CN113330199B - 用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置 - Google Patents

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Abstract

在此描述了一种用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置(5)，所述装置包括：‑混合器壳体(8)，其具有进口(15)，废气流通过所述进口进入混合器壳体(8)中；‑计量管(9)，其具有第一端部和第二端部，所述计量管贯穿混合器壳体(8)并且被流入混合器壳体(8)中的废气流横向穿流；‑计量单元(6)，其布置在计量管(9)的第一端部上并且能够与反应物存储器相连，所述计量单元用于将反应物输出到计量管(9)中；和‑用于产生废气流的旋流的器件。用于产生旋流的器件设计为，在所述计量管(9)内产生旋流，并且为此所述计量管(9)具有至少一个流入口(17)，所述至少一个流入口沿周向在不小于45°的外周面扇形段上延伸并且在所述计量管(9)的位于混合器壳体(8)内的长度的至少一个区段上延伸，所述至少一个流入口具有铲状的罩盖(18)，所述罩盖布置在计量管(9)上并且使废气流离心地转向到流入口(17)中。

Description

用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置
本发明涉及一种用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置，所述装置包括：
-混合器壳体，所述混合器壳体具有进口，废气流通过所述进口进入混合器壳体中；
-计量管，所述计量管具有第一端部和第二端部，所述计量管贯穿混合器壳体并且被流入混合器壳体中的废气流横向穿流；
-计量单元，所述计量单元布置在计量管的第一端部上并且能够与反应物存储器相连，所述计量单元用于将反应物输出到计量管中；和
-用于产生废气流的旋流的器件。
此外还描述了一种用于减少内燃机的废气的NOx含量的废气净化设备，其具有这样装置。
现代内燃机例如当其是主要用作动态负荷的柴油发动机的柴油内燃机时配备有废气净化设备以满足排放要求。这些要求此外涉及NOx排放的限制。在这类废气净化设备中，NOx排放在许多情况下通过包含在废气中的氮氧化物(NOx)的选择性催化反应引起。为此使用所谓的SCR催化剂(SCR：选择性催化还原)。为了在这样的SCR催化器上进行希望的氮氧化物催化还原，需要作为反应物的还原剂。为此通常使用氨，氨以液态的尿素(Urea)在相对于SCR催化器的上游被引入其中。为了释放包含在前体中的还原剂(氨)需要一定的温度。因此对于废气的有效脱硝需要的是废气温度足够高。用于从前体释放还原剂的反应尤其当废气温度不够高时不是自发进行的，而是需要一定的时间。因此，在供给前体的计量单元和SCR催化器之间需要一定的流动路程。如果还原剂(氨)被释放，则在SCR催化器上发生希望的催化反应，以减少或消除废气中携带的氮氧化物。不希望的是，尚未转化的前体流向SCR催化器，因为随后液滴沉积在SCR催化器的上游侧表面上。此外，当SCR催化器被入流时，希望在废气流中释放的还原剂在该SCR催化器的横截面上的尽可能好的均匀分布以及同样的速度均匀分布。还应当尽可能避免液态前体沉淀在废气管路中。
为了满足对作为液态前体计量的还原剂的供给的这些要求，在WO 2015/018971A1和WO 2016/207484 A1中建议，在混合器壳体内布置计量管，在该计量管的一端布置用于喷入前体的计量单元。计量管设计为穿孔板或筛板并且具有锥形构造，其中，横截面朝远离计量单元的方向减小。该计量管横向于其纵向延伸地被入流。计量管以其与计量单元相对置的端部段嵌接在套管中，更确切地说，同时留出环形间隙。在根据该现有技术的装置中，在计量管的外侧产生旋流。该旋流在计量管和套管之间的用作喷嘴的环形间隙内被加速。由于外部旋流与计量管内的废气流之间的速度对比，以液滴形式喷入计量管中的前体与废气流混合。在计量管的出口侧设有导向板，通过该导向板使废气流转向相反的方向。还原剂被喷射到导向元件上，还原剂分布在导向元件上转向的废气流中。还原剂的释放在较短路程上完成，因此即使可供使用的安装空间较小也可以使用这种先前已知的装置。由于废气流多次转向分别相反的流动方向，因此必须接受相应的排气背压。
在WO 2011/163395 A中描述了另外的用在废气后处理中的计量和混合装置。在该现有技术中，计量管也设计为穿孔板管，但具有圆柱形形状。计量管横向于待净化的废气流定位在壳体中。沿入流的废气的流动方向在上游，在壳体中存在导向元件，该导向元件设计为引导入流的废气从计量管旁边经过，以便以此方式在相对于计量管的外侧产生旋流。
如同也在先前认可的现有技术中那样，该现有技术也遵循该方案，即在按穿孔板样式设计的计量管之外产生旋流，由于按栅格样式布置的开口，该旋流延续进入管内部。这种废气净化设备的这种设计的缺点在于，以液体形式供给的还原剂可能不受控制地在计量管的穿孔口中沉积在相应的流动背侧上，从而不能确保当前充分脱硝所需的还原剂量实际上被供给下游的SCR催化器。因此不能排除NOx泄漏。
