廢氣后處理設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)的廢氣后處理設(shè)備(exhaust gasaftertreatment device),更特別地涉及一種緊湊的廢氣后處理設(shè)備,包括兩個(gè)催化轉(zhuǎn)化器底物(catalytic converter substrates)和先進(jìn)的廢氣排氣引導(dǎo)系統(tǒng),提供了更好的廢氣排氣混合特性。另外，本發(fā)明包括用于減少由于廢氣排氣的熱負(fù)荷產(chǎn)生的熱膨脹的裝置，以及設(shè)置有這種裝置的廢氣后處理設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今，為了符合目前的排放法規(guī)，帶有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)的近乎全部車輛配備有包括某種催化轉(zhuǎn)化器的廢氣后處理設(shè)備。
[0003]用于減小來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排氣的催化轉(zhuǎn)化器通常由帶有進(jìn)口和出口的管狀縱向主體組成，其中進(jìn)口配置在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣側(cè)上以便接收來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排氣，并且出口被配置為排出在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)處理過的廢氣排氣。進(jìn)口與出口流體連通。另外，催化轉(zhuǎn)化器通常包括配置在催化轉(zhuǎn)化器的進(jìn)口與出口之間的至少一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器底物。催化轉(zhuǎn)化器底物通常包括通道結(jié)構(gòu)，當(dāng)廢氣暴露于催化轉(zhuǎn)化器的巨大表面積時(shí)廢氣能夠穿過通道結(jié)構(gòu)。在汽油機(jī)中最頻繁使用的催化轉(zhuǎn)化器底物通常是三元催化劑(TWC)，而柴油機(jī)氧化催化劑(DOC)和/或吸附催化還原系統(tǒng)(LNT)通常是柴油機(jī)最頻繁使用的。還優(yōu)選TWC或D0C/LNT被添加帶有選擇性催化還原功能(SCR)的底物以便改進(jìn)NOx的減少。底層機(jī)構(gòu)(underlying mechanisms)和催化轉(zhuǎn)化器的選擇本身不是本發(fā)明的一部分并且此處不再贅述。
[0004]然而，使用一個(gè)以上的催化轉(zhuǎn)化器底物可能成問題，因?yàn)榇呋D(zhuǎn)化器常常與客車的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)有限的有效空間所致的設(shè)計(jì)限制有關(guān)。從發(fā)動(dòng)機(jī)包裝的角度來說較小的催化轉(zhuǎn)化器是優(yōu)選的，但是較小的催化轉(zhuǎn)化器通常意味著催化轉(zhuǎn)化器的進(jìn)口與催化轉(zhuǎn)化器底物之間的流動(dòng)距離是有限的。有限的距離意味著進(jìn)行廢氣排氣混合的時(shí)間和距離是有限的。廢氣排氣的不充分混合產(chǎn)生了不均勻的廢氣排氣混合物。例如對(duì)于配置在廢氣排氣流內(nèi)的排氣傳感器能夠正確地工作和給出精確的排氣測(cè)量值來說這可能是有問題的。
[0005]催化轉(zhuǎn)化器的其它有問題區(qū)域是高背壓和不充分加熱。催化轉(zhuǎn)化器的加熱是很關(guān)鍵的，因?yàn)榇呋D(zhuǎn)化器在相對(duì)較高溫度下是最有效的。因此，期望催化轉(zhuǎn)化器盡快達(dá)到其最佳操作溫度。然而同時(shí)，高溫和溫度的大波動(dòng)對(duì)于催化轉(zhuǎn)化器的元件來說會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力。使用不同的方法使催化轉(zhuǎn)化器盡快地達(dá)到所期望的操作溫度，例如燃燒和發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射可被控制為生成額外熱量或催化轉(zhuǎn)化器可被配置為盡可能接近發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排氣出口，此處的廢氣排氣是最溫暖的。
