DE102008017395A1 - Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung sowie eine mit einer derartigen Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ausgestattete Abgasanlage.
- Bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen kann es aus unterschiedlichen Gründen erforderlich sein, ein flüssiges Edukt in den Abgasstrom einzudüsen. Beispielsweise kann Kraftstoff stromauf eines Oxidationskatalysators in den Abgasstrom eingespritzt werden, um an einem stromab nachfolgenden Oxidationskatalysator eine exotherme Verbrennungsreaktion auszulösen. Ebenso kann beispielsweise ein Reduktionsmittel, wie z. B. Ammoniak, in den Abgasstrom eingespritzt werden, um in einem nachfolgend angeordneten SCR-Katalysator vom Abgas mitgeführte Stickoxide zu reduzieren. Anstelle von Ammoniak kann auch Harnstoff bzw. eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom eingespritzt werden. Durch eine Hydrolysere aktion entstehen aus der Harnstoff-Wasser-Lösung dann Ammoniak und Wasser. Ferner kann ein Kraftstoff oder ein anderes geeignetes Reduktionsmittel stromauf eines NOX-Speicherkatalysators in die Abgasströmung eingespritzt werden, um den NOX-Speicherkatalysator zu regenerieren.
- Um die Wirkungsweise des in flüssiger Form in den Abgasstrang eingespritzten Edukts zu verbessern bzw. zu ermöglichen, ist eine weitgehende Verdampfung ebenso erstrebenswert wie eine intensive Durchmischung mit dem Abgas, um so ein möglichst homogenes Abgas-Edukt-Gemisch zu erhalten. Hierzu kann die Abgasanlage mit einer im Abgasstrang stromab der Einspritzeinrichtung angeordneten Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ausgestattet sein.
- Je nach verwendeter Einspritzeinrichtung kann das Edukt in Form eines Flüssigkeitsstrahls eingebracht werden, der sich kegelförmig aufweitet. Bei niedrigen Motorlasten und Abgastemperaturen herrschen niedrige Abgastemperaturen und geringe Strömungsgeschwindigkeiten. In der Folge kann der Flüssigkeitsstrahl auf eine entsprechende Struktur der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung auftreffen. Je nach Ausgestaltung der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung kann der Flüssigkeitsstrahl zumindest teilweise die jeweilige Struktur der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung ungehindert durchdringen und dann in flüssiger Form zu einer Abgasbehandlungseinrichtung gelangen, bei der an sich die eingedüste Flüssigkeit nur in Form eines möglichst homogenen Gasge mischs ankommen soll. Eine reduzierte Wirkungsweise sowie die Gefahr von Beschädigungen sind die Folge.
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung bzw. eine damit ausgestattete Abgasanlage bzw. für ein zugehöriges Herstellungsverfahren eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Herstellbarkeit auszeichnet. Zusätzlich kann eine verbesserte Verdampfungswirkung erwünscht sein.
- Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung aus nur einem einzigen Blechkörper herzustellen, der hierzu einen Rohrkörper bildet, an dessen axialen Enden radial nach innen abstehende Schaufeln ausgebildet werden. Hierdurch lässt sich die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung vergleichsweise preiswert herstellen. Erfindungsgemäß sind die Schaufeln gezielt so angeordnet und ausgestaltet, dass sie gegenüber einer Axialrichtung des Rohrkörpers angestellt sind. Hierdurch wird im Bereich der Schaufeln der Strömungswiderstand erhöht und eine Verwirbelung erzeugt. Diese Verwirbelung der Abgasströmung unterstützt einerseits die Verdampfung des gegebenenfalls flüssigen Edukts und verbessert andererseits die Homogenisierung des Gemischs.
- Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform können die anströmseitigen Schaufeln des einen Endes zur Erzeugung einer Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung ausgestaltet sein, während die abströmseitigen Schaufeln des anderen Endes zur Erzeugung einer Strömungsumlenkung in Axialrichtung ausgestaltet sind. Durch diese Bauweise kann ein Drall, der durch die zuerst durchströmte Schaufelreihe erzeugt wird, beim Durchströmen der nachfolgenden Schaufelreihe wieder zumindest teilweise eliminiert werden. Somit kann die Abgasströmung die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung mit reduziertem Drall und insbesondere quasi drallfrei durchströmen, wobei gleichzeitig eine intensive Durchmischung realisierbar ist. Die Durchströmung der Einrichtung kann dadurch mit einem reduzierten Gegendruck bzw. Durchströmungswiderstand realisiert werden.
- Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Schaufeln des jeweiligen Endes so angeordnet und ausgestaltet sein, dass radial außen zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln axial freie Lücken entstehen. Hierdurch lassen sich Schaufeln mit relativ geringen Anstellwinkeln besonders einfach ausbilden. Ferner ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, die Schaufeln des einen Endes relativ zu den Schaufeln des anderen Endes in der Umfangsrichtung soweit versetzt anzuordnen, dass sie die Lücken des anderen Endes in axialer Richtung verdecken. Auf diese Weise kann trotz geringer Anstellwinkel ein blickdichter, kreisringförmiger Bereich realisiert werden, der einen axialen Durchschlag eines Flüssigkeitsstrahls durch die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung verhindert.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch,
-
1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Abgasanlage, -
2 eine Axialansicht einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, -
3 eine Seitenansicht der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, -
4 eine geschnittene Seitenansicht der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, -
5 eine perspektivische Ansicht der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, -
6 eine Ansicht eines Blechkörpers zur Herstellung einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung, -
7 eine Ansicht wie in6 , jedoch bei einer anderen Herstellungsstufe. - Entsprechend
1 weist eine Brennkraftmaschine1 , die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zur Versorgung mit Frischgas, vorzugsweise Luft, eine Frischgasanlage2 und zum Abführen von Abgas eine Abgasanlage3 auf. Eine derartige Abgasanlage3 umfasst einen Abgasstrang4 , der im Betrieb der Brennkraftmaschine1 das dort entstehende Abgas von der Brennkraftmaschine1 abführt. Die Abgasanlage3 kann zumindest eine Abgasbehandlungseinrichtung5 aufweisen, die im Abgasstrang4 angeordnet ist. Bei dieser Abgasbehandlungseinrichtung5 kann es sich z. B. um einen Oxidationskatalysator, um einen NOX-Speicherkatalysator, um einen Hydrolysereaktor, um einen SCR-Katalysator oder um ein Partikelfilter handeln. Ebenso können einzelne oder mehrere der genannten Einrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse, insbesondere in Verbindung mit einem Schalldämpfer untergebracht sein. Ferner weist die Abgasanlage3 eine Einspritzeinrichtung6 auf, die dazu ausgestaltet ist, ein flüssiges Edukt in den Abgasstrang4 einzuspritzen. Dabei ist die Einspritzeinrichtung6 am Abgasstrang4 stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung5 angeordnet. Beim flüssigen Edukt kann es sich vorzugsweise um Kraftstoff handeln, insbesondere um denselben Kraftstoff, mit dem auch die Brennkraftmaschine1 betrieben wird. Ferner kann es sich beim Edukt auch um Ammoniak oder um Harnstoff bzw. um eine wässrige Harnstofflösung handeln. Sofern eine Kraftstoffinjektion vorgesehen ist, handelt es sich bei der unmittelbar stromab zur Einspritzeinrichtung6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung5 vorzugsweise um einen Oxidationskatalysator, an dem eine Umsetzung des Kraftstoffs in Wärme erfolgt, beispielsweise um den Oxidationskatalysator auf seine Betriebstemperatur zu bringen oder um ein stromab des Oxidationskatalysator angeordnetes Partikelfilter auf eine Regenerationstemperatur aufzuheizen. Sofern die Einspritzeinrichtung6 zum Einspritzen von Ammoniak ausgestaltet ist, kann es sich bei der Abgasbehandlungseinrichtung5 um einen SCR-Katalysator handeln. Sofern Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung eingedüst wird, kann es sich bei der unmittelbar stromab folgenden Abgasbehandlungseinrichtung5 vorzugsweise um einen Hydrolysereaktor oder Hydrolyse-Katalysator handeln, in dem der Harnstoff in Ammoniak umgesetzt wird, um einen nachfolgenden SCR-Katalysator zu beaufschlagen. Ebenso kann auf die Einspritzeinrichtung6 direkt eine als SCR-Katalysator ausgestaltete Abgasbehandlungseinrichtung5 folgen, in der zusätzlich die Hydrolysereaktion abläuft. Darüber hinaus sind noch beliebige andere Anwendungen für die Einspritzung eines flüssigen Edukts in den Abgasstrang4 unmittelbar stromab einer Abgasbehandlungseinrichtung5 denkbar. - Gemäß
