CN112664299A - 混合器布置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的混合器布置系统，所述混合器布置系统包括环状地围绕混合器纵轴线(A)的管状的支架(30)和支承在所述支架(30)上的混合器嵌件(28)，其中，所述混合器嵌件(28)关于混合器纵轴线(A)在径向外部具有沿周向方向相对于彼此隔开间距的多个连接凸出部(52、54、56)，并且所述支架(30)具有用于固定地连接所述混合器嵌件(28)与所述支架(30)的多个连接空隙部(60、62)。

Description

混合器布置系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的混合器布置系统，通过所述混合器布置系统导致喷射到内燃机的排气流中的反应剂、例如尿素/水溶液与排气混合。
背景技术
这样的混合器布置系统由DE102018107766A1已知。在这种已知的混合器布置系统中，混合器嵌件具有板状的支架，所述支架以嵌接到两个彼此连接的排气管之间的方式定位并且保持在相互固定连接的排气管之间。板状的支架具有向径向内部伸出的并且从所述支架轴向延伸的U形的支承区段，混合器体的环状的径向外部的区域挂到所述支承区段中，并且混合器体通过焊接与所述支承区段连接。
发明内容
本发明的任务在于，设置一种用于内燃机的排气设备的混合器布置系统，所述混合器布置系统可以在简单的结构设计中引起排气和喷射到排气中的反应剂的良好混和。
按照本发明，所述任务通过一种用于内燃机的排气设备的混合器布置系统来解决，所述混合器布置系统包括环状地围绕混合器纵轴线的、管状的支架和支承在所述支架上的混合器嵌件，其中，所述混合器嵌件关于混合器纵轴线在径向外部具有沿周向方向相对于彼此隔开间距的多个连接凸出部，并且所述支架具有用于固定地连接所述混合器嵌件与所述支架的多个连接空隙部。
混合器布置系统的按照本发明的构造需要减少的数量的构件，因为混合器嵌件以其连接凸出部在无引起支承功能的构件的情况下直接与管状的支架连接，其中，这个管状的支架例如可以通过排气管提供。混合器嵌件本身可以关于其要设置用于与排气流的混合相互作用的几何结构以大设计自由度程度提供并且因此优化地与分别设置的使用范围相适配。
简单的构造可以通过以下方式辅助支持，即，至少一部分所述连接空隙部、优选所有连接空隙部设置在与混合器纵轴线正交的平面中。
为了高连接强度而提出：至少一个、优选每个连接空隙部沿周向方向纵向伸长(langstrecken)。
连接凸出部向连接空隙部中的稳定嵌接例如可以通过以下方式实现，即，至少一个、优选每个连接空隙部完全贯穿所述支架的壁。
此外，混合器嵌件向管状的支架中的稳定接合可以通过以下方式确保，即，所述混合器嵌件在至少一个、优选所有连接凸出部的区域中与所述支架通过材料锁合、优选焊接来连接。
为了获得相对于排气的排出密封的封闭而提出：通过材料锁合连接气密地封闭完全贯穿所述支架的壁的并且提供与一个连接凸出部的连接的每个连接空隙部。
在一种能特别简单且低成本地制造的、尽管如此对排气和高温有抵抗力的设计中，具有混合器体和从所述混合器体径向外部地伸出的连接凸出部的混合器嵌件可以构造为板材成形件。
为了可以将混合器嵌件以简单的方式嵌入到管状的支架中而提出：至少一个、优选每个连接凸出部包括贴靠在所述支架上的并且覆盖所述支架中的至少一个连接空隙部的第一凸出部区段。特别是当混合器嵌件构造为板材成形件时，这能实现使混合器嵌件在连接凸出部的区域在插入到支架中时变形。
如果在此进一步规定：至少一个连接区段包括将其第一凸出部区段与所述混合器体连接的并且与所述支架径向隔开间距地延伸的第二凸出部区段，则存在以下可能性，即，混合器嵌件在热加载时在连接凸出部变形的情况下特别是在每个第二凸出部区段的区域中延展，而不会在此由贴靠在支架上的并且因此阻碍运动的连接凸出部阻碍。
