專利名稱：排氣處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣處理裝置，其具有用于還原劑的添加裝置。這種具有添加裝置的排氣處理裝置近來越來越多地用于清潔機動車中(移動的)內(nèi)燃機的排氣。
背景技術(shù)：
通過在排氣處理裝置中將還原劑添加至內(nèi)燃機的排氣中通?？梢蕴貏e徹底且有效地清潔排氣。使用這種添加還原劑的方法例如是選擇催化還原(SCR=Selectivecatalytic reduction),其中減少了排氣中的氮氧化合物。選擇催化還原的方法尤其適合用在稀燃內(nèi)燃機中，在該內(nèi)燃機中在燃燒時相對于化學計算的燃料-空氣混合物來說存在空氣過剩。這種內(nèi)燃機的排氣具有特別高份額的氮氧化合物。在選擇催化還原的方法的框·架內(nèi)，例如可以借助于作為還原劑的氨來減小排氣中的氮氧化物份額。在溫度足夠時，氮氧化合物和氨一起被還原為無害的成分，例如水和氮氣。為了為排氣系統(tǒng)提供氨，氨通常不直接儲存在機動車中，而是以前體的形式儲存在容器/箱中。這被稱為還原劑前體或還原劑前體溶液。可從中獲得氨的這種還原劑前體溶液例如是尿素水溶液。在機動車領(lǐng)域中使用例如32. 5%的尿素水溶液，可買到商標名稱為AdBlue的這種尿素水溶液。例如可以在排氣系統(tǒng)中在排氣流內(nèi)部或在排氣外部的反應(yīng)器中通過加熱和/或借助于催化劑進行這種還原劑前體至還原劑的轉(zhuǎn)化。為了將還原劑添加至排氣系統(tǒng)，還原劑也以液態(tài)形式噴射至排氣處理裝置中。還原劑由于排氣余熱而蒸發(fā)并同時被轉(zhuǎn)化。為了高效且可靠地實現(xiàn)這一點，要求還原劑在排氣流中以盡可能細小的液滴存在或者盡可能精細地分布。然而問題通常在于，大的還原劑滴不能足夠快地蒸發(fā)。此外應(yīng)該確保噴射的還原劑不觸及排氣處理裝置的冷的表面。另一個經(jīng)常出現(xiàn)的問題是，還原劑在這種冷的表面上冷凝并在某些情況下形成不期望的沉積物。在已知的現(xiàn)有技術(shù)例如W02009/127449A1中公開了布置在排氣管路中的捕集介質(zhì)，所噴射的還原劑停留在該捕集介質(zhì)上且完全蒸發(fā)。該捕集介質(zhì)與排氣管路的冷的外壁熱絕緣。在此僅能以巨大的技術(shù)花費安裝捕集介質(zhì)，且捕集介質(zhì)需要承受不可忽略的振動。

發(fā)明內(nèi)容
由該現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有用于還原劑的添加裝置的改進的排氣處理裝置。應(yīng)至少部分地克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。該目的通過具有權(quán)利要求I所述的特征的排氣處理裝置來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中給出了排氣處理裝置的其它有利的設(shè)計方案。在權(quán)利要求中單個描述的特征能以任意技術(shù)上有意義的方式彼此組合并能通過說明書中闡述的事實補充，其中描述了本發(fā)明的其它實施方式變型。本發(fā)明涉及一種排氣處理裝置，其具有排氣處理部件，排氣可沿流動方向從流入側(cè)至流出側(cè)流經(jīng)所述排氣處理部件，其中沿流動方向在流出側(cè)下游/后方設(shè)置有用于使還原劑進入排氣處理裝置的添加裝置，其中所述添加裝置具有添加方向，所述添加方向至少部分地反向于流動方向延伸，其中排氣處理部件的流出側(cè)至少部分地被多孔層覆蓋且在添加裝置和排氣處理部件之間存在距離，該距離被選擇成使得所噴射的還原劑到達該多孔層。例如，排氣處理部件可以是氧化催化器或顆粒過濾器?？梢杂山饘俚妮d體結(jié)構(gòu)制成該排氣處理部件，該載體結(jié)構(gòu)可以由至少一個至少部分結(jié)構(gòu)化/具有紋理的層一尤其是波紋的和光滑的金屬層一卷繞、纏繞或?qū)盈B而成。排氣處理部件也可以是陶瓷的、尤其是擠壓出的載體。排氣處理部件優(yōu)選具有多個從流入側(cè)延伸至流出側(cè)的通道，所述通道通過通道壁彼此隔開。