CN111412045B - 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，所述排气设备包括：氧化催化器单元，其具有沿第一壳体轴线的方向伸长的第一催化器壳体；SCR催化器单元，其具有沿第二壳体轴线的方向伸长的第二催化器壳体；混合器壳体，其以上游连接区域连接到第一催化器壳体的下游端部上并且以下游连接区域连接到第二催化器壳体的上游端部上；设置在混合器壳体中的并且支承在混合器壳体上的混合器；支承在混合器壳体上的反应剂排出组件，其用于将反应剂排出到混合器的反应剂容纳通道中，其特征在于，所述混合器壳体包括提供上游连接区域的第一壳体部分以及与第一壳体部分连接的并且与第一壳体部分共同提供下游连接区域的第二壳体部分。

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，该排气设备包括：氧化催化器单元，该氧化催化器单元具有沿第一壳体轴线的方向伸长(langstrecken)的第一催化器壳体；SCR(选择性催化还原)催化器单元，该SCR催化器单元具有沿第二壳体轴线延伸的第二催化器壳体；混合器壳体，该混合器壳体以上游连接区域连接到所述第一催化器壳体的下游端部上并且以下游连接区域连接到所述第二催化器壳体的上游端部上；设置在所述混合器壳体中的并且支承在所述混合器壳体上的混合器；以及支承在所述混合器壳体上的反应剂排出组件，该反应剂排出组件用于将反应剂排出到所述混合器的反应剂容纳通道中。
背景技术
这样的排气设备例如从EP3216992A1已知。
发明内容
本发明的目的是：提供一种用于特别是车辆中的内燃机的排气设备，该排气设备即使具有复杂的造型形状也能简单地制造。
根据本发明，所述目的通过一种用于内燃机的排气设备得以实现，所述排气设备包括：
-氧化催化器单元，该氧化催化器单元具有沿第一壳体轴线的方向伸长的第一催化器壳体，
-SCR催化器单元，该SCR催化器单元具有沿第二壳体轴线的方向伸长的第二催化器壳体，
-混合器壳体，该混合器壳体以上游连接区域连接到所述第一催化器壳体的下游端部上并且以下游连接区域连接到所述第二催化器壳体的上游端部上，
-设置在所述混合器壳体中的并且支承在所述混合器壳体上的混合器，
-支承在所述混合器壳体上的反应剂排出组件，该反应剂排出组件用于将反应剂排出到所述混合器的反应剂容纳通道中。
所述排气设备的特征在于：所述混合器壳体包括提供所述上游连接区域的第一壳体部分以及与该第一壳体部分连接的并且与该第一壳体部分共同提供所述下游连接区域的第二壳体部分。
通过具有两个壳体部分的混合器壳体的构造一方面能实现以简单的方式将混合器集成到该混合器壳体中，并且另一方面这些壳体部分中的每个壳体部分可以在它们相互连接之前以较复杂的几何形状提供。
为了两个壳体部分相互的稳固连接可以规定：所述第一壳体部分具有第一连接边缘区域；所述第二壳体部分具有第二连接边缘区域；并且这两个连接边缘区域中的一个连接边缘区域在具有另一个连接边缘区域的壳体部分的外侧上搭接所述另一个连接边缘区域。有利地，两个连接边缘区域如此设计，使得两个壳体部分基本上在一个连接平面中相互连接。
为了混合器壳体向两个催化器单元上的稳固接合而提出：所述上游连接区域具有在所述第一催化器壳体的外侧上搭接该第一催化器壳体的上游连接边缘区域，或者/并且所述下游连接区域具有在所述第二催化器壳体的外侧上搭接该第二催化器壳体的下游连接边缘区域，在所述第一壳体部分上设置有所述下游连接边缘区域的第一部分区域，并且在所述第二壳体部分上设置有所述下游连接边缘区域的第二部分区域。
所述下游连接边缘区域的两个部分区域中的每个部分区域可以如此确定尺寸，使得所述两个部分区域关于第二壳体轴线沿周向以基本上相同的程度、即例如关于第二壳体轴线以分别约180°的角度范围包围所述第二催化器壳体。