由WO 2016/142292 A1已知一种用于内燃机的排气装置的混合箱，用于将添加剂混合到废气流中。在该装置中，计量管也被横向入流，即通过平行于计量管布置的进口管被横向入流，该进口管在其平行于排出管的部段中设计为筛管，从而废气沿径向从进口管流出。在两个管之间存在流动体积。该流动体积在边缘处受到导流元件的限制，导流元件对从进口管流出的废气流沿周向或沿径向朝用作计量管的排出管的偏转有影响。因此，在该现有技术中，也在计量管之外产生旋流，该旋流通过设置在出口管中的开口进入该出口管。在扩展设计中，计量管(出口管)的流入口配备有从外周面突出的叶片。通过喷雾锥将液态还原剂前体喷入计量管中，该喷雾锥设计为使得还原剂前体在计量管的流入口的区域中碰到计量管的内周面。
即使释放包含在液态前体中的作为化学反应物的还原剂需要的流动路程由于上述效应可以在于其它设计方案相比更短并且因此在安装空间比例狭小的情况下也可以使用该装置，但希望的是，可以进一步减小所需的安装空间并且在废气体积流量较小的情况下仍能转化前体以便释放包含在其中的反应物，而不必忍受前体液滴的不再能接受的沉积。
因此，本发明所要解决的技术问题是，改进前述类型的装置以满足这些需求。
所述技术问题根据本发明通过前述类型的装置解决，其中，用于产生旋流的器件设计为，在所述计量管内产生旋流，并且为此所述计量管具有至少一个流入口，所述至少一个流入口沿周向在不小于45°的外周面扇形段上延伸并且在所述计量管的位于混合器壳体内的长度的至少一个区段上延伸，所述至少一个流入口具有铲状的罩盖，所述罩盖布置在计量管上并且使废气流离心地转向到流入口中。
在该用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中、尤其用于向SCR催化器供给氨的装置中，该化学反应物以分散成微滴的液态前体的形式被喷入废气管路中，由于横向于流向计量管的废气流通过至少一个铲状的罩盖被转向从而进入计量管中，因此在计量管内才产生旋流。这允许通过简单的器件形成能量特别高的旋流，同时不必忍受偶尔过高的排气背压。具有相应更高的流速的更富有能量的旋流促进引入旋流中的前体液滴的微滴运送。
利用计量管被废气横向入流在计量管内产生废气的旋流。计量管具有至少一个流入口，废气流通过该流入口流入计量管中。该至少一个流入口沿计量管的周向在不小于45°的外周面扇形段上延伸。沿计量管的纵向延伸段，该至少一个流入口在计量管的位于混合器壳体中的计量管环流空间中的部段的长度的至少40％至60％上延伸。计量管环流空间可以由混合器壳体本身或者也可以由位于混合器壳体内的构件限定边界。在计量管环流空间中，入流的废气可以环绕计量管流动。但计量管中的希望的旋流还是通过使废气流转入计量管中仅在计量管内提供。根据一种设计方案，流入口沿计量管的纵向延伸段的方向在计量管的位于混合器壳体内的长度的至少70％至75％上延伸。由于至少一个流入口沿计量管的周向如上述地延伸，使得可能的流入口的数量受到限制。此外，至少一个流入口的横截面与其用于接收产生的废气流的铲状的罩盖相应较大，从而因此几乎就排除了反应物、例如作为氨前体的尿素液滴在流入口中的沉积。至少一个流入口的横截面与待产生的旋流的速度以及预期的废气体积流量相适配。由于该供给装置的设计，计量管被废气入流的横截面明显大于计量管的横截面。
所述装置的特殊之处在于每个流入口都配设有布置在其上的铲状的罩盖。由于罩盖的铲状设计，流入口在侧向面和背侧被包围并且至少大部分沿径向被遮盖。罩盖的流通口完全可以突出超出被其遮盖的流入口的流入侧的前边缘。这种罩盖用于将横向入流计量管的废气流转向到流入口中。为此，至少一个布置在流入口上的罩盖以其流通口指向废气进入混合器壳体的进口的方向，从而进入混合器壳体中的废气至少部分地直接流入罩盖中并且因此流入计量管的流入口中。沿切向将废气流转向到通常具有圆形横截面形状的计量管中引起在计量管的内壁处的希望的废气旋流。由于该旋流在计量管内产生，因此与这类装置的先前已知的设计不同，仅需忍受较小的流动损失。在设有多个流入口并且因此也设有多个布置在计量管的周面上的罩盖的情况下，这些罩盖在其罩盖流通口方面沿计量管的周向观察同向地定向。由于计量管以横贯混合器壳体的方式位于其中，因此废气流的横向的入流面明显大于通常圆柱形的计量管的横截面。因此，废气流在进入这样的罩盖并且因此进入计量管的内部时经历显著的加速，更确切地说既沿旋流的旋转方向又沿计量管的纵向延伸段被加速。由于计量管在其第一端部由计量单元封闭，因此旋流在计量管内从第一端部传播至计量管的第二端部。
在这种用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置中，可以通过排气背压来调节在计量管中产生的旋流的螺旋间距。旋流朝计量管的第二端部移动的螺旋间距越小，流动路程越长，而且不必为此延长计量管的实际长度。因此，在供给尿素水溶液的情况下，传统的装置的用于必需的准备以便释放例如希望的氨的长度可以减少50％以上。