1 wird für die Eindüsung des Edukts eine axiale Ausrichtung des Eduktstrahls bevorzugt, was z. B. exemplarisch durch eine entsprechende Biegung im Abgasstrang4 realisierbar ist. - Um das eingespritzte, flüssige Edukt möglichst rasch und möglichst vollständig im Abgas verdampfen zu können und um das verdampfte Edukt möglichst homogen mit dem Abgas zu vermischen, ist die Abgasanlage
3 mit einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung7 ausgestattet, die im Abgasstrang4 stromab der Einspritzeinrichtung6 und zweckmäßig stromauf oder unmittelbar an oder in der zur Einspritzeinrichtung6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung5 angeordnet ist. - Bevorzugte Ausführungsformen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung
7 , die im Folgenden auch abgekürzt mit Einrichtung7 bezeichnet wird, werden im Folgenden mit Bezug auf die2 bis5 näher erläutert. - Entsprechend den
2 bis5 umfasst eine Einrichtung7 einen Rohrkörper8 , der vorzugsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, geformt ist. An jedem seiner axialen Enden weist der Rohrkörper8 mehrere Schaufeln9 bzw.9' auf, die ebenfalls einen Bestandteil der Einrichtung7 bilden. Dabei sind die an dem einen axialen Ende des Rohrkörpers8 ausgebildeten Schaufeln mit9 bezeichnet, während die am anderen axialen Ende des Rohrkörpers8 ausgebildeten Schaufeln mit9' bezeichnet sind. Die Schaufeln9 ,9' sind in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnet und stehen dabei am jeweiligen Axialende vom Rohrkörper8 radial nach innen vor. Die Schaufeln9 ,9' sind gegenüber der Axialrichtung des Rohrkörpers8 angestellt. Das heißt, die jeweilige Schaufel9 ,9' besitzt eine Anströmkante und eine Abströmkante, die bezüglich der Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind. Dementsprechend besitzt die jeweilige Schaufel9 ,9' zumindest ein Querschnittsprofil, dessen Längsrichtung gegenüber der Axialrichtung geneigt verläuft. Durch die Anstellung der Schaufeln9 ,9' kann die Strömung verwirbelt werden, wenn sie die Einrichtung7 durchströmt. - Besonders vorteilhaft ist nun, dass der jeweilige Rohrkörper
8 zusammen mit allen Schaufeln9 aus einem einzigen Blechkörper11 hergestellt ist, und zwar durch Umformen entsprechender Bereiche dieses Blechkörpers11 . Somit handelt es sich bei der jeweiligen Einrichtung7 um einen aus einem Stück hergestellten Blechformkörper. - An jedem Axialende des Rohrkörpers
8 sind die zugehörigen Schaufeln9 bzw.9' bezüglich einer senkrecht zur Strömungsrichtung bzw. Axialrichtung verlaufenden Symmetrieebene entgegengerichtet angestellt. Dabei sind die Schaufeln9 ,9' so ausgestaltet, dass die Schaufeln9 am anströmseitigen Axialende eine Schaufelreihe bilden, die bei ihrer axialen Durchströmung die axial ankommende Gasströmung in Umfangsrichtung umlenkt, also mit einem Drall um die Längsmittelachse des Rohrkörpers8 beaufschlagt. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher die Schaufeln9' des abströmseitigen Axialendes die in der Umfangsrichtung orientierte Gasströmung in die Axialrichtung umlenken. Die Drallwirkung der zuerst durchströmten Schaufelreihe wird somit durch die Gegendrallwirkung der danach durchströmten Schaufelreihe mehr oder weniger eliminiert. Im Idealfall heben sich die Drallwirkungen gegenseitig auf, so dass die Gasströmung die Einrichtung7 im wesentlichen drallfrei verlässt. - Die Umlenkung in Umfangsrichtung sowie die Umlenkung in Axialrichtung kann insbesondere durch entgegengesetzt orientierte Krümmungen im Profil der Schaufeln
9 ,9' der beiden Schaufelreihen realisiert werden. Zur Reduzierung des Druckverlustes kann optional vorgesehen sein, den abströmseitigen Anstellwinkel der anströmseitigen Schaufeln9 gleich groß zu wählen wie den anströmseitigen Anstellwinkel der abströmseitigen Schaufeln9' . Besonders deutlich ist dies4 zu entnehmen. Dort sind die einander zugewandten Profilabschnitte der Schaufeln9 ,9' geradlinig und zueinander parallel ausgestaltet. - Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen sind die Schaufeln