非常稳固的结构可以通过以下方式得到，即，所述第二壳体轴线处于所述第一壳体部分与所述第二壳体部分的连接平面中或者平行与该连接平面平行地延伸。这意味着：一方面两个壳体部分相互的连接和另一方面混合器壳体与第二催化器壳体的连接在彼此基本上垂直的平面中实现。
为了使流过氧化催化器单元的废气最佳地流向混合器，所述第一壳体轴线可以关于所述第一壳体部分与所述第二壳体部分的连接平面以不同于90°的角度倾斜地延伸。
为此可以规定：所述第一壳体部分关于所述连接平面以93°至100°范围中的角度背离所述第二壳体轴线倾斜。
为了将混合器或者说反应剂排出组件接合到混合器壳体上，在所述第二壳体部分上可以设置有与所述第一壳体轴线基本上平行地延伸的支承壁区域以及从该支承壁区域沿背离所述下游连接区域的方向延伸的过渡壁区域。
此外，所述过渡壁区域可以从所述支承壁区域基本上与所述第一壳体轴线垂直地朝所述第二连接边缘区域延伸。由此，在第二壳体部分中实现了凹部，为了排气设备的紧凑设计，基本上定位在混合器壳体的外部的反应剂排出组件可以至少部分地、有利地基本上完全容纳在所述凹部中。
为了保证由内燃机排出的全部废气能够基本上与反应剂完全混合而进一步提出：在所述混合器壳体上、优选在所述第一壳体部分上固定有引导元件，所述引导元件将离开所述第一催化器壳体的下游端部的废气流朝向所述混合器的方向引导。
当所述第一壳体部分和所述第二壳体部分作为板材成形件提供并且彼此材料锁合地连接时，可以实现能简单且低成本地制造的、然而同时在热载荷下也稳固的设计。
在根据本发明构造的排气设备中，所述混合器可以包括盘状的混合器主体，该混合器主体具有基本上板状的第一混合器主体部分以及与该第一混合器主体部分连接的基本上板状的第二混合器主体部分，在所述混合器主体部分中的至少一个混合器主体部分中构造有凸起，用于提供基本上沿反应剂主注入方向延伸的反应剂容纳通道，并且在所述混合器主体部分中的至少一个混合器主体部分中构造有至少一个凸起，用于提供从所述反应剂容纳通道背离该反应剂容纳通道延伸的反应剂排出通道。
为了均匀地排出与反应剂混合的废气，在所述混合器主体部分中的至少一个混合器主体部分中可以构造有两个凸起，用于提供两个彼此反向地背离所述反应剂容纳通道延伸的反应剂排出通道。所述盘状的混合器主体可以以基本上与所述第一壳体轴线垂直地设置的方式支承在所述第二壳体部分上。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明。附图中：
图1示出用于内燃机的排气设备的一部分的侧视图；
图2示出排气设备的在图1示出的部分的分解图；
图3示出对应于图1的部分剖切的图示；
图4示出在图1至图3中示出的排气设备的混合器的分解图；
图5示出混合器的侧视图；
图6示出沿图5中的视向VI的混合器。
具体实施方式
图1至图3示出内燃机的整体用10标记的排气设备的一部分。排气设备10的这个部分在上游包括氧化催化器单元12，该氧化催化器单元具有沿第一壳体轴线A1的方向伸长的、例如基本上柱体形的并且因此包围第一壳体轴线A1的第一催化器壳体14。排气设备10的所示出的部分在下游包括SCR(选择性催化还原)催化器单元18，该SCR催化器单元具有沿第二壳体轴线A2的方向伸长的并且由此包围该第二壳体轴线的、例如基本上柱体形的第二催化器壳体20。两个壳体轴线A1、A2可以分别是第一催化器壳体14或第二催化器壳体20的纵向中心轴线。在第一催化器壳体14中设置有未示出的氧化催化器、特别是柴油氧化催化器。在第二催化器壳体20中容纳有同样未示出的SCR催化器。
