CN118223972A - 用于内燃机的排气设备的混合部段 - 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部段，该混合部段用于混合排气和反应介质(R)，该混合部段包括：包围限定混合室的混合部段壳体(22)，该混合部段壳体具有壳体底部(28)，在该壳体底部(28)中设置有至少一个排气进入开口(341、342)，用于使排气进入到所述混合室中；反应介质输出单元(18)，用于将反应介质基本上沿主输出方向(H)输出到所述混合室中；反应介质收集组件(42)，用于收集输出到所述混合室中的反应介质，该反应介质收集组件(42)包括在主输出方向(H)上彼此跟随的多个反应介质收集元件(441、442、443)，每个反应介质收集元件(441、442、443)具有朝向所述反应介质输出单元定位的反应介质收集面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的排气设备的混合部段，用于混合排气和反应介质。
背景技术
为了降低从内燃机排出的排气中的有害物质含量，已知的是，将反应介质、例如尿素/水溶液喷射到排气中。在起催化作用的排气处理组件中、例如SCR-催化器中，在使用反应介质的情况下进行引起有害物质含量降低的催化反应，例如选择性催化还原。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于内燃机的排气设备的混合部段，利用该混合部段在小的结构空间需求的情况下实现排气和喷射到该排气中的反应介质的高效混合。
根据本发明，该任务通过一种用于内燃机的排气设备的混合部段来解决，该混合部段用于混合排气和反应介质，该混合部段包括：
-包围限定混合室的混合部段壳体，该混合部段壳体具有壳体底部，在该壳体底部中设置有至少一个排气进入开口，用于使排气进入到所述混合室中，
-反应介质输出单元，用于将反应介质基本上沿主输出方向输出到所述混合室中，
-反应介质收集组件，用于收集输出到所述混合室中的反应介质，其中，该反应介质收集组件包括在主输出方向上彼此跟随的多个反应介质收集元件，每个反应介质收集元件具有朝向所述反应介质输出单元定位的反应介质收集面。
通过将布置在混合室中的反应介质收集元件利用喷射到混合室中的反应介质润湿，使用相对大的表面，以便使通常以液体形式作为喷雾以大量反应介质液滴喷射的反应介质蒸发并且与在混合室中涡流的排气混合。
对于结构上简单的设计方案，至少一个反应介质收集元件、优选每个反应介质收集元件可以板状地构造并且具有基本上平坦的反应介质收集面。
为了避免反应介质收集元件的相互屏蔽，建议：在至少一个反应介质收集元件中、优选在每个反应介质收集元件中构造有多个穿通开口。
反应介质收集面的高效润湿可以通过如下方式实现，即在至少一个反应介质收集元件中、优选在每个反应介质收集元件中，所述反应介质收集面基本上垂直于主输出方向定向和/或与所述至少一个排气进入开口的开口中心轴线基本上平行地定向。此外可以规定，至少两个反应介质收集面、优选所有反应介质收集面彼此基本上平行。
可以进一步通过如下方式防止所述反应介质收集元件相互屏蔽而不利用喷射到混合室中的反应介质润湿，即在至少两个彼此直接相邻的反应介质收集元件中、优选在所有彼此直接相邻的反应介质收集元件中，靠近所述反应介质输出单元定位的反应介质收集元件的反应介质收集面小于距所述反应介质输出单元较远地定位的反应介质收集元件的反应介质收集面。
为了获得紧凑的结构型式，建议：在至少两个彼此直接相邻的反应介质收集元件中、优选在所有彼此直接相邻的反应介质收集元件中，靠近所述反应介质输出单元定位的反应介质收集元件的反应介质收集面横向于主输出方向基本上完全与距所述反应介质输出单元较远的反应介质收集元件的反应介质收集面重叠。
当所述反应介质收集元件的反应介质收集面的大小沿主输出方向增加时，可以确保距所述反应介质输出单元较远定位的反应介质收集元件的可靠润湿。
