DE102013012909B4 - Mixing chamber - Google Patents

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Abstract

Mischkammer (1) zum Mischen eines Zusatzstoffes in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschinea) 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, wobeib) innerhalb des Gehäuses (11) ein Strömungsleitelement (2) zwischen den beiden Öffnungen (12, 13) angeordnet ist,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, wobeid) die Strömungsrichtung (S) relativ zur Mittelausgangsachse (M13) um einen Winkel a zwischen 20° und 80° abweicht dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (23) einen rechtwinklig zur Mittelausgangsachse (M13) verlaufenden Auslassquerschnitt (A23) aufweist, wobei der Auslassquerschnitt (A23) maximal 20 % größer oder kleiner ist als der Strömungsquerschnitt (S13) der Ausgangsöffnung (13).Mixing chamber (1) for mixing an additive in an exhaust system of an internal combustion engine a) with a one-part or multi-part housing (11) which has an inlet opening (12) for exhaust gas with a flow cross-section (S12) and with a central inlet axis (M12) and a downstream of the Having an inlet opening (12) arranged outlet opening (13) for exhaust gas with a flow cross section (S13) and with a central outlet axis (M13), whereby a flow guide element (2) is arranged within the housing (11) between the two openings (12, 13) , c) the flow guide element (2) is tubular and forms at least one channel (20) having a channel axis (K2) with an inlet (22) and with an outlet (23), via which the entire exhaust gas flow in one direction to the channel axis (K2 ) parallel flow direction (S) up to the outlet opening (13), whereby) the flow direction (S) differs relative to the central outlet axis (M13) by an angle a between 20 ° and 80 ° characterized in that the outlet (23) has an outlet cross-section (A23) running at right angles to the central outlet axis (M13), the outlet cross-section (A23) being a maximum of 20% larger or smaller than the flow cross-section (S13) of the outlet opening (13).

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 one-part or multi-part housing. For this purpose, the housing has an inlet opening for exhaust gas with a flow cross section and with a central inlet axis and an outlet opening for exhaust gas arranged downstream of the inlet opening with a flow cross section and with a central outlet axis. A flow guide element is arranged in the housing between the two openings.

Es ist bereits in der DE 11 2010 002 589 T5 eine zwischen zwei Monolithen (Substraten) angeordnete Mischkammer beschrieben. Diese Mischkammer ist zwischen einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen, in Reihe angeordneten Monolithen zur Behandlung der in dem Abgasstrang zirkulierenden Abgase angeordnet. Die Mischkammer weist einen durch eine Schale gebildeten und um die Mittelachse umlaufenden Kanal für die Zirkulation des Abgasstroms auf, der mindestens 20 % länger ist als die Mischkammer entlang der Mittelachse.It's already in the DE 11 2010 002 589 T5 a mixing chamber arranged between two monoliths (substrates) is described. This mixing chamber is arranged between an upstream and a downstream monolith arranged in series for treating the exhaust gases circulating in the exhaust line. The mixing chamber has a channel formed by a shell and running around the central axis for the circulation of the exhaust gas flow, which channel is at least 20% longer than the mixing chamber along the central axis.

Nach der US 2010 0005790 A1 ist eine Mischkammer zum Mischen eines Zusatzstoffes bekannt, bei der das in einem Gehäuse angeordnete Strömungsleitelement rohrförmig ausgebildet ist und den Abgasstrom in einer Strömungsrichtung leitet, die relativ zur Mittelausgangsachse um einen Winkel zwischen 45° und 60° angestellt ist. Der Auslassquerschnitt des Strömungsleitelements ist schräg zur Mittelachse des Gehäuses angeordnet und entspricht ungefähr 1/5 des Strömungsquerschnitts des Gehäuses.After US 2010 0005790 A1 a mixing chamber for mixing an additive is known in which the flow guide element arranged in a housing is tubular and guides the exhaust gas flow in a flow direction which is set at an angle between 45 ° and 60 ° relative to the central outlet axis. The outlet cross-section of the flow guide element is arranged at an angle to the central axis of the housing and corresponds to approximately 1/5 of the flow cross-section of the housing.

In der JP 2009 030560 A wird eine Kanalwandung für ein in einem Gehäuse angeordneten Strömungsleitelement beschrieben, die perforiert oder perforationsfrei ausgebildet sein kann. Das Strömungsleitelement bildet eine zur Mittelausgangsachse des Gehäuses parallele Strömungsrichtung.In the JP 2009 030560 A describes a duct wall for a flow guide element arranged in a housing, which can be perforated or free of perforations. The flow guide element forms a flow direction parallel to the central exit axis of the housing.

