CN115075920A - 用于内燃机的排气设备的排气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的排气处理装置，具有：通至流动路径转换单元(14)的排气通道(12)，流动路径转换单元(14)构成用于改变流经排气通道(12)的排气流(A)的引导到流动路径转换单元(14)下游的第一排气流动路径(16)中和流动路径转换单元(14)下游的第二排气流动路径(18)中的排气流份额，第一排气流动路径(16)和第二排气流动路径(18)通至排气排出部(44)；在排气排出部(44)上游的第一排气流动路径(16)中的SCR催化器布置结构(32)；以及液体旁路管路(60)，用于将来自关于流动路径转换单元(14)在上游的排气通道(12)中的液体收集区域(62)的液体导出至液体释放区域(64)，所述液体释放区域用于将液体释放到流动路径转换单元(14)下游的第二排气流动路径(18)中。

Description

用于内燃机的排气设备的排气处理装置
技术领域
本发明涉及一种排气处理装置，所述排气处理装置在内燃机的排气设备中、尤其是在车辆中可以用于使从内燃机中喷出的排气经受排气净化过程。
背景技术
为了减少在从内燃机中喷出的排气中的有害物质含量，已知：使用不同的排气处理单元、例如催化器和颗粒过滤器。例如结合柴油内燃机已知，为了减少在排气中的氮氧化物份额使用SCR催化器。
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的排气处理装置，其避免通过在排气流中一起携带的碳氢化合物颗粒影响在排气流路径中设置的SCR催化器的功能性。
按照本发明，该任务通过按照权利要求1的用于内燃机的排气设备的排气处理装置解决。所述排气处理装置具有：
-通至流动路径转换单元的排气通道，其中，流动路径转换单元构成用于改变流经排气通道的排气流的引导到流动路径转换单元下游的第一排气流动路径中和流动路径转换单元下游的第二排气流动路径中的排气流份额，其中，第一排气流动路径和第二排气流动路径通至排气排出部，
-在排气排出部上游的第一排气流动路径中的SCR催化器布置结构，
-液体旁路管路，用于将来自相对于流动路径转换单元在上游的排气通道中的液体收集区域的液体导出至液体释放区域，所述液体释放区域用于将液体释放到流动路径转换单元下游的第二排气流动路径中。
在按照本发明构造的排气处理装置中原则上存在如下可能性，依赖于内燃机或排气设备的运行状态，将排气流的更多或更少的部分引导通过第一排气流动路径和因此引导通过SCR催化器布置结构，或引导通过流体技术地与第一排气流动路径并行的第二排气流动路径并且因此绕过SCR催化器布置结构。依赖于内燃机的或在这样的排气处理装置上游设置的注射器的运行状态，利用所述注射器，液体的碳氢化合物、亦即燃料可以引入排气流中，例如以便在具有颗粒过滤器的排气处理系统中实施颗粒过滤器的净化，排气流包含以微滴形状一起引导的液体的碳氢化合物的或大或小的份额。因为这样的液体的碳氢化合物可以影响SCR催化器布置结构的催化器材料的功能性，所以利用按照本发明的构造考虑，液体、亦即例如在排气流中一起引导的液体的碳氢化合物在液体收集区域中从排气流中分离并且可以在那里收集，以便然后通过液体旁路管路进一步在下游引入第二排气流动路径中。因此尽量避免液体的、亦即未燃烧的碳氢化合物进入第一排气流动路径和因此SCR催化器布置结构中。尽管如此，碳氢化合物可以进一步在下游、尤其是在SCR催化器布置结构下游、例如在用于温度提高的颗粒过滤器中例如用于燃耗在颗粒过滤器上沉积的碳黑颗粒。
