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CN112752896A - 用于内燃机的排气系统的排气后处理装置 - Google Patents

用于内燃机的排气系统的排气后处理装置 Download PDF

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CN112752896A CN201880097921.0A CN201880097921A CN112752896A CN 112752896 A CN112752896 A CN 112752896A CN 201880097921 A CN201880097921 A CN 201880097921A CN 112752896 A CN112752896 A CN 112752896A
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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置(100)，所述排气后处理装置(100)包括用于来自所述排气系统的排气的流体通道(30)，所述流体通道(30)限定内周界(32)；以及排气后处理单元(40)，该排气后处理单元(40)包括由外壁(44)界定的排气后处理元件(42)，该外壁(44)限定排气后处理单元(40)的外周(46)，排气后处理单元(40)被密封地布置在所述流体通道(30)中，用于使所述排气能够流经所述排气后处理元件(42)。包括排气后处理部件的泄漏处理构件(50)被布置在流体通道(30)的所述内周界(32)与排气后处理单元(40)的所述外壁(44)的所述外周(46)之间，用于后处理经过所述流体通道(30)中的所述后处理单元(40)的所述排气流的任何泄漏。

Description

用于内燃机的排气系统的排气后处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置，该排气后处理装置包括用于来自所述排气系统的排气的流体通道以及包括排气后处理元件的排气后处理单元，其中排气后处理单元被密封地布置在流体通道中，用于使所述排气能够流经所述排气后处理元件。所述内燃机可以例如是柴油发动机。
本发明可以被应用在重型车辆中，诸如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将关于卡车描述本发明，但本发明不限于此特定车辆，而是还可以被用于其它车辆中，诸如公共汽车或建筑设备或乘用车。
背景技术
例如卡车和公共汽车上的排气后处理系统被布置成减少来自内燃机的排气中的烟灰颗粒和氮氧化物(NOx)的排放。
排气后处理系统有许多种可用设计。排气后处理系统可以包括例如用于使气体排放物(如碳氢化合物(HC)和/或一氧化碳(CO)和/或一氧化氮(NO))氧化的柴油氧化催化器(DOC)单元、用于从排气去除颗粒的柴油颗粒过滤器(DPF)单元和/或用于去除NOx(例如，通过将排气中的NOx还原为氮气(N2)+氧气(02))的选择性催化器还原(SCR)单元。当存在SCR单元时，排气后处理系统还可以包括用于将尿素和/或氨添加到排气的装置和/或氨逃逸催化器(ASC)。
排气后处理系统的一种已知设计涉及被布置在钢套筒中的柴油颗粒过滤器(DPF)，该钢套筒又被布置在用于来自内燃机的排气的流体通道中。DPF和套筒装置允许拆除和更换单元。承载柴油颗粒过滤器(DPF)的钢套筒被密封地布置在流体通道中，以确保来自发动机的排气流经DPF并且不会散布到套筒的外部。
例如，US 2005 0056008 A1涉及一种柴油颗粒去除设备，该柴油颗粒去除设备由外筒和两个或更多个过滤单元构成，该外筒以嵌入方式被附接到柴油发动机的排气路径并且在柴油排气的流入和流出侧上具有孔隙，所述两个或更多个过滤单元被容纳在外筒中以收集或收集并燃烧柴油排气中所含有的颗粒以将其去除。
持续需要的是改进排气后处理装置的功能，以便减小排气对环境的影响，并持续满足该领域更严格的规定。
发明内容
本发明的目标是提供一种提供提高的效率的排气后处理装置。
该目的通过根据权利要求1的排气后处理装置和/或根据权利要求16的排气后处理单元来实现。
因此，本发明涉及一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置，该排气后处理装置包括用于来自排气系统的排气的流体通道，该流体通道限定内周界。排气后处理装置还包括排气后处理单元，该排气后处理单元包括由外壁界定的排气后处理元件，该外壁限定排气后处理单元的外周。排气后处理单元例如通过设置在排气后处理单元的外周与流体通道的内周界之间的间隙中的密封构件而被密封地布置在流体通道中，用于使排气能够流经排气后处理元件。包括排气后处理部件的泄漏处理构件被布置在流体通道的内周界与排气后处理单元的外壁的外周之间，用于后处理经过流体通道中的后处理单元的排气流的任何泄漏。
