CN112696253A - 混合器 - 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，所述混合器包括具有流入开口中心轴线(LE)和流出开口(38)的混合器壳体(40)，其中，在混合器壳体(40)中，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)跟随流入开口(24)地彼此平行地通向第三流动通道(54)并且通入到该第三流动通道中，其中，第三流动通道(54)通向流出开口(38)，其中，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)在混合器壳体(40)的外壁(16)与由外壁(16)包围的分流器壁(36)之间被提供并且第三流动通道(54)由分流器壁(36)包围。

Description

混合器
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。
背景技术
为了减少在从柴油内燃机中排放的排气中的氮氧化物份额，已知的是，将反应剂、例如尿素/水溶液喷入排气流中并且与排气流混匀。在进一步在下游跟随的SCR催化器装置中然后进行导致氮氧化物份额减少的催化反应。
为了有效地实施该催化反应，需要的是，相对于SCR催化器装置在上游导致喷射到排气中的反应剂与排气的强烈的混匀。为此目的，使用混合器，所述混合器通过不同的流体技术的措施能够引起涡流、在必要情况下也引起反应剂的蒸发。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于排气设备的混合器，其在结构上简单的设计方案中确保将排气和喷射到排气中的反应剂良好地混匀。
按照本发明，该任务通过一种用于内燃机的排气设备的混合器解决，所述混合器包括具有流入开口和流出开口的混合器壳体，其中，在混合器壳体中，第一流动通道和第二流动通道跟随流入开口地彼此并行地通向第三流动通道并且通入到该第三流动通道中，其中，第三流动通道通向流出开口，其中，第一流动通道和第二流动通道在混合器壳体的外壁与由外壁包围的分流器壁之间被提供并且第三流动通道由分流器壁包围。
在按照本发明构造的混合器中，由内燃机、例如柴油内燃机排放的排气流在引入到混合器中时或引入到混合器之后经由流入开口划分成两个部分流。这两个部分流在第一或第二流动通道中彼此分开地流动并且在引入到第三流动通道中时再次汇集。在该汇集时产生涡流，所述涡流引起排气和反应剂的有效的混合。
要指出的是，术语“并行”的表达的是，在本发明的意义中，在第一以及第二流动通道中流动的所述两个部分流以流体技术的方式彼此并行，但原则上彼此分开地引导，但不必几何平行地引导。
为了能够对于所述两个流动通道设置在其汇集的区域处支持产生涡流的走向，提出，混合器壳体以外壁的第一凸起区域向外限定第一流动通道并且以外壁的第二凸起区域向外限定第二流动通道。
两个经汇集的部分流的定向的并且进一步支持产生涡流的引入可以通过如下方式实现，即第一凸起区域和第二凸起区域在内凹区域的范围中彼此连接，其中，内凹区域形成将来自第一流动通道和第二流动通道的排气流导向到第三流动通道中的导流区域。
为了两个在第三流动通道的区域中再次汇集的部分流进入到第三流动通道中，第一流动通道和第二流动通道可以在分流器壁中的穿流开口的区域中通入到第三流动通道中。
在此，对于产生涡流特别有利的是，穿流开口与内凹区域相对置。
为了在结构上可简单地实现的设计方案可以规定，外壁通过第一壳体元件提供，其中，流入开口在第一壳体元件上构成，并且分流器壁通过至少部分地嵌入到第一壳体元件中的第二壳体元件提供，其中，流出开口在第二壳体元件上构成。
简单的构造可以进一步地通过如下方式支持，即第二壳体元件沿流出开口的流出开口中心轴线方向纵长延伸，其中，第二壳体元件在管状的第一长度区域中提供流出开口并且与第一混合器壳体元件连接且在第二长度区域中提供分流器壁。
为了可以借助分流器壁支持反应剂的蒸发，提出，第二壳体元件以分流器壁的面向流入开口的顶点区域提供反应剂接纳面区域。通过将反应剂喷射到分流器壁上来支持分流器壁的大面积的润湿和因此有效的反应剂蒸发。
为了在流入开口与流出开口之间的流动中除了按照本发明产生的涡流之外还强制进一步的流换向，提出，流入开口的流入开口中心轴线和流出开口的流出开口中心轴线彼此不平行并且不同轴地设置。尤其是可以在此规定，流入开口中心轴线和流出开口中心轴线彼此相交或/和彼此以在80°至100°的范围中、优选大约90°的角度设置。