9 ,9' so ausgestaltet und angeordnet, dass sie sich in der Umfangsrichtung gegenseitig überlappen, und zwar so, dass innerhalb der jeweiligen Schaufelreihe bereits eine Fläche12 entsteht, die in axialer Richtung blickdicht ist. Diese blickdichte Fläche12 ist hier aufgrund einer entsprechenden Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln9 ,9' eine Ringfläche, die im folgenden ebenfalls mit12 bezeichnet wird. Die Ringfläche12 umschließt dabei einen zentralen Kernbereich10 . Durch gezielte Ausgestaltung, also Formgebung und Anordnung der Schaufeln9 lassen sich nun die strömungstechnischen Eigenschaften der Einrichtung7 in diesem Kernbereich10 sowie im Bereich der Ringfläche12 unterschiedlich gestalten. Bevorzugt werden hierbei die hier gezeigten Ausführungsformen, bei denen die Schaufeln9 so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich für den Durchströmungswiderstand der Einrichtung7 im Kernbereich10 ein kleinerer Wert einstellt als im Bereich der Ringfläche12 . Hierdurch sinkt im Kernbereich10 der Druck, was zu einer Beschleunigung der Strömung führt. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit unterstützt einerseits die Verdampfung und andererseits die Gemischbildung. - Bei hier nicht gezeigten Ausführungsformen kann der Strömungswiderstand im Kernbereich
10 gegenüber dem Bereich der Ringfläche12 z. B. dadurch reduziert werden, dass der Kernbereich10 eine zentrale Durchgangsöffnung bildet. Diese Durchgangsöffnung ist axial frei oder offen und besitzt dementsprechend einen im Vergleich zur blickdichten Ringfläche12 deutlich niedrigeren Durchströmungswiderstand. Die zentrale Durchgangsöffnung wird dadurch realisiert, dass alle Schaufeln9 ,9' mit ihren freien Enden jeweils am Kernbe reich10 enden. Insbesondere sind alle Schaufeln9 ,9' identisch geformt. - Im Unterschied dazu ist bei den in den
2 bis5 gezeigten Ausführungsformen durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln9 ,9' auch der Kernbereich10 in Axialrichtung weitgehend blickdicht ausgestaltet. Hierzu erstrecken sich zumindest an einem Axialende einige, jedoch nicht alle Schaufeln9 ,9' auch bis in den Kernbereich10 . Diese radial längeren Schaufeln werden im folgenden zusätzlich mit21 bezeichnet. Um nun den Strömungswiderstand im Kernbereich10 kleiner ausgestalten zu können als im benachbarten Bereich der Ringfläche12 , kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die jeweilige verlängerte Schaufel21 , die sich im Kernbereich10 erstrecken, im Kernbereich in der Umfangsrichtung nicht überlappen oder weniger überlappen als im Bereich der Ringfläche12 . Sofern sich diese Schaufeln21 im Kernbereich10 in der Umfangsrichtung nicht überlappen, sind sie bezüglich der Umfangsrichtung bevorzugt nebeneinander angeordnet, um die gewünschte Blickdichtheit in Axialrichtung realisieren zu können. - Im gezeigten, bevorzugten Beispiel sind zumindest bei einer der Schaufelreihen ohne Beschränkung der Allgemeinheit genau zwei Schaufeln
21 radial länger ausgebildet als die übrigen Schaufeln9 ,9' . Die freien Schaufelenden dieser Schaufeln21 sind durch Fortsätze22 gegenüber den freien Enden der anderen Schaufeln9 ,9' in radialer Richtung verlängert. Diese Fortsätze22 , die an den jeweiligen Schaufeln21 in tegral angeformt sind, können über einen hier nicht dargestellten Mittelpunkt der Fläche12 beziehungsweise der Einrichtung7 radial vorstehen. Das heißt, die radiale Länge der jeweiligen Schaufel21 ist größer als der Radius des kreiszylindrischen Rohrkörpers8 . In jedem Fall ragen diese Schaufeln21 mit den Fortsätzen22 in den Kernbereich10 hinein, während alle anderen Schaufeln9 ,9' mit ihren freien Enden jeweils am Kernbereich10 enden. - Die beiden mit den Fortsätzen
22 versehenen Schaufeln21 sind am Rohrkörper8 einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Fortsätze22 können bezüglich des Mittelpunkts des Rohrkörpers8 rotationssymmetrisch gestaltet sein. Dabei können sich die beiden Schaufeln21 im Bereich ihrer Fortsätze22 in Umfangsrichtung geringfügig überlappen, bevorzugt sind sie jedoch in Umfangsrichtung überlappungsfrei, also nebeneinander angeordnet. Hierdurch kann der Durchströmungswiderstand im Zentrum vergleichsweise klein gehalten werden. - Bei hier nicht gezeigten Ausführungsformen könnten die Schaufeln
9 ,9' so ausgestaltet und angeordnet sein, dass sich die genannte blickdichte Ringfläche12 radial bis zum Ringkörper8 erstreckt. Bei solchen Ausführungsformen ist die blickdichte Ringfläche12 dann radial innen durch die zentrale Durchgangsöffnung und radial außen durch den Rohrkörper8 begrenzt. Um eine solche blickdichte Ringfläche12 auszugestalten, können die Schaufeln9 ,9' radial außen an einem Übergang13 zum Rohrkörper8 jeweils so ausgestaltet sein, dass sie dort mit ihrem Querschnittsprofil in einer Ebene liegen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung des Rohrkörpers8 erstreckt. Hierdurch können sich die benachbarten Schaufeln9 von der zentralen Durchgangsöffnung10 bis zum Rohrkörper8 gegenseitig überlappen. Diese gegenseitige Überlappung in axialer Richtung führt zu gewünschten Blickdichtigkeit der Ringfläche12 in der Axialrichtung. - Die