进一步可以规定：至少一个连接区段不具有第二凸出部区段、即不构造这样的第二凸出部区段，使得这样的连接凸出部的第一凸出部区段基本上直接从混合器体出发地延伸。以这种方式和方法，在其他构造有第二凸出部区段的连接凸出部的区域中允许的热可变形性中，确保混合器体在支架中的限定的定位。
为了在连接凸出部的区域中允许按照弹簧舌的型式的弹性可变形性而提出：至少一个、优选每个第二凸出部区段从所述混合器体出发沿混合器纵轴线的方向并且向径向外部优选大致直线地延伸。
所述混合器嵌件可以具有多个排气穿过开口或/和可以以其外周轮廓不完全覆盖所述支架的内横截面地构造。此外，所述混合器嵌件可以具有沿混合器纵轴线的方向相对于彼此错开地设置的并且与混合器纵轴线大致正交或成角度地取向的偏转面区域。
此外，本发明涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括按照本发明构造的混合器布置系统。
在此，在排气设备的一种可特别简单地实现的构造中，所述支架可以通过引导到催化器布置系统的排气管来提供。
此外，本发明涉及一种用于制造按照本发明构造的混合器布置系统的方法，所述方法包括以下措施：
a)提供具有多个连接空隙部的支架，
b)提供具有多个连接凸出部的混合器嵌件，
c)将所述混合器嵌件这样插入到所述支架中，使得所述混合器嵌件的每个连接凸出部以覆盖所述支架的至少一个连接空隙部的方式定位。
在此，所述措施a)可以包括提供所述支架作为板材管。所述措施b)可以包括提供具有混合器体和从所述混合器体径向外部地伸出的连接凸出部的混合器嵌件作为板材成形件。
为了支架与混合器嵌件之间的稳定连接而提出：所述措施a)这样包括提供所述支架，使得至少一部分所述连接空隙部、优选所有连接空隙部设置在与混合器纵轴线正交的平面中或/和至少一个、优选每个连接空隙部沿周向方向纵向伸长或/和至少一个、优选每个连接空隙部完全贯穿所述支架的壁。
特别是当混合器嵌件作为原则上可弹性变形的板材成形件提供时，可以规定：在所述措施c)中，至少每个包括第一凸出部区段和第二凸出部区段的连接凸出部从装配初始位置出发弹性地变形。
此外，所述方法可以包括措施d)，所述措施d)设置用于将所述混合器嵌件在至少一个、优选每个以覆盖所述连接空隙部中的一个连接空隙部的方式定位的连接凸出部的区域中与所述支架的材料锁合地连接。因此确保：即使在出现较强烈的振动时，混合器嵌件也不从支架脱开。
为了阻止排气的排出而提出：在所述措施d)中通过材料锁合连接气密地封闭由一个连接凸出部覆盖的并且完全贯穿所述支架的壁的每个连接空隙部。
附图说明
下面参考附图描述本发明。附图中：
图1示出用于机动车的内燃机的排气设备的俯视图；
图2放大地示出图1中的区域II；
图3示出图1的排气设备的在图2中示出的端部区域的纵剖视图；
图4示出在图2中示出的区域沿图3中的视向IV的视图。
具体实施方式
在图1中，用于机动车的内燃机的排气设备一般以10表示。排气设备10以连接到一件式或多件式地构造的并且例如为了改善的隔热而被包套的排气管12上的方式包括催化器布置系统14、特别是SCR催化器布置系统，所述催化器布置系统经由另一个排气管16与消声器18连接。从消声器18延伸出末端管20，通过所述末端管，从内燃机喷出的排气释放到环境。
图2放大地示出排气设备10或排气管12的端部区域22。向排气管12的基本上柱形成形的端部24上例如通过焊接而连接有连接法兰26，经由所述连接法兰，排气管12可以连接到另一个例如支承用于反应剂、例如尿素/水溶液的注射器的在图中未示出的排气管上。在排气管12的端部24的区域中，一般以28表示的并且优选一件式地并且作为板材成形件提供的板状的混合器嵌件连接到一般提供用于混合器嵌件28的支架30的并且与混合器嵌件28一起提供混合器布置系统27的排气管12上。