在对于有效的混匀有利的、引入相对小的流动阻力的设计方案中，第一流动通道和第二流动通道可以关于通过流入开口的流入开口中心轴线和流出开口的流出开口中心轴线张开(确定)的中心平面构成为基本上镜像对称的。
这可以例如通过如下方式实现，即第一混合器壳体元件和第二壳体元件关于通过流入开口中心轴线和流出开口中心轴线张开的中心平面构成为基本上镜像对称的。
例如具有第一凸起区域、第二凸起区域和内凹区域的外壁可以提供混合器壳体的心形的周向轮廓。
为了将按照本发明构造的混合器与要用于喷入反应剂而设置的喷射器在结构上联结，提出，在流入开口的区域中设置喷射器装配成型部。此外，为了确定用于运行排气设备相关的信息、例如排气温度、在排气中的氧含量或在排气中的氮氧化物份额，可以在流入开口的区域中设置传感器装配成型部。
为了改善混合器与穿流混合器的排气或喷射到排气流中的反应剂的相互作用，提出，在分流器壁上设置至少一个在第一流动通道上游伸出或伸出到第一流动通道中的表面扩大元件或/和至少一个在第二流动通道上游伸出或伸出到第二流动通道中的表面扩大元件。优选与所述两个流动通道中的至少一个流动通道相配地设置多个这样的、例如沿流动方向在相应的流动通道中或/和在其上游相继跟随地设置的表面扩大元件。所述表面扩大元件一方面加强排气流的涡流，另一方面提供分流器壁的扩大的表面，以液体的形式喷射的反应剂可以射到所述表面上，以便然后从该表面蒸发。
作为替代性方案或附加方案，可以为了扩大表面或也为了加强排气流的涡流的产生而使分流器壁至少部分地构成为波浪状的。
此外，本发明涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备具有按照本发明构造的混合器以及在混合器壳体上或在混合器壳体上游支承的喷射器。
为了所喷射的反应剂的有效的蒸发提出，喷射器在混合器壳体上或在混合器壳体上游支承成，使得从所述喷射器释放的反应剂射流朝分流器壁的反应剂接纳面区域指向。
附图说明
接着参考附图详细说明本发明。在附图中：
图1示出用于内燃机的排气设备的混合器的透视图；
图2沿在图1中的观察方向II示出混合器的侧视图；
图3示出图2的混合器的沿在图2中的线III-III剖切的剖面图；
图4示出图1的混合器的提供分流器壁和流出开口的壳体元件；
图5沿在图4中的观察方向V示出图4的壳体元件的俯视图；
图6以所述壳体元件的替代性的设计方案示出图4的壳体元件的对应于图5的俯视图。
具体实施方式
在所述附图中，用于内燃机的总体地以11表示的排气设备的混合器以10表示。混合器10包括壳体状的第一壳体元件12和管状的第二壳体元件14。两个壳体元件中的每个壳体元件优选由板材构造。
第一壳体元件12以构成为环周壁的外壁16、连接到外壁16上的上端壁18和在另一端部处连接到外壁16上的下端壁20构成。例如外壁16和两个端壁18可以通过分别单独作为板成型件提供的并且通过焊接相互连接的构件提供。流入管22可以例如通过焊接连接到外壁16或两个端壁18、20上并且可以例如与它们一起提供流入开口24。该流入开口24通过流入元件22沿流入开口纵轴线LE通至在第一壳体元件14中形成的内部空间26中。
在下端壁20处可以设置例如基本上柱体形的凸肩28，第二壳体元件14穿过所述凸肩导入到第一壳体元件12中并且第二壳体元件14可以例如通过焊接固定在所述凸肩上。如在图4中可看出的是，第二壳体元件14以基本上管状的第一长度区域30和在其上连接的并且提供穿流开口32的第二长度区域34构成。利用基本上在内部空间26中延伸的第二长度区域34，第二壳体元件14形成分流器壁36。在第一长度区域30的区域中，第二壳体元件14提供流出开口38，穿过所述流出开口，沿排出开口中心轴线LA方向，离开混合器10的由反应剂和排气组成的混合物可以流动至排气设备的沿流动方向然后跟随的系统区域、例如SCR催化器。
在基本上通过两个壳体元件12、14提供的混合器壳体40中，流入开口24和流出开口38设置成或者说取向成，使得其相应的中心轴线LE和LA处于共同的平面E中或张开该平面E并且彼此不平行或同轴。如图2形象地说明的那样，两个中心轴线LE和LA可以例如以大致90°的角度、亦即彼此正交地设置。
