CN112752897A - 用于内燃机的排气系统的排气后处理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泄漏处理构件(50)和排气后处理单元(40)，该排气后处理单元被构造成密封地布置在用于处理来自内燃机的排气的排气后处理系统的流体通道(30)中，所述排气后处理单元(40)包括由所述排气后处理单元的外壁(44)限制的排气后处理元件(42)，所述泄漏处理构件被构造用以布置在如下二者之间：排气后处理系统的流体通道的内周缘(32)；以及排气后处理单元的外壁，泄漏处理构件包括排气后处理部件，该排气后处理部件用于对经过所述流体通道中的所述后处理单元的废气的任何泄漏进行后处理。

Description

用于内燃机的排气系统的排气后处理单元
技术领域
本发明涉及一种用于排气后处理单元的泄漏处理构件，并且涉及一种排气后处理单元，该排气后处理单元用于布置在用于处理来自内燃机的排气的排气后处理系统的流体通道中。本发明还涉及一种排气后处理装置和一种车辆。内燃机例如可以是柴油机。
本发明可以应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将相对于卡车描述本发明，但是本发明不限于该特定车辆，而是还可以在其他车辆(诸如公共汽车或建筑设备或乘用车)中使用。
背景技术
例如在卡车和公共汽车上的排气后处理系统被布置用以减少来自内燃机的废气的烟尘颗粒和氮氧化物(NOx)的排放。
排气后处理系统的众多设计是可用的。排气后处理系统可以包括例如：柴油氧化催化(DOC)单元，该柴油氧化催化单元用于使气体排放物(例如，碳氢化合物(HC)和/或一氧化碳(CO)和/或一氧化氮(NO))氧化；柴油颗粒过滤器(DPF)单元，该柴油颗粒过滤器单元用于去除排气中的颗粒；和/或选择性催化还原(SCR)单元，该选择性催化还原单元用于例如通过从废气(exhaust gases)中将NOx还原为氮气(N2)+氧气(O2)来去除NOx。当存在SCR单元时，排气后处理系统还可以包括用于向排气中添加尿素和/或氨的装置和/或氨滑动催化器(ASC)。
排气后处理系统的一种已知设计涉及将柴油颗粒过滤器(DPF)布置在钢制套筒中，该钢制套筒进而布置在用于来自内燃机的废气的流体通道中。DPF和套筒装置允许移除和更换该单元。装有柴油颗粒过滤器(DPF)的钢制套筒密封地布置在流体通道中，以确保来自发动机的废气流行进通过DPF且不会绕过套筒的外部。
例如，US 2005 0056008 A1涉及一种柴油颗粒去除设备，该柴油颗粒去除设备由外缸体构成，该外缸体以嵌入方式附接到柴油机的废气路径，并在柴油机废气的流入侧和流出侧具有孔，并且在外缸体中容纳有两个或更多个过滤器单元以收集或收集并燃烧包含在柴油机废气中的颗粒以将其去除。
存在对于改善排气后处理装置的功能的持续需求，以减少废气对环境的影响，并不断满足该领域中的更严格法规。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有提高的净化效率的排气后处理单元。
根据第一方面，本发明涉及根据权利要求1所述的用于排气后处理系统的泄漏处理构件，该排气后处理系统用于处理来自内燃机的排气。所述泄漏处理构件被构造成布置在如下二者之间：
-排气后处理系统的流体通道的内周缘，以及
-布置在流体通道中的排气后处理单元的外壁。
泄漏处理构件包括排气后处理部件，该排气后处理部件用于对经过所述流体通道中的所述后处理单元的废气的任何泄漏进行后处理。
根据第二方面，本发明涉及一种排气后处理单元，该排气后处理单元被构造成密封地布置在用于处理来自内燃机的排气的排气后处理系统的流体通道中。排气后处理单元包括由所述排气后处理单元的外壁限制的排气后处理元件。根据第一方面的泄漏处理构件布置在排气后处理单元的外壁的外周边上。
排气后处理单元被构造成例如通过布置在排气后处理单元的外周边与流体通道的内周缘之间的间隙中的密封构件而密封地布置在流体通道中，以用于使废气能够流动通过排气后处理元件。
在现有技术的布置方式中，尽管排气后处理单元密封地布置在流体通道中，但是密封装置中的泄漏可以允许少量废气绕过排气后处理单元。该少量废气可以流动通过排气系统，而不会经过排气后处理单元，这意味着少量废气中的颗粒和/或气体排放物可能未经处理就进入环境。尽管未经处理的废气的量相对较小，但是其中所含的气体排放物和/或颗粒可能会显着影响行进通过后处理系统的排放物的总量。
通过提供包括排气后处理部件的泄漏处理构件，经过排气后处理单元泄漏的废气将通过排气后处理部件的存在而经受排气后处理。因此，将减少来自发动机的总排气中的颗粒的数量和/或气体排放物的量。
