CN116157590A - 用于机动车的催化器以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将机动车用内燃机的废气进行再处理的催化器(10)，具有能被废气流过且具有容腔(18)的壳体(14)以及安置在该容腔(18)内且配设有至少一个催化涂层(24)的催化器载体(22)，其中，该壳体(14)具有能够将废气通入该容腔(18)的流入口(26)和至少两个彼此分开的且分别关于该流入口(26)至少部分错开布置的且能够将废气送出该容腔(18)的流出口(32,34)。

Description

用于机动车的催化器以及机动车
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机动车的催化器。本发明还涉及一种根据权利要求10的前序部分的机动车。
背景技术
DE 10 2012 023 049 A1公开一种用于再处理内燃机废气的废气再处理装置。另外，由DE 195 24 980A1公开一种多缸内燃机的废气设备。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于废气再处理的催化器以及一种具有这种催化器的机动车，从而废气可以借助催化器被很好地再处理。
该任务通过一种具有权利要求1的特征的催化器以及一种具有权利要求10的特征的机动车来完成。在从属权利要求书中说明具有合适的发明改进方案的有利设计。
本发明的第一方面涉及一种用于再处理机动车尤其是汽车例如像轿车的内燃机的废气的催化器。这尤其意味着，机动车在其制造完成状态下包括催化器和也被称为发动机或内燃发动机的且例如设计成活塞机的内燃机。在其点火运行中，内燃机提供所述废气，其可以流过催化器。催化器可以设计成三元催化器或其它催化器例如像SCR催化器。另外，催化器可以是颗粒过滤器或包含这种颗粒过滤器。颗粒过滤器尤其可以是柴油颗粒过滤器(DPF)或汽油颗粒过滤器(OPF)，从而内燃机例如可设计成柴油发动机或汽油发动机。可以想到催化器被设计成所谓的底板催化器，其布置在底板区域内或者在车辆竖向上布置在机动车底板下方。在此，机动车具有例如设计成自承载车身的结构，其具有所谓的底板。例如也称为内室的机动车乘客室在车辆竖向上向下至少部分、尤其至少主要或完全通过底板被界定。在此，该结构例如也至少部分界定发动机舱，在发动机舱内安置内燃机。在此，底板催化器布置在发动机舱外且因此在底板下方。还可能的是将催化器设计成靠近发动机的催化器，其与内燃机一起安置在发动机舱内。
催化器具有可被废气流过的且具有或直接界定容腔的壳体。此外，催化器包括至少一个或正好一个安置在容腔内且进而壳体内的催化器载体，其也简称为载体或基料(Monolith)并且配设有至少一个催化涂层。因此，催化涂层由载体承载。催化器载体例如也被称为基材或催化器基材。优选地，催化器载体是流通基材，即，设计成流通基材。流通基材例如包括多个并排的小管，它们从其一端至与之对置的另一端地连贯敞通且因此从其一端至其另一端地、即从前到后地可被废气流过。因此，小管例如界定各自的从其一端到其另一端不中断的连续且敞通的流道，流道例如彼此平行延伸或布置。其中一端是流入端，废气在此或经此能流入各自流道。因此，各自另一端是流出端，废气在此或经此可以流出各自流道。
在一个或该颗粒过滤器的情况下，该基料例如是过滤基材或设计成过滤基材。过滤基材也被称为颗粒过滤基材。相比于流通基材，颗粒过滤基材例如是如下载体，其流道尤其在流入端或流出端是封闭的，从而尤其是通过所述小管或流道形成迷宫，废气在其穿过壳体的途径中流过或能够流过该迷宫。