如果流入开口24或流出开口38设置在混合器壳体40的柱体形的区段的区域中，则流入开口中心轴线LE和流出开口中心轴线LA可以例如基本上对应于这些区段的柱体轴线。如果流入开口24或流出开口38不设置在混合器壳体40的柱体形的区段的区域中，则流入开口中心轴线LE和流出开口中心轴线LA可以大致视为代表这些开口的几何中心区域的、不是必然直线延伸的中心线。
第一壳体元件12在图3中示出的经过外壁16的横截面中具有大致心形的造型。为此，混合器壳体40尤其是在外壁16的区域中具有第一凸起区域42并且相关于所述平面E与此镜像对称地具有第二凸起区域44。在外壁16的与流入开口24相对置的区域中，这两个凸起区域42、44在内凹区域46的区域中过渡到彼此中。两个端壁18、20与外壁16的该造型适配地也具有大致心形的外周轮廓。
因此，在从外部观察混合器壳体40时，凸起区域42、44构成混合器壳体40的凸的结构，而内凹区域46是混合器壳体40的凹的结构。
在内部空间26中，在第一壳体元件12中的流入开口24通过由第二壳体元件14的第二长度区域34提供的分流器壁36覆盖。沿主进入方向HE的方向经由流入开口24流入到内部空间26中的排气流射到分流器壁36上并且通过所述分流器壁相对于所述平面E基本上相同形状地在两侧导出。为此有利的是，第二壳体元件14也关于所述平面E构成为基本上镜像对称的。
结合第一凸起区域42，第二壳体元件14以其分流器壁36限定第一流动通道48，所述第一流动通道从流入开口24环状地朝内凹区域46的方向引导。在所述平面E的另一侧，分流器壁36与第二凸起区域44一起限定第二流动通道50，所述第二流动通道从流入开口24通至内凹区域46。两个流动通道48、50也尤其是基于两个壳体部件12、14的造型关于所述平面E基本上镜像对称，从而经由流入开口24引入到内部空间26中的排气流的大致相同的部分流在所述两个流动通道48、50中流动。
在第二壳体元件14中提供的穿流开口32定位成，使得所述穿流开口与内凹区域46相对置。内凹区域46提供导流区域42，所述导流区域如通过流线示意示出的那样将在所述两个流动通道48、50中流动的部分流引入到在第二壳体部件14的内部中形成的第三流动通道54中。因为两个部分流从两侧大致均匀地借助导流区域52穿过穿流开口32转向到第三流动通道54中，所以在第三流动通道54的在所述平面E的两侧形成的半部中产生两个彼此大致对称的或者说镜像对称的旋流。两个这样构成的旋流将引入到第三流动通道54中的排气然后进一步沿流出开口中心轴线A方向引导穿过第二壳体元件14的第一长度区域30，其中，第一长度区域30也可以提供第三流动通道54的一部分。
在流入开口24的区域中，在第一壳体元件12上设置可在图2和图3中看出的喷射器装配成型部56。该喷射器装配成型部56可以包括在第一壳体元件12中提供的开口58，穿过所述开口，在第一壳体元件12的外侧上例如在要在那里设置的装配接管的区域中设置的喷射器可以将反应剂引入到排气流中。
图2以箭头A、B和C形象地说明这样的喷射器装配成型部56或通过这些箭头A、B、C也示意示出的喷射器的三个可能的定位。在这些区域中的每个区域中，可以设置与箭头C相配地图示地示出的喷射器装配成型部56，其中，例如通过箭头A指示的位置对应于喷射器的如下位置，在所述位置中，所述喷射器在上端壁18的区域中并且因此最大地远离于流出开口38地定位。喷射器装配成型部56的对应于箭头B的定位大致对应于相对于流入开口24在一侧在两个端壁18、20之间的中间的定位，而在图2和图3中示出的并且通过箭头C指示的定位指示喷射器装配成型部56在端壁20中或靠近端壁并且因此也靠近流出开口38的定位。虽然这些定位中的每个定位对于喷射器装配成型部56都是可能的，但是通过箭头A和B示出的定位基于因此可实现的特别有效的混匀效果是优选的。
此外，图3示出的是，在第一壳体元件12上可以设置传感器装配成型部60。该传感器装配成型部也可以包括开口62，穿过所述开口，例如在该区域中在固定在第一壳体元件12上的接管上支承的传感器可以接合到内部空间26中或与所述内部空间相互作用地定位。这样的传感器可以例如是温度传感器、氮氧化物传感器或λ传感器、亦即提供如下信息的传感器，所述信息对于排气设备的运行是相关的并且例如可以用于控制喷射器亦或用于在内燃机中的燃烧运行。
