具有改进的空气入口喷嘴的废气净化装置

技术领域

本发明涉及特别是用于内燃发动机的废气净化装置的领域。这种净化装置旨在用于设置到内燃发动机的排气管线中。

背景技术

内燃发动机例如装配到车辆、特别是机动车辆、公共运输车辆或货物运输车辆、船舶或任何其他可想到的车辆上。内燃发动机还可以装备固定的安装件。

配备有内燃发动机的车辆的排气管线通常包括催化净化组件，例如用于将NO

为此，已经开发了净化装置，其包括与净化组件的上游面相对安装的加热元件，以便在车辆启动时加速净化组件的加热。

因此，已经从现有技术中已知特别是用于内燃发动机的废气净化装置，其包括：

-沿着纵向方向延伸的壳体；

-容纳在壳体中的净化组件；以及

-设置在净化组件附近的加热元件。

为了改进这种净化装置，已知如何设置通到壳体中的空气入口喷嘴，将空气吹送到壳体中，特别是为了避免加热元件的过热。

本发明的目标特别是进一步改进这样的净化装置。

发明内容

为此，本发明的主题特别是一种用于废气的净化装置，特别是用于内燃发动机，该净化装置包括壳体、净化组件、加热元件和空气入口喷嘴，废气旨在在该壳体中流动，净化组件容纳在壳体中，加热元件设置在净化组件附近，并且空气入口喷嘴通到壳体中，其特征在于，该喷嘴配备有端件，该端件包括具有大致回转形状的侧向壁，至少一个第一空气出口形成在所述侧向壁中。

设置在空气入口喷嘴的端部处的端件用于扩散空气，以便尽可能均匀地喷射加热元件。这样，既可以冷却加热元件，还可以以可能最均匀的方式将热量从加热元件朝向净化组件扩散。由于均匀的扩散，净化组件没有任何过热点。因此，净化组件的寿命增加。此外，这样的均匀扩散可以增加加热元件的最大可接受功率。因此，上述情况有利地导致催化引发时间减少。

根据本发明的端件还可以包括单独地或根据所有技术上可想到的组合采用的一个或多个以下特征。

-端件具有设置在端件的末端部处的底壁。

-端件具有设置在底壁中的至少一个第二空气出口端口。

-底壁的每个第二空气出口端口选自于：由直线边缘和曲线边缘界定的空气出口端口，曲线边缘的端部与直线边缘的端部连接；和/或由两个平行的长曲线边缘限定的空气出口，所述两个平行的长曲线边缘在它们的端部处由两个短边缘连接；和/或圆形空气出口。

-端件的侧向壁至少在该端件的下部分上具有大致截头圆锥形状。

-端件具有通过轴环分离的上部分和下部分。

-端件的侧向壁在下部分中具有围绕轴线的大致回转形状的内表面，轴环在相对于所述轴线形成非直角的平面中延伸。

-端件包括在上部分中的空气入口开口以及从该空气入口开口到下部分变宽的管道。

-端件包括空气入口开口、空气入口横截面，每个空气出口开口具有空气出口横截面，使得空气出口横截面的表面积之和被包括在空气入口横截面的表面积的20％和200％之间，优选大于100％。

-空气入口喷嘴朝向加热元件定向。

-净化装置仅具有一个空气入口喷嘴。

附图说明

在阅读下面仅作为例子给出并参照附图的描述后，本发明的不同方面和优点将显现，在附图中：

图1是根据本发明的实施方式的一个例子的净化系统的示意图；

图2是图1所示的净化装置的空气注入喷嘴的端件的立体图；以及

图3是图2所示的端件的轴向截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的一个例子的净化装置10，其用于装备内燃发动机的排气管线。

净化装置10设置在上游区段和下游区段之间的排气管线中。术语“上游”和“下游”是根据排气管线中废气的流动方向来考虑的。

净化装置10包括沿着纵向方向X延伸并且限定外壳的壳体12。壳体12例如由金属材料制成。

壳体12包括中心部分12A、入口部分12B和出口部分12C。

入口部分12B在上游侧封闭外壳，出口部分12C在下游侧封闭外壳。

入口部分12B具有从上游区段的入口管13直到中心部分12A变宽的形状。入口部分12B具有例如大致截头圆锥形状或变宽的任何形状。

净化装置10包括净化组件14，该净化组件14容纳在壳体12中，使得在壳体12中循环的废气流过净化组件14。净化装置14例如是三元催化剂、柴油氧化催化剂、SCR催化剂，或者是任何其他合适的类型。净化组件14优选地具有围绕平行于纵向方向X的轴线的大致回转形状。