为了现在借助催化器、尤其借助催化涂层能很有利地再处理废气，本发明规定，该壳体具有尤其正好一个也称为进流口的流入口，废气经此可被通入容腔中。因此，最好只设有唯一的流入口，废气经此能流入容腔或者在内燃机工作期间流入容腔。另外，壳体具有至少两个或正好两个彼此分开的且由此彼此间隔的也称为出流口的流出口，废气经此可被送出容腔。换言之，废气在内燃机工作期间经由流出口且最好只经由流出口流出容腔并由此例如流出壳体。此外，本发明规定，流出口分别相对于流入口至少部分错开布置。换言之，各自流出口具有至少一个局部区域，其相对于流入口无重叠或无覆盖地布置，即，未与流入口重叠或被覆盖。这可以尤其是指：各自流出口例如在一个平面内延伸，其中，可以规定流出口在一个由这些流出口所共有的平面内延伸。各自流出口在此具有各自的穿透方向，其走向垂直于该平面，其中，废气沿穿透方向流过流出口且因此可以流出容腔。流入口例如在最好平行于前述第一平面延伸的第二平面内延伸。各自流出口和进而第一平面在此与流入口间隔且进而与第二平面间隔。如果例如各自流出口沿一个垂直于第一平面和/或垂直于第二平面延伸的方向投射到第二平面中，则各自流出口的至少各自前述的局部区域布置在流入口旁，因此没有与流入口重叠，或者相对于流入口无重叠地布置。在此尤其可以想到的是，各自流出口具有至少一个各自第二局部区域，其例如关于前述的投影被流入口或被流入口的相应部分覆盖，即，布置成与流入口重叠或与流入口的相应部分重叠。
本发明尤其基于以下认识：试验表明，尤其当容腔、即例如尤其直接界定容腔的壳体内周侧周面设计成卵形或圆形时，在常见的催化器的容腔内出现废气或其流动的仅不充分的均匀分布。仅不充分的均匀分布的原因是废气通常借助圆形废气管或借助废气管的圆形废气道被引导至壳体且尤其是居中经由流入口被通入容腔，而如前所述地，该容腔本身是圆形或卵形的、即椭圆形的。此外，流出口布置成与流入口重叠。这导致废气或其流动集中在容腔的中心，故相对于中心靠外的催化涂层区域无助于废气再处理或不足以提供帮助。
通常，采用布置在容腔上游的构件如穿孔板、穿孔管和/或导流件或导流板，以使得流入容腔或进入容腔的废气呈现能够改善均匀分布的各自流动方向。但已经发现，这些构件不能促成均匀分布的显著改善，但会导致过高的废气背压。
前述问题和缺点现在可以在本发明的催化器中得以避免。一方面，可以实现废气在容腔内的特别好的均匀分布，另一方面可以避免过高的废气背压。试验表明，在本发明的催化器中可以实现废气在容腔中的很高的均匀分布指数(GVI)，其中，该均匀分布指数例如可以为93.1％。如已知的那样，95％的均匀分布指数至少接近理想，在这里，在本发明的催化器中可以实现几乎理想的均匀分布。
因为流出口分别相对于流入口错开布置且因此相对于流入口错置，故废气能够不直接从流入口流到各自流出口，而是废气蓄留在容腔的中央部分中并且随后分布到容腔的边缘区内，在其边缘区内存在比在中央部分中更大的流通表面。由此可以实现特别有利的均匀分布。同时可以避免过高的废气背压。结果，可以实现催化器的很高的废气再处理效率。另外，可以从本发明的催化器设计中得到很长的催化器使用寿命，因为例如催化涂层并非仅在局部被使用，而是至少基本被均匀使用以再处理废气。
为了能实现废气在容腔内的很好均匀分布，在本发明的一个实施方式中规定，该壳体具有正好一个流入口，废气可经此被通入容腔。换言之，前述的流入口最好是唯一的流入口，废气经此可流入容腔，或者在内燃机工作期间流入。
另一个实施方式的特点是，流入口和各自流出口沿流过壳体的废气的主流动方向彼此间隔。主流动方向的走向在此例如垂直于前述第一平面和/或前述第二平面。尤其是，该主流动方向与所述壳体或催化器的纵延伸方向重合。尤其在机动车制造完成状态下，催化器是废气设备的组成部分，其纵延伸方向例如与所述主流动方向重合。