在现有技术的装置中，虽然排气后处理单元被密封地布置在流体通道中，但密封装置中的泄漏可能允许少量的排气绕过排气后处理单元。这少量的排气可能流经排气系统而不经过排气后处理单元，这意味着少量的排气中的颗粒和/或气体排放物可能未经处理就进入环境。虽然未处理的排气的量相对小，但是气体排放物和/或其中所含有的颗粒可能占经过后处理系统的排放物的总量的很大部分。
通过设置包括排气后处理部件的泄漏处理构件，经过排气后处理单元的排气泄漏将由于排气后处理部件的存在而受到排气后处理。因此，来自发动机的总排气中的颗粒的数量和/或气体排放物的量将减小。
泄漏处理构件包括至少一个排气后处理部件。因此，除排气后处理部件之外，泄漏处理构件还可以包括其它元件，诸如，密封元件或例如用于承载排气后处理部件的其它元件。然而，在某些变型中，泄漏处理构件可以由排气后处理部件构成。
泄漏流可以例如小于总排气流量的1％。然而，旁路泄漏可能显著增加例如颗粒物排放。通过设置泄漏处理构件而获得的益处是排气后处理单元与流体通道之间的泄漏要求可以不那么严格，这意味着可以使用不太复杂的密封设计。
排气后处理单元被密封地布置在流体通道中大体意味着绕过排气后处理单元的任何排气流都是非故意的。然而，因为难以实现100％的可靠密封，所以泄漏处理构件仍然变得有用。
可选地，泄漏处理构件被布置成使得通过流体通道的总排气流量的10％以下绕过排气后处理单元并流经泄漏处理构件。
可选地，泄漏处理构件被布置成使得通过流体通道的总排气流量的5％以下、优选是通过流体通道的总排气流量的2％以下、最优选是通过流体通道的总排气流量的1％以下绕过排气后处理单元并流经泄漏处理构件。
可选地，泄漏处理构件的截面的面积是后处理元件的截面的面积的3％到25％、优选3％到15％、最优选3％到10％。
可选地，排气后处理元件是柴油氧化催化器元件、柴油颗粒过滤器元件、选择性催化器还原元件或氨逃逸催化器元件。
可选地，泄漏处理构件的排气后处理部件是柴油氧化催化器部件和/或选择性催化器还原部件和/或氨逃逸催化器部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
可选地，泄漏处理构件可以包括单个排气后处理部件。
可选地，泄漏处理构件可以包括多于一个的排气后处理部件。
柴油氧化催化器部件可以是Pt和/或Pd和/或Rd或任何其它类型的氧化催化器。
选择性催化器部件可以基于具有Fe和/或Cu的沸石，或者基于钒或锑或任何其它类型的SCR催化器。
可选地，排气后处理部件被设置成涂层。将排气后处理部件设置成涂层在本领域中是众所周知的，并且是用于设置不同类型的泄漏处理构件的有用选项。
可选地，泄漏处理构件是被布置成在外壁与内周界之间流体密封的流体密封构件。因此，泄漏处理构件可以实现减少经过排气后处理单元的排气泄漏和处理可能发生的任何泄漏的双重目的。例如，排气后处理部件可以作为涂层被设置在这种流体密封泄漏处理构件的至少一部分上。
可选地，泄漏处理构件是被布置成在外壁与内周界之间流体密封的唯一流体密封构件。这使得在外壁与内周界之间只需要一个构件，因此减少了零件的数量，从而节省了材料和组装成本。
可选地，泄漏处理构件是非密封构件，诸如，包括丝网构件和/或包括金属纤绒部件。非密封构件可以出于不同目的而被优化。例如，可以选择非密封构件，以便提供泄漏排气的增大的接触表面，从而实现其有效处理。丝网构件就是这种表面的示例。排气后处理部件可以有利地作为涂层被设置在非密封构件例如丝网构件上。
可选地，泄漏处理构件是包括具有颗粒过滤功能的排气后处理部件的非密封构件。排气后处理部件可以例如是虽然气体排放物自由经过但对于烟灰颗粒是半通透的金属纤绒或陶瓷纤维垫或玻璃纤维垫，从而增加了所述烟灰颗粒在泄漏处理构件中的停留时间，并因而提高了烟灰氧化过程的效率。当泄漏处理构件仅包括具有颗粒过滤功能的排气后处理构件时，泄漏处理构件可以由所述排气后处理构件构成。
可选地，流体密封设备被布置成在外壁与内周界之间流体密封。这种流体密封设备可以是未设有任何排气后处理部件的常规流体密封设备。一个或多个流体密封设备可以被布置成补充由也是流体密封构件的泄漏处理构件提供的流体密封。当泄漏处理构件是非密封设备时，一个或多个流体密封设备可以被布置成在排气后处理单元与流体通道之间提供期望的密封。
可选地，一个或多个流体密封设备可以被布置在一个或多个泄漏处理构件的上游。
可选地，一个或多个流体密封设备可以被布置在一个或多个泄漏处理构件的下游。