在优选的实施例中，液体反应物被喷入计量管中的喷雾角设置为，使得至少在前体液滴未先被废气旋流吸收的情况下，前体液滴在至少一个流入口的后方才与计量管的内壁接触。计量管的沿废气流动方向在流入口后方的部段是能观察到废气旋流的最高流速的那个部段。此外，计量管的该部段在各种情况下在外侧被流入装置中的废气与至少一个流入口相邻地入流并且被该废气以特别的方式加热。这在该供给装置的运行的特殊的设计方案中被利用。在该运行方式中，与存在的教导相反地将液态前体以一定量喷入计量管中，使得该液态前体碰撞计量管的被加热的内壁段。结果是，较大的前体液滴由于碰撞被分散成较小的微滴，并且此外该被加热的计量管部段用于释放包含在前体中的反应物、例如氨。通过该过程就已经可以在较短的管段上实现释放反应物和反应物在废气流内的希望的均匀分布所需的流动路程。在此，液态的前体计量优选如此进行，即在第一计量循环之后，当喷射到计量管内壁上的前体蒸发后才开始下一个的计量循环。优选地，前体通过计量单元在压力下被输出，因此以预定的压力、例如在6至10巴之间的压力沿轴向被喷入计量管的内部。
在这种装置的一种设计方案中，至少一个流入口相对于计量管的纵向延伸段在计量管环流空间内偏心地布置，即朝向计量单元的方向偏移。这意味着，至少一个流入口的罩盖和朝向计量管的第二端部限定出计量管环流空间的边界的壁段的间距大于该罩盖和与前述壁段相对置的壁段的间距。这确保了沿废气穿过计量管的流动方向位于至少一个流入口后方的计量管部段在外侧被充足的废气份额流过并且通常也被环流。计量管的该部段直接被流过至少一个流入口的废气流过，因此计量管的该部段被进入的废气特别好地加热。计量管的周面的被入流的废气加热的部段可以是计量管的从罩盖至限定出计量管环流空间边界的相对置的壁的部段的大约四到六倍长。一个或多个流入口沿计量管的纵向延伸段的长度也对不同的距离有影响。
沿计量管的纵向延伸段的运送方向确保：喷入的前体液滴沿计量管的纵向延伸段远离喷入点地被输送并且通常不会在计量的邻近处积累、部分沉积并且可能在那里积聚。
为了还直接在计量管内在前体液滴发出的区域中获得废气流，为了避免在一个或多个喷射器喷嘴的区域中的可能的前体液滴沉积，在一个实施例中规定，在与计量单元相邻的计量管部段中，该计量管部段完全可以布置在相对于喷射器的直接径向距离处，在计量管中设有冲洗开口。通过进入计量管内部的废气在一个或多个喷射器口的邻近处并且因此在承载计量单元的计量法兰处产生掠过喷射器口的部分废气流。这使一个或多个喷射器摆脱前体液滴沉积物。在计量管内产生的旋流不会或者仅在很小程度上席卷布置在中央的一个或多个喷射器，因此这种冲洗开口是保持喷射器没有前体沉积物的非常简单但有效的器件。这通过湍流来支持，湍流在流向计量管的内壁的周面流和通过冲洗开口进入的部分废气流之间产生。这种冲洗开口可以是按栅格样式布置的穿孔，完全具有环绕的环的形式。这些开口可以具有圆形的或长孔状的横截面。通过冲洗开口的总横截面可以调节排气背压，并且因此也可以调节旋流朝向计量管的第二端部的螺旋间距。
在这样的装置中有利的是，罩盖以其流通口指向混合器壳体的进口的方向。在这种情况下，废气直接进入罩盖流通口并且离心地被转向到计量管中。由于随之的横截面减小，废气流经历希望的加速。计量管的流入口沿废气流动方向的前边缘通常位于计量管的横向于废气入流方向延伸的纵向中心平面的区域中或者位于该平面前方少许角度处。根据这种装置的实施例，该流入口在大约90°处延伸或者比90°多延伸少许角度、例如在95°至100°上延伸。根据这种装置的实施例，罩盖是单独制造的构件，该构件放置在计量管的外周面上并且与该外周面在三侧焊接。在这种情况下，在罩盖制造中的自由度在其几何形状方面被简化。罩盖与计量管的外周面的焊接是有利的，因为随后为了将罩盖固定在计量管处或计量管上不存在从计量管的内壁突出的元件，这样的元件会影响和因此损害沿着该内壁流动的旋流。在这种罩盖的情况下，罩盖的用于流动转向的后壁或挡板导引至流入口的相对于废气流动方向的后边缘处。
通过这种罩盖的形状可以影响旋流的形成。根据第一实施例，罩盖在展开图中观察设计为梯形，其中，罩盖的与流入口相对置的壁与混合器壳体的内壁的轮廓相适配。由于该梯形形状，由罩盖包围的横截面朝向涡旋管内部减小，从而废气流经历加速。
在另外的设计方案中，至少一个罩盖设计为从其流通口至其背侧的端部呈锥形。这允许罩盖设计具有较低的高度，从而在设计为大致呈半球形的混合器壳体的情况下，流入口可以被移动更靠近计量法兰。因此，混合器壳体可以设计得更紧凑。
在一个实施例中，混合器壳体设计为半球形，由此混合器壳体仅需要非常小的安装空间。此外，这允许将所述装置布置在不同的空间位置中。这种设计是可能的，因为旋流在计量管内产生。混合器壳体的半球形的内周面避免了流动技术上的死区，这些死区由于在其中产生的湍流会增大流动阻力。此外，由于混合器壳体设计为半球形的混合器壳体的开口是进口，因此废气流经历一定的横截面减小并且因此在其被转向到计量管的至少一个流入口之前就已经经历一定的加速。在其中心横贯混合器壳体的计量管在一定程度上将废气流分开。由于计量管被废气流入流，废气流中携带的热量有效率地传递到计量管，这又抑制了还由于在计量管的内侧上的冷凝造成的前体液滴的沉淀。因此，使用通常在第一废气净化机组、例如必要时具有前置的氧化催化器的颗粒过滤器的出口处存在的转向壳体件，以便将计量管安置在其中并且因此使用该壳体件作为根据本发明的供给装置的混合器壳体。因此，从其安装空间来看本来就存在的构件可以巧妙地用于液态前体计量，而不必明显需要更多的安装空间。
