用於將還原劑引入到內燃發動機的排氣系統的排氣管中的組件和方法

2023-04-25 21:06:26

專利名稱：用於將還原劑引入到內燃發動機的排氣系統的排氣管中的組件和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排氣系統的排氣管中的組件。本發明還涉及一種將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排 氣系統的排氣管中的方法。
背景技術：
為了符合與環境法相關的規定，諸如由內燃發動機驅動的機動車輛的廢氣需要接 受淨化。特別地，對於氮氧化物的還原，所謂的SCR催化轉化器(也稱為脫氮催化器)越來 越多地被使用，其藉助於以中間產物形式存儲在SCR催化轉化器中的氨(NH3)來選擇性地 還原燃燒期間在發動機中產生的氮氧化物(NOx)，從而形成水和氮。通過通常以溶解形式添 加到廢氣中的尿素的水解來提供選擇性催化還原所需的氨。根據現有技術的系統利用噴射閥，例如低壓燃料噴射閥，將尿素水溶液引入到SCR 催化轉化器上遊的排氣管中。這種閥在閥門末端的區域中產生尿素細霧，該尿素細霧可能 會沉積在排氣管的壁上。這在內燃發動機低負荷、低溫工作時尤其成問題，其中沉積物不會 再次汽化並且可能會由此而完全堵塞排氣管。

發明內容
本發明提供了用於將還原劑引入到內燃發動機的排氣系統的排氣管中的組件和 方法，其可以避免或者至少大大地減少尿素沉積。根據本發明，這是由開頭所述類型的組件來實現的，該組件具有開口至排氣管中 且包括壁的供給連接件；開口至供給連接件中的用於還原劑的供給設備；和用於產生氣流 的設備，所述氣流是還原劑流的附加氣流，並且覆蓋所述供給連接件的壁的裡層。該附加氣 流(其也不同於排氣管中的主廢氣流)至少很大程度地不含還原劑並且防止在噴射還原劑 時產生的任何氣霧沉積在供給連接件和排氣管的壁上。附加氣流可以是新鮮空氣，尤其是壓縮空氣。為此，優選為利用車輛中可用的壓縮 空氣管以對該設備進行供應。可替代地或者附加地，附加空氣流可以是優選地在渦輪增壓器上遊從主廢氣流分 出的廢氣，因此，在廢氣中可獲得期望的增壓壓力。根據本發明的優選實施方式，設備包括用於氣流的進口，該進口與例如新鮮空氣 導管或與排氣管流體連通。進口可以設置在供給連接件的壁中。進口還可以形成在供給連接件的、通至排氣管中的孔口的區域中。優選地，開口因 此位於孔口的、相對於廢氣流處在上遊的一側，也就是說，來自排氣管的一部分廢氣流經過 進口而流入供給連接件的孔口的區域中。根據本發明的改進方案，設備包括設置在供給連 接件中的引導構件以控制附加氣流的期望方向。
優選地，引導構件從供給設備至少部分地沿著供給連接件的壁延伸。在供給設備或者用於供給設備的安裝件的區域中，引導構件更尤其是直接頂靠著壁。這防止了任何還 原劑到達引導構件和壁之間的區域。引導構件可以裝襯在供給連接件的壁上，在壁和引導構件之間的至少一些部分中 形成空隙。優選地，壁和引導構件均為圓錐形，所述壁具有更大的朝向孔口的開口角度。由 此，朝向供給連接件的孔口產生逐漸變得更大的空隙；附加氣流通過該空隙而被導引。根據本發明的一種實施方式，引導構件至少部分地伸入排氣管中。這裡，引導構件 製成為特別長，並且還用作由氣流加熱的、且造成任何沉積物汽化的壁。作為可替代方案， 引導構件也可以構造成非常短並且專門用於引導氣流。有利的是，在孔口的、相對於廢氣流處在上遊的一側，引導構件的部分延伸至排氣 管中。如上文已經描述，如此形成進口，使得將一部分廢氣流導引至供給連接件中以形成附 加氣流。可替代地或者附加地，引導構件的部分當然也可以在孔口的、相對於廢氣流處在下 遊的一側延伸至排氣管中。引導構件可以包括連續環繞的周壁。同樣可以設想，相對於供給連接件的周邊，弓丨 導構件僅裝襯在供給連接件的局部區域上，比如，特別容易沉積的區域。此外，引導構件可以包括一個或多個位於其周壁中的開口，氣流通過所述開口而 被引導至供給連接件的、相對於引導構件處在內部的區域中。這裡，也可以設想使用多孔材 料。引導構件當然也可以設計為沒有任何開口，也就是封閉的，尤其是當其被製成為相當短 時。優選地，設備構造成使得氣流在供給連接件中形成為渦旋流動，這在一定程度上 會加強供給連接件中的混合。供給連接件中的氣流的這種渦旋可以通過適當構造和設置的 引導構件和/或傾斜的進口而獲得。更特別地，供給連接件以相對於排氣管成20°至70°的角度被設置，這使得所供 應的還原劑能夠以非常有利的方式進行分配。