专利名称：用于分布废气系统中的流动性添加剂的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分布内燃机的废气系统中的流动性添加剂的装置，特别是， 用于分布柴油机的废气系统中的水/尿素混合物的装置，特别是，所述装置有一个开口通 向位于所称谓的“SCR催化转化器”前面的废气管道的注入装置。
背景技术：
由于用于柴油机的废气规范变得更加严格，因此，有必要减少废气中的氮氧化物。 已知的可能性包括在所谓的选择性催化还原反应中将氮氧化物还原为氮和水。当使用注入 到废气中的还原剂时，所述反应在所谓的SCR催化转化器中进行。水/尿素混合物特别用于 所述目的，所述尿素在废气中与氮氧化物反应分解形成氨。该方法中重要的是废气与还原 剂尽可能均勻的混合，且添加剂尽可能完全的蒸发以取得在还原反应中尽可能大的效率。
发明内容
本发明的根本目的在于改善废气中添加剂的分布和提高添加剂的蒸发。将涡流生成装置安装在废气管道中的添加剂导入区可以很好的实现所述目的。这 样的优点在于注入的混合物与废气一起进行旋转，因此提高了添加剂与废气的混合。另外， 由于涡流生成器中流体偏移的惯性作用而发生了液体相的分离，因此，尚未蒸发混合物供 向蒸发器表面。这样能够阻止没有蒸发的混合物进入到SCR催化转化器中。因此，进一步 提高了蒸发。涡流生成装置特别包括至少一个气体导向叶片。这样的优点是，一方面，这样能够 实现好的涡流生成，另一方面，导向叶片本身可作为蒸发器表面。因此，蒸发力能够进一步 全面的提高。多个气体导向叶片的涡轮状排列是特别优选的。这样可实现特别好的涡流生成， 同时形成了可利用的大的蒸发表面积。另外，涡轮状的实施方案对废气横断面形成很好的 阻滞效果，排气背压与搅拌力之间的比率能够通过叶片的长度和宽度进行优化。叶片长度 与叶片宽度的比率优选为约1.5 1-2 1。从技术制造来看，从废气管的管壁形成气体导向叶片是特别有利的。这样可以节 约材料。又减少了重量并提高了操作强度。另外，避免了在气体导向叶片和其它存在的外 部管道之间形成间隙。废气管道具有一个圆形的横截面或带角的，特别是六边的横截面。形成涡轮的废气管道进一步优选通过滑动座套安装在另一个废气管道中，并形成 一个空气间隙。空气间隙可有利的起到废气管道的快速加热的效果，且滑动座套的优点是 形成废气导向叶片的废气管道能够具有很薄的壁厚，因为它无需产生任何支撑功能。这样
3可以实现废气管道的快速加热和进一步提高蒸发能力。根据本发明进一步实施方案，在废气管道中的注入装置开口的前面提供至少一个 扇形撞击板。通过使用撞击板，注入的水/尿素混合分散成扇形。因此，混合物在废气中更 好的被分散；一方面，相对于下游的SCR催化转化器，还有通过后面的蒸发器表面，所述表 面例如是通过热废气管道本身形成。由于注入混合物更好的分布在蒸发器表面上，其热容 量得以更好的利用，蒸发器反应更快。同时，撞击板也作为蒸发器表面，因此，提高了蒸发能 力。将撞击板以不同于90°的角安装到注入装置，还能够改进混合物的分布。因此，从 撞击板弹回的混合物被导向到理想的方向，例如向着下游的蒸发器的表面或SCR催化转化
撞击板特别优选平行于废气流动的方向排列。一方面，由此尽可能小的阻止废气 流，另一方面，通过倾斜注入到废气流中，以实现注入混合物很好的分布。在特别适合的装置中，提供一个以上的用于注入添加剂的注射喷嘴，例如三个或 四个注射喷嘴。每个注射喷嘴连接不同的撞击板是有利的连接方式。在废气流动方向上， 所述撞击板优选相互偏移排列。注入混合物特别好的分布是由撞击板的这种瀑布式的排列 而形成的。根据本发明进一步实施方案，在注入部位后面，特别是在涡流生成装置之后，提供 一个用于添加剂的管状蒸发装置。通过这种另外的蒸发装置能够进一步提高蒸发能力。因 此，任何依然存在的液体部分的添加剂在SCR催化剂之前还能进行蒸发，以使它们不能进 入到催化转化器中。进一步有利的结果是管状蒸发装置包括外管和至少一个内管。一方面，因此可以 形成可用的更大的蒸发器表面，另一方面，可以利用废气流中存在的温度分层。在蒸发装置的管道末端的正前面，可以提供一个轻微膨胀部，该膨胀部作为一个 阱用于可能依然存在的任何液体部分的添加剂，使其从而不能进入后面的SCR催化转化 器。由于那里管道的热量，在膨胀部收集的液体部分随着时间而被蒸发掉。根据同样在权利要求中被要求的本发明进一步实施方案，在废气流的下游末端， 装置中存在的至少一个金属片有一个锥形的部分。根据本发明有利的实施方案，所述锥形 部分可以由斜面组成。其优点是在金属片末端形成的添加剂的小滴保持很小。由于锥形部 分，废气即在金属片的末端流到一起，作用于小滴，小滴从而从金属片上释出。没有这样的 锥形部分，在金属片的滑流中能够形成仅从金属片上艰难释出的更大的小滴。