2 bis5 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Einrichtung7 . Bei diesen Ausführungsformen sind die Schaufeln9 bzw.9' an beiden axialen Enden jeweils so angeordnet und ausgestaltet, dass radial außerhalb der blickdichten Ringfläche12 zwischen Schaufeln9 ,9' , die in Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, axial freie Lücken14 bzw.14' entstehen. Diese Lücken14 ,14' sind dabei in Umfangsrichtung verteilt um die blickdichte Ringfläche12 angeordnet und erzeugen dort einen relativen Druckabfall, wodurch die Einrichtung7 einen reduzierten Durchströmungswiderstand besitzt. Die in axialer Richtung blickdichte Ringfläche12 ist hierbei radial innen im wesentlichen durch den Kernbereich10 und radial außen durch einen weiteren Ringbereich begrenzt, der sich bis zum Rohrkörper8 erstreckt und der die Lücken14 ,14' enthält. - Diese Bauweise mit den axial freien Lücken
14 ,14' kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Schaufeln9 ,9' radial außen am Übergang13 zum Rohrkörper8 mit ihrem jeweiligen Querschnittsprofil in einer Ebene liegen, die ge genüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene geneigt sind. Diese Neigung kann beispielsweise zwischen 20° und 70° liegen. Im gezeigten Beispiel liegt diese Neigung vorzugsweise bei etwa 45°. - Erkennbar sind bei den hier gezeigten Ausführungsformen die beiden Schaufelreihen relativ zueinander in der Umfangsrichtung versetzt bzw. verdreht angeordnet, derart, dass die Schaufeln
9 ,9' des einen Axialendes jeweils die Lücken14 ,14' zwischen den Schaufeln9 ,9' des anderen Axialendes in der Axialrichtung verdecken. Hierdurch wird die gesamte Einrichtung7 auch in dem die Lücken14 ,14' enthaltenden Ringbereich in axialer Richtung blickdicht. Für eine derartige Ausführungsform besitzen die Schaufelreihen an den beiden Axialenden jeweils die gleiche Schaufelzahl. Außerdem sind die einzelnen Schaufeln9 ,9' zweckmäßig gleich groß und insbesondere symmetrisch ausgestaltet. - Die Schaufeln
9 ,9' können bei den Ausführungsformen der2 bis5 so ausgestaltet sein, dass sich ihre Anstellung gegenüber der Axialrichtung radial entlang der jeweiligen Schaufel9 ,9' verändert. Die Veränderung der Anstellung kann dabei stufenlos erfolgen, wodurch die Schaufeln9 ,9' eine Verwindung aufweisen. Ebenso kann die Veränderung der Anstellung in Stufen erfolgen. Hierzu können Teilbereiche innerhalb der jeweiligen Schaufeln9 ,9' geringfügig gegenüber dem Rest der jeweiligen Schaufel9 ,9' abgewinkelt sein. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Anstellung der Schaufeln9 ,9' entlang der Schaufel9 ,9' radial von außen nach innen abnimmt. Im Idealfall sind die Schaufeln9 ,9' radial innen, also am Übergang zum zentralen Kernbereich10 nicht angestellt, wodurch sich ihr Querschnittsprofil dort im wesentlichen parallel zur Axialrichtung erstreckt. Die maximale Anstellung liegt dann radial außen im Bereich des Rohrkörpers8 vor. Diese maximale Anstellung liegt bei der in den2 bis5 gezeigten Ausführungsform etwa bei 45°. - Um die Dauerfestigkeit der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung
7 zu erhöhen, können die einzelnen, in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Schaufeln9 ,9' radial außen am Übergang13 zum Rohrkörper8 jeweils über eine abgerundete Öffnung15 aneinander grenzen. Diese abgerundeten Öffnungen15 sind z. B. in den6 und7 besser zu erkennen. Die abgerundeten Öffnungen15 dienen zur Reduzierung von Spannungen innerhalb des Blechkörpers11 , um die Gefahr einer Rissbildung zu reduzieren. - Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen die Schaufeln
9 ,9' so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie einander nicht berühren. Zweckmäßig ist dabei eine Weiterbildung, bei der sich die Schaufel9 ,9' auch dann nicht berühren, wenn die Einrichtung7 auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist, die in einer Abgasanlage3 vergleichsweise hoch sein kann. Durch diese kontaktfreie Bauweise können Beschädigungen und störende Geräuschentwicklungen innerhalb der Einrichtung7 vermieden werden. - Im Folgenden wird anhand der