為了使所供應的還原劑與廢氣流更好地混合，用於使廢氣流產生渦旋的混合元件 被有利地設置在供給連接件下遊的排氣管中。排氣管可以在供給連接件的區域中成約為20°至70°的彎曲。優選地，排氣管的 彎曲大致對應於排氣管和供給連接件之間的角度。還可以將供給連接件以沿直線延伸的方 式設置在排氣管的一部分上。如開頭已經描述，更具體地，還原劑是尿素水溶液或者是釋放氨的其他物質的溶 液。然而，當燃料用作還原劑時，也能夠有利地應用本發明。因供給設備為噴射閥_尤其是低壓燃料噴射閥，所以獲得成本非常低的構型。根據本發明的第二方面，提供了將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的 排氣系統的排氣管中的方法。根據本發明的方法包括以下步驟產生氣流，該氣流是還原劑流的附加氣流，並且至少很大程度地不含還原劑且覆 蓋開口至排氣管中的供給連接件的壁的裡層；藉助於設置在供給連接件上的供給設備來噴射還原劑。如針對本發明的組件已經討論的，通過根據本發明的方法同樣有效地防止現有技 術中所發生的還原劑沉積。


通過以下參照附圖而對若干優選實施方式的描述，本發明的其它特徵和優點將顯 而易見，其中圖1示出根據本發明的第一實施方式的、用於實施根據本發明的方法的組件的示 意性剖視圖；圖2示出根據本發明的第二實施方式的組件的剖視圖；圖3示出根據本發明的第三實施方式的組件的剖視圖；圖4示出根據本發明的第四實施方式的組件的剖視圖；圖5示出根據現有技術的組件的剖視圖，圖中示出了本發明所要解決的問題；圖6示出根據本發明的第五實施方式的組件的剖視圖；圖7示出根據圖6中的VII-VII線剖開的供給連接件的剖視圖；以及圖8示出根據第五實施方式的組件的放大側視圖，其中供給連接件被局部剖開。
具體實施例方式圖1示意性地示出根據本發明的用於將還原劑引入到內燃發動機的排氣系統的 排氣管12中的組件10。特別地，涉及機動車輛的排氣系統。排氣管12中的廢氣流標為S。 組件10包括呈基本圓錐構型且開口於排氣管12的供給連接件14，優選地，開口的角度α 在20°至70°之間，這裡約為55°。供給連接件14的(內)壁以參考標號16標示。安裝件18設在供給連接件14的與排氣管12相對的端部處，而設置在安裝件18中 的是用於還原劑的供給設備20，該供給設備20開口於供給連接件14中並且是噴射閥，在本 示例中為低壓燃料噴射閥。還原劑優選為尿素水溶液，其被引入到圖1中未示出的SCR催 化轉化器上遊的排氣管12中。與示出的構型不同的是，不是絕對需要為供給設備20提供 安裝件；例如，所述供給設備20也可以焊接於供給連接件。為了在引入尿素溶液時避免尿 素沉積物D，如發生在根據現有技術的供給設備20中並且在圖5中示意性地示出的一樣，根 據本發明的組件10(圖1)包括用於產生作為還原劑流R的附加氣流的氣流G的設備22，所 述氣流G覆蓋供給連接件14的壁16的裡層。設備22包括至少一個，在本示例中為多個，設置在壁16中的進24，該進口用於氣 流G，該氣流G涉及新鮮空氣-更具體地是壓縮空氣，或者涉及從圖中未示出的渦輪增壓器 上遊處或從供給連接件14的緊上遊處分出的廢氣。設備22還包括設置在供給連接件14 中的引導構件26。為了將氮氧化物還原所需的氨供給至連接在組件10下遊的SCR催化轉化器，根據 本發明，在供給連接件14的區域中產生作為還原劑流R的附加氣流的氣流G，附加氣流G至 少很大程度地不含還原劑並且環狀地覆蓋供給連接件的壁16的裡層。為此，氣流G通過開 24進入供給連接件14並且經由引導構件26而偏轉，使得氣流G沿著供給連接件14的壁 16流動並且幾乎完全使壁16免於接觸還原劑流R。同時，還原劑藉助於供給設備20被噴 入供給連接件14中並且因此而被噴入排氣管12中，其中引導構件26如此引導氣流G，使得 還原劑流R宛如被包圍一樣，並且由此而防止在供給設備20末端處形成的尿素細霧N能夠 沉積在壁16或者排氣管12的壁上。
