用於柴油發動機的排氣淨化系統的製作方法

2023-07-10 08:27:51

專利名稱：用於柴油發動機的排氣淨化系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於特別是商用車輛的柴油發動機的排氣淨化系統，該排氣淨化系統包括布置在排氣管路中的排氣淨化部件，例如氧化催化(轉化)器、還原劑注射/噴射裝置、炭黑/炭煙顆粒分離器、還原催化(轉化)器。
背景技術：
在移動式內燃機的排氣處理領域中，構造成蜂窩體的催化器和炭黑顆粒分離器已得到證明，該蜂窩體具有形成通道的、具有一定結構的載體元件(特別是金屬薄板、金屬絲
非織造織物等，或者是陶瓷板，擠出物......)，其中可使載體元件的結構具有微結構，所述
微結構形成開口和導流面，所述開口和導流面定向成沿載體元件從內向外和/或從外向內引導排氣的分流。可使用不同的方法來轉化柴油發動機排氣中的有害成分。舉例來說，可使用所謂的「CRT」方法來減少炭黑，在該方法中，通過排氣中產生的氮氧化物在低溫下便促使炭黑被
轉化。同樣可以使用所謂的SCR方法，在該方法中，通過還原劑(尿素，氨......)來還原
包含在排氣中的氮氧化物。已有提議將這些方法進行組合。為此還應當在排氣系統中布置催化轉化器，其中，特別是對於商用車輛由於所產生的排氣量(較大)可能在內置(集成) 相對較大體積的轉化器時弓丨起空間問題。由此可見，所述的排氣淨化系統仍可被改進，從而改善熱反應性能(比如在冷啟動後)以及在較長的時間周期內獲得儘可能高的排氣淨化率。另外，為了滿足相關的法規， 應當在考慮設置一大體積排氣消聲器的必要性的情況下，力求使商用車輛柴油發動機的排氣淨化系統匹配於給定的空間條件。

發明內容
因此，本發明旨在至少部分地解決在現有技術中描述的問題。希望給出特別是商用車輛柴油發動機的排氣淨化系統的、能實現有效排氣淨化的結構細節，所述排氣淨化系統的構造簡單經濟並能節約空間地布置。所述目的通過具有權利要求1特徵的排氣淨化系統來實現。本發明的其它有利設計方案在從屬權利要求中給出。需要指出的是，從屬權利要求中單獨給出的特徵可用任何技術上有意義的方式彼此組合併得出本發明的另外的實施例。另外，在說明書中對權利要求中給出的特徵進行了更詳細的描述和解釋，說明書中提出了本發明的另外的優選實施例。在根據本發明的用於柴油發動機的排氣淨化系統中，至少設有氧化催化器、還原劑注射裝置和還原催化器，所述氧化催化器、還原劑注射裝置和還原催化器一起設置在殼體中，所述殼體具有在第一端側附近的第一側腔和在第二端側附近的第二側腔。其中包含以下布置結構-還原催化器設置在第一側腔中，
-氧化催化器設置在第二側腔的一外部環形室中，-還原劑注射裝置定向成朝向所述第二側腔的所述外部環形室的內部通道。-設有從至少一個排氣入口經過以下部件通向至少一個排氣出口的排氣的流動路徑氧化催化器、還原劑注射裝置、還原催化器。還原催化器優選是SCR催化器，尤其是具有陶瓷蜂窩結構的SCR催化器。總之，還原催化器用於利用還原劑將氮氧化物還原成氮和水蒸氣。氧化催化器優選是一種具有貴金屬(例如鉬)層的圓環形金屬蜂窩體。氧化催化器用於將排氣中所含的未燃燒的碳氫化合物和一氧化碳氧化成水和二氧化碳以及將排氣中所含的氮氧化物氧化成no2。還原劑注射裝置特別是用於噴射流體、優選液體。可以考慮氨和/或氨前體(尿素、AdBlue)作為還原劑。藉助還原劑計量裝置，通過還原劑注射裝置將還原劑引入排氣中， 其中作為還原劑主要噴入尿素，所述尿素必要時在還原劑分解裝置中被分解成氨。另外提出一種用於特別是商用車輛和越野車輛的柴油發動機的排氣淨化系統，該排氣淨化系統包括布置在排氣管路中的排氣淨化部件，例如氧化催化器、還原劑注射裝置和還原催化器。排氣淨化部件設置在殼體中，該殼體具有一在分隔壁的區域中大致居中地設置在外周上的排氣入口。從該排氣入口起，排氣沿一環形室流動，該環形室從分隔壁起朝向殼體端壁(第二端側)的方向延伸並且在該殼體端壁前一定距離處中止，在該環形室中設置一能被穿流過的氧化催化器。在那裡，在第二端側附近使流動轉向，其中產生足夠的排氣渦流，這時可使還原劑進入該排氣渦流中。還原劑注射裝置設置成與環形室或通道同軸， 並且延伸穿過第二端側的殼體端壁，使得還原劑能被噴入同軸的管件中並且在那裡與以相同流向流經通道的排氣混合。然後，排氣還原劑混合物進入在殼體中位於分隔壁下遊的具有還原催化器的第一腔，其中排氣在流經還原催化器時被選擇性還原。根據本發明的排氣淨化系統能非常緊湊地構造，進而能有利地布置在發動機附近，使得排氣在僅很少被冷卻的情況下進入排氣淨化系統。