廢氣系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的、在機(jī)動車中用于廢氣引導(dǎo)和廢氣后處理的廢氣系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]這里所提及類型的廢氣系統(tǒng)是已知的。所述廢氣系統(tǒng)一方面在廢氣管路中起到廢氣引導(dǎo)的作用，而另一方面其起到對廢氣進(jìn)行后處理的作用，尤其是起到減少顆粒和/或有害物質(zhì)濃度的作用。典型的情況是，將原始狀態(tài)下為液態(tài)的還原劑(如礦物油燃料或水溶尿素溶液)噴入到流經(jīng)廢氣系統(tǒng)的廢氣中，尤其用以還原的氮氧化物。為了實現(xiàn)有害物質(zhì)的有效還原以及盡可能完整的化學(xué)反應(yīng)，需要使還原劑蒸發(fā)并且盡可能均勻地在廢氣流中進(jìn)行分散。在使用水溶尿素溶液的情況下，必須通過水解和/或熱解將尿素轉(zhuǎn)化為氨，由此隨后可以實施氮氧化物的選擇性催化還原。
[0003]由歐洲專利申請EP 2 128 398 Al已知一種廢氣系統(tǒng)，該廢氣系統(tǒng)具有第一廢氣管路元件，該廢氣管路元件包括入口和出口，其中該第一廢氣管路元件構(gòu)成為顆粒過濾器的排出斗。該廢氣系統(tǒng)設(shè)置有第二廢氣管路元件，該廢氣管路元件包括具有縱軸和周面的溢流管。該溢流管突出到第一廢氣管路元件的出口中并且借助其突出到出口中的端部密封地緊貼在第一廢氣管路元件的壁上。在所述周面中，與所述封閉端部相鄰地設(shè)置有多個流入開口，這些流入開口構(gòu)成為矩形縫隙并且有規(guī)律地(沿周長方向看)分布在該周面上。那么，溢流管沿著其整個周長具有與所述第一封閉端部相鄰的流入開口。該溢流管的封閉端部和流入開口容納到第一廢氣管路元件中，從而使沿第一方向通過入口流入的廢氣可以通過流入開口流入到溢流管中。隨后，該溢流管中的廢氣(沿該溢流管的縱軸的方向看)通過出口從第一廢氣管路元件中流出。在第一廢氣管路元件上設(shè)置有噴射器單元，用以將還原劑引入到廢氣中。
[0004]在此方案中顯示出，溢流管的縱軸與所述第一方向平行地布置，廢氣沿該方向通過入口流入到第一廢氣管路元件中。因此，為了使其從入口到達(dá)溢流管中并且通過該溢流管到達(dá)出口，排氣必須基本上轉(zhuǎn)向180°。尤其是，廢氣必須首先基本上轉(zhuǎn)向90°，才能(從入口出發(fā))流入到流入開口中。隨后，在溢流管中實現(xiàn)另一次基本上90°的轉(zhuǎn)向。以此方式構(gòu)成了用于廢氣的相對更為交織盤繞的流動路徑，這樣的流動路徑會伴隨有壓力損失。在溢流管中構(gòu)成的廢氣旋流具有減小的旋流數(shù)(Drallzahl)，這是因為已經(jīng)由于從入口向流入開口的90°第一轉(zhuǎn)向而損失了動能，所述廢氣旋流起到使所噴入的還原劑與廢氣混合的作用。此外這顯示出了，所述噴射器單元這樣布置，即還原劑在流入開口下游噴入到溢流管中。出于此原因，布置在流入開口下游的、用于還原劑蒸發(fā)以及與廢氣進(jìn)行混的混合路段必須相對長地構(gòu)成，這對于第二廢氣管道元件的結(jié)構(gòu)長度是不利的并且因此也對整個廢氣系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所基于的任務(wù)尤其在于，創(chuàng)造一種廢氣系統(tǒng)，該廢氣系統(tǒng)在優(yōu)化地利用廢氣流動動能的前提下提供提高的旋流數(shù)并且具有相對緊湊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，該結(jié)構(gòu)形態(tài)具有盡可能短的混合路段。