为了整个反应介质收集组件的均匀润湿，建议：所述反应介质输出单元的输出位置在横向于主输出方向的至少一个方向上基本上相对于所述反应介质收集组件的外周轮廓在中央定位。
为此可以规定，所述反应介质收集组件的外周轮廓基本上对应于具有最大的反应介质收集面的反应介质收集元件的外周轮廓。
至少一个排气进入开口、优选每个排气进入开口可以在优选基本上平行于主输出方向的开口纵轴线的方向上长形地延伸，由此避免排气流的过度节流。在此，特别有利的是，在所述壳体底部中设置有至少两个在相应的开口纵轴线的方向上长形延伸的排气进入开口，所述排气进入开口具有彼此基本上平行的开口纵轴线并且在所述开口纵轴线的方向上彼此至少部分地、优选基本上完全地重叠。
为了稳定地保持所述反应介质收集元件，它们可以在壳体底部上承载在所述至少两个排气进入开口之间。
如果至少一个反应介质收集元件、优选每个反应介质收集元件横向于主输出方向至少部分地在至少一个排气进入开口上延伸，则这样定位的反应介质收集元件与排气流的高效相互作用也特别是确保用于加热反应介质收集元件。在此，特别有利的是，所有反应介质收集元件横向于主输出方向至少部分地在相同的排气进入开口上延伸。
为了获得被引入到混合室中的排气的辅助混合的涡流，所述混合部段壳体可以具有与壳体底部相对置的排气转向壁，该排气转向壁具有朝向混合室的凹形的转向内表面。
在此，如果所述转向内表面具有顶点区域，该顶点区域与壳体底部具有最大距离，并且该顶点区域在壳体底部上的基本上垂直的投影位于两个排气进入开口之间，则在混合室中产生两个彼此相反定向的排气涡流，由此进一步辅助排气与喷射到混合室中的或者说由反应介质收集面蒸发的反应介质的混合。
为了能够高效地利用排气在混合室中的涡流以便与喷射到混合室中的反应介质混合，进一步提出：所述顶点区域在所述至少一个排气进入开口的开口纵轴线的方向上或/和在主输出方向上长形地延伸。
为了输出在混合部段中生成的由排气和反应介质组成的混合物，所述混合部段壳体可以具有排气排出开口，其中，穿流所述至少一个排气进入开口的排气的主流入方向基本上垂直于穿流所述排气排出开口的排气的主流出方向。
本发明还涉及一种用于内燃机的排气设备，该排气设备包括根据本发明构造的混合部段。
在所述混合部段的上游可以布置有至少一个排气处理组件，所述排气处理组件优选包括氧化催化器和/或颗粒过滤器。为了转化由排气和反应介质组成的混合物，在所述混合部段的下游可以布置有至少一个排气处理组件，所述排气处理组件优选包括SCR催化器。
附图说明
下面将借助附图详细说明本发明。在附图中：
图1示出排气设备的具有混合部段的部分的侧视图；
图2示出沿图1中的观察方向II的图1的排气设备的视图；
图3放大图1的排气设备的包括所述混合部段的区域；
图4示出沿图3中的观察方向IV的图3的混合部段的部分敞开地示出的视图；
图5示出混合部段壳体的壳体底部的侧视图，其具有承载在其上的反应介质收集组件的反应介质收集元件；
图6示出沿图5中的主输出方向观察的在图5中示出的结构组合件的视图。
具体实施方式
图1至4示出车辆中的内燃机的总体用10标记的排气设备的部分区域。排气设备10的所述部分区域在例如包括氧化催化器和/或颗粒过滤器的、位于上游的排气处理组件12和例如包括SCR催化器的下游的排气处理组件14之间包括总体用16标记的混合部段。在混合部段16中，以下面描述的方式离开排气处理组件12的排气A与通过总体也被称为喷射器的反应介质输出单元18喷射到混合室20中的反应介质R混合，使得排气A和反应介质R的混合物G流到下游的排气处理组件14中。
混合部段16包括总体用22表示的混合部段壳体。混合部段壳体22包括基本上圆顶状构造的并且例如作为板材成形件一件式或多件式提供的壳体部件24。壳体部件24可以在其上游的端部区域26中连接到上游的排气处理组件12上。