为了液体从排气流中的有效的分离，在排气通道中的液体收集区域可以具有朝上游方向敞开的并且朝下游方向基本上封闭的液体收集容积和朝液体旁路管路敞开的液体导出开口，其中，为了避免对排气流的影响，优选液体收集容积环状包围在排气通道中的排气流动容积。
液体收集容积可以形成在排气通道的第一排气通道元件的壁和第二排气通道元件的壁之间。为此，第二排气通道元件可以装入第一排气通道元件中、例如装入第一排气通道元件的下游的端部中，并且液体收集容积可以形成在第二排气通道元件的壁的在第一排气通道元件中延伸的区段和第一排气通道元件的壁的包围第二排气通道元件的区段之间。
在一种特别有利的设计中提出，SCR催化器布置结构设置在提供排气排出部的或通至排气排出部的壳体中，并且SCR催化器布置结构的排出开口朝排气排出部敞开，并且第二排气流动路径具有壳体的接纳SCR催化器布置结构的并且通至排气排出部的内部容积。SCR催化器布置结构因此处于由在第二排气流动路径中流动的排气流经的体积中，从而该排气流可以用于将热量传输到SCR催化器布置结构上并且也对所述SCR催化器布置结构从外面加热或保持在用于实施催化反应需要的温度。
液体释放区域可以例如朝壳体的内部容积敞开。
为了设计不同的排气流动路径，第一排气流动路径可以具有用于将排气从流动路径转换单元引导至壳体的第一排气进入部的第一排气导向布置结构，其中，SCR催化器布置结构的进入部开口朝壳体的第一排气进入部敞开或/和提供该第一排气进入部，并且第二排气流动路径可以具有用于将排气从流动路径转换单元引导至壳体的朝壳体的内部容积敞开的第二排气进入部的第二排气导向布置结构。
当在此液体释放区域在壳体上相邻于第二排气进入部设置时，通过在第二排气流动路径中的排气流在进入到壳体的内部容积中时产生文氏效应，所述文氏效应辅助引导通过液体旁路管路的液体释放到壳体的内部容积中。
在一种可简单实现的构造中，流动路径转换单元可以具有调节阀瓣布置结构。
本发明此外涉及一种用于内燃机的排气设备，其具有按照本发明构造的排气处理装置。
为了在这样的排气设备中可以提供用于流经该排气设备的排气的进一步改善的净化作用，可以在排气排出部下游设置至少一个排气处理系统。
在此，至少一个排气处理系统可以具有氧化催化器或/和颗粒过滤器。进一步地，至少一个排气处理系统可以具有另一个SCR催化器布置结构，从而在按照本发明构造的排气处理装置中设置的SCR催化器布置结构提供预SCR催化器。
为了在排气设备中可以利用重力以用于将液体从液体收集容积中导出，进一步提出，液体旁路管路从液体收集容积的在高度方向上下面的区域引导离开，或/和液体释放区域在高度方向上设置在液体收集容积之下。在这里要指出，在地球坐标系中的高度方向基本上对应于竖直方向、亦即重力方向。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中：
图1示出沿图2中的观察方向I包括两个并行的排气流动路径的排气处理装置的透视图；
图2示出沿图1中的观察方向II的排气处理装置的另一个透视图；
图3示出沿图2中的观察方向III的排气处理装置的另一个透视图；
图4示出沿图3中的观察方向IV的排气处理装置的侧视图；
图5示出包括剖切示出的壳体的排气处理装置；
图6示出排气处理装置的剖切示出的排气通道；
图7示出图6的在液体收集区域的区域中的放大示出的一部分。
具体实施方式
图1至5在不同的透视图中示出用于内燃机的排气设备的排气处理装置10。排气处理装置10作为上游的系统区域具有总体地以12表示的排气通道，从内燃机中喷出的排气流A流动通过所述排气通道。排气通道12引导至按照流体转辙器形式构成的或工作的流动路径转换单元14。在流动路径转换单元14上发生到第一排气流动路径16和相对于第一排气流动路径16在流体技术方面并行、同时不必然在几何方面平行的第二排气流动路径18中的分支。
