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CN112096489A - 用于废气后处理的废气系统 - Google Patents

用于废气后处理的废气系统 Download PDF

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CN112096489A CN202010559800.2A CN202010559800A CN112096489A CN 112096489 A CN112096489 A CN 112096489A CN 202010559800 A CN202010559800 A CN 202010559800A CN 112096489 A CN112096489 A CN 112096489A
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Abstract

本发明涉及一种机动车中的废气系统(1)，所述废气系统具有：配量模块(4)，用于将流体、尤其是流体还原剂馈入到废气系统(1)中；和至少两个混合元件(3)，所述混合元件构造为用于将流过废气系统(1)的废气与所馈入的流体混合，其中，配量模块(4)设计为用于将流体的一部分与气体流动方向(10)基本上相反地馈入到废气系统(1)中并且将流体的另一部分基本上沿气体流动方向(10)地馈入到所述废气系统(1)中，其中，至少一个混合元件(3)在所述废气系统(1)中布置在配量模块(4)上游并且至少一个混合元件(3)在所述废气系统(1)中布置在配量模块(4)下游。

Description

用于废气后处理的废气系统
技术领域
本发明涉及一种在机动车中的废气系统，所述废气系统具有至少一个配量模块，用于将流体、尤其是流体还原剂馈入或注入到废气系统中；并且具有至少两个混合元件，所述混合元件构造为用于将流过废气系统的至少一种气体、尤其是废气与馈入的流体混合。所述流体例如是流体还原剂、尤其是尿素溶液。
背景技术
为了将由排放的废气所产生的空气污染保持得尽可能低，必须进行废气的后处理。对于内燃机、尤其是柴油发动机的这种废气后处理而言，尤其所谓的SCR系统(SCR＝“选择性催化还原”)被证明有效，利用所述SCR系统还原包含在废气中的氮氧化物(NOx)。
为了还原废气中的氮氧化物，通常将含有尿素的还原剂喷入到流过废气系统的废气中。为了实现所喷入的还原剂与流过废气系统的废气的优化混合，可以设置布置在废气系统内的混合元件。
然而已表明，存在以下风险：喷入或馈入到废气系统中的还原剂的一部分不完全蒸发并且例如粘附在混合元件和/或废气系统的边界上并且形成可能消极影响有害物质还原的沉积，使得该沉积例如提高燃料消耗和/或提高有害物质排放，甚至导致废气系统堵塞。
发明内容
因此，本发明的任务在于，改进废气系统中的废气后处理并且在此尤其是减少或甚至防止还原剂在废气系统中的沉积。
该任务在此类废气系统中根据本发明来解决。因此，在机动车中的本发明废气系统的一个实施方式中，设置：配量模块，用于将流体馈入到废气系统中；和至少两个混合元件，用于将至少一个流过废气系统的气体、尤其是废气与馈入的流体混合。配量模块设计为用于基本上与气体流动方向相反地将流体的一部分馈入到废气系统中，并且基本上沿气体流动方向地将流体的另一部分馈入到废气系统中。在此，至少一个混合元件、尤其是用于使相反于气体流动方向的流体停止的混合元件在废气系统中布置在配量模块的上游并且至少一个混合元件、尤其是用于使沿气体流动方向的流体停止的混合元件在废气系统中布置在配量模块的下游。
通过这种布置比在传统系统中更好地利用用于蒸发该流体、尤其是流体还原剂的、被称为废气的焓的废气热能，其方式是，在穿过废气系统的两个横截面上利用该热能。因此，显著减少或完全避免沉积的形成。通过将配量模块布置在两个混合元件之间可以省去第二喷射器，这避免了以这种用于流体的第二喷射器形式的单独接头的更多耗费并且避免了对该单独接头的冷却。
下面所说明的本发明的废气系统的其它扩展方案是优选实施方式的内容。
在一个实施方式中，所述混合元件与废气的流动方向正交地布置在废气系统中。由此，流体在废气系统中能够被分配到两个平面上，这两个平面相对于流动方向横向地延伸并因此分别被废气的全部焓流流过。因此，或者可以显著提高由配量模块馈入或喷入的流体配量量，而不会出现沉积；或者可以在配量量保持不变的情况下将实现所喷入流体基本上完全蒸发的温度范围扩展到更低的温度。
在一个实施方式中，所述混合元件构造为挡板。所述挡板是可低成本制造且简单安装的混合元件的特别简单的形式。
在一个实施方式中，将配量模块的定向和废气系统在混合元件区域中的横截面、尤其是横截面的构造选择为，使得确保将馈入的流体尽可能均等地分配给各混合元件。均等分配应理解为将由配量模块喷洒成液滴的流体尽可能均匀地分配给混合元件。
这还意味着，将所述混合元件与配量模块的距离选择为，使得将要馈入的流体的喷射流的开口角度选择为，使得喷射流达到整个混合元件，但仅少量喷射超出混合元件到达废气系统的边界壁、尤其是管壁。如果混合元件与配量模块的距离不能改变，则替代地也可以相应地选择喷射流的开口角度。也可以使多个喷射流对准一个混合元件。在这种情况下，喷射的整个区域必须冲击整个混合元件面。
在一个替代的实施方式中，这样定向配量模块并且这样构造废气系统的在混合元件区域中的横截面，使得确保与废气的废气热量流到各混合元件上的分配有关地非均匀地分配馈入的流体。这意味着，与具有更低温度的混合元件区域相比，更多液滴冲击到具有更高温度的混合元件区域上。因此，废气的热能可以更有效地用于流体的蒸发，由此可以进一步增加流体的配量量。
这可以以结构方式实现，例如其方式是：被流体更多地加载的区域也更多地被废气流过。对此能想到的简单结构方式是多孔板，在该多孔板中，在流体冲击增加的区域中更多孔被用于将热量从废气传输给混合元件。另一实施方式设置，配量模块的定向和废气在混合元件区域中的横截面相互协调，使得实现尽可能均匀的分配和液滴到混合元件的更热区域上的更高冲击密度的组合。