可选地，泄漏处理构件被布置成在外壁与内周界之间一直径向延伸。可选地，泄漏处理构件被布置成围绕外壁和内周界周向连续延伸。因此，可以确保经过排气后处理单元的排气的泄漏流尽可能多地被泄漏处理构件处理。
可选地，排气后处理单元可以被布置成能够从排气后处理装置拆除并且能够重新附接到排气后处理装置，用于排气后处理元件的更换。对于可拆除的排气后处理单元，经过该单元的泄漏流可能相对高，这是因为它能够从排气后处理装置的其余部分拆除。例如，可更换的排气后处理元件可以是柴油颗粒过滤器元件。柴油微粒过滤器元件通常需要定期更换。然而，本文中所例示的其它排气后处理元件也可以受益于是可更换的并且被布置在可拆除的排气后处理单元中。
可选地，排气后处理单元包括安装套筒，该安装套筒形成外壁，排气后处理元件被界定在该外壁中。
可选地，安装套筒可以被布置成能够从排气后处理装置拆除并且能够重新附接到排气后处理装置，用于排气后处理元件的更换。在这种布置中，由于安装套筒必须能够从该装置的其余部分拆除，所以泄漏流可能相对高。
可选地，泄漏处理构件被附接到外壁。
可选地，后处理装置是消声器装置。
可选地，后处理装置可以包括壳体，该壳体包括用于排气的入口和出口。
可选地，后处理装置可以包括被布置在排气后处理单元的上游的附加排气后处理单元。例如，该附加排气后处理单元可以是DOC。
可选地，后处理装置可以包括被布置在排气后处理单元的下游的附加排气后处理单元。例如，该附加排气后处理单元可以是SCR。
可选地，当后处理装置包括作为SCR单元的排气后处理单元时，后处理装置可以包括还原剂供应构件，特别是尿素供应构件或氨供应构件。
在第二方面中，本发明涉及一种排气后处理系统，该排气后处理系统包括内燃机以及用于来自发动机的排气的排气流体路径，其中该排气流体路径包括根据第一方面的排气后处理装置。
在第三方面中，本发明涉及一种车辆，该车辆包括根据第一方面的排气后处理装置。
在第四方面中，本发明涉及一种排气后处理单元，该排气后处理单元用于布置在用于处理来自内燃机的排气的排气后处理系统的流体通道中，该排气后处理单元包括由外壁界定的排气后处理元件，该外壁限定排气后处理单元的外周。包括排气后处理部件的泄漏处理构件被布置在排气后处理单元外壁的外周处，用于后处理经过流体通道中的后处理单元的所述排气流的任何泄漏。
关于本发明的方面中的任一方面所述的特征和优点类似地适用于本发明的其它方面。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参照附图，下文是作为示例引述的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是车辆的示意图；
图2a和图2b是排气后处理系统的第一实施例的示意图；
图3是排气后处理装置的第二实施例的示意图；
图4是排气后处理装置的第三实施例的示意图；
图5是排气后处理装置的第四实施例的示意图；并且
图6是排气后处理装置的第五实施例的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了车辆，在这种情况下该车辆是卡车10，该卡车10包括内燃机12。然而，本公开不限于这种类型的车辆或限于发动机的所示定位。
图2a示意性地示出了排气后处理装置100的第一实施例。排气后处理装置100预期被布置在内燃机的下游。排气后处理装置100包括用于接收来自发动机的排气流的入口10。此外，排气后处理装置100包括用于从排气后处理装置排放处理过的排气的出口80。
排气后处理装置100包括至少一个排气后处理单元40，所述至少一个排气后处理单元包括由外壁44界定的排气后处理元件42，该外壁44限定排气后处理单元40的外周46。
排气后处理元件42可以是用于处理排气以便减少颗粒和/或气体排放的量的任何元件。例如，排气后处理元件可以是DOC(柴油氧化催化器)、DPF(柴油颗粒过滤器)、SCR(选择性催化还原)或ASC(氨逃逸催化器)。
在所示的实施例中，排气后处理元件42是DPF。排气后处理元件42被布置在形成外壁的安装套筒44中。安装套筒44可以例如是钢套筒。
排气后处理单元40被布置在排气后处理装置的入口10与出口80之间的流体通道30中。为了确保排气流经排气后处理单元40，并且不在排气后处理单元40的外壁44的外周46与流体通道30的内周界32之间经过，单元40被密封地布置在流体通道30中。当使用时，排气流将通常从入口10经过排气后处理单元40并通过出口80流出，如图2a中的箭头所指示。
然而，如图2b所示，少量的排气流可能绕过排气后处理单元40，并在排气后处理单元40的外壁44的外周46与流体通道30的内周界32之间经过。