[0006]如果使用帶有SCR功能的底物，則廢氣排氣的不充分混合是特別需要注意的。對(duì)于帶有SCR功能的底物來說，液體或氣體還原劑被按順序?qū)霃U氣排氣流以便還原劑和廢氣排氣在帶有SCR功能的底物之前就混合。因此，充分的混合對(duì)于帶有SCR功能的底物能夠正確地工作來說是必需的。
[0007]此處認(rèn)為被并入作為參考的US 2012/0110989公開了用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣后處理設(shè)備，其中該設(shè)備包括催化轉(zhuǎn)化器，催化轉(zhuǎn)化器包括管形部件、管部件、一個(gè)催化轉(zhuǎn)化器底物和偏轉(zhuǎn)器裝置。通過使用管部件和偏轉(zhuǎn)器裝置，根據(jù)2012/0110989的催化轉(zhuǎn)化器裝置在單個(gè)催化轉(zhuǎn)化器之前提供了延長(zhǎng)的混合時(shí)段以便提高效率。此外，通過利用從廢氣排氣傳輸至管部件和偏轉(zhuǎn)器裝置的熱量，管部件和偏轉(zhuǎn)器裝置被構(gòu)造為在廢氣排氣到達(dá)單個(gè)催化轉(zhuǎn)化器之前減少液態(tài)排氣的量。通過在管部件的下游側(cè)與偏轉(zhuǎn)器裝置之間配置多孔材料層，進(jìn)一步提聞了該效果。
[0008]然而，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)的廢氣后處理設(shè)備，包括創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器，其中部分地避免了某些前面提及的問題。本發(fā)明提供了包括兩個(gè)催化轉(zhuǎn)化器底物的緊湊催化轉(zhuǎn)化器。雖然創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器是緊湊的并且包括兩個(gè)催化轉(zhuǎn)化器底物，創(chuàng)造性的廢氣后處理設(shè)備的創(chuàng)造性催化轉(zhuǎn)化器提供了改進(jìn)的混合特性。此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種創(chuàng)造性的廢氣引導(dǎo)裝置，克服了催化轉(zhuǎn)化器的引導(dǎo)裝置中熱導(dǎo)致的應(yīng)力問題。
[0010]創(chuàng)造性的廢氣后處理設(shè)備包括創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器，其中創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器包括封裝部件。封裝部件包括第一和第二端部，其中第二端部配置在催化轉(zhuǎn)化器的相對(duì)末端中作為第一端部部段，并且封裝部件的中間部分配置在第一端部和第二端部之間。
[0011]在創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)選改進(jìn)中，封裝部件可具有管狀截面形狀，但也可能使用橢圓形截面形狀、近乎矩形的截面形狀或任意其它適宜的形狀例如不規(guī)則形狀的截面形狀。封裝部件的成形取決于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的有效空間和其它設(shè)計(jì)限制。
[0012]封裝部件的外側(cè)限定了所述催化轉(zhuǎn)化器的外周，并且所述封裝部件的內(nèi)側(cè)限定了所述催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)換器體積。在封裝部件內(nèi)配置第一催化轉(zhuǎn)化器底物和第二催化轉(zhuǎn)化器底物。
[0013]創(chuàng)造性的廢氣后處理設(shè)備和創(chuàng)造性的廢氣后處理設(shè)備的創(chuàng)造性催化轉(zhuǎn)化器的特征在于轉(zhuǎn)換器體積內(nèi)從第一端部開始以如下順序設(shè)置:
[0014]限定在封裝部件的所述第一端部與所述第一催化轉(zhuǎn)化器底物之間的第一體積，
[0015]所述第一催化轉(zhuǎn)化器底物配置在所述第一體積與接著設(shè)置的第二體積之間，