在两个催化器单元12、18之间或者说在两个催化器壳体14、20之间设置有整体用16标记的混合器壳体。该混合器壳体提供两个催化器单元12、18之间的流动连接。在催化器壳体14、20的分别背向所述混合器壳体16的端部区域上设置有相应的连接元件22、23，所述催化器单元12、18可以经由所述连接元件连接在废气引导部件上，所述废气引导部件连接在所述催化器单元上。
混合器壳体16具有上游连接区域24，该混合器壳体以该上游连接区域接合到第一催化器壳体14的下游端部26上。此外，混合器壳体16具有下游连接区域28，该混合器壳体以该下游连接区域接合到第二催化器壳体20的上游端部30上。
上游连接区域24包括基本上柱体形地构造的上游连接边缘区域32，混合器壳体16以该上游连接边缘区域在第一催化器壳体14的外侧上搭接所述第一催化器壳体的下游端部26并且例如通过焊接固定在其上。同样地，下游连接区域28具有下游连接边缘区域34，该下游连接边缘区域34具有基本上柱体形的型式，混合器壳体16以该下游连接边缘区域在第二催化器壳体20的外侧上搭接所述第二催化器壳体的上游端部30并且例如通过焊接固定在其上。
混合器壳体16构造有两个壳体部分36、38。这两个壳体部分36、38相互间基本上在连接平面E的区域中相互连接，该连接平面如在图1置示出的那样例如可以包含第二壳体轴线A2或者与该第二壳体轴线处于平行。特别是可以设置成，使得连接平面E与通过两个壳体轴线A1、A2表示的并且对应于图1的图平面的平面处于垂直。
为了将两个壳体部分36、38相互连接，提供上游连接区域24的第一壳体部分36具有第一连接边缘区域40。与此相应，第二壳体部分38具有第二连接边缘区域42。第一连接边缘区域40与第二连接边缘区域42可以这样彼此协调，使得第一壳体部分36的第一连接边缘区域42在提供第二连接边缘区域42的第二壳体部分38的外侧上搭接所述第二壳体部分并且例如通过焊接固定在其上。两个连接边缘区域40、42中的每个连接边缘区域具有基本上U形的型式并且关于连接平面E基本上不弯曲。连接平面E例如可以如在图2中可以识别的那样通过第二连接边缘区域42的边棱表示。同样地，连接平面E可以通过第一连接边缘区域40的边棱表示。
基于具有两个壳体部分36、38的混合器壳体16的设计而获得如下结构，其中，下游连接区域28或者说下游连接边缘区域34分成在第一壳体部分36上设置的第一部分区域44和在第二壳体部分38上设置的第二部分区域46。这两个部分区域44、46共同产生绕第二壳体轴线A2无中断地环绕的下游连接边缘区域34。有利地设计成，使得两个部分区域44、46中的每个部分区域以相同的程度绕第二壳体轴线A2包围第二催化器壳体20地延伸，从而两个部分区域44、46中的每个部分区域在第二催化器壳体20的上游端部30中在约180°的角度范围中包围该第二催化器壳体。
在图1至图3中可进一步识别到：两个壳体轴线A1和A2彼此处于不垂直。第一壳体轴线A1关于第二壳体轴线A2或者说还有连接平面E以不同于90°的角度沿背离SCR催化器单元18的方向倾斜。两个壳体轴线A1和A2例如可以相互围成93°至100°范围中的角度。
在混合器壳体16上或者说在混合器壳体16中支承有整体用48标记的混合器。为此，混合器壳体16具有与第一壳体轴线A1大约平行地延伸的支承壁区域50。这个支承壁区域50大约也位于第一壳体轴线A1的区域中或者说第一催化器壳体14的径向中心的区域中。支承壁区域50在其靠近第一催化器壳体14的端部上过渡到过渡壁区域52中。过渡壁区域52从其向支承壁区域50上的连接部出发沿背离第二催化器壳体20的方向朝向第二连接边缘区域42延伸。支承壁区域50在远离过渡壁区域52的端部上过渡到第二壳体部分38的截球面状的联接区域中，该联接区域在混合器48的背向第一催化器壳体14的一侧上以基本上完全覆盖该第一催化器壳体地设置。
