專利名稱：混合和/或蒸發裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于內燃機、特別是機動車內燃機的排氣系統的混合和/或蒸發裝置。本發明還涉及裝備有所述裝置的排氣系統和裝備有所述裝置的SCR催化轉化器。
背景技術：
通常，內燃機的排氣系統裝備有用于清潔或再處理從內燃機排放出來的廢氣的裝置。在此，必須將液體析出物引入廢氣流，從而在那里將其蒸發，并使其與廢氣互相混合。例如，可能需要將燃料混合到氧化催化轉化器上游的廢氣中，從而通過氧化催化轉化器中燃料的放熱轉化實現廢氣流的加熱。加熱過的廢氣流隨后可在氧化催化轉化器的下游進行利用，以將另外的廢氣再處理裝置(例如另一個催化轉化器或顆粒過濾器)加熱到運行溫度或再生溫度。此外，SCR系統是已知的，其通過選擇催化反應運行，并裝備從廢氣流中吸收NOx的SCR催化轉化器。在SCR催化轉化器的上游，向廢氣流中添加合適的反應劑，例如氨或尿素，優選尿素水溶液。在SCR催化轉化器中，氨之后導致裝入的氧化氮轉化為氮氣和水。對于所有以液體形式加入到廢氣中的析出物，實際上只有當在液體析出物的引入點和析出物的消耗點之間，析出物充分的蒸發以及氣體析出物與廢氣流的充分混合能夠進行時，才能達到令人滿意的期望效果。為此，應用開頭提及的混合和/或蒸發裝置，其設置在位于析出物引入點和析出物消耗點之間的廢氣流動路徑中。

發明內容
本發明所要解決的問題是，提供一種開始所提到的類型的裝置、或裝備所述裝置的SCR催化轉化器、或裝備所述裝置的排氣系統的改進的或至少另一種實施方式，其特征在于構造簡單以及因此具有成本效益，同時還具有低的通流阻力。而且，還能獲得在橫截面上的改進的流量分配，其有利地降低反壓。本發明基于這樣的總體思想，利用包含支撐體的裝置，該支撐體包圍流體流過的該裝置的橫截面，并且垂直于該裝置的軸向而在軸向上延伸，并且在該支撐體上設置有至少一個橫向遠離該軸向的導向葉片，由此至少一個所述導向葉片具有屋頂輪廓。通過利用至少一個具有屋頂輪廓的導向葉片，在混合和/或蒸發裝置內用于將液體析出物引入到廢氣流內的沖擊區域得到擴張，從而降低通過該裝置的液滴擊穿風險。因此，該裝置關于蒸發效果的效率得以提高。至少一個導向葉片的屋頂形狀輪廓還導致廢氣流在相應的導向葉片上朝向兩側偏轉，從而可實現充分混 合。此外，廢氣流帶走部分擊打導向葉片的液體析出物，由此，其分布在導向葉片上，這有助于蒸發。特別地，在實踐中，屋頂形輪廓以這樣的一種方式實施，S卩，相應導向葉片的屋頂形輪廓包括兩個導向面，其通過脊或頂端互相連接。例如，該輪廓可以形成為三角形屋頂的形式，從而有角度的脊區域將兩個平的導向面互相連接起來。同樣地，該輪廓可以形成筒形屋頂，其中兩個彎曲的屋頂表面通過圓頂端彼此結合。還可以考慮到混合形式，從而例如兩個彎曲的導向面通過有角度的脊而互相連接。
這里介紹的裝置的特征還在于，相應的葉柵，不管其設置在湍流流側還是流出側，都能基本上承受廢氣流的無漩渦流動。換句話說，當廢氣流繞導向葉片流動或通過該裝置的葉柵流動時，廢氣流不具有漩渦。因此，該裝置受到特別低的通流阻力。根據一個特別有利的實施方式，相應的脊或相應的頂端可設置在湍流側。實際上，兩個導向面隨后相對于軸向相對的成一個角度。特別地，兩個導向面可以相對于軸向具有相同大小的傾角，從而在相應的屋頂形導向葉片上獲得對稱的流體偏轉或流體分隔。根據另一個有利的實施方式，相應的導向葉片僅通過一個導向面連接到支撐體，這形成了該裝置的可以特別容易實現的一種設計。