Die US 2011 0 107 749 A1 zeigt eine Abgasreinigungseinheit. Diese umfasst eine Einspritzdüse, einen Vorkatalysator, eine Expansionsstrecke und einen weiteren Katalysator. Nach dem Vorkatalysator weicht der Großteil des Abgasstroms innerhalb des Trichters zwischen etwa ±20° bis ±30° von einer mittleren Strömungsrichtung ab, die der Achse L1 entspricht. Dabei ist die mittlere Strömungsrichtung nicht gegenüber der Mittelausgangsachse geneigt, die ebenfalls der Achse L1 entspricht.The US 2011 0 107 749 A1 shows an exhaust gas purification unit. This includes an injection nozzle, a pre-catalytic converter, an expansion section and a further catalytic converter. After the primary catalytic converter, the majority of the exhaust gas flow within the funnel deviates between approximately ± 20 ° to ± 30 ° from a mean flow direction which corresponds to the axis L1. The mean flow direction is not inclined with respect to the central exit axis, which also corresponds to the axis L1.

Aus der US 2011 0094206 A1 ist ein Gehäuse mit einem Dom bekannt, an dem eine Einspritzvorrichtung angeordnet ist. Das Strömungsleitelement ist außerhalb des Abgasstroms angeordnet.From the US 2011 0094206 A1 a housing with a dome is known on which an injection device is arranged. The flow guide element is arranged outside the exhaust gas flow.

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 invention is based on the object of designing and arranging 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 und der Auslass einen rechtwinklig zur Mittelausgangsachse verlaufenden Auslassquerschnitt aufweist, wobei der Auslassquerschnitt maximal 20 % größer oder kleiner ist als der Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung. 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 element is tubular and forms at least one channel having a channel axis with an inlet and an outlet, via which the entire exhaust gas flow is directed in a flow direction parallel to the channel axis to the outlet opening, the flow direction being relative deviates from the central outlet axis by an angle a between 20 ° and 80 ° and the outlet has an outlet cross-section running at right angles to the central outlet axis, the outlet cross-section being a maximum of 20% larger or smaller than the flow cross-section of the outlet opening. The angle a is preferably between 55 ° and 75 °. At an angle of 65 °, the substrate was wetted with a gamma greater than 0.9.

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°.This ensures that all flow threads of the exhaust gas flowing into the inlet opening are deflected by the flow guide element in such a way that all flow threads are guided out of the mixing chamber through the flow guide element in approximately the same direction of flow inclined to the outlet opening, on which a downstream substrate is then arranged. Since the exhaust gas is distributed over the flow cross section of the outlet opening, it is also distributed over the cross section of the downstream substrate. The downstream substrate is thus flowed at an angle over its entire end face with flow threads approximately parallel to the direction of flow, which leads to a very good distribution of the additive introduced into the mixing chamber without the additive forming larger deposits. The person skilled in the art understands by approximately parallel to the flow direction 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 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 channel axis intersects the central exit axis at an angle α between 20 ° and 80 °. The flow guide element collects all the flow threads and channels them in the direction of the outlet opening, the additive being mixed into the exhaust gas flow in the flow guide element.

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 that the flow guide element in the direction of the channel axis has an inlet opposite the outlet upstream with an inlet cross section whose size is 10% to 70% compared to the outlet cross section is reduced. In addition to an adaptation to the respective hydraulic cross-sections of the downstream and upstream substrates, a reduction in the inlet cross-section can accelerate the exhaust gas flow beginning at the inlet of the channel and into the channel, through which the additive introduced in the area of the inlet is better mixed and in its 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 encased by a channel wall and the channel wall is closed or formed without perforations so that the described deflection of all flow threads can take place. The inlet and the outlet form the only openings in the flow guide 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/sin a. 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 particularly advantageous 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 entrance opening to sine a, ie L2 R12 / sin a . As a result, the flow guide element closes the flow cross section for the exhaust gas in the direction of the central inlet axis and initially forces it 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/sin a.If the cross-sectional area of the upstream substrate is a certain maximum amount smaller than the flow cross-section of the inlet opening, then the channel has a reduced length that corresponds at least to the quotient of a mean radius of a substrate to sine a, i.e. L2 ≥ R51 / sin a .