传统上，净化装置10包括加热装置，该加热装置包括加热元件16，该加热元件16靠近净化装置14设置，优选地在净化组件14的上游。

加热元件16容纳在壳体12中。加热元件16旨在用于预热净化装置，特别是在发动机点火时或点火之前。

有利地，加热元件16具有围绕平行于纵向方向X的轴线限定的大致回转形状。

加热元件16对于气体是可渗透的，并且特别是旨在用于让沿着纵向方向X流动的气体(特别是废气和随后将描述的空气)通过，使得气体在流过加热元件16时被加热。

优选地，加热元件16由金属栅格组成。在一个变型中，加热元件16可以由金属泡沫或任何其他合适的加热元件(例如，蜂窝体)制成。更具体地，加热元件16可以由适合于将电流转换为热量的任何电阻元件组成。

加热元件16在壳体12的整个通道区段上延伸，使得流过壳体12的气体必然流过加热元件16。气体因此被均匀地加热。

传统上，加热元件16包括至少一个、优选两个电端子，加热元件16旨在通过这些电端子被供电。为此目的，这些电端子中的每一个旨在用于连接至相应的电极。

根据本发明的净化装置10包括旨在用于将空气注入到壳体中的至少一个空气注入喷嘴18。优选地，净化装置10仅包括一个注入喷嘴18。

通过注入喷嘴18吹送的空气特别地能够在通过加热元件16预热净化组件14期间使热能扩散。

有利地，注入喷嘴18被设置成穿过壳体12的入口部分12B。

注入喷嘴18沿着加热元件16的方向定向，即，通过注入喷嘴18注入的空气流沿着纵向轴线X具有分量，该分量从上游到下游沿着与废气流过壳体12的方向相同的方向定向。喷嘴18被定向为在与废气流动相同的方向上吹送空气的事实使得能够减小空气流动对废气循环的影响，并且使得能够不在喷嘴18上产生背压和热机械应力。这种情况特别是发生在加热元件16的被动阶段中(即，当发动机处于正常运行时)，并且在发动机满负载的阶段中更是如此。这种定向的目的是最小化由马达在加热元件16上以及在净化组件14上产生的流动的偏差(遮蔽)。

注入喷嘴18包括旨在用于优化空气朝向加热元件16的扩散的端件20。

在图2和图3中更详细示出的端件20包括具有大致回转形状的侧向壁19。

端件20沿着轴线A延伸。在所描述的例子中，侧向壁19具有围绕轴线A的大致回转形状。

端件20包括旨在设置在壳体12外的上部分20A和旨在在壳体12内延伸的下部分20B。因此，端件20穿过设置在入口部分12B中的开口21。

有利地，端件20包括将上部分20A和下部分20B分离的轴环22。轴环22旨在抵靠在开口21的边缘上。轴环22提供端件20到入口部分12B上的焊接接合，从而防止焊接颗粒突出到净化装置内。

轴环22优选地相对于轴线A倾斜，即，轴环在与轴线A形成非直角的平面中延伸。因此，轴环22的倾斜产生了在壳体12内部的端件20的取向，即，下部分20B的取向。设计端件20的本领域技术人员将容易地能够根据下部分20B的期望取向来选择轴环22的倾斜度。

更具体地，在下部分20B中，侧向壁19具有内表面19A和外表面19B。在所描述的例子中，内表面19A和外表面19B是同心的，两者都具有围绕轴线A限定的大致回转形状。然而，在一个变型中，只有内表面19A具有围绕轴线A限定的大致回转形状，外表面19B的形状对于空气的扩散不太重要。

