CN110100081B - 包括排气添加剂分配装置和排气添加剂计量装置的排气添加剂配给系统 - Google Patents

包括排气添加剂分配装置和排气添加剂计量装置的排气添加剂配给系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机(2)的排气系统的涡轮增压器涡轮机(6)的配给系统，该配给系统包括分配装置(24)和计量装置(26)。分配装置(24)包括接收表面(40，46，54)和至少一个分配表面(42，48，56)。接收表面(40，46，54)配备成接收配给到分配装置(24)的排气添加剂。分配表面(42，48，56)布置成与接收表面(40，46，54)流体连通，并且配备成通过分配装置(24)的旋转运动，将排气添加剂分配在流经涡轮增压器涡轮机的排气流中。分配装置(24)固定地附接到涡轮增压器涡轮机(6)的轴(20)或毂。计量装置(26)包括供应通道(28)、计量阀(30)和配给管(32)，该配给管布置成在配给时还原剂流的方向中，位于计量阀下游。计量装置(26)布置成将排气添加剂供应到分配装置(24)的接收表面(40，46，54)。本公开还涉及用于这种配给系统的分配装置和计量装置。

Description

包括排气添加剂分配装置和排气添加剂计量装置的排气添加 剂配给系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的涡轮增压器涡轮机的排气添加剂分配装置。本发明还涉及一种排气添加剂计量装置，其用于计量通向排气添加剂分配装置的排气添加剂。本发明还涉及一种排气添加剂配给系统，其包括排气添加剂分配装置和排气添加剂计量装置。
背景技术
用于机动车辆的排放标准正变得越来越严格。这些标准一般规定了许多尾气污染物的最大排放水平，所述尾气污染物包括：一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物质(PM)。为了满足目前和可能的未来标准的要求，车辆需要配备有减排技术。适用于柴油车辆的这种减排技术包括排气再循环(EGR)、颗粒过滤器、柴油氧化催化剂(DOC)和选择性催化还原(SCR)。每种技术都有其独特的优点和缺点，可能会增加一种污染物的发生率，同时降低另一种污染物的发生率。例如，EGR可以减少NOx排放，但是降低燃料效率并增加颗粒物质。因此，许多技术一般一起应用以满足排放标准。
选择性催化还原(SCR)是减少尾管氮氧化物(NOx)排放的有效技术。它涉及向车辆排气流中添加还原剂(诸如氨)。还原剂在催化剂的帮助下将排气流中的NOx还原成氮气(N2)和水。在机动车辆的实际实施中，尿素水溶液用作还原剂，并且该尿素溶液在热排气流中分解成氨和二氧化碳。
由于SCR作为排气后处理在发动机的下游实施，因此它不会以与例如EGR相同的方式影响发动机的燃烧性能。因此，希望能够仅使用SCR从排气流中去除基本上所有的NOx，而不需要EGR。但是，这并非没有困难。为了产生基本上减少所有NOx而所需的氨量，必须将大量尿素溶液喷射入排气流中。如果排气流足够热，溶液将蒸发并分解成氨。这种情况发生的确切温度取决于喷射入的尿素的质量流：质量流越大，所需的温度越高。在次优温度下，尿素溶液可转而在排气管的表面上形成沉积物。这种沉积物可包括结晶尿素，以及尿素分解副产物诸如氰尿酸。可以通过在接近400℃的温度处加热排气系统来除去这些沉积物，但是在车辆的常态操作期间很少达到这样的温度，也因此必须采用特殊程序来除去排气沉积物。
SCR的另一个困难是需要有效混合，以便实现还原剂在多个SCR催化剂基板的整个表面区域上的均匀分布。可用于混合的空间非常有限，并且还原剂一般在SCR催化剂基板接近上游处喷射入排气流中。为了改善混合，混合装置(一般类似于涡轮机叶片)被布置在排气管中。然而，即使当使用混合装置，也难以实现充分均匀的混合。此外，排气管中混合装置的存在起到阻碍流动的作用，产生位于混合器上游的较高的压力(背压)并降低发动机效率。