根據實際中的進一步發展，另一個導向面可以相對于支撐體獨立地設置。換句話說，另一個導向面不與支撐體接觸并且僅間接地(即通過一個導向面)連接到支撐體。根據額外的進一步的發展，相應的導向葉片還可如此設置，從而導向葉片在脊區域相對于支撐體而獨立。因此，特別地，沒有張力積累的熱膨脹效應是可能的。額外的或可替代的，相應的導向葉片還可具有兩個大體上矩形的導向面，其在邊緣側具有相應的四個直線側，其中在每種情況下，兩個導向葉片的一側在脊處彼此鄰接，并且其中相應的導向葉片僅通過這些側中的單一側與支撐體連接。換句話說，在限定導向葉片周邊的位于外側的六側中，只有一側與支撐體連接，而其他側相對于支撐體松散或獨立的設置，即不與支撐體接觸。位于內側的兩側在脊處彼此相鄰。當提供多個導向葉片時，這些導向葉片從支撐體在第一方向上突出并在第二方向彼此相鄰地設置，該第一方向垂直于該裝置的軸向，該第二方向垂直于軸向和第一方向而延伸，此時可產生特別緊湊的構造。具體地，還可以具有另一個實施方式，相應導向葉片的輪廓配置為角形或弧形。角形輪廓導致之前提及的三角形屋頂狀，而弧形輪廓導致之前提及的桶形屋頂狀。根據另一個有利的實施方式，具有屋頂形輪廓的相應的導向葉片可以設置在支撐體的湍流側，其中在支撐體的湍流側設置至少一個另外的具有其他輪廓的導向葉片。該其他輪廓例如可為線性輪廓，其相對于軸向具有角度。特別地，支撐體由此可包括至少一個常規的導向葉片，其在瑞流側不具有屋頂形輪廓。具有線性輪廓的單獨的導向葉片或具有屋頂形狀的導向葉片的導向面可以配置成平的。平的導向葉片或導向面總是沿其相對于廢氣流的縱向或相對于軸向具有相同的傾角。原則上，同樣可使至少一個或所有的導向葉片或導向面彎曲，從而它們沿導向葉片的縱向的傾角是變化的。根據有利的進一步進展，設置在流出側的相應的導向葉片可以與設置在湍流側的具有屋頂形狀輪廓的導向葉片的一個導向面的流出邊緣軸向對齊地設置，并在軸向上覆蓋后者。通過這種方式，在流出側的導向葉片的沖擊面與湍流側的屋頂形導向葉片的流出邊緣對齊。根據該實施方式，在湍流側擊打屋頂形導向葉片的液體可以通過導向面上的流動力而變向，到達相應導向面的流出邊緣，并隨后被廢氣流以至少一滴液滴的形式帶走，然后在流出側擊打導向葉片的導向面，在此再次到廢氣流入并劇烈蒸發。由此，這里介紹的設計降低液滴擊穿裝置的風險。這點上，很明顯地，在湍流側的屋頂形輪廓的導向葉片導致廢氣流及其攜帶的析出物流的分割，從而在任何情況下，只有一半的廢氣流和析出物擊打在流出側的導向葉片，特別是非屋頂狀方式形成輪廓的導向葉片，因此，在相對意義上，析出物流的蒸發可用的區域加倍。根據一個特別的實際的實施方式，該裝置的流體可流過的橫截面是平的。這意味著在與軸向垂直的第一方向，流體可流過的橫截面的直徑大于在第二方向的直徑，該第二方向垂直于第一方向和軸向，由此流體可流過的該裝置的橫截面顯著不同于圓形橫截面。例如，流體在第一方向上可流過的平的橫截面的直徑至少是第二方向上的二倍。通過該設計，該裝置可以以特別簡單的方式安裝到平坦設計的排氣系統或平坦設計的廢氣處理裝置(例如SCR催化轉化器)殼體中。實際上，支撐體隨后可包括兩個彼此相對設置的長側壁和兩個彼此相對設置的短側壁，其中在每種情況下，兩個短側壁將兩個長側壁互相連接起來。在這種情況下，長側壁可以是平的或彎曲的。短側壁優選為彎曲的。因此，原則上卵形或橢圓的橫截面同樣是平的。術語“長”和“短”不能理解為絕對的術語，而是相對的，由此它們僅用于表達長側壁比短側壁在支撐體的周向上具有更長的延伸。