專利名稱：用于將液體介質(zhì)引入到來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣中的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將液體介質(zhì)(例如，尿素)引入到來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣中的根據(jù)權(quán)利要求1的前序的設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了滿足主要的排氣清潔要求，現(xiàn)今的機動車輛通常在排氣管線中具有催化劑以實現(xiàn)廢氣的環(huán)境危險成分到環(huán)境危險較小的物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)換。已被用于實現(xiàn)有效的催化轉(zhuǎn)換的方法基于在催化劑的上游將還原劑注入到廢氣中。形成還原劑的一部分或由還原劑形成的還原性物質(zhì)由廢氣傳送到催化劑并在催化劑中的活性位置上被吸收，導(dǎo)致還原性物質(zhì)積聚在催化劑中。積聚的還原性物質(zhì)可隨后與排氣物質(zhì)起反應(yīng)，并由此將排氣物質(zhì)轉(zhuǎn)換成具有較小環(huán)境影響的物質(zhì)。這種還原型催化劑可例如是SCR(選擇催化還原)類型。這種類型的催化劑在以下被稱為SCR催化劑。SCR催化劑還原廢氣中的N0X。在SCR催化劑的情況下，具有尿素溶液的形式的還原劑通常在催化劑的上游被注入到廢氣中。將尿素注入到廢氣中導(dǎo)致氨的形成，氨隨后用作有助于SCR催化劑中的催化轉(zhuǎn)換的還原性物質(zhì)。氨通過在催化劑中的活性位置上被吸收而積聚在催化劑中，并且當(dāng)存在于廢氣中的NOx在催化劑中與催化劑中的活性位置上的積聚的氨接觸時，NOx被轉(zhuǎn)換成氮氣和水。當(dāng)尿素用作還原劑時，它經(jīng)注入裝置以液體尿素溶液的形式被注入到排氣管線中。注入裝置包括噴嘴，經(jīng)該噴嘴，尿素溶液以極細(xì)的噴霧的形式在壓力下被注入到注入裝置中。在柴油機的許多工作狀態(tài)下，廢氣將會處于足夠高的溫度，從而能夠使尿素溶液蒸發(fā)，以至于形成氨。然而，難以避免提供的尿素溶液的一部分在未蒸發(fā)的狀態(tài)下接觸排氣管線的內(nèi)壁表面并附著于內(nèi)壁表面。經(jīng)常接觸周圍空氣并被周圍空氣冷卻的排氣管線將會處于比排氣管線內(nèi)的廢氣低的溫度。當(dāng)內(nèi)燃發(fā)動機在一定時間段期間以均勻的方式(即，在穩(wěn)態(tài)工作條件期間)運行時，不會發(fā)生可察覺到的排氣流的變化，注入到廢氣中的尿素溶液將會因此在整個所述時間段中到達排氣管線的基本上相同的區(qū)域。相對較冷的尿素溶液可在排氣管線的該區(qū)域中引起局部的溫度的降低，這可導(dǎo)致在該區(qū)域中形成尿素溶液的薄膜，該薄膜隨后被排氣流拖動。當(dāng)這個薄膜在排氣管線中移動某一距離時，尿素溶液中的水將會在熱的廢氣的影響下汽化。固體尿素將會剩下并且通過排氣管線中的熱量而被緩慢地汽化。如果固體尿素的供給大于汽化，則固體尿素將會積聚在排氣管線中。如果所導(dǎo)致的尿素層變得足夠厚，則尿素及其分解產(chǎn)物將會彼此起反應(yīng)以形成基于尿素的本原聚合物，稱為尿素塊。這種尿素塊可隨著時間過去而阻塞排氣管線。因此，希望注入的尿素溶液很好地分散在廢氣中，從而防止它到達排氣管線的基本上相同的區(qū)域。尿素溶液在排氣管線中的良好的分散還促進它的蒸發(fā)。還希望注入的尿素溶液被打碎成盡可能小的液滴，因為隨著液滴尺寸減小，蒸發(fā)速度增加。從W02007/115748A1已知根據(jù)權(quán)利要求1的前序的設(shè)備。在該已知設(shè)備中，第一排氣流被以這種方式引導(dǎo)到混合管道中:使這個第一排氣流中的廢氣圍繞混合管道的中心線旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致混合管道中的排氣漩渦。提供注入裝置以將液體介質(zhì)注入到管狀注入室中，由此使注入的介質(zhì)接觸經(jīng)過注入室的第二排氣流。在注入室內(nèi)形成的廢氣和注入的介質(zhì)的混合物隨后在所述排氣漩渦的中心被引導(dǎo)到混合管道中，以便實現(xiàn)液體介質(zhì)在廢氣中的良好分布。