DE102013012909A1 - mixing chamber - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischkammer 1 zum Mischen eines Zusatzstoffes in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine a) mit einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse 11, das eine Eingangsöffnung 12 für Abgas mit einem Strömungsquerschnitt S12 und mit einer Mitteleingangsachse M12 sowie eine stromab der Eingangsöffnung 12 angeordnete Ausgangsöffnung 13 für Abgas mit einem Strömungsquerschnitt S13 und mit einer Mittelausgangsachse M13 aufweist, wobei b) innerhalb des Gehäuses 11 ein Strömungsleitelement 2 zwischen den beiden Öffnungen 12, 13 angeordnet ist, wobei c) das Strömungsleitelement 2 rohrförmig ausgebildet ist und mindestens einen eine Kanalachse K2 aufweisenden Kanal 20 mit einem Einlass 22 und mit einem Auslass 23 bildet, über den der gesamte Abgasstrom in einer zur Kanalachse K2 parallelen Strömungsrichtung S bis zur Ausgangsöffnung 13 hin geleitet wird, wobei d) die Strömungsrichtung S relativ zur Mittelausgangsachse M13 um einen Winkel a zwischen 20° und 80° abweicht.The invention relates to a mixing chamber 1 for mixing an additive in an exhaust system of an internal combustion engine a) with a single or multi-part housing 11, which has an inlet opening 12 for exhaust gas with a flow cross section S12 and with a central input axis M12 and a downstream of the input opening 12 Output outlet 13 for exhaust gas having a flow cross-section S13 and having a central outlet axis M13, wherein b) within the housing 11, a flow guide 2 between the two openings 12, 13 is arranged, wherein c) the flow guide 2 is tubular and at least one channel axis K2 having channel 20 with an inlet 22 and with an outlet 23, through which the entire exhaust gas flow in a direction parallel to the channel axis K2 flow direction S is directed to the outlet opening 13, where d) the flow direction S relative to the central exit axis M13 by an angle a between 20 ° and deviates 80 °.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischkammer zum Mischen eines Zusatzstoffes in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem ein- oder mehrteiligen Gehäuse. Das Gehäuse weist hierzu eine Eingangsöffnung für Abgas mit einem Strömungsquerschnitt und mit einer Mitteleingangsachse sowie eine stromab der Eingangsöffnung angeordnete Ausgangsöffnung für Abgas mit einem Strömungsquerschnitt und mit einer Mittelausgangsachse auf. Im Gehäuse ist zwischen den beiden Öffnungen ein Strömungsleitelement angeordnet.The invention relates to a mixing chamber for mixing an additive in an exhaust system of an internal combustion engine with a single or multi-part housing. For this purpose, the housing has an inlet opening for exhaust gas with a flow cross section and with a center input axis and an outlet opening for exhaust gas with a flow cross section and with a center outlet axis arranged downstream of the inlet opening. In the housing, a flow guide is arranged between the two openings.
Es ist bereits in der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischkammer derart auszubilden und anzuordnen, dass bei reduzierter Baulänge eine verbesserte Verteilung des Gemischs aus Abgas und Zusatzstoff auf der Substratoberfläche und gleichzeitig Ablagerungen des Zusatzstoffes erreicht werden.The object of the invention is to design and arrange a mixing chamber in such a way that, with a reduced overall length, an improved distribution of the mixture of exhaust gas and additive on the substrate surface and at the same time deposits of the additive are achieved.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Strömungsleitelement rohrförmig ausgebildet ist und mindestens einen eine Kanalachse aufweisenden Kanal mit einem Einlass und einem Auslass bildet, über den der gesamte Abgasstrom in einer zur Kanalachse parallelen Strömungsrichtung bis zur Ausgangsöffnung hin geleitet wird, wobei die Strömungsrichtung relativ zur Mittelausgangsachse um einen Winkel a zwischen 20° und 80° abweicht. Der Winkel a beträgt vorzugsweise zwischen 55° und 75°. Bei einem Winkel von 65° wurde eine Benetzung des Substrats mit Gamma größer 0,9 erreicht.The object is achieved according to the invention in that the flow guide is tubular and at least one duct having an inlet and an outlet, via which the entire exhaust gas flow is directed in a direction parallel to the channel axis flow direction to the exit opening, the flow direction relative to the central exit axis by an angle a between 20 ° and 80 ° deviates. The angle a is preferably between 55 ° and 75 °. At an angle of 65 °, wetting of the substrate with gamma greater than 0.9 was achieved.
