CN110359985A - 用于将气体导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器 - Google Patents

用于将气体导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于将气体、特别是空气导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器，所述气体/气体混合器包括沿主体纵轴线(L)纵向伸长的混合器主体(32)，其中，在所述混合器主体(32)中构造有气体导入容积(42)，并且在所述混合器主体(32)的界定所述气体导入容积(42)的壁(36)中设置有多个气体通孔(38)，其特征在于，所述混合器主体(32)横向于主体纵轴线(L)构造有削平的横截面轮廓。

Description

用于将气体导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器
技术领域
本发明涉及一种气体/气体混合器，利用该气体/气体混合器可以将气体导入到内燃机的废气流中。
背景技术
为了降低在机动车中使用的内燃机的有害物质排放已知的是，在排气设备中设置有微尘滤清器。为了阻止这种微尘滤清器的逐渐堵塞(zusetzen)，在清洁工艺中在高温时将积聚在微尘滤清器中的微尘燃烧。
发明内容
本发明的目的在于，规定一种用于将气体、特别是空气导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器，所述气体/气体混合器确保要导入的气体与在排气设备中引导的废气流的均匀混合。
按照本发明，所述目的通过用于将气体、特别是空气导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器得以实现，所述气体/气体混合器包括沿主体纵轴线的方向纵向伸长的混合器主体，其中，在所述混合器主体中构造有气体导入容积并且在所述混合器主体的界定所述气体导入容积的壁中设置有多个气体通孔。按照本发明，所述混合器主体横向于主体纵轴线构造有削平的横截面轮廓。
通过混合器主体设计有削平的、亦即流线形的横截面轮廓一方面实现:通过在废气流中延伸的混合器主体引入用于废气的相对小的流动阻力。另一方面，以废气流对混合器的绕流保证：从废气通孔朝废气流方向排出的气体、亦即例如空气通过绕流混合器主体的废气携动并且与该废气均匀混合。
为了提供流线形并且减小通过混合器主体引入的流动阻力而提出：代表所述横截面轮廓的最大宽度的区域的轮廓横轴线沿代表所述横截面轮廓在所述混合器主体的流入棱边与所述混合器主体的流出棱边之间的长度的轮廓纵轴线的方向关于所述轮廓纵轴线的纵向中心朝所述混合器主体的流入棱边方向移动。由此，所述混合器主体在横截面中近似具有液滴形。
在此，所述轮廓横轴线与所述轮廓纵轴线的纵向中心之间的间距与所述轮廓纵轴线的长度的比例有利地可以处于0.02至0.05的范围内。
为了在混合器主体的内部中的流动阻力尽可能小的情况下可以提供足以用于供应导入到废气中的气体的容积而提出：所述横截面轮廓的最大宽度与所述横截面轮廓在所述混合器主体的流入棱边与所述混合器主体的流出棱边之间的长度之间的比例处于0.2至0.4的范围内。
为了将气体有效地导入到废气流中，可以设置有基本上沿主体纵轴线的方向延伸的多列气体通孔。
在气体/气体混合器的一种特别有利的体现本发明的与混合器主体的横截面几何形状无关的方面的设计方案中提出：在所述混合器主体的壁中在所述混合器主体的流入棱边与所述混合器主体的横截面轮廓的最大宽度的区域之间基本上不设置气体通孔。以这种方式和方法可以阻止：要流到混合器主体上的废气可以通过朝下游方向取向的气体通孔进入到混合器主体的内部中的气体导入容积中。同时在设置在混合器主体的沿流动方向处于更下游的区域中的气体通孔的区域中通过在外侧绕流混合器主体的废气产生负压，该负压吸入穿过混合器主体引导的气体并且由此辅助支持对气体的导入。
优选地，所述气体导入容积沿主体纵轴线的方向通过端壁封闭，使得气体仅可以在混合器主体的壁的区域中进行限定的排出。为此特别可以规定：在所述端壁中不设置气体通孔。