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 dome which protrudes beyond the flow cross section in the radial direction to the central inlet axis, which at least partially forms the channel or into which the channel protrudes at least partially. So that the outermost stream filament can also 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.It can be of particular importance for the present invention that one or more mixing elements for mixing the additive injected into the mixing chamber are arranged on the channel adjoining the inlet and / or in the channel. Regardless of whether the inlet is formed by a single opening or by several slots or a perforation through which the exhaust gas is swirled when flowing into the channel, mixing elements are provided which are arranged 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 can be advantageous if an injection device is arranged on the dome or on the flow guide element, which injects the additive in one injection direction into the flow guide element, the injection direction being set at up to 90 ° to the channel axis. Due to a possible adjustment to the channel axis, 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 steadily 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.It can also 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.It can furthermore 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 can 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 guide 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 is designed 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:

  • 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels mit angestellter Einspritzrichtung;
  • 2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels mit koaxialer Einspritzrichtung;
  • 3 eine Prinzipskizze der geometrischen Verhältnisse;
  • 4 eine Schnittansicht entgegen der Strömungsrichtung gemäß Schnittebene A-A';
  • 5 ein Ausführungsbeispiel mit einem Mischelement in einem Strömungsleitelement mit einem schlitzförmigen Einlass;
  • 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem konischen Strömungsleitelement;
  • 7 ein Ausführungsbeispiel mit einem perforierten Strömungsleitelement;
  • 8 ein Ausführungsbeispiel mit parallel versetzt angeordneten Substraten;
  • 9 ein Ausführungsbeispiel mit schräg zueinander angeordneten Substraten;
  • 10 ein Ausführungsbeispiel mit parallel in radialer Richtung nebeneinander angeordneten Substraten.
Further advantages and details of the invention are explained in the patent claims and in the description and shown in the figures. It shows:
  • 1 a sectional view of an embodiment with adjusted injection direction;
  • 2 a sectional view of an embodiment with a coaxial injection direction;
  • 3 a basic sketch of the geometric relationships;
  • 4th a sectional view counter to the flow direction according to section plane A-A ';
  • 5 an embodiment with a mixing element in a flow guide element with a slot-shaped inlet;
  • 6th an embodiment with a conical flow guide element;
  • 7th an embodiment with a perforated flow guide element;
  • 8th an embodiment with substrates arranged offset in parallel;
  • 9 an embodiment with substrates arranged obliquely to one another;
  • 10 an embodiment with substrates arranged parallel to one another in the radial direction.

Die 1 und 2 zeigen eine Mischkammer 1, die zwischen einem stromabwärtigen Konvertergehäuse 4 und einem stromaufwärtigen Konvertergehäuse 5 angeordnet ist. Die Mischkammer 1 weist ein Gehäuse 11 mit einer Eingangsöffnung 12 und einer Ausgangsöffnung 13 auf, die nach diesen beiden Ausführungsbeispielen in Bezug auf eine Mitteleingangsachse M12 und eine Mittelausgangsachse M13 koaxial angeordnet sind.The 1 and 2 show a mixing chamber 1 between a downstream converter housing 4th and an upstream converter housing 5 is arranged. The mixing chamber 1 has a housing 11 with an entrance opening 12 and an exit port 13 on, according to these two embodiments with respect to a central input axis M12 and a central exit axis M13 are arranged coaxially.

Ein zwischen der Eingangsöffnung 12 und der Ausgangsöffnung 13 angeordnetes rohrförmiges Strömungsleitelement 2 bewirkt, dass der Abgasstrom nach Eintritt durch die Eingangsöffnung 12 von einer axialen Richtung entlang der Mitteleingangsachse M12 in radialer Richtung abgelenkt wird, weil das Strömungsleitelement 2 einen axialen Strömungsquerschnitt S12 sperrt.One between the entrance opening 12 and the exit port 13 arranged tubular flow guide element 2 causes the exhaust gas flow after entering through the inlet opening 12 from an axial direction along the central entrance axis M12 is deflected in the radial direction because the flow guide element 2 an axial flow cross section S12 locks.