混合部段壳体22还包括基本上板状构造的、例如也作为板材成形件提供的壳体底部28。在图5和6中详细示出的壳体底部28可以在外周区域中具有多个连接接片30，被插入到壳体部件24中的壳体底部28可以通过这些连接接片与壳体部件24例如通过熔焊或钎焊或类似方式固定连接。因此，壳体底部28和壳体部分24基本上包围限定在混合部段壳体22中形成的混合室20。此外，在壳体部分24上这样承载有反应介质输出组件18，使得该反应介质输出组件将反应介质R基本上沿主输出方向H输出到混合室20中，该主输出方向可以平行于壳体底部28的近似平坦的表面32定向。对此要指出的是，主输出方向H例如可以对应于反应介质R的由反应介质输出单元18输出的喷射锥体K的中心轴线的方向。例如，主输出方向H可以基本上对应于反应介质R的中间的输出方向。
在所示的设计方案示例中，在壳体底部28中构造有两个排气进入开口341、342。排气进入开口341、342的开口中心轴线M1、M2基本上垂直于壳体底部28的基本上平坦的表面32定向。从上游的排气处理组件12进入到混合室20中的排气A基本上在大致平行于相应的开口中心轴线M1、M2的相应的主流入方向E1、E2上穿流排气进入开口341、342。
所述两个排气进入开口341、342这样布置在壳体底部28中，使得其开口纵轴线L1、L2基本上垂直于相应的开口中心轴线M1、M2并且基本上彼此平行并且优选也基本上平行于主输出方向H。此外，排气进入开口341、342定位成，使得它们在其开口纵轴线L1、L2的方向上基本上完全重叠，这可以意味着，两个排气进入开口341、342在其相应的开口纵轴线L1、L2的方向上基本上具有相同的长度，并且优选也具有横向于相应的开口纵轴线L1、L2的相同的宽度。
在图4至图6中可看出，排气进入开口341、342中的每个排气进入开口由在朝向混合室20的方向上定向的并且例如通过成形生成的开口边缘361、362包围。开口边缘361、362辅助排气A沿相应的主要流入方向E1、E2限定地流入到混合室20中。
与壳体底部28一起包围限定混合室20的壳体部分24特别是在其与壳体底部28相对置的区域中圆顶状成形并且提供转向壁38，该转向壁具有朝向混合室20的、相对于混合室20的凹形的转向内表面40。由于圆顶状的造型，转向内表面40具有顶点区域S，在该顶点区域中转向内表面40具有相对于壳体底部28或其基本上平坦的表面32的最大距离。顶点区域S在壳体底部28上的通过图4中的投影箭头P1示出的垂直投影如这也在图6中所示的那样优选基本上居中地位于所述两个排气进入开口341、342之间并且也可以优选沿开口纵轴线L1、L2的方向基本上位于排气进入开口341、342的居中的区域中。原则上，顶点区域S可以构造成，使得其如图3暗示的那样具有也沿主输出方向H或开口纵轴线L1、L2的方向长形延伸的分布线(走向)，该分布线距壳体底部32具有近似恒定的距离。
通过壳体部分24在其转向壁38的区域中的这种结构，通过排气进入开口341、342在相应的主流入方向E1、E2上被引入到混合室20中的排气A这样转向，使得产生两个彼此相反定向的排气涡流W1、W2。在顶点区域S的之前提到的线状延伸的造型中，这些排气涡流W1、W2由于排气进入开口341、342的沿相同方向长形延伸的造型原则上也能够具有沿所述方向延伸的辊状结构。
在混合室20中布置有总体用42表示的反应介质收集组件。在所示的实施例中，反应介质收集组件42包括三个基本上板状构造的并且例如构造为板材成形件的反应介质收集元件441、442、443。板状构造的反应介质收集元件441、442、443例如能够通过材料锁合的连接在壳体底部28上固定在所述两个排气进入开口341、342之间的区域中。
每个反应介质收集元件441、442、443具有基本上平坦的、即未弯曲的并且朝向反应介质输出单元18定向的反应介质收集面461、462、463。反应介质收集元件441、442、443这样布置在混合室20中，使得其基本上平坦的、未弯曲的反应介质收集面461、462、463基本上垂直于主输出方向H定向并且相对于在相应的排气进入开口341、342中存在的主流入方向E1、E2并且也相对于彼此基本上平行地定向。因此，反应介质收集元件441、442、443基本上不阻碍排气A流入到混合室20中，但提供与喷射到混合室20中的反应介质R的最大收集相互作用。