通道壁可以逐段地具有中斷部，從而可以在排氣處理部件內(nèi)部實現(xiàn)流經(jīng)不同的通道的排氣的混合。排氣處理部件優(yōu)選設(shè)計為一個整體和/或為蜂窩體。流經(jīng)排氣處理裝置的流動方向從內(nèi)燃機出發(fā)經(jīng)過具有根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置的完整的排氣處理系統(tǒng)延伸至排氣系統(tǒng)的出口?！だ?，添加裝置可以是用于噴射還原劑的噴射器。這種噴射器將處于壓力下的、優(yōu)選液態(tài)的還原劑噴射至排氣處理裝置中。添加方向(換句話說添加還原劑的射束方向)被設(shè)計成保證了在排氣處理裝置中還原劑盡可能精細的分布。由添加裝置產(chǎn)生的單個的還原劑滴盡可能得小。由添加裝置產(chǎn)生的還原劑滴優(yōu)選具有小于200 u m、優(yōu)選小于100 u m的平均直徑。為了即使在排氣流較大時也恰好保證還原劑向多孔層的有針對性的添加，還優(yōu)選將平均直徑選擇為不小于50 u m。排氣處理部件的流出側(cè)至少部分地被多孔層覆蓋。這尤其表明，多孔層至少部分地覆蓋了流出側(cè)。因此，由排氣處理部件流出的排氣必須至少部分地經(jīng)過多孔層，以便沿流動方向繼續(xù)流入排氣處理裝置中。在根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選的實施方案變型中，流出側(cè)完全被多孔層覆蓋或遮蓋。于是流經(jīng)排氣處理部件的排氣必須也完全經(jīng)過多孔層。適當時，多孔層也可以設(shè)計為層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即包括多個層，尤其彼此連接的多個層。在此，這些層例如在其多孔性和/或形狀剛性方面可以是不同的。即使優(yōu)選所有層(完全)彼此覆蓋，也可以如此形成層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即層復(fù)合結(jié)構(gòu)的至少一個部段相對于另一個部段具有多個層。排氣處理部件與添加裝置之間的距離被選擇成使得在排氣處理裝置工作時添加的還原劑到達多孔層。噴射的還原劑優(yōu)選全部到達多孔層。因此，距離取決于排氣流速度和噴射的還原劑的速度或者排氣的和噴射的還原劑的特性。因此當排氣流速度小時距離可以增大且反之亦然，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)簡單的嘗試和用于機動車的常見的排氣試驗可以容易地采取這種設(shè)計方案。噴射的還原劑的、對可克服的距離來說重要的特性是供給的還原劑滴的大小。小的液滴由于排氣流中的摩擦可快速地減速并僅可以反向于排氣的流動方向移動短的路程或距離。較大的液滴由于其慣性而更緩慢地減速，并因此可以反向于排氣的流動方向移動較長的路程或距離。該距離優(yōu)選小于50mm，尤其小于30mm，且尤其優(yōu)選小于20mm。因此尤其可以實現(xiàn)，還原劑被添加在從排氣處理部件排出之后的排氣的層狀流動截面/流態(tài)中。通過根據(jù)本發(fā)明的裝置實現(xiàn)了，在排氣處理裝置的適合針對性的添加的區(qū)域中儲存用于與排氣接觸的還原劑。此外，例如借助于適合于流經(jīng)的排氣的空間分布的、還原劑的合適的量(排氣質(zhì)量流和/或排氣溫度等)實現(xiàn)還原劑至排氣流的具體的施加。因此，通過將離開排氣處理部件的(局部的)部分排氣流具體地分配給多孔層可以實現(xiàn)一種可能性，即更經(jīng)濟地添加少量的還原劑，因為還原劑被有效且有針對性地使用。在根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置的另一個有利的設(shè)計方案中，多孔層至少部分地平行于流出側(cè)布置。多孔層相對于流出側(cè)的(尤其完全地)平行的布置實現(xiàn)了多孔層在流出側(cè)上、尤其在流出側(cè)下游的層狀的流動區(qū)域中特別節(jié)省空間且簡單的定位。同時這種布置實現(xiàn)了從排氣處理部件到多孔層的快速的熱傳遞。通常(催化活性的)排氣處理部件表現(xiàn)為溫度源，其可以(直接和/或通過排氣流)加熱多孔層。