發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提出上述類型的設(shè)備的進一步改進，以便實現(xiàn)一種具有與其相比在至少一些方面提供優(yōu)點的結(jié)構(gòu)的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過提供權(quán)利要求1中所限定的特征的設(shè)備來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備包括:-混合管道，用于使廢氣流經(jīng)其中，-第一導(dǎo)流裝置，用于在混合管道中產(chǎn)生第一排氣漩渦，第一導(dǎo)流裝置適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使這個第一排氣漩渦中的廢氣沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，-注入裝置，用于以極細(xì)的噴霧的形式將液體介質(zhì)注入到廢氣中，廢氣在第一排氣漩渦的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道中，和-第二導(dǎo)流裝置，第二導(dǎo)流裝置用于在混合管道中產(chǎn)生第二排氣漩渦，第二排氣漩潤與第一排氣鏇潤同心并圍繞第一排氣鏇潤位于外部，第二導(dǎo)流裝置適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使這個排氣第二排氣漩渦中的廢氣沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)方向與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反。第一排氣鏇渦有助于使液體介質(zhì)沿徑向方向向外受到離心作用，從而使它接觸第二排氣漩渦。第一排氣漩渦和第二排氣漩渦沿相反方向旋轉(zhuǎn)的事實在它們彼此接觸的地方導(dǎo)致湍流。這種湍流有助于使液體介質(zhì)分散在廢氣中。所獲得的液體介質(zhì)的小液滴因此在它們有機會到達管道的任何壁表面之前很好地分散在混合管道中的廢氣中，由此消除或至少顯著地降低了前面提到的塊形成的風(fēng)險。湍流還有助于將液體介質(zhì)的液滴打碎成會更快速地蒸發(fā)的更小的液滴。根據(jù)本發(fā)明的實施例，注入裝置適于將液體介質(zhì)注入到注入室中，注入室位于混合管道的上游，注入室用于使廢氣流經(jīng)注入室，并以這種方式連接到混合管道，即在注入室中接收的廢氣在第一排氣漩渦的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道中。在注入室中，在液體介質(zhì)接觸混合管道中的漩渦之前，發(fā)生液體介質(zhì)在第一量的廢氣中的初始分散。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，注入室沿徑向方向以殼體為邊界，殼體具有沿它的圓周分布的通流孔徑以允許廢氣經(jīng)這些孔徑進入注入室。穿過殼體孔徑的排氣流朝著注入室的中心推動注入到注入室中的介質(zhì)，從而防止它到達殼體的壁表面。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，該設(shè)備包括第三導(dǎo)流裝置，第三導(dǎo)流裝置用于在混合管道中產(chǎn)生第三排氣漩渦，第三排氣漩渦與第排氣漩渦同心并圍繞第二排氣漩渦位于外部，第三導(dǎo)流裝置適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使第排氣漩渦中的廢氣沿所述第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。第二排氣漩渦和第三排氣漩渦沿相反方向旋轉(zhuǎn)的事實在它們彼此接觸的地方導(dǎo)致湍流。這種湍流有助于使液體介質(zhì)進一步分散在廢氣中以及進一步打碎液滴。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的其它有益的特征由獨立權(quán)利要求和以下進行的描述指示。


以下參照附圖在實施例例子的基礎(chǔ)上更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的設(shè)備的示意性縱剖面，圖2是根據(jù)圖1的設(shè)備的混合管道的示意性橫截面，圖3是根據(jù)圖1的設(shè)備的各部分的示意性透視圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的設(shè)備的示意性縱剖面，和圖5是根據(jù)圖4的設(shè)備的混合管道的示意性橫截面。