这些问题可以通过在排气系统中更上游喷射还原剂来解决，例如与布置在排气系统中的涡轮增压器涡轮机相结合。
已经进行了许多尝试以利用涡轮增压器涡轮机向排气流中添加添加剂。
EP 1992798 A1描述了一种用于将碳氢化合物引入邻近涡轮机叶轮的涡轮增压器轴的轴承壳体中的系统。通道将燃料供应到位于用于涡轮机轴的轴密封件和涡轮增压器涡轮机的毂之间的出口。从密封件和毂之间的出口穿过的燃料向上穿过毂的后表面，被加热并蒸发并穿入由涡轮机叶片产生的空气流中，在那里它与排气流充分混合。
US 2003/0230072描述了一种用于内燃机的排气装置，其中，尿素喷射器位于涡轮增压器涡轮机壳体中，用于将尿素喷射到涡轮机壳体中。喷射器配置成使喷射的尿素与涡轮机旋转轴穿过的通孔的接触最小化。
仍然需要一种将还原剂添加到排气流中的改进方法。
发明内容
本发明的发明人已经发现了关于用于向排气流提供还原剂的现有技术解决方案的许多缺点。一些解决方案需要显著重新设计的涡轮增压器，其具有用于运输添加剂的附加通道。这种解决方案的开发和实施成本高，并且随着添加剂被供应到排气，涡轮机轴承和发动机润滑剂系统有受到污染的风险。其他解决方案需要将喷射器放置在涡轮机壳体内。涡轮机壳体内的温度非常高，喷射器暴露在这样的高温下可能导致材料失效。因此，必须采取大量的冷却措施，以确保喷射器中的还原剂溶液不会过早地暴露于高温，否则可能导致在喷射器喷嘴中降解和形成沉积物。此外，离开涡轮机的排气流是高速且高度湍流的，这意味着任何精确引导喷射流以避免撞击涡轮机部件的尝试将是非常困难的(尤其是如果喷射方向与排气流的方向相反的话)，并且需要极高的喷射压力。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的将还原剂添加到具有涡轮增压器涡轮机的排气系统的排气流中的装置。本发明的另一个目的是提供一种添加还原剂的装置，其更简单、更鲁棒并且更不易于污染涡轮机轴承和润滑剂系统。
根据本申请，这些目的通过用于内燃机的排气系统的涡轮增压器涡轮机的排气添加剂分配装置来实现。排气添加剂分配装置包括紧固表面、接收表面和至少一个分配表面；其中，紧固表面布置在排气添加剂分配装置的第一端处，并且配备成将排气添加剂分配装置固定地附接到涡轮增压器涡轮机的轴或毂；其中，接收表面布置在排气添加剂分配装置的与第一端相反的第二端处，并且配备成接收配给到排气添加剂分配装置的排气添加剂；并且其中，分配表面布置成与接收表面流体连通，并且配备成通过排气添加剂分配装置的旋转运动，将排气添加剂分配在流经涡轮增压器涡轮机的排气流中。
该分配装置与下面描述的计量装置一起使用，以便将添加剂(诸如还原剂)赔给到排气流中。分配装置安装在涡轮增压器涡轮机的轴或毂上，并与涡轮机一致地旋转。分配装置和计量装置的组合在结构上是简单、鲁棒且易于实施的，几乎不需要对来自原始设备制造商的第三方涡轮增压器进行定制调整。
由于分配装置位于由涡轮机产生的尾流中，因此排气添加剂很容易配给到分配装置，而不需要克服涡轮机的出口壁附近存在的高排气流速。利用旋转涡轮机的离心力，配给到分配装置的排气添加剂分散在排气流中。因此，不需要与现有技术的解决方案一样使用喷射器分散添加剂而消耗能量。由于供应到配给的排气添加剂的大量的动能、涡轮机出口处的高温和涡轮机出口处的高度湍流，因此获得了排气添加剂的高效蒸发和混合，这意味着可以避免位于添加剂配给部位下游分开的混合装置。因为在涡轮机的尾流中配给排气添加剂并且计量装置可布置在紧邻分配装置的位置，所以排气添加剂撞击涡轮机部件(诸如转子叶片或轴承)的风险大大降低。
接收表面和分配表面可以一起形成位于排气添加剂分配装置的第二端处的图案化的正面表面。该图案化表面可用于控制和优化排气流中的排气添加剂的分布。