第一排气流动路径16具有总体地以20表示的第一排气导向布置结构，所述第一排气导向布置结构包括从流动路径转换单元14引导离开的管状的管路区段22和连接到管路区段22上的、壳体状构成的管路区段24。管路区段24引导至例如盒状构成的壳体28的第一排气进入部26。
在图5中敞开示出的壳体28的内部容积30中，设置总体以32表示的SCR催化器布置结构。所述SCR催化器布置结构具有管状的外罩34，在所述外罩中，例如通过纤维垫36或类似物支承以催化有效的材料构造的或/和涂敷的、多孔的并且因此可由排气通流的排气处理元件38。SCR催化器布置结构32的进入部开口40朝壳体28的第一排气进入部26敞开或提供该第一排气进入部，从而引导通过管路区段24或第一排气流动路径20的排气流入SCR催化器布置结构32的进入部开口40中并且因此流经其排气处理元件38。
SCR催化器布置结构32的排出开口42与在壳体28上设置的排气排出部44相对置，从而流经SCR催化器布置结构32的排气在从排出开口42中排出之后朝排气排出部44方向流动并且通过排气处理装置10的排出部44例如流动至内燃机的总体地以50标记的并且也具有排气处理装置10的排气设备的其他的排气处理系统46、48。这些其他的排气处理系统46、48可以例如具有氧化催化器、尤其是柴油氧化催化器、颗粒过滤器、尤其是柴油颗粒过滤器和另一种SCR催化器布置结构，从而在壳体28中设置的SCR催化器布置结构32提供预SCR催化器。
为了实施选择性的催化还原在SCR催化器布置结构32中需要的反应剂、例如尿素/水溶液可以在管路区段22中的喷射区域52的区域中借助在图中未示出的注射器喷射并且在流经第一排气流动路径16时在引入SCR催化器布置结构32中之前与排气混合。
第二排气流动路径18连接到流动路径转换单元14上地具有例如管状或按照弯管型式构成的第二排气导向布置结构54。该第二排气导向布置结构将在第二排气流动路径18中流动的排气流朝壳体28的第二排气进入部56的方向引导。通过该第二进入部56，排气导向布置结构54朝壳体28的内部容积30敞开，从而该内部容积30提供第二排气流动路径18的引导至排气排出部44的部分。在第二排气流动路径18中流动通过内部容积30的排气对SCR催化器布置结构32在其外侧进行环流并且可以因此将热量传输到该SCR催化器布置结构上。没有实现流经第二排气流动路径18的排气流在排出开口42的区域中进入SCR催化器布置结构32中，因为流经内部容积30的排气流如通过流箭头表示的基于显著较小的流动阻力直接流动至排气排出部44和排气设备50的然后跟随的部分。
流动路径转换单元14可以具有在图6中以原理方式示出的调节阀瓣布置结构58。所述调节阀瓣布置结构58可以例如构成为，使得其可在两个调节状态之间转换。在调节状态之一中，第二排气流动路径18被截止以防通流并且第一排气流动路径16为了通流被释放。在第二调节状态中，第一排气流动路径16被截止，并且第二排气流动路径18为了通流被释放。在流动路径转换单元14的一种备选的设计型式中，调节阀瓣布置结构58可以按照在排气设备中装入的节流阀的型式构成，所述节流阀可以例如设置在流动路径转换单元14的引导至第二排气流动路径18的区域中。通过这样构造的或作用的调节阀瓣布置结构58，在第一调节状态中第二排气流动路径18可以为了通流被释放，而在第二调节状态中第二排气流动路径18基本上截止以防通流。因为基于SCR催化器布置结构32在第一排气流动路径16中的设置，第一排气流动路径16提供用于排气的显著更高的流动阻力，在为了通流释放的第二排气流动路径18中，通过排气通道12引入的排气流A基本上完全流动通过第二排气流动路径18。