根据一种设计方案，为了产生旋流而对废气流的进一步加速通过以下方式实现，即在计量管的周面的展开图中，至少一个流入口具有梯形的平面轮廓形状，其中，该平面轮廓形状的较短边是相对于废气流动方向的后边缘，该后边缘遵循计量管的纵向延伸段。在至少一个流入口的情况下，配属于该流入口的罩盖位于混合器壳体内。通常、尤其当混合器壳体具有半球形的内表面时，罩盖的轮廓遵循混合器壳体的内轮廓。在此可以规定，在罩盖和混合器壳体的内周面之间留有间隙。在该间隙中，如果流入的废气流未被罩盖转向从而穿过流入口进入计量管中，则该废气流同样被稍微加速并且在外侧环流罩盖和计量管。因此，在相对于计量管的外侧也产生一定的旋流。这支持在所有侧面加热计量管，尤其在计量管的在由罩盖遮盖的流入口和朝计量管的第二端部限定计量管环流空间边界的壁之间的区段中。此外，这允许计量管设计为具有例如两个流入口，这两个流入口通常相对于计量管的纵轴线沿直径彼此相对置。在这种情况下，通过第二流入口的罩盖收集环流计量管的废气流并且向计量管内的旋流供给该废气流。这种装置同样可以配备有多于两个的流入口、例如四个流入口。流入口的数量应当不超过六至八个。如果流入口的数量较多，则用于形成废气旋流的能量输入较小。具有二至四个流入口的设计方案是优选的。
根据一种设计方案，混合器壳体设计为两件式的。根据一种设计方案，计量管以其纵轴线位于两个混合器壳体件的接缝的区域中。这允许计量管简单地集成到混合器壳体中。混合器壳体通常在外侧配备热绝缘材料以进行保温。在混合器壳体或供给装置的这种设计中，至少一个罩盖可以在混合器壳体之外安装在计量管上。
在不同的设计方案中，混合器壳体设计为一件式的，并且计量管插入其中。在这样的设计中，当计量管已经插入混合器壳体中时，至少一个罩盖被安装在计量管上。
在进口的横截面明显大于计量管的横截面的混合器壳体方案中，该较大的横截面可以用于将混合器壳体直接连接沿废气流动方向在混合器上游的废气净化机组的出口。这种废气净化机组可以是颗粒过滤器或氧化催化器。在此背景下，混合器壳体设计为具有半球形的几何形状是特别有利的，因为进口是圆形的，废气净化机组的壳体的轮廓形状通常也是圆形的。混合器壳体的直径和连接在其上游的废气净化机组的直径相匹配。因此可以避免否则在机组之间使用的锥形的壳体件和废气管路段，这又有助于减少所需的安装空间。
根据优选的设计方案，所描述的装置是废气净化设备的一部分，通过该废气净化设备减少废气流中携带的氮氧化物。在这种情况下，沿废气的流动方向在该装置的下游连接有SCR催化器。
上述装置可以用于所有以过量空气工作的内燃机，因此例如也可以用在燃气发动机或氢气发动机中。
以下参照附图根据实施例对本发明进行阐述。在附图中：
图1示意性地示出接入柴油内燃机的废气管路中的废气净化设备，其具有用于供给化学还原剂的供给装置；
图2示出从第一方向观察的图1的供给装置的立体图；
图3示出为了可以看到供给装置里面从另外的方向观察的图1的供给装置的立体图；
图4示出图2和图3的供给装置的立体分解图；
图5示出前图的供给装置的前视图或进口视图；
图6示出沿着图5的A-A线剖切供给装置得到的剖面图；
图7示出与前图的供给装置相符的根据另外的实施例的供给装置的立体图，以便可以看到供给装置里面；
图8示出剖切图7的供给装置得到的与图6的剖面图相符的剖面图；
图9示出根据另外的实施例的供给装置的前视图或进口视图；
图10示出图9的供给装置的涡旋管的单独的立体图；
图11示出根据又一实施例的供给装置的前视图或进口视图；
图12示出在遮盖流入口的罩盖的中间区域中剖切图11的供给装置得到的剖面图；
图13示出剖切图11的供给装置得到的纵剖面图；
图14示出根据又一实施例的供给装置的立体外观图；
图15示出图14的供给装置的前视图或进口视图；
图16示出供给装置的另外的实施例的前视图或其进口视图；和
图17示出供给装置的另外的实施例的前视图或其进口视图。
对于在图1中示例性示出的废气净化设备1，其接入在未详细示出的机动车柴油发动机的废气管路中。在所示实施例中，废气净化设备1包括颗粒过滤器2、氧化催化器3和SCR催化器4，氧化催化器沿废气的流动方向位于颗粒过滤器上游。在颗粒过滤器2和SCR催化器4之间连接有用于将还原剂、此处为尿素水溶液供给到废气管路或流过该废气管路的废气流中的装置。该供给装置在图1中用附图标记5表示。供给装置5包括计量单元6，该计量单元以未详细示出的方式与还原剂储备装置、压缩空气供给装置和用于控制还原剂供给的控制器相连。供给装置具有球状的混合器壳体8(参见图2)，该混合器壳体由热绝缘材料7覆盖。供给装置5的一部分是计量管9，该计量管贯穿混合器壳体8。在所示实施例中，计量管9是柱形管。计量管9的第一端部通过封闭板10封闭。计量单元6连接封闭板10。为此，封闭板10具有计量单元接头11。计量管9在与封闭板10相对置的一侧从混合器壳体8及其绝缘材料7引出并且连接通向SCR催化器4的废气管路段。富含由计量单元6喷入的还原剂的废气从计量管9的第二端部流出并且流入SCR催化器4中。
混合器壳体8具有用于温度传感器或压力传感器的接管12、12.1。这些传感器设计为检测混合器壳体8内的温度和压力。这些传感器在图中未示出。所示实施例的混合器壳体8在沿直径相对置的两侧上分别可应用两个接管12、12.1。分别根据需求和可用的安装空间，这些传感器可以布置在混合器壳体8的一侧或另一侧上。
在所示实施例中，混合器壳体8设计为两件式的并且具有第一混合器壳体件13和第二混合器壳体件13.1。两个混合器壳体件13、13.1的位于混合器壳体8的接合面中的连接部段在图1中用附图标记14表示。连接部段14位于计量管9的纵向延伸的平面中。