泄漏处理构件包括至少一个排气后处理部件。因此，泄漏处理构件可以包括除了排气后处理部件之外的元件，诸如密封元件或例如用于承载排气后处理部件的其他元件。然而，在某些变型中，泄漏处理构件可以由排气后处理部件组成。
泄漏流量可以例如小于总排气流量的1％。然而，旁路泄漏可能会显着增加例如颗粒物排放量。通过提供泄漏处理构件而获得的益处在于，排气后处理单元与流体通道之间的泄漏要求可以不太严格，这意味着可以使用不太复杂的密封设计。
排气后处理单元密封地布置在流体通道中总体上意味着绕过排气后处理单元的任何废气流是偶然的。然而，由于难以实现100％的可靠密封，所以泄漏处理构件仍然变得有用。
可选地，泄漏处理构件布置成使得通过流体通道的总排气流量的少于10％绕过排气后处理单元并流动通过泄漏处理构件。
可选地，泄漏处理构件布置成使得通过流体通道的总排气流量的少于5％(优选地，通过流体通道的总排气流量的少于2％，最优选地，通过流体通道的总排气流量的少于1％)绕过排气后处理单元并流动通过泄漏处理构件。
可选地，泄漏处理构件的截面面积是后处理元件的截面面积的3％至25％，优选地3％至15％，最优选地3％至10％。
可选地，排气后处理元件是柴油氧化催化元件、柴油颗粒过滤元件、选择性催化还原元件或氨滑动催化元件。
可选地，泄漏处理构件的排气后处理部件是柴油氧化催化部件和/或选择性催化还原部件和/或氨滑动催化部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
可选地，泄漏处理构件可以包括一个单个排气后处理部件。
可选地，泄漏处理构件可以包括多于一个排气后处理部件。
柴油氧化催化部件可以是Pt和/或Pd和/或Rd或任何其他类型的氧化催化器。
选择性催化部件可以基于具有Fe和/或Cu的沸石，或者基于钒或锑或任何其他类型的SCR催化器。
可选地，排气后处理部件设置为涂层。提供排气后处理部件作为涂层在本领域中是众所周知的，并且是用于提供不同类型的泄漏处理构件的有用选择。
可选地，泄漏处理构件是布置成在外壁与内周缘之间流体地密封的流体密封构件。这样，泄漏处理构件可以满足以下双重目的：减少经过排气后处理单元的废气的泄漏；以及处理可能发生的任何泄漏。例如，排气后处理部件可以作为涂层设置在这样的流体密封泄漏处理构件的至少一部分上。
可选地，泄漏处理构件是布置成在外壁与内周缘之间流体地密封的唯一流体密封构件。这使得在外壁与内周缘之间需要仅一个构件，因此减少了零件数量，从而节省了材料和组装成本。
可选地，泄漏处理构件是非密封构件，诸如包括金属丝网构件和/或包括金属纤网部件。可以针对不同目的来优化非密封构件。例如，可以选择非密封构件以便提供泄漏废气的增加的接触表面，以用于实现其有效处理。金属丝网构件是这样的表面的示例。排气后处理部件可以有利地作为涂层设置在非密封构件上，例如，设置在金属丝网构件上。
可选地，泄漏处理构件是非密封构件，该非密封构件包括具有颗粒过滤功能的排气后处理部件。排气后处理部件可以是例如金属纤网或陶瓷纤维垫或玻璃纤维垫，尽管气体排放物可以自由地穿过其中，但是对于烟尘颗粒而言是半穿透的，从而增加了烟尘颗粒在泄漏处理构件中的停留时间，并由此提高了烟尘氧化过程的效率。当泄漏处理部件仅包括具有颗粒过滤功能的排气后处理部件时，泄漏处理部件可以由排气后处理部件组成。
可选地，流体密封装置布置成在外壁与内周缘之间流体地密封。这种流体密封装置可以是未设置有任何排气后处理部件的常规流体密封装置。一个或多个流体密封装置可以布置用以补偿由也作为流体密封构件的泄漏处理构件提供的流体密封。一个或多个流体密封装置可以布置用以使得当泄漏处理构件是非密封装置时，在排气后处理单元与流体通道之间提供期望的密封。
可选地，一个或多个流体密封装置可以布置在一个或多个泄漏处理构件的上游。
可选地，一个或多个流体密封装置可以布置在一个或多个泄漏处理构件的下游。
可选地，泄漏处理构件布置成在外壁与内周缘之间始终径向地延伸。可选地，泄漏处理构件布置成围绕外壁和内周缘周向连续地延伸。这样，可以确保由泄漏后处理构件尽可能多地处理经过排气后处理单元的废气的泄漏流。
根据本发明的排气后处理单元可以包括布置在排气后处理元件下游的加宽部分。这样的加宽部分可以是凸缘的形式。加宽部分的直径大于排气后处理元件的直径。加宽部分的纵向延伸度可以在排气后处理单元的纵向延伸度的1％至20％之间，优选地在5％至15％之间。
排气后处理单元还可以包括布置在排气后处理元件下游的至少两个孔。离开排气后处理单元的经处理的废气流进而将行进通过所述孔。优选地，所述孔布置在排气后处理单元的加宽部分中。
所述孔可以是圆形、矩形、椭圆形或具有适于流体通道的任何其他形状。优选地，每个孔的面积可以在1cm2至20cm2之间。