如果应该进行排气流A的分开，则调节阀瓣布置结构58可以置于中间位置中，在所述中间位置中，所述调节阀瓣布置结构对两个排气流动路径16、18都没有完全截止或完全释放，从而例如为了SCR催化器布置结构32的排气处理元件38的有效的加热，排气流A的一部分通过第一排气流动路径16引导通过排气处理元件38，并且排气流A的剩余的部分通过第二排气流动路径18流动到壳体28的内部容积30中并且在此通过环流SCR催化器布置结构32的外罩34将热量从外面传输到该SCR催化器布置结构上。
排气处理装置10此外具有例如管状构成的液体旁路管路60。该液体旁路管路从在排气通道12上形成的液体收集区域62引导至在壳体28上形成的液体释放区域64。在图7中更详细地示出的液体收集区域在排气通道12中具有环状包围排气通道12中的排气流动容积66的液体收集容积68。该液体收集容积朝上游的方向敞开并且朝下游的方向基本上封闭。
排气通道12在示出的设计示例中具有第一排气通道元件70和装入第一排气通道元件70的下游的端部72中的、例如管状的第二排气通道元件74。第二排气通道元件74的壁78的一个区段76朝上游方向延伸到第一排气通道元件70之中并且由第一排气通道元件70的壁82的环状的凸起区域80包围。因此从第一排气通道元件70至第二排气通道元件74的过渡基本上不提供流动收缩部，而同时形成朝上游方向敞开的液体收集容积68。
在液体收集容积68的环周区域上，在第一排气通道元件70的壁82上，液体旁路管路60连接到连接接管84上。在该连接接管84的区域中形成液体导出开口86，通过所述液体导出开口，液体收集容积68向液体旁路管路60敞开。液体旁路管路60引导至壳体28或在其上相邻于第二排气进入部56设置的接管88，通过所述接管，液体旁路管路60连接到壳体28上并且液体释放区域64朝直接相邻于第二排气进入部56的内部容积30敞开。
液体导出开口86在液体收集容积68上设置在沿高度方向、亦即重力方向下面的区域中，从而在重力的作用下在液体收集容积68中聚集的液体朝液体导出开口86流动并且通过所述液体导出开口流动到液体旁路管路60中。此外液体释放区域64沿该高度方向设置在液体收集容积68之下，从而在重力的作用下，由液体收集容积68中封闭的液体引导至液体释放区域64并且通过所述液体释放区域引导到第二排气流动路径中。
依赖于内燃机或在排气通道12上游设置的用于液体的碳氢化合物、亦即燃料的注射器的运行状态，排气流A可以包含没有烧掉的、以微滴形状一起引导的液体的碳氢化合物。该碳氢化合物可以或应该例如在排气处理系统46或48之一中利用，以便在那里通过氧化、亦即燃烧提高温度。例如这可以在颗粒过滤器中利用，以便燃耗在那里沉积的碳黑颗粒。因为应该避免未烧掉的、液体的碳氢化合物引入SCR催化器布置结构32中，所以液体旁路管路60桥接流动路径转换单元14，从而不管其处于哪种调节状态中，在液体收集区域62中从排气流A中分离的并且在那里收集的液体的碳氢化合物在流动路径转换单元14下游引导到第二排气流动路径18中并且因此同样如整个第二排气流动路径18并行于包含SCR催化器布置结构32的第一排气流动路径16引导。因此可以尽量排除液体的碳氢化合物进入SCR催化器布置结构32中的危险。尽管如此，在液体收集区域62的区域中聚集的液体的碳氢化合物可以进一步在下游、尤其是也在SCR催化器布置结构32下游以在先所述方式在然后跟随的排气处理系统46或48中被利用。

Claims (14)

1.用于内燃机的排气设备的排气处理装置，所述排气处理装置具有：
-通至流动路径转换单元(14)的排气通道(12)，流动路径转换单元(14)构成用于改变流经排气通道(12)的排气流(A)的引导到流动路径转换单元(14)下游的第一排气流动路径(16)中和流动路径转换单元(14)下游的第二排气流动路径(18)中的排气流份额，第一排气流动路径(16)和第二排气流动路径(18)通至排气排出部(44)，