计量管9的贯穿混合器壳体8的设计和布置可以在图3中看到。图3可通过进口15看到混合器壳体8的内部，从颗粒过滤器2流出的废气通过该进口流入供给装置5中。供给装置5通过卡圈16(参见图1)与颗粒过滤器2的壳体连接。供给装置5在没有中间件的情况下连接颗粒过滤器2的壳体。供给装置5的进口15的直径与颗粒过滤器2的壳体直径相适配。
在所示实施例中，计量管9具有唯一的流入口17。流入口是计量管9中的打通部，该打通部沿计量管的纵向延伸段最大可能地在计量管9的横贯混合器壳体8的内部的部段上延伸。沿周向观察，该流入口17在大约95°的延伸量上延伸。该流入口17被罩盖18遮盖。罩盖18在三个侧面与计量管9的周面焊接。罩盖18的开口指向进口15的方向。以此方式，流入口17在三个彼此相邻的侧面上被罩盖18包围并且与计量管9的周面焊接。这是罩盖18的沿计量管9的纵向指向的两个壁以及罩盖的后壁或者说挡板19。在所示实施例中，罩盖18已先独立于计量管9制造。该罩盖的与计量管9的周面邻接的壁区域与计量管9焊接。混合器壳体8设计为两件式，以简化计量管9及其罩盖18的装配。两个混合器壳体件13、13.1在相对于混合器壳体8的纵向中轴线沿直径相对置的侧部上分别具有计量管容纳部20和21。所述的各个部件全部是不锈钢部件。
由于混合器壳体8的半球形的内轮廓，罩盖18沿两个方向适应该弯曲，如由图5和图6中可见的那样。在罩盖18的顶盖22和混合器壳体8的内壁23之间保留有间隙24，通过进口15流入混合器壳体8的废气也可以通过该间隙在外侧从罩盖18旁边流过。
从图5和图6可以看出，流入口17的前边缘25位于在图5中可见的罩盖侧的顶端26的前方。该顶端有利于在计量管9的内部形成旋流。计量管9居中地横贯混合器壳体8的内部空间。
计量管9在与封闭板10直接相邻处具有冲洗开口27，封闭板也可以称为计量凸缘。在该实施例中，冲洗开口27设计为矩形。冲洗开口27用于引入流向计量管9周面侧的废气的一部分，以便让该部分废气掠过计量单元6的喷射器喷嘴出口。这有效地避免了前体液滴的沉积。
在图6的剖面图中示意性地示出从颗粒过滤器2流出并且通过进口15进入供给装置5的混合器壳体8中的废气流的流动走向。废气流通过圆形的进口15在进口15的整面上进入供给装置5的混合器壳体8中。如果计量管尚未具有废气流的温度，则碰到计量管9的周面的废气加热计量管9。大部分废气流通过罩盖18被转向从而穿过流入口17进入计量管9的内部。废气流向计量管9的这种供给离心地进行(参见图6)，从而在计量管9中产生如由图6中的方框箭头示出的旋流。由于在进口15的横截面和将废气流转向到计量管9中的罩盖18或流入口17的横截面之间的横截面减小，流入计量管9中的废气流被加速。这是希望的，以便在计量管9内产生作为旋流的能量足够高的流动，通过该旋流，从计量单元6轴向喷入计量管9中的还原剂(尿素水溶液)液滴被携带，并且真正的还原剂、即氨被从还原剂液滴释放。该过程通过突然的速度增大被促进，通过计量单元6喷入的尿素溶液液滴在遇到高速流入计量管9中的废气流时遭受到该突然的速度增大。旋流从封闭板10朝计量管9的另一端部呈螺旋线形地延续。在此，旋流在与计量管9的内壁相邻处具有最大速度。
通过间隙24从罩盖18旁边流过的废气如在图6中示意性示出的那样环绕计量管9流动。视流入的废气体积流量而定，这可能导致在计量管9之外就已经形成一定的旋流，但该旋流的速度明显低于计量管9内的旋流。由于该部分废气流在环流罩盖18时被加速，因此在计量管之外的旋流使得在下部区域中流入混合器壳体8中的废气不从下侧环流计量管9，而是该废气朝向罩盖偏转。
图7和图8示出另外的供给装置5.1，其基本上如在前图中描述的供给装置5那样构造。就此，以上陈述同样适用于供给装置5.1，除非下文另有说明。在图7和图8中，关于供给装置5.1，相同的元件或构件用与关于供给装置5使用的相同的附图标记表示，差别是后缀“.1”，或者如果在图1至图6的实施例中使用了后缀“.1”则用相应更大的数字(例如“.2”)来区分。
供给装置5.1与供给装置5的不同之处仅在于前者具有沿直径相对置的两个流入口17.1、17.2并且相应地还具有两个罩盖18.1、18.2。从图8的剖面图可以看出，罩盖18.1、18.2相对于计量管9.1的周向以其罩盖口同向地定向，以便通过罩盖转入计量管中的部分废气流由于其离心的进入而沿旋流的旋转方向进入。流入口17.1及其罩盖18.1以与供给装置5的流入口17和罩盖18完全相同的方式设计，而供给装置5.1的第二流入口17.2具有比流入口17.1更小的横截面。在所示实施例中，流入口17.2在沿周向延伸的外周面扇形段上的延伸量比流入口17.1更短。流入口17.2延伸量比90°小几个角度。掠过罩盖18.1的废气流份额最大可能地被罩盖18.2捕获并且同样被转向从而穿过流入口17.2离心地进入计量管9的内部。在计量管9.1的内部产生的旋流与在计量管9中产生的旋流具有类似的能量。因此，速度均匀分布值以及在其中携带的还原剂的均匀分布值在一定程度上与上文关于供给装置5描述的相同。
在图中所示的实施例中，混合器壳体8设计为半球形。即使混合器壳体的这种实施方式是有利的并且计量管为了其具有在混合器壳体内的尽可能长的延伸而居中地横贯该混合器壳体，计量管也可以偏心地横贯混合器壳体。当混合器壳体具有与圆形的底面几何形状不同的几何形状、例如正方形或矩形的底面几何形状时，这尤其在不损失计量管的位于混合器壳体内的长度的设计方案中是可行的。
