CN110821617A - 混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排气设备的混合器，所述混合器用于使喷射到排气流中的反应剂与排气混匀，所述混合器包括混合器体(22)，所述混合器体包括具有反应剂穿通孔(26)的反应剂穿透体区域(24)、沿混合器纵向方向(L)在一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域(24)上的混合器板体区域(30)和沿混合器纵向方向(L)在与所述一侧相反的另一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域(24)上的混合器主体区域(36)。

Description

混合器
技术领域
本发明涉及一种混合器，所述混合器可以在内燃机的排气设备中用于引起对喷射到排气流中的反应剂的改进的混匀(durchmischen)。
背景技术
这样的由德国专利申请102016104361已知的混合器具有基本上盘状的结构并且由两个以近似圆形的周边轮廓构造的盘部件组成。盘部件如此成形，使得所述盘部件提供用于容纳反应剂的通道。排气以可以环流混合器的方式进入到通道中并且因此与所喷射的反应剂、例如尿素/水溶液混合。从该通道分支出在两个盘部件之间构成的排出通道，通过所述排出通道，由反应剂与排气构成的混合物可以流动到排气设备的下游接着的部分中。
发明内容
本发明的任务在于，设置一种用于排气设备的混合器，所述混合器用于使喷射到排气流中的反应剂与排气混匀，所述混合器可以在结构简单的构造方案中引起有效混匀。
按照本发明，所述任务通过一种用于排气设备的混合器得以解决，所述混合器用于使喷射到排气流中的反应剂与排气混匀，所述混合器包括混合器体，所述混合器体包括具有反应剂穿通孔的反应剂穿透体区域、沿混合器纵向方向在一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域上的混合器板体区域和沿混合器纵向方向在与所述一侧相反的另一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域上的混合器主体区域。
利用混合器的这种构造可能的是：所述混合器作为材料件提供并且通过对应的造型形状在混合器上提供不同的功能区域。
例如所述构造可以是这样的，使得所述混合器体在所述反应剂穿透体区域中或/和在所述混合器板体区域中是基本上不弯曲的。
为了将按照本发明构造的混合器集成到排气管中例如可以规定：所述混合器板体区域关于所述反应剂穿透体区域在第一弯折区域中沿第一弯折方向弯折，或/和所述混合器主体区域在第二弯折区域中关于所述反应剂穿透体区域沿第二弯折方向弯折，其中，优选所述第一弯折方向与所述第二弯折方向相反或/和在所述第二弯折区域中设置有多个穿通孔。
为了对于反应剂与排气的确定的混匀可以实现混合器主体区域关于反应剂穿透体区域的对应定向而提出：所述混合器主体区域在所述第二弯折区域中关于所述反应剂穿透体区域比所述混合器板体区域在所述第一弯折区域中关于所述反应剂穿透体区域弯折大地弯折。
为了以排气充分环流混合器，所述混合器体可以在所述反应剂穿透体区域中横向于混合器纵向方向比在所述混合器板体区域中宽，或/和在所述反应剂穿透体区域中设置的反应剂穿通孔可以横向于混合器纵向方向比所述混合器板体区域宽。
排气与反应剂的混匀可以通过以下方式辅助支持，即，在所述混合器板体区域中设置有多个穿通孔。
为了使要朝混合器主体区域的方向流动的反应剂有效地与环流混合器的排气混匀而提出：所述混合器体在所述混合器主体区域中具有面向所述反应剂穿通孔的偏转背部区域和横向于混合器纵向方向在所述偏转背部区域两侧分别具有从所述偏转背部区域出发沿背离所述反应剂穿通孔的方向延伸的混合面区域。
为了此时实现混合面区域的高有效性可以规定：两个混合面区域从所述偏转背部区域出发横向于混合器纵向方向彼此分离，或/和在所述混合面区域中设置有多个穿通孔。
为了可结构简单地实现的构造方案，所述偏转背部区域可以从所述第二弯折区域出发沿背离所述反应剂穿透体区域的方向延伸。备选或附加地可以规定：所述偏转背部区域从所述第二弯折区域出发在第一纵向区域中基本上直线延伸并且在连接到所述第一纵向区域上的且关于所述第一纵向区域弯折的第二纵向区域中基本上直线延伸。
为了在流经面足够时的增强混匀而提出：所述偏转背部区域在所述第二纵向区域中具有多个穿通孔，或/和所述偏转背部区域在所述第一纵向区域中不具有穿通孔。
排气流的引起反应剂与排气的混匀的涡流例如可以通过以下方式产生，即，所述混合器主体区域以连接到每个混合面区域上的方式具有关于所述混合面区域弯折的偏转面区域。