由此實現(xiàn)了特別有效地熱轉(zhuǎn)化撞擊到多孔層上的還原劑。當多孔層包括金屬織物或金屬無紡布時，根據(jù)本發(fā)明的裝置是特別有利的。這種無紡布可以具有精確限定的熱特性和具有限定的穿流阻力。穿流阻力和熱特性可以通過選擇無紡布或織物的單個金屬長絲的材料、通過選擇長絲的厚度和/或通過無紡布或織物的 密度和厚度來確定。適當時，織物也可以(僅)滿足支承功能而無紡布首先暫時儲存還原劑?？椢?具有金屬長絲的規(guī)則結(jié)構(gòu))和無紡布(具有金屬長絲的混合或隨機的結(jié)構(gòu))也可以用于一起形成多孔層的復(fù)雜的形狀。在根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置的優(yōu)選的設(shè)計方案中，可以電加熱金屬無紡布。用于無紡布或用于織物的材料尤其是導電的，因此可以通過合適的接觸以電流加熱無紡布或織物。接觸可以設(shè)計為單獨的或也可以通過排氣處理部件進行。此外，當多孔層至少部分由鈦絲制成時，根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置是有利的。當存在氧化介質(zhì)時，在鈦絲上形成鈦氧化物層。內(nèi)燃機的排氣是這種氧化介質(zhì)。鈦氧化物層有助于還原劑前體溶液向還原劑或氨的轉(zhuǎn)化。可以在行進到多孔層中之前已經(jīng)在鈦絲上形成鈦氧化物層。此外，當多孔層借助于支承結(jié)構(gòu)支承在排氣處理部件上時，根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置是有利的。更尤其優(yōu)選的是，多孔層僅與排氣處理部件接觸。通過這種支承結(jié)構(gòu)可以設(shè)定排氣處理部件的流出側(cè)和多孔層之間的限定的距離。例如，支承結(jié)構(gòu)的形式可以是支承銷，該支承銷部分地延伸至排氣處理部件的通道中。此外，可以在排氣處理部件的圓周上設(shè)置支承環(huán)，該支承環(huán)形成了用于至少一個多孔層的夾持架。這種支承結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有限定的導熱性(例如由于金屬材料)，可以將熱能從排氣處理部件傳輸至多孔層中。因此，多孔層可以特別價廉地定位在排氣處理裝置中央且同時可以避免至排氣管的外壁的熱橋。通過將多孔層連接至排氣處理部件上，防止或至少強烈阻礙了熱流從多孔層至排氣處理裝置的(較冷的)外壁或外管。多孔層優(yōu)選與排氣處理裝置的外壁不直接接觸。此外，多孔層優(yōu)選僅連接在排氣處理部件的流出側(cè)上。此外，當多孔金屬層具有與平面不同的且與用于還原劑的添加裝置的噴射圖案/圖像匹配的形狀時，根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置是有利的。添加裝置的噴射圖案尤其通過液滴分布、添加方向、由添加裝置出來的還原劑的流動速度和/或流動方向確定。多孔層的形狀主要是指由多孔層形成的區(qū)域的形狀。因此，該形狀尤其也可以是(部分地，例如凸形地和/或凹形的)彎曲的。為了使形狀與噴射圖案匹配，例如形狀可以彎曲成使得由添加裝置出來的還原劑與從添加裝置出來的排出方向無關(guān)地經(jīng)過基本上相同的至多孔層的路程。
例如，可以如此選擇形狀，使得從添加裝置至多孔層的路程對任意添加方向來說在添加裝置的噴射錐體的區(qū)域中的區(qū)別為最大40%，優(yōu)選最大20%，且尤其優(yōu)選最大10%。當匹配形狀與噴射圖案時，也可以考慮由于排氣流動而產(chǎn)生的輸入的還原劑的偏轉(zhuǎn)。例如可以如此選擇形狀，使得當排氣速度在5m/s和20m/s之間變化時，至少60%、優(yōu)選至少80%、且尤其優(yōu)選至少90%的還原劑達到多孔層。為此，多孔層的形狀優(yōu)選沿朝向添加裝置的方向彎曲。此外優(yōu)選的是，多孔層的形狀形成至少一個朝向排氣處理部件的凹部。換句話說，這尤其表示，所述形狀形成至少一個凹部，從而多孔層的一部分形成一種頸部段/凸緣部 段或圍繞還原劑的撞擊區(qū)域的突起部。頸部段或突起部可以形成多孔層上的彎曲的走向，簡單地說，例如馬掌類型的、液滴類型的、圓形類型等的走向。