为了将废气很有利地通入容腔且进而能实现废气在容腔内很有利的均匀分布，在本发明的其它设计中规定，在流入口上游和进而在容腔上游设置可被废气流过的废气管路件，废气管路件流体连通至流入口并因此通过流入口流体连通至容腔。由此，流过废气管路件的废气可以流出废气管路件并进而流过流入口并因此经由流入口流入容腔。在此，废气管路件或其纵延伸方向相对于主流动方向倾斜地延伸，从而借助废气管路件可以造成废气相对于主流动方向倾斜地流过流入口并由此倾斜地流入容腔。
在本发明的另一个尤其有利的实施方式中，流入口在壳体的入口壁中延伸。入口壁在一个平行于主流动方向的且因此例如垂直于各自平面延伸的且远离各自流出口来取向的方向上除了流入口以外完全封闭并界定容腔。在容腔的周向上，容腔例如完全环绕地被壳体的外壳界定，其中，该外壳例如形成壳体的前述的内周侧周面。外壳例如与入口壁分开构成并且连接至入口壁。入口壁在一个垂直于主流动方向延伸的平面内延伸，该平面因此例如是前述的第二平面。总之可以看到该流入口形成在入口壁中。通过这种设计，可以实现在容腔内的很有利的均匀分布。
另一个实施方式的特点是，各自流出口在尤其是这些流出口共同的出口壁中延伸。出口壁例如与入口壁分开和/或与外壳分开地构成并且连接至外壳。入口壁和/或出口壁可以设计成一体式的。与此相关，特征“流出口彼此分开且彼此间隔”尤其可以是指在流出口之间布置出口壁的起到分隔壁作用的壁部。
在本发明的另一尤其有利的设计中规定，出口壁在一个平行于主流动方向延伸的且远离流入口来取向的方向上除了流出口以外完全封闭容腔，其中，该出口壁和进而各自流出口在一个垂直于主流动方向延伸的例如是前述第一平面的平面内延伸。由此废气可以很有利地被蓄留或转向，从而可以实现废气在容腔内的很好的均匀分布而没有过高的废气背压。
为了能实现很好的均匀分布和进而很有利的废气再处理，在本发明的其它设计中规定，催化器载体的朝向出口壁的端面的至少一个第一局部区域紧贴出口壁的至少一个布置在各自流出口旁的第二局部区域。由此，废气被迫使用在容腔中心旁边的流动路径，以便能从流入口流到各自流出口。如果基料或其第一局部区域与出口壁或其第二局部区域间隔，则废气将直接经由容腔的中心流过，这将导致废气的不均匀分布或导致废气的仅不充分均匀的分布。现在这可得以避免。
尤其优选规定，该基料的例如与该端面的第一局部区域相接的第三局部区域与其中一个流出口、即其中一个流出口的第一部分重叠，其中，替代地或附加地例如该端面的与该端面的第一局部区域相接的第四局部区域与另一流出口或另一流出口的第二部分重叠。由此，一方面可以实现有利的均匀分布，另一方面可以避免过高的废气背压。
最终，事实表明特别有利的是，出口壁的第二局部区域布置在流出口之间。因此第二局部区域例如是出口壁的布置在流出口之间的前述壁部。由此可以保持很小的废气背压，其中，同时能保证很好的均匀分布。
本发明的第二方面涉及一种最好设计成汽车、尤其是轿车的机动车，其具有至少一个根据本发明的第一方面的催化器。本发明第一方面的优点和有利设计应被视为本发明第二方面的优点和有利设计，反之亦然。
附图说明
从以下对优选实施例的说明中以及结合图得到其它优点、特征和细节。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在图中被单独示出的特征和特征组合不仅在各自所指出的组合中、也在其它组合中或单独地可使用，而没有脱离本发明范围，附图示出：
图1示出本发明的催化器的示意性透视图；
图2示出催化器的示意性横截面图；
图3示出催化器的示意性剖视俯视图；
