專利名稱：用于分布廢氣系統(tǒng)中的流動(dòng)性添加劑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于分布內(nèi)燃機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的流動(dòng)性添加劑的裝置，特別是， 用于分布柴油機(jī)的廢氣系統(tǒng)中的水/尿素混合物的裝置，特別是，所述裝置有一個(gè)開口通 向位于所稱謂的“SCR催化轉(zhuǎn)化器”前面的廢氣管道的注入裝置。
背景技術(shù)：
由于用于柴油機(jī)的廢氣規(guī)范變得更加嚴(yán)格，因此，有必要減少?gòu)U氣中的氮氧化物。 已知的可能性包括在所謂的選擇性催化還原反應(yīng)中將氮氧化物還原為氮和水。當(dāng)使用注入 到廢氣中的還原劑時(shí)，所述反應(yīng)在所謂的SCR催化轉(zhuǎn)化器中進(jìn)行。水/尿素混合物特別用于 所述目的，所述尿素在廢氣中與氮氧化物反應(yīng)分解形成氨。該方法中重要的是廢氣與還原 劑盡可能均勻的混合，且添加劑盡可能完全的蒸發(fā)以取得在還原反應(yīng)中盡可能大的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的根本目的在于改善廢氣中添加劑的分布和提高添加劑的蒸發(fā)。將渦流生成裝置安裝在廢氣管道中的添加劑導(dǎo)入?yún)^(qū)可以很好的實(shí)現(xiàn)所述目的。這 樣的優(yōu)點(diǎn)在于注入的混合物與廢氣一起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此提高了添加劑與廢氣的混合。另外， 由于渦流生成器中流體偏移的慣性作用而發(fā)生了液體相的分離，因此，尚未蒸發(fā)混合物供 向蒸發(fā)器表面。這樣能夠阻止沒有蒸發(fā)的混合物進(jìn)入到SCR催化轉(zhuǎn)化器中。因此，進(jìn)一步 提高了蒸發(fā)。渦流生成裝置特別包括至少一個(gè)氣體導(dǎo)向葉片。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，一方面，這樣能夠 實(shí)現(xiàn)好的渦流生成，另一方面，導(dǎo)向葉片本身可作為蒸發(fā)器表面。因此，蒸發(fā)力能夠進(jìn)一步 全面的提高。多個(gè)氣體導(dǎo)向葉片的渦輪狀排列是特別優(yōu)選的。這樣可實(shí)現(xiàn)特別好的渦流生成， 同時(shí)形成了可利用的大的蒸發(fā)表面積。另外，渦輪狀的實(shí)施方案對(duì)廢氣橫斷面形成很好的 阻滯效果，排氣背壓與攪拌力之間的比率能夠通過葉片的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行優(yōu)化。葉片長(zhǎng)度 與葉片寬度的比率優(yōu)選為約1.5 1-2 1。從技術(shù)制造來看，從廢氣管的管壁形成氣體導(dǎo)向葉片是特別有利的。這樣可以節(jié) 約材料。又減少了重量并提高了操作強(qiáng)度。另外，避免了在氣體導(dǎo)向葉片和其它存在的外 部管道之間形成間隙。廢氣管道具有一個(gè)圓形的橫截面或帶角的，特別是六邊的橫截面。形成渦輪的廢氣管道進(jìn)一步優(yōu)選通過滑動(dòng)座套安裝在另一個(gè)廢氣管道中，并形成 一個(gè)空氣間隙?？諝忾g隙可有利的起到廢氣管道的快速加熱的效果，且滑動(dòng)座套的優(yōu)點(diǎn)是 形成廢氣導(dǎo)向葉片的廢氣管道能夠具有很薄的壁厚，因?yàn)樗鼰o需產(chǎn)生任何支撐功能。這樣
3可以實(shí)現(xiàn)廢氣管道的快速加熱和進(jìn)一步提高蒸發(fā)能力。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方案，在廢氣管道中的注入裝置開口的前面提供至少一個(gè) 扇形撞擊板。通過使用撞擊板，注入的水/尿素混合分散成扇形。因此，混合物在廢氣中更 好的被分散；一方面，相對(duì)于下游的SCR催化轉(zhuǎn)化器，還有通過后面的蒸發(fā)器表面，所述表 面例如是通過熱廢氣管道本身形成。由于注入混合物更好的分布在蒸發(fā)器表面上，其熱容 量得以更好的利用，蒸發(fā)器反應(yīng)更快。同時(shí)，撞擊板也作為蒸發(fā)器表面，因此，提高了蒸發(fā)能 力。將撞擊板以不同于90°的角安裝到注入裝置，還能夠改進(jìn)混合物的分布。因此，從 撞擊板彈回的混合物被導(dǎo)向到理想的方向，例如向著下游的蒸發(fā)器的表面或SCR催化轉(zhuǎn)化