接收表面和分配表面可以一起形成杯形件，该杯形件具有从排气添加剂分配装置朝向外的开口。因此，分配装置将用作旋转杯形雾化器。由于计量装置的配给出口可以定位在杯形件内，并且由于杯形件的几何形状可以被优化以阻止来自杯形件边缘的回流，因此该解决方案进一步降低了排气添加剂无意地沉积在涡轮表面上的风险。
排气添加剂分配装置可包括径向壁，该径向壁从排气添加剂分配装置的第一端延伸到第二端，其中，接收表面是径向壁的内表面，并且其中，分配表面是在径向壁中形成孔的表面，该孔在径向壁的内表面和径向壁的外表面之间延伸。这种解决方案类似于当前生产的喷射器喷嘴，也因此可以通过调整当前生产线来获得这种分配装置。分配装置的第二端可以配置成形成与排气添加剂计量装置配合的配合表面，从而有助于避免排气添加剂的不期望的泄漏。
分配装置的紧固表面可以配备有螺纹、凸缘或可变形尾部。因此，可以设想许多将分配装置附接到涡轮机的轴或毂的装置。
根据本发明的另一方面，本发明的目的通过本申请的无空气排气添加剂计量装置实现。无空气排气添加剂计量装置包括供应通道、计量阀和配给管，其中，配给管布置成在配给时还原剂流的方向中，位于计量阀下游。通过在涡轮增压器涡轮机的尾流中配给排气添加剂，可以使用较低压力的喷射。此外，由于分配装置将排气添加剂分散在排气流中，计量装置不需要这样做，也因此需要再次降低压力。因此，可以使用无空气计量装置，并且计量装置具有位于计量阀之后的一定长度的管，以将排气添加剂引导到分配装置。这种解决方案意味着计量装置的配给出口可以定位在分配装置附近，因此错误引导喷射和用排气添加剂涡轮机的无意的喷射的风险降低了。而且，计量阀可以远离排气流定位，也因此不受排气流的高温影响。因此，与现有技术的装置相比，对计量装置的冷却有较低要求。
根据本发明的另一方面，通过根据本申请的用于内燃机的排气系统的涡轮增压器涡轮机的排气添加剂配给系统来实现本发明的目的。
排气添加剂配给系统包括排气添加剂分配装置和排气添加剂计量装置。配给系统的排气添加剂分配装置包括接收表面和至少一个分配表面；其中，接收表面配备成接收被配给到排气添加剂分配装置的排气添加剂；并且其中，分配表面布置成与接收表面流体连通，并且配备成通过排气添加剂分配装置的旋转运动，将排气添加剂分配在流经涡轮增压器涡轮机的排气流中。排气添加剂分配装置固定地附接到涡轮增压器涡轮机的轴或毂。
配给系统的排气添加剂计量装置包括供应通道、计量阀和配给管，该配量管布置成在配给时还原剂流的方向中，位于计量阀下游。排气添加剂计量装置布置成将排气添加剂供应到排气添加剂分配装置的接收表面。
分配装置可以与涡轮增压器涡轮机的轴或毂集成制造。因此，可以减少用于制造的单独部件的数量，并且分配装置从涡轮机轴或毂的机械分离的风险降低。
分配装置可以与涡轮增压器涡轮机的轴或毂分开制造，并且通过布置在分配装置上的紧固表面固定地附接到涡轮增压器涡轮机的轴或毂。因此，来自OEM或售后市场供应商的涡轮增压器可以很容易地适配。
配给系统的排气添加剂计量装置可以是如上所述的无空气计量装置，即仅液体装置，或者它可以是空气辅助计量装置，即利用压缩空气以促进排气添加剂到接收表面的配给。
排气添加剂计量装置的配给管可延伸通过止动装置，该止动装置布置在涡轮增压器涡轮机的出口中央。这增加了配给管的机械完整性并为管中的排气添加剂提供了一定程度的隔热，从而阻止排气添加剂的过早热降解。在涡轮增压器故障的情况下，止动装置阻止排气系统的下游部件的损坏。
排气添加剂配给系统还可包括布置在涡轮增压器涡轮机的出口中的扩散器。扩散器的内表面可任选地配备成促进排气添加剂的蒸发。这可以增强排气添加剂的蒸发和混合。这种排气添加剂配给系统还可包括布置在涡轮增压器涡轮机出口的壁中的废料门气体出口，该废料门气体出口布置成将热排气供应到扩散器的外表面。这可以进一步增强排气添加剂的蒸发和混合。