混合器嵌件28具有混合器体32，所述混合器体一般提供鞍状的结构并且在中央的和相对于混合器纵轴线A大致横向延伸的顶点区域34中并且在顶点区域34两侧设置的并且关于这个顶点区域轴向朝下游的方向错开地设置的偏转区域36、38中具有分别相对于混合器纵轴线A大致横向或正交或成角度地取向的偏转面区域40、42、44。在混合器体32中构造有多个穿过开口46，流入混合器体32的排气可以流向通过所述穿过开口。混合器体32这样确定尺寸，使得所述混合器体在其端部24的区域中不完全覆盖排气管12的内横截面，从而特别是在偏转区域36、38两侧构成镰刀状的穿透空隙部48、50，环流混合器体32的排气可以流动穿过所述穿透空隙部。
在示出的设计实例中，三个连接凸出部52、54、56从混合器体32出发地延伸。在此，所述布置系统是这样的，使得两个较靠近地放在一起的连接凸出部54、56关于混合器纵轴线A与单独设置的连接凸出部52大致对置地设置。利用连接凸出部52、54、56，混合器嵌件28以下面描述的方式和方法在其基本上柱形成形的端部24的区域中连接到支架30、即排气管12上。
每个连接凸出部52、54、56具有大致沿混合器纵轴线A的方向延伸的第一凸出部区段58。连接凸出部52、54、56的第一凸出部区段58优选基本上在其轴向延伸尺寸的整个区域中贴靠在支架30的内周面上。因为这个支架30具有圆状的内横截面几何形状，所以连接凸出部52、54、56可以在其第一凸出部区段58的区域中与圆的横截面几何形状相适配地倒圆地构造。
与每个连接凸出部52、54、56相配设地，在排气管12中或在其端部24上设置有连接空隙部，其中，在图2中可看到配设给两个较靠近地放在一起的连接凸出部54、56的连接空隙部60、62。优选所有配设给连接凸出部52、54、56的连接空隙部60、62沿周向方向纵向伸长并且大致设置在相对于混合器纵轴线A正交的平面中，这意味着：例如所有连接空隙部60、62的沿周向方向延伸的纵向中心轴线可以处于一个共同的、相对于混合器纵轴线A正交的平面中。
连接凸出部52、54、56在排气管12的端部24中这样定位，使得所述连接凸出部分别优选完全覆盖所述连接空隙部60、62中的一个连接空隙部。为了将混合器嵌件28固定地连接到支架30或者说排气管12上，在完全贯穿支架30、即排气管12的壁的并且因此向外也敞开的连接空隙部60、62的区域中分别构成焊接部63，从而所述焊接材料提供从内侧覆盖相应的连接空隙部60、62的连接凸出部52、54、56向支架30上的材料锁合连接并且同时也气密地封闭连接空隙部60、62。
在图3中可看到的是：连接凸出部52以其第一凸出部区段58基本上直接连接到混合器体32上地在径向外部从所述混合器体出发大致沿混合器纵轴线A的方向延伸，而在两个较靠近地放在一起的连接凸出部54、56中分别设置有第二凸出部区段64。第二凸出部区段64形成相应的第一凸出部区段58与混合器体32之间的连接。优选直线、即基本上未弯曲地延伸的第二凸出部区段从混合器体32出发轴向沿混合器纵轴线A的方向向下游并且向径向外部延伸，从而每个第二凸出部区段64从混合器体32出发向径向外部倾斜地延伸到排气管12的端部24、即支架30上，然而，与支架30或者说其内周面具有径向间距。在这样的第二凸出部区段64与混合器纵轴线之间例如可以构成5°至与30°之间的范围内的角度。对应的角度然后也在相应的第二凸出部区段64与排气管12的柱形成形的端部24之间构成，从而每个第二凸出部区段64关于管状的端部24不是精确平行地、而是相对于此轻微倾斜地向径向外部延伸。
通过以这样的第二凸出部区段64提供至少一部分所述连接凸出部52、54、56而给出以下可能性，即，在通过排气流加热时，混合器体32可以关于混合器纵轴线A径向延展，其中，然后具有相应的第二凸出部区段64的连接凸出部54、56的变形可以补偿混合器体32的延展运动。因为单独设置的连接凸出部52不具有这样的第二凸出部区段，所以所述连接凸出部提供混合器体在支架30的内横截面中的限定的定位，从而也保证：喷射到排气流中的反应剂的朝混合器嵌件28指向的喷射锥可以射到混合器体32的限定区域上。这个喷射锥特别是可以定心地定向到混合器体32的顶点区域34中的狭缝状的开口66上。
