废气系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的、在机动车中用于废气引导和废气后处理的废气系统。
【背景技术】
[0002]这里所提及类型的废气系统是已知的。所述废气系统一方面在废气管路中起到废气引导的作用，而另一方面其起到对废气进行后处理的作用，尤其是起到减少颗粒和/或有害物质浓度的作用。典型的情况是，将原始状态下为液态的还原剂(如矿物油燃料或水溶尿素溶液)喷入到流经废气系统的废气中，尤其用以还原的氮氧化物。为了实现有害物质的有效还原以及尽可能完整的化学反应，需要使还原剂蒸发并且尽可能均匀地在废气流中进行分散。在使用水溶尿素溶液的情况下，必须通过水解和/或热解将尿素转化为氨，由此随后可以实施氮氧化物的选择性催化还原。
[0003]由欧洲专利申请EP 2 128 398 Al已知一种废气系统，该废气系统具有第一废气管路元件，该废气管路元件包括入口和出口，其中该第一废气管路元件构成为颗粒过滤器的排出斗。该废气系统设置有第二废气管路元件，该废气管路元件包括具有纵轴和周面的溢流管。该溢流管突出到第一废气管路元件的出口中并且借助其突出到出口中的端部密封地紧贴在第一废气管路元件的壁上。在所述周面中，与所述封闭端部相邻地设置有多个流入开口，这些流入开口构成为矩形缝隙并且有规律地(沿周长方向看)分布在该周面上。那么，溢流管沿着其整个周长具有与所述第一封闭端部相邻的流入开口。该溢流管的封闭端部和流入开口容纳到第一废气管路元件中，从而使沿第一方向通过入口流入的废气可以通过流入开口流入到溢流管中。随后，该溢流管中的废气(沿该溢流管的纵轴的方向看)通过出口从第一废气管路元件中流出。在第一废气管路元件上设置有喷射器单元，用以将还原剂引入到废气中。
[0004]在此方案中显示出，溢流管的纵轴与所述第一方向平行地布置，废气沿该方向通过入口流入到第一废气管路元件中。因此，为了使其从入口到达溢流管中并且通过该溢流管到达出口，排气必须基本上转向180°。尤其是，废气必须首先基本上转向90°，才能(从入口出发)流入到流入开口中。随后，在溢流管中实现另一次基本上90°的转向。以此方式构成了用于废气的相对更为交织盘绕的流动路径，这样的流动路径会伴随有压力损失。在溢流管中构成的废气旋流具有减小的旋流数(Drallzahl)，这是因为已经由于从入口向流入开口的90°第一转向而损失了动能，所述废气旋流起到使所喷入的还原剂与废气混合的作用。此外这显示出了，所述喷射器单元这样布置，即还原剂在流入开口下游喷入到溢流管中。出于此原因，布置在流入开口下游的、用于还原剂蒸发以及与废气进行混的混合路段必须相对长地构成，这对于第二废气管道元件的结构长度是不利的并且因此也对整个废气系统产生了不利影响。
【发明内容】
[0005]本发明所基于的任务尤其在于，创造一种废气系统，该废气系统在优化地利用废气流动动能的前提下提供提高的旋流数并且具有相对紧凑的结构形态，该结构形态具有尽可能短的混合路段。
[0006]所述任务通过具有权利要求1所述特征的废气系统来实现。
[0007]通过使溢流管的纵轴基本上垂直于废气通过入口流入到第一废气管路元件中的第一方向，所流入的废气在无需转向(尤其是无需90° -转向)的情况下从入口到达流入开口中。由此，进一步避免了废气流动中的动能损失，从而可以在流入到溢流管的过程中提供具有高旋流数的废气旋流。可以在流入开口的上游向第一排气管路元件中喷入由所述喷射器单元喷入的还原剂，由此实现了(沿流动方向看)较早的注入，从而使所述混合路段尤其在溢流管中优化地得到充分利用。同时，还原剂尤其在其进入到溢流管中之前就已经至少部分地蒸发。在获得具有高旋流数的高效旋流的同时，以所述方法还实现了还原剂的迅速蒸发以及与废气的迅速混合，由此还加快了尿素的水解速度和/或热解速度。由此，所述混合路段甚至可以构成得比已知的废气系统中更短，这对于第二废气管道元件的长度是有利的并且因此也对整个废气系统产生了有利影响。
[0008]优选的是，流入开口紧邻溢流管的封闭端部，S卩(沿纵向方向看)不现其间隔开或仅在非常小的范围内与其间隔开。当然，流入开口与所述封闭端部也可以具有小的间距(相对于其纵向尺寸)。
[0009]溢流管突出到出口中，从而使流入开口完全布置在第一废气管路元件中。这里，溢流管尽可能短地构成，这样其也就不会过多地进一步突出到第一废气管路元件中，因此它与流入开口的纵向尺寸相当。由此还得出了，溢流管的封闭端部与流入开口的距离(沿纵向方向所测量的)设计得尽可能小，以便使溢流管的突出到第一废气管路元件中的长度不会不必要地扩张并且避免废气流动的盲区。
[0010]溢流管优选形锁合地容纳在出口中。因此，出口的边缘在轮廓上严丝合缝地或形状阴模式精确匹配地并且优选密封地围绕溢流管，从而在出口的边缘与溢流管的周面之间不会有废气从第一废气管路元件中泄漏出来。尤其优选的是，溢流管额外材料锁合地与第一废气管路元件在出口的区域中连接，优选为焊接。以此方式，获得了尤其密封的连接。因此，通过入口流入到第一废气管路元件中的全部废气必须经由流入开口并且通过溢流管从第一废气管路元件中流出，这是因为其中不会产生其它流动路径。
