用于机动车辆的排气系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于机动车辆的排气系统（1），其具有：用于净化从该机动车辆内燃机排放的废气（3）的废气净化装置（2）；设置在下游并相对于废气净化装置（2）间隔开的还原剂供给装置（4），通过该还原剂供给装置（4）能够将还原剂引入到排气系统（1）中；设置在废气净化装置（2）和还原剂供给装置（4）之间的还原剂偏转装置（7），该还原剂偏转装置具有至少一个以叶片形式构造的还原剂偏转元件（8）。
【专利说明】用于机动车辆的排气系统【技术领域】
[0001]本发明涉及用于机动车辆的排气系统以及具有这种排气系统的机动车辆。
【背景技术】
[0002]机动车辆的内燃机在正常运行条件下产生的废气可通过汽车催化转换器来净化，以明显降低废气的污染物排放。这种废气的净化可通过在废气处理装置中向所述内燃机的废气加入还原剂来进行。一种基于这种向废气中添加还原剂的已知方法是所谓的选择性催化还原(“ SCR”)，其中废气中的氮氧化物被化学还原。
[0003]这种选择性催化还原是有利的，特别是对于内燃机来说，内燃机在燃料燃烧过程中产生较高的空气过量，例如在柴油机的情况下，其废气中存在高浓度的氧气。由于废气中的氧气浓度如此之高，使用常规的三元催化转换器不能还原氮氧化物。因此，对于柴油机来说，经常使用的氧化催化转换器减少了 CO和CmHn的排放。具有催化活性的贵金属，例如钼或钯等可结合到所谓的“涂层(washcoar)”中。
[0004]实际的选择性催化还原在柴油氧化催化转化器下游的废气处理装置的区域中进行。可使用氨作为还原剂，其必须用于废气处理装置。然而，为了向排气系统中提供氨，通常不是直接将氨注入到排气系统中，而是以还原剂前体的形式引入到排气系统中。例如，这种前体可以是尿素水溶液，其商业上已知的名称为“Adblue”。这种前体到实际的还原剂(氨)的转化可在废气处理装置下游的内燃机区域内的废气流中通过加热和/或借助于催化转换器发生。
[0005]向排气系统中加入还原剂例如可利用注射器通过注入来进行。这种注射器可设置在实际的柴油氧化催化转化器的下游。然而，利用这样的安置，在特别的安装情况下，注入的尿素水溶液液滴会冲击到柴油氧化催化转换器的表面，并在此形成不希望的沉淀物。这同样适用于由尿素水溶液形成的氨，因为氨与柴油氧化催化剂的具有催化剂活性的贵金属的接触，例如在“涂层”中，可导致不希望的氨分别与钼或钯反应而产生氮氧化物。`
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的是提供一种实施方式，其中上述问题被消除或至少减少。
[0007]上述问题通过独立权利要求的主题来解决。优选实施方式是从属权利要求的主题。
[0008]根据本发明的总体思路，在排气系统的废气净化装置(例如柴油氧化催化转换器“D0C”)和还原剂供给装置(其例如以以注射器形式向排气系统中引入尿素水溶液)之间提供具有至少一种以叶片形式构造的还原剂偏转元件的还原剂偏转装置。
[0009]通过这种还原剂偏转装置,可实现避免还原剂前体(即例如尿素水溶液或各个还原剂本身，例如氨)和废气净化装置(例如柴油氧化催化转化器)之间的不希望接触。这特别适用于废气净化装置中的具有催化活性的贵金属。
[0010]可通过所述至少一个还原剂偏转元件使还原剂和还原剂前体水溶液从废气净化装置偏转，以此可在很大程度上或完全防止前体或分别由前体形成的还原剂渗透到柴油氧化催化转换器中。
[0011]以这种方式，在极大程度上或甚至完全避免在废气净化装置中形成不希望的沉积物和各个副产物，例如氮氧化物，反过来这又导致排气系统效率的改进。
[0012]根据本发明的排气系统包括用于净化从机动车辆的内燃机排放的废气的废气净化装置，以及设置在下游并相对于所述废气净化装置间隔开的还原剂供给装置。通过这样的还原剂供给装置，可将还原剂引入到排气系统中。术语“还原剂供给装置”在此应理解为不仅是指将还原剂例如氨直接引入排气系统的装置，而且这个术语还应明确理解为是指还原剂的间接供给，使得通过该还原剂供给装置将还原剂前体、例如尿素水溶液引入到排气系统中，而且该前体在排气系统中通过热反应或与实际的还原剂类似的反应而反应。
