用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置以及相應的內燃活塞式發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于處理內燃活塞式發(fā)動機（10）的廢氣的裝置，該裝置包括氣體處理設備（16），在所述氣體處理設備內形成有空間（22），至少兩個廢氣進口（20）以及至少一個廢氣出口（24）通向所述空間（22），并且包括催化劑部分（26.1）的廢氣處理單元（26）被布置到所述空間中。所述廢氣處理單元（26）布置成在所述空間中限定出兩個部分空間（22.1、22.2），并且所述至少兩個廢氣進口（20）中的一個進口通向第一部分空間（22.1），而所述至少兩個廢氣進口中的另一個進口通向第二部分空間（22.2），并且所述至少一個廢氣出口與所述兩個部分空間（22.1、22.2）均流動連通。
【專利說明】用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置以及相應的內燃活塞式發(fā)動機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置，其包括氣體處理設備，在該氣體處理設備內形成有一空間，至少兩個廢氣進口和至少一個廢氣出口通向所述空間，并且廢氣處理單元被布置到該空間中。
[0002]本發(fā)明還涉及一種設置有用于處理廢氣的裝置的內燃活塞式發(fā)動機。
【背景技術】
[0003]內燃活塞式發(fā)動機的廢氣排放要求變得越來越嚴格。為了應付這樣的要求，存在各種可利用的技術，借助這些技術在發(fā)動機運轉時可以控制氣體排放。另一方面，不希望的是，發(fā)動機的整體性能將經(jīng)受旨在減少排放的動作的結果。
[0004]尤其是，催化劑通常用來加速由內燃活塞式發(fā)動機的廢氣所含的某些物質的反應。這樣的物質例如是氧化氮、烴，諸如甲烷、氧化碳等。
[0005]DE102008061222A1描述了一種具有兩組或多組汽缸的內燃活塞式發(fā)動機，每個汽缸均包含一個廢氣管線和充空氣管線。根據(jù)文獻，存在一種常見的排放控制裝置，特別是與發(fā)動機結合布置的催化劑。排放控制裝置集成到發(fā)動機體系結構中以便減小系統(tǒng)的空間需求。
[0006]US3247666描述了一種在內燃機系統(tǒng)中用于廢氣排放控制的歧管后燃燒室裝置，在該裝置中形成有空間，以及通向氣體處理設備內的空間的至少兩個廢氣進口以及至少一個廢氣出口。還存在一種布置到空間中的廢氣處理單元，該廢氣處理單元布置成在空間內限定出兩個部分空，并且設置有允許氣體流過處理單元的流道。
[0007]當利用與內燃活塞式發(fā)動機結合的催化劑排放減少系統(tǒng)時，存在幾個要考慮的問題。第一，系統(tǒng)在廢氣流中的位置或多或少限定了催化劑在其中運轉的可用溫度范圍。典型地，這樣的催化劑應該與發(fā)動機的渦輪部分緊鄰，即，非?？拷l(fā)動機定位。第二，結垢和堵塞的風險始終是要考慮的問題，特別是與利用例如重燃油運轉的發(fā)動機結合，盡管煙灰形成也可以在氣動操縱的發(fā)動機的情況下進行。第三，催化劑排放減少系統(tǒng)的空間需要設定典型地是相當大的。一般目的在于花費盡可能小的空間。本發(fā)明的目的在于提供一種解決現(xiàn)有技術的上述問題中的至少一個問題的用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置以及內燃活塞式發(fā)動機。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的基本由一種用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置來實現(xiàn)，該裝置包括氣體處理設備，在該氣體處理設備內形成有空間，至少兩個廢氣進口和至少一個廢氣出口通向所述空間，并且廢氣處理單元被布置到所述空間中。所述廢氣處理單元布置成在所述空間內限定出兩個部分空間，所述廢氣處理單元設置有允許氣體流過該處理單元的流道。本發(fā)明的特征在于，所述流道包括催化劑部分，并且所述至少兩個廢氣進口中的一個進口通向第一部分空間，而所述至少兩個廢氣進口中的另一個進口通向第二部分空間，并且所述至少一個廢氣出口與所述兩個部分空間均流動連通。
