用于内燃机的排气设备的排气处理装置的制作方法

1.本发明涉及一种排气处理装置，所述排气处理装置可以在内燃机的排气设备中、特别是在车辆中用于使由内燃机喷出的排气经受排气净化过程。


背景技术：

2.为了减少由内燃机喷出的排气中的有害物质份额，已知的是：使用不同的排气处理单元、例如催化器和颗粒过滤器。例如与柴油内燃机相关地已知的是：为了减少排气中的氮氧化物份额，使用scr催化器。


技术实现要素：

3.本发明的任务在于，设置一种用于内燃机的排气设备的排气处理装置，该排气处理装置能在紧凑构造时改善地与不同的运行状态相适配。
4.按照本发明，这个任务通过一种按照权利要求1的用于内燃机的排气设备的排气处理装置解决。所述排气处理装置包括：
5.从在壳体上设置的排气入口引导到在所述壳体上设置的排气出口的第一排气流动路径，
6.从所述排气入口引导到所述排气出口的、与所述第一排气流动路径分开的第二排气流动路径，
7.用于改变穿流所述排气入口的排气流的引导到所述第一排气流动路径和所述第二排气流动路径中的排气流份额的流动路径转换单元，
8.用于将反应剂放出到所述第二排气流动路径中的在所述排气入口下游的反应剂放出装置，
9.所述第二排气流动路径中的在所述排气出口上游的scr催化器装置。
10.通过在两个排气流动路径之间选择性地转换、即改变在排气入口的区域中进入到排气处理装置中的排气流的引导通过两个排气流动路径的份额，存在如下可能性：将排气流基本上完全地或部分地引导通过scr催化器装置或者基本上完全地或部分地引导通过第一排气流动路径并且因此引导经过scr催化器装置。因此，scr催化器装置仅然后并且以这样的程度穿流，即，如这通过排气中的相应的运行状态或者说有害物质份额是必需的或者说有意义的。如果不需要在scr催化器装置中对排气的处理或者说存在这样的运行状态，在所述运行状态中，scr催化器装置例如由于排气成分或过低的温度只能发挥小的有效性，则排气流可以引导经过scr催化器装置，从而在排气处理装置中实现具有明显较小的流动阻力的状态，这有助于减少内燃机中的燃料消耗并且因此也有助于减少有害物质排放。
11.为了在排气出口处的排气流的引导通过scr催化器装置的份额的在先列举的可调节性中可以提供经联合的排气流，提出：所述第一排气流动路径和所述第二排气流动路径在所述排气出口上游的流动路径汇合区域中汇合，并且所述scr催化器装置在所述第二排气流动路径中设置在所述流动路径汇合区域上游。
12.在一种能简单实现的设计方案，在排气入口处进入的排气流分隔成穿流两个排气流动路径的份额例如可以通过如下方式进行，即，所述第一排气流动路径和所述第二排气流动路径在所述排气入口下游的流动路径分开区域中彼此隔开，并且所述流动路径转换单元在所述第一排气流动路径中设置在所述流动路径分开区域下游。
13.所述流动路径转换单元可以包括节气门，所述节气门在关闭位置中最大程度地、优选基本上完全地闭塞所述第一排气流动路径以防止穿流并且在打开位置中最大程度地释放所述第一排气流动路径以用于穿流。这种用于排气设备的节气门在现有技术中作为运行安全的并且能简单操控的系统区域已知并且也在排气处理装置的按照本发明的设计方案的关系中能以简单的方式实现对排气流的分配或者说转换。
14.为了在流动路径转换单元的这样的设计或者说定位中用于在所释放的、特别是最大程度地释放的第一排气流动路径中基本上将整个排气流引导穿过第一排气流动路径，进一步提出：所述第一排气流动路径的流动阻力小于所述第二排气流动路径的流动阻力。如果流动路径转换单元处于第一排气流动路径最大程度释放的状态中，则仅由于第二排气流动路径中的较大的流动阻力，排气首要流过通过第一排气流动路径。通过朝其关闭位置的方向调节流动路径转换单元，可以提高通过流动路径转换单元引入的堵塞和因此第一排气流动路径中的流动阻力，从而对应于两个排气流动路径中的流动阻力的关系，可以实现将排气流对应地分配到两个排气流动路径上。