在主输出方向H上彼此跟随地布置的反应介质收集元件441、442、443设计成，使得分别设置在其上的反应介质收集面461、462、463的大小在背离反应介质输出单元18的方向上、即基本上也在主输出方向H上增加。最靠近反应介质输出单元18定位的反应介质收集元件441具有最小的反应介质收集面461，而距反应介质输出单元18最远定位的反应介质收集元件443提供最大的反应介质收集面463。
如特别是在图6中可看出，在主输出方向H上观察时彼此重叠的反应介质收集元件441、442、443特别是在其相应的反应介质收集面461、462、463的区域中近似具有相同的外周边几何形状、即基本上矩形的外周边几何形状。在此，反应介质收集元件441、442、443定位成，使得反应介质收集组件42的外周轮廓基本上通过提供最大反应介质收集面463的反应介质收集元件443的外周轮廓限定。这意味着，构造有相应较小的反应介质收集面461、462的反应介质收集元件441、442横向于主输出方向H基本上没有伸出超过提供最大反应介质收集面463的反应介质收集元件443的外周轮廓。这导致反应介质收集组件42的外周轮廓的在图6中示出的中心Z基本上由反应介质收集元件443的反应介质收集面463的中央区域限定。
为了实现所有反应介质收集元件441、442、443利用反应介质R高效润湿，反应介质输出单元18定位或定向成，使得反应介质R在主输出方向H上从反应介质输出单元18输出的输出位置O在主输出方向H上观察时基本上直接与反应介质排放装置42的外周轮廓的中心Z相对置，这在图5中通过投影箭头P2示出。由此保证，相对于主输出方向H在周向方向上基本上对称的喷射锥体K能够基本上均匀地包围反应介质排放装置42的外周轮廓并且因此能够基本上在其整个表面上近似均匀地润湿反应介质收集面461、462、463。
为了在此尽可能避免在主输出方向H上彼此跟随的反应介质输出元件441、442、443相互屏蔽，在所述反应介质输出元件中能够分别设有多个穿通开口481、482、483。因此，要流到相应的反应介质收集元件461、462、463上的反应介质R的一部分不在所述反应介质收集元件上被收集，而是在穿通开口481、482、483的区域中穿流所述穿通开口并且因此一方面能够在主输出方向H上润湿随后的反应介质收集元件442、443或者在最后的反应介质收集元件443的下游与在混合室20中的所述容积区域中流动的排气A混合。
特别是在图2和图6中可以清楚地看到，反应介质收集元件441、442、443这样定位在壳体底部28上，即反应介质收集元件横向于主输出方向H或也横向于开口纵轴线L1、L2延伸到排气进入开口342的区域中。这一方面增强了反应介质收集元件441、442、443与流入到混合室20中的排气A的热相互作用，从而确保了反应介质收集元件441、442、443的辅助反应介质蒸发的快速加热。另一方面，反应介质收集元件441、442、443的这种定位能够实现反应介质收集组件42的外周轮廓的中心Z与排放位置O或主输出方向H的之前提到的定向与反应介质输出单元18在壳体部件24上的定位协调。为了进一步增强与排气A的热相互作用或者也为了能够提供更大的反应介质收集面，反应介质收集元件441、442、443可以构造成，使得其也延伸到排气进入开口341的区域中。这在反应介质输出单元18在混合部段壳体22上定位成使得排放位置O基本上居中地位于所述两个排气进入开口341、342之间时能够是特别有利的。