Hierdurch wird erreicht, dass alle Strömungsfäden des in die Eingangsöffnung einströmenden Abgases durch das Strömungsleitelement derart umgelenkt werden, dass alle Strömungsfäden in annähernd der gleichen zur Ausgangsöffnung schrägen Strömungsrichtung durch das Strömungsleitelement aus der Mischkammer herausgeführt werden, an der anschließend ein stromabwärtiges Substrat angeordnet ist. Da das Abgas über den Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung verteilt ist, wird es auch über den Querschnitt des stromabwärtigen Substrats verteilt. Das stromabwärtige Substrat wird somit über seine gesamte Stirnfläche mit annähernd zur Strömungsrichtung parallelen Strömungsfäden schräg angeströmt, was zu einer sehr guten Verteilung des in der Mischkammer eingebrachten Zusatzstoffes führt, ohne dass der Zusatzstoff größere Ablagerungen bildet. Unter annähernd parallel zur Strömungsrichtung versteht der Fachmann Abweichungen von der als Hauptströmungsrichtung definierten Strömungsrichtung von maximal 5° bis 8°.It is thereby achieved that all the flow filaments of the exhaust gas flowing into the inlet opening are deflected by the flow guide element such that all flow filaments are led out of the mixing chamber through the flow guide element in approximately the same direction of flow as the outlet opening at which a downstream substrate is arranged. Since the exhaust gas is distributed over the flow area of the outlet opening, it is also distributed over the cross section of the downstream substrate. The downstream substrate is thus flowed obliquely over its entire end face with flow lines parallel to the flow direction, resulting in a very good distribution of the introduced in the mixing chamber additive, without the additive forms larger deposits. Under approximately parallel to the flow direction, the expert understands deviations from the flow direction defined as the main flow direction of a maximum of 5 ° to 8 °.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn der Auslass einen rechtwinklig zur Mittelausgangsachse verlaufenden Auslassquerschnitt aufweist, wobei der Auslassquerschnitt maximal 20% größer oder kleiner ist als der Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung und/oder die Kanalachse die Mittelausgangsachse in einem Winkel a zwischen 20° und 80° schneidet. Das Strömungsleitelement sammelt alle Strömungsfäden und kanalisiert sie in Richtung der Ausgangsöffnung, wobei im Strömungsleitelement der Zusatzstoff dem Abgasstrom beigemischt wird.It can also be advantageous for this purpose if the outlet has an outlet cross-section extending at right angles to the central exit axis, wherein the outlet cross-section is at most 20% larger or smaller than the flow cross-section of the outlet opening and / or the channel axis the center exit axis at an angle a between 20 ° and 80 ° cuts. The flow guide collects all flow filaments and channels them in the direction of the outlet opening, wherein the additive is added to the exhaust gas flow in the flow guide.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Strömungsleitelement in Richtung der Kanalachse dem Auslass gegenüberliegend stromauf einen Einlass mit einem Einlassquerschnitt aufweist, dessen Größe um 10% bis 70% gegenüber dem Auslassquerschnitt reduziert ist. Neben einer Anpassung an die jeweiligen hydraulischen Querschnitte der stromab- und stromaufwärtigen Substrate kann mit einer Verkleinerung des Einlassquerschnitts eine Beschleunigung des Abgasstroms am Einlass des Kanals beginnend in den Kanal hinein erreicht werden, durch die der im Bereich des Einlasses eingebrachte Zusatzstoff besser vermischt und in seiner Tröpfchengröße reduziert wird.For this purpose, it is advantageous for the flow guide element in the direction of the channel axis to have an inlet with an inlet cross-section opposite the outlet, whose size is reduced by 10% to 70% relative to the outlet cross-section. In addition to adapting to the respective hydraulic cross sections of the downstream and upstream substrates can be achieved with a reduction of the inlet cross-section acceleration of the exhaust stream at the inlet of the channel, starting in the channel, through which the introduced in the region of the inlet additive mixed better and in his Droplet size is reduced.
Dazu ist es vorgesehen, dass der Kanal von einer Kanalwandung ummantelt ist und die Kanalwandung geschlossen oder perforationsfrei ausgebildet ist, damit die beschriebene Umlenkung aller Strömungsfäden erfolgen kann. Der Einlass und der Auslass bilden dabei die einzigen Öffnungen des Strömungsleitelements.For this purpose, it is provided that the channel is sheathed by a channel wall and the channel wall is closed or perforation-free, so that the described deflection of all flow threads can be done. The inlet and the outlet thereby form the only openings of the flow-guiding element.
Vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn der Kanal entlang der Kanalachse, beginnend an der Mittelausgangsachse eine Länge aufweist, die mindestens dem Quotienten eines mittleren Radius der Eingangsöffnung zu Sinus a entspricht, d. h. L2 ≥ R12/sina. Dadurch verschließt das Strömungsleitelement in Richtung der Mitteleingangsachse den Strömungsquerschnitt für das Abgas und zwingt es zunächst von der axialen Richtung in eine radiale Richtung, bevor das Abgas in das Strömungsleitelement einströmt.It can be advantageous in particular if the channel along the channel axis, starting at the central exit axis, has a length which corresponds at least to the quotient of a mean radius of the input opening to sinus a, ie L2 ≥ R12 / sina . As a result, the flow guide element closes the flow cross section for the exhaust gas in the direction of the central input axis and forces it first from the axial direction into a radial direction before the exhaust gas flows into the flow guide element.