在图2a和图2b的实施例中，包括排气后处理部件的泄漏处理构件50被布置在流体通道30的内周界32与排气后处理单元40的外壁的外周46之间。因此，经过后处理单元40的排气流的任何泄漏将改为经过泄漏处理构件50，并由其排气后处理部件处理。
仍期望的是排气后处理单元40应被密封地布置在流体通道30中。因此，优选在排气后处理单元40与流体通道30之间提供一定密封。
在图2a和图2b的实施例中，泄漏处理构件50也形成密封构件。例如，泄漏处理构件50可以是设有包括泄漏处理部件的涂层的密封环。
合适的泄漏处理部件可以是排气后处理领域中已知的部件，诸如，柴油氧化催化器部件或选择性催化器还原部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
在图2a和图2b所示的排气后处理装置100中，存在第一附加排气后处理单元20，该第一附加排气后处理单元20被布置在前述排气后处理单元40的上游。例如，第一附加排气后处理单元20可以是DOC。
此外，在图2a和图2b的所示的布置中，存在第二附加排气后处理单元70，该第二附加排气后处理单元70被布置在第一所述排气后处理单元40的下游。例如，第二附加排气后处理单元70可以是SCR。
因此，在所示的实施例中，排气流将经过入口10、经由DOC 20到达DPF 40、进一步到达SCR并然后经由出口80流出。然而，应理解，本发明可以被应用于许多不同的排气后处理装置。
如上所述，排气后处理单元40包括被布置在安装套筒44中的排气后处理元件42。此外，在所示的实施例中，排气后处理单元40能够从排气后处理装置100拆除并且能够重新附接到该排气后处理装置100。因此，当需要时，可以将用过的排气后处理单元40从排气后处理装置拆除，并用新的排气后处理单元40更换。泄漏处理构件50可以被方便地附接到安装套筒的外壁44。
在图2a和图2b所示的实施例中，排气后处理装置100是消声器的形式。然而，自然可以想到其它类型的排气后处理装置。
图3示意性地示出了排气后处理系统100的一部分的实施例。流体通道30中的排气后处理单元40的布置类似于上文关于图2a和图2b所述的布置。在图3的布置中，作为非密封构件的泄漏处理构件50被布置在流体通道30的内周界32与排气后处理单元40的外壁44的外周46之间。泄漏处理构件50可以例如是丝网构件。丝网构件50可以设有涂层的形式的排气后处理部件。此外，流体密封设备60被布置成在外壁44与内周界32之间流体密封。在图3所示的布置中，流体密封设备60被布置在泄漏处理构件50的上游。因此，通过流体密封设备60泄漏的排气流的任何部分将经过泄漏处理构件50并被处理。
图4示意性地示出了排气后处理系统100的一部分的另一个实施例。该实施例类似于关于图3描述的实施例，但是在这种情况下，泄漏处理构件50被布置在流体密封设备60的上游。
图5示意性地示出了排气后处理系统100的一部分的又一个实施例。该实施例类似于先前描述的那些实施例，但是在这种情况下，布置有一个密封设备60和两个泄漏处理构件50。泄漏密封构件50可以是流体密封构件或非密封构件。
图6示意性地示出了排气后处理系统100的一部分的又一个实施例。该实施例类似于先前描述的那些实施例，但是在这种情况下，只有一个泄漏处理构件50，并且泄漏处理构件是非密封构件。例如，如果在流体通道30的内周界32与排气后处理单元40的外壁44的外周46之间没有布置密封部件，则此变型可以是优选的。在这种情况下，密封布置仍然可以例如通过至少沿着流体通道30的一部分在内周界32与外周46之间非常紧密地配合来实现(这在图6中未示出)。然而，可以设想，在这种情况下，需要沿着流体通道30的另一部分在内周界32与外周46之间设置间隙，该间隙为泄漏处理构件50的布置提供空间。
对于如本文中所提出的泄漏处理构件50，一个优点是对流体通道30与排气后处理单元40之间的流体密封的要求可以稍微放宽，因为经过排气后处理单元40的排气流体的任何泄漏不再需要导致排气中不需要的颗粒和/或物质的相对显著的增加。
此外，当排气后处理单元40被布置成相对于排气后处理装置100可拆除且可重新附接(例如用于更换排气后处理元件42)时，如本文中所提出的泄漏处理构件50的益处可以是特别有用的。
应理解，本发明不限于上文所述的和附图中所示的实施例；而是，本领域的技术人员将认识到可以在随附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。
例如，可以想到泄漏处理构件和/或密封构件的各种组合。此外，可以使用具有不同排气后处理部件的泄漏处理构件的各种组合。此外，泄漏处理构件可以包括排气后处理部件的各种组合。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的排气系统的排气后处理装置(100)，所述排气后处理装置(100)包括用于来自所述排气系统的排气的流体通道(30)，所述流体通道(30)限定内周界(32)；并且所述排气后处理装置(100)还包括