[0006]所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述特征的廢氣系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0007]通過使溢流管的縱軸基本上垂直于廢氣通過入口流入到第一廢氣管路元件中的第一方向，所流入的廢氣在無需轉(zhuǎn)向(尤其是無需90° -轉(zhuǎn)向)的情況下從入口到達(dá)流入開口中。由此，進(jìn)一步避免了廢氣流動中的動能損失，從而可以在流入到溢流管的過程中提供具有高旋流數(shù)的廢氣旋流?？梢栽诹魅腴_口的上游向第一排氣管路元件中噴入由所述噴射器單元噴入的還原劑，由此實現(xiàn)了(沿流動方向看)較早的注入，從而使所述混合路段尤其在溢流管中優(yōu)化地得到充分利用。同時，還原劑尤其在其進(jìn)入到溢流管中之前就已經(jīng)至少部分地蒸發(fā)。在獲得具有高旋流數(shù)的高效旋流的同時，以所述方法還實現(xiàn)了還原劑的迅速蒸發(fā)以及與廢氣的迅速混合，由此還加快了尿素的水解速度和/或熱解速度。由此，所述混合路段甚至可以構(gòu)成得比已知的廢氣系統(tǒng)中更短，這對于第二廢氣管道元件的長度是有利的并且因此也對整個廢氣系統(tǒng)產(chǎn)生了有利影響。
[0008]優(yōu)選的是，流入開口緊鄰溢流管的封閉端部，S卩(沿縱向方向看)不現(xiàn)其間隔開或僅在非常小的范圍內(nèi)與其間隔開。當(dāng)然，流入開口與所述封閉端部也可以具有小的間距(相對于其縱向尺寸)。
[0009]溢流管突出到出口中，從而使流入開口完全布置在第一廢氣管路元件中。這里，溢流管盡可能短地構(gòu)成，這樣其也就不會過多地進(jìn)一步突出到第一廢氣管路元件中，因此它與流入開口的縱向尺寸相當(dāng)。由此還得出了，溢流管的封閉端部與流入開口的距離(沿縱向方向所測量的)設(shè)計得盡可能小，以便使溢流管的突出到第一廢氣管路元件中的長度不會不必要地擴(kuò)張并且避免廢氣流動的盲區(qū)。
[0010]溢流管優(yōu)選形鎖合地容納在出口中。因此，出口的邊緣在輪廓上嚴(yán)絲合縫地或形狀陰模式精確匹配地并且優(yōu)選密封地圍繞溢流管，從而在出口的邊緣與溢流管的周面之間不會有廢氣從第一廢氣管路元件中泄漏出來。尤其優(yōu)選的是，溢流管額外材料鎖合地與第一廢氣管路元件在出口的區(qū)域中連接，優(yōu)選為焊接。以此方式，獲得了尤其密封的連接。因此，通過入口流入到第一廢氣管路元件中的全部廢氣必須經(jīng)由流入開口并且通過溢流管從第一廢氣管路元件中流出，這是因為其中不會產(chǎn)生其它流動路徑。
[0011]優(yōu)選將水溶尿素溶液借助噴射器單元噴入到廢氣流中，其中在混合路段中尿素通過水解和/或熱解轉(zhuǎn)化為氨。與該混合路段相連接地設(shè)置有在此情況下優(yōu)選起到催化劑作用的元素，尤其是用于實施選擇性催化還原的催化劑，所述催化劑借助氨將氮氧化物轉(zhuǎn)換為單質(zhì)的氮和水。當(dāng)然，在所述廢氣系統(tǒng)的實施例中，還可以借助噴射器單元將其它的優(yōu)選為原始狀態(tài)下呈液態(tài)的還原劑(如礦物油燃料)噴入到廢氣流中。
[0012]具有如下特征的廢氣系統(tǒng)是優(yōu)選的，即溢流管至少在流入開口的區(qū)域中柱狀地構(gòu)成。該柱狀的幾何形狀優(yōu)選包括橢圓形的底面，從而使溢流管(從橫截面看)橢圓形地構(gòu)成。通過優(yōu)選布置在中心的流入開口，流入到橢圓形溢流管中的廢氣形成了雙渦旋，通過該雙渦旋可以使噴入到廢氣流中的還原劑獲得尤其有效的混合。優(yōu)選這樣來選擇溢流管的幾何形狀，即其形成兩個對流的廢氣流渦旋，所述廢氣流渦旋具有(從橫截面看)近似圓形的走向。在此情況下，所述渦旋是特別穩(wěn)定的。這樣，所述渦旋優(yōu)選在混合路段的整個長度上得到保持。
[0013]在另一實施例中，溢流管可以具有與兩個對接在一起的圓弧段相對應(yīng)的橫截面形狀。同樣在此情況下，如果流入開口布置在中心，則尤其在溢流管中形成穩(wěn)定的雙渦旋，該雙渦旋在整個混合路段的長度上得到保持。所述混合路段的長度優(yōu)選為至少200mm直至300mm或更多。
