排气/反应剂混合布置结构的制作方法

1.本发明涉及一种用于例如在车辆中的内燃机的排气设备的排气/反应剂混合布置结构，利用其，从内燃机喷出的排气可以有效率地与喷入到排气中的反应剂、例如尿素/水溶液混匀。


背景技术：

2.为了减少在从柴油内燃机喷出的排气中的氮氧化物份额，已知在scr催化器布置结构中实施选择性的催化还原。为此在scr催化器布置结构上游，将反应剂、例如尿素/水溶液喷入到排气中。在引入scr催化器布置结构中之前，必须进行排气和反应剂的有效率的混匀。在此存在如下问题，即，例如由于通常以液体形式喷入的反应剂在引导排气流的壳体的内表面上的冷凝，液体的反应剂可以聚集并且形成沉积物。排气和反应剂的不足够的混匀可以进一步导致，液体的反应剂的一部分到达scr催化器布置结构中并且因此不可用于有效率地实施催化反应。反应剂和排气的不足够的混匀的危险特别是在如下情况中给出，即，为了排气设备的紧凑构造，反应剂例如基本上正交于排气流喷入的位置和scr催化器布置结构之间的距离沿流动方向相对小。


技术实现要素：

3.本发明的任务是，设置一种排气/反应剂混合布置结构，其在紧凑构造的情况下确保排气和反应剂的有效率的混匀。
4.按照本发明，该任务通过按照权利要求1所述的用于混匀排气和反应剂的用于内燃机的排气设备的排气/反应剂混合布置结构解决。该排气/反应剂混合布置结构具有：
[0005]-沿壳体纵轴线的方向延伸的包括壳体壁的排气导向壳体，在所述排气导向壳体中形成由壳体壁包围的并且可由排气穿流的排气通道，
[0006]-在上游端壁和关于上游端壁设置在下游的下游端壁之间形成的混合区，所述混合区具有第一室和第二室，
[0007]-在排气导向壳体上支承的反应剂输出布置结构，用于沿基本上沿反应剂输出线取向的反应剂主输出方向将反应剂输出到第一室中，
[0008]
其中，在上游端壁中设置至少一个第一流入开口，通过所述至少一个第一流入开口，排气通道的关于上游端壁处于上游的区域朝第一室敞开，
[0009]
在上游端壁中设置至少一个第二流入开口，通过所述至少一个第二流入开口，排气通道的关于上游端壁处于上游的区域朝第二室敞开，
[0010]
在下游端壁中设置至少一个第一流出开口，通过所述至少一个第一流出开口，第一室朝排气通道的关于下游端壁处于下游的区域敞开，
[0011]
在下游端壁中设置至少一个第二流出开口，通过所述至少一个第二流出开口，第二室朝排气通道的关于下游端壁处于下游的区域敞开。
[0012]
通过将在两个端壁之间限界的混合区分成两个室并且将反应剂喷入这两个室之
一中，一方面提供辅助混匀的流动条件。另一方面可以通过两个室关于彼此的几何布置结构保证：反应剂喷入到其中的室、亦即第一室通过第二室向外或关于壳体壁在大范围内被屏蔽。反应剂在包围限界第一室的壁上冷凝的危险可以由此减小。
[0013]
为了将混合区的两个室在功能上彼此分开，提出在第一室和第二室之间基本上不存在流动连接。要指出的是，两个室不是必须一定完全气密地彼此分开。气体泄漏例如在各室彼此分开或限界的各壁彼此连接的位置不影响按照本发明的排气/反应剂混合布置结构的功能性。
[0014]
当在上游端壁中设置至少两个第一流入开口并且沿周向在反应剂输出线两侧分别设置至少一个第一流入开口时，则保证：在第一流入开口之间形成的腹片在第一端壁中将喷入到第一室中的反应剂流屏蔽以防排气直接流入，从而反应剂流可以限定地引入第一室中。
[0015]
为了排气和反应剂在排气/反应剂混合布置结构的横截面上的均匀混匀，提出：沿周向在反应剂输出线两侧设置的第一流入开口相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置。
[0016]
为了排气和反应剂的混合物到排气通道中的均匀输出，可以在下游端壁中设置至少两个第一流出开口，沿周向在反应剂输出线两侧分别设置至少一个第一流出开口。
[0017]
也在这里有利的是，沿周向在反应剂输出线两侧设置的第一流出开口相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置。
[0018]
为了阻止排气通过混合区沿壳体纵轴线的方向的直接穿过，可以设定：沿周向在反应剂输出线的至少一侧、优选每侧上，第一流入开口比第一流出开口更靠近反应剂输出线地设置，或/和沿周向在反应剂输出线的至少一侧、优选每侧上，在第一流入开口和第一流出开口之间分别设置在上游端壁和下游端壁之间延伸的、优选连接到壳体壁上的导壁。