图9示出供给装置5.2的另一实施例，其基本上与供给装置5.1类似地构造。与供给装置5.1不同，对于供给装置5.2，两个流入口相对于计量管9.2偏心地位于计量管的处于混合器壳体8.1内的部段中。遮盖计量管9.2的流入口的铲状的罩盖18.3、18.4在展开图中呈V形并且因此朝向与罩盖口相对置的端部呈锥形。由于罩盖18.3、18.4和其下的流入口的偏心布置，罩盖18.3、18.4的计量管侧的终端相对于朝计量管9.2的第二端部限定包围计量管9.2的计量管环流空间的边界的壁28的距离明显大于罩盖18.3、18.4的相对置的终端相对于相对置的壁29的距离。壁28、29分别是壁段，因为混合器壳体8.1的内壁由连续的壁构成。在所示实施例中，罩盖18.3、18.4与壁28的距离是相对于壁29的距离的大约五倍。计量管9.2的沿废气通过计量管9.2的流动方向衔接流入口的部段直接被穿过进口流入的废气入流。该废气不仅在该部段中流向计量管9.2，而且环流该计量管。因此，计量管9.2的该部段特别良好地被加热，从而在某些情况下沉积在内壁侧的或正在沉积的液体反应物在废气的相应温度下立即蒸发。
在图9中用点划线画出与封闭板10.1连接的计量单元6的喷雾锥30。喷雾锥30设计为具有这样的角，使得如果由计量单元6喷入的前体液滴未在供给装置5.2的运行中已经被旋流接收作为漂浮运载物，则这些前体液滴在流入口后方才到达计量管9.2的内壁。在所示实施例中，喷雾角大约为30°。在该实施例中，沿废气在计量管9.2内的流动方向位于流入罩盖18.3、18.4后方的管内壁用于使得前体液滴碰撞在该管内壁上并且由于碰撞能量被分散成更小的液滴。小液滴由于其相对较大的表面而蒸发得更快。此外，这些小液滴还在该计量管部段的被加热的内壁上蒸发。通过该措施，可以在不提高排气背压的情况下优化包含在前体中的作为还原剂的氨的释放，并且因此可以再次减少用于释放还原剂和实现希望的均匀分布所必要的流动路程。
供给装置5.2还具有冲洗开口组31。冲洗开口组31包括设有罩盖32的冲洗开口33，该冲洗开口位于罩盖18.3之外，该罩盖的口指向废气的流动方向。另外的冲洗开口34按照由圆形开口构成的栅格的样式与罩盖18.3、18.4的口对齐。这些冲洗开口也用于减少压力损失。
在该实施例中，在计量管环流空间中安装有导向板35，该导向板围绕计量管9.2的背侧延伸(参见图10)。在计量管9.2的单独图中能更好地看到导向板35的延伸，该单独图从与图9中相反的观察方向示出计量管。导向板35用于将废气通过计量管环流空间供给至罩盖18.4的口。由于该措施，在所示实施例中，大约60％的入流废气通过罩盖18.3和配属于该罩盖的流入口流入计量管9.2的内部，而仅40％的废气被转向从而通过配属于罩盖18.4的流入口进入计量管9.2的内部。
图11示出供给单元5.3的另一实施例。该供给单元具有四个罩盖18.5和相应地布置在其下的流入口，这些流入口相对彼此具有90°的角距(参见图12的剖面图)。在该实施例中，承载计量单元的封闭板接入计量管9.3中，如在图13的纵剖面图中可见的那样。封闭板在其中用附图标记10.2表示。封闭板10.2的这种布置方式、即其集成在计量管的第一端部里也可以在其它实施例中设置。该设计方案不受供给装置5.3的其它特征限制。
朝向封闭板10.2与罩盖18.5相邻地设有冲洗开口组31.1，该冲洗开口组设计为环形，更确切地说，其在所示实施例中由两个环形的孔排列构成(参见图11)。这些孔用于在内侧冲洗封闭板10.2或在该图中未示出的计量单元的突伸穿过封闭板的喷射器并且同样用于减少压力损失。代替该冲洗开口组31.1的冲洗开口的横截面几何形状，也可以设置长孔状的开口。
对于供给装置5.3，罩盖18.5和其下的流入口如由图12可见的那样布置为，在图12中示出的上方的罩盖18.5的口指向与废气的流入方向相反的方向。代替罩盖18.5的这样的定向，这些罩盖还可以具有相对于在供给装置5.3中的定向逆时针或顺时针旋转45°的定向。
在图14中示出供给装置5.4的又一实施例。该实施例与图9和图11的实施例相符，不同之处在于：混合器壳体8.2在具有封闭板10.3的一侧具有冲压部。这用于将计量单元的一个或多个喷射器集成到混合器壳体8.2的安装空间中。如可以由图15特别清楚地看到的那样，供给装置5.4的罩盖18.6设计为锥形，其中，罩盖18.6的在图15中可见的左边缘在一定程度上与封闭板10.3的内侧对齐。此外，供给装置5.4具有冲洗开口36，以便让额外的废气流掠过计量单元的一个或多个喷射器。
上述实施例的供给装置在其沿相应的计量管的纵向的延伸方面分别具有对称的设计。图16和图17示出在这方面不同的罩盖设计。在根据图16的供给装置中，罩盖设计为使得流入的废气朝向封闭板的内侧被转向。在根据图17的罩盖的设计方案中，进入的废气朝远离封闭板的内侧的方向被转向。
在图中未示出的设计方案中，图16和图17的两种罩盖类型被组合。在该设计方案中，这两种罩盖沿周向交替地布置。这些实施例阐明，通过简单地改变罩盖的几何形状可以影响涡旋设计。
罩盖设计的上述示例也可以独立于在图16和图17中具体示出的实施例用于其它的全部实施例、尤其前述实施例。
结合实施例描述了本发明。在不脱离有效的权利要求的范围的情况下，技术人员还能够得到其它实施本发明的可能性，而不必在实施方式的范围内详细阐述。
附图标记列表
