CN102767411A - 混合元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于混合装置的混合元件（1），该混合元件（1）用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的废气导管（8）内。当混合元件（1）包括至少四个叶片（2）和一个连接部分（3），其中叶片（2）相对于连接部分（3）以这样的方式具有一定的偏角，即关于连接部分（3）的纵向轴线（5）直接相邻的两个叶片（2）或者关于连接部分（3）的纵向轴线（5）直接相对定位的两个叶片（2）朝向连接部分（3）的不同侧面（4’、4’’）具有一定的偏角，并且混合元件（1）以及连接部分（3）和相关的叶片（2）呈现为成形片状金属组件时，就可以获得废气与添加剂的特别有利的混合并且获得在废气和添加剂混合物内有利的温度分布。本发明还涉及一种用于内燃机排气系统的混合装置（6），其具有至少一个这样的混合元件（1）。

Description

混合元件

技术领域

本发明涉及一种用于混合装置的混合元件，该混合元件用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的废气导管内。本发明还涉及一种用于内燃机排气系统的混合装置，其具有至少一个这样的混合元件。

背景技术

混合元件为经常应用于内燃机排气系统内的组件。特别地，其与机动车的内燃机一起使用，从而确保排气系统的废气流内的均匀的热分布和化学分布。特别地，混合元件在将包含氨的添加剂、例如像尿素或者“Adblue”混合至废气中起着重要作用。这些添加剂特别地应用于废气所谓的选择性催化还原（SCR），在此过程中通常将有害的氮氧化物转化为氮气。自然地，对于这样的反应，局部浓度和局部温度起着决定性的作用。由此，为了能够特别地以可控和有效的方式进行所述的还原反应，确保添加剂的均匀分布以及废气添加剂混合物内部均匀的温度分布是极其重要的。其通常通过排气系统内的混合元件来确保。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供起初提及的类型的混合元件的改进的或至少是可替换的实施方式，特别地，其能够满足需要的混合需求并易于制造。

根据本发明，这一问题通过独立权利要求的主题得以解决。从属权利要求的主题为优选的实施方式。

本发明基于这样的总体构思，即对于所述类型的混合元件，提供至少四个叶片，它们通过连接部分进行结合。在此，连接部分具有两侧，其由连接部分相互背离的表面形成。现在，本发明利用这一现实，即相邻的叶片能够获得改进的废气和添加剂的混合和/或废气添加剂混合物内部改进的温度分布，其中该相邻的叶片位于由连接部分分离的不同的半个空间中。由此，通过这样的叶片设置，可以获得特别是废气中的添加剂的均一（即均匀）的分布，和/或获得废气添加物混合物内部改进的热分布（即均匀的温度）。本发明还利用了另一显示，即可将这样的混合元件制造为成形片状金属组件，由此能够获得特别有利的制造方法。

依据本发明的构思，混合元件包括四个叶片，其通过连接部分结合在一起。在此，连接部分具有两侧，其通过连接部分的表面来限定。连接部分还包括纵向轴线，其由于连接部分的延伸而相对于最大延伸的方向来定义。现在，四个叶片以这样的方式设置，即相对于混合元件的纵向轴线直接相邻的两个叶片朝向连接部分的不同侧具有一定的偏角。并且，关于混合元件的纵向轴线彼此直接相对定位的两个叶片朝向连接部分的不同侧具有一定的偏角。此外，特别是通过切割和弯曲加工，该混合元件体现为成形片状金属组件的形式。

在一种有利的实施方式中，混合元件由单一连续的片状金属部件制造。在此，该制造特别地包括切割及成型加工。由单一的片状金属组件制造混合元件是一种特别划算的制造方法。以片状金属作为混合元件的材料还确保了混合元件甚至是在相应的热负载下也有较长的使用寿命。

混合元件的另一实施方式包括六个叶片。在此，同样地，对于该实施方式的叶片，相对于混合元件的纵向轴线直接相邻的两个叶片朝向连接部分的不同侧具有一定的偏角。关于混合元件的纵向轴线直接相对定位的两个叶片同样朝向连接部分的不同侧具有一定的偏角。如上文已经提及的，该实施方式可以构建为成形片状金属组件。特别地，该实施方式还可以由单一连续的片状金属组件特别地通过切割及成型加工来制造。