這一點結合以下事實設置在環形室中的氧化催化器避免排氣被進一步冷卻以使排氣在較高的溫度下進入同軸通道，提高了噴入通道的還原劑的迅速氣化及其與排氣的混合，由管件形成的、在系統核心部分中的暖的通道也有助於這一點。優選地(本發明)還提出一種排氣淨化系統，其中通道具有至少一個混合部件。優選地(本發明)還提出一種排氣淨化系統，其中通道具有至少一個炭黑顆粒分離器。在炭黑顆粒分離器中過濾出在柴油發動機運行中形成的炭黑顆粒並將其氧化成二氧化碳。此外認為有利的是，通道具有至少一個水解催化器。由此能支持將氨前體轉化成氨。為了實現還原劑與排氣儘可能徹底的混合，優選在管件中設置混合部件，該混合部件可以設計成炭黑顆粒分離器，該炭黑顆粒分離器實施成管件。該炭黑顆粒分離器(還) 可以具有用於還原和/或水解還原劑的催化劑層。就這點而言，通道可以沿排氣的流動方向(沿給定的流動路徑)具有多個不同的區，所述區中的多個區還可以重疊(一體設計)。優選地，氧化催化器和/或炭黑顆粒分離器和/或還原催化器具有結構化的(具有一定結構的)、形成通道的載體部件，所述載體部件的結構具有形成開口和導流面的微結構，所述開口和導流面取向成沿載體部件從內向外或者相反地(從外向內)引導排氣的分流。由此實現在上述構件橫截面上的流速勻化，分流的混勻和層流的去除，由此能明顯提高排氣淨化系統各部件的效率。根據一種改進方案提出，所述至少一個排氣出口設置在還原催化器和第一端側之間。因此，排氣淨化系統的殼體在還原催化器的下遊具有另一端壁，氣體出口可以設置在該端壁中，也可以鄰接該端壁設置在殼體的外周上。由此在排氣淨化系統的結構設計中提供了很大的自由度，因此排氣淨化系統能以理想的方式適應給定的空間條件。此外認為有利的是，還原劑注射裝置定向成朝向所述氧化催化器。換句話說，關於內部通道存在非中央的布置結構，使得待添加的還原劑的一部分(與排氣的流動路徑相反地)還能到達氧化催化器的後壁(其中在此未設置貴金屬層)。由於在氧化催化器中的放熱反應，在工作中該後壁一般非常熱，使得當液態還原劑與其表面接觸時便出現迅速的氣化和/或熱解。此外，可以至少部分地在氧化催化器後壁的、被所添加的還原劑加載的區域中設置水解層。該區域特別是可以設計成環形氧化催化器的環形段，該環形段優選是氧化催化器被加載還原劑的唯一區域。根據排氣淨化系統的一種改進方案，第一側腔和第二側腔由一分隔壁間隔開，該分隔壁具有用於形成通道的管件。所述管件例如還用作環形氧化催化器的支承體。管件和分隔壁優選彼此焊接或者一體製造。此外，針對這種排氣淨化系統提出，至少在氧化催化器或水解催化器上遊設置一電加熱器。換句話說這意味著，在將排氣輸入氧化催化器和/或水解催化器之前，首先使排氣流經至少一個加熱器。優選地，使用可電加熱的蜂窩結構作為所述加熱器。


下文將參照圖1更詳細地說明本發明及技術領域。需要指出的是，附圖詳細地示出本發明的特別優選的結構變形，但是本發明並不局限於此。附圖示意性示出根據本發明的排氣淨化系統的剖視圖。
具體實施例方式在圖1中示出的排氣淨化系統特別是用於商用車輛的柴油發動機。商用車輛的功率需求非常高，而同時消耗應儘可能低。在柴油發動機的各個缸中進行燃料燃燒時主要產生二氧化碳和水蒸氣，但是燃燒不完全使得排氣中還存有未燃燒的碳氫化合物、一氧化碳、 炭黑、以及由於高燃燒溫度形成的氮氧化物，藉助本發明的排氣淨化系統希望儘可能完全地從排氣中除去這些物質。根據圖1的柴油發動機1通過排氣管2與排氣淨化系統的殼體5連接。排氣管2 在殼體5的外周上大致居中地通至分隔壁7的區域中(排氣入口 20)。該分隔壁7支承一與殼體5同軸的管件12，通過該管件12朝向殼體5形成一環形室11。分隔壁7將殼體5 分成靠近第一端側16的第一側腔15和靠近第二端側18的第二側腔17。管件12在殼體5 的以一端壁形成的第二端側10前一定距離處中止，在此處，利用箭頭標註的排氣(流動路徑14)被轉向，在內側通過通道19朝向反方向穿流過管件12。在環形室11中設置一圓環形加熱器24並且直接在下遊設置一氧化催化器3，在所述氧化催化器處使排氣的未燃燒的氣態成分被氧化成水蒸氣和二氧化碳。此外，將排氣中儘可能大份額的氮氧化物氧化成二氧化氮(NO2)。與管件12同軸地在第二端側10中設置一還原劑注射裝置6，該還原劑注射裝置6 將還原劑噴入流經管件12的排氣中(必要時還噴到氧化催化器3的後壁上)。為此設有用於提供液態尿素水溶液的供給系統23，例如儲箱、閥、泵，...。可以在管件12中設有混合部件10 (如在此示出)，該混合部件用於使還原劑與排氣強化混合。優選地，混合部件設計成炭黑顆粒分離器8，所述炭黑顆粒分離器8填充管件 12，必要時甚至還至少部分地具有用於還原和/或水解還原劑的催化劑層(水解催化器13， 必要時具有前置的加熱器)。