22的横截面几何形状可以与示出的横截面几何形状偏离。尤其是排气引导管12也可能具有基本上圆形的横截面几何形状。

Claims (19)

1.用于内燃机的排气设备，所述排气设备具有能由排气沿排气主流动方向(A)穿流的排气流通道(14)和用于在排气流通道(14)的反应剂喷射区域(16)中沿反应剂主喷射方向(R)喷入反应剂的反应剂喷射布置结构(18)，其中，反应剂主喷射方向(R)和排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中彼此不平行并且不正交，在反应剂喷射区域(16)中设置包括多个反应剂收集面(24)的反应剂收集布置结构(22)，所述反应剂收集面以借助反应剂喷射布置结构(18)喷射的反应剂可湿润，反应剂收集布置结构(22)包括至少一个具有多个反应剂收集面(24)的反应剂收集面元件(30；30a、30b、30c、30d)，其中，至少一个反应剂收集面元件(30)波浪状起伏地构成，其中，反应剂收集面元件(30)在波峰(32)的区域中固定在排气流管(12)的壁(26)上，并且其他没有固定在壁(26)上的波峰(34)不与排气流管(12)的壁(26)接触。
2.按照权利要求1所述的排气设备，其特征在于，反应剂主喷射方向(R)和排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中彼此成锐角。
3.按照权利要求2所述的排气设备，其特征在于，反应剂主喷射方向(R)和排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中彼此成20°至70°的范围中的角度。
4.按照权利要求3所述的排气设备，其特征在于，反应剂主喷射方向(R)和排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中彼此成40°至60°的范围中的角度。
5.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少两个反应剂收集面(24)彼此至少局部地平行。
6.按照权利要求5所述的排气设备，其特征在于，所有反应剂收集面(24)彼此至少局部地平行。
7.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少两个反应剂收集面元件(30a、30b、30c、30d)彼此嵌套地设置。
8.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面元件(30；30a；30c)在排气流管(12)上固定。
9.按照权利要求8所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面元件(30；30a；30c)在排气流管(12)上通过焊接固定。
10.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面元件(30b；30b、30c、30d)在另一个反应剂收集面元件(30c；30a)上固定。
11.按照权利要求10所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面元件(30b；30b、30c、30d)在另一个反应剂收集面元件(30c；30a)上通过焊接固定。
12.按照权利要求10所述的排气设备，其特征在于，一个反应剂收集面元件(30c；30a)固定在排气流管(16)上并且至少另一个反应剂收集面元件(30a、30b；30b、30c、30d)支承在所述一个反应剂收集面元件(30c；30a)上。
13.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面(24)基本上沿排气主流动方向(A)的方向在反应剂喷射区域(16)的区域中延伸。
14.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，每个反应剂收集面(24)基本上沿排气主流动方向(A)的方向在反应剂喷射区域(16)的区域中延伸。
15.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少一个反应剂收集面(24)至少局部地弯曲。
16.按照权利要求15所述的排气设备，其特征在于，每个反应剂收集面(24)至少局部地弯曲。
17.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少两个反应剂收集面(24)横向于排气主流动方向(A)并排地设置。
18.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少两个反应剂收集面(24)沿排气主流动方向(A)在反应剂喷射区域(16)中相继设置。
19.按照权利要求1至4之一所述的排气设备，其特征在于，至少两个反应剂收集面(24)沿向上游相反于排气主流动方向(A)的方向在反应剂喷射区域(16)中具有彼此不同的延伸长度。
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