具有屋頂形輪廓的至少一個導向葉片實際上設置在長側壁上，至少在側壁或支撐體或該裝置的軸端上，并在另一個長側壁的方向上獨立于該長側壁。通過這種設計，可以通過一種特別簡單的方式在支撐體上形成導向葉柵，其包括多個垂直于軸向相鄰設置的彼此平行的導向葉片。具體地，在這種情況下，單獨的導向葉片垂直于軸向和它們在相應的線性葉柵中相鄰設置的方向。為了將這種葉柵設置在支撐體的長側壁上，有不同的組合可能。例如，葉柵可以僅設置在軸端且僅在長側壁上。同樣可能的是，僅在兩個長側壁的軸端，導向葉片遠離，其彼此結合來形成共用的葉柵，或在形成自己的葉柵。從相應的長側壁開始，單獨的導向葉片隨后可盡可能遠的延伸到大約縱向中心面，該中心面位于兩個長側壁中間。可選地，同樣可在兩個軸端都提供至少一個葉柵，其中相應的導向葉片源自相同的長側壁或不同的長側壁。根據本發明的排氣系統包括至少一個SCR催化轉化器、還原劑供給裝置(其包括至少一個位于SCR催化轉化器上游的用于將還原劑供給到廢氣流的噴嘴)、以及至少一個設置在至少一個噴嘴和至少一個SCR催化轉化器之間的上述類型的混合和/或蒸發裝置。與之相比，根據本發明的SCR催化轉化器包括殼體和至少一個上述類型的混合和/或蒸發裝置，在殼體中設置有至少一個SCR催化轉化器元件，該混合和/或蒸發裝置在SCR催化轉化器的殼體中設置在至少一個SCR元件的上游。本發明的其他重要特征和優點可從附圖和根據附圖的相關


中獲得。應當理解，在未脫離本發明的范圍的情況下，上文提及的并且在下文中還要解釋的特征不僅僅用于所述的相應的組合，而且還可以用于其它的組合或者單獨應用。本發明優選的示例性實施方式在附圖中示出，并且將在下述的說明書中進行更加詳細的解釋，其中相同的附圖標記表示相同的或者相似的或者功能相同的部件。

在每種情況中，示意性地示出
圖1是以線路圖形式表示的具有排氣系統的內燃機的高度簡化示意圖，
圖2是以線路圖的方式表示的SCR催化轉化器的高度簡化視 圖3A-B是對應圖2中的剖面線III的SCR催化轉化器的不同實施方式A和B的各自的截面 圖4是在湍流觀察方向的混合和/或蒸發裝置的等距視 圖5是圖4中的裝置在流出觀察方向的等距視圖。
具體實施例方式根據圖1，內燃機I通常包括發動機組2，發動機組2包括多個汽缸3。新鮮空氣系統4為發動機組2的汽缸3供應新鮮空氣。在這種情況下，相應的新鮮空氣流用箭頭11表示。在內燃機I的運行過程中，排氣系統5使燃燒廢氣從發動機組2的汽缸3導出。此夕卜，排氣系統5進行廢氣清潔或廢氣再處理。為此，排氣系統5裝備至少一個SCR催化轉化器6，其以合適的方式結合在排氣系統5的排氣管線7中。此外，排氣系統5包括還原劑供給裝置8，其包括至少一個噴嘴9，借助于噴嘴9將還原劑引入到廢氣流10中，廢氣流10在內燃機I的運行過程中在排氣管線7內流動并由箭頭表示。在這種情況下，在SCR催化轉化器6的上游將液體還原劑注射到廢氣流10中。此外，排氣系統5包括至少一個混合和/或蒸發裝置12，其在之后簡稱為裝置12。在這種情況下，該裝置12在排氣管線7中，設置在噴嘴9和SCR催化轉化器6之間，從而具有供給的還原劑的廢氣首先必須流過裝置12，之后混合物到達催化轉化器6。在設置有裝置12的區域13中，排氣管線7可具有平的通流橫截面，而在位于噴嘴9上游的區域14中，呈現的是環形橫截面。這里，在區域13和14中的橫截面面積可以大小相等或不相等。根據圖1所示的實施方式，裝置12設置在排氣管線7中，位于催化轉化器6的上游并由此獨立于SCR催化轉化器6。