根据流体动力学原理，混合元件的叶片数量受到制约，即应当优先选择偶数个叶片。然而，具有奇数个叶片的混合元件同样属于本发明的保护范围。

根据另一有利的实施方式，混合元件至少部分地接触与混合元件相连的管部分。为此，混合元件的至少一个叶片在位于该叶片外侧的叶片边缘位置处具有一个外部轮廓，其与和相应的叶片相连的管部分的内部轮廓互补地成型，其中该叶片边缘的外部轮廓以这样的方式来成型，即当混合元件插入在管内时，相关的叶片在叶片边缘与管相接触。特别地，其是为了了这样的目的，即能够以简单和固定的方式将混合元件连接在合适的管部分内。在这种情况中的接触可以是集中的也可以是线性的。通过混合元件和管部分之间较低的热传递，与管部分的集中接触具有与线性接触不同的热传递，在集中接触过程中混合元件与管部分之间的热传递更高。在此，接触的具体的实施方式能够适应各自的需求。

根据另一种实施方式，连接部分包括相对于混合元件的纵向轴线的弯曲部（sweep），其相对于连接部件的纵向轴线横向延伸。举例来说，处于组装状态的混合元件的纵向轴线平行于废气的主要流动方向延伸。于是连接部分的纵向方向就相对于废气的主要流动方向横向延伸。随后弯曲处就定位于该主要流动方向或者与该主要流动方向相对。该弯曲部导致叶片方向的相应的变化。鉴于此，特别是通过产生额外的漩涡，就可以获得废气添加剂混合物的更好的混合。

需要指出的是叶片和连接部分可以具有任意的形状的尺寸。在此，所记载的叶片特别地具有椭圆形的外部边缘。如果每个叶片具有尖的叶片边缘，那么其就引起了对废气与添加剂的混合的改进，特别是在液体添加剂的情况下，这是由于添加剂的液滴的尺寸在尖的叶片边缘有所减小。

根据另一有利的实施方式，在用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的混合装置中整合有至少一个根据本发明的混合元件。在此，混合元件设置在混合装置或排气系统的废气导管内。因此，该混合装置确保了废气添加剂混合物的改进的混合和/或废气添加剂混合物内部的改进的温度分布，即均匀的温度分布。

根据另一实施方式，混合装置包括壳体，其封装有至少一个混合元件。在此，该壳体是这样的，即混合元件的至少一个叶片在位于外侧的相关叶片边缘上具有外部轮廓，该外部轮廓与该壳体相接触。在此，集中的接触及线性的接触同样应用于该目的。因此，特别地确保了混合元件在壳体内的保持。应当理解，在该实施方式中，所述的叶片边缘与混合元件相关的管部分之间的接触是不可能接触的。

在另一实施方式中，壳体可以插入与壳体相连的管部分内。此外，壳体可以接触该管部分，其中该接触可以是集中的或线性的。通过此设置，废气优选流过壳体。在此，特别是在壳体和与壳体相连的管部分之间为集中接触的情况下，确保了特别是在壳体或混合元件与管部分之间的热绝缘。

壳体任选地装备有径向设置在壳体上的法兰。由此，不同的废气导管部分特别地可以结合在一起。作为法兰，特别指的是珠状（beaded）衬垫，其额外地导致了该结构的密封。

根据另一实施方式，如果具有至少一个混合元件的壳体设置于管部分内，那么该管部分相对于没有壳体或混合元件的管部分可以具有变化的尺寸和/或变化的形状。特别地，该实施方式的目的在于，通过具有壳体或混合元件的管部分的尺寸或形状的合适的变化，使该管部分内传导废气的横截面相同。

如果混合装置具有多个混合元件，那么这些混合元件可以顺次设置。在此，混合元件例如优选为这样的设置，其中特别地混合元件轴向相互叠加或者相互之间一个部分地设置在另一个的内部。

需要指出混合元件优选以这样的方式设置，即它们的纵向轴线平行于废气导管的主要流动方向设置。这样的实施方式也是有利的，即其中每个混合元件的纵轴基本上平行于主要流动方向设置。