15.为了一方面对排气处理装置的不同系统区域的定义的定位并且为了另一方面在壳体中的定义的流动引导，壳体内部空间可以通过分隔壁分成第一容积区域和第二容积区域，并且所述第二容积区域可以构成所述第一排气流动路径的至少一部分。这意味着：第二容积区域直接由排气穿流并且因此是环绕第二容积区域的壁、例如分隔壁也是引导穿流第二容积区域的排气流的壁。
16.在一种特别有利的设计变型方案中提出：所述scr催化器装置基本上设置在所述第二容积区域中。这特别是在如下情况中是有利的，即，第二容积区域提供第一排气流动路径的一部分并且因此由在第一排气流动路径中流动的排气穿流。该排气然后也在scr催化器装置处于第二容积区域中的区段中环流所述scr催化器装置，从而通过排气将热传递到scr催化器装置上并且该scr催化器装置在内燃机的运行中持续地保持在适用于实施催化尾气净化反应的温度上或在内燃机的燃烧运行开始时可以快速地置于这样的温度。
17.为了可以利用第二容积区域用于以排气穿流，所述第一排气流动路径可以包括朝所述第二容积区域敞开的、优选管状的第一排气引导元件。
18.为了提供第一排气流动路径的尽可能小的流动阻力，提出：所述第一排气流动路径的从所述排气入口引导到所述第二容积区域的区段能由排气基本上直线地穿流。因此，导入到第一排气流动路径中的排气可以基本上无流动换向地引导穿过第一排气流动路径的区段并且进入到第二容积区域中。
19.所述节气门可以设置在所述第一排气引导元件中，从而第一排气引导元件可以提供节气门的翻转管。
20.为了排气处理装置的紧凑设计，所述第二排气流动路径可以包括：
21.基本上设置在所述第一容积区域中的、优选壳体状的第二排气引导元件，
22.连接到所述第二排气引导元件上的排气/反应剂混合路段，所述排气/反应剂混合
路段具有基本上在连接到所述第二排气引导元件上的、优选管状的第三排气引导元件中设置的混合器，
23.连接到所述第三排气引导元件上的、基本上在所述第二容积区域中延伸的、优选管状的第四排气引导元件，
24.连接到所述第四排气引导元件上的、基本上在所述第一容积区域中延伸的、优选壳体状的第五排气引导元件，
25.连接到所述第五排气引导元件上的、基本上在所述第二容积区域中延伸的、优选管状的、容纳所述scr催化器装置的催化器元件的第六排气引导元件。
26.在此要指出：一个或多个所述排气引导元件可以分别由一个部分或者说一个部件构造，这主要是在相应的排气引导元件的管状设计中用于能简单实现的构造。备选地可能的是：一个或多个所述排气引导元件分别由多个部分组装而成，这主要是在相应的排气引导元件的壳体状的设计中是有利的。然后，这样的排气引导元件例如可以利用两个或多个相互连接的壳体外壳构造。进一步，两个或多个彼此连接的排气引导元件例如可以特别是在其管状设计中通过唯一一个构件提供，在所述构件中提供不同的构件区段的相应的排气引导元件。
27.在按照本发明的排气处理装置中，为了紧凑的构造可以进一步规定：所述排气入口设置在所述第二排气引导元件上，或/和所述第二排气引导元件在与所述第三排气引导元件连接的连接区域中支承在所述分隔壁上，或/和所述第三排气引导元件基本上在所述第二容积区域中延伸，或/和所述第二排气引导元件中的排气主流动方向基本上正交于所述排气入口中的排气主流动方向。