6 und7 ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung7 näher erläutert. - Entsprechend den
6 und7 ist der Blechkörper11 , aus dem letztlich der Rohrkörper8 und die Schaufeln9 ,9' durch Umformung ausgebildet werden, in einem Ausgangszustand ein im wesentlichen ebener Blechstreifen16 . In diesen Blechstreifen16 werden Schnitte17 eingearbeitet. Dabei werden die Schnitte17 an den beiden Längsseiten, also seitlich angesetzt, ohne dass die Schnitte17 den Blechstreifen16 durchdringen. Die einzelnen Schnitte17 erstrecken sich auf der jeweiligen Längsseite parallel zueinander und sind gegenüber der Längsrichtung des Blechstreifens16 geneigt. Die Längsrichtung des Blechstreifens16 ist dabei durch die Umfangsrichtung des damit gebildeten Rohrkörpers8 definiert. Die Längsrichtung des Blechstreifens16 ist in den6 und7 durch einen Doppelpfeil symbolisiert und mit18 bezeichnet. - Anschließend können optional die abgerundeten Öffnungen
15 in den Blechstreifen16 eingearbeitet werden, derart, dass die Öffnungen15 jeweils am Ende eines der Schnitte17 angeordnet sind. Hierdurch kann die Gefahr einer Rissbildung am jeweiligen Schnittende reduziert werden. Alternativ ist es ebenso möglich, zuerst die abgerundeten Öffnungen15 in den Blechstreifen16 einzuarbeiten und erst danach die Schnitte17 so einzubringen, dass diese jeweils in einer der Öffnungen15 enden. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Schnitte17 und die Öffnungen15 gleichzeitig, z. B. mit einem Stanzvorgang, in den Blechstreifen16 einzubringen. - Durch die Schnitte
17 werden am Blechstreifen16 eine Vielzahl in der Längsrichtung18 des Blechstreifens16 nebeneinander angeordneter Querstreifen19 ausgebildet, die durch die Schnitte17 voneinander getrennt sind. Diese Querstreifen19 bilden später dann die Schaufeln9 ,9' , die durch die Schnitte17 hier bereits voneinander vereinzelt sind. - Um die in den
2 bis5 gezeigte Ausführungsform herstellen zu können, wird der Blechstreifen16 so geschnitten, dass sich die Schnitte17 weniger als 90° gegenüber der Längsrichtung18 des Blechstreifens16 geneigt erstrecken. Beispielsweise erstrecken sich hier die Schnitte17 um etwa 45° gegenüber der Längsrichtung18 geneigt. Ebenso sind auch andere Neigungswinkel, beispielsweise zwischen 20° und 70° denkbar. Durch die schrägen Schnitte17 entsteht ein Abfall. - Gemäß
7 werden die vereinzelten Schaufeln9 ,9' bzw. die Querstreifen19 anschließend jeweils um eine senkrecht zu den Schnitten17 verlaufende Biegeachse20 umgebogen, so dass sie beispielsweise rechtwinklig vom übrigen Blechstreifen16 abstehen. Es ist klar, dass hier auch andere Biegewinkel möglich sind, die größer oder auch kleiner als 90° sein können. - Ferner können die abgewinkelten bzw. umgebogenen vereinzelten Schaufeln
9 ,9' bzw. die Querstreifen19 mit einer vari ierenden Anstellung ausgestattet werden, beispielsweise werden hierzu die Schaufeln9 ,9' kontinuierlich verwunden. Ebenso können die Schaufeln9 ,9' durch Abkanten von jeweils wenigstens einem Teilbereich stufig mit variierender Anstellung versehen werden. - Optional können die Schaufeln
9 ,9' so umgeformt werden, dass sie gekrümmte Profile besitzen, deren Ausstellwinkel in der Axialrichtung variiert. Die anströmseitigen Schaufeln9 sind zweckmäßig so profiliert, dass ihr Anstellwinkel in der Strömungsrichtung zunimmt, während er bei den abströmseitigen Schaufeln9' in der Strömungsrichtung abnimmt. - Anschließend kann der Blechstreifen
16 um eine parallel zur Axialrichtung des Rohrkörpers8 verlaufende Biegeachse gebogen bzw. aufgewickelt oder aufgerollt werden, um mit dem restlichen Blechstreifen16 den Rohrkörper8 auszubilden. Beispielsweise kann der Blechstreifen16 an einem Stoß oder in einem Überlappungsbereich verschweißt werden. Ebenso sind andere Fixiertechniken denkbar. Nach dem Aufwickeln liegt dann der in den2 bis5 gezeigte Blechkörper11 bzw. die Einrichtung7 vor. - Bei dieser Ausführungsform besitzen die Schaufeln
9 ,9' bereits nach dem Umbiegen eine Anstellung gegenüber der Axialrichtung des Rohrkörpers8 . - Zur Herstellung der hier bevorzugten Ausführungsform wird der Blechstreifen
16 entsprechend den6 und7 so bear beitet, dass beim Freischneiden der Schaufeln9 ,9' gleichzeitig auch die radial längeren Schaufeln21 , also die mit den Fortsätzen22 versehenen Schaufeln21 ausgebildet werden. Im Beispiel sind nur an einer Längsseite des Blechstreifens11 , also letztlich an einem Axialende des Rohrkörpers8 solche verlängerte Schaufeln21 ausgebildet. Für die geometrische Formgebung der Fortsätze22 sind grundsätzlich beliebige Varianten möglich. Beispielsweise zeigen die6 und7 eine Ausführungsform mit einem keilförmigen, spitz zulaufenden Fortsatz22 . - Den Darstellungen der