排气后处理单元可以是排气后处理装置的一部分，如将在下面更详细地描述的。可选地，排气后处理单元可以布置成可从排气后处理装置移除且可重新附接到排气后处理装置，以用于更换排气后处理元件。对于可移除的排气后处理单元，由于该单元可从排气后处理装置的其余部分移除，所以经过该单元的泄漏流可能相对较高。例如，所述可更换的排气后处理元件可以是柴油颗粒过滤元件。柴油颗粒过滤元件通常需要定期更换。然而，如本文所例示的其他排气后处理元件也可以受益于可更换并布置在可移除的排气后处理单元中。
可选地，排气后处理单元包括安装套筒，该安装套筒形成外壁，排气后处理元件被限制在该外壁中。
可选地，安装套筒可以布置成可从排气后处理装置移除且可重新附接到排气后处理装置，以用于更换排气后处理元件。在这样的布置方式中，由于安装套筒必须可从装置的其余部分移除，所以泄漏流可能相对较高。
可选地，泄漏处理构件被附接到排气后处理单元的外壁。可替代地，泄漏处理构件可以附接到流体通道。
可选地，后处理装置是消音器装置。
可选地，后处理装置可以包括壳体，该壳体包括用于废气的入口和出口。
可选地，后处理装置可以包括布置在排气后处理单元上游的附加排气后处理单元。例如，所述附加排气后处理单元可以是DOC。
可选地，后处理装置可以包括布置在排气后处理单元下游的附加排气后处理单元。例如，所述附加排气后处理单元可以是SCR。
可选地，当后处理装置包括作为SCR单元的排气后处理单元时，所述后处理装置可以包括还原剂供应构件，特别是尿素供应构件或氨供应构件。
本发明还涉及一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置，其中，该排气后处理装置包括如上所述的排气后处理单元。
最后，本发明涉及一种车辆，该车辆包括根据上述的排气后处理装置。
相对于本发明的任一方面描述的特征和优点类似地适用于本发明的其他方面。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其他优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是对作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是车辆的示意图；
图2a和图2b是排气后处理装置的第一实施例的示意图；
图3是排气后处理单元的第二实施例的示意图；
图4是排气后处理单元的第三实施例的示意图；
图5是排气后处理单元的第四实施例的示意图；
图6是排气后处理单元的第五实施例的示意图；并且
图7是排气后处理单元的另一实施例的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了包括内燃机12的车辆，在这种情况下为卡车10。然而，本公开不限于这种类型的车辆或所示的发动机定位。
图2a示意性地示出了排气后处理装置100的第一实施例。排气后处理装置100旨在布置在内燃机的下游。排气后处理装置100包括用于接收来自发动机的废气流的入口10。此外，排气后处理装置100包括用于排出来自排气后处理装置的经处理的废气的出口80。
排气后处理装置100包括至少一个排气后处理单元40，该排气后处理单元40包括由外壁44限制的排气后处理元件42，外壁44限定排气后处理单元40的外周边46。
排气后处理元件42可以是用于处理废气以减少颗粒和/或气体排放物的任何元件。例如，排气后处理元件可以是DOC(柴油氧化催化器)、DPF(柴油颗粒过滤器)、SCR(选择性催化还原器)或ASC(氨滑动催化器)。
在所示的实施例中，排气后处理元件42是DPF。排气后处理元件42布置在形成外壁的安装套筒44中。安装套筒44可以例如是钢制套筒。
排气后处理单元40布置在排气后处理装置的入口10与出口80之间的流体通道30中。为了确保废气流行进通过排气后处理单元40，并且不经过排气后处理单元40的外壁44的外周边46与流体通道30的内周缘32之间，该单元40密封地布置在流体通道30中。当使用时，如图2a中的箭头所示，废气流总体上将从入口10行进通过排气后处理单元40，并通过出口80离开。
然而，如图2b所示，少量的废气流可能绕过排气后处理单元40，并经过排气后处理单元40的外壁44的外周边46与流体通道30的内周缘32之间。
在图2a和图2b的实施例中，包括排气后处理部件的泄漏处理构件50布置在流体通道30的内周缘32与排气后处理单元40的外壁的外周边46之间。因此，经过后处理单元40的废气流的任何泄漏反而将经过泄漏处理构件50，并由其排气后处理部件处理。
仍然期望的是，排气后处理单元40应密封地布置在流体通道30中。因此，优选地在排气后处理单元40与流体通道30之间提供一些密封。