[0014]又在另一實施例中，溢流管柱狀地構(gòu)成有圓形的底面。在此情況下，流入開口優(yōu)選偏心地布置并且尤其這樣布置，即使廢氣沿切向流入到溢流管中。隨后，廢氣形成穩(wěn)定的單渦旋，借此同樣實現(xiàn)了還原劑與廢氣的良好混合。
[0015]如果溢流管(從橫截面看)橢圓形地構(gòu)成，則橫截面長軸與橫截面短軸的比例為最少1.5至最高2。如果所述廢氣系統(tǒng)與排量處在1.6升至3.5升范圍內(nèi)的機(jī)動車內(nèi)燃機(jī)聯(lián)用，則橫截面短軸的長度優(yōu)選為至少30mm直至最高100mm。當(dāng)然，具有不同的數(shù)值或比例的實施例也是可能的。
[0016]具有如下特征的廢氣系統(tǒng)是優(yōu)選的，即溢流管僅具有一個流入開口。該流入開口背離第一廢氣管路元件地布置，從而使通過入口流入的廢氣必須首先繞流過溢流管，然后才能逆進(jìn)入方向通過流入開口流入到溢流管中。由于繞流過溢流管使廢氣獲得了旋流并且?guī)в星邢蛩俣确至康亓魅氲揭缌鞴苤?。尤其有利的是，溢流管在兩?cè)都被廢氣繞流過，廢氣流為此被分成兩個分流，這兩個分流(沿流動方向看)從左右兩側(cè)流過溢流管并且在溢流管后方在流入開口的區(qū)域中匯合。這樣，到達(dá)溢流管中的(兩)分流具有指向相反方向的切向速度分量，從而以尤其有效的方式形成了非常穩(wěn)定的且具有高旋流數(shù)的雙渦旋。
[0017]這里優(yōu)選的是，第一廢氣管路元件的壁在第二廢氣管路元件的封閉端部的區(qū)域中向內(nèi)彎曲，從而使其密封地與該封閉端部連接。以此方式避免了，廢氣會經(jīng)由溢流管的封閉端部溢出并且以此途徑流到流入開口。因此，全部廢氣必須繞流過溢流管才能流到流入開口，這提高了所形成的渦旋、尤其是雙渦旋的穩(wěn)定性和旋流數(shù)。
[0018]所述流入開口優(yōu)選沿溢流管的縱軸的方向具有比其橫向更大的尺寸。也就是說，該流入開口(沿縱向方向看)長形地構(gòu)成，其中流入開口的縱向尺寸與橫向尺寸的比例優(yōu)選為至少1.5至最高4。尤其有利的是，所述流入開口構(gòu)成為縫隙，所述縫隙具有基本上呈矩形的通流面。這里，所述矩形的長邊與矩形的短邊之間的比例優(yōu)選為至少1.5至最高4?；旧铣示匦蔚耐髅嬖诟鹘堑膮^(qū)域內(nèi)呈圓角。用于所述流入開口的矩形縫隙的形狀尤其實現(xiàn)了，在溢流管中特別穩(wěn)定地形成廢氣流動的雙渦旋。
[0019]所述流入開口優(yōu)選在溢流管的突出到第一廢氣管路元件中的整個長度上延伸，也就是從出口的內(nèi)側(cè)一直延伸至封閉端部。該流入開口的較短的橫向尺寸優(yōu)選設(shè)計為小于橢圓形溢流管的橫截面短軸。
[0020]具有如下特征的廢氣系統(tǒng)也是優(yōu)選的，即第一廢氣管路元件構(gòu)成為氧化催化器的排出斗。優(yōu)選的是，入口接近與氧化催化器的排氣側(cè)相重疊，從而使第一廢氣管路元件作為廢氣收集元件布置在氧化催化器的出口上。由此，所述廢氣系統(tǒng)整體優(yōu)選這樣構(gòu)成，即溢流管突出到氧化催化器的排出斗中。由此，由噴射器單元和溢流管所構(gòu)成的混合裝置也緊鄰地布置在氧化催化器的下游，優(yōu)選法蘭連接到該氧化催化器。
[0021 ] 在此情況下還優(yōu)選一種廢氣系統(tǒng)，其中第一廢氣管路元件兜帽形地(hutzenformig)構(gòu)成。這里，由入口限定的想象平面、也就是一與廢氣通過入口的流動方向相垂直的想象平面基本上垂直于由出口限定的想象平面、也就是一與廢氣通過出口的流動方向相垂直的想象平面，基本上優(yōu)選精準(zhǔn)垂直地定向。也就是說，從入口到出口廢氣流轉(zhuǎn)向了基本90°、優(yōu)選為正好90°。這里，第一廢氣管路元件與突出到其中的溢流管相搭疊。由第一廢氣管路元件和第二廢氣管路元件所構(gòu)成的布置結(jié)構(gòu)整體上在一定程度上具有風(fēng)帽(Win