Hierzu ist das Strömungsleitelement 2 als Kanal 20 mit einer Kanalwandung 21 ausgebildet und schließt mit seinem Auslass 23 entgegen der Strömungsrichtung an die Ausgangsöffnung 13 des Gehäuses 11 an. Da ein Auslassquerschnitt A23 des Auslasses 23 im Wesentlichen einem Strömungsquerschnitt S13 der Ausgangsöffnung 13 entspricht, ist die Ausgangsöffnung 13 durch das Strömungsleitelement 2 in Richtung der Mitteleingangsachse M12 verschlossen. Der Abgasstrom wird nach der radialen Ablenkung über einen Einlass 22 in den Kanal 20 geleitet und in einem Winkel a von 65° aus der Ausgangsöffnung 13 hinaus auf eine Stirnfläche eines stromabwärtigen Substrats 41 geleitet.The flow guide element is for this purpose 2 as a channel 20th with a channel wall 21st formed and closes with its outlet 23 against the direction of flow to the outlet opening 13 of the housing 11 at. As an outlet cross-section A23 of the outlet 23 essentially a flow cross section S13 the exit opening 13 is the exit port 13 through the flow guide element 2 in the direction of the central entrance axis M12 locked. After the radial deflection, the exhaust gas flow is via an inlet 22nd in the canal 20th guided and at an angle a of 65 ° from the outlet opening 13 out onto an end face of a downstream substrate 41 directed.

Damit möglichst alle Strömungsfäden am Ende des Kanals 20 annähernd in einer Strömungsrichtung S parallel zu einer Kanalachse K2 ausgerichtet sind, weist der Kanal 20 beziehungsweise das Strömungsleitelement 2 eine gewisse Länge L2 auf, damit auch der äußerste Stromfaden in radialer Richtung nach außen abgelenkt wird.So as possible all flow threads at the end of the channel 20th approximately in a flow direction S parallel to a channel axis K2 aligned, the channel 20th or the flow guide element 2 a certain length L2 so that the outermost stream filament is also deflected outward in the radial direction.

Der in radialer Richtung abgelenkte Abgasstrom sammelt sich in einem Dom 14, der durch einen Teil des Gehäuses 11 gebildet ist, der in radialer Richtung über die Eingangsöffnung 12 hinaussteht. Der Einlass 22 des Strömungsleitelements 2 ist im Dom 14 angeordnet. Am Dom 14 ist im Bereich des Einlasses 22 eine Einspritzvorrichtung 6 zum Einbringen eines Zusatzstoffs in einer Einspritzrichtung E vorgesehen.The exhaust gas flow deflected in the radial direction collects in a dome 14th going through part of the case 11 is formed, which in the radial direction over the inlet opening 12 stands out. The inlet 22nd of the flow guide element 2 is in the cathedral 14th arranged. At the cathedral 14th is in the area of the inlet 22nd an injector 6th provided for introducing an additive in an injection direction E.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird der Zusatzstoff von der Einspritzrichtung E im Kanal 20 in Richtung der Kanalachse K2 umgelenkt. Der Einlass 22 weist einen Einlassquerschnitt E22 auf, in dem ein statisches Mischelement 3 angeordnet ist und durch das der Zusatzstoff hindurch gespritzt wird.According to the embodiment according to 1 the additive is from the injection direction E in the channel 20th in the direction of the channel axis K2 diverted. The inlet 22nd has an inlet cross section E22 on, in which a static mixing element 3 is arranged and through which the additive is injected.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Einspritzrichtung E und die Kanalachse K2 koaxial oder zumindest parallel.According to the embodiment according to 2 are the injection direction E and the channel axis K2 coaxial or at least parallel.

Vor und hinter dem Gehäuse 11 sind ein stromabwärtiges Konvertergehäuse 4 mit einem stromabwärtigen Substrat 41 und ein stromaufwärtiges Konvertergehäuse 5 mit einem stromaufwärtigen Substrat 51 angeordnet. Diese beiden Gehäuse 4, 5 sind gemäß 2 in das Gehäuse 11, in die Eingangsöffnung 12 und in die Ausgangsöffnung 13 eingesteckt. Die Substrate 41, 51 sind koaxial zur Mitteleingangsachse M12 der Eingangsöffnung 12 und zur Mittelausgangsachse M13 der Ausgangsöffnung 13 angeordnet.In front of and behind the housing 11 are a downstream converter housing 4th with a downstream substrate 41 and an upstream converter housing 5 with an upstream substrate 51 arranged. These two housings 4th , 5 are according to 2 in the housing 11 , in the entrance opening 12 and into the exit opening 13 plugged in. The substrates 41 , 51 are coaxial with the central entrance axis M12 the entrance opening 12 and to the central exit axis M13 the exit opening 13 arranged.