[0009]這提供了 一種同時執(zhí)行有效的氣體處理而不冒運轉可靠性風險的裝置。這還利用了使來自發(fā)動機的汽缸的廢氣流脈動。這還減小了與發(fā)動機的噪聲和振動相關的問題。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，至少兩個廢氣進口指向或以其他方式布置成使得廢氣的速度具有部分朝著廢氣處理單元的方向。
[0011]這提供了使氣體至少部分地碰撞廢氣處理單元并且流過該單元的運轉效果。因此，處理單元中氣體的處理基于由空間中脈動氣流造成的氣體的流過。因此，即使發(fā)動機的部分的廢氣處理單元將被堵塞，也不會實際上對發(fā)動機的運轉具有任何影響。由于構造和使廢氣流脈動，因此裝置也更能抵抗煙灰和堵塞。
[0012]如上所述地放置廢氣處理單元還使對外部管道和旁通閥的需要最小化。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，氣體處理設備是具有縱向軸線的長形歧管，并且廢氣測量單元是布置成沿縱向軸線的方向在歧管中延伸的壁狀結構。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的又一實施方式，壁狀結構沿縱向軸線的方向呈波狀。該壁狀結構還可以是例如沿縱向軸線的方向形成的Z字形。
[0015]廢氣處理單元至少在下述位置限定出兩個部分空間，在該位置，所述至少兩個廢氣進口通向所述部分空間中的任一空間。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，廢氣處理單元包括在兩個部分空間之間延伸的氣體流道，該氣體流道的表面上至少部分地設置有催化劑。這樣的表面還在上下文中稱為催化劑表面。優(yōu)選地，催化劑是催化廢氣中的任何殘留烴的氧化反應的部分氧化催化劑。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，催化劑表面布置在流道的中間部分中。
[0018]優(yōu)選地,氣體處理設備是發(fā)動機的廢氣歧管。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，廢氣歧管由相互接連布置的若干個氣體處理設備形成。
[0020]廢氣處理單元的壁狀結構沿處理設備的橫向在該處理設備的兩個內表面之間延伸。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的內燃活塞式發(fā)動機設置有用于處理廢氣的裝置，其包括氣體處理設備，在該氣體處理設備內形成有空間，至少兩個廢氣進口和至少一個廢氣出口通向所述空間，并且廢氣處理單元被布置到所述空間中。內燃機的特征在于，所述廢氣處理單元布置成在所述空間內限定出兩個部分空間，所述廢氣處理單元設置有允許氣體流過該處理單元的流道，所述流道包括催化劑部分。另外，所述至少兩個廢氣進口中的一個進口通向第一部分空間，而所述至少兩個廢氣進口中的另一個進口通向第二部分空間，并且所述至少一個廢氣出口與所述兩個部分空間均流動連通。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，發(fā)動機是V型發(fā)動機，并且用于處理廢氣的裝置布置在發(fā)動機組之間。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，發(fā)動機是直列式發(fā)動機。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]在下文中，將參照所附的示例性示意附圖來描述本發(fā)明，附圖中:
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的內燃活塞式發(fā)動機，[0026]圖2示出了圖1的截面I1-1I，
[0027]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機的局部視圖，