在此，该混合元件的每对叶片可以沿着主要流动方向相互之间横向偏移地设置。此外，这样的实施方式是有利的，即其中沿着主要流动方向的混合元件的相对的叶片在连接部分的不同侧与主要流动方向呈一定的角度。这意味着在叶片的表面，特别是在上流侧，废气基本上正面地流过，从而获得废气的增强的混合或相应的涡流。

如果每个混合元件均在它们的连接部分具有弯曲部，那么该弯曲部就优选以这样的方式进行设计，即其趋向于主要流动方向或者与之无关。

本发明的更多重要特征和优点可以从所附的权利要求、附图以及根据附图的相关附图说明中获得。

应当理解，上文提及的以及将在下文中继续解释的特征将不仅仅用于所述的每个组合，而且还能够以其他的组合或单独应用，其均没有脱离本发明的保护范围。

附图说明

附图中示出了本发明的优选的示例性实施方式，其将在下文中进行更加详细地阐述，其中相同的附图标记表示功能上相同的相同或相似的组件。

在每种情况中，示意性地示出，

图1混合元件的侧视图，

图2和3 根据不同的实施方式的混合元件的透视图，

图4  混合装置的透视图，

图5至7 根据不同的实施方式的混合装置的纵向剖面图。

具体实施方式

根据图1至7，混合元件1包括至少四个叶片2，其通过连接部分3相互接合在一起。如图1和图5至7中所示，连接部分3还具有相互背离的两个侧面4’、4’’。根据图1和图5至7中所反映的混合元件1的空间位置，两个侧面4’、4’’还可描述为顶部4’和底部4’’。

图1所示的混合元件1包括四个叶片2，其通过连接部分3相互连接在一起。在此，叶片2以及连接部分3均具有平坦平面的形状。然而，弯曲形状的叶片也是可以使用的。此外，所有的叶片2具有相同的尺寸。叶片2以这样的方式与连接部分3呈一定的偏角，即相对直接相邻的叶片的纵向轴线5（参见图2至4），其中的一个叶片2朝向连接部分3的一个侧面4’呈一定的偏角并且另一个叶片2朝向连接部分3的另一个侧面4’’呈一定的偏角。对于关于纵向轴线5直接相对定位的叶片2也是相同的，即这些叶片2中的一个朝向连接部分3的一个侧面4’呈一定的偏角，并且另一个叶片2朝向连接部分3的另一个侧面4’’呈一定的偏角。在此，所有的叶片2相对于连接部分3的各自的侧面4’、4’’所呈现出的偏角具有相同的角度。

在图2中示出的混合元件1的实施方式示出了四个叶片2，其通过连接部分3相互连接在一起。在此，连接部分3为伸长的平坦形状，其中纵向轴线5沿长侧延伸。该混合元件1是由单个的连续的工件、优选片状金属的工件，特别是通过切割和成型制造的。在此，该片状金属工件在成型之前为平坦的圆形的形状。由此，所有的叶片2具有笔直的内侧边缘，其直接朝向混合元件1的内侧并且在叶片顶端与叶片2的圆形外侧边缘相连。关于连接部分3的纵向轴线5直接相邻的叶片2以这样的方式呈一定的偏角，即这些叶片2中的一个朝向连接部分3的侧面4’呈一定的偏角，并且另一个叶片2朝向另一侧4’’呈一定的偏角。关于纵向轴线5直接相邻的叶片2还可以以这样的方式呈一定的偏角，即一个叶片2朝向连接部分3的一侧4’呈一定的偏角并且另一个叶片2朝向连接部分3的另一侧4’’呈一定的偏角。

在图3所示的实施方式中，混合元件1具有六个叶片2。该混合元件1也可以由单个的连续的平坦的圆形的片状金属件制造。因为叶片2沿着连接部分3的纵向侧设置，所以外部叶片2具有笔直的内侧边缘，其与相应的叶片2的圆形外侧边缘相连形成尖锐的过渡。在连接部分3的相应的长侧，每个中间的叶片2具有两个笔直的内侧边缘，其在叶片端部以该叶片2的圆形外部轮廓终止。关于连接部分3的纵向轴线5直接相邻的叶片2以这样的方式呈一定的偏角，即这些叶片2中的一个朝向连接部分3的一侧4’呈一定的角度并且另一个叶片2朝向另一侧4’’呈一定的角度。关于纵向轴线5直接相邻的叶片2以这样的方式呈一定的角度，即一个叶片2朝向连接部分3的一侧4’呈一定的角度并且另一个叶片2朝向连接部件3的另一侧4’’成一定的角度。