通常有意義的是，多個凹部與多個添加裝置匹配，從而在提供一個添加裝置時也精確設(shè)置了一個凹部。此外有利的是，添加裝置如此布置，使得添加裝置位于沿流動方向從流出側(cè)出發(fā)延伸的虛擬的圓柱體外部。因此，添加裝置從通過排氣處理裝置的排氣的主流動方向沿側(cè)向偏移且因而不干擾通過排氣處理裝置的排氣流。此外，通過流出側(cè)上的多孔層還實現(xiàn)了合適的目標區(qū)域，尤其在像上述那樣多孔層的形狀與添加裝置的噴射圖案匹配時，在添加至排氣處理裝置中時還原劑撞擊到該目標區(qū)域上。當然還可行的是，多孔層具有用于還原劑轉(zhuǎn)化的涂層，例如對尿素作為還原劑的情況來說是水解涂層。此外，本發(fā)明還涉及一種具有內(nèi)燃機和根據(jù)本發(fā)明的、用于清潔內(nèi)燃機的排氣的排氣處理裝置的機動車。本發(fā)明還涉及一種排氣處理部件，其在流出側(cè)上具有至少一個多孔層。在此，尤其指的是一種排氣處理部件，排氣可沿流動方向從流入側(cè)至流出側(cè)流經(jīng)排氣處理部件，其中排氣處理部件的流出側(cè)至少部分地被多孔層覆蓋。關(guān)于多孔層的設(shè)計和/或多孔層在排氣處理部件上的固定，全面參閱前述說明和優(yōu)選設(shè)計方案。這尤其涉及于多孔層的形狀和/或多孔層的結(jié)構(gòu)相關(guān)的特征，該形狀適合于用于還原劑的添加裝置的噴射圖案。此外，本發(fā)明尤其還涉及這種排氣處理部件作為用于液態(tài)還原劑、尤其是尿素的捕集元件在尤其是機動車的排氣處理裝置中的應(yīng)用。


下面參照附圖進一步描述本發(fā)明以及技術(shù)領(lǐng)域，其中附圖示出特別優(yōu)選的實施例，然而本發(fā)明并不局限于這些實施例。尤其應(yīng)該指出，附圖和尤其是示出的大小關(guān)系僅為示意性的。附圖示出圖I示出根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置，圖2示出具有根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置的機動車，以及圖3示出用于根據(jù)本發(fā)明的排氣處理部件的多孔層的特殊設(shè)計方案。
具體實施例方式圖I示出根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置I。根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置I具有排氣處理部件2，排氣可沿流動方向3從流入側(cè)4至流出側(cè)5流經(jīng)排氣處理部件。沿流動方向3在流出側(cè)5下游設(shè)置了距流出側(cè)5 —距離9的添加裝置6。在流出側(cè)5上設(shè)置了多孔層8。添加裝置6以添加方向7將還原劑10輸入排氣處理裝置I，該添加方向7至少部分地反向于流動方向3延伸。添加裝置6本身可以布置為朝著流動方向3傾斜，然而例如也可以將添加裝置6垂直于引導排氣的管路布置且添加裝置6具有內(nèi)置的流動偏轉(zhuǎn)裝置，該流動偏轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)了傾斜的添加方向7 (例如以相對于添加裝置的延伸軸成至少10°或甚至至少15°的角度)。多孔層8用支承結(jié) 構(gòu)13支承在排氣處理部件2的流出側(cè)5上。多孔層8具有形狀14，該形狀與添加裝置6的噴射圖案15匹配。添加裝置6設(shè)計成部分地從排氣處理裝置I的、排氣流主要流經(jīng)的區(qū)域中伸出。添加裝置6尤其布置在虛擬的圓柱體16外部，該圓柱體從排氣處理部件2的流出側(cè)5出發(fā)沿流動方向3延伸。由此可以避免源自添加裝置6的額外的流動阻力。形狀14如此與添加裝置6的噴射圖案15匹配，使得從添加裝置6至多孔層8上的任意位置的路程18基本上不變。多孔層8優(yōu)選以相對于添加裝置6基本恒定的距離與從添加裝置6開始延伸的錐體相交。由添加裝置輸入的還原劑10優(yōu)選未到達排氣處理裝置I (或排氣管)的外管17(或外壁)上，因此在外管17上不出現(xiàn)還原劑10的冷凝。在工作期間外管17由于外部溫度而相對較冷。