[0028]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機的局部視圖，
[0029]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機的局部視圖，
[0030]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機的局部視圖，
[0031]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機，
[0032]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機，以及
[0033]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的又另一實施方式的內燃活塞式發(fā)動機。
【具體實施方式】
[0034]圖1示意地描繪了內燃活塞式發(fā)動機10，更具體地為在下文中被簡稱為發(fā)動機的內燃活塞式發(fā)動機。在圖2中，示出了圖1的截面11-11，并且相應地，圖1示出了圖2的截面1-1。在下文中，將參照圖1和圖2描述本發(fā)明和涉及本發(fā)明的實施方式。發(fā)動機包括主體12或塊，已知的發(fā)動機的各個部分已經(jīng)組裝到該主體或塊中。在圖1中，示出了布置為兩個并聯(lián)的傾斜汽缸組的汽缸蓋14，即，在這種情況下，發(fā)動機是所謂的V形發(fā)動機。發(fā)動機的每個汽缸均通過廢氣導管18與廢氣歧管16相關聯(lián)，該廢氣導管將一個汽缸蓋連接至被發(fā)動機的所有汽缸所共用的廢氣歧管16。每個廢氣導管18均包括廢氣進口 20，該廢氣進口通向形成在廢氣歧管16內的空間22。廢氣歧管16還包括布置成通向空間22的廢氣出口 24。
[0035]另外，廢氣歧管16設置有廢氣處理單元26，該廢氣處理單元布置在形成于廢氣歧管內的空間22中。借助于處理單元，廢氣可以被處理以便減少在運轉時通過發(fā)動機進入周圍空氣的排放物。因此，廢氣歧管也是氣體處理設備，或者運轉氣體處理設備。廢氣處理單元26設置有允許氣體流過該處理單元的流道26’。在圖1和圖2的實施方式中，廢氣歧管16中的廢氣處理單元26被豎直取向，并且進口 20在廢氣處理單元26的兩側是水平的。
[0036]在圖1中描述了氣體處理設備，并且該氣體處理設備與V形發(fā)動機相關聯(lián)。氣體處理設備布置在發(fā)動機組之間并且廢氣進口 20布置到氣體處理設備的兩側。在V形發(fā)動機中，位于發(fā)動機的頂部的汽缸組之間的位置在考慮重力觀點、傳到周圍的熱輻射、振動和噪聲時是有利的。
[0037]廢氣處理單元26布置成在空間22中限定出兩個部分空間22.1和22.2。因此，廢氣處理單兀26沿處理設備的橫向在氣體處理設備的兩個內表面之間延伸。氣體處理設備是具有縱向軸線A的長形的歧管。廢氣處理單元是壁狀結構，其布置成在歧管中延伸，使得所述部分空間大體上彼此相同。廢氣進口 20布置成使得廢氣進口的一部分通向第一部分空間22.1，而廢氣進口的另一部分通向第二部分空間22.2。換言之，當發(fā)動機包括通向空間的至少兩個廢氣進口時，至少兩個廢氣進口中的一個進口通向第一部分空間22.1，而至少兩個廢氣進口中的另一個進口通向第二部分空間22.2。因此，沿縱向軸線A的方向接連布置的廢氣進口通向不同的部分空間。廢氣出口與第一部分空間和第二部分空間這兩者流動連通。廢氣處理設備和所述部分空間的截面可以是圓形、矩形或根據(jù)需要的其他形狀。
[0038]當發(fā)動機運轉時，在處理單元如圖1和圖2所示布置時，廢氣將從兩側撞擊處理單元。廢氣處理單元26還充當純脈沖阻尼器。[0039]根據(jù)本發(fā)明的實施方式，廢氣處理單元26包括多個平行的氣體流道26’，這些流道布置成在兩個部分空間22.1,22.2之間延伸，所述流道至少部分地設置有催化劑表面。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，氣體流道26’布置在分開的催化劑單元中，這些催化劑單元布置到廢氣處理單元26。若干個催化劑單元布置到廢氣處理單元26的框架(未示出)中。優(yōu)選地，每個催化劑單元均布置成具有用于使氣體沿任一方向流過流道的相等的特性。在圖1和圖2中，示出了本發(fā)明的實施方式，催化劑單元從處理單元26的第一端延伸到其第二端。催化劑單元的流道布置成垂直于處理設備16的縱向軸線A。形狀和方向或流道可以改變。圖3中示出有這樣的實施方式，其中流道是V形的以至少部分地向后引導通流氣體。