特别是在气体/气体混合器之后跟随有唯一一个微尘滤清器的排气设备中，为了尽可能均匀分布地导入到废气中的气体可以规定：所述混合器主体关于从流入棱边向流出棱边延伸的纵向中心平面基本上对称地构造。
如果在这样的气体/气体混合器下游设置有多个被平行供给的微尘滤清器，则为了以废气要限定引起地不均匀地加载这些微尘滤清器而有利的是：所述混合器主体关于从流入棱边向流出棱边延伸的纵向中心平面不对称地构造。
这例如可以通过以下方式得以实现，即，在所述混合器主体的壁的关于纵向中心平面的第一侧上的气体通孔的数量与在所述混合器主体的壁的关于纵向中心平面的第二侧上的气体通孔的数量不同。备选地或附加地可以规定：所述混合器主体的壁的在关于纵向中心平面的第一侧上的轮廓线与所述混合器主体的壁的在所述混合器主体的壁的关于纵向中心平面的第二侧上的轮廓线不同。由此，混合器主体可以构造有接近承载面或翼扇的横截面轮廓。
本发明还涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备在排气管上包括至少一个具有按照本发明的构造的气体/气体混合器。
为了借助在废气流中延伸的混合器主体引入尽可能小的流动阻力而提出：所述至少一个气体/气体混合器以所述混合器主体的基本上垂直于废气主流动方向取向的主体纵轴线设置，其中，所述混合器主体的流入棱边关于废气主流动方向基本上朝上游方向取向，并且所述混合器主体的流出棱边关于废气主流动方向基本上朝下游方向取向。
在所述至少一个气体/气体混合器的下游可以设置有至少一个微尘滤清器。
在排气设备的一种备选设计方案中，在所述至少一个气体/气体混合器的下游可以设置有多个微尘滤清器，其中，在包含所述至少一个气体/气体混合器的排气管的下游可以设置有管分支部。在这种设计方案中可以从所述管分支部向每个微尘滤清器引导一个分支管。
特别是当在设置有多个微尘滤清器的情况下要实现不对称的作业方式、亦即以废气或者说导入该废气中的气体的不对称的加载，所述混合器主体的纵向中心平面可以这样定位，使得所述管分支部在纵向中心平面的两侧分别包括至少一个分支管。
此外，为了减少废气排放，在所述至少一个气体/气体混合器的上游可以设置有催化转化布置系统、优选三元催化转化器。
为了辅助支持对一个或多个微尘滤清器中的微尘的燃烧而提出：导入到废气流中的气体是空气。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明。附图中：
图1示出排气设备的原理图，所述排气设备具有两个连接在催化转化布置系统下游的微尘滤清器和一个关于微尘滤清器设置在上游的气体/气体混合器；
图2示出与图1相对应的具有唯一一个微尘滤清器的排气设备的图示；
图3示出设置在排气管中的气体/气体混合器；
图4示出排气管中的气体/气体混合器的另一视图；
图5示出在排气管中延伸的气体/气体混合器的侧视图；
图6示出在图5中示出的气体/气体混合器的沿图5中视向VI的视图；
图7示出气体/气体混合器的与图6相对应的沿图5中视向VII的视图；
图8示出气体/气体混合器的沿图5中视向VIII的视图；
图9示出气体/气体混合器的一种备选设计型式的与图8相对应的原理视图。
具体实施方式
在图1中示出机动车中的内燃机的共同以10标记的排气设备。在排气设备10的上游区域12中设置有催化转化布置系统14、例如三元催化转化器。在催化转化布置系统14的下游设置有下面详细阐述的气体/气体混合器16，经由该气体/气体混合器可以给在排气设备10中流动的废气混合气体、例如空气。排气设备10沿流动方向跟随所述气体/气体混合器地包括管分支部18。从管分支部18引导有两个通向相应微尘滤清器24、26的分支管20、22，所述微尘滤清器以这种方式和方法被供以废气。流过微尘滤清器24、26的废气于是可以在排气设备10的下游区域28中例如在流过消声器或其他废气处理单元之后朝周围环境排出。
在图2中示出排气设备10的一种备选设计方案。在这种设计型式中，跟随气体/气体混合器16地仅设置有唯一一个微尘滤清器24。