与混合器48共同在支承壁区域50上支承有一般也称为注射器的反应剂排出组件56。反应剂排出组件56基本上处于混合器壳体16的外部并且容纳在第二壳体部分38的由支承壁区域50和过渡壁区域52构成的凹部58中。由此，获得非常紧凑的结构型式，其中，反应剂排出组件56基本上完全容纳在混合器壳体16的整个外轮廓的内部并且不突出于该整个外轮廓很多。
通过反应剂排出组件将反应剂、例如尿素/水溶液沿反应剂主注入方向H注入到混合器4中。在下面参照图4至图6详细描述的混合器48中，经由氧化催化器单元12流入到混合器壳体16中的废气与从反应剂排出组件56注入到混合器48中的反应剂混合并且离开混合器48或者说混合器壳体16作为有效混合的包括废气和反应剂的混合物。在混合器壳体16上构成的凹部58和联接区域54也有助于此，废气流通过所述凹部关于第一壳体轴线A1向径向内部朝向混合器48的方向引导，所述联接区域在混合器48下游或者说后面的区域中用于产生涡流并且由此用于废气与反应剂的充分混合。如此构成的包括废气和反应剂的混合物流经由在一方面联接区域54和上游连接区域24与另一方面下游连接区域28之间构成的收缩区域60朝SCR催化器单元18的方向离开混合器壳体16。为了确保基本上离开催化器壳体14的全部废气都流过混合器48，设置有例如由板材构成的引导元件61。这个引导元件例如可以固定在混合器壳体16的也与催化器壳体14连接的壳体部分36上并且封闭壳体部分36与混合器48之间的流动空间。为此，引导元件61可以从壳体部分36出发延伸直至混合器48并且支撑在该混合器的远离壳体部分38的端部上。通过引导元件61，离开催化器壳体14的废气流朝混合器48的方向转向，使得废气进入到混合器48中并且在该混合器中与反应剂混合。
在图4至图6中详细示出的混合器48具有盘状的混合器主体62，该混合器主体构造有两个板状的混合器主体部分64、66。在朝上游方向、即面向氧化催化器单元12定位的第一混合器主体部分64中构造有凸起68。在朝下游方向、即面向联接区域54定位的第二混合器主体部分66中构造有互补的凸起70。这两个凸起共同提供反应剂容纳通道72，在该反应剂容纳通道中，由反应剂排出组件56排出的反应剂沿反应剂主注入方向H注入。要指出的是：反应剂原则上可以以喷射锥的形式排出并且反应剂主注入方向H由此可以基本上对应于这种喷射锥的中心轴线。
在凸起68的两侧，在第一混合器主体部分64中设置有基本上平坦的板区域74、76，在这些板区域中，该第一混合器主体部分例如材料锁合地与第二混合器主体部分68连接。在第二混合器主体部分66中设置有两个另外的凸起78、80，这两个另外的凸起与板区域74、76共同分别界定一个反应剂排出通道82、84。这两个反应剂排出通道82、84在转向区域86的区域中朝反应剂容纳通道72敞开。
为了在朝上游方向定向的那侧上、即在第一混合器主体部分64的区域中能实现废气的进入，在凸起68的区域中设置有例如大小彼此不同的进入开口88、90。此外，在覆盖反应剂排出通道82、84的板区域74、76中设置有进入开口92、94。在凸起68的区域中也可以设置有进入开口96。
为了使废气或者反应剂从混合器48出去，一方面在反应剂排出通道82、84的区域中设置有排出开口96、98。此外，在转向区域86中设置有排出开口100。在凸起70的区域中也可以设置有排出开口102。