一个实施方式设置，配量模块是多孔喷射器，该多孔喷射器具有设置为用于将流体馈入到废气系统中的至少两个孔，其中，至少一个孔基本上逆着气体流动方向、也就是朝上游定向并且至少一个孔基本上沿气体流动方向、也就是朝下游定向。因此，流体可以通过唯一的配量模块同时被喷入，使得该流体冲击到两个混合元件上。由此可以更有效地利用废气的焓，并且可以确保流体基本上完全蒸发。
另一实施方式设置，配量模块和混合元件布置在废气系统的直区段中。在废气系统的直区段中，废气流非常均等且均匀，也就是说几乎不出现涡流。由此可以很好地预测废气引入到混合元件上的热量，并且可以据此相应地协调流体的馈入，使得将废气热能优化地用于流体的蒸发。
一个替代的实施方式设置，配量模块和混合元件布置在废气系统的弯曲区段中、例如在管道拐弯部中。在此，布置在配量模块上游的混合元件布置在废气系统弯曲部前面不远处并且布置在配量模块下游的混合元件布置在废气系统弯曲部后面、即后方不远处。配量模块尤其布置在弯曲部的区域中、优选在弯曲部的顶点处。通过这种布置，配量模块的两个不同喷入方向之间的角度小于布置在废气系统直区段中的情况下的角度。流体的不同喷入方向之间的更小的角度在结构上比更大的角度更容易实现。
另一实施方式设置，在废气系统中设置至少一个SCR催化器，该SCR催化器沿流动方向布置在配量模块下游的至少一个混合元件的后方。氮氧化物(NOx)的真正还原在SCR催化器中进行。通过改进地蒸发还原剂，即使在温度更低的情况下也能转化氮氧化物，并且也可以转化更高浓度的氮氧化物，所述更高浓度的氮氧化物通常在改进发动机效率(CO2减少)的情况下产生。
在另一实施方式中，在废气系统中设置至少一个柴油氧化催化器，该柴油氧化催化器沿流动方向布置在配量模块上游的至少一个混合元件的前面。除了碳氢化合物和CO的氧化外，该柴油氧化催化器还用于将NO转化为NO2，这简化了在SCR催化器上的催化反应。
附图说明
图1示出本发明的内燃机废气系统的一个示例性实施例的示意图。
图2示出本发明的内燃机废气系统的另一示例性实施例的示意图。
具体实施方式
下面，参考附图说明本发明的实施例。相同的附图标记表示相同或相应的元件。
图1示出了废气系统1的第一实施例，所述废气系统具有直的区段2，通过该区段废气在由箭头10表示的气体流动方向上流动。两个混合元件3在废气系统1的直区段2中相对彼此间隔布置。
在两个混合元件3之间布置有配量模块4，所述配量模块设置为用于喷入或馈入流体。该流体可以是流体还原剂，尤其是尿素溶液，该还原剂应与废气混合。为此，配量模块4将流体以细小液滴的形式朝混合元件3的方向喷射到废气中。配量模块4如此布置，使得一个混合元件3在废气系统1中布置在配量模块4上游并且一个混合元件3在废气系统1中布置在配量模块4下游。在此，混合元件3如此布置，使得由配量模块4馈入的流体冲击到混合元件上3。
混合元件3与气体流动方向10正交地定向并且优选在废气系统1的直区段2的整个横截面上延伸。混合元件3设有开口，废气可以流过这些开口。在图示中未示出的替代实施例中，混合元件3没有开口、不在整个横截面上延伸并且周围被废气流过。
配量模块4设置为用于沿两个不同的方向将流体喷射到直区段2中，即基本上与气体流动方向10相反，这在图1中通过箭头20示出，使得流体冲击到布置在配量模块4上游的混合元件3上，和基本上沿气体流动方向10，这在图1中通过箭头30示出，使得流体冲击到布置在配量模块4下游的混合元件3上。
这例如可以通过以下方式实现：将配量模块4构造为多孔喷射器，所述多孔喷射器设有用于将流体馈入到废气系统1中的至少两个孔，其中，至少一个孔基本上与气体流动方向10相反地、也就是朝上游定向(相应于流体馈入方向20)，并且至少一个孔基本上沿气体流动方向10、也就是朝下游定向(相应于流体馈入方向30)。也能想到分别基本上与气体流动方向10相反定向或沿气体流动方向10定向的多个孔，以及在每个方向20或30上具有不同数量的孔。
在两个流体馈入方向20、30之间限定开口角度100，所述开口角度在直区段2中取决于两个混合元件3相对彼此的距离。这意味着，两个混合元件3之间的距离越小，则角度100也越小，两个混合元件3之间的距离增大，则角度100也增大。
在废气系统1中还设置有柴油氧化催化器(DOC)5，该柴油氧化催化器沿气体流动方向10布置在配量模块4上游的混合元件3的前面。在废气系统1中也设置SCR催化器6，所述SCR催化器沿气体流动方向10布置在布置在配量模块4下游的混合元件3的后面。
柴油氧化催化器5通过与包含在废气中的剩余氧气的氧化反应来还原包含在柴油发动机的废气中的一氧化碳(CO)和碳氢化合物。SCR催化器6还原包含在废气中的氮氧化物(NOx)。
图2示出废气系统1的第二实施例，该第二实施例基本上与第一实施例一致。为了避免不必要的重复，下面仅涉及与前述实施例的区别。
图2所示的废气系统1具有弯曲区段7，废气通过该弯曲区段沿气体流动方向10流动。弯曲区段7具有两个子区段7a，7b，这两个子区段之间形成大于0°且小于180°的内置角度102。
在第一子区段7a中布置有混合元件3，并且在第二子区段7b中布置有另一混合元件3。配量模块4布置在弯曲部区域中，优选如图2所示那样地布置在弯曲部的外置顶点处。如已经参照图1所阐明的那样，配量模块4设置为用于将流体沿两个不同的方向喷射到废气系统1中，即基本上与气体流动方向相反，这在图2中通过箭头20示出，使得流体冲击到布置在配量模块4上游的混合元件3上，和基本上沿气体流动方向10，这在图2中通过箭头30示出，使得流体冲击到布置在配量模块4下游的混合元件3上。
通过将混合元件3和配量模块4布置在弯曲区段7的区域中，流体馈入方向20和30之间的角度101小于图1中直区段2中的角度100。