[0013]根据有利的实施方式，可配置和/或布置还原剂供给装置，使得还原剂被引入到排气系统中的流动方向至少部分地与排气系统中的废气流动方向相反地运行。换句话说，引入还原剂，使得至少在开始时其具有的扩散方向或各个移动方向具有与废气的流动方向相反的方向分量，从而使还原剂在设置于上游的废气净化装置的方向上移动。由此，提高了可用于蒸发还原剂和与废气混合的时间，提高了在限制空间内引入还原剂的效率。优选的，还原剂的(主要)流动方向相对于废气的(主要)流动方向偏斜45° ±30° ,尤其是45° ±15°。
[0014]在优选的实施方式中，可构造该还原剂偏转元件，使得通过该还原剂供给装置引入到排气系统中并冲击到还原剂偏转元件上的还原剂以定向远离该废气净化装置的方式被偏转。通过这种偏转，实现了仅有非常小比例的通过该还原剂供给装置引入到排气系统中的还原剂可到达废气净化装置内，并可在此导致不希望的副产品或各自的沉淀物。在理想的情况下，完全没有还原剂到达废气净化装置内。还原剂利用还原剂偏转装置及其还原剂偏转元件定向偏转，可实现废气净化装置的组件、特别是其表面(例如钼涂层)不被还原剂触及和污染，从而可避免还原剂与废气净化装置表面不希望的化学反应。
[0015]在另一个实施方式中，附加地或可选择地，构造还原剂偏转元件，使得通过还原剂供给装置引入到排气系统中并冲击到还原剂偏转元件上的液体还原剂蒸发。通过提供冲击和蒸发器表面，可辅助该还原剂的蒸发。特别的，所述还原剂偏转元件在相对于废气流的流出侧上可具有各自的蒸发器表面，使得可通过引入的废气流进行加热，这有助于蒸发。在特别有利的实施方式中，以针对性的方式进行液体还原剂的引入，使得还原剂偏转元件与还原剂发生冲击，以使很大一部分的蒸发发生在还原剂偏转元件上。由此，设置在废气净化装置和(如果合适的话)其下游的SCR催化转化器之间的混合部分可以增加或相应地被更好地利用。
[0016]在特别优选的实施方式中，该还原剂偏转装置设置和/或紧固在废气净化装置的出口侧上。以这种方式，当还原剂或其前体通过废气净化装置下游的还原剂供给装置引入到排气系统中并与废气流动方向相反地注入到排气系统中时，可特别有效地使用该还原剂偏转装置。
[0017]该还原剂偏转装置在这里可构造为单独的组件，其放置在排气线路中的废气净化装置下游，在一个实施方式中，以技术上特别简单的方式生产该还原剂偏转装置，然而，该还原剂偏转装置也可直接紧固在废气净化装置的出口侧，例如通过焊接或类似方式。[0018]为了特别好的保护废气净化装置不受注入到排气系统中的还原剂或其相应的前体影响，该还原剂偏转装置包括的不是单一的还原剂偏转元件，而是多个这样的还原剂剂偏转元件，其全部设置在废气净化装置出口侧的区域中。
[0019]在还原剂或各自的前体朝向出口侧的扩散方向中的还原剂偏转装置的不透明设置和/或不透明配置可实现还原剂偏转装置特别高的有效截面。“扩散方向”在这里理解为是指这样一个方向，其中还原剂或者其各自的前体通过还原剂供给装置注入到排气系统中。
[0020]在进一步的实施方式中，可以认为出口侧限定了该废气净化装置的出口横截面积。在出口横截面积的这个区域中，设置至少一个基本上以支柱方式构造的紧固元件，其分别搁置在出口开口的端侧上。至少一个还原剂偏转元件可相应地设置在所述至少一个紧固元件上。基本上以支柱方式构造的紧固元件例如可通过焊接紧固在出口开口上。通过使用基本上以支柱方式构造的紧固元件，可在出口侧的区域中实现还原剂偏转元件特别稳定的机械布置，以及任选地还可以以简单方式实现先前说明的不透明设置或各个配置。
[0021]在以技术上特别简单的方式生产并因此价格从优的实施方式中，该还原剂偏转元件可整体形成在紧固元件上。
[0022]在特别优选的实施方式中，其适于在机动车辆的排气系统的实践中操作，至少两个、优选5个、最优选10个相对于彼此间隔设置的紧固元件可设置在出口横截面积的区域中。然后各紧固元件可在这以支柱的方式构造。提供多个这样的紧固元件能够使大量的还原剂偏转元件布置在这些紧固元件上，其相应地能够使引入到排气系统中的还原剂或各个前体特别有效的偏转。