在混合室20中形成的由排气A和反应介质R组成的混合物G在排气排出开口50的区域中基本上沿主流出方向S离开混合部段壳体22，该主流出方向近似垂直于主流入方向E1、E2定向。这导致混合部段16或整个排气设备10的紧凑结构并且由于在混合室20的区域中出现的并且与涡流叠加的大约90°的流动转向而导致排气A和已经接收在该排气中的反应介质R的进一步混合。因此，确保了基本上均匀地混合有反应介质R的排气A可以例如穿过过渡壳体52流入到下游的排气处理组件14中，并且因此在所述排气处理组件中在其横截面上分布地可以与设置在其中的用于实施所设置的排气净化功能的起催化作用的材料基本上均匀地相互作用。
对此要指出的是，可以对以上借助一个实施例示出的混合部段进行不同的变化。因此，例如可以提供多于三个所示的反应介质收集元件。在反应介质收集元件的顺序中，例如也可以形成两个彼此直接相邻的具有相同尺寸的反应介质收集面的反应介质收集元件。对此要指出的是，关于不同部件或设计方面的之前阐述的定向，例如彼此垂直或平行，相应的定向可以与相应的精确的平行定向或垂直定向略有不同，而不会导致损害通过不同系统区域的相互作用引起的排气和反应介质的混合。
Claims (17)
1.用于内燃机的排气设备的混合部段，该混合部段用于混合排气(A)和反应介质(R)，该混合部段包括：
-包围限定混合室(20)的混合部段壳体(22)，该混合部段壳体具有壳体底部(28)，在该壳体底部(28)中设置有至少一个排气进入开口(341、342)，用于使排气(A)进入到所述混合室(20)中，
-反应介质输出单元(18)，用于将反应介质(R)基本上沿主输出方向(H)输出到所述混合室(20)中，
-反应介质收集组件(42)，用于收集输出到所述混合室(20)中的反应介质(R)，该反应介质收集组件(42)包括在主输出方向(H)上彼此跟随的多个反应介质收集元件(441、442、443)，其中，每个反应介质收集元件(441、442、443)具有朝向反应介质输出单元定位的反应介质收集面(461、462、463)。
2.根据权利要求1所述的混合部段，其特征在于，至少一个反应介质收集元件(441、442、443)、优选每个反应介质收集元件(441、442、443)板状地构造并且具有基本上平坦的反应介质收集面(461、462、463)，或/和在至少一个反应介质收集元件(441、442、443)中、优选在每个反应介质收集元件(441、442、443)中构造有多个穿通开口(481、482、483)。
3.根据权利要求1或2所述的混合部段，其特征在于，在至少一个反应介质收集元件(441、442、443)中、优选在每个反应介质收集元件(441、442、443)中，所述反应介质收集面(461、462、463)基本上垂直于主输出方向(H)定向和/或与所述至少一个排气进入开口(341、342)的开口中心轴线(M1、M2)基本上平行地定向，和/或至少两个反应介质收集面(461、462、463)、优选所有反应介质收集面(461、462、463)彼此基本上平行。
4.根据权利要求1至3中任一项的混合部段，其特征在于，在至少两个彼此直接相邻的反应介质收集元件(441、442、443)中、优选在所有彼此直接相邻的反应介质收集元件(441、442、443)中，靠近所述反应介质输出单元(18)定位的反应介质收集元件(441、442)的反应介质收集面(461、462)小于距所述反应介质输出单元(18)较远地定位的反应介质收集元件(442、443)的反应介质收集面(462、463)。
5.根据权利要求1至4中任一项的混合部段，其特征在于，在至少两个彼此直接相邻的反应介质收集元件(441、442、443)中、优选在所有彼此直接相邻的反应介质收集元件(441、442、443)中，靠近所述反应介质输出单元(18)定位的反应介质收集元件(441、442)的反应介质收集面(461、462)横向于主输出方向(H)基本上完全与距所述反应介质输出单元(18)较远的反应介质收集元件(442、443)的反应介质收集面(462、463)重叠。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的混合部段，其特征在于，所述反应介质收集元件(441、442、443)的反应介质收集面(461、462、463)的大小沿主输出方向(H)增加。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的混合部段，其特征在于，所述反应介质输出单元(18)的排放位置(O)在横向于主输出方向(H)的至少一个方向上基本上相对于所述反应介质收集组件(H)的外周轮廓在中央定位。
