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CN111828140A - 混合器 - Google Patents

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CN111828140A
CN111828140A CN202010310622.XA CN202010310622A CN111828140A CN 111828140 A CN111828140 A CN 111828140A CN 202010310622 A CN202010310622 A CN 202010310622A CN 111828140 A CN111828140 A CN 111828140A
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R·施瓦茨
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Abstract

本发明涉及一种混合器，其用于内燃机的排气设备，所述混合器具有：板状的混合器体(26)，其包括关于排气流(HA1)朝上游方向取向地要设置的流入侧(36)和关于排气流(HA1)朝下游方向取向地要设置的流出侧(38)；在混合器体(26)中的第一排气穿流开口(30)；在混合器体(26)上在第一排气穿流开口(30)的区域中支承的反应剂接纳体(42)；以及在混合器体(26)中的多个第二排气穿流开口(34)，其中，第二排气穿流开口(34)在混合器体(26)中包围第一排气穿流开口(30)地设置。

Description

混合器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的混合器，所述混合器在排气设备中可以用于，将喷射到排气流中的反应剂、例如作为还原剂起作用的尿素/水溶液与排气流混合。
背景技术
为了减少在由柴油内燃机喷出的排气中的氮氧化物份额，已知的是，为了实施选择性的催化还原(SCR)，将反应剂喷入到排气流中，以便在SCR催化器上产生在排气中输送的氮氧化物的催化的转化。为了所述催化的转化的有效的实施，需要反应剂与排气的良好的混匀。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于内燃机的排气设备的混合器，所述混合器在产生用于在排气设备中流动的排气的小的流动阻力时在紧凑的结构型式情况下导致喷射到排气流中的反应剂与排气的有效的混匀。
按照本发明，所述任务通过用于内燃机的排气设备的混合器解决，所述混合器具有：
-板状的混合器体，包括关于排气流要朝上游方向取向地设置的流入侧和关于排气流要朝下游方向取向地设置的流出侧，
-在混合器体中的第一排气穿流开口，
-在混合器体上在第一排气穿流开口的区域中支承的反应剂接纳体，
-在混合器体中的多个第二排气穿流开口，其中，第二排气穿流开口在混合器体中包围第一排气穿流开口地设置。
在按照本发明构造的混合器中，原则上设置两种不同的类型的开口。一方面穿流混合器的排气的一部分引导穿过第一排气穿流开口并且在此尤其是也与以反应剂润湿的反应剂接纳体进入相互作用。由此导致排气流与在反应剂接纳体上接纳的反应剂的直接的相互作用。通过包围第一排气穿流开口的第二排气穿流开口，进一步导致涡流，所述涡流进一步加强排气和反应剂的有效的混匀。同时通过多个开口和因此提供大的总开口横截面的可能性，通过这样的混合器引入的流动阻力相对小，即使板状的混合器体基本上正交于混合器上游的排气主流动方向地设置。
为了混合器体的良好的可穿流性可以如下考虑，即，第一排气穿流开口沿开口纵轴线方向细长延伸地构成。当在混合器体上设置在流出侧上伸出的、优选基本上完全包围第一排气穿流开口的开口边缘时，一方面给出可能性，将反应剂接纳体例如在开口边缘的区域中固定在混合器体上。另一方面可以通过所述开口边缘实现将排气流确定地引导穿过混合器体的流动引导效果。