此外，图5形象地说明的是，例如在喷射器的以在先所述的或在图1和图2中形象说明的方式的定位中，由喷射器通常以喷射锥体S的形式释放的反应剂射流朝分流器壁36的面向流入开口24的顶点区域64指向。朝上游方向、亦即朝流入开口24方向凸地拱曲的分流器壁36的该顶点区域64因此提供反应剂接纳面区域66，反应剂射流或喷射锥体S射到所述反应剂接纳面区域上。因此可以确保，几乎所有由喷射器喷射的反应剂润湿分流器壁36的表面并且在两个流动通道48、50中沿分流器壁36被承载并且在此从分流器壁36蒸发并且因此到达相应的流动通道48、50中的排气流中。
在两个流动通道48、50上游、亦即在流入开口24的区域中并且在两个部分流分开之前朝顶点区域64喷射的反应剂因此通过这两个部分流被携带穿过所述两个流动通道48、50并且以两个在图3中示意示出的旋流的形式的两个部分流到达第三流动通道54中。通过这些旋流产生这样的涡流，使得出现蒸发的或部分以微滴形式一起携带的反应剂与排气的有效的混匀。由反应剂和排气这样产生的混合物然后穿过第三流动通道54或第二壳体元件14和在其中形成的流出开口38从混合器10中沿主流出方向HA的方向以然后逐渐也混合的旋流的形式流出。
图6示出提供分流器壁36的第二壳体元件14的在结构上的设计方案的一种替代性方案。因此，图6的左边的半部通过虚线画出，分流器壁36可以例如从顶点区域66出发沿其限定相应的流动通道48或50的区域或/和在其上游构成为波浪状的。这样的波浪状的结构导致分流器壁36的表面扩大并且因此支持润湿该表面的反应剂的蒸发。另一方面，沿相应的流动通道48或50的流动方向进展的波浪结构已经在流动通道48、50中支持涡流的产生和因此反应剂与排气的混合。
在图6的右边的半部形象地说明一种设计方案，在该设计方案中，从分流器壁36伸出地、沿流动方向相继设置多个表面扩大元件68。这些表面扩大元件可以例如设置成，使得其从分流器壁36的面向相应的流动通道48或50的一侧大致正交地伸出并且沿流出开口中心轴线LA方向基本上遍及流动通道48、50的整个延伸区域。这些表面扩大元件68在相应的流动通道48、50中或与定位有关地已经在相应的流动通道48、50上游也支持排气流的涡流并且扩大第二壳体元件14的提供用于以反应剂润湿并且因此提供用于反应剂蒸发的表面。
要指出的是，在图6中示出的两个替代性方案可以彼此结合地设置，并且表面扩大元件可以具有与示出的延伸方向偏离的定位，例如可以沿流动方向或相反于流动方向安装。在具有波浪状的结构的分流器壁的设计方案中，该结构可以例如基本上具有正弦波的形状。也可以实现其他波形、例如锯齿波形或三角波形。
本发明提供混合器的在结构上可简单地实现的概念，其在使用小的数量的可简单地成型的构件的情况下可以引起排气和反应剂的有效的混匀。
最后要指出的是，当然在按照本发明构造的混合器中，可以在不偏离本发明的基本概念、也就是划分成两个然后为了产生相应的旋流而要汇集的部分流的情况下进行在结构上的改变。因此如图3结合在那里示出的喷射器装配成型部56示意示出的那样，可以例如偏离关于通过两个开口中心轴线张开的平面E的精确对称的设计方案。这可以不仅涉及喷射器装配成型部的设计方案或定位而且涉及第一或第二流动通道的设计方案。通过这样的与精确对称的设计偏离的造型，可能的是，补偿分流器壁36的不均匀的流入。喷射器可以在另一种替代性的设计型式中也相对于混合器壳体在上游例如设置在通向混合器壳体的排气管上。

Claims (17)

1.用于内燃机的排气设备的混合器，所述混合器包括具有流入开口(24)和流出开口(38)的混合器壳体(40)，其中，在所述混合器壳体(40)中，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)跟随所述流入开口(24)地彼此并行地通向第三流动通道(54)并且通入到该第三流动通道中，其中，第三流动通道(54)通向流出开口(38)，其中，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)在混合器壳体(40)的外壁(16)与由外壁(16)包围的分流器壁(36)之间被提供并且第三流动通道(54)由分流器壁(36)包围。
2.按照权利要求1所述的混合器，其特征在于，混合器壳体(40)以外壁(16)的第一凸起区域(42)向外限定第一流动通道(48)并且以外壁(16)的第二凸起区域(44)向外限定第二流动通道(50)。