[0019]
为了排气和反应剂在第一室中有效率地混合，可以在沿周向在反应剂输出线的两侧设置的导壁之间形成第一室的沿反应剂主输出方向变细的第一室区域，第一室区域在过渡开口上朝第一室的第二室区域敞开，第二室区域从过渡开口出发在第一室区域和第二室区域之间在反应剂输出线两侧引导至第一流出开口。
[0020]
当第一室区域或/和第二室区域相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置时，辅助在混合区的横截面上的均匀混合特性。
[0021]
为了将混合区的两个室彼此分开，可以设置将第一室与第二室分开的、在上游端壁和下游端壁之间延伸的分离壁。为了在此将第一室通过第二室向外热屏蔽，特别有利的是，分离壁将第一室向径向外部相对于第二室限界。
[0022]
例如分离壁可以在导壁之间基本上沿周向沿壳体壁延伸，从而两个导壁也辅助混合区的两个室彼此分开或沿周向限界第二室。在此分离壁也可以相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置。
[0023]
为了从第二室输出排气，可以在下游端壁中在第二室的每个邻接导壁之一的室端部区域中分别设置一个组，所述组优选包括多个基本上沿周向相继的第二流出开口。
[0024]
当在第二室的两个室端部区域中设置的第二流出开口的组相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置时，也在这里辅助在横截面上的均匀混合特性。
[0025]
为了辅助在第一室中的反应剂的蒸发，可以将第二流入开口设置在分离壁和壳体壁之间，并且分离壁可以在至第一室的第二流入开口的区域中成形为凹入的。
[0026]
也在这里有利的是，第二流入开口相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地设置，或/和上游端壁或/和下游端壁相对于包含反应剂输出线和壳体纵轴线的平面基本上镜像对称地构成。
[0027]
反应剂输出线可以相对于壳体纵轴线基本上正交地延伸，例如在管状地设计排气导向壳体时，壳体纵轴线可以具有直线延伸的线。
[0028]
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/反应剂混合布置结构并且在排气/反应剂混合布置结构下游具有scr催化器布置结构。
附图说明
[0029]
接着参考附图详细说明本发明。在附图中：
[0030]
图1示出包括排气/反应剂混合布置结构的排气设备的原理纵剖面视图；
[0031]
图2示出图1的排气设备的沿图1中的线ii-ii剖切的横截面视图；
[0032]
图3示出图1的排气设备的沿图1中的线iii-iii剖切的横截面视图。
具体实施方式
[0033]
在图1中示出例如在车辆中的内燃机的大体以10表示的排气设备的一个区段。该排气设备10具有作为中心组成部分的排气/反应剂混合布置结构12，其在排气设备10中可以例如设置在颗粒过滤器布置结构14下游和scr催化器布置结构16上游。
[0034]
排气/反应剂混合布置结构12具有例如管状的、沿壳体纵轴线g的方向纵长延伸的排气导向壳体18，所述排气导向壳体具有基本上柱形的并且例如以圆形横截面构成的壳体壁20。在该排气导向壳体18中，可以关于排气/反应剂混合布置结构12在上游支承颗粒过滤器布置结构14。例如颗粒过滤器布置结构14可以具有单片构造的颗粒过滤器块22，所述颗粒过滤器块由纤维垫24或类似物缠绕地支承在排气导向壳体18中。在排气/反应剂混合布置结构12下游设置的scr催化器布置结构16也可以支承在排气导向壳体18中并且可以具有例如单片构造的催化器块26，所述催化器块可以通过包围其的纤维垫28或类似物支承在排气导向壳体18中。
[0035]
要指出的是，排气设备10或排气导向壳体18可以分成多个沿排气主流动方向a相继的并且例如相互连接的部段，例如其中一个部段可以包含颗粒过滤器布置结构14，一个部段可以包含或提供下文详细说明的排气/反应剂混合布置结构12，并且一个部段可以包含scr催化器布置结构16。
[0036]
在排气导向壳体18中形成可由排气基本上沿排气主流动方向穿流的排气通道30，所述通道30具有关于排气/反应剂混合布置结构12处于上游的通道区域32和关于排气/反应剂混合布置结构12处于下游的通道区域34。