特別地，裝置12在此位于SCR催化轉化器6的殼體15外側。與此相反，圖2示出了一種實施方式，其中SCR催化轉化器6和裝置12構成了一個整體單元。為此，至少一個催化轉化器元件16設置在SCR催化轉化器6的殼體15內，其中在殼體15內在SCR催化轉化器元件16的上游額外設置裝置12。由此，裝置12和SCR催化轉化器元件16設置在共同殼體15內。在圖2的實施例中，殼體15包括入口漏斗17和出口漏斗18，其中裝置12和SCR催化轉化器元件16設置在17漏斗和漏斗18之間。根據圖3A和圖3B，殼體15至少在裝置12的區域內可具有相應的裝置12與其相匹配的平的橫截面。在這種情況下，圖3A示出了一個實施方式，其中流體可流過的殼體15的橫截面借助于單個裝置12填充。與此相反，圖3B示出了一個實施方式，其中流體可流過的殼體15的橫截面借助于兩個彼此相鄰設置的裝置12填充。隨后，類似的也可應用到排氣管線7內的裝置12的設置上，從而為了填充流體可流過的排氣管線7的橫截面，在區域13具有至少兩個可彼此相鄰設置的裝置12。對應于圖4和圖5，相應的裝置12包括支撐體19，支撐體19如此成形，使得其包圍流體可流過的裝置12的橫截面，其垂直于裝置12的軸向20而延伸，該軸向20在圖1、2、4和5中用圓周方向上的雙箭頭表示。根據在此示出的優選實施方式，流體可流過的裝置12的該橫截面設計為平的，從而支撐體19也具有平的形狀。因此，支撐體19具有兩個彼此相對設置的長側壁21、22和兩個彼此相對設置的短側壁23、24，兩個長側壁21、22通過兩個短側壁23、24互相連接。裝置12或支撐體19具有兩個軸端26、27，其也軸向限定側壁21、22、23、24。根據在圖4和圖5中由箭頭表示的廢氣流的流動方向10，一方面，軸端26、27涉及湍流側(其在之后同樣表示為26)，另一方面，軸端26、27涉及流出側(其在之后同樣表示為 27)。在圖4和圖5的實施例中，支撐體19包括多個在湍流側26和流出側27上的導向葉片25、28，它們分別源自長側壁21并在另外的長側壁22的方向上延伸。在所示的實施例中，導向葉片25、28分別源自相同的長側壁21，從而沒有源自另外的側壁22的導向葉片25、28。至少一個導向葉片25、28，在此為25表示的導向葉片25，具有屋頂狀的輪廓29，該輪廓29包括兩個導向面30、31和將兩個導向面30、31互相連接的脊32或頂端32。在所示的實施例中，相應的輪廓29設計為人字屋頂或具有角度，由此呈現出角脊32的平的導向面30、31。可選地，輪廓29也可設計為弓形或筒形屋頂，從而導向面30、31被磨圓或為拱形并通過頂端32彼此正切地結合。在所示的實施例中，多個導向板25、28在湍流側26垂直于其縱向延伸彼此相鄰地設置，其中它們從一個長側壁21沿著另一個長側壁22的方向上延伸，由此它們在湍流側形成了葉柵33。在該實施例中，在湍流側的葉柵33包括正好三個導向葉片25、28，即，兩個具有屋頂型輪廓29的導向葉片25和一個具有常規線性輪廓的導向葉片28。在流出側27，導向葉片28同樣垂直于其縱向彼此相鄰地設置，由此它們在流出側形成葉柵34。在這種情況下，在流出側的葉柵34包括四個相同類型的不具有屋頂形輪廓29、而是具有線性輪廓的常規導向葉片28。在相應的葉柵33、34內，導向葉片25、28彼此平行的垂直于軸向20而延伸。此外，它們垂直于軸向20彼此相鄰地設置。根據在此示出的實施例，具有脊32的屋頂形的導向葉片25設置在湍流側，從而首先承受湍流，并分開廢氣流10。