[0011]优选将水溶尿素溶液借助喷射器单元喷入到废气流中，其中在混合路段中尿素通过水解和/或热解转化为氨。与该混合路段相连接地设置有在此情况下优选起到催化剂作用的元素，尤其是用于实施选择性催化还原的催化剂，所述催化剂借助氨将氮氧化物转换为单质的氮和水。当然，在所述废气系统的实施例中，还可以借助喷射器单元将其它的优选为原始状态下呈液态的还原剂(如矿物油燃料)喷入到废气流中。
[0012]具有如下特征的废气系统是优选的，即溢流管至少在流入开口的区域中柱状地构成。该柱状的几何形状优选包括椭圆形的底面，从而使溢流管(从横截面看)椭圆形地构成。通过优选布置在中心的流入开口，流入到椭圆形溢流管中的废气形成了双涡旋，通过该双涡旋可以使喷入到废气流中的还原剂获得尤其有效的混合。优选这样来选择溢流管的几何形状，即其形成两个对流的废气流涡旋，所述废气流涡旋具有(从横截面看)近似圆形的走向。在此情况下，所述涡旋是特别稳定的。这样，所述涡旋优选在混合路段的整个长度上得到保持。
[0013]在另一实施例中，溢流管可以具有与两个对接在一起的圆弧段相对应的横截面形状。同样在此情况下，如果流入开口布置在中心，则尤其在溢流管中形成稳定的双涡旋，该双涡旋在整个混合路段的长度上得到保持。所述混合路段的长度优选为至少200mm直至300mm或更多。
[0014]又在另一实施例中，溢流管柱状地构成有圆形的底面。在此情况下，流入开口优选偏心地布置并且尤其这样布置，即使废气沿切向流入到溢流管中。随后，废气形成稳定的单涡旋，借此同样实现了还原剂与废气的良好混合。
[0015]如果溢流管(从横截面看)椭圆形地构成，则横截面长轴与横截面短轴的比例为最少1.5至最高2。如果所述废气系统与排量处在1.6升至3.5升范围内的机动车内燃机联用，则横截面短轴的长度优选为至少30mm直至最高100mm。当然，具有不同的数值或比例的实施例也是可能的。
[0016]具有如下特征的废气系统是优选的，即溢流管仅具有一个流入开口。该流入开口背离第一废气管路元件地布置，从而使通过入口流入的废气必须首先绕流过溢流管，然后才能逆进入方向通过流入开口流入到溢流管中。由于绕流过溢流管使废气获得了旋流并且带有切向速度分量地流入到溢流管中。尤其有利的是，溢流管在两侧都被废气绕流过，废气流为此被分成两个分流，这两个分流(沿流动方向看)从左右两侧流过溢流管并且在溢流管后方在流入开口的区域中汇合。这样，到达溢流管中的(两)分流具有指向相反方向的切向速度分量，从而以尤其有效的方式形成了非常稳定的且具有高旋流数的双涡旋。
[0017]这里优选的是，第一废气管路元件的壁在第二废气管路元件的封闭端部的区域中向内弯曲，从而使其密封地与该封闭端部连接。以此方式避免了，废气会经由溢流管的封闭端部溢出并且以此途径流到流入开口。因此，全部废气必须绕流过溢流管才能流到流入开口，这提高了所形成的涡旋、尤其是双涡旋的稳定性和旋流数。
[0018]所述流入开口优选沿溢流管的纵轴的方向具有比其横向更大的尺寸。也就是说，该流入开口(沿纵向方向看)长形地构成，其中流入开口的纵向尺寸与横向尺寸的比例优选为至少1.5至最高4。尤其有利的是，所述流入开口构成为缝隙，所述缝隙具有基本上呈矩形的通流面。这里，所述矩形的长边与矩形的短边之间的比例优选为至少1.5至最高4。基本上呈矩形的通流面在各角的区域内呈圆角。用于所述流入开口的矩形缝隙的形状尤其实现了，在溢流管中特别稳定地形成废气流动的双涡旋。
[0019]所述流入开口优选在溢流管的突出到第一废气管路元件中的整个长度上延伸，也就是从出口的内侧一直延伸至封闭端部。该流入开口的较短的横向尺寸优选设计为小于椭圆形溢流管的横截面短轴。
[0020]具有如下特征的废气系统也是优选的，即第一废气管路元件构成为氧化催化器的排出斗。优选的是，入口接近与氧化催化器的排气侧相重叠，从而使第一废气管路元件作为废气收集元件布置在氧化催化器的出口上。由此，所述废气系统整体优选这样构成，即溢流管突出到氧化催化器的排出斗中。由此，由喷射器单元和溢流管所构成的混合装置也紧邻地布置在氧化催化器的下游，优选法兰连接到该氧化催化器。
[0021 ] 在此情况下还优选一种废气系统，其中第一废气管路元件兜帽形地(hutzenformig)构成。这里，由入口限定的想象平面、也就是一与废气通过入口的流动方向相垂直的想象平面基本上垂直于由出口限定的想象平面、也就是一与废气通过出口的流动方向相垂直的想象平面，基本上优选精准垂直地定向。也就是说，从入口到出口废气流转向了基本90°、优选为正好90°。这里，第一废气管路元件与突出到其中的溢流管相搭叠。由第一废气管路元件和第二废气管路元件所构成的布置结构整体上在一定程度上具有风帽(Win