Claims (10)

1.一种机动车中的废气系统(1)，所述废气系统具有：配量模块(4)，所述配量模块用于将流体、尤其是流体还原剂馈入到所述废气系统(1)中；以及至少两个混合元件(3)，所述混合元件构造为用于将流过所述废气系统(1)的废气与所馈入的流体混合，其特征在于，所述配量模块(4)设计为用于将流体的一部分基本上与气体流动方向(10)相反地馈入到所述废气系统(1)中并且将所述流体的另一部分基本上沿所述气体流动方向(10)地馈入到所述废气系统(1)中，其中，至少一个混合元件(3)在所述废气系统(1)中布置在所述配量模块(4)上游并且至少一个混合元件(3)在所述废气系统(1)中布置在所述配量模块(4)下游。
2.根据权利要求1所述的废气系统(1)，其特征在于，所述混合元件(3)与所述废气系统(1)中的废气的所述气体流动方向(10)正交地布置。
3.根据权利要求1或2所述的废气系统(1)，其特征在于，所述混合元件(3)构造为挡板。
4.根据前述权利要求中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，所述配量模块(4)这样定向并且所述废气系统(1)的在所述混合元件(3)区域中的横截面这样构造，使得确保所馈入的流体在各混合元件(3)上基本均等地分配。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，所述配量模块(4)这样定向并且所述废气系统(1)的在所述混合元件(3)区域中的横截面这样构造，使得确保所馈入的流体与废气的废气热量流在各混合元件(3)上的分配有关地不均匀地分配。
6.根据前述权利要求中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，所述配量模块(4)是多孔喷射器，所述多孔喷射器具有至少两个设置为用于将流体馈入到所述废气系统(1)中的孔，其中，至少一个孔基本上与所述气体流动方向(10)相反定向并且至少一个孔基本上沿所述气体流动方向(10)定向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，所述配量模块(4)和所述混合元件(3)布置在所述废气系统(1)的直区段(2)中。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，所述配量模块(4)和所述混合元件(3)布置在所述废气系统(1)的弯曲区段(7)中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于，设置有至少一个SCR催化器(6)，所述SCR催化器沿所述气体流动方向(10)布置在所述配量模块(4)下游的至少一个混合元件(3)的后方。
10.根据前述权利要求中任一项所述的废气系统(1)，其特征在于设置有至少一个柴油氧化催化器(5)，所述柴油氧化催化器沿所述气体流动方向(10)布置在所述配量模块(4)上游的至少一个混合元件(3)的前面。
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