在此可以规定：所述偏转面区域从所述偏转背部区域的第一纵向区域与所述第二弯折区域的邻接区域出发沿所述混合面区域延伸到所述偏转背部区域的第二纵向区域的远离第一纵向区域的端部。
为了辅助支持朝混合器主体区域的方向的确定的流动而提出：在所述反应剂穿透体区域上以包围所述反应剂穿通孔的方式设置有朝所述混合器主体区域的方向延伸的流动引导元件成形部。
由于结构简单的构造方案可能的是：所述混合器体一件式地构造或/和由板材件构造。
此外，本发明涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括排气管、将反应剂沿反应剂主排出方向向所述排气管中排出的反应剂排出布置系统和按照本发明构造的混合器。
为了引起对反应剂和排气的有效混匀而提出：所述混合器这样设置在排气管中，使得反应剂主排出方向穿过所述反应剂穿通孔朝所述混合器主体区域指向。
所述混合器板体区域可以沿排气主流动方向在所述排气管中关于所述反应剂穿透体区域在上游地设置。此外，所述混合器主体区域可以基本上正交于排气主流动方向地设置在所述排气管中。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明。附图中：
图1示出具有反应剂排出布置系统和混合器的排气设备的纵剖视图；
图2示出图1的排气设备的混合器的透视图；
图3沿图1的视向III示出图2的混合器的视图；
图4沿图1的视向IV示出图2的混合器的视图；
图5沿图1的视向V示出图2的混合器的视图；
图6沿图1的视向VI示出图2的混合器的视图；
图7示出混合器的一种备选构造型式的一个对应于图3的视图；
图8示出混合器的一种备选构造型式的另一个对应于图3的视图。
具体实施方式
图1以纵剖视图示出用于车辆的内燃机的总体以10表示的排气设备的一个区段。这个排气设备10包括排气管12，从内燃机喷出的排气沿排气主流动方向A流动到所述排气管中。在侧向的凸起区域14中，总体也称为注射器的反应剂排出布置系统16这样设置在排气管12上，使得这个反应剂排出布置系统将要喷射到排气中的排气以喷射锥体18的形式沿反应剂主排出方向R喷射到排气流中。由于反应剂排出布置系统16在侧向的凸起区域14中接合到排气管12上的情况，排气主流动方向A和反应剂主排出方向R不是彼此平行，而是彼此形成在大约45°的范围内的角度。
此外，在排气管12中设置有总体以20表示的并且随后也关于图2至图6详细描述的混合器。混合器20用于实现对在排气管12中流动的排气与喷射到排气流中的反应剂、亦即例如尿素/水溶液的改进的混匀，从而在下游接着的SCR催化器布置系统中也可以引起有效的排气净化。
混合器20优选包括由唯一一个板材件成形的混合器体22。为此，可以由钢板分离出用于混合器体22的坯件，所述坯件设有不同的随后还要解释的开口并且然后将所述坯件通过成形过程置于随后还要解释的形状中。
混合器体22作为中央区域具有反应剂穿透体区域24。这个基本上平地、亦即不弯曲地构造的反应剂穿透体区域24提供例如以圆形的或有角的轮廓构造的反应剂穿通孔26。在反应剂穿透体区域24的一侧上沿混合器纵向方向L在第一弯折区域28中连接有例如同样基本上平地、亦即不弯曲地构造的混合器板体区域30。在混合器板体区域30中设置有多个穿通孔32，所述穿通孔例如成三排地设置。在反应剂穿透体区域24的另一侧上沿混合器纵向方向L在第二弯折区域34中连接有总体以36表示的混合器主体区域。图1和图2明显示出：混合器体22在两个弯折区域28、34中沿相反方向弯折。另外明显可看到：混合器板体区域30在第一弯折区域28中关于反应剂穿透体区域24以比混合器主体区域36在第二弯折区域34中关于反应剂穿透体区域24弯折小的程度弯折。例如在第一弯折区域28中的弯折可以小于45°，而在第二弯折区域34中的沿相反方向设置的弯折在90°或更大的范围内。
图3和图4明显示出：混合器板体区域30的横向于混合器纵向方向L的宽度d小于反应剂穿通孔26的横向于混合器纵向方向L测量的宽度D。以这种方式和方法，混合器板体区域30在混合器20在排气管12中的在图1中示出的定位中仅部分地覆盖沿流动方向接着的区域或者说仅部分地屏蔽这个区域防止以排气的流入。
混合器主体区域36这样成形，使得它从同样可以设置有穿通孔38的第二弯折区域34出发具有朝反应剂穿通孔26的方向或者说朝向反应剂穿透体区域24取向的偏转背部区域40。偏转背部区域40具有从第二弯折区域32出发基本上直线延伸的第一纵向区域42并且以连接到第一纵向区域42上的方式具有基本上直线延伸的第二纵向区域44。例如在偏转背部区域40的第一纵向区域42中不可以设置穿通孔，而在第二纵向区域44中可以设置多个穿通孔46。