根据本发明的另一方面，本发明的目的通过一种包括如本文所公开的排气添加剂分配装置的涡轮增压器来实现。
根据本发明的又一方面，本发明的目的通过一种包括如本文所公开的排气添加剂配给系统的车辆来实现。
从以下详细描述中，本发明的其他目的、优点和新特征对于本领域技术人员而言将变得明显。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其进一步的目的和优点，下面给出的详细描述应与附图一起阅读，其中，相同的附图标记表示各个图中的类似项，并且其中：
图1示意性地示出了包括根据本发明的实施方式的排气系统的车辆。
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的排气添加剂配给系统。
图3a示意性地示出了盘形分配装置的侧视图。
图3b示意性地示出了盘形分配装置的正视图。
图4a示意性地示出了杯形件分配装置的侧视图。
图4b示意性地示出了杯形件分配装置的正视图。
图5a示意性地示出了喷嘴状分配装置的侧视图。
图5b示意性地示出了喷嘴状分配装置的正视图。
图6示意性地示出了排气添加剂配给系统，其中，计量装置部分地集成在止动装置中。
图7示意性地示出了包括扩散器和废料门气体出口的排气添加剂配给系统。
具体实施方式
本发明基于发明人的想到：由涡轮增压器的旋转涡轮装置产生的离心力可用于在排气流中分散和分配排气添加剂。分配装置在涡轮机的出口侧处居中地固定到涡轮机轴或毂，使得其与涡轮机一起旋转。计量装置将排气添加剂沉积在分配装置上。分配装置的快速旋转迫使沉积的排气添加剂从分配装置的旋转轴沿着分配装置的表面向外并向前进入排气流中。
这种解决方案具有许多优点。因为计量装置的分配装置和出口位于涡轮机的尾流中，所以几乎不需要力来克服在沉积点处的排气流的流速。因此，与现有技术解决方案相比，计量装置可以在较低压力下操作，并且不需要用于喷射的压缩空气辅助。添加剂喷射的位置尽可能朝向发动机被移动向上远离排气系统，而没有发动机润滑剂系统的污染风险也不需要与第三方部件广泛集成。这有助于将尿素分解成氨并有助于阻止沉积。来自旋转涡轮机的已存在的能量用于将排气添加剂分配在排气流中。由旋转涡轮机提供的能量有助于在离开分配装置时和/或当撞击排气系统中的壁和其他表面时使添加剂液滴破碎。因此，减少了喷射控制的需要，因此可以显着简化计量装置的结构。此外，由涡轮增压器的空气动力学设计控制排气流在离开涡轮增压器时的涡流。因此，可以优化涡轮增压器设计，以实现涡轮增压器性能和排气添加剂的混合的最佳平衡。因此，可以避免添加剂喷射入部位下游的额外的混合器。由于混合器一般会增加背压并使燃料经济性恶化，因此避免使用混合器会导致燃料经济性的相应的改善。
本发明的添加剂配给系统位于用于内燃机的排气系统中。内燃机可以是任何内燃机，但优选地是四冲程内燃机，甚至更优选地是压缩点火式四冲程内燃机。发动机可用于一般已知的用于内燃机的任何应用中。例如，它可以作为独立式发动机进行销售，例如用于发电或工业场合。然而，优选在车辆中应用。车辆是指利用内燃机直接或间接地(如串联混合动力车辆的情况)提供动力的任何机器。这包括但不限于：机动车辆，诸如汽车、卡车和公共汽车；轨道车辆，诸如火车和有轨电车；船只，诸如轮船和艇；和飞行器。排气添加剂优选地为还原剂，甚至更优选地为根据ISO 22241的标准AUS 32包含尿素水溶液的柴油排气流体。然而，排气添加剂也可以是添加到排气流中的另外的液体添加剂，诸如烃燃料，用于“燃灼”布置在排气系统下游的柴油颗粒过滤器。然而，此后将排气添加剂简称为“还原剂”。
排气系统配备有涡轮增压器，用于从排气中回收能量。涡轮增压器包括容纳在涡轮机壳体中的涡轮机。轴将涡轮机连接到压缩机的叶轮，用于压缩内燃机的充气。该轴可以横穿涡轮机，在这种情况下，涡轮机轴的端部在涡轮机的出口侧处向外延伸，或轴终止于在涡轮机内的涡轮机的毂。