在图2a和图2b的实施例中，泄漏处理构件50还形成密封构件。例如，泄漏处理构件50可以是设有包括排气后处理部件的涂层的密封环。
合适的废气后处理部件可以诸如在废气后处理领域中是已知的，诸如柴油氧化催化部件或选择性催化还原部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
在图2a和图2b所示的排气后处理装置100中，存在第一附加排气后处理单元20，该第一附加排气后处理单元20布置在前述排气后处理单元40的上游。例如，第一附加排气后处理单元20可以是DOC。
此外，在图2a和图2b所示的布置方式中，存在第二附加排气后处理单元70，该第二附加排气后处理单元70布置在第一前述排气后处理单元40的下游。例如，第二附加排气后处理单元70可以是SCR。
因此，在所示的实施例中，废气流将行进通过入口10，经由DOC20到达DPF 40，进一步到达SCR，然后经由出口80离开。然而，应当理解的是，本发明可以应用于多种不同的排气后处理装置。
如上所述，排气后处理单元40包括布置在安装套筒44中的排气后处理元件42。而且，在所示的实施例中，排气后处理单元40可从排气后处理装置100移除且可重新附接到排气后处理装置100。因此，当需要时，用过的排气后处理单元40可以从排气后处理装置中移除，并用新的排气后处理单元40更换。泄漏处理构件50可以方便地附接到安装套筒的外壁44。
在图2a和图2b所示的实施例中，排气后处理装置100为消音器的形式。然而，自然可以想到其他类型的排气后处理装置。
图3示意性地示出了排气后处理单元40的实施例。在流体通道30中的排气后处理单元40的布置方式类似于以上关于图2a和图2b描述的布置方式。在图3的布置方式中，作为非密封构件的泄漏处理构件50布置在流体通道30的内周缘32与排气后处理单元40的外壁44的外周边46之间。泄漏处理构件50可以例如是金属丝网构件。金属丝网构件50可以设有涂层形式的排气后处理部件。另外，流体密封装置60布置成在外壁44与内周缘32之间流体地密封。在图3所示的布置方式中，流体密封装置60布置在泄漏处理构件50的上游。因此，通过流体密封装置60泄漏的废气流的任何部分将经过泄漏处理构件50并被处理。
图3所示的排气后处理单元40包括布置在排气后处理元件42下游的三个基本上矩形的孔45。离开排气后处理单元的经处理的废气流将进而行进通过该孔。
图4示意性地示出了排气后处理单元40的另一实施例。该实施例类似于关于图3描述的实施例，但是在本情形中，泄漏处理构件50布置在流体密封装置60的上游。
图5示意性地示出了排气后处理单元40的另一实施例。该实施例类似于先前描述的实施例，但是在本情形中，布置有一个密封装置60和两个泄漏处理构件50。泄漏处理构件50可以是流体密封构件或非流体密封构件。
图6示意性地示出了排气后处理单元40的另一实施例。该实施例类似于先前描述的实施例，但是在本情形中，存在仅一个泄漏处理构件50，并且所述泄漏处理构件是非密封构件。例如，如果在流体通道30的内周缘32与排气后处理单元40的外壁44的外周边46之间未布置有密封部件，则该变型是优选的。在本情形中，然而，例如可以通过至少沿着流体通道30(在图6中未示出)的一部分在内周缘32与外周边46之间的非常紧密的配合来实现密封装置。然而可以设想到，在这本情形中，将需要沿着流体通道30的另一部分在内周缘32与外周边46之间设置间隙，该间隙提供用于布置泄漏处理构件50的空间。
对于本文所提出的泄漏处理构件50，一个优点是，由于经过排气后处理单元40的排气流体的任何泄漏不再会导致排气中的不想要的颗粒和/或物质的相对显着增加，所以可以稍微放宽对流体通道30与排气后处理单元40之间的流体密封的要求。
而且，当排气后处理单元40布置成相对于排气后处理装置100可移除且可重新附接(例如以用于更换排气后处理元件42)时，如本文所提出的泄漏处理构件50的益处可能特别有用。
应当理解，本发明不限于上文描述和附图所示的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。
例如，可以设想到泄漏处理构件和/或密封构件的各种组合。而且，可以使用具有不同排气后处理部件的泄漏处理构件的各种组合。而且，泄漏处理构件可以包括排气后处理部件的各种组合。

Claims (19)

1.一种用于排气后处理系统的泄漏处理构件(50)，所述排气后处理系统用于处理来自内燃机的排气，所述泄漏处理构件(50)被构造成布置在如下二者之间：
-所述排气后处理系统的流体通道(30)的内周缘(32)，和
-布置在所述流体通道(30)中的排气后处理单元(40)的外壁(44)，