图4a示出根据第一原理性实施方式的催化器的示意性横截面图；
图4b示出根据第一实施方式的催化器的另一示意性横截面图；
图5a示出根据第二原理性实施方式的催化器的示意性横截面图；
图5b示出根据第二实施方式的催化器的另一示意性横截面图；
图6a示出本身已知的催化器的示意性横截面图；
图6b示出根据图6a的催化器的另一示意性横截面图。
具体实施方式
在图中，相同的或功能相同的零部件带有相同的附图标记。
图1以示意性透视图示出用于机动车的催化器10。这意味着，机动车在其制造完成状态下具有催化器10。另外，机动车具有内燃机，借此能驱动机动车。在内燃机点火运行中，在内燃机中、尤其在内燃机的燃烧室内进行燃烧过程，燃烧过程造成废气。废气从燃烧室或内燃机流出并且流入机动车的废气系统，随后废气可以流过废气系统。废气系统也被称为废气设备并且至少包括可被废气流过的催化器10。借助催化器10来再处理废气。可以从图1中看到废气设备可以具有废气管路件12，其例如可以与催化器10分开地构成。废气管路件12可被废气流过。
可以很好地结合图2概览地看到，催化器10具有可被废气流过的壳体14，其可以具有可从图2中很好地看到的且例如呈一件式或多件式的外壳16。外壳16和进而壳体14界定催化器载体10的容腔18。在此，容腔18尤其是直接由外壳16或壳体14的内周侧周面20界定。内周侧周面20和进而容腔18在此设计成椭圆形或卵形。显然可以想到具有相应成形的内周侧周面20的圆形壳体14。催化器10还具有在图2中特别示意性示出的催化器载体22，其也被称为基料(Monolith)或基材、尤其是催化器基材并且配设有至少一个在图2中也尤其示意性示出的催化涂层24。催化器载体22贴靠内周侧周面20。
图1-5b示出本发明的催化器10。依据图4a、4b、5a和5b来解释本发明的催化器10的原理性结构。
为了现在一方面实现废气在容腔18内很好的均匀分布且另一方面能保持很低的废气背压，壳体14具有正好一个流入口26，废气经此可被通入或流入容腔18。因此设置催化器10的也称为入口的流入口26。流入口26基本上关于催化器10的横截面居中设置。在此，废气管路件12、尤其是其可被废气流过的废气道30布置在流入口26的上游和进而容腔18的上游。
另外，壳体14具有至少两个流出口32、34，废气经此可从容腔18被送出或流出。流出口32、34在此彼此分开且因此彼此间隔，这可以很好地从图4b和5b中看到。另外，各自流出口32或34相对于流入口26错开或至少部分错开地布置。在根据图4a、4b、5a和5b的实施例中，各自流出口32或34相对于流入口26基本无重叠或无覆盖地布置且因此布置在流入口26旁边，因而未与流入口26重叠或被覆盖。
图4a、4b示出催化器10的第一原理性实施方式。如很好地可以从图1-4b的概览中看到地，例如流入口26居中形成在壳体14的入口壁35中，其中，入口壁35和进而流入口26在假想的如图3所示的第一平面E1内延伸。流出口32和34形成在壳体14的由流出口32、34所共用的出口壁36中，其中，出口壁36和进而流出口32、34在可以在图3中看到的共用的第二平面E2内延伸。平面E1和E2彼此平行延伸且彼此间隔。在此在图3中通过箭头38示出主流动方向。废气沿主流动方向38从流入口26和进而入口壁35流向出口壁36和进而流出口32、34并且尤其是流到流出口32、34。在此，主流动方向38的走向垂直于平面E1、E2并且居中地在壳体14内延伸，使得平面E1、E2或者入口壁35和出口壁36沿主流动方向彼此间隔。特征“流出口32、34彼此分开且彼此间隔”尤其是指，在流出口32、34之间布置出口壁36的起到分隔壁作用的壁部40。