-在排气排出部(44)上游的第一排气流动路径(16)中的SCR催化器布置结构(32)，
-液体旁路管路(60)，用于将来自相对于流动路径转换单元(14)在上游的排气通道(12)中的液体收集区域(62)的液体导出至液体释放区域(64)，所述液体释放区域用于将液体释放到流动路径转换单元(14)下游的第二排气流动路径(18)中。
2.按照权利要求1所述的排气处理装置，其特征在于，在排气通道(12)中的液体收集区域(62)具有朝上游方向敞开的并且朝下游方向基本上封闭的液体收集容积(68)和朝液体旁路管路(60)敞开的液体导出开口(86)。
3.按照权利要求2所述的排气处理装置，其特征在于，液体收集容积(68)环状包围在排气通道(12)中的排气流动容积(66)。
4.按照权利要求2或3所述的排气处理装置，其特征在于，液体收集容积(68)形成在排气通道(12)的第一排气通道元件(70)的壁(82)和第二排气通道元件(74)的壁(78)之间。
5.按照权利要求4所述的排气处理装置，其特征在于，第二排气通道元件(74)装入第一排气通道元件(70)中，并且液体收集容积(68)形成在第二排气通道元件(74)的壁(78)的在第一排气通道元件(70)中延伸的区段(76)和第一排气通道元件(70)的壁(82)的包围第二排气通道元件(74)的区段(80)之间。
6.按照上述权利要求之一所述的排气处理装置，其特征在于，SCR催化器布置结构(32)设置在提供排气排出部(44)的或通至排气排出部(44)的壳体(28)中，并且SCR催化器布置结构(32)的排出开口(42)朝排气排出部(44)敞开，并且第二排气流动路径(18)具有壳体(28)的接纳SCR催化器布置结构(32)的并且通至排气排出部(44)的内部容积(30)。
7.按照权利要求6所述的排气处理装置，其特征在于，液体释放区域(64)朝壳体(28)的内部容积(30)敞开。
8.按照权利要求6或7所述的排气处理装置，其特征在于，第一排气流动路径(16)具有用于将排气从流动路径转换单元(14)引导至壳体(28)的第一排气进入部(26)的第一排气导向布置结构(20)，SCR催化器布置结构(32)的进入部开口(40)朝壳体(28)的第一排气进入部(26)敞开或/和提供该第一排气进入部，并且第二排气流动路径(18)具有用于将排气从流动路径转换单元(14)引导至壳体(28)的朝壳体(28)的内部容积(30)敞开的第二排气进入部(56)的第二排气导向布置结构(54)。
9.按照权利要求8所述的排气处理装置，其特征在于，液体释放区域(64)在壳体(28)上相邻于第二排气进入部(56)设置。
10.按照上述权利要求之一所述的排气处理装置，其特征在于，流动路径转换单元(14)具有调节阀瓣布置结构(58)。
11.用于内燃机的排气设备，所述排气设备具有按照上述权利要求之一所述的排气处理装置(10)。
12.按照权利要求11所述的排气设备，其特征在于，在排气排出部(44)下游设置至少一个排气处理系统(46、48)。
13.按照权利要求12所述的排气设备，其特征在于，至少一个排气处理系统(46、48)具有氧化催化器或/和颗粒过滤器或/和另一个SCR催化器布置结构。
14.按照权利要求11-13之一所述的排气设备，其特征在于，液体旁路管路(60)从液体收集容积(68)的在高度方向上位于下面的区域引导离开，或/和液体释放区域(64)在高度方向上设置在液体收集容积(68)之下。
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