28.此外，通过如下方式辅助支持紧凑构造，即，所述第二排气流动路径不朝所述第一容积区域敞开，或/和所述第二排气引导元件和所述第五排气引导元件在所述第一容积区域中并排地设置并且所述第二排气引导元件中的排气主流动方向大致平行于所述第五排气引导元件中的排气主流动方向。关于这一点要指出：在第二排气流动路径的设计方案中这样，使得所述第二排气路径不朝第一容积区域敞开，第二排气流动路径例如通过不同的在先列举的排气引导元件引导穿过第一容积区域，向外界定第一容积区域的壁然而不用于引导穿流第二排气流动路径的排气流。
29.为了将第一排气流动路径连接到第二排气引导元件上，所述第一排气流动路径可以包括连接到所述第二排气引导元件上的并且引导到所述第一排气引导元件的、优选漏斗状的第七排气引导元件。
30.所述第二排气引导元件可以具有第一排出开口，所述第三排气引导元件在所述第一排出开口的区域中连接到所述第二排气引导元件上。进一步，所述第二排气引导元件可以具有第二排出开口，所述第七排气引导元件在所述第二排出开口的区域中连接到所述第二排气引导元件上。
31.为了聚集排气流动路径，所述流动路径汇合区域可以包括跟随所述第六排气引导元件的排气流聚集元件，并且所述排气流聚集元件可以通过至少一个、优选多个穿透开口朝所述第二容积区域敞开或/和所述排气出口可以设置在所述排气流聚集元件的区域中。
32.本发明还涉及一种用于车辆中的内燃机的排气设备，所述排气设备包括按照本发明构造的排气处理装置和连接到所述排气处理装置的排气出口上的、具有至少一个排气处
理单元的排气处理系统。
33.在这样的排气设备中，按照本发明构造的排气处理装置是连接在上游的系统区域，有助于排气处理并且因此有助于减少排气中的有害物质份额的另一个系统区域跟随所述系统区域，所述另一个系统区域具有至少一个排气处理单元、例如催化器或颗粒过滤器。
附图说明
34.下面参考附图详细描述本发明。附图中：
35.图1沿视向i观察地示出内燃机的排气设备中的排气处理装置的透视图；
36.图2沿视向ii观察地示出图1的排气处理装置；
37.图3示出具有打开地示出的壳体的排气处理装置的另一个透视图；
38.图4示出排气处理装置的纵剖视图；
39.图5示出沿另一个剖切面剖切的对应图4的图示。
具体实施方式
40.在图中，要设置在内燃机的排气设备10中的排气处理装置一般以12表示。排气处理装置12包括壳体14，所述壳体具有在示出的设计示例中以两个壳体外壳16、18构造的周边壁20、在图4和图5中可看到的入口端的端壁22、在图3、图4和图5中可看到的出口侧的端壁24和将壳体14的内部空间划分成上游的第一容积区域26和下游的第二容积区域28的分隔壁30。两个壳体外壳16、18、端壁22、24和分隔壁30优选以板材构造并且在它们彼此邻接的区域中通过材料锁合、例如熔焊或钎焊或/和通过形锁合来固定地相互连接。
41.在壳体14的内部中定义排气入口32与排气出口34之间的两个在下面解释的排气流动路径。每个所述排气流动路径能由在排气入口32的区域中导入到壳体14中的排气流a的所述部分或一部分穿流。在此，在附图中，穿流第一排气流动路径的排气流或者说该排气流的部分通过用实线表示的流动箭头p1示出，而穿流第二排气流动路径的排气流或者说该述排气流的部分通过用虚线示出的流动箭头p2代表。
42.排气处理装置12具有一般以36表示的流动路径转换单元，以用于将排气流a在排气流动路径之间转换或者说将所述排气流分配到两个排气流动路径上。流动路径转换单元36包括管状的第一排气引导元件40中的在图2中在打开位置中示出的节气门38，所述第一排气引导元件提供翻转管，在所述翻转管上，节气门38能绕偏转轴线偏转地支承。节气门38配设有未示出的、例如电动的偏转驱动装置，以使节气门能在图2中示出的打开位置与例如关闭位置之间偏转，在所述打开位置中第一排气引导元件40基本上最大程度地被释放以用于穿流，在所述关闭位置中，节气门38最大程度地、例如基本上完全地封闭第一排气引导元件40以防止穿流。在具有最大穿流性的打开位置与具有最小穿流性的关闭位置之间的中间位置中，引导穿过第一流动引导元件40的第一排气流动路径42通过节流元件38部分地、但不完全防止穿流地堵塞。