在优选的实施方式中，端件20朝向加热元件16的中心部分定向。轴线A例如穿过加热元件16的中心。

轴线A例如与纵向轴线X形成在0°和75°之间、优选地在5°和60°之间并且进一步优选地在10°和45°之间的角度。

如图2和图3所示，端件20在其下部分20B中包括至少一个空气出口端口。

更具体地，侧向壁19在下部分20B中包括至少一个空气出口端口，并且优选地包括多个空气出口端口，其被称为第一空气出口端口24。

在所描述的例子中，每个第一空气出口端口24具有圆形形状。然而，在一个变型中，第一空气出口端口24可以具有其他可能的形状，例如椭圆形、矩形、三角形或其他形状。此外，第一空气出口端口24不一定都具有相同的形状。

有利地，第一空气出口端口24周向地分布在侧向壁19的整个周边上。因此，通过空气出口端口24在所有方向上注入空气，这允许空气基本上均匀地到达加热元件16上。

优选地，第一空气出口端口24在沿着轴线A的方向叠置的多个排中(例如，在所描述的例子中，在三个排中)周向地对准。

在每一排中，例如相邻的两个第一空气出口24之间的距离小于这两个第一空气出口24中的每一个的直径。

根据所描述的实施方式，侧向壁19至少在下部分20B中具有大致截头圆锥形状。因此，第一空气出口端口24沿着与轴线A形成非直角的方向定向。

应当注意，锥角优选地小于80°。

因此，可以设想相对于轴线A具有80°角的超平圆锥体(extra flat cone)。在这种情况下，第一出口端口24的轴线相对于轴线A为10°。

根据一个变型(未被示出)，下部分20B可以是圆柱形的，在这种情况下，第一出口端口24的轴线相对于轴线A为90°。

有利地，端件20另外包括设置在端件20的末端部处的底壁26。

在所描述的实施方式中，端件20包括形成在所述底壁26中的至少一个空气出口端口，其被称为第二空气出口端口28。在一个变型中，底壁26不能包括端口。

在所描述的例子中，底壁26包括两个第二空气出口端口28，它们优选地径向靠近底壁26的外边缘设置。

其中一个第二空气出口28例如由直线边缘和曲线边缘界定，该曲线边缘的端部与直线边缘的端部连接。

其中一个第二空气出口端口28例如由两个平行的长曲线边缘界定，这两个平行的长曲线边缘在其端部处通过两个短边缘连接。

还可以提供例如具有圆形、矩形、三角形、椭圆形边缘或任何可想到的形式的其他形式的第二空气出口端口28。

应当注意，端件20包括连接至喷嘴18的空气入口开口30(在图3中可见)。空气入口开口30具有空气入口横截面，并且每个空气出口开口24、28具有其自己的空气出口横截面，使得空气出口横截面的表面积之和被包括在空气入口横截面的表面积的20％与200％之间。

优选地，空气出口横截面的表面积之和大于空气入口横截面的表面积。因此，端件20并不意味着阻碍注入空气的流动的背压。

有利地，在上部分20A中，端件20具有从空气入口开口30直到下部分20B变宽的内部管道。

优选地，端件20包括用于将端件20紧固至喷嘴18的凸缘32。

应该注意，端件20例如通过以下制造方法制造。

制造方法包括制作凸缘32和管。

该方法然后包括使管变形，以便形成轴环22。

管还优选在其下部分中变形，以便形成下部分20B，例如具有截头圆锥形状的形式。

该方法然后包括钻出第一空气出口端口24。

最后，该方法包括将凸缘32与管接合以形成端件20。接合例如通过焊接来执行。

应当注意，该方法有利地包括制作底壁26(优选地包括一个或多个第二出口端口28)，以及例如通过焊接在管的端部处使底壁26与管连接。

由此形成的端件20直接安装到净化装置10上，更具体地，安装到入口部分12B的开口21中，使得轴环22搁置在开口21的边缘上。然后，优选将轴环22焊接到开口21的所述边缘上。轴环22提供端件20在入口部分12B上的焊接接合，从而防止焊接颗粒突出到净化装置内。

在一个变型中，端件20可通过铸造或任何其他可想到的方法制作。

根据本发明的端件20似乎可用于朝向加热元件16均匀地扩散空气。到达端件20的空气被分布在多个出口端口中，这在空气流中产生湍流并且能够在加热元件16上获得良好的均匀性和良好的空气速度。

应注意，本发明不限于上文所述的实施方式，而是可具有各种补充变型。