混合器主体62以其盘状结构提供用于离开氧化催化器单元12的废气的较大的流入面。废气可以经由不同的进入开口进入到混合器48的内部中并且在那里与注入到反应剂容纳通道72中的反应剂混合。如此构成的包括废气和反应剂的混合物经由不同的排出开口朝向混合器壳体16的联接区域54的方向离开混合器48、在那里转向并且经由收缩区域60到达SCR催化器单元18。在此特别有利的是：混合器48以混合器主体62的盘状结构基本上与第一壳体轴线A1垂直地并且由此也大约与以下方向垂直地设置，离开氧化催化器壳体14的废气的大部分沿该方向流动。与混合器壳体16的造型形状相结合地，这导致废气与反应剂的有效的均匀混合。
在根据本发明构造的排气设备10中，特别是通过具有两个壳体部分36、38的混合器壳体16的设计能实现该混合器壳体的具有较复杂的几何形状、然而同时可简单实施的制造过程的设计。两个壳体部分36、38中的每个壳体部分本身可以单独地例如通过板坯的成形来制造。这两个壳体部分在相互搭接的连接边缘区域40、42中的连接沿着基本上处于一个平面中的线进行，使得也可以非常简单地实施用于产生焊缝的焊接过程。因为这个连接线或者说连接平面E基本上与一个平面或者说一条线(在该平面或者说线的区域中，第二催化器壳体20接合到混合器壳体16上)处于垂直，所以实现特别稳固的并且导致均匀负荷分布的结构。
前述排气设备10可以在不同方面改变。因此，例如在混合器壳体16的连接区域24、28中的至少一个连接区域中，设置在那里的连接边缘区域32、34不是在与该连接边缘区域连接的催化器壳体14或20的外侧上搭接所述催化器壳体，而是插入到其轴向端部26或30中。两个壳体轴线A1、A2也可以彼此垂直地设置，使得第一壳体轴线A1例如也可以与连接平面E处于垂直。

Claims (15)

1.用于内燃机的排气设备，包括：
-氧化催化器单元(12)，所述氧化催化器单元具有沿第一壳体轴线(A1)的方向伸长的第一催化器壳体(14)，
-SCR催化器单元(18)，所述SCR催化器单元具有沿第二壳体轴线(A2)的方向伸长的第二催化器壳体(20)，
-混合器壳体(16)，所述混合器壳体以上游连接区域(24)连接到所述第一催化器壳体(14)上并且以下游连接区域(28)连接到所述第二催化器壳体(20)的上游端部(30)上，
-设置在所述混合器壳体(16)中的混合器(48)，
-支承在所述混合器壳体(16)上的反应剂排出组件(56)，所述反应剂排出组件用于将反应剂排出到所述混合器(48)的反应剂容纳通道(72)中，所述混合器壳体(16)包括提供所述上游连接区域(24)的第一壳体部分(36)和与所述第一壳体部分(36)连接的并且与所述第一壳体部分(36)共同提供所述下游连接区域(28)的第二壳体部分(38)，
其特征在于，所述上游连接区域(24)连接到所述第一催化器壳体(14)的下游端部(26)上，并且所述混合器(48)支承在所述混合器壳体(16)上。
2.按照权利要求1所述的排气设备，其特征在于，所述第一壳体部分(36)具有第一连接边缘区域(40)，所述第二壳体部分(38)具有第二连接边缘区域(42)，并且这两个连接边缘区域(40、42)中的一个连接边缘区域在具有另一个连接边缘区域的壳体部分(38)的外侧上搭接所述另一个连接边缘区域。
3.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，所述上游连接区域(24)具有在所述第一催化器壳体(14)的外侧上搭接所述第一催化器壳体的上游连接边缘区域(32)，或者/并且所述下游连接区域(28)具有在所述第二催化器壳体(20)的外侧上搭接所述第二催化器壳体的下游连接边缘区域(34)，其中，所述下游连接边缘区域(34)的第一部分区域(44)设置在所述第一壳体部分(36)上并且所述下游连接边缘区域(34)的第二部分区域(46)设置在所述第二壳体部分(38)上。