43.在基本上完全地定位在第二容积区域28中的管状的第一流动引导元件40上游，在第一容积区域26中设置有例如以两个碗状的壳体部件构造的、壳体状的第二排气引导元件44。第二排气引导元件44具有进入开口46，所述进入开口定位在端壁22上构造的排气入口32的区域中或提供所述区域，例如固定在端壁22上，从而穿流排气入口32的排气流在进入
开口46的区域中进入到壳体状的第二排气引导元件44中。
44.在第二排气引导元件44的跟随进入开口46的容积区域中构成流动路径分开区域48，在所述流动路径分开区域中，引导到第一排气引导元件40的第一排气流动路径42和引导穿过第二排气引导元件44的第二排气流动路径50隔开。
45.在第二排气引导元件46的内部中，排气流a或者说排气流a的导入到第二排气流动路径50中的部分基本上正交于在排气入口32处的排气流a的排气主流动方向地流动并且到达第二排气引导元件46的第一排出开口52。在第一排出开口52的区域中，管状的第三排气引导元件54连接到第二排气引导元件46上，在所述第三排气引导元件中基本上是混合路段，以用于将排气流a的穿流第二排气流动路径50的部分和借助于通常也称为注射器的反应剂放出装置56放出的反应剂r混匀。为此，在也支承反应剂放出装置56的支架58上支承有混合器60，所述混合器由排气和反应剂r穿流并且在此产生辅助支持所述混匀的涡流。
46.由排气和从反应剂放出装置56放出的例如形式为喷雾的尿素/水溶液的反应剂r构成的混合物从与第二排气引导元件46共同支承在分隔壁30上的并且基本上在第二容积区域28中延伸的第三排气引导元件54流动到弯曲的、管状的第四排气引导元件62中。这个第四排气引导元件呈弧形地引导穿过第二容积区域28并且在分隔壁30的区域中连接到壳体状的第五排气引导元件64上。第五排气引导元件64也可以以两个壳体外壳构造并且同样如第二排气引导元件44那样将排气流a的穿流第二排气流动路径50的部分引导穿过第一容积区域26，在这个区域中，第二排气流动路径50也不朝第一容积区域26敞开。
47.图1清楚地示出，在第一容积区域26中，壳体状的第二排气引导元件44和壳体状的第五排气引导元件64基本上并排地定位并且由排气流a的沿着第二排气流动路径50流动的部分相对于彼此基本上平行地穿流。
48.管状的第六排气引导元件66在分隔壁30的区域中连接到第五排气引导元件64上。这个第六排气引导元件与第五排气引导元件64例如在分隔壁30的区域中连接并且与该第五排气引导元件共同固定地支承在分隔壁30上。第六排气引导元件66可以构成一般以68表示的scr催化器装置的外罩。在管状的第六排气引导元件66中，例如在中间放置纤维垫72的情况下支承scr催化器装置68的催化器元件70。催化器元件70可以包括例如单片构造的、多孔的、亦即能由排气穿流的体，所述体以催化有效的材料构造或/和涂层。备选地，可能将具有外罩和催化器元件的完整的催化器装置装入到管状的第六排气引导元件66中，从而一旦需要可以将整个scr催化器装置68从第六排气引导元件66移除。
49.第六排气引导元件66或者说包括该第六排气引导元件的或装入到该第六排气引导元件中的scr催化器装置68基本上完全地处于第二容积区域28中，从而排气流a的经由第一排气引导元件40进入到第二容积区域28中的并且穿流该第二容积区域的份额可以在scr催化器装置68的外侧环流该scr催化器装置。