横向于混合器纵向方向L有混合面区域48、50在两侧连接到第一偏转背部区域42上。这些混合面区域从偏转背部区域40出发沿背离反应剂穿透体区域24的方向并且横向于混合器纵向方向L彼此背离地延伸，从而混合器主体区域36沿混合器纵向方向L观察沿流动方向具有增大的宽度。在每个所述混合面区域48、50中又设置有多个穿通孔52、54。
以邻接到每个混合面区域48、50上的方式设置有关于分别配设的混合面区域48或50弯折的、亦即基本上横向于混合器纵向方向L背离所述混合面区域延伸的偏转面区域56、58。偏转面区域56、58从偏转背部区域40邻接到第二弯折区域34上的区域出发沿着混合面区域48、50延伸直至偏转背部区域40的第二纵向区域44的远离偏转背部区域40的第一纵向区域42的端部。因此，偏转面区域56、58具有与混合面区域48、50的造型形状相适配的弯曲的轮廓。
混合器20这样嵌入到排气管11中，使得混合器板体区域30在其远离反应剂穿透体区域24的端部上在排气管12的内侧上在凸起部40或者说反应剂输入布置系统16的定位的上游贴靠并且在那里例如通过焊接或类似方法来固定。混合器主体区域36以其远离第二弯折区域34的端部在排气管12的对置侧上在其内表面上贴靠并且在那里例如同样通过焊接来固定。反应剂穿透体区域24以其反应剂穿通孔26如此定位或者说取向，使得反应剂穿透体区域以局部嵌接到凸起部14中的方式允许以喷射锥体18的形式排出的反应剂朝反应剂主体区域36的偏转背部区域40的方向穿透。反应剂穿透体区域24横向于混合器纵向方向L这样确定尺寸，使得它在反应剂穿通孔26两侧以侧向的边缘区域贴靠在排气管12的内表面上并且在那里例如通过焊接而固定在排气管12上。
已经在穿透通过反应剂穿通孔26之前的区域中，在穿通孔32的区域中流经混合器板体区域30的或者说侧向地在该混合器板体区域旁边流经的排气可以流动到喷射锥体18的区域中并且在那里引起与反应剂的混匀。射到偏转背部区域40上的反应剂流通过反应剂主体区域36的朝上游方向凸状拱曲的结构而分开并且沿着两个混合面区域48、50朝偏转面区域56、58的方向引导。在此产生涡流，所述涡流引起反应剂与也沿排气主流动方向A要朝混合器主体区域36流动的排气的有效混匀。在此，与反应剂混匀的排气的一部分已经可以流过穿通孔38、52、54和46。排气与反应剂的混合物的另一部分可以在通过偏转面区域56、58侧向向外偏转之后环流混合器主体区域36并且朝SCR催化器布置系统的方向流动到排气管12的在下游然后接着的区域中。
混合器板体区域30的之前描述的相对窄的构造方案与反应剂穿透体区域24和由此能实现的反应剂穿透体区域24以排气在其两侧流入相比能实现对整个混合器体22的有效加热，从而也可以引起对射到其表面上的反应剂的增强的蒸发。在此，排气流的一部分可以在第二弯折区域34的区域中在外部环流混合器体22、亦即在该混合器体与排气管12之间流过，从而仅以反应剂的小份额贯穿的排气流到达混合器主体区域36的下游侧上并且在那里由于借助于偏转面区域56、58产生的涡流引起对从混合器主体区域36的区域流入的以反应剂高度集中的排气流的有效混匀。
图7和图8示出混合器12的改变的构造方案。在图7中看到：在反应剂穿透体区域24上在其中构成的反应剂穿通孔26两侧例如设置有集成地一体成型的偏转元件60、62。这些偏转元件如此成形，使得所述偏转元件沿反应剂主排出方向R彼此接近并且因此增强的流动偏转可以朝混合器主体区域36的偏转背部区域40的方向起作用。不言而喻，在这里多于两个这样的偏转元件可以相继地设置，所述偏转元件例如可以通过对应的在反应剂穿通孔26的内周上保留的舌片的弯曲来提供。
在图8中示出的构造方案中，偏转元件60、62这样成形，使得所述偏转元件首先彼此接近地收缩流经横截面并且然后通过发散的布置系统来设置流经横截面的扩宽部。由于如此引起的文氏管效应，实现对穿透通过反应剂穿通孔26的反应剂以及排气的流的加速。
漏斗状的偏转成形部也可以通过在反应剂穿透体区域24中牵拉混合器体22和一体成型这个成形部来提供。

Claims (18)

1.用于排气设备的混合器，所述混合器用于使喷射到排气流中的反应剂与排气混匀，所述混合器包括混合器体(22)，所述混合器体包括具有反应剂穿通孔(26)的反应剂穿透体区域(24)、沿混合器纵向方向(L)在一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域(24)上的混合器板体区域(30)和沿混合器纵向方向(L)在与所述一侧相反的另一侧上邻接到所述反应剂穿透体区域(24)上的混合器主体区域(36)。
2.按照权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述混合器体(22)在所述反应剂穿透体区域(24)中或/和在所述混合器板体区域(30)中是基本上不弯曲的。