[0016]所述第二體積限定在所述第一催化轉(zhuǎn)化器底物與所述第二催化轉(zhuǎn)化器底物之間，其中所述第一體積與所述第二體積通過所述第一催化轉(zhuǎn)化器底物流體連通，
[0017]所述第二催化轉(zhuǎn)化器底物配置在所述第二體積與接著設(shè)置的第三體積之間，
[0018]所述第三體積限定在所述第二催化轉(zhuǎn)化器底物與封裝部件的所述第二端部之間，其中所述第三體積與所述第二體積通過所述第二催化轉(zhuǎn)化器底物流體連通。
[0019]因此，為了清楚地描述本發(fā)明，第一、第二和第三體積被定義為通過第一和第二催化轉(zhuǎn)化器底物的外界限被劃界，即使實(shí)際上被催化轉(zhuǎn)化器底物所封裝的廢氣也能夠流經(jīng)底物。
[0020]此外，廢氣后處理設(shè)備的催化轉(zhuǎn)化器包括廢氣弓I導(dǎo)裝置和所述封裝部件內(nèi)的管部件。通過配置將要描述的廢氣引導(dǎo)裝置和管部件，廢氣排氣的流動(dòng)路徑將被延長(zhǎng)，從廢氣混合的角度來說這是有益的。
[0021 ] 所述廢氣弓I導(dǎo)裝置配置在催化轉(zhuǎn)化器的第二體積內(nèi)。廢氣引導(dǎo)裝置的第一開口部段如下進(jìn)一步所述連接于所述管部件并且密封在所述管部件、優(yōu)選管部件的邊緣上。所述廢氣引導(dǎo)裝置的第二開口部段配置為鄰近第一催化轉(zhuǎn)化器底物，同時(shí)廢氣引導(dǎo)裝置的第二開口部段密封在所述封裝部件上。這種配置將第二體積劃分為第二體積的第一部分和第二體積的第二部分。第二體積的第一部分設(shè)置為鄰近第一催化轉(zhuǎn)化器底物并且第二體積的第二部分設(shè)置為鄰近第二催化轉(zhuǎn)化器底物。
[0022]根據(jù)包括創(chuàng)造性催化轉(zhuǎn)化器的創(chuàng)造性廢氣后處理設(shè)備的改進(jìn)，管部件沿催化轉(zhuǎn)化器的縱向延伸并且中心地定位在封裝部件內(nèi)，更確切地說中心地定位在第二底物內(nèi)。將管部件中心地配置在封裝管部件的第二底物內(nèi)是有利的，從而具有穿過催化轉(zhuǎn)化器的均勻廢氣排氣流。然而，以其它方式配置管部件可產(chǎn)生其它優(yōu)點(diǎn)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選改進(jìn)，管部件具有與第二催化轉(zhuǎn)化器底物相同的長(zhǎng)度。然而，還可能提供管部件的鄰近于第三體積的端部，其帶有出口漏斗配置以便當(dāng)進(jìn)入第三體積時(shí)控制廢氣排氣的流動(dòng)特性。
[0024]所述廢氣引導(dǎo)裝置的第一開口部段的橫截面積小于廢氣引導(dǎo)裝置的第二開口部段的橫截面積。因此，廢氣引導(dǎo)裝置被配置為放置在第一催化轉(zhuǎn)化器底物后的漏斗從而廢氣排氣流在通過第一催化轉(zhuǎn)化器底物后將被收集在廢氣引導(dǎo)裝置內(nèi)并且被廢氣引導(dǎo)裝置的錐形形狀引導(dǎo)至管部件并穿過管部件。管部件配置在第二轉(zhuǎn)換器底物內(nèi)，并且因此廢氣排氣將從第二體積被弓I導(dǎo)至第三體積而不通過第二催化轉(zhuǎn)化器底物。由于廢氣弓I導(dǎo)裝置的第二開口部段的橫截面積大于第一開口部段的橫截面積和管部件的橫截面積，因此廢氣引導(dǎo)裝置以及接著配置的管部件上的廢氣流速將增加。從廢氣排氣混合的角度來看，廢氣流速的增加是有益的。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，第一端口連接于第一端部以便與轉(zhuǎn)換器體積流體連通，并且第二端口連接于所述封裝部件的所述中間部分以便與所述第二體積的所述第二部分流體連通。
[0026]在創(chuàng)造性的催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)選改進(jìn)中，第一端口被構(gòu)造為從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)接收廢氣排氣。根據(jù)該改進(jìn)，廢氣排氣流將從第一端口被導(dǎo)向至第二端口。根據(jù)該改進(jìn)，氣流將被導(dǎo)向?yàn)檠氐谝涣鲃?dòng)方向A穿過第一端口并且進(jìn)入第一體積。此后廢氣流將從第一端口通過第一催化轉(zhuǎn)化器底物進(jìn)入第二體積的第一部分。此后廢氣排氣流