Die Ermittlung der notwendigen Länge L2 ist in der Prinzipskizze gemäß 3 verdeutlicht. Damit der gesamte Abgasstrom beziehungsweise jeder Strömungsfaden nach Eintritt in die Eingangsöffnung 12 in radialer Richtung abgelenkt werden kann, ragt die Kanalwandung 21 des Kanals 20 in radialer Richtung mit einem Maß über die Mitteleingangsachse M12 hinaus, das größer ist als ein Radius R12 der Eingangsöffnung 12 oder ein Radius R51 des stromaufwärtigen Substrats 51. Unter Berücksichtigung des Winkels a, mit dem die Kanalachse K2 gegenüber der Mittelausgangsachse M13 angestellt ist, muss die Länge L2 mindestens größer sein als der Quotient des mittleren Radius R51 des Substrats 41 zu Sinus a. Je nachdem, wie sich der Durchmesser des stromaufwärtigen Konvertergehäuses 5 zu dem Durchmesser des stromaufwärtigen Substrats 51 verhält oder welche Konstruktionsgeometrie angewandt wird, kann es ausreichend sein, dass die Länge L2 größer ist als der Quotient des mittleren Radius R12 der Eingangsöffnung 12 zu Sinus a.Determining the necessary length L2 is according to the schematic diagram 3 clarified. So that the entire exhaust gas flow or each flow thread after entering the inlet opening 12 can be deflected in the radial direction, the duct wall protrudes 21st of the canal 20th in the radial direction with a dimension above the central entrance axis M12 that is larger than a radius R12 the entrance opening 12 or a radius R51 of the upstream substrate 51 . Taking into account the angle a with which the channel axis K2 opposite the central exit axis M13 is employed, must be the length L2 must be at least greater than the quotient of the mean radius R51 of the substrate 41 to sine a. Depending on how the diameter of the upstream converter housing 5 to the diameter of the upstream substrate 51 behaves or what construction geometry is used, it may be sufficient that the length L2 is greater than the quotient of the mean radius R12 the entrance opening 12 to sine a.

In 4 ist der Schnitt A-A' gemäß 2 dargestellt, wonach die gekrümmte Kanalwandung 21 dargestellt ist, die in Richtung der Mittelausgangsachse M13 den Auslass 23 über seinen gesamten Auslassquerschnitt A23 verschließt. Der Radius des Auslassquerschnitts A23 entspricht in diesem Fall sowohl einem Radius R41 des stromabwärtigen Substrats 41 als auch dem Radius R51 des stromaufwärtigen Substrats 51.In 4th is the section AA 'according to 2 shown, after which the curved duct wall 21st is shown in the direction of the central exit axis M13 the outlet 23 over its entire outlet cross-section A23 locks. The radius of the outlet cross section A23 in this case corresponds to both a radius R41 of the downstream substrate 41 as well as the radius R51 of the upstream substrate 51 .

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem im Kanal 20 nach der Eingangsöffnung 12 ein Mischelement 3 angeordnet ist. Die Eingangsöffnung 12 ist gitterartig ausgebildet, wobei Teilbereiche der Kanalwandung 21 in radialer Richtung als Klappe flügelartig nach innen oder nach außen gebogen sind.In 5 an embodiment is shown in which in the channel 20th after the entrance opening 12 a mixing element 3 is arranged. The entrance opening 12 is designed like a grid, with partial areas of the duct wall 21st are bent in the radial direction as a flap like a wing inwards or outwards.

Nach 6 ist der Kanal 20 im Bereich der Eingangsöffnung 12 konisch ausgebildet. Nach 7 ist anstatt einer gitterartigen Struktur eine Perforation P vorgesehen, die in der Summe ebenso wie die gitterartige Struktur einen entsprechenden Strömungsquerschnitt S12 bildet.After 6th is the channel 20th in the area of the entrance opening 12 conical. After 7th instead of a lattice-like structure, a perforation P is provided which, like the lattice-like structure, has a corresponding flow cross section S12 forms.

Nach 8 sind die beiden Substrate 41, 51 achsparallel derart angeordnet, sodass die Mitteleingangsachse M12 und die Mittelausgangsachse M13 parallel angeordnet sind.After 8th are the two substrates 41 , 51 arranged axially parallel so that the central input axis M12 and the central exit axis M13 are arranged in parallel.