为了提供混合器体和反应剂接纳体之间的稳定的连接，反应剂接纳体可以支承在开口边缘上。为了可以提供足够的表面，以用于与要喷入排气流中的反应剂的相互作用，进一步提出，反应剂接纳体在混合器体的流出侧上超过开口边缘伸出地构成。
为了通过第二排气穿流开口可以导致排气和反应剂的加强的涡流或混合，提出，配置于混合器体上的至少一个、优选每个第二排气穿流开口设置在流出侧上伸出的突出成形部，其中，所述突出成形部在朝向第一排气穿流开口的侧上用于提供第二排气穿流开口之一而敞开。在此，例如至少一个、优选每个所述突出成形部可以具有基本上截球形部段的形状。在这样成形的突出成形部的内侧上，从流入侧流入的排气可以换向并且通过朝向第一排气穿流开口的并且在突出成形部中提供的第二排气穿流开口朝第一排气穿流开口指向地释放。因为优选所有第二排气穿流开口这样提供，因此几乎在第一排气穿流开口的整个环周区域上实现朝第一排气穿流开口或在其中接纳的反应剂接纳体指向的排气流。
为了也将通过在第一排气穿流开口中接纳的反应剂接纳体导入的流动阻力保持尽可能小，提出，反应剂接纳体提供由排气可穿流的反应剂接纳体穿流通道。所述反应剂接纳体因此由排气可穿流并且基本上不产生尤其是流动穿过第一排气穿流开口的排气的换向。
为了反应剂接纳体与喷射到排气流中的反应剂的有效的润湿，反应剂接纳体可以具有沿开口纵轴线方向优选V形变细的反应剂接纳区域。为此，反应剂接纳体可以在反应剂接纳区域中具有两个相对彼此成角度设置的接纳板区段，其中，在至少一个、优选每个接纳板区段中设置至少一个、优选多个朝反应剂接纳体穿流通道敞开的反应剂穿过开口。
例如作为板材改型件提供的反应剂接纳体可以具有基本上环部段状构成的、局部地包围反应剂接纳体穿流通道的中央区域并且从所述中央区域出发具有成角度地、优选基本上未弯曲地朝彼此延伸的接纳板区段。因此，反应剂接纳体的所有与排气或反应剂进入相互作用的区域可以通过板材坯件的改型提供到一个并且相同的构件上。
本发明此外涉及一种用于内燃机的排气设备，其具有：
-混合器壳体，
-在混合器壳体的上游的端部区域中连接到所述混合器壳体上的第一排气导向区域，
-在混合器壳体的下游的端部区域中连接到所述混合器壳体上的第二排气导向区域，
-在混合器壳体的混合器支承区域中设置的按照本发明构造的混合器，其中，所述混合器以其流入侧朝向第一排气导向区域地设置，
-在混合器壳体上关于混合器体在下游设置的反应剂释放布置结构，以用于以朝反应剂接纳体指向的反应剂主释放方向释放反应剂。
为了确保，从上游引出的全部排气贯穿混合器并且在此也可以产生与反应剂的有效的相互作用，提出，混合器体以其流入侧基本上正交于第一排气导向区域中的排气主流动方向地设置，并且反应剂主释放方向基本上正交于第一排气导向区域中的排气主流动方向。
在混合器壳体中，可以连接到混合器支承区域上地构成流动换向区域，其中，在流动换向区域上游在混合器壳体中的排气主流动方向和在流动换向区域下游在混合器壳体中的排气主流动方向大致彼此正交。通过由排气和反应剂构成的流体在混合器壳体中的换向，导致反应剂和排气的进一步改善的混匀，由此也支持紧凑的结构型式。
在按照本发明构造的排气设备中，可以用于有效的排气净化，在第一排气导向区域中设置至少一个排气处理单元、优选氧化催化器或/和颗粒过滤器或/和氮氧化物存储催化器。此外，可以在第二排气导向区域中设置至少一个排气处理单元、优选SCR催化器。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。其中：
图1示出用于内燃机的部分地以剖面示出的透视的排气设备；
图2示出沿图1中的观察方向II的图1的排气设备的视图；
图3示出排气设备的对应于图2的视图的放大图；
图4示出排气设备的在图3中示出的细节的透视图；
图5示出沿图4中的观察方向V的在图4中示出的细节的部分敞开地示出的俯视图。