还原剂配给系统定位与涡轮增压器涡轮机相关联。配给系统包括分配装置和计量装置。分配装置安装在涡轮增压器的轴或与轴同轴的毂上，在轴或毂的出口侧处。这意味着分配装置围绕共同的旋转轴与涡轮增压器轴和涡轮机一致地旋转。计量装置布置成与分配装置结合。其配给出口布置在分配装置的中央，用于将还原剂沉积到分配装置。通向配给出口的计量装置的管在涡轮机下游的适当位置处横穿涡轮机壳体或排气管的壁。
还原剂分配装置包括接收表面和至少一个分配表面。分配装置可以是涡轮增压器涡轮机轴或毂的集成部分，即与涡轮机轴或毂集成地制造。或者，还原剂分配装置可包括紧固表面，通过该紧固表面，还原剂分配装置可固定地附接到涡轮机轴或毂。分配装置可以由任何合适的材料构成，诸如钢或铝。
紧固表面(如果存在的话)用于将分配装置紧固到涡轮机的轴或毂。紧固表面可以是位于分配装置背面上的基本上平坦的表面，或者它可以是从分配装置的背面突出的销或轴的表面。可以机械加工涡轮机轴或毂，以为紧固表面提供相应的配合表面。紧固表面和涡轮机轴之间的紧固相互作用可以经由互锁螺纹。紧固表面和/或涡轮机轴可配备有凸缘，所述凸缘用于将分配装置锁定就位。紧固表面可具有可变形的尾部，如用于铆接。该可变形尾部可在变形时与涡轮机轴形成锁定相互作用。可以通过焊接、钎焊、使用粘合剂或通过本领域已知的任何其他方式，结合涡轮机轴和紧固表面。涡轮机轴和分配装置可以集成地构造，例如通过机械加工涡轮机轴的端部，即分配装置不一定需要与涡轮机轴或毂分开制造。
紧固表面布置成使得在接收和分配表面上流动的任何还原剂不与紧固表面接触。同样，接收和分配表面与计量装置一起布置，以避免任何还原剂与涡轮机叶片尤其是涡轮机轴承接触。这通过将紧固表面布置在分配装置的第一端处并且将接收表面布置在分配装置的与第一端相反的第二端处来实现。第一端和第二端是指装置的靠近装置末端的部分，但不一定是在末端本身。因此，例如，从装置的第二末端附近的位置延伸到装置内部的位置的接收表面布置在装置的第二端处。以这种方式，避免了轴承和润滑剂系统的污染。
分配装置可以是盘形的，并且接收表面和分配表面一起可以一起包括盘的图案化面。图案可以通过任何已知的方法形成，诸如蚀刻、机械加工或通过诸如沉积或3D打印的增材工艺。该图案可包括从位于中央的接收表面径向向外延伸的通道。在旋转时，沉积在接收表面上的还原剂沿着通道向外倾斜，直到达到盘的边缘，由此外边缘作为分配表面，该分配表面将还原剂朝向涡轮机壳体的壁向外喷射进入周围排气流中。
分配装置可以成形为杯形件，例如钟状杯形件或锥状杯形件，并且用作旋转杯状雾化器。在这种情况下，配给装置的配给出口布置在杯形件内的中央。还原剂沉积在杯形件的底部或下侧壁上。杯形件的旋转运动与杯形件壁的角度相结合使得，迫使还原剂从杯形件的底部向上和向外朝向杯形件的外缘，其作为分配表面并将还原剂分散到排气流中。
分配装置可以类似于典型的喷嘴头，其具有由径向侧壁包围的内部腔室。设置有通过侧壁径向延伸的孔，允许流体从内部腔室逸出到分配装置的外部。计量装置的配给出口布置成与内部腔室流体连通。沉积在内部腔室中的还原剂通过旋转分配装置的离心力压靠在内部腔室壁。在遇到通过该壁的孔时，还原剂被迫通过孔，该孔用作分配表面并将还原剂以喷雾的形式径向向外分配进入周围的排气流中。
还原剂配给系统的还原剂计量装置可以是仅液体装置，也称为无空气喷射器。这意味着计量装置不利用压缩空气以便于将还原剂喷射到排气管中。由于压缩机需要能量去运行，因此这意味着比空气辅助系统节能。此外，诸如船舶应用的一些应用不必要具有现成的压缩空气源，因此可以避免使用额外的昂贵部件。然而，可替代地，还原剂配给系统的还原剂计量装置是空气辅助装置，即利用压缩空气以促进还原剂的喷射入的装置。计量装置可以是还原剂计量系统的部件。还原剂计量系统的其他部件可包括还原剂储存罐、控制单元和诸如泵的加压装置。