图3和图4示出气体/气体混合器16向排气设备10的排气管30中的整合。气体/气体混合器16包括混合器主体32，该混合器主体在排气管30中如此定位，使得该混合器主体的纵轴线L在气体/气体混合器的区域中基本上垂直于排气管30中的废气主流动方向H地延伸。气体、例如空气经由气体/气体混合器的输入接管34导入到混合器主体30中并且经由多个构造在混合器主体的壁36中的气体通孔38导入到气流中并且利用该气流进一步朝在下游引导的微尘滤清器24或26方向引导。输入接管34可以与用于要导入的气体G的源或者说引来这个气体的管道或类似物连接。
下面参照图5至图8详细描述气体/气体混合器16的设计方案。
气体/气体混合器16的混合器主体32包括构造有基本上柱形的结构的壁36，该壁由此构造有沿混合器主体32的主体纵轴线L的方向基本上恒定的横截面轮廓。在沿主体纵轴线L的方向设置的端部区域上，混合器主体32例如支承在承载板40上，输入接管32也连接到该承载板上。气体/气体混合器16可以经由排气管30中的所配设的开口如此定位在排气管30上，使得混合器主体32在排气管30的内部中延伸并且在那里能由废气A绕流。承载板40在外部贴靠在排气管30上并且可以与该排气管例如通过焊接固定地且气密地连接。混合器主体32的尺寸可以如此与排气管30相协调，使得混合器主体32基本上在排气管30的整个内部尺寸上延伸。混合器主体32或者说在其中构成的气体导入容积42在其背离承载板42的端部区域上沿主体纵轴线L的方向通过端壁39基本上气密地封闭。经由输入接管34输入的气体进入到混合器主体32的气体导入容积42中并且经由构造在混合器主体32的壁36中的气体通孔38离开该气体导入容积。
为了提供流线形的横截面轮廓，混合器主体32关于该混合器主体的主体纵轴线L削平地构造横截面。在此，轮廓纵轴线PL在混合器主体32的流入棱边44与流出棱边46之间延伸。在气体/气体混合器16整合到排气管30中的情况下，混合器主体32优选这样取向，使得轮廓纵轴线PL基本上沿废气主流动方向H的方向取向。由此，混合器主体32的纵向中心平面E也基本上沿废气主流动方向H取向。
限定混合器主体32的最大宽度的区域的轮廓横轴线PQ基本上横向于废气主流动方向H或者说纵向中心平面E地取向。在图8中看到：为了提供接近液滴形的横截面轮廓，轮廓横轴线PQ沿轮廓纵轴线PL的方向朝流入棱边44移动。当例如轮廓纵轴线PL在流入棱边44与流出棱边46之间的长度处于约30mm的范围内时，轮廓纵轴线PL的也包含主体纵轴线L的或者说被该主体纵轴线切断的中心线M与轮廓横轴线PQ之间的间距可以处于约1mm的范围内。已经普遍证实对于中心线M与轮廓横轴线PQ之间的间距的比例为约0.02至0.05是有利的。混合器主体32沿轮廓横轴线PQ的方向的尺寸、亦即轮廓主体32的宽度可以在长度为约30mm的情况下处于约9mm的范围内。在这里，对于在横截面中观察混合器主体32的宽度与长度的比例而言，0.2至0.4的范围被证实对于在流动阻力尽可能小的情况下有效地导入气体G是特别有利的。要指出的是，先前给出的大小或者说比例可以分别就混合器主体32而言。
气体通孔38在混合器主体32的壁36中设置在基本上沿主体纵轴线L的方向延伸的多列48中。在此图5明确示出：在流入棱边44与混合器主体32的最大宽度的区域之间的区域中基本上不设置气体通孔。在图5中在最左侧、亦即在最上游定位的列48的气体通孔38例如可以这样定位，使得所述气体通孔的相应的孔中心大致处于轮廓横轴线PQ的区域中、亦即混合器主体32的最大宽度的区域中。较远的列48或者说较远的气体通孔38于是在壁36中沿其朝流出棱边46方向延伸的周向区域中跟随。通过这种布置结构实现：从上游向混合器主体32方向流动的废气A在流入棱边44的区域中转向并且通过壁36首先向侧向偏转并且然后在最大宽度的区域中开始也绕流周壁36的设置有气体通孔38的区域。由此，阻止废气直接进入到混合器主体32的内部中的气体导入容积42中。通过朝流出棱边46方向然后进一步绕流混合器主体32或者说其壁36的废气A基于产生的负压或/和基于导入到废气A中的气体G的在气体导入容积42中原则上存在的超压将该气体G在这里穿过气体通孔38导入到废气流中并且由该废气流进一步朝下游方向运输。基于也由混合器主体32沿废气主流动方向的方向相对长的延伸决定地可以非常均匀分布地在壁36中设置有较大数量气体通孔38的情况，确保废气A与要导入到该废气中的气体的均匀混合。这保证给一个或多个在下游跟随的微尘滤清器也均匀地供以气体、例如空气。