該還原劑包括尿素，尿素通過炭黑顆粒分離器的催化劑層分解成水蒸氣和氨(NH3)。在炭黑顆粒分離器8中捕獲儘可能大份額的排氣所含炭黑顆粒並使之燃燒。排氣從炭黑顆粒分離器8直接到達具有還原催化器9的第一腔15，在該還原催化器9中在使用還原劑的情況下將氮氧化物催化還原成氮和水蒸氣。必要時也可以在還原催化器9的下遊再布置一用於多餘的氨的捕獲裝置(未示出)。由還原催化器9排出的排氣經由排氣出口 21離開殼體5並流入排氣管4，該排氣管在所示實施例中鄰接第一端側16的端壁設置在殼體5的外周上。根據空間條件，排氣出口 21也可以按其它方式布置，例如與殼體5同軸。本發明不限於所說明的實施例。在本發明權利要求的範圍內也可以對本發明做出很多修改。附圖標記列表1柴油發動機2第一排氣管3氧化催化器4第二排氣管5 殼體6還原劑注射裝置7分隔壁8炭黑顆粒分離器9還原催化器10混合部件11環形室12 管件13水解催化器14流動路徑15第一側腔16第一端側17第二側腔18第二端側19 通道20排氣入口
21排氣出口22機動車23供給系統24加熱器
權利要求
1.一種用於柴油發動機(1)的排氣淨化系統，在所述排氣淨化系統中至少設有氧化催化器(3)、還原劑注射裝置(6)和還原催化器(9)，所述氧化催化器、還原劑注射裝置和還原催化器一起設置在殼體(5)中，所述殼體具有在第一端側(16)附近的第一側腔(1 和在第二端側(18)附近的第二側腔(17)，其中所述還原催化器(9)設置在所述第一側腔(1 中，所述氧化催化器C3)設置在所述第二側腔(17)的一外部環形室(11)中，所述還原劑注射裝置(6)定向成朝向所述第二側腔(17)的所述外部環形室(11)的內部通道(19)，和設有從至少一個排氣入口 00)經過以下部件通向至少一個排氣出口的排氣的流動路徑(14)氧化催化器(3)、還原劑注射裝置(6)、還原催化器(9)。
2.根據權利要求1所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述通道(19)具有至少一個混合部件(10)。
3.根據權利要求1或2所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述通道(19)具有至少一個炭黑顆粒分離器(8)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述通道(19)具有至少一個水解催化器(13)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述至少一個排氣出口設置在所述還原催化器(9)和所述第一端側(16)之間。
6.根據前述權利要求中任一項所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述還原劑注射裝置(6)定向成朝向所述氧化催化器(3)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的排氣淨化系統，其特徵在於，所述第一側腔(15) 和第二側腔(17)由一分隔壁(7)間隔開，所述分隔壁具有用於形成通道(19)的管件(12)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的排氣淨化系統，其特徵在於，至少在所述氧化催化器C3)上遊或水解催化器(1 上遊設有一電加熱器04)。
全文摘要
本發明涉及一種用於柴油發動機(1)的排氣淨化系統，在所述排氣淨化系統中至少設有氧化催化器(3)、還原劑注射裝置(6)和還原催化器(9)，它們一起設置在殼體(5)中，殼體具有在第一端側(16)附近的第一側腔(15)和在第二端側(18)附近的第二側腔(17)，其中還原催化器(9)設置在所述第一側腔(15)中，所述氧化催化器(3)設置在所述第二側腔(17)的一外部環形室(11)中，所述還原劑注射裝置(6)定向成朝向所述第二側腔(17)的所述外部環形室(11)的內部通道(19)，和設有從至少一個排氣入口(20)經過以下部件通向至少一個排氣出口(21)的排氣的流動路徑(14)氧化催化器(3)，還原劑注射裝置(6)，還原催化器(9)。
文檔編號F01N3/20GK102165156SQ200980137345
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月15日 優先權日2008年9月24日
發明者K·米勒-哈斯 申請人:排放技術有限公司