加压还原剂经由供应通道供应到计量装置。计量装置包括可控计量阀，用于将还原剂的所需量配给到排气系统。在穿过计量阀之后，还原剂沿着配给管输送到配给出口，由此还原剂沉积在分配装置上。如前所述，计量装置可以是仅液体的，即无空气的。与典型的无空气喷射器不同，计量装置具有一定长度的配给管，该配给管在计量阀之后沿还原剂配给流的方向布置。这意味着计量阀可以远离排气系统定位，因此不会暴露于排气系统的高温，因此潜在地增加喷射器的使用寿命并减少对冷却系统的需求。如前所述，由于还原剂是在涡轮机尾流中配给的，因此需要较低的还原剂压力。由于是分配装置而不是计量装置的配给出口将还原剂分散在排气流中，这再次意味着需要向还原剂供应较少的动能以及可以使用较低的还原剂压力。因此，可以在计量系统中使用更简单、更鲁棒的结构的泵。
配给管可以在任何合适的位置(优选地在涡轮机下游)处横穿排气系统的壁。例如，配给管可流经设置在涡轮机壳体、排气管或紧邻涡轮增压器下游的任何排气系统部件(例如排气制动器)的壁中的端口。
由于计量装置的配给出口不需要由还原剂形成气溶胶，因此与现有技术的喷嘴头相比，它可以包括更少、更大的孔。例如，它可包括一个或多个孔。这降低了孔被例如尿素沉积物堵塞的风险。配给出口可具有形成配合表面的表面，其与分配装置的接收表面配合，以阻止还原剂泄漏并帮助还原剂沉积到分配装置的接收表面。
止动装置可位于涡轮机壳体中。这种止动装置阻止涡轮机在发生故障时从涡轮机壳体中脱出或从涡轮机轴脱落，并且可以基本上邻接分配装置。如果存在这样的止动装置，则计量装置的配给管可流经或集成在止动装置的本体中。
扩散器可布置在涡轮机壳体中。可以改变扩散器的大小、定位和角度，以便在涡轮机出口处实现期望的流动动力学。例如，扩散器可以分离离开涡轮机转子的排气流。扩散器可包括一个管或多个叶片，或可由一个管或多个叶片组成。扩散器的一个或多个内表面，即面向涡轮机壳体的中央轴线的内表面，可以用作蒸发表面，用于从分配装置中甩出还原剂液滴。通过例如涂覆、蚀刻、机械加工或材料选择来适当地设计扩散器，以此增强该功能，以便获得最佳的热传导。布置在涡轮机壳体中的废料门气体出口可以将旁通涡轮机的热排气供应到扩散器的一个或多个外表面，即内表面的相反侧。通过沿着扩散器的外表面引导热废料门排气，扩散器的还原剂蒸发功能甚至被进一步增强。扩散器可以部分地或完全地与涡轮机壳体集成。
现在将参考附图进一步说明本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的车辆1的侧视图。车辆1包括内燃机2、通向涡轮增压器涡轮机6的第一排气管4、以及从涡轮增压器涡轮机6通向SCR催化剂10的第二排气管。包含还原剂分配装置和还原剂计量装置的还原剂配给系统(未示出)布置与涡轮增压器涡轮机6结合。车辆1可以是重型车辆，例如卡车或公共汽车。或者，车辆1可以是乘用车。车辆可以是包括电机(未示出)和内燃机2的混合动力车辆。
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的还原剂分配系统。涡轮增压器涡轮机6以横截面示出，涡轮机6包括涡轮机壳体12。涡轮机壳体12包括排气入口14和排气出口16。位于涡轮机壳体12中的涡轮机转子18布置成在涡轮机轴20上旋转。密封构件22阻止润滑剂从涡轮机轴承(未示出)泄漏。还原剂分配装置24固定在轴20的出口端上。还原剂计量装置26布置在涡轮机6的出口16中。还原剂计量装置包括供应通道28、计量阀30、配给管32和配给出口34。
在操作中，每当排气流经涡轮机6时，分配装置24与涡轮机转子18和轴20一致地旋转。在从计量装置26沉积到分配装置24时，诸如尿素溶液的还原剂通过分配装置24的旋转运动被分散在流经涡轮机6的排气中。