为此进一步有利的是，如在图3至图8的设计方式中示出的那样，混合器主体32关于纵向中心平面E基本上对称地设计，这意味着：不仅壁36关于这个纵向中心平面E对称地、特别是镜像对称地构造，而且设置有气体通孔38在壁36的两侧关于纵向中心平面E的对称的布置结构。在具有例如两个被平行供给的微尘滤清器24、26的排气设备中，如这在图1中示出的那样，可以通过以下方式辅助支持经由气体/气体混合器16导入的气体G朝两个微尘滤清器24、26的均匀输送，即，混合器主体32如此定位在排气管30中，使得该混合器主体的主体纵轴线L基本上垂直于管分支部18的中心平面或者说对称面S地设置，如这在图1中示出的那样。
如果要限定地实现为两个微尘滤清器24、26不均匀地供以废气A或者说在废气流中运输的气体G，则有利的是，混合器主体32如此安装在排气管30上，使得该混合器主体的纵向中心平面E与管分支部18的对称面S相对应，气体/气体混合器16则关于在图1中示出的定位转动约90°地定位。在此，混合器主体32可以如图9通过以原理方式示出的那样还如此构造，使得轮廓主体32或者说其壁36的两侧50、52关于在流入棱边44与流出棱边46之间延伸的纵向中心平面E构造有不同的轮廓线。例如在图9中，壁36在侧50上比在侧52上构造有大得多的曲率。以这种方式和方法实现混合器主体32的不对称绕流并且与此相应地也实现气体G在混合器主体32下游的区域中的不均匀导入或分布。备选地或辅助支持这一点地可以规定：在混合器主体32的两侧50、52上，在那里设置的气体通孔38以不同数量或/和不同大小或/和不同定位地设置。以这种方式和方法可以确保：在混合器主体32的两侧50、52上，不同量的气体G导入到废气流中。在废气流在下游然后跟随的管分支部18的区域中分配时，于是产生废气A的以不同程度掺杂有气体G的子流并且与此相应地将废气A中的不同气体浓度引向微尘滤清器24、26。
最后要指出的是，在不偏离本发明原理的情况下，可以对在附图示出的且参考附图描述的气体/气体混合例如器或者说具有该气体/气体混合器的排气设备进行不同变型。因此，例如设置在混合器主体32的壁36中的气体通孔38可以具有不同大小或/和在壁36中可以设置有不同表面密度、亦即不同分布。混合器主体32本身也可以构造有其他横截面轮廓。流线形例如可以也当轮廓横轴线PQ定位在轮廓纵轴线PL的纵向中心的区域中、亦即图8中的中心线M的区域中时实现。为了耐废气的设计方案，气体/气体混合器优选以金属材料、例如金属板材构造。
另外，混合器主体32原则上也可以构造有圆形的横截面轮廓。为了在此特别是在向废气流中引入气体方面也实现前述优点，在那里也可以规定：在流入棱边、亦即这样的构造有圆形横截面的壁36的在最上游定位的周向区域与最大宽度的区域之间的区域中基本上不设置气体通孔，而在跟随最大宽度的区域或从该最大宽度的区域出发朝流出棱边、亦即壁36的在最下游定位的周向区域方向在壁36中于是例如可以以成列的布置结构设置有气体通孔38。

Claims (19)

1.用于将气体、特别是空气导入到内燃机的废气流中的气体/气体混合器，所述气体/气体混合器包括沿主体纵轴线(L)的方向纵向伸长的混合器主体(32)，其中，在所述混合器主体(32)中构造有气体导入容积(42)，并且在所述混合器主体(36)的界定所述气体导入容积(42)的壁(36)中设置有多个气体通孔(38)，其特征在于，所述混合器主体(32)横向于主体纵轴线(L)构造有削平的横截面轮廓。
2.按照权利要求1所述的气体/气体混合器，其特征在于，代表所述横截面轮廓的最大宽度的区域的轮廓横轴线(PQ)沿代表所述横截面轮廓的在所述混合器主体(32)的流入棱边(44)与所述混合器主体(32)的流出棱边(46)之间的长度的轮廓纵轴线(PL)关于该轮廓纵轴线(PL)的纵向中心(M)朝所述混合器主体(32)的流入棱边(44)方向移动。
3.按照权利要求2所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述轮廓横轴线(PQ)与所述轮廓纵轴线(PL)的纵向中心(M)之间的间距与所述轮廓纵轴线(PL)的长度的比例处于0.02至0.05的范围内。