[0023]优选地，紧固元件可以线状方式布置在出口横截面积中。然后还原剂偏转元件可分别相对于彼此隔开地设置在紧固元件上，使得由还原剂偏转元件形成还原剂偏转元件网格(grid)。通过这样的还原剂偏转元件的网格状布置，实现了还原剂或其各个前体特别有效的偏转。
[0024]在以技术上特别简单的方式生产的实施方式中，紧固元件可分别构造为直支柱。这些支柱基本上平行设置，并在废气净化装置的出口横截面积的区域中相对于彼此地间隔开。
[0025]在其一种可替换的变型中，紧固元件可分别构造为弯曲支柱，其也可在废气净化装置的出口横截面积的区域中布置为相对于彼此间隔开。
[0026]根据一个优选实施方式，通过还原剂偏转元件实现了还原剂或者其各个前体的改进偏转，这是通过还原剂偏转元件轴向上弯曲或成角度的构造。根据本实施方式，还原剂偏转元件紧固在相应紧固元件的轴向端部上。
[0027]此外，本发明涉及具有排气系统的机动车辆，该排气系统具有一个或多个前面提到的特征，且具有设置在排气系统上游并与之流体连接的内燃机。
[0028]本发明的其它重要特征和优点将从从属权利要求、附图和根据附图的相关附图描述中体现。
[0029]应当理解，上面提到和下面进一步解释的特征不仅可用于分别表示的组合中，而且可用于其它组合或单独使用，这并未脱离本发明的范围。【专利附图】
【附图说明】
[0030]本发明的优选示例性实施方式在附图中示出，并在以下描述中更详细地解释，其中相同附图标记表示相同或相似或功能相同的组件。
[0031]附图分别示意性地示出:
[0032]图1为现有技术中已知的排气系统的粗略示意图，
[0033]图2a/2b为根据本发明的排气系统的粗略示意图，其中图2a示出了侧视图，图2b是后视图，
[0034]图3为具有以弯曲方式构造的偏转元件的图2示例性实施方式的第一变型，
[0035]图4为具有以成角度方式构造的偏转元件的图2示例性实施方式的第二变型，
[0036]图5为具有以弯曲方式构造的紧固元件的图2示例性实施方式的第三变型，
[0037]图6为具有分两部分构造的紧固元件的图2示例性实施方式的第四变型。
【具体实施方式】
[0038]在图1的图示中，以粗略示意的方式示出了排气系统，其被标示为100。该排气系统100包括废气净化装置101，其可构造为例如用于净化从机动车辆的内燃机(未示出)排放的废气(参见箭头102)的柴油氧化催化转换器。通过这样的柴油氧化催化转换器，例如可减少废气102中的CO和CmHn排放。
[0039]为了选择性催化还原，注射器形式的还原剂供给装置103可设置在废气净化装置101的下游。通过该还原剂供给装置103，还原剂前体(例如尿素水溶液)可引入到排气系统100中。该尿素水溶液可在废气净化装置101的下游区域104中热转换和/或借助于废气流内的催化剂转换为还原剂(例如氨)。颗粒滤波器106 (“SDPF”)可设置在区域104的下游。为了在废气中有效的混合尿素水溶液，例如多孔混合器或类似方式的适宜混合元件可设置在该区域104 (为清楚起见，图1中未示出)。作为替代，如图1所示通过注射器103注入到排气系统的区域104中的尿素水溶液的流动方向R可与排气系统100中的废气流动方向102至少部分相反的运行，从而以这种方式来实现废气与尿素水溶液特别好的混合。
[0040]然而，其缺点是一部分尿素水溶液(在图1中由附图标记105标示)可渗入到废气净化装置101中并在其中形成不希望的沉积物或类似物。此外，尿素水溶液或相应由其形成的氨(NH3)可与废气净化装置101的表面涂层(例如钯或钼)反应以形成氮氧化物(N0X)。这两种效应导致排气系统100的净化能力降低。
[0041]同样地，在排气系统100的区域104中，可实现多孔混合器或类似方式，用于尿素水溶液与排气系统100的废气的特别有效的混合，存在的风险是由多孔混合器反射的还原剂可以通过类似方式渗透到柴油氧化催化转换器中，并可在那里导致上述沉积物或各个不希望的副产物(如N0X)。
[0042]与此相反，在图2中的图示中，示出了根据本发明的排气系统。图2a在这里示出了粗略示意侧视图，图2b是与排气系统I中的废气流动方向相反的视图。在图2中，根据本发明的排气系统标不为I。