图3a和图3b示意性地示出了根据本发明实施方式的分配装置24。图3a是分配装置24的侧视图，图3b是同一分配装置24的正视图。在图3a中，示出了配给出口34相对于分配装置24的位置。分配装置24包括盘36和固定在盘36的第一端的紧固轴38。紧固轴38的圆柱形表面具有螺纹并构成紧固表面，其用于将分配装置24固定到涡轮机的轴20。在盘36的与第一端相反的第二端处，已经机械加工出图案。该图案包括：中央井40，其构成接收表面，所述接收表面用于接收配给到分配装置的还原剂；以及通道42，其从中央井40径向延伸到盘36的外边缘。通道42的在盘36的外边缘处的部分构成分配表面，由此还原剂被分配到排气流中。
图4a和图4b示意性地示出了根据本发明另一实施方式的分配装置24。图4a是分配装置24的侧视图，图4b是同一分配装置的正视图。在图4a中，示出了配给出口34相对于分配装置24的位置。分配装置24包括钟形杯形件44，其具有固定到杯形件44的外端的紧固轴38。杯形件44的底部46构成用于接收从配给出口34配给的还原剂的接收表面。配给的还原剂沿着杯形件44的内壁输送，直到到达杯形件的边缘48，该边缘构成分配表面，还原剂从该分配表面分散在排气流中。
图5a和图5b示意性地示出了根据本发明又一实施方式的分配装置24。图5a是分配装置24的侧视图，图5b是同一分配装置的正视图。在图5a中，示出了配给出口34相对于分配装置24的位置。分配装置24包括喷嘴头50，其具有固定到后端的紧固轴38。喷嘴头50具有内部腔室52，其具有径向侧壁54。孔56设置在径向侧壁中。径向侧壁54的内表面构成接收表面，而孔56的外边缘构成分配表面。
图6示意性地示出了本发明的一个实施方式，其中，计量装置26的配给出口34和配给管32的一部分集成在止动装置58内。止动装置58基本上邻接分配装置24，从而在涡轮增压器发生故障的情况下，阻止轴20在涡轮机出口的方向中轴向运动。通过阻止涡轮机轴20的移位，阻止润滑剂从涡轮机轴承(未示出)泄漏，并且保护涡轮增压器下游的部件(诸如排气后处理系统)在涡轮增压器故障的情况下免受污染。计量装置26与止动装置58的集成为计量装置26提供了更大的机械完整性。
图7示意性地示出了本发明的一个实施方式，其中，扩散器60位于涡轮机出口中。扩散器60用于双重目的。通过为正在离开涡轮机的排气提供从动态压力到静态压力的平滑过渡，可以用于提高涡轮机6的效率，如现有技术的涡轮机扩散器的情况。然而，它还可以用作从分配装置24沉积在扩散器60的内表面(即，面向涡轮机出口的中央轴线的表面)上的还原剂液滴的蒸发装置。扩散器60作为蒸发装置的功能可以以多种方式优化。例如，扩散器可处理成优化还原剂液滴与扩散器表面的接触角，和/或扩散器可处理成优化向任何沉积的还原剂液滴的热传递。通过在涡轮机出口16中存在的废料门气体出口62，进一步增强了扩散器60作为蒸发装置的功能。废料门允许热排气在特定条件下旁通涡轮增压器涡轮机转子18，从而阻止涡轮增压器的过度旋转，并且保护发动机和涡轮增压器免受损坏。从废料门气体出口62进入涡轮机出口16的排气与已经流经转子18的气体相比明显更热。通过将废料门气体引导到扩散器60的外表面，相对于涡轮机出口的中心的温度，扩散器被加热，也因此便于沉积在扩散器内表面上的还原剂的蒸发。

Claims (14)

1.一种用于内燃机(2)的排气系统的涡轮增压器涡轮机(6)的排气添加剂分配装置(24)，该排气添加剂分配装置(24)包括：
紧固表面(38)，
接收表面(40，46，54)，和
至少一个分配表面(42，48，56)；
其中，紧固表面(38)配置成将排气添加剂分配装置(24)固定地附接到涡轮增压器涡轮机(6)的轴(20)或毂；
其中，接收表面(40，46，54)包括凹壁，所述凹壁配置成接收配给到排气添加剂分配装置(24)的排气添加剂；