4.按照上述权利要求中任一项所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述横截面轮廓的最大宽度与所述横截面轮廓在所述混合器主体(32)的流入棱边(44)与所述混合器主体(32)的流出棱边(46)之间的长度之间的比例处于0.2至0.4的范围内。
5.按照上述权利要求中任一项所述的气体/气体混合器，其特征在于，设置有基本上沿主体纵轴线(L)的方向延伸的多列(48)气体通孔(38)。
6.按照上述权利要求中任一项或权利要求1前序部分所述的气体/气体混合器，其特征在于，在所述混合器主体(32)的壁(36)中在所述混合器主体(32)的流入棱边(44)与所述混合器主体(32)的横截面轮廓的最大宽度的区域之间的区域中基本上不设置气体通孔。
7.按照上述权利要求中任一项所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述气体导入容积(42)沿主体纵轴线(L)的方向通过端壁(39)封闭。
8.按照权利要求7所述的气体/气体混合器，其特征在于，在所述端壁(39)中不设置气体通孔。
9.按照上述权利要求中任一项所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述混合器主体(32)关于从流入棱边(44)向流出棱边(46)延伸的纵向中心平面(E)基本上对称地构造。
10.按照权利要求1至8中任一项所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述混合器主体(32)关于从流入棱边(44)向流出棱边(42)延伸的纵向中心平面(E)不对称地构造。
11.按照权利要求10所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述气体通孔(38)在所述混合器主体(32)的壁(36)关于纵向中心平面(E)的第一侧(52)上的数量与所述气体通孔(38)在所述混合器主体(32)的壁(36)关于纵向中心平面(E)的第二侧(52)上的数量不同。
12.按照权利要求10或11所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述混合器主体(32)的壁(36)在关于纵向中心平面(E)的第一侧(50)上的轮廓线与所述混合器主体(32)的壁(36)在所述混合器主体(32)的壁(36)关于纵向中心平面(E)的第二侧(52)上的轮廓线不同。
13.用于内燃机的排气设备，所述排气设备在排气管(30)上包括至少一个按照上述权利要求中任一项所述的气体/气体混合器(16)。
14.按照权利要求13所述的排气设备，其特征在于，所述至少一个气体/气体混合器(16)以所述混合器主体(32)的基本上垂直于废气主流动方向(H)取向的主体纵轴线(L)设置，其中，所述混合器主体(32)的流入棱边(44)关于废气主流动方向(H)基本上朝上游方向取向，并且所述混合器主体(32)的流出棱边(46)关于废气主流动方向(H)基本上朝下游方向取向。
15.按照权利要求13或14所述的排气设备，其特征在于，在所述至少一个气体/气体混合器(16)的下游设置有至少一个微尘滤清器(24、26)。
16.按照权利要求15所述的排气设备，其特征在于，在所述至少一个气体/气体混合器(16)的下游设置有多个微尘滤清器(24、26)，其中，在包含所述至少一个气体/气体混合器(16)的排气管(30)的下游设置有管分支部(18)，并且从所述管分支部(18)向每个微尘滤清器引导一个分支管(20、22)。
17.按照权利要求16回引权利要求10、11或12所述的排气设备，其特征在于，所述混合器主体(32)的纵向中心平面(E)定位成，使得在纵向中心平面(E)的两侧所述管分支部(18)分别包括至少一个分支管(20、22)。
18.按照权利要求13至17中任一项所述的排气设备，其特征在于，在所述至少一个气体/气体混合器(16)的上游设置有催化转化布置系统(14)、优选三元催化转化器。
19.按照权利要求13至18中任一项所述的排气设备，其特征在于，要导入到废气(A)中的气体(G)是空气。
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