圖2示出具有內(nèi)燃機12和根據(jù)本發(fā)明的排氣處理裝置I的機動車11，該排氣處理裝置I設(shè)置成用于清潔內(nèi)燃機12的排氣。圖3示出用于根據(jù)本發(fā)明的排氣處理部件的多孔層8的特殊設(shè)計方案。在此以三個不同視角示出多孔層8，這些視角分別對應(yīng)于視角之間示出的箭頭折疊。多孔層8具有環(huán)繞的突起部19，該突起部圍繞凹部20且在一位置上具有開口部21。優(yōu)選如此布置開口部21，使得其布置為緊挨用于還原劑的添加裝置6。因而，多孔層8的形狀14與添加裝置6的噴射圖案15匹配。突起部19基本上包圍添加裝置6的噴射圖案15或還原劑在多孔層8上的撞擊區(qū)域。附圖標記列表I 排氣處理裝置2 排氣處理部件3 流動方向4 流入側(cè)5 流出側(cè)6 添加裝置7 添加方向8 多孔層9 距離10 還原劑11 機動車12 內(nèi)燃機13 支承結(jié)構(gòu)14 形狀
15噴射圖案16虛擬的圓柱體17外管18路程19突起部 20凹部21開口部
權(quán)利要求
1.一種排氣處理裝置(I )，所述排氣處理裝置具有排氣處理部件(2)，排氣能夠沿流動方向(3 )從流入側(cè)(4 )至流出側(cè)(5 )流經(jīng)所述排氣處理部件，其中沿所述流動方向(3 )在所述流出側(cè)(5 )的下游設(shè)置有用于使還原劑進入所述排氣處理裝置(I)的添加裝置(6 )，其中所述添加裝置(6)具有添加方向(7),所述添加方向至少部分地反向于所述流動方向(3)延伸，其特征在于，所述排氣處理部件(2)的所述流出側(cè)(5)至少部分地被多孔層(8)覆蓋且在所述添加裝置(6)和所述排氣處理部件(2)之間存在距離(9)，所述距離(9)被選擇成使得所噴射的還原劑(10)到達所述多孔層(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)布置成至少部分地平行于所述流出側(cè)(5)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)具有金屬織物或金屬無紡布。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)借助于支承結(jié)構(gòu)(13)支承在所述排氣處理部件(2)上。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)具有與平面不同的形狀(14)，所述形狀與用于還原劑的所述添加裝置(6)的噴射圖案(15)匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)的所述形狀(14)形成朝向所述排氣處理部件(2)的至少一個凹部(20)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的排氣處理裝置(1)，其中，所述多孔層(8)至少部分地由鈦絲制成。
8.—種機動車(11),所述機動車具有內(nèi)燃機(12)和根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的排氣處理裝置(I )，所述排氣處理裝置用于清潔所述內(nèi)燃機(12)的排氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排氣處理裝置(1)，所述排氣處理裝置具有排氣處理部件(2)，排氣可沿流動方向(3)從流入側(cè)(4)至流出側(cè)(5)流經(jīng)所述排氣處理部件，其中沿流動方向(3)在流出側(cè)(5)下游設(shè)置有用于使還原劑進入排氣處理裝置(1)的添加裝置(6)。所述添加裝置(6)具有添加方向(7)，所述添加方向至少部分地反向于流動方向(3)延伸。排氣處理部件(2)的流出側(cè)(5)至少部分地被多孔層(8)覆蓋且在添加裝置(6)和排氣處理部件(2)之間存在距離(9)，該距離(9)被選擇成使得所噴射的還原劑(10)到達多孔層(8)。
文檔編號F01N3/20GK102971501SQ201180033094
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者C·克魯澤, T·內(nèi)格爾, J·斯普魯特 申請人:排放技術(shù)有限公司, 大眾股份公司