Nach 9 sind die beiden Substrat-Mittelachsen in einem Winkel b von 30° zueinander angeordnet. Der Winkel b kann zwischen 0° und 180° variieren. 0° entspricht dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2. 180° entspricht dem Ausführungsbeispiel nach 10.After 9 the two substrate central axes are arranged at an angle b of 30 ° to one another. The angle b can vary between 0 ° and 180 °. 0 ° corresponds to the embodiment according to 1 and 2 . 180 ° corresponds to the embodiment according to 10 .

Claims (15)

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, 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 dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (23) einen rechtwinklig zur Mittelausgangsachse (M13) verlaufenden Auslassquerschnitt (A23) aufweist, wobei der Auslassquerschnitt (A23) maximal 20 % größer oder kleiner ist als der Strömungsquerschnitt (S13) der Ausgangsöffnung (13). Mixing chamber (1) for mixing an additive in an exhaust system of an internal combustion engine a) with a one-part or multi-part housing (11) which has an inlet opening (12) for exhaust gas with a flow cross-section (S12) and a central inlet axis (M12) and a downstream the inlet opening (12) has an outlet opening (13) for exhaust gas with a flow cross section (S13) and with a central outlet axis (M13), b) inside the housing (11) a flow guide element (2) between the two openings (12, 13) is arranged, c) the flow guide element (2) is tubular and forms at least one channel (20) having a channel axis (K2) with an inlet (22) and with an outlet (23) via which the entire exhaust gas flow in one direction to the channel axis (K2) parallel flow direction (S) is passed to the outlet opening (13), d) the flow direction (S) relative to the central outlet axis (M13) deviates by an angle a between 20 ° and 80 ° characterized in that the outlet (23) has an outlet cross-section (A23) running at right angles to the central outlet axis (M13), the outlet cross-section (A23) being a maximum of 20% larger or smaller than the flow cross-section (S13) of the outlet opening (13). Mischkammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalachse (K2) die Mittelausgangsachse (M13) in einem Winkel a zwischen 20° und 80° schneidet.Mixing chamber (1) Claim 1 , characterized in that the channel axis (K2) intersects the central exit axis (M13) at an angle a between 20 ° and 80 °. Mischkammer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (2) in Richtung der Kanalachse (K2) dem Auslass (23) gegenüberliegend stromauf einen Einlass (22) mit einem Einlassquerschnitt (E22) aufweist, dessen Größe um 10 % bis 70 % gegenüber dem Auslassquerschnitt (A23) reduziert ist.Mixing chamber (1) Claim 2 , characterized in that the flow guide element (2) in the direction of the channel axis (K2) opposite the outlet (23) has an inlet (22) with an inlet cross section (E22), the size of which is 10% to 70% compared to the outlet cross section (A23) ) is reduced. Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) von einer Kanalwandung (21) ummantelt ist und die Kanalwandung (21) geschlossen oder perforationsfrei ausgebildet ist.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (20) is encased by a channel wall (21) and the channel wall (21) is designed to be closed or free of perforations. Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (20) entlang der Kanalachse (K2), beginnend an der Mittelausgangsachse (M13) eine Länge (L2) aufweist, die mindestens dem Quotienten eines mittleren Radius (R12) der Eingangsöffnung (12) zu Sinus a entspricht, d. h. L2 ≥ R12/sin α.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the channel (20) along the channel axis (K2), starting at the central exit axis (M13), has a length (L2) which is at least the quotient of a mean radius (R12) the inlet opening (12) corresponds to sine a, ie L2 ≥ R12 / sin α . Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromauf der Eingangsöffnung (12) ein Substrat (51) vorgesehen ist und der Kanal (20) entlang der Kanalachse (K2), beginnend an der Mittelausgangsachse (M13) eine Länge (L2) aufweist, die mindestens dem Quotienten eines mittleren Radius (R51) eines Substrats (41) zu Sinus a entspricht, d. h. L2 ≧ R51/sin α.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a substrate (51) is provided upstream of the inlet opening (12) and the channel (20) along the channel axis (K2), starting at the central outlet axis (M13), has a length ( L2), which corresponds at least to the quotient of a mean radius (R51) of a substrate (41) to sine a, ie L2 ≧ R51 / sin α . Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) einen über den Strömungsquerschnitt (S12, S13) in radialer Richtung zur Mitteleingangsachse (M12) hinausragenden Dom (14) aufweist, der zumindest teilweise den Kanal (20) bildet oder in den zumindest teilweise der Kanal (20) hineinragt.