具體實施例方式圖1和4示出用于將液體介質(zhì)引入到來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣中的根據(jù)本發(fā)明的兩個不同實施例的設(shè)備I。該設(shè)備可例如在排氣管線中位于SCR催化劑的上游，以便在SCR催化劑的上游將具有尿素或氨的形式的液體還原劑引入到排氣管線中，或者位于排氣后處理裝置中，以便在形成排氣后處理裝置的一部分的SCR催化劑的上游引入具有尿素或氨的形式的液體還原劑。設(shè)備I包括混合管道2，混合管道2用于在它的上游端接收來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣并將它們朝著排氣后處理單元(例如，具有SCR催化劑的形式)引導(dǎo)。混合管道2因此用于使廢氣流經(jīng)混合管道2。設(shè)備I還包括:第一導(dǎo)流裝置3，用于在混合管道2中產(chǎn)生第一排氣漩渦Vl (參見圖2和5);和第二導(dǎo)流裝置4，用于在混合管道2中產(chǎn)生第二排氣漩渦V2(參見圖2和5)，第二排氣漩渦與第一排氣漩渦同心并緊挨著位于第一排氣漩渦的外部。第一導(dǎo)流裝置3適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使第一排氣漩渦Vl中的廢氣沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)(由圖2中的箭頭Pl指示)，并且第二導(dǎo)流裝置4適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使第二排氣漩渦V2中的廢氣沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)(由圖2中的箭頭P2指示)，第二旋轉(zhuǎn)方向與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反。這兩個排氣漩渦因此沿互相相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而第一排氣漩渦Vl中的廢氣將會與第二排氣漩渦V2中的廢氣碰撞，導(dǎo)致在這些排氣漩渦之間的邊界區(qū)域中產(chǎn)生湍流。設(shè)備I還包括注入裝置5，注入裝置5適于以極細(xì)的噴霧的形式在壓力下將液體介質(zhì)注入到廢氣中，廢氣在第一排氣漩渦Vl的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道2中。注入裝置5可例如包括注入噴嘴。在圖1和4中示出的實施例中，設(shè)備I包括注入室6，注入室6位于混合管道2的上游并用于使廢氣流經(jīng)注入室6。這個注入室6以這種方式連接到混合管道2:在注入室6中接收的廢氣在第一排氣漩渦Vl的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道2中。注入裝置5適于將液體介質(zhì)注入到注入室6中。注入室6沿徑向方向以殼體7為邊界，殼體7具有沿它的圓周方向分布的通流孔徑8 (參見圖3)以便允許廢氣經(jīng)這些孔徑8進入注入室6。孔徑8關(guān)于該殼體的中心線9對稱地分布。每個孔徑8可例如采用沿該殼體的軸向方向延伸的狹縫的形式，如圖3中所示?？讖?也可具有其它替代的形狀。在所描述的實施例中，殼體7采用朝著注入室的下游端變寬的截錐的形式。在示出的實施例中，注入室6具有封閉的后端10和敞開的前端11。注入室6經(jīng)它的敞開的前端11連接到混合管道2。前述殼體7在注入室6的后端10和它的敞開的前端11之間延伸。注入裝置5位于注入室6的后端10的中心，以便朝著注入室6的敞開的前端11注入液體介質(zhì)。在示出的例子中，注入裝置5經(jīng)注入室6的后壁10延伸到注入室6中。導(dǎo)流裝置3可例如采用按照圓形相對于彼此以一定間隔布置的一組第一引導(dǎo)片的形式，如圖3中所示。在示出的例子中，這些引導(dǎo)片3位于外罩14的第一環(huán)形表面13上，外罩14圍繞殼體7位于外部。外罩14連接到殼體7的前端。第一環(huán)形表面13圍繞注入室的敞開的前端11延伸。引導(dǎo)片3圍繞第一環(huán)形表面的中心均勻地分布，并且每個引導(dǎo)片3在第一環(huán)形表面13中的它們各自的通流孔徑15上以一定角度向外延伸。在示出的例子中，第二導(dǎo)流裝置4可采用按照圓形相對于彼此以一定間隔布置的一組第二引導(dǎo)片的形式。在示出的例子中，這些引導(dǎo)片4位于外罩14的第二環(huán)形表面17上。引導(dǎo)片4圍繞第二環(huán)形表面的中心均勻地分布，并且每個引導(dǎo)片4在第二環(huán)形表面17中的它們各自的通流孔徑18上以一定角度向外延伸。在示出的例子中，第一引導(dǎo)片3逆時針地傾斜，而第二引導(dǎo)片4順時針地傾斜。第二環(huán)形表面17與第一環(huán)形表面13同心，并具有比第一環(huán)形表面13的外徑大的內(nèi)徑。