根据本发明进一步优选实施方案，金属片在末端有至少一个尖端面向废气流动方 向。因此同样可以实现不能形成更大的小滴。在这方面，在金属片末端的一种锯齿结构是 特别优选的。在这方面，选择大的锯齿之间的间隔，以致在锯齿间不能附着液滴。可以在装置的所有金属片上提供这种类型的锥形部分，特别是在现有的撞击金属 片上，在气体导向叶片末端和废气管如环绕气体导向叶片的管道和任何存在的另外的蒸发 管道。根据本发明进一步实施方案，所述装置的至少一个金属片的表面制成结构状或穿 孔状的形式。这种结构或穿孔一方面提高了金属片的表面积，因此提高了蒸发能力。而且， 所称谓的莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)效应因此得以抑制，其具有这样的效果即在附着
4液滴的下面形成蒸汽层将液滴与金属片隔开从而阻碍蒸发。而且，存在于金属片上的小滴 的尺寸被机械地减小，因此转而改进了蒸发。小滴越小，其在金属片上附着越好，这样它们 能够更长时间停留在金属片上，增加了蒸发时间。根据本发明的一个实施方案，对于表面的结构化，可以是玻璃丸喷射。而且，该表 面可以带用格栅或用结构金属片制成。从而相应的获得了所需的表面结构，特别是微结构。根据本发明进一步实施方案，至少一个撞击板，涡流生成装置和/或该装置的其 它任何金属片由铁素体不锈钢制成。使用铁素体不锈钢的优点是其热传导值高于例如奥 氏体钢。有利地导致了相应元件的低的局部冷却和进而添加剂的快速加热。
本发明实施方案如附图所示，并在以下进行描述。其中图1是从气体入口观察的本发明装置的立体图；图2是从气体出口侧面观察的图1装置的立体图；图3是图1装置的气体入口侧面的平面视图；图4是图1装置的气体出口侧面的平面视图；图5是沿图3中V-V线剖开的截面图；图6是沿图3中VI-VI线剖开的截面图；和图7是根据本发明装置变型的立体图。
具体实施例方式图1-6中所示的装置包括废气混合管道2，该废气混合管道2带有法兰1，并在废 气入口一侧制成斜切面。四个撞击板3位于废气混合管道2的内部，平行于废气流动方向I 排列，并且以大致相同的间隔排列。撞击板3和废气混合管道2的倾斜废气入口侧4基本 上平齐地终止，且所述撞击板相互之间具有大致相同的长度。因此，它们以不同的量延伸到 废气混合管2中，特别是如图5中所示。顶端的撞击板3大致在废气混合管道2的中心部 分终止。撞击板3在废气流下游的末端5形成倾面，特别是如图6中所示。斜面可以提供 达到例如0. 2mm的厚度，锯齿6的间隔优选为约4_6mm之间。在废气流方向I上，涡流生成装置7在废气混合管道2中撞击板3之后提供。所 述涡流生成装置由排列并形成涡轮状方式的气体导向叶片8组成。这种意味着气体导向叶 片8从废气混合管道2的纵向中心轴线II基本上呈放射状向外延伸，但所述叶片本身是弯 曲的以便它们的接触线与废气混合管道2沿着螺旋线延伸。这样，废气混合管道2的横截 面形成了很强的阻碍，特别是如图4中所示。如所示，提供的全部8个气体导向叶片8环绕 废气混合管道2的纵向中心轴线II均勻的排列。涡流生成装置7的气体导向叶片8在废气流的下游末端带有尖锐的齿9。齿9的 尖端10几乎面向废气流方向I。齿的最大长度优选为10mm，并进而具有从约4mm-6mm的间 隔。气体导向叶片8的长度与宽度的比率约为1.5 1-2 1。这样，形成所希望的混合管 道2横截面的大的阻碍，还同时形成可接受的背压。如图5所示，所示的装置安装在外管道11中。在外管道11和废气混合管道2之
5间形成空气间隙12。法兰1固定连接到外管道11。相反，在法兰1和废气混合管2之间有
一个滑动座套。除了废气混合管道2之外，另外的蒸发管道，这里没有显示，可以安装在外管道11 的内部，并在废气混合管道2的后面，所述管道2特别包括外管道和至少一个内管道。这些 额外的蒸发管道优选在其下游末端有一个轻微的膨胀。根据本发明装置组件的表面，即特别是撞击板3、气体导向叶片8、和额外的蒸发 管道，还包括废气混合管道2，优选具有结构状的或穿孔状的表面。所述表面例如玻璃丸喷 射，或它们能够由格栅形成。该装置的操作如下所示废气按照箭头I流入外管道11并流过废气混合管道2。在这一点上，废气混合管 道2、撞击板3和气体导向叶片8被废气加热。废气从废气混合管道2中出来然后进入SCR 催化转化器。以相对于废气流动方向I的一个角度将水/尿素混合物在废气混合管道2之 前注入外管道11中，以使SCR催化转化器中的氮氧化物发生还原反应。在所示的实施方案 中，没有显示的注入装置，有四个注入喷嘴，每个喷嘴与撞击板3相连。这意味着四个喷射 中的每一个都会撞击一个撞击板3而被弹回并发散出去。因此，注入混合物在废气流中形 成良好分布。