1 废气净化设备
2 颗粒过滤器
3 氧化催化器
4 SCR催化器
5、5.1、5.2、5.3、5.4 供给装置
6 计量单元
7 绝缘材料
8、8.1、8.2 混合器壳体
9、9.1、9.2、9.3 计量管
10、10.1、10.2、10.3 封闭板
11 计量单元接头
12、12.1 接管
13 第一混合器壳体件
13.1 第二混合器壳体件
14 连接部段
15、15.1 进口
16 卡圈
17、17.1、17.2 流入口
18、18.1-18.6 罩盖
19 后壁
20 计量管容纳部
21 计量管容纳部
22 顶盖
23 内壁
24 间隙
25 前边缘
26 顶端
27 冲洗开口
28 壁
29 壁
30 喷雾锥
31、31.1 冲洗开口组
32 罩盖
33 冲洗开口
34 冲洗开口
35 导向板
36 冲洗开口

Claims (21)

1.一种用于将化学反应物供给到内燃机的废气管路中的装置，所述装置包括：
-混合器壳体(8、8.1、8.2)，所述混合器壳体具有进口(15、15.1)，废气流通过所述进口进入混合器壳体(8、8.1、8.2)中；
-计量管(9、9.1、9.2、9.3)，所述计量管具有第一端部和第二端部，所述计量管被流入混合器壳体(8、8.1、8.2)中的废气流横向穿流；
-计量单元(6)，所述计量单元布置在计量管(9、9.1、9.2、9.3)的第一端部上并且能够与反应物存储器相连，所述计量单元用于将反应物输出到计量管(9、9.1、9.2、9.3)中；和
-用于产生废气流的旋流的器件，其中，所述器件设计为，在所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)内产生旋流，并且为此所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)具有至少一个流入口(17；17.1、17.2)，所述至少一个流入口在所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)的位于混合器壳体(8、8.1、8.2)内的长度的至少一个区段上延伸，所述至少一个流入口具有至少一个铲状的罩盖(18；18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)，所述罩盖布置在计量管(9、9.1、9.2、9.3)上并且使废气流离心地转向到流入口(17；17.1、17.2)中，其中，至少一个铲状的罩盖(18；18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)在侧向面和背侧包围至少一个流入口(17；17.1、17.2)并且至少大部分沿径向遮盖至少一个流入口(17；17.1、17.2)，并且其中，在至少一个罩盖(18；18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)和混合器壳体(8、8.1、8.2)的内周面之间保留有间隙(24)，
其特征在于，所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)贯穿所述混合器壳体(8、8.1、8.2)，并且所述计量管(9、9.1)的至少一个流入口(17；17.1、17.2)沿周向在不小于45°的外周面扇形段上延伸并且在其展开图中具有梯形的平面轮廓形状，其中，该平面轮廓形状的较短边相对于废气的流入方向是流入口的遵循纵向延伸段的后边缘，所述计量单元(6)在压力下将反应物喷射入计量管(9、9.1、9.2、9.3)中，并且喷入所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)中的反应物的喷雾锥(30)沿计量管(9、9.1、9.2、9.3)的纵向延伸段朝向计量管的第二端部的方向在至少一个流入口(17、17.1、17.2)的后方才碰到计量管(9、9.1、9.2、9.3)的内壁，并且计量管(9、9.1、9.2、9.3)的该内壁段在外侧被流入所述装置(5、5.1、5.2、5.3、5.4)中的废气流过。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个罩盖(18、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)以其流通口指向混合器壳体(8、8.1、8.2)的进口(15、15.1)的方向，由所述进口(15、15.1)进入的废气直接流入罩盖流通口。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)的横向于流入的废气的流动方向处于顶端(26)的区域中沿废气的流动方向在该顶端(26)的前方，被所述罩盖(18、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)遮盖的流入口(17、17.1、17.2)具有流入口的遵循计量管(9、9.1、9.2、9.3)的纵向延伸段的前边缘。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，配属于所述罩盖(18、18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)的流入口(17、17.1、17.2)沿计量管(9、9.1、9.2、9.3)的周向延伸大约90°。