[0040]圖2通過箭頭示出了脈沖廢氣流將如何撞擊通過廢氣處理單元并且還反擊到起始側。由于氣體從兩個方向通過催化劑單元來回流動，因此流道26’將保持無任何實質的煙灰積累，從而維持低堵塞風險。煙灰未必需要通過催化劑單元，并且因此催化劑單元可以設置有具有較大催化劑比表面積的大體上密集的流動通道的柵格。催化劑單元同時作為脈沖阻尼器起作用。
[0041]另外，本發(fā)明提供了一種抵抗不太可能發(fā)生的催化劑單元的堵塞的操作安全措施。在催化劑單元被堵塞的情況下，氣體將仍在部分空間中向前流動。
[0042]來自汽缸的每個廢氣導管18均可以成角度以具有這樣合適的角度，S卩，該角度將在氣體進入部分空間22.1,22.2時導致期望的氣體流型和行為。還可以設定發(fā)動機的點火順序，使得脈沖將來回撞擊通過元件。在使根據(jù)本發(fā)明的裝置中的廢氣流脈動的情況下，廢氣脈沖可以不止一次流過元件。廢氣導管18根據(jù)本發(fā)明的實施方式是氣體處理設備16的一體部分。根據(jù)另一實施方式，廢氣導管18以可移除的方式固定至氣體處理設備16。
[0043]圖2中，還示出了本發(fā)明的一實施方式，其中流體進口系統(tǒng)28布置到廢氣處理單元26。流體進口系統(tǒng)在廢氣處理單元的整個長度范圍內設置有單獨的出口。該流體進口系統(tǒng)布置成在處理單元內作為一體的系統(tǒng)運行。流體進口系統(tǒng)可以例如是引入控制量的水的水進口系統(tǒng)，借助于該水進口系統(tǒng)，廢氣處理單元26，特別是催化劑單元，被保持在期望的溫度窗口內。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，流體進口系統(tǒng)被利用來將諸如尿素的還原劑引入氣流以在催化單元26中在催化反應中被利用。
[0045]圖4描繪了本發(fā)明的實施方式，其中，矩形催化劑單元26僅在中間部分26.1中涂覆有催化劑材料，從而形成催化劑部分。外部區(qū)域26.2布置成用于阻尼目的。圖4還示出了最強的氣流脈沖可以抵靠其撞擊的碰撞板20’或相似物。該碰撞板至少部分地布置在進口 20前面。碰撞板可以是柵板或孔板。
[0046]圖5和圖6描述了廢氣處理單元26的不同總布置圖。圖5中，壁狀結構沿縱向軸線的方向呈波狀，而在圖6中，壁狀結構沿縱向軸線的方向形成為Z字形。
[0047]圖7中，示出了圖2的實施方式的修改例，其中用于處理內燃活塞式發(fā)動機的廢氣的裝置包括若干個相互接連布置的氣體處理設備16。圖7中的氣體處理設備16通過凸緣附件相互接合，而它們一起形成發(fā)動機的廢氣歧管。圖7的實施方式中的每個氣體處理設備16均具有空間22，以及通向空間22的至少兩個廢氣進口 20和至少一個廢氣出口 24，以及布置到空間22中的廢氣處理單元26，該廢氣處理單元26布置成在空間22內限定兩個部分空間22.1,22.2。而且，至少兩個廢氣進口 20中的一個進口通向第一部分空間22.1，而至少兩個廢氣進口中的另一個通向第二部分空間22.2。
[0048]圖8示意地描繪了為直列式發(fā)動機的內燃活塞式發(fā)動機10’。在圖8的實施方式中，廢氣歧管16中的廢氣處理單元26水平取向，并且進口 20沿豎直方向位于廢氣處理單元26的兩側。
[0049]圖9示意地描繪了也為直列式發(fā)動機的內燃活塞式發(fā)動機10’。在圖9的實施方式中，廢氣歧管16中的廢氣處理單元26大體上豎直取向，并且進口 20的部分被引導通過廢氣處理單元26以通向另一部分空間22.2。