撞擊板特別優(yōu)選平行于廢氣流動(dòng)的方向排列。一方面，由此盡可能小的阻止廢氣 流，另一方面，通過傾斜注入到廢氣流中，以實(shí)現(xiàn)注入混合物很好的分布。在特別適合的裝置中，提供一個(gè)以上的用于注入添加劑的注射噴嘴，例如三個(gè)或 四個(gè)注射噴嘴。每個(gè)注射噴嘴連接不同的撞擊板是有利的連接方式。在廢氣流動(dòng)方向上， 所述撞擊板優(yōu)選相互偏移排列。注入混合物特別好的分布是由撞擊板的這種瀑布式的排列 而形成的。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方案，在注入部位后面，特別是在渦流生成裝置之后，提供 一個(gè)用于添加劑的管狀蒸發(fā)裝置。通過這種另外的蒸發(fā)裝置能夠進(jìn)一步提高蒸發(fā)能力。因 此，任何依然存在的液體部分的添加劑在SCR催化劑之前還能進(jìn)行蒸發(fā)，以使它們不能進(jìn) 入到催化轉(zhuǎn)化器中。進(jìn)一步有利的結(jié)果是管狀蒸發(fā)裝置包括外管和至少一個(gè)內(nèi)管。一方面，因此可以 形成可用的更大的蒸發(fā)器表面，另一方面，可以利用廢氣流中存在的溫度分層。在蒸發(fā)裝置的管道末端的正前面，可以提供一個(gè)輕微膨脹部，該膨脹部作為一個(gè) 阱用于可能依然存在的任何液體部分的添加劑，使其從而不能進(jìn)入后面的SCR催化轉(zhuǎn)化 器。由于那里管道的熱量，在膨脹部收集的液體部分隨著時(shí)間而被蒸發(fā)掉。根據(jù)同樣在權(quán)利要求中被要求的本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方案，在廢氣流的下游末端， 裝置中存在的至少一個(gè)金屬片有一個(gè)錐形的部分。根據(jù)本發(fā)明有利的實(shí)施方案，所述錐形 部分可以由斜面組成。其優(yōu)點(diǎn)是在金屬片末端形成的添加劑的小滴保持很小。由于錐形部 分，廢氣即在金屬片的末端流到一起，作用于小滴，小滴從而從金屬片上釋出。沒有這樣的 錐形部分，在金屬片的滑流中能夠形成僅從金屬片上艱難釋出的更大的小滴。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方案，金屬片在末端有至少一個(gè)尖端面向廢氣流動(dòng)方 向。因此同樣可以實(shí)現(xiàn)不能形成更大的小滴。在這方面，在金屬片末端的一種鋸齒結(jié)構(gòu)是 特別優(yōu)選的。在這方面，選擇大的鋸齒之間的間隔，以致在鋸齒間不能附著液滴?？梢栽谘b置的所有金屬片上提供這種類型的錐形部分，特別是在現(xiàn)有的撞擊金屬 片上，在氣體導(dǎo)向葉片末端和廢氣管如環(huán)繞氣體導(dǎo)向葉片的管道和任何存在的另外的蒸發(fā) 管道。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方案，所述裝置的至少一個(gè)金屬片的表面制成結(jié)構(gòu)狀或穿 孔狀的形式。這種結(jié)構(gòu)或穿孔一方面提高了金屬片的表面積，因此提高了蒸發(fā)能力。而且， 所稱謂的萊頓弗羅斯特(Leidenfrost)效應(yīng)因此得以抑制，其具有這樣的效果即在附著
4液滴的下面形成蒸汽層將液滴與金屬片隔開從而阻礙蒸發(fā)。而且，存在于金屬片上的小滴 的尺寸被機(jī)械地減小，因此轉(zhuǎn)而改進(jìn)了蒸發(fā)。小滴越小，其在金屬片上附著越好，這樣它們 能夠更長(zhǎng)時(shí)間停留在金屬片上，增加了蒸發(fā)時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，對(duì)于表面的結(jié)構(gòu)化，可以是玻璃丸噴射。而且，該表 面可以帶用格柵或用結(jié)構(gòu)金屬片制成。從而相應(yīng)的獲得了所需的表面結(jié)構(gòu)，特別是微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施方案，至少一個(gè)撞擊板，渦流生成裝置和/或該裝置的其 它任何金屬片由鐵素體不銹鋼制成。使用鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)是其熱傳導(dǎo)值高于例如奧 氏體鋼。有利地導(dǎo)致了相應(yīng)元件的低的局部冷卻和進(jìn)而添加劑的快速加熱。