[0037]
图2示出沿排气主流动方向a观察对混合区36朝上游方向、亦即相对于通道区域32限界的上游端壁38。同样地，图3示出沿排气主流动方向a观察的并且对混合区36朝下游方向、亦即相对于通道区域34限界的并且关于上游端壁38朝下游方向沿壳体纵轴线g错开设置的下游端壁40。
[0038]
沿壳体纵轴线g的方向在两个端壁38、40之间形成混合区36的两个室42、44。此外配设于混合区36地设置大体也称为注射器的反应剂输出布置结构46，所述反应剂输出布置结构例如借助接管48支承在排气导向壳体18的壳体壁20上并且构成用于将反应剂r例如以喷射锥体的形式沿反应剂主输出方向h输出到混合区36中。在此反应剂主输出方向h可以沿反应剂输出线l取向，所述反应剂输出线可以关于壳体纵轴线g正交地设置并且可以与该壳体纵轴线例如形成对应于图1的图平面的平面。反应剂主输出方向h可以例如对应于反应剂r的从反应剂输出布置结构46输出的喷射锥体的中心线。
[0039]
要指出的是，不同的先前所述的方向或线不是必须一定精确地彼此正交地设置或必须一定彼此对应。因此例如反应剂输出布置结构46可以支承在排气导向壳体18上，使得例如在图1的图平面中的反应剂主输出方向h关于示出的、相对于壳体纵轴线g基本上正交的定向例如逆着排气主流动方向a或以排气主流动方向a取向。离开图平面的取向原则上也是可能的。反应剂输出线l可以在此原则上看为一条线，所述线将在壳体壁20的区域中反应剂r喷入到混合区36中的位置与壳体纵轴线g连接。
[0040]
混合区36的两个室42、44在两个端壁38、40之间通过两个导壁50、52和分离壁54彼此分开。导壁50、52和分离壁54基本上沿壳体纵轴线g的方向在端壁38、40之间延伸并且可以钝地交接到端壁上或例如通过焊接或熔焊与端壁连接。
[0041]
两个导壁50、52在反应剂输出线l两侧延伸并且因此也在反应剂输出布置结构46两侧彼此关于通过反应剂输出线l和壳体纵轴线g形成的并且相对于图3的图平面正交的平面e基本上镜像对称地延伸，并且从壳体壁20出发为了形成第一室42的第一室区域56的漏斗状造型而彼此相向延伸并且在过渡开口58的区域中结束。在该过渡开口58的区域中，第一室区域56转入第一室32的第二室区域60中。同样如第一室区域56那样，第二室区域60也相对于平面e基本上镜像对称地设计并且沿周向在反应剂输出线l两侧远离反应剂输出线l沿分离壁54引导。
[0042]
分离壁54将第一室42、尤其是第一室42的第二室区域60与在大范围内沿周向在径向外部包围第一室42的第二室40分开。所述第二室从反应剂输出线l或平面e出发基本上相对于反应剂输出线或平面镜像对称地分别延伸至室端部区域62、64，在那里第二室44通过连接到壳体壁20上的分离壁50、52沿周向并且因此也相对于第一室42的第一室区域56限界。因此在大范围内，第一室42在径向外部由第二室44包围并且向外热屏蔽。
[0043]
在上游端壁38中，相对于壳体纵轴线g偏心地在靠近反应剂输出布置结构46的区域中在反应剂输出线l两侧或也在通过所述反应剂输出线形成的平面e两侧设置第一流入开口66、68。基本上沿排气主流动方向a流入的或也从颗粒过滤器布置结构14中排出的排气流从通道区域32中穿过第一流入开口66、68进入第一室42中、尤其是其第一室区域56中。两个第一流入开口66、68定位为，使得上游端壁38的在它们之间形成的腹片70覆盖反应剂r的从反应剂输出布置结构46输出的流或针对排气流进行屏蔽。排气因此在反应剂流或从反应剂输出布置结构46输出的喷射锥体两侧进入第一室区域56中并且已经在那里与反应剂r混合。排气和反应剂r然后进一步流动通过过渡开口58流动到第二通道区域60中。分离壁54的朝第一室区域52的方向凹入成形的拱顶区域72与所述过渡开口58相对置。通过该拱顶区域72，排气和反应剂r的流关于反应剂输出线l或平面e在两侧偏转到第二室区域60的在平面e两侧延伸的各区段中。
[0044]
在覆盖这些区段的区域中，下游端壁40在反应剂输出线l或平面e两侧分别具有一个第一流出开口74或76。通过这些第一流出开口74、76，在第一室42中形成的排气和反应剂r的混合物从混合区36中流动到混合区36下游或scr催化器布置结构16上游的排气通道30的通道区域34中。