Wenn die Querschnittsfläche des stromaufwärtigen Substrats um ein gewisses maximales Maß kleiner ist als der Strömungsquerschnitt der Eingangsöffnung, dann weist der Kanal eine reduzierte Länge auf, die mindestens dem Quotienten eines mittleren Radius eines Substrats zu Sinus a entspricht, d. h. L2 ≥ R51/sina.If the cross-sectional area of the upstream substrate is smaller than the flow area of the entrance opening to a certain maximum extent, then the channel has a reduced length which is at least the quotient corresponds to a mean radius of a substrate to sinus a, ie L2 ≥ R51 / sina .
Dabei ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Gehäuse einen über den Strömungsquerschnitt in radialer Richtung zur Mitteleingangsachse hinausragenden Dom aufweist, der zumindest teilweise den Kanal bildet oder in den zumindest teilweise der Kanal hineinragt. Damit auch der äußerste Stromfaden in die radiale Richtung abgelenkt werden kann, bildet der Dom ein Volumen außerhalb der radialen Grenzen des übrigen Gehäuses.It is advantageously provided that the housing has a over the flow cross-section in the radial direction to the central input axis protruding dome, which at least partially forms the channel or at least partially protrudes into the channel. So that the outermost current thread can be deflected in the radial direction, the dome forms a volume outside the radial limits of the rest of the housing.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, dass am Kanal an den Einlass anschließend und/oder im Kanal ein oder mehrere Mischelemente zum Vermischen des in die Mischkammer eingespritzten Zusatzstoffs angeordnet sind. Unabhängig davon, ob der Einlass durch eine einzige Öffnung oder durch mehrere Schlitze oder eine Perforation gebildet ist, durch die das Abgas beim Einströmen in den Kanal verwirbelt wird, sind Mischelemente vorgesehen, die nach der Einspritzvorrichtung stromab angeordnet sind.Of particular importance for the present invention may be that one or more mixing elements for mixing the injected into the mixing chamber additive are arranged on the channel to the inlet and / or in the channel. Regardless of whether the inlet is formed by a single opening or by a plurality of slots or a perforation through which the exhaust gas is swirled as it flows into the channel, mixing elements are provided downstream of the injection device.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn am Dom oder an dem Strömungsleitelement eine Einspritzvorrichtung angeordnet ist, die den Zusatzstoff in einer Einspritzrichtung in das Strömungsleitelement einbringt, wobei die Einspritzrichtung um bis zu 90° zur Kanalachse angestellt ist. Durch eine mögliche Anstellung zur Kanalachse kann der Zusatzstoff mit oder auch entgegen der Strömungsrichtung des Abgases eingespritzt werden.In connection with the design and arrangement according to the invention, it may be advantageous if an injection device is arranged on the dome or on the flow guide, which introduces the additive in an injection direction in the flow, wherein the injection direction is employed by up to 90 ° to the channel axis. By a possible employment to the channel axis of the additive can be injected with or against the flow direction of the exhaust gas.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn sich der Querschnitt des Kanals vom Einlass zum Auslass stetig vergrößert.It can also be advantageous if the cross section of the channel increases continuously from the inlet to the outlet.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse und das stromabwärtige Konvertergehäuse und/oder das stromaufwärtige Konvertergehäuse ein ein- oder mehrteiliges gemeinsames Bauteil bilden.In addition, it may be advantageous if the housing and the downstream converter housing and / or the upstream converter housing form a one-part or multi-part common component.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Mischelement ein statischer Mischer mit einer oder mehreren Mischstufen ist.Furthermore, it may be advantageous if the mixing element is a static mixer with one or more mixing stages.
Schließlich kann es von Vorteil sein, wenn der Strömungsquerschnitt der Eingangsöffnung unterschiedlich zu dem Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung ist.Finally, it may be advantageous if the flow cross section of the inlet opening is different from the flow cross section of the outlet opening.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn die Mischkammer oder das Strömungsleitelement oder Teile davon auf den dem Abgas zugewandten Seiten zumindest teilweise katalytisch beschichtet sind.It can also be advantageous if the mixing chamber or the flow-guiding element or parts thereof are at least partially catalytically coated on the sides facing the exhaust gas.
Die Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das stromaufwärtige Substrat als Katalysator und das stromabwärtige Substrat als Partikelfilter ausgebildet ist.The arrangement is particularly advantageous when the upstream substrate is designed as a catalyst and the downstream substrate as a particle filter.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:Further advantages and details of the invention are explained in the patent claims and in the description and illustrated in the figures. It shows:
Die
Ein zwischen der Eingangsöffnung
Hierzu ist das Strömungsleitelement
Damit möglichst alle Strömungsfäden am Ende des Kanals
Der in radialer Richtung abgelenkte Abgasstrom sammelt sich in einem Dom
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß
Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß
Vor und hinter dem Gehäuse
Die Ermittlung der notwendigen Länge L2 ist in der Prinzipskizze gemäß
In
In
Nach
Nach
Nach
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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