具有截錐的形式的壁19在第一環(huán)形表面13和第二環(huán)形表面17之間延伸。外罩14還具有外壁20，外壁20在它的前端21連接到第二環(huán)形表面17的外邊緣。這個外壁20采用從壁20的上游的前端21朝著它的后端22變寬的截錐的形式。收集室23位于殼體7和外罩14之間。這個室23圍繞殼體7。收集室23具有用于從排氣管線25接收廢氣的入口 24，并經(jīng)殼體孔徑8連接到注入室6，以便允許廢氣經(jīng)這些孔徑8從收集室23流入到注入室6中。收集室23還經(jīng)外罩孔徑15、18連接到混合管道2，以便允許廢氣經(jīng)這些孔徑15、18從收集室23進入混合管道2，導(dǎo)致前述排氣漩渦V1、V2。在示出的實施例中，在混合管道2的上游提供旁路管道26以將廢氣引導(dǎo)到混合管道中而不經(jīng)過收集室23。旁路管道26圍繞收集室23，并通過外罩14與它分開。旁路管道26圍繞外罩14并沿外罩14的外面延伸。收集室的入口 24適于使經(jīng)過排氣管線25的廢氣的一部分轉(zhuǎn)向，以便允許這些轉(zhuǎn)向的廢氣進入收集室23，而旁路管線26適于將經(jīng)過排氣管線25的廢氣的另一部分直接引導(dǎo)到混合管道2中，以便在那里與所述轉(zhuǎn)向的廢氣混合。經(jīng)注入裝置5注入到注入室6中的液體介質(zhì)的噴霧在注入室6中與在圍繞這種噴霧的基本上對稱的氣流中經(jīng)殼體孔徑8進入注入室的廢氣接觸。進入注入室6的廢氣防止所述噴霧中的液體介質(zhì)接觸殼體7的里面，并隨它們一起將液體介質(zhì)傳送到混合管道2中，在混合管道2中，液體介質(zhì)接觸排氣漩渦Vl、V2，被打碎并分散在廢氣中，并且通過廢氣中的熱量而被蒸發(fā)。在圖1和4中示出的實施例中，設(shè)備I包括凸出部分27，凸出部分27具有從它的上側(cè)伸出的殼體7。收集室23形成在這個凸出部分27、殼體7和外罩14之間。收集室的入口 24在這種情況下是環(huán)形的，并圍繞凸出部分27延伸。在收集室的入口 24的上游，排氣管線25具有圍繞凸出部分27延伸的環(huán)形空間28。在圖4和5中示出的實施例中，設(shè)備I還包括:第三導(dǎo)流裝置30，用于在混合管道2中產(chǎn)生第三排氣漩渦V3，第三排氣漩渦V3與第二排氣漩渦V2同心并緊挨著位于第二排氣漩渦V2的外部。第三導(dǎo)流裝置30適于在廢氣朝著混合管道2的下游的移動期間使第三排氣漩渦V3中的廢氣沿所述第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。第二排氣漩渦V2和第三排氣漩渦V3因此沿互相相反的方向旋轉(zhuǎn)，從而第二排氣漩渦V2中的廢氣將會與第三排氣漩渦V3中的廢氣碰撞，導(dǎo)致這些排氣漩渦之間的邊界區(qū)域中的湍流。第三導(dǎo)流裝置30可例如采用上述類型的引導(dǎo)片的形式。在必要的情況下，該設(shè)備可包括用于在混合管道2中產(chǎn)生任何所希望的數(shù)量的排氣漩渦的另外的導(dǎo)流裝置，這些排氣漩渦彼此同心并位于彼此外部，從而使交替的漩渦順時針旋轉(zhuǎn)并且使各中間漩渦逆時鐘旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備特別希望用于重型機動車輛，例如公交車、牽引車輛或卡車。本發(fā)明當(dāng)然絕不局限于上述實施例，因為在不偏離諸如在所附權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的基本構(gòu)思的情況下，這些實施例的修改的許多可能性對于本領(lǐng)域?qū)＜叶钥赡苁秋@而易見的。例如，導(dǎo)流裝置3、4、30可相對于上述情況不同地構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種用于將例如尿素的液體介質(zhì)引入到來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣中的設(shè)備，該設(shè)備(I)包括: -混合管道(2)，用于使廢氣流經(jīng)其中， -第一導(dǎo)流裝置(3)，用于在混合管道(2)中產(chǎn)生第一排氣漩渦(VI)，第一導(dǎo)流裝置(3)適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使這個第一漩渦中的廢氣沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，和 -注入裝置(5)，用于以極細(xì)的噴霧的形式將液體介質(zhì)注入到廢氣中，廢氣在第一漩渦(Vl)的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道⑵中， 