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (11) has a dome (14) which protrudes beyond the flow cross section (S12, S13) in the radial direction to the central inlet axis (M12) and which at least partially defines the channel (20 ) or into which the channel (20) protrudes at least partially. Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kanal (20) an den Einlass (22) anschließend und/oder im Kanal (20) ein oder mehrere Mischelemente (3) zum Vermischen des in die Mischkammer (1) eingespritzten Zusatzstoffs angeordnet sind.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that on the channel (20) adjoining the inlet (22) and / or in the channel (20) one or more mixing elements (3) for mixing the in the mixing chamber (1) injected additive are arranged. Mischkammer (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Dom (14) oder an dem Strömungsleitelement (2) eine Einspritzvorrichtung (6) angeordnet ist, die den Zusatzstoff in einer Einspritzrichtung (E) in das Strömungsleitelement (2) einbringt, wobei die Einspritzrichtung (E) um bis zu 90° zur Kanalachse (K2) angestellt ist.Mixing chamber (1) after one of the Claims 7 to 8th , characterized in that an injection device (6) is arranged on the dome (14) or on the flow guide element (2), which injects the additive in an injection direction (E) into the flow guide element (2), the injection direction (E) by up to at 90 ° to the duct axis (K2). Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ausgangangsöffnung (13) anschließend ein stromabwärtiges Konvertergehäuse (4) mit einem stromabwärtigen Substrat (41) vorgesehen ist, wobei das stromabwärtige Substrat (41) mit dem Auslass (23) strömungstechnisch verbunden ist.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a downstream converter housing (4) with a downstream substrate (41) is provided following the output inlet opening (13), wherein the downstream substrate (41) is fluidically connected to the outlet (23). Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Eingangsöffnung (12) ein stromaufwärtiges Konvertergehäuse (5) mit dem stromaufwärtigen Substrat (51) vorgesehen ist, wobei das stromaufwärtige Substrat (51) mit dem Einlass (22) strömungstechnisch verbunden ist.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an upstream converter housing (5) with the upstream substrate (51) is provided in front of the inlet opening (12), the upstream substrate (51) with the inlet (22) in terms of flow connected is. Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitteleingangsachse (M12) und die Mittelausgangsachse (M13) parallel oder koaxial angeordnet sind oder sich in einem Winkel zwischen 10° und 80° schneiden.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the central inlet axis (M12) and the central outlet axis (M13) are arranged parallel or coaxially or intersect at an angle between 10 ° and 80 °. Mischkammer (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsöffnung (12) und die Ausgangsöffnung (13) in Richtung der Mitteleingangsachse (M12) hintereinander oder in radialer Richtung zur Mitteleingangsachse (M12) nebeneinander angeordnet sind.Mixing chamber (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet opening (12) and the outlet opening (13) are arranged one behind the other in the direction of the central inlet axis (M12) or next to one another in the radial direction to the central inlet axis (M12). System bestehend aus einer Mischkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor.System consisting of a mixing chamber (1) according to one of the preceding claims and an exhaust system for an internal combustion engine. Verfahren zum Anströmen von einem Substrat (41) mit einer Mischkammer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die in Richtung der Mittelausgangsachse (M13) ausgerichtet ist, mit einem gemischten Strom aus Abgas und einem Zusatzstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Strom in parallelen, um maximal 5° von einer mittleren, geraden Strömungsrichtung (S) abweichenden Strömungsrichtungen unmittelbar auf das Substrat (41) geleitet wird, wobei die Strömungsrichtung (S) um einen Winkel a zwischen 20° und 80° gegenüber der Mittelausgangsachse (M13) geneigt ist.A method for flowing against a substrate (41) with a mixing chamber (1) according to one of the Claims 1 to 14th , which is aligned in the direction of the central exit axis (M13), with a mixed flow of exhaust gas and an additive, characterized in that the entire flow in parallel flow directions deviating by a maximum of 5 ° from a mean, straight flow direction (S) directly onto the Substrate (41) is passed, the flow direction (S) being inclined at an angle a between 20 ° and 80 ° with respect to the central exit axis (M13).
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