[0050]雖然本文已經(jīng)結合目前被認為是最優(yōu)選的實施方式通過示例描述了本發(fā)明，但是將理解的是，本發(fā)明不限于所公開的實施方式，而是旨在涵蓋如所附權利要求中所限定的，被包括在本發(fā)明的范圍內的特征以及幾個其他應用的各種組合或修改。與上述任一實施方式結合提及的細節(jié)可以與另一實施方式結合使用，當這樣的結合在技術上是可行的時。
【權利要求】
1.一種用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10、10’)的廢氣的裝置，該裝置包括氣體處理設備(16)，在所述氣體處理設備內形成有空間(22)，至少兩個廢氣進口(20)和至少一個廢氣出口(24)通向所述氣體處理設備內的所述空間(22)，并且廢氣處理單元(26)被布置到所述空間(22)中，所述廢氣處理單元(26)布置成在所述空間(22)內限定出兩個部分空間(22.1、22.2)，并且所述廢氣處理單元設置有允許氣體流過該廢氣處理單元的流道(26’)，其特征在于，所述流道(26’)包括催化劑部分(26.1)，并且所述至少兩個廢氣進口(20)中的一個進口通向第一部分空間(22.1)，而所述至少兩個廢氣進口中的另一個進口通向第二部分空間(22.2)，并且所述至少一個廢氣出口與所述兩個部分空間均流動連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述氣體處理設備是具有縱向軸線(A)的長形歧管，并且所述廢氣處理單元(26)是布置成沿所述縱向軸線(A)的方向在所述歧管中延伸的壁狀結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述壁狀結構沿所述縱向軸線的方向呈波狀。
4.根據(jù)權利要求2所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述壁狀結構是沿所述縱向軸線的方向形成的Z字形。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述廢氣處理單元(26)至少在下述位置限定出兩個部分空間(22.1、22.2)，在所述位置，所述至少兩個廢氣進口通向所述部分空間中的任一空間。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述廢氣處理單元(26)包括在所述兩個部分空間(22.1,22.2)之間延伸的氣體流道(26 ’)，所述氣體流道的表面中至少部分地設置有催化劑。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述催化劑是部分氧化催化劑。
8.根據(jù)權利要求6所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述催化劑布置在所述流道的中間部分(26.1)中。
9.根據(jù)權利要求1所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述氣體處理設備(16)是廢氣歧管。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述廢氣歧管由若干個相互接連布置的氣體處理設備(16)形成。
11.根據(jù)權利要求9所述的用于處理內燃活塞式發(fā)動機(10)的廢氣的裝置，其特征在于，所述廢氣處理單元(26)的所述壁狀結構沿所述廢氣處理設備的橫向在該廢氣處理設備的兩個內表面之間延伸。
12.一種內燃活塞式發(fā)動機(10)，該內燃活塞式發(fā)動機設置有根據(jù)前述權利要求中的任一項所述的用于處理廢氣的裝置。
13.根據(jù)權利要求12所述的內燃活塞式發(fā)動機，其特征在于，所述發(fā)動機是V形發(fā)動機，并且用于處理廢氣的裝置被布置在發(fā)動機組之間。
14.根據(jù)權利要求12所述的內燃活塞式發(fā)動機，其特征在于，所述發(fā)動機是直列式發(fā)動機(10’)。
【文檔編號】F01N3/10GK103797223SQ201280041418
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年6月18日 優(yōu)先權日:2011年8月29日
【發(fā)明者】K·維耶斯克 申請人:瓦錫蘭芬蘭有限公司