[0045]
在上游端壁38中，此外相对于壳体纵轴线g偏心地并且例如关于壳体纵轴线g与两个第一流入开口66、68相对置地形成第二流入开口78。该第二流入开口基本上处于壳体壁20和分离壁54的拱顶区域72之间的区域中，从而在该拱顶区域72中，分离壁54局部地包围第二流入开口78地延伸。由此确保：通过在第二流入开口78的区域中进入第二室44中的排气，分离壁54尤其是在离开第一室区域56的排气和反应剂r的混合物射到分离壁54上的区域中被加热。由此辅助在排气中一起引导的反应剂r的微滴在射到拱顶区域72中的分离壁54上时的蒸发和因此辅助改善排气和反应剂r的混匀。
[0046]
第二室44从第二流入开口78出发沿两个周向沿着壳体壁20或分离壁54延伸到室端部区域62、64中并因此占据已经说明的、在大范围内径向向外屏蔽第一室42的配置结构。在室端部区域62、64的区域中，在下游端壁40中构成两个组80、82，所述组分别具有多个第二流出开口801、802、803、804或821、822、823、824。通过这些大致沿周向相继的第二流出开口801、802、803、804或821、822、823、824，通过第二流入开口78进入第二室40中的排气朝通道区域34的方向离开第二室40并且在那里与通过第一流出开口74、76同样地流动到通道区域34中的排气和反应剂r的混合物混合。
[0047]
利用混合区36在排气/反应剂混合布置结构12中的先前所述的构造，在轴向、亦即沿壳体纵轴线g或排气主流动方向a的方向紧凑的结构方式中实现排气和反应剂r的有效率的混匀，其中，通过混合区36的两个室42、44彼此的布置结构，反应剂r喷入到其中的区域通过在排气通道30中流动的排气的穿流第二室44的部分有效率地向外屏蔽。因此显著减小如下危险，即，反应剂r在分离壁54上或也在导壁50、52上特别是在环境温度相对低时冷凝并且形成沉积物。同时通过排气流在第一室42中在通过第一流入开口66、68进入第一室中时、在穿流过渡开口58时、在沿第二室区域60流动时并且在通过第一流出开口74、76排出时的偏转和在此产生的涡流，强迫排气与喷入到其中的反应剂r有效率地混匀。该混匀通过如下方式辅助，即，混合区36或两个端壁38、40和导壁50、52或还有分离壁54的构造相对于反应剂输出线l或也由所述反应剂输出线形成的平面e基本上镜像对称地构成。由此特别是在环境温度低时实现在冷起动中和在低负荷点时(在其中，尤其是在内燃机的燃烧运行开始时由该内燃机喷出的排气流也还具有相对低的温度)在scr催化器布置结构16中的改善的排气净化。
[0048]
最后要指出的是，本发明的原理当然也可以在不同的领域中在与先前关于图1至3示出的原理不同时使用。因此可以例如配设于第一室42地在反应剂输出线l两侧分别设置多于一个第一输入开口，其中也在该情况中优选选择关于反应剂输出线l对称的布置结构。对应地也适用于引导离开第一室42的第一流出开口74、76。同样地，在两组80、82中的第二流出开口的数量可以与示出的数量不同。例如一个或每个所述组也可能只具有唯一一个第二流出开口。代替唯一的相对于反应剂输出线l基本上镜像对称地设置的第二流入开口78，也可能设置多个例如相对于反应剂输出线l或相对于平面e镜像对称地设置的第二流入开口。
[0049]
进一步要指出的是，先前所述的设计原理特别是可以在如下情况以有利的方式使用，即，混合区36或排气导向壳体18具有在图中示出的圆形外周轮廓。然而原则上混合区36或排气导向壳体18也可能具有另外的、例如扁圆的横截面几何形状、例如椭圆的横截面几何形状，然后同样地可以设有相对于例如对应于椭圆轮廓的短半轴的反应剂输出线基本上对称的设计。例如通过使在反应剂输入线l两侧设置的、但彼此对应的开口具有彼此不同的形状或/和大小或具有相对于反应剂输出线l或相对于平面e不同的距离，也可以不同于精确对称的结构。
[0050]
不同的形成混合区36的壁、亦即两个端壁38、40和导壁50、52以及还有分离壁54可以在它们彼此交界的位置例如通过熔焊或焊接逐点地或沿整个接触区域相互固定连接。同样地，导壁50、52可以在其连接到壳体壁20上的位置逐点地或沿整个接触区域通过熔焊或焊接连接，从而两个室42、44在流体技术上基本上彼此分开。然而这两个室42、44的完全气密的分开不是强制必需的，虽然这对于避免反应剂r到达第二室44中可以是有利的。