另外，混合物撞击到撞击板3上另外被热的撞击板3加热，这样混合物开始蒸 发。然后混合物与废气移动进入涡流生成装置7，在其中，废气和混合物环绕废气混合管道 2的纵向中心轴线开始旋转。因此，废气和水/尿素混合物形成良好混合。另外，涡流生成 装置7的气体导向叶片8也作为蒸发表面。离开废气混合管道2之后，废气选择性地进入另一个蒸发管道，所述管道包括外 管道和一个或多个内管道。可能还存在的混合物的任何液体部分在这里可以被蒸发以便仅 使气态的还原剂进入到SCR催化转化器中。在这里，氮氧化物还原生成氮和水。根据本发明，通过该装置组件的结构状或穿孔状的表面，可以进一步改进混合物 的雾化和分布。另外，将混合物小滴粉碎，它们可以更长时间地保存在蒸发器表面。另一方 面，混合物的小滴更容易通过齿6从撞击板3末端以及通过齿9从气体导向叶片8释放出 来。阻止了难蒸发的大的小滴的出现。由于外管道11中的废气混合管道2的滑动座套，而 且所述管道2可以由相对小厚度的壁制成，这样废气混合管2被废气很快地加热。因此，蒸 发装置的效率很快实现。最后，图7中显示了本发明装置的变型，其中涡流生成装置7由废气混合管道本身 2形成。为此，废气混合管道2的管壁13带有切口 14，所述切口 14从废气下游一侧导向进 入废气混合管道2。在这些部件14的区域，在所有情况下，管壁13曲向内部，以使导向叶片 8形成以涡轮状方式的排列。制成的废气混合管道2的横截面这里为六边形，且每一个切口 14导向沿着废气混合管道2的边15。因此，废气混合管道的相对简单的可制造性生成六个 成形的气体导向叶片8。通过这种类型的制造方法将涡流生成装置7和废气混合管道2加 工成一个件，这样不会形成缝隙。该操作如图1-6的变型中所示。附图标记表1 法兰；2废气混合管道；3撞击板；
6
42的末端面；
53的末端；
6齿；
7涡流生成装置；
8气体导向叶片；
9齿；
109的齿尖；
11外管；
12空气间隙；
13管壁；
14 切口 ；
15边。
I废气流动方向；
II 2的纵向中心轴。
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权利要求
1.一种用于分布内燃机废气系统中流动性添加剂的装置，所述装置有一个开口通向废 气管道的注入装置，并有至少一个安装在废气管道中的金属薄片(3，8)，其特征在于，废气 流下游的金属薄片(3，8)末端(5)有锥形部分(6，9)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述末端(5)带有一个斜面。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述末端带有齿(6，9)，其齿尖(10)朝向 废气流动方向(I)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，末端(5)具有锯齿结构的类型。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，存在于装置中的至少一个金属薄片(3，8) 的表面为结构状或穿孔状。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述表面为进行玻璃丸喷射的。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述表面由格栅形成。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，用于装置中的任何金属薄片由铁素体不 锈钢构成。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置为用于分布柴油机废气系统中 的水/尿素混合物的装置。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开口通向废气管道的注入装置在所 谓的SCR催化转化器的前面。
全文摘要
一种用于分布内燃机废气系统中流动性添加剂的装置，特别是用于分布柴油机废气系统中的水/尿素混合物的装置，所述装置在所谓的SCR催化转化器之前有一个特别是开口通向废气管道的注入装置，并有至少一个安装在废气管道中的金属薄片，其中废气流下游的金属薄片末端有锥形部分。
文档编号B01D53/56GK102003252SQ201010548360
公开日2011年4月6日 申请日期2008年5月5日 优先权日2007年5月8日
发明者伯恩哈德·艾克霍恩, 克劳斯·舍恩伯格, 格特·巴恩斯特德, 汉斯-于尔根·布吕内, 海因茨·科恩霍费尔, 米夏埃多·米勒 申请人:宝马股份公司, 波森公司