在组装排气设备时，首先将混合器嵌件28与其混合器体32和从所述混合器体径向外部地出发的连接凸出部52、54、56作为板材成形件提供。在此，连接凸出部52、54、56例如可以这样成形或这样关于混合器体32延伸，使得第一凸出部区段58也轻微向径向外部延伸。混合器嵌件28然后轴向插入到排气管12或其柱形的端部24中，其中，设置在连接凸出部52、54、56的自由端部上的并且向径向内部倾斜的弯曲部68分别提供插入斜面，所述插入斜面用于：在插入时例如可以保持轻微向径向内部变形的连接凸出部52、54、56可以进入到端部24中或者通过指离倾斜部
Figure BDA0002725227850000071
在插入到支架30中时向径向内部变形。
混合器嵌件28在此这样定位，使得每个连接凸出部52、54、56覆盖配设给其的连接空隙部60、62。接着在每个连接空隙部60、62的区域中产生焊接部，从而一方面形成混合器嵌件在其连接凸出部52、54、56的区域中的固定连接，另一方面气密地封闭每个所述连接空隙部60、62。
按照本发明构造的混合器布置系统的特征在于特别简单的并且可简单地制造的设计，在所述设计中，不设置在混合器嵌件与通过排气管提供的用于混合器嵌件的支架之间实现支承连接的附加构件。混合器嵌件可以作为板材成形件提供，从而其一方面能容易且低成本地制造，另一方面也具有对排气和反应剂有抵抗力的并且特别是也对高温有抵抗力的设计。
混合器嵌件的混合器体可以以关于其造型形状的高设计自由度与对于相应的排气设备存在的要求相适配地构造，以便一方面提供足够的表面，作为喷雾引入的反应剂可以射到所述表面上，以便一方面从这个表面偏转并且在此通过涡流与排气流混合，另一方面通过热相互作用蒸发。这样的混合器布置系统可以以简单的方式和方法设置在排气设备的任意区域中，以便特别是可以关于SCR催化器布置系统在上游产生排气和反应剂的必需的混合。
例如与混合器嵌件的大小有关地，多于或少于三个连接凸出部也可以以其他分布沿周向方向设置。也可能的是：在至少一个所述连接凸出部中，在第一凸出部区段的轴向的自由端部上设置向径向外部作用的嵌接区段，所述嵌接区段可以以嵌接到所配设的连接空隙部中的方式定位并且可以通过要构成的焊接部与支架固定地连接。以这种方式和方法可以在制造材料锁合连接之前不仅确保限定的轴向定位，而且确保混合器嵌件关于支架的限定的旋转定位。

Claims (16)

1.用于内燃机的排气设备的混合器布置系统，所述混合器布置系统包括环状地围绕混合器纵轴线(A)的、管状的支架(30)和支承在所述支架(30)上的混合器嵌件(28)，其中，所述混合器嵌件(28)关于混合器纵轴线(A)在径向外部具有沿周向方向相对于彼此隔开间距的多个连接凸出部(52、54、56)，并且所述支架(30)具有用于固定地连接所述混合器嵌件(28)与所述支架(30)的多个连接空隙部(60、62)。
2.按照权利要求1所述的混合器布置系统，其特征在于，至少一部分所述连接空隙部(60、62)、优选所有连接空隙部设置在与混合器纵轴线(A)正交的平面中，或/和至少一个、优选每个连接空隙部(60、62)沿周向方向纵向伸长。
3.按照权利要求1或2所述的混合器布置系统，其特征在于，至少一个、优选每个连接空隙部(60、62)完全贯穿所述支架(30)的壁。
4.按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统，其特征在于，所述混合器嵌件(28)在至少一个、优选所有连接凸出部(54、56、58)的区域中与所述支架(30)通过材料锁合、优选焊接来连接。
5.按照权利要求3和权利要求4所述的混合器布置系统，其特征在于，通过材料锁合连接气密地封闭完全贯穿所述支架(30)的壁的并且提供与一个连接凸出部(28)的连接的每个连接空隙部(60、62)。
6.按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统，其特征在于，具有混合器体(32)和从所述混合器体(32)径向外部地伸出的连接凸出部(52、54、56)的混合器嵌件(28)构造为板材成形件。