3.按照权利要求1或2所述的混合器，其特征在于，所述混合器板体区域(30)关于所述反应剂穿透体区域(24)在第一弯折区域(28)中沿第一弯折方向弯折，或/和所述混合器主体区域(36)在第二弯折区域(34)中关于所述反应剂穿透体区域(24)沿第二弯折方向弯折。
4.按照权利要求3所述的混合器，其特征在于，所述第一弯折方向与第二弯折方向相反，或/和在所述第二弯折区域(34)中设置有多个穿通孔(38)。
5.按照权利要求3或4所述的混合器，其特征在于，所述混合器主体区域(36)在所述第二弯折区域(32)中关于所述反应剂穿透体区域(24)比所述混合器板体区域(30)在所述第一弯折区域(28)中关于所述反应剂穿透体区域(24)弯折大地弯折。
6.按照上述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，所述混合器体(22)在所述反应剂穿透体区域(24)中横向于混合器纵向方向(L)比在所述混合器板体区域(30)中宽，或/和在所述反应剂穿透体区域(24)中设置的所述反应剂穿通孔(26)横向于混合器纵向方向(L)比在所述混合器板体区域(30)中宽。
7.按照上述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，在所述混合器板体区域(30)中设置有多个穿通孔(32)。
8.按照上述权利要求中任一项所述的混合器，所述混合器体(22)在所述混合器主体区域(36)中具有面向所述反应剂穿通孔(26)的偏转背部区域(40)并且横向于混合器纵向方向(L)在所述偏转背部区域(40)两侧分别具有一个从所述偏转背部区域(40)出发沿背离所述反应剂穿通孔(36)的方向延伸的混合面区域(48、50)。
9.按照权利要求8所述的混合器，其特征在于，两个混合面区域(48、50)从所述偏转背部区域(40)出发横向于混合器纵向方向(L)彼此分离，或/和在所述混合面区域(48、50)中设置有多个穿通孔(52、54)。
10.按照权利要求3和权利要求8或9所述的混合器，其特征在于，所述偏转背部区域(40)从所述第二弯折区域(34)出发沿背离所述反应剂穿透体区域(24)的方向延伸，或/和所述偏转背部区域(40)从所述第二弯折区域(34)出发在第一纵向区域(42)中基本上直线延伸并且在连接到所述第一纵向区域(42)上的且关于所述第一纵向区域弯折的第二纵向区域(44)中基本上直线延伸。
11.按照权利要求10所述的混合器，其特征在于，所述偏转背部区域(40)在所述第二纵向区域(44)中具有多个穿通孔(46)，或/和所述偏转背部区域(40)在所述第一纵向区域(42)中不具有穿通孔。
12.按照权利要求8至11中任一项所述的混合器，其特征在于，所述混合器主体区域(36)以连接到每个混合面区域(48、50)上的方式具有关于所述混合面区域弯折的偏转面区域(56、58)。
13.按照权利要求10和权利要求12所述的混合器，其特征在于，所述偏转面区域(56、58)从所述偏转背部区域(40)的第一纵向区域(42)与所述第二弯折区域(34)的邻接区域出发沿所述混合面区域(48、50)延伸到所述偏转背部区域(40)的第二纵向区域(44)的远离第一纵向区域(42)的端部。
14.按照上述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，在所述反应剂穿透体区域(24)上以包围所述反应剂穿通孔(26)的方式设置有朝所述混合器主体区域(36)的方向延伸的流动引导元件成形部(60、62)。
15.按照上述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，所述混合器体(22)一件式地构造，或/和所述混合器体(22)由板材件构造。
16.用于内燃机的排气设备，所述排气设备具有排气管(12)、将反应剂沿反应剂主排出方向(R)向排气管(12)中排出的反应剂排出布置系统(16)和按照上述权利要求中任一项所述的混合器(20)。
17.按照权利要求16所述的排气设备，其特征在于，所述混合器(20)设置在所述排气管(12)中，使得反应剂主排出方向(R)穿过所述反应剂穿通孔(26)朝所述混合器主体区域(36)指向。
18.按照权利要求16或17所述的排气设备，其特征在于，所述混合器板体区域(30)沿排气主流动方向(A)在所述排气管(12)中关于所述反应剂穿透体区域(24)在上游地设置，或/和所述混合器主体区域(36)基本上正交于排气主流动方向(A)地设置在所述排气管(12)中。
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