另外可以很好地从图4a中看到，入口壁35在一个平行于主流动方向38延伸的且远离出口壁36和进而远离流出口32、34来取向的且在图3中由箭头44表示的第一方向上完全封闭或界定除了流入口26以外的容腔18。与此相应地，出口壁36在一个平行于主流动方向38延伸的且远离入口壁35和进而远离流入口26来取向的、与第一方向44相反的且在图3中由箭头46表示的第二方向上完全封闭或界定除了流出口32、34以外的容腔18。容腔18因此通过外壳16、入口壁35和出口壁36构成。
为了实现废气在容腔18内的特别有利的均匀分布，催化器载体22的朝向出口壁36的端面48的至少一个第一局部区域T1直接贴靠布置在流出口32、34旁且进而在这些流出口之间的壁部40。因此，例如至少一部分的通过流入口26流入容腔18的废气经过催化器载体22流向壁部40，并且进而被迫从容腔18的和进而催化器载体22(在其中心区布置壁部40)的中心区域流到容腔18的和进而催化器载体22的外侧边缘区，因为仅在那里废气能经由流出口32、34流出容腔18。催化器载体22的端面48的与局部区域T1相接的局部区域T2例如布置成与流出口32重叠或被覆盖，并且端面48的与例如局部区域T1相接的局部区域T3例如布置成与流出口34重叠或覆盖。由此可以实现特别有利的流过催化器载体22的流动状况，因为居中经由流入口26流入容腔18的废气不仅流过催化器载体22的中心区域，而且流入的废气也被排挤至催化器载体22的边缘区中。
可以从图1中看到，废气设备具有也称为Y形件的Y形管50，其至少基本上设计成Y形。Y形管50分别以其管件50.1、50.2流体连通至流出口32、34。经流出口32、34从容腔18流出的废气经各自管件50.1和50.2流入Y形管50并且借助Y形管被汇集到其集管50.3中并且从集管50.3流入废气管52的废气道。Y形管50例如与催化器10分开或与壳体14分开地构成并且至少间接、尤其是直接机械连接至壳体14。Y形管50例如是Y形外壳或通过至少或正好两个组合的Y形外壳构成。
有利地，Y形管50尤其在管件50.1和50.2和集管50.3的汇合点50.4区域中设计成利于流动，因此在汇合点50.4区域中在Y形管50内未形成死水区，由此，废气能以较小阻力流过Y形管50。
可以从图1和3中看到，布置在流入口26上游且可被废气流过的以及通过流入口26流体连通至容腔18的废气管路件12在相对于主流动方向38倾斜的第三方向上延伸。如在图3中由箭头54表示地，废气管路件12造成废气在相对于主流动方向38倾斜的第三方向上流过流入口26并且由此相对于主流动方向38倾斜地流入容腔18。
由于废气未垂直于平面E1、而是相对于平面E1倾斜地且相对于主流动方向倾斜地流入容腔18，这也被称为Fischer漏斗结构，故可以实现废气在容腔18内很有利的分布。尤其可以从图3中看到，入口壁35可以具有基本呈漏斗形的结构，其中，入口壁35从壳体14的外壳16起渐缩成漏斗形地连接至废气管路件12。在此，漏斗形入口壁35还在平面E1(图3)内具有可将废气通入容腔(18)中的流入口(26)和至少两个彼此分开的且分别相对于流入口(26)至少部分错开布置的、可将废气送出容腔(18)的流出口(32,34)。
在另一实施方式中，Y形管50还可以被壳体56包围(图3)。