兩個通過脊32互相連接的導向葉片30、31隨后相對于軸向20相對地成一個角度。利用對稱設計,導向面30、31相對于軸向20具有相同大小的傾角。在湍流側的葉柵33中，同屋頂形導向葉片25的導向面30、31 —樣，常規的導向葉片28同樣相對于軸向20具有相同大小的傾角。與此相反，流出側的葉柵34具有兩個相對于軸向20在一個方向上具有一定角度的導向葉片28，以及相對于軸向20在相反的方向上具有一定角度的兩個傳統導向葉片28。在這種情況下，單獨的導向面30、31或單獨的導向葉片28的傾角分別為相同大小，例如大約為45度。根據圖4，相應的屋頂形狀的導向葉片25僅通過一個導向面30連接到支撐體19或其長側壁21。為此，相應的導向葉片25可沿連接線35與相應的長側壁21具有一個偏角。沿該連接線35，一個或第一導向面30隨后連接到長側壁21。另一個或第二導向面31通過脊32連接到第一導向面30，并由此僅僅間接連接到相應的長側壁21。特別地，第二導向面31相對于支撐體19而獨立，即，相對于支撐體19完全沒有接觸地設置。特別地，相應的第二導向面31由此既不接觸一個長側壁21，也不接觸另一個相對設置的長側壁22。此夕卜，所有的導向葉片25、28如此設置，使得導向葉片25、28遠離它們所源自的相應的長側壁21的端部與相對設置的長側壁22間隔開來，從而在此處，導向葉片25、28和相對設置的長側壁22之間沒有接觸。
設置在湍流側的屋頂形的導向葉片25在湍流邊緣具有兩個導向面32、31共有的脊。此外，與脊32間隔開的流出邊緣36形成在每個導向面30、31上。導向葉片28在流出側上的定位實際進行，從而它們與所述流出邊緣36軸向對齊地定位，它們的覆蓋垂直于軸向20。由此，與流出緣36分離的平行于軸向20的液滴能直接擊中流出側的一個導向葉片28。特別地，裝置12由單個的金屬板條成型制造，從而導向葉片25、28集成形成在相應的長側壁21上，并且側壁21、22、23、24也是支撐體19的集成部分。
權利要求
1.一種用于內燃機(I)、特別是機動車內燃機(I)的排氣系統(5)的混合和/或蒸發裝置(12)， 該混合和/或蒸發裝置(12)具有支撐體(19)，支撐體(19)包圍流體可流過的裝置(12)的橫截面，且其垂直于裝置(12)的軸向(20)沿周向延伸， 其中，支撐體(19)上設置有至少一個導向葉片(25，28)，其垂直于軸向遠離， 其中，至少一個所述導向葉片(25，28)具有屋頂形輪廓(29)，其包括通過脊(32)或頂端而相互連接的兩個導向面(30，31)。
2.根據權利要求1所述裝置，其特征在于，相應的脊(32)或端部設置在湍流側，其中所述兩個導向面(30，31)相對于軸向(20)處于相對的方向。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，相應的導向葉片(25)僅通過一個導向面(30)連接到支撐體(19)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，另一個導向面(31)相對于支撐體(19)以獨立的方式設置。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，相應的導向葉片(25)也相對于支撐體(19)在脊(32)的區域中以獨立的方式設置。
6.根據權利要求4或5所述的裝置，其特征在于，相應的導向葉片(25)具有兩個矩形的導向面(30，31)，其在邊緣側具有相應的四個側面，其中在每種情況下，兩個導向葉片(30,31)的一側在脊(32)處彼此鄰接，并且相應的導向葉片(25)僅通過這些側中的單一側與支撐體(19)連接。