其特征在于，所述泄漏处理构件(50)包括排气后处理部件，所述排气后处理部件用于对经过所述流体通道(30)中的所述后处理单元(40)的废气的任何泄漏进行后处理。
2.根据权利要求1所述的泄漏处理构件，其中，所述排气后处理部件是柴油氧化催化部件和/或选择性催化还原部件和/或氨滑动催化部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
3.根据权利要求1或2所述的泄漏处理构件，其中，所述排气后处理部件被设置为涂层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的泄漏处理构件，其中，所述泄漏处理构件(50)是布置成在所述外壁(44)与所述内周缘(32)之间流体地密封的流体密封构件。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的泄漏处理构件，其中，所述泄漏处理构件(50)是非密封构件，优选地包括金属丝网构件和/或包括金属纤网部件。
6.一种排气后处理单元(40)，所述排气后处理单元(40)被构造成密封地布置在排气后处理系统的流体通道(30)中，所述排气后处理系统用于处理来自内燃机的排气，所述排气后处理单元(40)包括由所述排气后处理单元(40)的外壁(44)限制的排气后处理元件(42)，
其特征在于，
根据前述权利要求中任一项所述的泄漏处理构件(50)被布置到所述排气后处理单元(40)的所述外壁(44)的外周边(46)。
7.根据权利要求6所述的排气后处理单元(40)，其中，所述排气后处理元件(42)是柴油氧化催化元件、柴油颗粒过滤元件、选择性催化还原元件和/或氨滑动催化元件。
8.根据权利要求6或7结合权利要求4所述的排气后处理单元，其中，所述泄漏处理构件(50)是布置成在所述外壁(44)与所述内周缘(32)之间流体地密封的唯一流体密封构件。
9.根据权利要求6或7所述的排气后处理单元，其中，进一步地，流体密封装置(60)被布置成在所述外壁(44)与所述内周缘(32)之间流体地密封。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述泄漏处理构件(50)被布置成在所述外壁(44)与所述内周缘(32)之间始终径向地延伸，并且/或者所述泄漏处理构件(50)被布置成围绕所述外壁(44)和所述内周缘(32)周向连续地延伸。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述排气后处理单元包括布置在所述排气后处理元件(42)的下游的加宽部分。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述排气后处理单元包括布置在所述排气后处理元件(42)的下游的至少两个孔。
13.根据权利要求12所述的排气后处理单元，其中，所述至少两个孔布置在所述加宽部分中。
14.根据权利要求6至13中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述排气后处理单元(40)布置成能从排气后处理装置(100)移除且能重新附接到排气后处理装置，以用于更换所述排气后处理元件(42)，其中，优选地，所述排气后处理元件(42)是柴油颗粒过滤元件。
15.根据权利要求6至14中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述排气后处理单元(40)包括安装套筒(44)，所述安装套筒(44)形成所述外壁，所述排气后处理元件(40)被限制在所述外壁(42)中，优选地，所述安装套筒(44)布置成能从排气后处理装置(100)移除且能重新附接到排气后处理装置(100)，以用于更换所述排气后处理元件(42)。
16.根据权利要求6至15中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述泄漏处理构件(50)附接到所述外壁(44)。
17.根据权利要求6至16中任一项所述的排气后处理单元，其中，所述泄漏处理构件(50)被构造成附接到所述流体通道。
18.一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置(100)，所述排气后处理装置(100)包括根据权利要求6至17中任一项所述的排气后处理单元(40)。
19.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求18所述的排气后处理装置。
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