并且其中，所述至少一个分配表面(42，48，56)布置成在，沿排气添加剂的流动方向，接收表面的上游并与接收表面(40，46，54)流体连通，其中，所述至少一个分配表面配置成通过排气添加剂分配装置(24)的旋转运动，将排气添加剂分配在流经涡轮增压器涡轮机(6)的排气流中。
2.根据权利要求1所述的排气添加剂分配装置，其中，该接收表面(40)和分配表面(42)一起形成图案化的正面表面。
3.根据权利要求1所述的排气添加剂分配装置，其中，该接收表面(46)和分配表面(48)一起形成杯形件，该杯形件具有从排气添加剂分配装置向外引导的开口。
4.根据权利要求1所述的排气添加剂分配装置，其中，该排气添加剂分配装置包括径向壁(54)，所述径向壁从接收表面延伸，其中，接收表面是径向壁(54)的内面，并且其中，分配表面是形成在径向壁中的孔(56)的表面，该孔(56)在径向壁(54)的内面和径向壁(54)的外表面之间延伸。
5.根据权利要求4所述的排气添加剂分配装置(24)，其中，该分配装置(24)配置成形成配合表面，其与排气添加剂计量装置(26)配合。
6.根据前述权利要求中任一项所述的排气添加剂分配装置(24)，其中，该紧固表面(38)配置有螺纹、凸缘或可变形尾部。
7.一种用于内燃机(2)的排气系统的涡轮增压器涡轮机(6)的排气添加剂配给系统，该排气添加剂配给系统包括：
排气添加剂分配装置(24)，和
排气添加剂计量装置(26)；
其中，排气添加剂分配装置(24)包括接收表面(40，46，54)和至少一个分配表面(42，48，56)；其中，接收表面(40，46，54)包括凹壁，所述凹壁配置成接收配给到排气添加剂分配装置(24)的排气添加剂；其中，所述至少一个分配表面(42，48，56)布置成，在沿排气添加剂的流动方向，在接收表面的上游并与接收表面(40，46，54)流体连通，其中，所述至少一个分配表面配置成通过排气添加剂分配装置(24)的旋转运动，将排气添加剂分配在流经涡轮增压器涡轮机的排气流中；
其中，排气添加剂分配装置(24)固定地附接到涡轮增压器涡轮机的轴(20)或毂；
其中，排气添加剂计量装置(26)包括供应通道(28)、计量阀(30)和配给管(32)，所述配给管布置成在配给时还原剂流的方向中，位于计量阀(30)下游；
并且其中，排气添加剂计量装置(26)布置成将排气添加剂供应到排气添加剂分配装置(24)的接收表面(40，46，54)。
8.根据权利要求7所述的排气添加剂配给系统，其中，该分配装置(24)与涡轮增压器涡轮机(6)的轴(20)或毂集成制造。
9.根据权利要求7所述的排气添加剂配给系统，其中，该分配装置(24)与涡轮增压器涡轮机(6)的轴(20)或毂分开制造，并且通过布置在分配装置(24)上的紧固表面(38)，固定地附接到涡轮增压器涡轮机(6)的轴(20)或毂。
10.根据权利要求7所述的排气添加剂配给系统，其中，排气添加剂计量装置的配给管(32)延伸通过止动装置(58)，所述止动装置布置在涡轮增压器涡轮机(6)的出口(16)中央。
11.根据权利要求7所述的排气添加剂配给系统，还包括：布置在涡轮增压器涡轮机(6)的出口(16)中的扩散器(60)，其中，该扩散器(60)的内表面配置成促进排气添加剂的蒸发。
12.根据权利要求11所述的排气添加剂配给系统，还包括：废料门气体出口(62)，该废料门气体出口布置在涡轮增压器涡轮机出口(16)的壁中，废料门气体出口(62)布置成将热排气供应到扩散器(60)的外表面。
13.一种涡轮增压器，包括：根据权利要求1-6中任一项所述的排气添加剂分配装置(24)。
14.一种车辆(1)，包括：根据权利要求7-12中任一项所述的排气添加剂配给系统。
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