具体实施方式
图1示出总体地以10表示的排气设备，其可以集成到将排气从内燃机朝环境释放的排气引导系统中。排气设备10作为中央的组成部分包括混合器壳体12。管状的第一排气导向区域16连接到混合器壳体12的上游的端部区域14上。管状的第二排气导向区域22通过中间壳体20连接到混合器壳体12的下游的端部区域18上。
在第一排气导向区域16中，可以设置一个或多个排气处理单元。这些排气处理单元例如可以包括氧化催化器、尤其是柴油氧化催化器或颗粒过滤器。氮氧化物存储催化器也可以作为排气处理单元设置在第一排气引导管区域16中。在第二排气导向区域22中也可以设置一个或多个排气处理单元。这些排气处理单元例如可以包括SCR催化器。
靠近混合器壳体12的上游的端部区域14，在所述混合器壳体中设置总体以24表示的混合器。所述混合器24具有在其周向轮廓方面与混合器壳体12的内轮廓适配的板状的混合器体26。所述混合器体26可以作为板材改型件提供并且可以在其外周区域上也具有用于在混合器壳体12上的稳定的固定而使用的朝上游方向弯曲的体边缘28。
混合器体26在其中央的区域中具有沿开口纵轴线L方向细长延伸的第一排气穿流开口30。第一排气穿流开口30由朝下游方向取向的、围绕第一排气穿流开口30基本上不中断地环绕的开口边缘32包围。所述开口纵轴线L基本上正交于第一排气导向区域16中的排气主流动方向HA1。在所述第一排气导向区域16中沿排气主流动方向HA1，排气穿过该第一排气导向区域或在其中设置的排气处理单元朝混合器24方向流动。当然，局部可以存在与排气主流动方向偏离的流动方向。
在混合器体26中，包围第一排气穿过开口30地设置多个第二排气穿过开口34。第二排气穿过开口34因此形成沿周向依次跟随的第二排气穿过开口34的围绕开口边缘32延伸的环状的结构。为了提供这些第二排气穿过开口34，在板状的混合器体26中形成沿离开朝向第一排气导向区域16的流入侧36方向、亦即因此朝背离第一排气导向区域16的流出侧38方向伸出的突出成形部40。每个所述突出成形部40具有截球形部段的形状、尤其是球形的基体的大致四分之一的形状，并且这样取向，使得相应的第二排气穿过开口34朝向开口边缘32或第一排气穿过开口30。沿排气主流动方向HA1从第一排气导向区域16朝混合器体26流动的排气大致沿所述排气主流动方向HA1穿流第一排气穿过开口30，而在突出成形部40或通过其提供的第二排气穿过开口34的区域中进行排气流朝向内方向、亦即朝第一排气穿流开口30的换向，从而在这里进行排气流朝第一排气穿过开口30的区域的聚集。
在混合器体26上在第一排气穿流开口30中支承反应剂接纳体42。例如由带状的板材坯件成形的反应剂接纳体42形成大致环部段状构成的中央区域44，所述中央区域包围在反应剂接纳体42中存在的反应剂接纳体穿流通道46。在两个彼此对置的支腿区域48、50上，反应剂接纳体42以其中央区域44贴靠到第一排气穿过开口30的开口边缘32上地设置并且在其上例如通过材料锁合、例如熔焊或钎焊固定。连接到中央区域44的支腿区域48、50上地，接纳板区段52、54朝向彼此成角度地延伸并且因此形成反应剂接纳体42的基本上V形的反应剂接纳区域56。在所述两个基本上未弯曲地构成的接纳板区段52、54中，分别构成多个反应剂穿过开口58，所述反应剂穿过开口因此建立至由反应剂接纳体42包围的反应剂接纳体穿流通道46的连接。
反应剂接纳体42在第一排气穿过开口30中或在板状的混合器体26上这样设置，使得反应剂接纳区域56沿开口纵轴线L方向变细地构成。反应剂接纳区域56的V形的设计因此朝一般也称为注射器的反应剂释放布置结构60方向指向。所述反应剂释放布置结构在混合器体26下游这样支承在混合器壳体12上，使得由其释放的反应剂、例如尿素/水溶液沿反应剂主释放方向HR在混合器体26下游释放到混合器壳体12中。反应剂主释放方向HR可以基本上对应于开口纵轴线L的延伸方向，从而反应剂基本上沿第一排气穿过开口30纵向方向朝反应剂接纳体42方向释放。要指出，通常反应剂以喷射锥体的形式释放，其中，反应剂主释放方向HR可以对应于这样的喷射锥体的中心轴线。