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，配属于所述罩盖的流入口沿计量管的周向延伸超过90°少许角度。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合器壳体(8、8.1、8.2)具有半球形的内部空间，并且所述内部空间的开口构成混合气壳体的进口(15、15.1)。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合器壳体(8、8.1、8.2)是两件式的，并且所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)的横向于进口延伸的纵向中心平面位于两个混合器壳体件(13、13.1)的接合面的区域中。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述计量管(9.1)具有两个或更多的流入口(17.1、17.2)的设计方案中，第二流入口(17.2)相对于计量管(9.1、9.2、9.3)的纵轴线与第一流入口(17.1)沿直径相反地对置，并且沿计量管(9.1、9.2、9.3)的周向观察，第一流入口和第二流入口的罩盖(18.1、18.2、18.3、18.4、18.5、18.6)以两个罩盖流通口同向地定向。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，与所述第一流入口(17.1)相比，所述第二流入口(17.2)的延伸量沿计量管(9.1)的周向在更小的外周面扇形段上延伸。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个流入口和分别遮盖至少一个流入口的罩盖(18.3、18.4、18.5、18.6)相对于计量管(9.2、9.3)的纵向延伸段偏心地布置在所述计量管的位于混合器壳体(8.1、8.2)内的部段中，其中，至少一个罩盖(18.3、18.4、18.5、18.6)和朝向计量管(9.2、9.3)的第二端部的方向限定出计量管环流空间的边界的壁(28)的间距大于所述罩盖(18.3、18.4、18.5、18.6)和与前述壁(28)相对置的壁(29)的间距。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，至少一个流入口的罩盖(18.3、18.4、18.5、18.6)和朝向计量管(9.2、9.3)的第二端部的方向限定出计量管环流空间的边界的壁(28)的间距比所述罩盖(18.3、18.4、18.5、18.6)和相对置的壁(29)的间距大大约三至五倍。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)在计量单元(6)的区域中具有一个或多个冲洗开口(27、33、34、36)，以便使废气从计量单元(6)的反应物输出处旁边流过。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述计量管(9、9.1、9.2、9.3)具有冲洗开口组(31、31.1)，所述冲洗开口组具有多个冲洗开口，这些冲洗开口按环的形式与遮盖至少一个流入口的罩盖(18.5)相邻地布置。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应物作为以液体形式存在的前体被喷射入计量管(9、9.1、9.2、9.3)中。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，以液体形式存在的前体是尿素水溶液。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有至少两个或二的数倍的流入口，这些流入口分别具有铲状的罩盖，这些罩盖使得由罩盖产生的涡旋朝向计量管的第一端部和/或第二端部的方向。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述罩盖交替地朝向计量管的第一端部和第二端部的方向发挥作用。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合器壳体(8、8.1、8.2)的进口(15、15.1)直接与废气净化机组的出口相连。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述混合器壳体的进口直接与颗粒过滤器(2)的出口相连。
20.一种用于在SCR催化器(4)上减少内燃机的废气的NOx含量的废气净化设备，所述废气净化设备包括SCR催化器(4)和沿废气流的流动方向布置在SCR催化器上游的装置(5、5.1、5.2、5.3、5.4)，所述装置用于将为了SCR催化所需的还原剂供给到废气管路中，其特征在于，所述装置是根据权利要求1至19中任一项所述的装置(5、5.1、5.2、5.3、5.4)。
21.根据权利要求20所述的废气净化设备，所述还原剂是尿素水溶液。
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