8.根据权利要求6和权利要求7的混合部段，其特征在于，所述反应介质收集组件(42)的外周轮廓基本上对应于具有最大的反应介质收集面(463)的反应介质收集元件(443)的外周轮廓。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的混合部段，其特征在于，至少一个排气进入开口(341、342)、优选每个排气进入开口(341、342)在优选基本上平行于主输出方向(H)的开口纵轴线(L1、L2)的方向上长形地延伸，优选地，在所述壳体底部(28)中设置有至少两个在相应的开口纵轴线(L1、L2)的方向上长形延伸的排气进入开口(341、342)，所述排气进入开口具有彼此基本上平行的开口纵轴线(L1、L2)并且在所述开口纵轴线(L1、L2)的方向上彼此至少部分地、优选基本上完全地重叠。
10.根据权利要求9所述的混合部段，其特征在于，所述反应介质收集元件(44、442、443)在所述壳体底部(28)上承载在所述至少两个排气进入开口(341、342)之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的混合部段，其特征在于，至少一个反应介质收集元件(441、442、443)、优选每个反应介质收集元件(441、442、443)横向于主输出方向(H)至少部分地在至少一个排气进入开口(342)上延伸，优选地，所有反应介质收集元件(441、442、443)横向于主输出方向(H)至少部分地在相同的排气进入开口(342)上延伸。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的混合部段，其特征在于，所述混合部段壳体(22)具有与所述壳体底部(28)相对置的排气转向壁(38)，该排气转向壁具有朝向所述混合室(20)的凹形的转向内表面(40)。
13.根据权利要求12所述的混合部段，其特征在于，所述转向内表面(40)具有顶点区域(S)，该顶点区域具有相对于所述壳体底部(28)的最大距离，并且该顶点区域(S)在所述壳体底部(28)上的基本上垂直的投影位于两个排气进入开口(341、342)之间。
14.根据权利要求9和权利要求13所述的混合部段，其特征在于，所述顶点区域(S)在所述至少一个排气进入开口(341、342)的开口纵轴线(L1、L2)的方向上或/和在主输出方向(H)上长形地延伸。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的混合部段，其特征在于，所述混合部段壳体(22)具有排气排出开口(50)，穿流所述至少一个排气进入开口(341、342)的排气(A)的主流入方向(E1、E2)基本上垂直于穿流所述排气排出开口(50)的排气(A)或/和反应介质(R)的主流出方向。
16.用于内燃机的排气设备，该排气设备包括根据权利要求1至15中任一项所述的混合部段(16)。
17.根据权利要求16所述的排气设备，其特征在于，在所述混合部段(16)的上游布置有至少一个排气处理组件(12)，所述排气处理组件优选包括氧化催化器和/或颗粒过滤器，和/或在所述混合部段(16)的下游布置有至少一个排气处理组件(14)，所述排气处理组件优选包括SCR催化器。
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| PB01 | Publication |