由反应剂释放布置结构60沿反应剂主释放方向HR朝反应剂接纳区域56释放的反应剂基本上入射到接纳板区段52、58上。通过第二排气穿过开口34朝第一排气穿过开口30或反应剂接纳体42方向指向的排气流也有助于此。反应剂因此润湿反应剂接纳体42的外周面或通过反应剂穿过开口58进入反应剂接纳体42的内部空间或反应剂接纳体穿流通道46中。在中央区域44的两个支腿区域48、50上形成向内弯曲的接片62、64，所述接片分别提供用于进入反应剂接纳体42内部的反应剂的收集面。因此确保以反应剂对反应剂接纳体42的表面的有效的润湿。因为反应剂接纳体42通过对其环流的排气流加热，因此支持以喷雾形式由反应剂释放布置结构60释放的反应剂的蒸发。附加地，尤其是还有第二排气穿流开口34的流动引导用于在反应剂接纳体42的区域中的排气流的强烈的涡流，这支持反应剂和排气的混匀。
这样制造的由反应剂和排气组成的混合物在混合器24的流出侧38上首先还基本上沿对应于在第一排气导向区域16中的排气主流动方向HA1的方向流动。然而如图5对其形象地说明的那样，由排气和反应剂形成的混合物的流体在混合器壳体12的内表面上换向并且引向混合器壳体12的下游的端部区域18方向。为此，混合器壳体12在混合器支承区域66下游形成流动换向区域68，混合器体26以其体边缘28在混合器壳体12上固定到所述混合器支承区域中，在所述流动换向区域中，穿流混合器24的排气或从混合器排出的由排气和反应剂组成的混合物沿混合器壳体12的内表面朝下游的端部区域18方向换向。在混合器壳体12的所述下游的端部区域18的区域中，排气基本上沿排气主流动方向HA2流动，所述排气主流动方向与第一排气导向区域16中或还有混合器壳体12的上游的端部区域14中的排气主流动方向HA1大致正交。沿所述方向，由反应剂和排气组成的混合物然后朝第二排气导向区域22方向流动，在那里在SCR催化器中然后进行在排气中包含的氮氧化物的选择性的催化还原。
利用混合器的按照本发明的构造，实现排气和喷射到排气中的反应剂的有效的混匀。因为在混合器中设置多个允许排气穿透的开口，所以混合器尽管存在如下情况只引入相对小的流动阻力，即，所述混合器以其流入侧大致正交于混合器上游的排气主流动方向地设置。按照本发明构造的混合器可以简单地通过两个板材坯件的改型提供，其中一个所述板材坯件用于构造混合器体并且另一个所述板材坯件用于构造反应剂接纳体。
要指出，与在图中示出的构造不同的实现方式是可能的。这样例如可以将更多更少的第二反应剂穿过开口或提供第二反应剂穿过开口的突出成形部设置在混合器体上。尤其是可能在沿开口纵轴线方向细长延伸的第一排气穿流开口两侧例如分别设置一个对应细长延伸的并且在突出成形部的区域中提供的第二排气穿流开口。所述第二排气穿流开口也在本发明的意义中包围第一排气穿流开口、即沿第一排气穿流开口的外周区域延伸地设置。如图2和3的对比明显示出的那样，反应剂接纳体也可以用于提供朝反应剂释放布置结构方向变细的反应剂接纳区域以尤其是在环部段状的中央区域和接纳板区段之间的过渡中的最不同的成型地构成。为了在第二排气穿流开口的区域中实现朝第一排气穿流开口方向的在先所述的流换向，可以在板状的混合器体上也通过U形的缺口设置在所述混合器体中提供的并且在从混合器体的平面弯曲出来后朝混合器体的下游的侧方向形成的换向连接板。

Claims (13)

1.混合器，用于内燃机的排气设备，所述混合器包括：
-板状的混合器体(26)，所述混合器体包括关于排气流(HA1)要朝上游方向取向地设置的流入侧(36)和关于排气流(HA1)要朝下游方向取向地设置的流出侧(38)，
-在混合器体(26)中的第一排气穿流开口(30)，