图4示出混合装置6的两个相同的混合元件1。在这种情况下，混合元件1相对于各自的混合元件1的纵向轴线7具有一个弯曲部，并且以径向上相互之间部分重叠的方式来设置。每个混合元件1还包括四个叶片。在这种情况下，对于每个混合元件1的叶片2，关于各自的纵向轴线5直接相邻的叶片2分别朝向连接部件3的侧面4’、4’’呈一定的偏角。关于纵向轴线5直接相对定位的两个叶片2也是如此。两个混合元件1的叶片2均显示出笔直的内侧边缘，其在顶端与相应的叶片2的圆形外部边缘相连。混合元件1设置在管8内（出于表达的原因管8以线来表示），其中叶片2的外部边缘部分地接触管8。

在图5中示出的混合装置6的混合元件1包括四个叶片2，其相对于连接部分3的纵向轴线5，朝向连接部件3的不同侧面4’、4’’呈一定的偏角。在此，关于纵向轴线5直接相对定位的两个叶片2或者关于纵向轴线5直接相邻的两个叶片2也朝向连接部分3的不同侧面4’和4’’呈一定的偏角。在这里所示的混合装置6的情况下，混合元件1的叶片2通过它们的外侧边缘与封装它们的壳体9接触。在加工过程中，混合元件1轴向地并在中间位置部分地填充壳体9。此外，壳体9以这样的方式实现，即壳体9以线性的方式接触与该壳体9相连的管8。在此，壳体9仅在一个区域与管8相接触，该区域中没有设置混合元件1，因此，在设置混合元件1的区域中形成了位于壳体9和管8之间的间隙。此外，在轴向上壳体9比管8短，从而壳体9仅部分地填充管8。壳体9和混合元件1现在以这样的方式来设置，即混合元件1的纵向轴线7平行于废气导管8的废气的主要流动方向10设置，该主要流动方向10以箭头表示。在此，每个混合元件1的每对叶片2相互之间沿着主要流动方向10横向偏移地设置，同时沿着主要流动方向10的相对的叶片2在连接部分3的不同侧面4’、4’’与主要流动方向10呈一定的角度设置。因此，每个叶片以实质的表面“拦在”奔流的废气的路上，从而导致增强的涡流或相应的废气的混合。

图6和图7均示出混合装置6，其中的每一个均包括两个管部分8’和8’’。此外，两个混合装置6均包括混合元件1，其中关于相关的混合元件1的纵向轴线5直接相邻或直接相对定位的两个叶片分别朝向相关的连接部分3的不同侧面4’、4’’呈一定的偏角。每个混合元件1以这样的方式连接在相应的混合装置6内，即它们的纵向轴线7平行于主要流动方向10延伸。此外，混合装置6的各自的混合元件1设置在壳体9内并且在加工过程中轴向地部分填充该壳体9。混合装置6的壳体9以这样的方式进行设计，即在其相应于在图6和7中所示的空间位置的左侧的一侧，其在没有设置混合元件1的区域与一个管部分8’线性地接触，并且在其远离混合元件1的端部与该管部分8’呈一定的偏角。在另一侧，即在壳体9的右侧，壳体9在一个区域与管部分8’线性地接触，该区域中没有设置混合元件1。由此，在设置有混合元件1的区域内，在壳体9和管部分8’之间形成有间隙。在此，壳体9从管分件8’朝向另一管部分8’’轴向突出。每个管部分8’和8’’都具有法兰，它们是法兰11’和11’’，其径向地设置于相连的管部分8’、8’’上。在此，管部分8’的法兰11’面向另一管部分8’’，并且管部分8’’的法兰11’’面向管部分8’，以这种方式，在所有情况下，管部分8’的一个法兰11’与管部分8’’的一个法兰11’’相对地设置。套管9还包括两个法兰12，每个法兰均相对于壳体9径向设置并位于管部分8’和8’’的法兰11’和11’’之间。在这种情况下，壳体9的法兰12表示为珠状衬垫的形式。特别地，这些实施方式用于混合装置6的简单的组装。