本發(fā)明實(shí)施方案如附圖所示，并在以下進(jìn)行描述。其中圖1是從氣體入口觀察的本發(fā)明裝置的立體圖；圖2是從氣體出口側(cè)面觀察的圖1裝置的立體圖；圖3是圖1裝置的氣體入口側(cè)面的平面視圖；圖4是圖1裝置的氣體出口側(cè)面的平面視圖；圖5是沿圖3中V-V線剖開的截面圖；圖6是沿圖3中VI-VI線剖開的截面圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明裝置變型的立體圖。
具體實(shí)施例方式圖1-6中所示的裝置包括廢氣混合管道2，該廢氣混合管道2帶有法蘭1，并在廢 氣入口一側(cè)制成斜切面。四個(gè)撞擊板3位于廢氣混合管道2的內(nèi)部，平行于廢氣流動(dòng)方向I 排列，并且以大致相同的間隔排列。撞擊板3和廢氣混合管道2的傾斜廢氣入口側(cè)4基本 上平齊地終止，且所述撞擊板相互之間具有大致相同的長(zhǎng)度。因此，它們以不同的量延伸到 廢氣混合管2中，特別是如圖5中所示。頂端的撞擊板3大致在廢氣混合管道2的中心部 分終止。撞擊板3在廢氣流下游的末端5形成傾面，特別是如圖6中所示。斜面可以提供 達(dá)到例如0. 2mm的厚度，鋸齒6的間隔優(yōu)選為約4_6mm之間。在廢氣流方向I上，渦流生成裝置7在廢氣混合管道2中撞擊板3之后提供。所 述渦流生成裝置由排列并形成渦輪狀方式的氣體導(dǎo)向葉片8組成。這種意味著氣體導(dǎo)向葉 片8從廢氣混合管道2的縱向中心軸線II基本上呈放射狀向外延伸，但所述葉片本身是彎 曲的以便它們的接觸線與廢氣混合管道2沿著螺旋線延伸。這樣，廢氣混合管道2的橫截 面形成了很強(qiáng)的阻礙，特別是如圖4中所示。如所示，提供的全部8個(gè)氣體導(dǎo)向葉片8環(huán)繞 廢氣混合管道2的縱向中心軸線II均勻的排列。渦流生成裝置7的氣體導(dǎo)向葉片8在廢氣流的下游末端帶有尖銳的齒9。齒9的 尖端10幾乎面向廢氣流方向I。齒的最大長(zhǎng)度優(yōu)選為10mm，并進(jìn)而具有從約4mm-6mm的間 隔。氣體導(dǎo)向葉片8的長(zhǎng)度與寬度的比率約為1.5 1-2 1。這樣，形成所希望的混合管 道2橫截面的大的阻礙，還同時(shí)形成可接受的背壓。如圖5所示，所示的裝置安裝在外管道11中。在外管道11和廢氣混合管道2之
5間形成空氣間隙12。法蘭1固定連接到外管道11。相反，在法蘭1和廢氣混合管2之間有
一個(gè)滑動(dòng)座套。除了廢氣混合管道2之外，另外的蒸發(fā)管道，這里沒有顯示，可以安裝在外管道11 的內(nèi)部，并在廢氣混合管道2的后面，所述管道2特別包括外管道和至少一個(gè)內(nèi)管道。這些 額外的蒸發(fā)管道優(yōu)選在其下游末端有一個(gè)輕微的膨脹。根據(jù)本發(fā)明裝置組件的表面，即特別是撞擊板3、氣體導(dǎo)向葉片8、和額外的蒸發(fā) 管道，還包括廢氣混合管道2，優(yōu)選具有結(jié)構(gòu)狀的或穿孔狀的表面。所述表面例如玻璃丸噴 射，或它們能夠由格柵形成。該裝置的操作如下所示廢氣按照箭頭I流入外管道11并流過廢氣混合管道2。在這一點(diǎn)上，廢氣混合管 道2、撞擊板3和氣體導(dǎo)向葉片8被廢氣加熱。廢氣從廢氣混合管道2中出來然后進(jìn)入SCR 催化轉(zhuǎn)化器。以相對(duì)于廢氣流動(dòng)方向I的一個(gè)角度將水/尿素混合物在廢氣混合管道2之 前注入外管道11中，以使SCR催化轉(zhuǎn)化器中的氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)。在所示的實(shí)施方案 中，沒有顯示的注入裝置，有四個(gè)注入噴嘴，每個(gè)噴嘴與撞擊板3相連。這意味著四個(gè)噴射 中的每一個(gè)都會(huì)撞擊一個(gè)撞擊板3而被彈回并發(fā)散出去。因此，注入混合物在廢氣流中形 成良好分布。另外，混合物撞擊到撞擊板3上另外被熱的撞擊板3加熱，這樣混合物開始蒸 發(fā)。然后混合物與廢氣移動(dòng)進(jìn)入渦流生成裝置7，在其中，廢氣和混合物環(huán)繞廢氣混合管道 2的縱向中心軸線開始旋轉(zhuǎn)。因此，廢氣和水/尿素混合物形成良好混合。另外，渦流生成 裝置7的氣體導(dǎo)向葉片8也作為蒸發(fā)表面。離開廢氣混合管道2之后，廢氣選擇性地進(jìn)入另一個(gè)蒸發(fā)管道，所述管道包括外 管道和一個(gè)或多個(gè)內(nèi)管道?？赡苓€存在的混合物的任何液體部分在這里可以被蒸發(fā)以便僅 使氣態(tài)的還原劑進(jìn)入到SCR催化轉(zhuǎn)化器中。在這里，氮氧化物還原生成氮和水。根據(jù)本發(fā)明，通過該裝置組件的結(jié)構(gòu)狀或穿孔狀的表面，可以進(jìn)一步改進(jìn)混合物 的霧化和分布。