圖2至4示出根據本發明的組件10的其它實施方式，其與圖1相比做了更改。以下相同的或者功能相同的部件將用相同的參考標號標示，並且僅僅討論與已述的組件10 的差別。在根據圖2的實施方式中，僅提供一個進口 24，該進口 24也設置在供給連接件14 的壁16中並且與車輛的壓縮空氣管或者與渦輪增壓器上遊或還原劑噴射的上遊的排氣管 流體連通。氣流G流過進口 24並且到達形成在壁16和引導構件26之間的空隙28。在示 出的實施方式中，引導構件26從用於供給設備20 (未示出)的安裝件18沿著供給連接件 14的壁16延伸並且裝襯在壁16上。正如供給連接件14 一樣，引導構件26具有圓錐形形 狀，但是，與供給連接件14接近於安裝件18的區域相比，引導構件26具有更小的朝向通至 排氣管12中的孔口的開口角度。在示出的實施方式中，引導構件26在供給連接件14的整 個長度上延伸，而在甚至部分地進入到排氣管12中的-這裡為到達設置在供給連接件14 下遊的靜態混合元件30的-更低的下遊區域，引導構件26充當有利於任何沉積物汽化的 受熱壁(除引導氣流G之外)。在供給連接件14的區域，排氣管12彎曲，其角度β同樣在20°至70°之間，這 裡為55°。由於排氣管的彎曲以及供給連接件14相對於排氣管12的傾斜設置，還原劑流 R大致垂直地流向混合元件30。供給連接件14當然也可以以沿直線延伸的方式設置在排 氣管12的一部分上(未示出)。圖3示出根據本發明的組件10的又一種實施方式，其中引導構件26 (如在圖1示 出的實施方式中)為相對比較短的構型並且(至少在更低的下遊區域中)僅部分地沿著供 給連接件14的壁16延伸。在通至排氣管12中的供給連接件14的孔口的、相對於廢氣流S 處在上遊的一側，引導構件26的彎曲部分32延伸至排氣管12中並且因此而限定進口 24， 該進口 24將一部分廢氣流S導引至供給連接件14中或者導引至引導構件26和壁16之間 的空隙28中。這裡，進口 24因此形成在通至排氣管12中的供給連接件14的孔口的區域 中。不需要單獨的用於氣流G的進口 24，因此，獲得非常簡單的設計。如同已示出的其它實 施方式，引導構件26具有封閉的周壁34。如在圖4中示出，引導構件26還可以具有多個位於其周壁34中的開口 36，以將氣 流G引導至供給連接件14的、相對於引導構件26處在內部的區域中。還可以設想，使用多 孔材料來製造引導構件26。根據圖6至8示出的實施方式，設備如此構造，使得氣流G在供給連接件14中成渦 旋流動，這在一定程度上會加強還原劑R混合在已早先處在供給連接件14中的氣流G中。 供給連接件14中的氣流G的這種渦旋可以通過適當構造和設置的引導構件26和/或傾斜 的進口而獲得。在示出的實施方式中，通至空隙28中的進口 24為偏心定位(見圖7)，使得 在空隙28中先形成渦旋，所述渦旋然後經由引導構件26的起點和連接件14的起點之間的 環形開口 38而以此方式侵入到還原劑R中。如圖8所示，螺旋狀彎曲的、短的偏轉部件27 附連於引導構件26，該偏轉部件27位於引導構件26和供給連接件14之間，以環繞圓錐形 引導構件26而將氣體導向環形開口 38。偏轉部件27被視為是引導構件26的一部分。所 述氣體一方面與還原劑R混合，而另一方面同樣以渦旋的形式貼靠著管狀引導構件26的內 側。在本實施方式中，引導構件26與供給連接件14在一些位點處連接(未示出)。根據本發明的組件提供了一種製造簡單且因此而成本低的方案，以便當還原劑被引入到排氣系統的排氣管中時避免任何不期望的還原劑沉積。 此外，本領域的技術人員可以根據判斷以個別的和相互組合的形式應用上述的所有特徵以實現本發明的目的。
權利要求
一種組件，用於將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排氣系統的排氣管(12)中，所述組件包括供給連接件(14)，其開口至所述排氣管(12)中且包括壁(16)；用於還原劑的供給設備(20)，其開口至所述供給連接件(14)中；以及用於產生氣流(G)的設備(22)，所述氣流(G)是還原劑流(R)的附加氣流，並且覆蓋所述供給連接件(14)的壁(16)的裡層。
2.根據權利要求1所述的組件，其特徵在於，所述附加氣流(G)為新鮮空氣，尤其是壓 縮空氣。
3.根據權利要求1或2所述的組件，其特徵在於，所述附加氣流(G)為廢氣。
4.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述設備(22)包括用於所述 氣流(G)的進口(24)。
5.根據權利要求4所述的組件，其特徵在於，所述進口(24)設置在所述供給連接件 (14)的壁(16)中。
6.根據權利要求4或5所述的組件，其特徵在於，所述進口(24)形成在所述供給連接 件(14)的、通至所述排氣管(12)中的孔口的區域中。
7.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述設備(22)構造成使得所述氣流(G)在所述供給連接件(14)中形成為渦旋流動。
8.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述設備(22)包括設置在所 述供給連接件(14)中的引導構件(26)。