4.按照权利要求3所述的排气设备，其特征在于，所述下游连接边缘区域(34)的第一部分区域(44)和第二部分区域(46)关于所述第二壳体轴线(A2)沿周向以相同的程度包围所述第二催化器壳体(20)。
5.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，所述第二壳体轴线(A2)处于所述第一壳体部分(36)与所述第二壳体部分(38)的连接平面(E)中或者与该连接平面平行地延伸。
6.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，所述第一壳体轴线(A1)关于所述第一壳体部分(36)与所述第二壳体部分(38)的连接平面(E)以不同于90°的角度倾斜地延伸。
7.按照权利要求6所述的排气设备，其特征在于，所述第一壳体轴线(A1)关于所述连接平面(E)以93°至100°范围中的角度背离所述第二壳体轴线(A2)地倾斜。
8.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，在所述第二壳体部分(38)上设置有与所述第一壳体轴线(A1)平行地延伸的支承壁区域(50)和从所述支承壁区域(50)朝背离所述下游连接区域(28)的方向延伸的过渡壁区域(52)。
9.按照权利要求2所述的排气设备，其特征在于，在所述第二壳体部分(38)上设置有与所述第一壳体轴线(A1)平行地延伸的支承壁区域(50)和从所述支承壁区域(50)朝背离所述下游连接区域(28)的方向延伸的过渡壁区域(52)，所述过渡壁区域(52)从所述支承壁区域(50)与所述第一壳体轴线(A1)垂直地朝所述第二连接边缘区域(42)延伸。
10.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，在所述混合器壳体(16)上固定有引导元件(61)，所述引导元件将离开所述第一催化器壳体(14)的下游端部(26)的废气流朝向所述混合器(48)的方向引导。
11.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，在所述第一壳体部分(36)上固定有引导元件(61)，所述引导元件将离开所述第一催化器壳体(14)的下游端部(26)的废气流朝向所述混合器(48)的方向引导。
12.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，所述第一壳体部分(36)和所述第二壳体部分(38)作为板成形件提供并且彼此材料锁合地连接。
13.按照权利要求1或2所述的排气设备，其特征在于，所述混合器(48)包括盘状的混合器主体(62)，所述混合器主体具有板状的第一混合器主体部分(64)以及与所述第一混合器主体部分(64)连接的板状的第二混合器主体部分(66)，在所述混合器主体部分(64、66)中的至少一个混合器主体部分中构造有凸起(68、70)，用于提供沿反应剂主注入方向(H)延伸的反应剂容纳通道(72)，并且在所述混合器主体部分(64、66)中的至少一个混合器主体部分中构造有至少一个凸起(78、80)，用于提供背离所述反应剂容纳通道(72)延伸的反应剂排出通道(82、84)。
14.按照权利要求13所述的排气设备，其特征在于，在所述混合器主体部分(64、66)中的至少一个混合器主体部分中设置有两个凸起(78、80)，用于提供两个彼此反向地背离所述反应剂容纳通道(72)延伸的反应剂排出通道(82、84)。
15.按照权利要求13所述的排气设备，其特征在于，所述盘状的混合器主体(62)以与所述第一壳体轴线(A1)垂直地设置的方式支承在所述第二壳体部分(38)上。
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