其特征在于，設(shè)備(I)包括第二導(dǎo)流裝置(4)，第二導(dǎo)流裝置(4)用于在混合管道(2)中產(chǎn)生第二排氣漩渦(V2)，第二排氣漩渦(V2)與第一漩渦(Vl)同心并圍繞第一漩渦(Vl)位于外部，第二導(dǎo)流裝置(4)適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使這個第二漩渦中的廢氣沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)方向與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于， -所述設(shè)備(I)包括注入室￠)，注入室(6)位于混合管道(2)的上游，用于使廢氣流經(jīng)注入室￠)，并以這種方式連接到混合管道(2)，即在注入室￠)中接收的廢氣在第一漩渦(Vl)的中心在排氣流中被引導(dǎo)到混合管道(2)中，并且 -注入裝置(5)適于將液體介質(zhì)注入到注入室￠)中。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入室(6)沿徑向方向以殼體(7)為邊界，殼體(7)具有沿它的圓周方向分布的通流孔徑(8)，以允許廢氣經(jīng)這些孔徑(8)進入注入室⑶。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述殼體孔徑(8)關(guān)于其中心線(9)對稱地分布。
5.如權(quán)利要求3或4所述的設(shè)備，其特征在于， -所述注入室(6)具有后端(10)和敞開的前端(11)，并經(jīng)所述敞開的前端(11)連接到混合管道(2)，并且 -注入裝置(5)位于注入室的后端(10)的中心，并適于朝著注入室的敞開的前端(11)注入液體介質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1-5中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一導(dǎo)流裝置(3)采用按照圓形相對于彼此以一定間隔布置的一組第一引導(dǎo)片的形式。
7.如權(quán)利要求1-6中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二導(dǎo)流裝置(4)采用按照圓形相對于彼此以一定間隔布置的一組第二引導(dǎo)片的形式。
8.如權(quán)利要求1-7中任何一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備(I)包括第三導(dǎo)流裝置(30)，第三導(dǎo)流裝置( 30)用于在混合管道(2)中產(chǎn)生第三排氣漩渦(V3)，第三排氣漩渦(V3)與第二漩渦(V2)同心并圍繞第二漩渦(V2)位于外部，第三導(dǎo)流裝置(30)適于在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間使第三漩渦中的廢氣沿所述第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種用于將液體介質(zhì)引入到來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣中的設(shè)備包括混合管道(2)；第一導(dǎo)流裝置(3)，用于在混合管道中產(chǎn)生第一排氣漩渦，從而這個第一排氣漩渦中的廢氣在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間沿第一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；-注入裝置(5)，用于以極細(xì)的噴霧的形式將液體介質(zhì)注入到廢氣中，廢氣在第一漩渦的中心在排氣流中被引導(dǎo)到液體介質(zhì)中；以及-第二導(dǎo)流裝置(4)，第二導(dǎo)流裝置(4)用于在混合管道中產(chǎn)生第二排氣漩渦，第二排氣漩渦與第一漩渦同心并圍繞第一漩渦位于外部，從而這個第二漩渦中的廢氣在廢氣朝著混合管道的下游的移動期間沿第二旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，第二旋轉(zhuǎn)方向與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反。
文檔編號F01N3/20GK103154457SQ201180048433
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月6日
發(fā)明者P·洛曼 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司