[0043]排气系统I具有柴油氧化催化剂形式的废气净化装置2，其用于净化从所述机动车辆的内燃机(未示出)排放的废气3。还原剂供给装置4设置在废气净化装置2的下游或相对于废气净化装置2间隔开，通过该还原剂供给装置4，在图2a中以粗略示意性方式表示并由附图标记5标示的还原剂可引入到排气系统I中。优选地，通过该还原剂供给装置4，还原剂前体溶液、例如尿素水溶液可引入到排气系统I中。在废气净化装置2的下游区域6中，还原剂前体可与来自排气系统的废气3混合并因此可产生还原剂，在尿素水溶液情况下为氨(NH3)。通过该还原剂，包含在废气3中的氮氧化物(NOx)可还原为氮气(N2)。
[0044]为了有效地相互混合还原剂前体和废气，后者可在流动方向S注入到系统I中，该流动方向S的取向与废气3的流动方向至少部分相反(参见图2a)。为了防止来自还原剂前体溶液的还原剂或分别形成的还原剂可能以不希望的方式进入到废气净化装置2中，根据本发明，还原剂偏转装置7设置在废气净化装置2和还原剂供给装置4之间，还原剂偏转装置具有至少一个以叶片形式构造的还原剂偏转元件8。
[0045]在图2a的图示中，以举例的方式示出了 8个这样的还原剂偏转元件8 ;然而很显然，在变型中还可提供不同数量的还原剂偏转元件8。构造还原剂偏转元件8使得由还原剂供给装置7引入到排气系统I并冲击到还原剂偏转元件8上的还原剂或相应还原剂前体以定向远离废气净化装置2的方式偏转(参见箭头9)。还原剂偏转装置7可设置和/或紧固在废气净化装置2的出口侧10处。在优选的变型中，还原剂偏转元件8可以不透明的方式设置和/或配置在扩散方向S上。以这种方式，可特别好地防止还原剂可能渗透到废气净化装置2中。
[0046]还可从图2a所示中看出的是，出口侧10限定了废气净化装置2的出口横截面积
11。图2b示出了从出口横截面积11的方向观察的废气净化装置2。在出口横截面积11的区域中，举例来说设置了 5个紧固元件12，其基本上以支柱的方式构造并分别放置在废气净化装置2的出口侧10的端侧上。很显然，在该示例性实施方式的变型中，还可能以支柱形式构造不同数量的紧固元件12。几个还原剂偏转元件8可设置在各紧固元件12上。此夕卜，图2b中所示的这种偏转元件的相应数量仅被视为是举例说明。例如，紧固元件12可通过焊接紧固在废气净化装置2的出口侧10的端侧上。同样，还原剂偏转元件8可焊接到各个紧固元件12上。然而在变型中，还原剂偏转元件8还可一体地形成在各个紧固元件12上。优选地，在出口横截面积11的区域中，设置了至少5个、优选至少10个、最优选为至少20个的紧固元件12，其相对于彼此间隔开地设置。
[0047]可从图2b所示中可以看出，紧固元件12可以线状方式设置在出口横截面积11中。由于还原剂偏转元件8分别相对于彼此间隔开的设置在各紧固元件12上，因此由所述还原剂偏转元件8形成了一种还原剂偏转元件网格。
[0048]举例来说，如图2b中所示，紧固元件12可分别构造为基本上直的支柱，其相对于彼此基本平行并间隔开地设置在废气净化装置2的出口横截面积11的区域中。
[0049]还原剂偏转元件8可以笔直的方式构造在轴向A上(参见图2a)。
[0050]在图3和4所示的变型中，还原剂偏转元件8又可分别以弯曲方式(参见图3)或以成角度的方式(参见图4)沿轴向A构造，并可通过轴向端部13分别固定在紧固元件12上。
[0051]在图5所示的变型中，紧固元件12可分别构造为弯曲支柱，其相对于彼此间隔开地设置在废气净化装置2的出口横截面积11的区域中。
[0052]最后，图6示出了紧固元件12或固定在其上的相应还原剂偏转元件8的特定变型。紧固元件12在这里构造成两部分支柱，具有相应地第一和第二支柱元件14、15。两个支柱元件14、15相对于彼此平行设置且相对于彼此间隔开地在轴向A上运行。几个还原剂偏转元件8相对于彼此相邻且间隔开地设置在轴向上的第一和第二支柱元件14、15之间的中间区域中，并例如通过焊接分别连接在所述第一和第二支柱元件14、15的端侧上。然而，可供选择地，还原剂偏转元件8还可一体地形成在两个支柱元件14、15上。