50.管状的、在示出的设计示例中漏斗状地构造的排气流聚集元件74连接到第六排气引导元件66上。从scr催化器装置68或者说催化器元件70排出的排气流进入到该排气流聚集元件74中。这个排气流聚集元件具有多个穿透开口76，经由所述穿透开口，排气流聚集元件74的内部空间朝第二容积区域28敞开，从而穿流两个容积区域28的排气可以经由穿透开口76进入到排气流聚集元件74中。
51.在排气流聚集元件76中构成流动路径汇合区域78，在所述流动路径汇合区域中，
两个排气流动路径42、50又汇合，并且所述流动路径汇合区域引导到在端壁24的区域中构成的排气出口34或者提供该排气出口。在排气出口34上离开排气处理装置12的排气流a可以流动至连接到排气出口34上的另一个排气处理系统80，在所述另一个排气处理系统中可以实施对排气的所述处理或者说另一个处理，以用于减少有害物质份额。这个排气处理系统例如可以包括一个或多个排气处理单元82、例如氧化催化器、特别是柴油氧化催化器、颗粒过滤器、特别是柴油颗粒过滤器或类似物。
52.为了连接第二排气引导元件44和第一排气引导元件40，在示出的设计示例中漏斗状地构造的第七排气引导元件86在该第二排气引导元件的第二排出开口84的区域中连接到第二排气引导元件44上，所述第七排气引导元件在其下游的端部上连接到第一排气引导元件40上，从而在排气入口32处进入到排气处理装置12中的的排气流a的引导通过第一排气流动路径42的份额可以经由漏斗状的第七排气引导元件86流动到第一排气引导元件40，所述第七排气引导元件在分隔壁30的区域中与分隔壁连接或者说也与第二排气引导元件50连接。
53.要指出：对优选所有由板材构造的、各个彼此连接的排气引导元件的连接也可以通过材料锁合、例如熔焊或钎焊或/和通过形锁合、例如通过对排气引导元件的卷边或者说彼此插入来实现。每个所述排气引导元件例如由一个部分构造，但备选地可以由多个部分组装而成。第三排气引导元件54和第四排气引导元件62例如也可能提供同一个构件的构件区段。
54.利用排气处理装置12的在先描述的构造可能的是：通过对流动路径转换单元36的对应操控，定义地调节排气流a向两个排气流动路径42、50上的分配。如果例如整个排气流a应引导通过第二排气流动路径50和因此scr催化器装置68，则节气门38设置到其关闭位置中，在该关闭位置中，所述节气门在第一排气引导元件40的区域中基本上完全地防止穿流地封闭第一排气流动路径42。排气流a然后在流动路径分开区域48中基本上完全地导入到第二排气引导元件44中并且引导穿过在第三排气引导元件54中构成的混合路段。在这个混合路段中，排气可以以反应剂r贯穿并且在然后跟随的第四排气引导元件62中流动到第五排气引导元件64并且经由该第五排气引导元件流动到第六排气引导元件66或者说scr催化器装置68中。
55.可看到：在第三排气引导元件54中构成的或者说开始的混合路段与scr催化器装置68之间设置有用于由排气和反应剂r构成的混合物的相对长的流动路径，在该流动路径中，混合物多重地换向，这虽然导致提高的流动阻力，但是辅助支持排气和反应剂r的混匀。穿流scr催化器装置68的排气进入到在排气流聚集元件74中构成的流动路径汇合区域76中并且经由该流动路径汇合区域和排气出口34离开排气处理装置12到排气设备10的然后跟随的部分、例如所述另一个排气处理系统80。因为在这个运行状态中第二容积区域68借助于节气门38封闭，所以基本上没有从scr催化器装置68排出的排气穿过穿透开口76到达第二容积区域28。
56.如果排气流a应基本上完全引导通过第一排气流动路径42，则节气门38设置到在图2和4图中示出的打开位置中。第一排气引导元件40在这个状态中最大程度地被释放以用于穿流，并且通过排气入口32进入到壳体14中的排气流a基本上完全直线地穿过第二排气引导元件44的进入开口46进入到第七排气引导元件86、第一排气引导元件40和第二容积区