图7中示出的与壳体9直接接触的管部分8’还包括不同的形状和尺寸。在此，设置有壳体9或混合元件的管部分8’的区域的半径大于另一管部分8’’的半径。在远离另一管部分8’’的管部分8’的一侧，即沿着主要流动方向10，管部分8’在没有设置壳体9或混合元件1的区域逐渐变细。在此，管部分8’持续变细，直至其半径与另一管部分8’’的半径相当。特别地，其是为了使用于废气的管部分8’的设置有混合元件1和/或壳体9的区域相对于没有设置混合元件1和/或壳体9的区域具有合适的横截面。

Claims (14)

1.一种用于混合装置（6）的混合元件（1），该混合元件（1）用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的废气导管（8）中，该混合元件（1）具有至少四个叶片（2）以及具有两个侧面（4’，4’’）的连接部分（3），叶片（2）相对于连接部分（3）呈一定的偏角，

-其中，关于连接部分（3）的纵向轴线（5）直接相邻的两个叶片（2）朝向连接部分的不同侧面（4’、4’’）呈一定的偏角，

-其中，关于连接部分（3）的纵向轴线（5）直接相对定位的两个叶片（2）朝向连接部分的不同侧面（4’、4’’）呈一定的偏角，

-其中，具有连接部分（3）和叶片（2）的混合元件（1）呈现为成形的片状金属组件。

2.根据权利要求1所述的混合元件，其特征在于混合元件（1）以单个的连续的片状金属件，特别是通过成型来制造。

3.根据权利要求1或2所述的混合元件，其特征在于，至少一个叶片（2）在位于外侧的相关的叶片边缘包括外部轮廓，该外部轮廓与同相应的叶片（2）相连的管（8）或管部分（8’、8’’）的一部分内部轮廓以这样的方式互补地成型，从而在混合元件（1）插入管（8）或管部分（8’、8’’）内的情况下，该相应的叶片（2）通过叶片边缘与管（8）或管部分（8’、8’’）接触。

4.根据权利要求1至3任一项所述的混合元件，其特征在于，连接部分（3）相对于混合元件（1）的纵向轴线（7）具有弯曲部。

5.一种用于内燃机、特别是机动车内燃机的排气系统的混合装置（6），其具有至少一个根据前述权利要求任一项所述的混合元件（1），该混合元件（1）设置于混合装置或排气系统的废气导管（8）或管部分（8’、8’’）内。

6.根据权利要求5所述的混合装置，其特征在于，壳体（9）以这样的方式封装混合元件（1），从而至少一个接触该壳体（9）的叶片（2）在位于外侧的相关叶片边缘具有外部轮廓。

7.根据权利要求6所述的混合装置，其特征在于，壳体（9）可以插入至与其相连的管（8）或管部分（8’、8’’）的一部分内，并且任选地接触该部分。

8.根据权利要求5或6所述的混合装置，其特征在于，壳体（9）包括至少一个径向设置的法兰（12），特别是珠状衬垫，不同的废气导管部分（8’、8’’）可以通过其接合在一起。

9.根据权利要求5至8任一项所述的混合装置，其特征在于，设有混合元件（1）和/或壳体（9）的管（8）或管部分（8’、8’’）的至少一部分，相对于管（8）或管部分（8’、8’’）的另一部分，至少部分地具有变化的形状和/或变化的尺寸。

10.根据权利要求5至9任一项所述的混合装置，其特征在于，混合装置（6）具有多个混合元件（1），特别地，其相互之间嵌套设置和/或相互之间轴向重叠地设置。

11.根据权利要求5至10任一项所述的混合装置，其特征在于，混合元件（1）的纵向轴线（7）平行于废气导管（8）或管部分（8’、8’’）的主要流动方向（10）设置。

12.根据权利要求11所述的混合装置，其特征在于，至少两个所述的叶片（2）沿着主要流动方向（10）相互之间横向偏移地设置。

13.根据权利要求11或12所述的混合装置，其特征在于，至少两个所述的沿着主要流动方向（10）相对定位的叶片（2）在连接部分（3）的不同侧面（4’、4’’）与主要流动方向（10）呈一定的角度。

14.根据权利要求11至13任一项所述的混合装置，其特征在于，连接部分（3）的弯曲部趋于主要流动方向（10）或与之无关。

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