另外，將混合物小滴粉碎，它們可以更長(zhǎng)時(shí)間地保存在蒸發(fā)器表面。另一方 面，混合物的小滴更容易通過齒6從撞擊板3末端以及通過齒9從氣體導(dǎo)向葉片8釋放出 來。阻止了難蒸發(fā)的大的小滴的出現(xiàn)。由于外管道11中的廢氣混合管道2的滑動(dòng)座套，而 且所述管道2可以由相對(duì)小厚度的壁制成，這樣廢氣混合管2被廢氣很快地加熱。因此，蒸 發(fā)裝置的效率很快實(shí)現(xiàn)。最后，圖7中顯示了本發(fā)明裝置的變型，其中渦流生成裝置7由廢氣混合管道本身 2形成。為此，廢氣混合管道2的管壁13帶有切口 14，所述切口 14從廢氣下游一側(cè)導(dǎo)向進(jìn) 入廢氣混合管道2。在這些部件14的區(qū)域，在所有情況下，管壁13曲向內(nèi)部，以使導(dǎo)向葉片 8形成以渦輪狀方式的排列。制成的廢氣混合管道2的橫截面這里為六邊形，且每一個(gè)切口 14導(dǎo)向沿著廢氣混合管道2的邊15。因此，廢氣混合管道的相對(duì)簡(jiǎn)單的可制造性生成六個(gè) 成形的氣體導(dǎo)向葉片8。通過這種類型的制造方法將渦流生成裝置7和廢氣混合管道2加 工成一個(gè)件，這樣不會(huì)形成縫隙。該操作如圖1-6的變型中所示。附圖標(biāo)記表1 法蘭；2廢氣混合管道；3撞擊板；
6
42的末端面；
53的末端；
6齒；
7渦流生成裝置；
8氣體導(dǎo)向葉片；
9齒；
109的齒尖；
11外管；
12空氣間隙；
13管壁；
14 切口 ；
15邊。
I廢氣流動(dòng)方向；
II 2的縱向中心軸。
說明 書5/5頁(yè)
權(quán)利要求
1.一種用于分布內(nèi)燃機(jī)廢氣系統(tǒng)中流動(dòng)性添加劑的裝置，所述裝置有一個(gè)開口通向廢 氣管道的注入裝置，并有至少一個(gè)安裝在廢氣管道中的金屬薄片(3，8)，其特征在于，廢氣 流下游的金屬薄片(3，8)末端(5)有錐形部分(6，9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述末端(5)帶有一個(gè)斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述末端帶有齒(6，9)，其齒尖(10)朝向 廢氣流動(dòng)方向(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，末端(5)具有鋸齒結(jié)構(gòu)的類型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，存在于裝置中的至少一個(gè)金屬薄片(3，8) 的表面為結(jié)構(gòu)狀或穿孔狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述表面為進(jìn)行玻璃丸噴射的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述表面由格柵形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于裝置中的任何金屬薄片由鐵素體不 銹鋼構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置為用于分布柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)中 的水/尿素混合物的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述開口通向廢氣管道的注入裝置在所 謂的SCR催化轉(zhuǎn)化器的前面。
全文摘要
一種用于分布內(nèi)燃機(jī)廢氣系統(tǒng)中流動(dòng)性添加劑的裝置，特別是用于分布柴油機(jī)廢氣系統(tǒng)中的水/尿素混合物的裝置，所述裝置在所謂的SCR催化轉(zhuǎn)化器之前有一個(gè)特別是開口通向廢氣管道的注入裝置，并有至少一個(gè)安裝在廢氣管道中的金屬薄片，其中廢氣流下游的金屬薄片末端有錐形部分。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102003252SQ201010548360
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者伯恩哈德·艾克霍恩, 克勞斯·舍恩伯格, 格特·巴恩斯特德, 漢斯-于爾根·布呂內(nèi), 海因茨·科恩霍費(fèi)爾, 米夏埃多·米勒 申請(qǐng)人:寶馬股份公司, 波森公司