排气后处理单元(40)，所述排气后处理单元(40)包括由外壁(44)界定的排气后处理元件(42)，所述外壁(44)限定所述排气后处理单元(40)的外周(46)；
所述排气后处理单元(40)被密封地布置在所述流体通道(30)中，用于使所述排气能够流动经过所述排气后处理元件(42)，
其特征在于，
包括排气后处理部件的泄漏处理构件(50)被布置在所述流体通道(30)的所述内周界(32)与所述排气后处理单元(40)的所述外壁(44)的所述外周(46)之间，用于后处理经过所述流体通道(30)中的所述后处理单元(40)的所述排气流的任何泄漏。
2.根据权利要求1所述的排气后处理装置，其中，所述排气后处理元件(42)是柴油氧化催化器元件、柴油颗粒过滤器元件、选择性催化器还原元件和/或氨逃逸催化器元件。
3.根据权利要求1或2所述的排气后处理装置，其中，所述泄漏处理构件(50)的所述排气后处理部件是柴油氧化催化器部件和/或选择性催化器还原部件和/或氨逃逸催化器部件和/或具有颗粒过滤功能的部件。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述排气后处理部件被设置成涂层。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述泄漏处理构件(50)是被布置成在所述外壁(44)与所述内周界(32)之间流体密封的流体密封构件。
6.根据权利要求5所述的排气后处理装置，其中，所述泄漏处理构件(50)是被布置成在所述外壁(44)与所述内周界(32)之间流体密封的唯一流体密封构件。
7.根据权利要求1到4中的任一项所述的排气后处理装置，其中所述泄漏处理构件(50)是非密封构件，诸如，包括丝网构件和/或包括金属纤绒部件。
8.根据权利要求5或7所述的排气后处理装置，其中，进一步包括流体密封设备(60)，所述流体密封设备(60)被布置成在所述外壁(44)与所述内周界(32)之间流体密封。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述泄漏处理构件(50)被布置成在所述外壁(44)与所述内周界(32)之间一直径向延伸，和/或围绕所述外壁(44)和所述内周界(32)周向连续延伸。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述排气后处理单元(40)被布置成能够从所述排气后处理装置(100)拆除并且能够重新附接到所述排气后处理装置(100)，用于所述排气后处理元件(42)的更换，其中优选地，所述排气后处理元件(42)是柴油颗粒过滤器元件。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述排气后处理单元(40)包括安装套筒(44)，所述安装套筒(44)形成所述外壁，所述排气后处理元件(42)被界定在所述外壁中，优选地，所述安装套筒(44)被布置成能够从所述排气后处理装置(100)拆除并且能够重新附接到所述排气后处理装置(100)，用于所述排气后处理元件(42)的更换。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述泄漏处理构件(50)被附接到所述外壁(44)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置，其中，所述后处理装置(100)是消声器装置。
14.一种排气后处理系统，包括内燃机以及用于来自所述发动机的排气的排气流体路径，其中，所述排气流体路径包括根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置。
15.一种车辆，包括根据前述权利要求中的任一项所述的排气后处理装置。
16.一种排气后处理单元(40)，所述排气后处理单元(40)用于布置在用于处理来自内燃机的排气的排气后处理系统的流体通道(30)中，所述排气后处理单元(40)包括由外壁(44)界定的排气后处理元件(42)，所述外壁(44)限定所述排气后处理单元(40)的外周(46)，
其特征在于，
包括排气后处理部件的泄漏处理构件(50)被布置到所述排气后处理单元(40)的所述外壁(44)的所述外周(46)，用于后处理经过所述流体通道(30)中的所述后处理单元(40)的所述排气流的任何泄漏。
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