域28中。因为进入开口46、第七排气引导元件86和第一排气引导元件40沿流动方向基本上直线地相继地设置，所以在这个流动引导中提供用于排气流a的相对小的流动阻力。
57.排气在从第一排气引导元件40排出之后穿流第二容积区域28并且在此不仅环流第三排气引导元件54、而且环流第四排气引导元件62、而且环流第六排气引导元件66并且因此在scr催化器装置68的外侧环流该scr催化器装置。这导致：以相对高的温度进入到第二容积区域28中的排气对配设给第二排气流动路径50的部件或者说系统区域进行加热。这导致：在反应剂r导入到排气流中的区域中，在穿流第二排气流动路径50时辅助支持反应剂r的蒸发。同时，通过环流第六排气引导元件66或者说scr催化器装置68，这个scr催化器装置也或首要从外部加热并且因此快速地置于对于实施催化的反应必需的温度上或者说在内燃机的燃烧运行中可靠地保持在高的温度上。
58.穿流第二容积区域28的排气在穿透开口76的区域中然后进入到在排气流聚集元件74中构成的流动路径汇合区域78中并且经由排气出口34离开该流动路径汇合区域或者说排气处理装置12。
59.虽然在先前描述的运行状态中在最大程度地打开的节气门38时原则上不截止第二排气流动路径50以防止穿流，但由于第一排气流动路径42的明显较小的流动阻力，排气首要或基本上仅流动通过第一排气流动路径42。特别是相对长的并且多重弯曲的第二排气流动路径50和scr催化器装置68的在该第二排气流动路径中设置的并且要由排气穿流的催化器元件70用于使第二排气流动路径50提供相对大的流动阻力并且因此可以达到如下状态，在该状态中，在节气门38完全打开时排气流a基本上完全引导穿过第一排气流动路径42。
60.通过在具有最大程度地打开的节气门38与最大程度地关闭的节气门38的两个在先解释的运行状态之间可以转换的可能性，提供如下可能性：根据在scr催化器装置68中实施催化反应的必要性，将排气引导穿过或经过所述scr催化器装置。如果例如在相对高的排气温度时不需要实施选择性的催化还原，则可以省去反应剂r的喷入并且可以将排气流a引导通过第一排气流动路径42，该第一排气流动路径提供较小的流动阻力，这又在内燃机的运行中有助于减少的燃料消耗。
61.如果例如在排气温度相对低或者说排气中的氮氧化物份额高时需要实施选择性的催化还原，则排气流a可以基本上完全引导通过第二排气流动路径50和因此scr催化器装置68。这特别是可以当内燃机在工作运行开始时喷出具有相对较低的温度和高的有害物质份额的排气时是必需的。
62.为了也在这种状态中实现随scr催化器装置68的尽可能快速的加热，首先可以将排气流a的所述部分或至少一部分引导通过第一排气流动路径42，以便将在其中输送的热的一部分传递到在第二容积区域28中由排气环流的scr催化器装置68上。在这个阶段中也可以例如已经将排气流a的一部分引导通过scr催化器装置68，以便也从内部加热scr催化器装置。在此，引导通过第二排气流动路径50的排气流a的份额例如可以逐渐增大，并且在达到scr催化器装置的足够高的温度时可以以喷入反应剂r开始，以便然后开始选择性的催化还原。
63.利用按照本发明构造的排气处理装置，提供排气设备的紧凑构造的系统区域，该系统区域可以与用于排气处理以用于减少有害物质份额的另一个系统区域组合，以便与运
行状态相关地使scr催化器装置仅当这对于减少氮氧化物份额实际上必需或者说有意义时才运行。在其他运行状态中可以绕过scr催化器装置，从而可以一方面节省用于实施选择性的催化还原需要的反应剂，另一方面由于在这个运行状态中的较小的流动阻力，内燃机可以以较小的燃料消耗和因此也较小的有害物质排放运行。