9.根據權利要求8所述的組件，其特徵在於，所述引導構件(26)從所述供給設備(20) 至少部分地沿著所述供給連接件(14)的壁(16)延伸。
10.根據權利要求8或9所述的組件，其特徵在於，所述引導構件(26)裝襯在所述供給 連接件(14)的壁(16)上，在所述壁(16)和所述引導構件(26)之間的至少一些部分中形 成空隙(28)。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的組件，其特徵在於，所述引導構件(26)至少 部分地伸入所述排氣管(12)中。
12.根據權利要求11所述的組件，其特徵在於，在所述孔口的、相對於廢氣流(S)處在 上遊的一側，所述引導構件(26)的部分(32)延伸至所述排氣管(12)中。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的組件，其特徵在於，所述引導構件(26)包括 連續環繞的周壁(34)。
14.根據權利要求8至13中任一項所述的組件，其特徵在於，所述引導構件(26)包括 一個或多個位於其周壁(34)中的開口(36)。
15.根據權利要求8至14中任一項以及根據權利要求7所述的組件，其特徵在於，所述 引導構件(26)被設置成偏轉所述氣流(G)以在所述供給連接件(14)中形成渦旋流動。
16.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述供給連接件(14)以相 對於所述排氣管(12)成20°至70°的角度(α)設置。
17.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，在所述供給連接件(14)的 下遊，靜態混合元件(30)被設置在所述排氣管(12)中。
18.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述排氣管(12)在所述供給連接件(14)的區域中成約為20°至70°的彎曲度。
19.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述還原劑為尿素水溶液。
20.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，所述供給設備(20)為噴射 閥，尤其是低壓燃料噴射閥。
21.根據前述權利要求的任一項所述的組件，其特徵在於，產生作為所述還原劑流(R) 的附加氣流的氣流(G)，所述氣流(G)至少很大程度地不含還原劑並且覆蓋開口至所述排 氣管(12)中的供給連接件(14)的壁(16)的裡層，並且，藉助於設置在所述供給連接件 (14)上的供給設備(20)來噴射所述還原劑。
22.根據權利要求21所述的組件，其特徵在於，所述氣流(G)以渦旋的形式被提供在所 述供給連接件(14)中。
23.—種將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排氣系統的排氣管(12)中 的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟
24.產生氣流(G)，所述氣流(G)是還原劑流(R)的附加氣流，並且至少很大程度地不 含還原劑且覆蓋開口至所述排氣管(12)中的供給連接件(14)的壁(16)的裡層；以及藉助於設置在所述供給連接件(14)上的供給設備(20)來噴射所述還原劑。
全文摘要
本發明涉及一種用於將還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排氣系統的排氣管(12)中的組件(10)，包括開口至排氣管(12)中且具有壁(16)的供給連接件(14)；開口至供給連接件(14)中的用於還原劑的供給設備(20)；和用於產生氣流(G)的設備(22)，所述氣流(G)是還原劑流(R)的附加氣流，並且覆蓋所述供給連接件(14)的壁(16)的裡層。本發明還涉及一種將用於還原劑引入到尤其是機動車輛的內燃發動機的排氣系統的排氣管(12)中的方法。
文檔編號F01N3/20GK101815851SQ200880100299
公開日2010年8月25日 申請日期2008年6月25日 優先權日2007年7月24日
發明者克勞斯·魯施, 埃裡希·福斯特, 羅爾夫·凱澤爾 申請人:排放控制技術德國(奧格斯堡)有限公司