-在混合器体(26)上在第一排气穿流开口(30)的区域中支承的反应剂接纳体(42)，
-在混合器体(26)中的多个第二排气穿流开口(34)，其中，第二排气穿流开口(34)在混合器体(26)中包围第一排气穿流开口(30)地设置。
2.按照权利要求1所述的混合器，其特征在于，第一排气穿流开口(30)沿开口纵轴线(L)方向长形延伸地构成，或/和在混合器体(26)上设置在流出侧(38)上伸出的、优选基本上完全包围第一排气穿流开口(30)的开口边缘(32)。
3.按照权利要求2所述的混合器，其特征在于，反应剂接纳体(42)支承在开口边缘(32)上，或/和反应剂接纳体(42)在混合器体(26)的流出侧(38)上超过开口边缘(32)伸出地构成。
4.按照上述权利要求之一所述的混合器，其特征在于，配置于混合器体(26)上的至少一个、优选每个第二排气穿流开口(34)设置在流出侧(38)上伸出的突出成形部(40)，其中，所述突出成形部(40)在朝向第一排气穿流开口(30)的侧上为了提供第二排气穿流开口(34)而敞开。
5.按照权利要求4所述的混合器，其特征在于，至少一个、优选每个所述突出成形部(40)基本上具有截球形部段的形状。
6.按照上述权利要求之一所述的混合器，其特征在于，反应剂接纳体(42)提供可由排气穿流的反应剂接纳体穿流通道(46)。
7.按照权利要求2和回引权利要求2的权利要求3-6之一所述的混合器，其特征在于，反应剂接纳体(42)具有沿开口纵轴线(L)方向优选V形变细的反应剂接纳区域(56)。
8.按照权利要求6和权利要求7所述的混合器，其特征在于，反应剂接纳体(42)在反应剂接纳区域(56)中具有两个彼此成角度设置的接纳板区段(52、54)，其中，在至少一个、优选每个所述接纳板区段(52、54)中设置至少一个、优选多个朝反应剂接纳体穿流通道(46)敞开的反应剂穿过开口(58)。
9.按照权利要求8所述的混合器，其特征在于，反应剂接纳体(42)具有基本上环部段状构成的、局部地包围反应剂接纳体穿流通道(46)的中央区域(44)并且从所述中央区域出发具有成角度地、优选基本上未弯曲地朝彼此延伸的接纳板区段(52、54)。
10.用于内燃机的排气设备，具有：
-混合器壳体(12)，
-在混合器壳体(12)的上游的端部区域(14)中连接到所述混合器壳体上的第一排气导向区域(16)，
-在混合器壳体(12)的下游的端部区域(18)中连接到所述混合器壳体上的第二排气导向区域(22)，
-在混合器壳体(12)的混合器支承区域(66)中设置的按照上述权利要求之一所述的混合器(24)，其中，混合器(24)以其流入侧(36)朝向第一排气导向区域(16)地设置，
-在混合器壳体(12)上相对于混合器体(26)在下游设置的反应剂释放布置结构(60)，以用于以朝反应剂接纳体(42)指向的反应剂主释放方向(HR)释放反应剂。
11.按照权利要求10所述的排气设备，其特征在于，混合器体(26)以其流入侧(36)基本上正交于第一排气导向区域(16)中的排气主流动方向(HA1)地设置，并且反应剂主释放方向(HR)基本上正交于第一排气导向区域(16)中的排气主流动方向(HA1)。
12.按照权利要求10或11所述的排气设备，其特征在于，在混合器壳体(12)中，连接到混合器支承区域(66)上地构成流动换向区域(68)，其中，在流动换向区域(68)上游在混合器壳体(12)中的排气主流动方向(HA1)和在流动换向区域(68)下游在混合器壳体(12)中的排气主流动方向(HA2)大致彼此正交。
13.按照权利要求10-12之一所述的排气设备，其特征在于，在第一排气导向区域(16)中设置至少一个排气处理单元、优选氧化催化器或/和颗粒过滤器或/和氮氧化物存储催化器，或/和在第二排气导向区域中设置至少一个排气处理单元、优选SCR催化器。
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