[0053]图6示出了分别以弯曲方式构造的还原剂偏转元件。然而很显然，进一步的变型，还原剂偏转元件8以笔直方式构造或以成角度的方式构造是可以想象的(在这方面参见图2 和 4)。
【权利要求】
1.一种用于机动车辆的排气系统 -具有用于净化从机动车辆的内燃机排放的废气(3)的废气净化装置(2)， -具有设置在废气净化装置(2)下游并相对于废气净化装置(2)间隔开的还原剂供给装置(4)，通过它能够将还原剂引入到排气系统(I; 100)中， -具有设置在废气净化装置(2)和还原剂供给装置(4)之间的还原剂偏转装置(7)，该还原剂偏转装置具有至少一个以叶片形式构造的还原剂偏转元件(8 )。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于，流动方向(R)与排气系统(1;100)中的废气流动方向(102)至少部分相反地运行，通过流动方向(R)可将还原剂引入到排气系统(1;100)中。
3.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，构造还原剂偏转元件(7)，使得通过还原剂供给装置(4)引入到排气系统(I)中并冲击到还原剂偏转元件(8)上的还原剂以定向远离废气净化装置(2)的方式偏转。
4.根据权利要求1至3之一所述的排气系统，其特征在于，构造还原剂偏转元件(7)，从而蒸发通过还原剂供给装置(4)引入到排气系统(I)中并冲击到还原剂偏转元件(8)上的还原剂。
5.根据权利要求1至4之一所述的排气系统，其特征在于，还原剂偏转装置(7)设置或/和紧固在废气净化装置(2)的出口侧(10)上。
6.根据前述权利要求之一所述的排气系统，其特征在于，该还原剂偏转装置(7)包括多个还原剂偏转元件(8)，其设置在废气净化装置(2)的出口侧(10)的区域中。`
7.根据权利要求6所述的排气系统，其特征在于，该还原剂偏转元件(8)以不透明的方式设置和/或配置在还原剂向出口侧(10 )的扩散方向(S )上。
8.根据权利要求6或7所述的排气系统,其特征在于， -出口侧(10 )限定了废气净化装置(2 )的出口横截面积(11)， -在该出口横截面积(11)的区域中设置了至少一个紧固元件(12)，其基本上以支柱的方式构造，紧固元件分别放置在废气净化装置(2)出口侧(10)的端侧上， -至少一个还原剂偏转元件(8)设置在所述至少一个紧固元件(12)上。
9.根据前述权利要求之一所述的排气系统，其特征在于，还原剂偏转元件(8)—体地形成在紧固元件(12)上。
10.根据权利要求8或9所述的排气系统，其特征在于，在该出口横截面积(11)的区域中设置了至少5个、优选至少10个、最优选至少20个的紧固元件(12)，其相对于彼此间隔开的设置。
11.根据权利要求8至10之一所述的排气系统，其特征在于， -所述紧固元件(12)以线状方式设置在出口横截面积(11)中， -还原剂偏转元件(8)分别相对于彼此间隔开地设置在紧固元件(12)上，使得通过还原剂偏转元件(8)形成了还原剂偏转元件网格。
12.根据权利要求8至11之一所述的排气系统，其特征在于，紧固元件(12)分别构造为笔直的支柱，其基本上平行且相对于彼此间隔开的设置在废气净化装置(2)的出口横截面积(11)的区域中。
13.根据权利要求8至12之一所述的排气系统，其特征在于，紧固元件(12)分别构造为弯曲的支柱，其相对于彼此间隔开的设置在废气净化装置(2)的出口横截面积的区域中。
14.根据前述权利要求之一所述的排气系统，其特征在于，该还原剂偏转元件(8)分别以弯曲的或成角度的方式构造在轴向(A)上，并通过轴向端部(13)紧固在紧固元件(12)上。
15.一种机动车辆， -具有根据前述权利要求之一所述的排气系统(I; 100)， -具有设置在排气系统 (I; 1 00)上游并与之流体连接的内燃机。
【文档编号】F01N3/28GK103670619SQ201310431056
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2012年9月20日
【发明者】西尔维娅·卡尔沃·苏埃科 申请人:埃贝斯佩歇废气技术合资公司