7.根據權利要求1-6任一項所述的裝置，其特征在于，提供了多個導向葉片(25)，這些導向葉片(25)從支撐體在第一方向上突出并在第二方向彼此相鄰地設置，所述第一方向垂直于裝置(12)的軸向(20)，所述第二方向垂直于軸向(20)和第一方向而延伸。
8.根據權利要求1-7任一項所述的裝置，其特征在于，相應導向葉片(25)的輪廓(29)配置為角形或弧形。
9.根據權利要求1-8任一項所述的裝置，其特征在于，具有屋頂形輪廓(29)的相應的導向葉片(25)設置在支撐體(19)的湍流側(26)，其中在支撐體(19)的湍流側(27)設置至少一個另外的具有其他輪廓的導向葉片(28 )。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，設置在流出側(27)的相應的導向葉片(28)與設置在湍流側(26)的具有屋頂形輪廓(29)的導向葉片(25)的一個導向面(30，31)的流出邊緣(36 )軸向對齊地設置，并在軸向(20 )上覆蓋后者。
11.根據權利要求ι- ο任一項所述的裝置，其特征在于， 裝置(12)的流體可流過的橫截面是平的； 支撐體(19)包括兩個彼此相對設置的長側壁(21，22)和兩個彼此相對設置的短側壁(23,24)； 短側壁(23，24)分別將兩個長側壁(21，22)互相連接起來； 具有屋頂形輪廓(29)的至少一個導向葉片(25)設置在一個長側壁(21，22)上，至少在一個軸端(26，27)上，并在另一個長側壁的方向上遠離。
12.—種用于內燃機(I)、特別是機動車的內燃機(I)的排氣系統(5)， 具有至少一個SCR催化轉化器(6)；具有還原劑供給裝置(8 )，其包括至少一個位于SCR催化轉化器(6 )上游的用于將還原劑供給到廢氣流(10)的噴嘴(9)； 以及根據權利要求1-11任一項所述的至少一個設置在至少一個噴嘴(9)和至少一個SCR催化轉化器(6)之間的混合和/或蒸發裝置。
13.一種用于內燃機(I)、特別是機動車的內燃機(I)的排氣系統(5)的SCR催化轉化器(6)， 具有殼體(15)，在殼體(15)中設置有至少一個SCR催化轉化器元件(16)， 具有至少一個根據權利要求1-11任一項所述的混合和/或蒸發裝置(12)，該混合和/或蒸發裝置(12)在殼體(15)中設置在至少一個SCR催化轉化器元件(16)的上游。
全文摘要
本發明涉及一種用于內燃機(1)、特別是機動車內燃機(1)的排氣系統(5)的混合和/或蒸發裝置(12)，該混合和/或蒸發裝置(12)具有支撐體(19)，支撐體(19)包圍流體可流過的裝置(12)的橫截面，且其垂直于裝置(12)的軸向(20)在周向上延伸，其中，支撐體(19)上設置有至少一個導向葉片(25，28)，其垂直于軸向遠離當至少一個所述導向葉片(25，28)具有屋頂形輪廓(29)時，其包括通過脊(32)或頂端而相互連接的兩個導向面(30，31)，此時可獲得改進的效率。
文檔編號F01N3/28GK103032139SQ201210369009
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年9月28日
發明者塞巴斯蒂安·萊希特, 費力克斯·諾伊曼, 本杰明·阿爾特, 奧列克山大·西淼諾夫, 西爾維亞·卡爾沃, 喬基姆·布勞恩, 托拜厄斯·沃夫 申請人:J·埃貝斯佩歇合資公司