3.按照权利要求2所述的混合器，其特征在于，所述第一凸起区域(42)和所述第二凸起区域(44)在内凹区域(46)的范围中彼此连接，其中，所述内凹区域(46)形成将来自第一流动通道(48)和第二流动通道(50)的排气流导向到第三流动通道(54)中的导流区域(52)。
4.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)在分流器壁(36)中的穿流开口(32)的区域中通入到第三流动通道(54)中。
5.按照权利要求3和权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述穿流开口(32)与所述内凹区域(46)相对置。
6.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，外壁(10)通过第一壳体元件(12)提供，其中，流入开口(24)在第一壳体元件(12)上构成，并且分流器壁(36)通过至少部分地嵌入到第一壳体元件(12)中的第二壳体元件(14)提供，其中，流出开口(38)在第二壳体元件(14)上构成。
7.按照权利要求6所述的混合器，其特征在于，第二壳体元件(14)沿流出开口(38)的流出开口中心轴线(LA)方向纵长延伸，其中，第二壳体元件(14)在管状的第一长度区域(30)中提供流出开口(38)并且与第一混合器壳体元件(12)连接并且在第二长度区域(34)中提供分流器壁(36)，或/和第二壳体元件以分流器壁(36)的面向流入开口(24)的顶点区域(64)提供反应剂接纳面区域(66)。
8.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，流入开口(24)的流入开口中心轴线(LE)和流出开口(38)的流出开口中心轴线(LA)彼此不平行并且不同轴地设置。
9.按照权利要求8所述的混合器，其特征在于，流入开口中心轴线(LE)和流出开口(38)的流出开口中心轴线(LA)彼此相交或/和相对彼此以在80°至100°的范围中、优选大约90°的角度设置。
10.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，第一流动通道(48)和第二流动通道(50)关于通过流入开口(24)的流入开口中心轴线(LE)和流出开口(38)的流出开口中心轴线(LA)张开的中心平面(E)构成为基本上镜像对称的。
11.按照权利要求10所述的混合器，其特征在于，第一壳体元件(12)和第二壳体元件(14)关于通过流入开口中心轴线(LE)和流出开口中心轴线(LA)张开的中心平面(E)构成为基本上镜像对称的。
12.按照权利要求3或只要回引权利要求3的权利要求4-11中任一项所述的混合器，其特征在于，具有第一凸起区域(42)、第二凸起区域(44)和内凹区域(46)的外壁(16)提供混合器壳体(40)的心形的周向轮廓。
13.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，在流入开口(24)的区域中设置喷射器装配成型部(56)，或/和在流入开口(24)的区域中设置传感器装配成型部(60)。
14.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，其特征在于，在分流器壁(36)上设置至少一个在第一流动通道(48)上游伸出或伸出到第一流动通道中的表面扩大元件(64)或/和至少一个在第二流动通道(50)上游伸出或伸出到第二流动通道中的表面扩大元件(68)。
15.按照前述权利要求中任一项所述的混合器，分流器壁(36)至少部分地构成为波浪状的。
16.用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括按照前述权利要求中任一项所述的混合器(10)以及在混合器壳体(40)上或在混合器壳体(40)上游支承的喷射器(A、B、C)。
17.按照权利要求16所述的排气设备，其特征在于，喷射器(A、B、C)在混合器壳体(40)上或在混合器壳体(40)上游支承成，使得从所述喷射器释放的反应剂射流朝分流器壁(36)的反应剂接纳面区域(66)指向。
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