6 und7 ist außerdem entnehmbar, dass die Schaufeln9 ,9' bevorzugt so vom Blechstreifen16 freigeschnitten werden können, dass zwischen benachbarten Schaufeln9 ,9' ein Spalt23 entsteht. Durch diesen Spalt23 können Berührungen zwischen benachbarten Schaufeln9 ,9' beim fertigen Blechkörper11 vermieden werden. - Bevorzugt sind nun in der in
1 gezeigten Abgasanlage3 die Einspritzeinrichtung6 und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung7 so aufeinander abgestimmt, dass ein von der Einspritzeinrichtung6 erzeugter einstrahliger oder mehrstrahliger Eduktstrahl die Schaufeln9 der Einrichtung7 radial außerhalb des zentralen Kernbereichs10 trifft. Vorzugsweise trifft der Eduktstrahl ausschließlich innerhalb der blickdichten Ringfläche12 auf die Schaufeln9 . Zweckmäßig erfolgt die Auslegung bzw. Anpassung so, dass der jeweilige Eduktstrahl ausschließlich außerhalb des Kernbereichs10 und/oder ausschließlich innerhalb der blickdichten Ringfläche12 auf die Schaufeln9 trifft.
Claims (15)
- Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung für eine Abgasanlage (
3 ) einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Rohrkörper (8 ), an dessen axialen Enden jeweils mehrere, in Umfangsrichtung zueinander benachbarte, radial nach innen vorstehende Schaufeln (9 ,9' ) angeordnet sind, – wobei die Schaufeln (9 ,9' ) gegenüber der Axialrichtung angestellt sind, – wobei der Rohrkörper (8 ) zusammen mit den Schaufeln (9 ,9' ) aus einem einzigen Blechkörper (11 ) durch Umformen hergestellt ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (
9 ,9' ) des anströmseitigen Endes zur Erzeugung einer Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung ausgestaltet sind, während die Schaufeln (9 ,9' ) des abströmseitigen Endes zur Erzeugung einer Strömungsumlenkung in Axialrichtung ausgestaltet sind. - Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaufeln (
9 ,9' ) des jeweiligen Endes so angeordnet und ausgestaltet sind, dass radial außen zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln (9 ,9' ) axial freie Lücken (14 ,14' ) entstehen, – dass die Schaufeln (9 ,9' ) des einen Endes relativ zu den Schaufeln (9 ,9' ) des anderen Endes in Umfangsrichtung soweit versetzt angeordnet sind, dass sie die Lücken (14 ,14' ) des anderen Endes in axialer Richtung verdecken. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schaufeln (
9 ,9' ) zumindest bei einem der Enden in Umfangsrichtung überlappen, derart, dass eine koaxial angeordnete, in Axialrichtung blickdichte Fläche (12 ) entsteht. - Einrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (
9 ,9' ) zumindest bei einem der Enden radial außen am Übergang (13 ) zum Rohrkörper (8 ) mit ihrem Profil jeweils in einer Ebene liegen, die gegenüber einer senkrecht zur Axialrichtung verlaufenden Ebene geneigt ist. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaufeln (
9 ,9' ) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass die sich durch Überlappung der Schaufel (9 ,9' ) ausbildende Fläche eine Kreisfläche ist, oder – dass die Schaufeln (9 ,9' ) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass die sich durch Überlappung der Schaufel (9 ,9' ) ausbildende Fläche eine Ringfläche (12 ) ist, die einen zentralen Kernbereich (10 ) umschließt. - Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (
9 ,9' ) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich im Kernbereich (10 ) ein kleinerer Durchströmungswiderstand einstellt als im Bereich der Ringfläche (12 ). - Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaufeln (
9 ,9' ) zumindest bei einem der Enden so ausgestaltet und angeordnet sind, dass zumindest oder genau zwei Schaufeln (21 ) jeweils ein freies Schaufelende aufweisen, das über einen Mittelpunkt des durchströmbaren Querschnitts radial vorsteht, und/oder – dass zumindest oder genau zwei Schaufeln (21 ) jeweils mit ihrem freien Schaufelende bis in den Kernbereich (10 ) hineinragen, und/oder – dass die übrigen Schaufeln (9 ,9' ) mit ihren freien Enden jeweils am Kernbereich (10 ) enden, und/oder – dass die zwei radial längeren Schaufeln (21 ) einander diametral gegenüberliegen, und/oder – dass sich die wenigstens zwei radial längeren Schaufeln (21 ) im Kernbereich (10 ) in Umfangsrichtung teilweise überlappen, und/oder – dass die Schaufeln (9 ,9' ) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass sich die Schaufeln (9 ,9' ) in der Ringfläche (12 ) stärker überlappen als im Kernbereich (10 ), und/oder – dass die Schaufeln (9 ) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass sich alle Schaufeln (9 ,9' ) innerhalb der Ringfläche (12 ) erstrecken, während sich im Kernbereich (10 ) keine oder nur einige der Schaufeln (21 ) erstrecken, und/oder – dass die Schaufeln (9 ,9' ) so angeordnet und ausgestaltet sind, dass sich die im Kernbereich (10 ) erstreckenden Schaufeln (21 ) in Umfangsrichtung nicht überlappen, sondern nebeneinander angeordnet sind. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaufeln (
9 ,9' ) relativ zueinander berührungslos angeordnet sind, und/oder – dass die Schaufeln (9 ,9' ) so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sie einander auch dann nicht berühren, wenn die Einrichtung (7 ) auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – dass die in Umfangsrichtung benachbarten Schaufeln (
9 ,9' ) radial außen am Übergang (13 ) zum Rohrkörper (8 ) jeweils über eine abgerundete Öffnung (15 ) aneinander grenzen, und/oder – dass die Schaufeln (9 ,9' ) eine sich in radialer Richtung entlang der Schaufel (9 ,9' ) stufenlos oder gestuft verän dernde Anstellung gegenüber der Axialrichtung aufweisen, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Anstellung entlang der jeweiligen Schaufel (9 ,9' ) radial von außen nach innen abnimmt. - Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkörper (
11 ) ein Blechstreifen (16 ) ist, von dem die Schaufeln (9 ,9' ) des jeweiligen Axialendes durch parallele, gegenüber der Längsrichtung (18 ) des Blechstreifens (16 ) geneigte Schnitte (17 ) zueinander vereinzelt sind und gegenüber dem die vereinzelten Schaufeln (9 ,9' ) jeweils um eine geneigt oder senkrecht zu den Schnitten (17 ) verlaufende Biegeachse (20 ) umgebogen sind. - Verfahren zum Herstellen einer Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (
7 ), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – bei dem ein ebener Blechstreifen (16 ) an beiden Längsseiten mit seitlichen Schnitten (17 ) versehen wird, die sich an der jeweiligen Längsseite parallel zueinander erstrecken und die gegenüber einer Längsrichtung (18 ) des Blechstreifens (16 ) geneigt sind, – bei dem die durch die Schnitte (17 ) gebildeten Querstreifen (19 ) jeweils um eine geneigt oder quer zum jeweiligen Schnitt (17 ) verlaufende Biegeachse (20 ) gegenüber dem übrigen Blechstreifen (16 ) umgebogen werden, – bei dem der Blechstreifen (16 ) aufgerollt wird, derart, dass die umgebogenen Querstreifen (19 ) radial nach innen zeigende Schaufeln (9 ,9' ) bilden und dass der übrige Blechstreifen (16 ) einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper (8 ) bildet. - Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte (
17 ) jeweils in einer Öffnung (15 ) mit rundem Öffnungsquerschnitt enden, wobei diese Öffnungen (15 ) vor oder nach oder gleichzeitig mit dem Schneiden in den Blechstreifen (16 ) eingebracht werden. - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (
1 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Abgas von der Brennkraftmaschine (1 ) abführenden Abgasstrang (4 ), – mit einer am Abgasstrang (4 ) angeordneten Einspritzeinrichtung (6 ) zum Einspritzen eines flüssigen Edukts in den Abgasstrang (4 ), – mit einer im Abgasstrang (4 ) stromab der Einspritzeinrichtung (6 ) angeordneten Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11. - Abgasanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass die Einspritzeinrichtung (
6 ) und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7 ) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Einspritzeinrichtung (6 ) einen Eduktstrahl erzeugt, der die Schaufeln (9 ,9' ) innerhalb der blickdichten Fläche (12 ) trifft, und/oder – dass die Einspritzeinrichtung (6 ) und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung (7 ) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Einspritzeinrichtung (6 ) einen Eduktstrahl erzeugt, der die Schaufeln (9 ,9' ) radial außerhalb des zentralen Kernbereichs (10 ) trifft.
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