根据图1-3和图4a、4b，容腔18或外壳16具有至少基本呈椭圆形的横截面。换言之，内周侧周面20和容腔18至少基本为椭圆形。具有椭圆形横截面的催化器10尤其适用于轿车，因为底板处的空间状况受限。在图5a、5b所示的第一实施方式中，内周侧周面20和进而容腔18设计成圆形。具有圆形横截面的催化器10尤其适用于越野车辆和卡车，因为底板处的空间状况不太受限。可以从图5a中看到，流入口26至少基本居中地、即在容腔18的中心布置，其中，流出口32、34在第一实施方式中偏心布置。在第二实施方式中，壳体14具有正好四个流出口32、32′、34和34′。因为流出口32、32′、34和34′也相对于流入口26错位布置，故流出口32、32′、34和34′可以说并未与也称为入口的流入口26齐平布置。
图6a、6b示出本身已知的催化器10′。在此，壳体14具有正好一个流入口26，其不同于图1-5b所示的实施方式地相对于容腔18偏心布置。此外，根据图6a、6b，壳体14具有正好一个流出口32，其也相对于容腔18尤其如此偏心布置，即，流出口32相对于流入口26完全错开布置。
附图标记列表
10,10′ 催化器
12 废气管路件
14 壳体
16 外壳
18 容腔
20 内周侧周面
22 催化器载体
24 催化涂层
26 流入口
30 废气道
32,32′ 流出口
34,34′ 流出口
35 入口壁
36 出口壁
38 主流动方向
40 壁部
44 第一方向
46 第二方向
48 端面
50 Y形管
50.1 管件
50.2 管件
50.3 集管
50.4 汇合点
52 废气管
54 第三方向
56 壳体
E1,E2 平面
T1,T2,T3 局部区域

Claims (6)

1.一种用于将机动车用内燃机的废气进行再处理的催化器(10)，具有能被废气流过的且具有容腔(18)的壳体(14)以及安置在该容腔(18)内且配设有至少一个催化涂层(24)的催化器载体(22)，
其特征是，
-该壳体(14)具有能够将废气通入该容腔(18)的流入口(26)和至少两个彼此分开的且分别关于该流入口(26)至少部分错开布置的且能够将废气送出该容腔(18)的流出口(32,34)，
-该流入口(26)和各自流出口(32,34)沿流过该壳体(14)的废气的主流动方向(38)彼此间隔，
-该流入口(26)形成在入口壁(35)中，该入口壁在平行于该主流动方向(38)延伸的且远离各自流出口(32,34)来取向的方向(44)上除了该流入口(26)以外完全封闭容腔(18)，其中，该入口壁(35)在垂直于该主流动方向(38)延伸的平面(E1)内延伸，
-各自流出口(32,34)在出口壁(36)中形成，并且
-该出口壁(36)在平行于该主流动方向(38)延伸的且远离该流入口(26)来取向的方向(46)上除了各自流出口(32,34)以外完全封闭容腔(18)，其中，该出口壁(36)在垂直于该主流动方向(38)延伸的平面(E2)内延伸。
2.根据权利要求1所述的催化器(10)，其特征是，该壳体(14)具有正好一个能够将废气通入该容腔(18)中的流入口(26)。
3.根据权利要求1或2所述的催化器(10)，其特征是，能被废气流过的且流体连通至该流入口(26)的且关于该主流动方向(38)倾斜延伸的废气管路件(12)布置在该流入口(26)的上游，借助该废气管路件能造成废气关于该主流动方向(38)倾斜地流过该流入口(26)并因此倾斜地流入该容腔(18)。
4.根据权利要求1至3之一所述的催化器(10)，其特征是，该催化器载体(22)的朝向该出口壁(36)的端面(48)的至少一个第一局部区域(T1)紧贴出口壁(36)的至少一个布置在各自流出口(32,34)旁的第二局部区域(40)。
5.根据权利要求4所述的催化器(10)，其特征是，该第二局部区域(40)布置在所述流出口(32,34)之间。
6.一种机动车，具有至少一个根据前述权利要求之一所述的催化器(10)。
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