7.按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统，其特征在于，至少一个、优选每个连接凸出部(52、54、56)包括贴靠在所述支架(30)上的并且覆盖所述支架(30)中的至少一个连接空隙部(60、62)的第一凸出部区段(58)。
8.按照权利要求6和权利要求7所述的混合器布置系统，其特征在于，至少一个连接区段(54、56)包括将其第一凸出部区段(58)与所述混合器体(32)连接的并且与所述支架(30)径向隔开间距地延伸的第二凸出部区段(64)。
9.按照权利要求8所述的混合器布置系统，其特征在于，至少一个、优选每个第二凸出部区段(64)从所述混合器体(32)出发沿混合器纵轴线(A)的方向并且向径向外部优选大致直线地延伸，或/和至少一个连接区段(52)不具有第二凸出部区段。
10.按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统，其特征在于，所述混合器嵌件(28)具有多个排气穿过开口(46)，或/和所述混合器嵌件(28)以其外周轮廓不完全覆盖所述支架(36)的内横截面，或/和所述混合器嵌件(28)具有沿混合器纵轴线(A)的方向相对于彼此错开地设置的并且与混合器纵轴线(A)大致正交或成角度地取向的偏转面区域(40、42、44)。
11.用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统(27)，优选其中，所述支架(30)通过引导到催化器布置系统(14)的排气管(12)来提供。
12.用于制造按照上述权利要求中任一项所述的混合器布置系统(27)的方法，所述方法包括以下措施：
a)提供具有多个连接空隙部(60、62)的支架(30)，
b)提供具有多个连接凸出部(52、54、56)的混合器嵌件(28)，
c)将所述混合器嵌件(28)插入到所述支架(30)中，使得所述混合器嵌件的每个连接凸出部(52、54、56)以覆盖所述支架(30)的至少一个连接空隙部(60、62)的方式定位。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，所述措施a)包括提供所述支架(30)作为板材管，或/和所述措施b)包括提供具有混合器体(32)和从所述混合器体(32)径向外部地伸出的连接凸出部(52、54、56)的混合器嵌件(28)作为板材成形件。
14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述措施a)包括提供所述支架(30)，使得至少一部分所述连接空隙部(60、62)、优选所有连接空隙部设置在与混合器纵轴线(A)正交的平面中或/和至少一个、优选每个连接空隙部(60、62)沿周向方向纵向伸长或/和至少一个、优选每个连接空隙部(60、62)完全贯穿所述支架(30)的壁。
15.按照权利要求12-14中任一项所述的方法，其特征在于，在所述措施c)中，至少每个包括第一凸出部区段(58)和第二凸出部区段(64)的连接凸出部(54、56)从装配初始位置出发弹性地变形，或/和措施d)设置用于将所述混合器嵌件(28)在至少一个、优选每个以覆盖所述连接空隙部(60、62)中的一个连接空隙部的方式定位的连接凸出部(52、54、56)的区域中与所述支架(30)材料锁合地连接。
16.按照权利要求15结合权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述措施d)中通过材料锁合连接气密地封闭由一个连接凸出部(52、54、56)覆盖的并且完全贯穿所述支架(30)的壁的每个连接空隙部(60、62)。
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