DE102008017395B4

DE102008017395B4 - Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102008017395B4
Application number: DE102008017395.9A
Authority: DE
Inventors: Felix Neumann; Georg Wirth
Original assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-05
Filing date: 2008-04-05
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2028-04-06
Also published as: DE102008017395C5; DE102008017395A1

Abstract

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.

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 Hydrolysereaktion 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 Gasgemischs ankommen soll. Eine reduzierte Wirkungsweise sowie die Gefahr von Beschädigungen sind die Folge.
Statische Mischer sind aus der US 4 848 920 , der US 4 981 368 und der US 6 536 420 B1 bekannt. Drallerzeuger sind aus der US 2007/0101703 A1 und der US 6 837 213 B1 bekannt. Misch- und/oder Verdampfungseinrichtungen, die in Verbindung mit einem SCR-Katalysator in einer Abgasanlage Verwendung finden, sind aus den nachveröffentlichten Dokumenten DE 10 2007 048 558 A1 , DE 10 2007 028 449 A1 , DE 10 2007 019 878 A1 und DE 10 2007 012 790 A1 bekannt.
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 in 6, jedoch bei einer anderen Herstellungsstufe.
Entsprechend 1 weist eine Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zur Versorgung mit Frischgas, vorzugsweise Luft, eine Frischgasanlage 2 und zum Abführen von Abgas eine Abgasanlage 3 auf. Eine derartige Abgasanlage 3 umfasst einen Abgasstrang 4, der im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 das dort entstehende Abgas von der Brennkraftmaschine 1 abführt. Die Abgasanlage 3 kann zumindest eine Abgasbehandlungseinrichtung 5 aufweisen, die im Abgasstrang 4 angeordnet ist. Bei dieser Abgasbehandlungseinrichtung 5 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 Abgasanlage 3 eine Einspritzeinrichtung 6 auf, die dazu ausgestaltet ist, ein flüssiges Edukt in den Abgasstrang 4 einzuspritzen. Dabei ist die Einspritzeinrichtung 6 am Abgasstrang 4 stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung 5 angeordnet. Beim flüssigen Edukt kann es sich vorzugsweise um Kraftstoff handeln, insbesondere um denselben Kraftstoff, mit dem auch die Brennkraftmaschine 1 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 Einspritzeinrichtung 6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung 5 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 Einspritzeinrichtung 6 zum Einspritzen von Ammoniak ausgestaltet ist, kann es sich bei der Abgasbehandlungseinrichtung 5 um einen SCR-Katalysator handeln. Sofern Harnstoff oder eine Harnstoff-Wasser-Lösung eingedüst wird, kann es sich bei der unmittelbar stromab folgenden Abgasbehandlungseinrichtung 5 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 Einspritzeinrichtung 6 direkt eine als SCR-Katalysator ausgestaltete Abgasbehandlungseinrichtung 5 folgen, in der zusätzlich die Hydrolysereaktion abläuft. Darüber hinaus sind noch beliebige andere Anwendungen für die Einspritzung eines flüssigen Edukts in den Abgasstrang 4 unmittelbar stromab einer Abgasbehandlungseinrichtung 5 denkbar.
Gemäß 1 wird für die Eindüsung des Edukts eine axiale Ausrichtung des Eduktstrahls bevorzugt, was z. B. exemplarisch durch eine entsprechende Biegung im Abgasstrang 4 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 Verdampfungseinrichtung 7 ausgestattet, die im Abgasstrang 4 stromab der Einspritzeinrichtung 6 und zweckmäßig stromauf oder unmittelbar an oder in der zur Einspritzeinrichtung 6 benachbarten Abgasbehandlungseinrichtung 5 angeordnet ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7, die im Folgenden auch abgekürzt mit Einrichtung 7 bezeichnet wird, werden im Folgenden mit Bezug auf die 2 bis 5 näher erläutert.
Entsprechend den 2 bis 5 umfasst eine Einrichtung 7 einen Rohrkörper 8, der vorzugsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, geformt ist. An jedem seiner axialen Enden weist der Rohrkörper 8 mehrere Schaufeln 9 bzw. 9' auf, die ebenfalls einen Bestandteil der Einrichtung 7 bilden. Dabei sind die an dem einen axialen Ende des Rohrkörpers 8 ausgebildeten Schaufeln mit 9 bezeichnet, während die am anderen axialen Ende des Rohrkörpers 8 ausgebildeten Schaufeln mit 9' bezeichnet sind. Die Schaufeln 9, 9' sind in Umfangsrichtung zueinander benachbart angeordnet und stehen dabei am jeweiligen Axialende vom Rohrkörper 8 radial nach innen vor. Die Schaufeln 9, 9' sind gegenüber der Axialrichtung des Rohrkörpers 8 angestellt. Das heißt, die jeweilige Schaufel 9, 9' besitzt eine Anströmkante und eine Abströmkante, die bezüglich der Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind. Dementsprechend besitzt die jeweilige Schaufel 9, 9' zumindest ein Querschnittsprofil, dessen Längsrichtung gegenüber der Axialrichtung geneigt verläuft. Durch die Anstellung der Schaufeln 9, 9' kann die Strömung verwirbelt werden, wenn sie die Einrichtung 7 durchströmt.
Besonders vorteilhaft ist nun, dass der jeweilige Rohrkörper 8 zusammen mit allen Schaufeln 9 aus einem einzigen Blechkörper 11 hergestellt ist, und zwar durch Umformen entsprechender Bereiche dieses Blechkörpers 11. Somit handelt es sich bei der jeweiligen Einrichtung 7 um einen aus einem Stück hergestellten Blechformkörper.
An jedem Axialende des Rohrkörpers 8 sind die zugehörigen Schaufeln 9 bzw. 9' bezüglich einer senkrecht zur Strömungsrichtung bzw. Axialrichtung verlaufenden Symmetrieebene entgegengerichtet angestellt. Dabei sind die Schaufeln 9, 9' so ausgestaltet, dass die Schaufeln 9 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 Rohrkörpers 8 beaufschlagt. Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher die Schaufeln 9' 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 Einrichtung 7 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 Schaufeln 9 gleich groß zu wählen wie den anströmseitigen Anstellwinkel der abströmseitigen Schaufeln 9'. Besonders deutlich ist dies 4 zu entnehmen. Dort sind die einander zugewandten Profilabschnitte der Schaufeln 9, 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 Fläche 12 entsteht, die in axialer Richtung blickdicht ist. Diese blickdichte Fläche 12 ist hier aufgrund einer entsprechenden Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln 9, 9' eine Ringfläche, die im folgenden ebenfalls mit 12 bezeichnet wird. Die Ringfläche 12 umschließt dabei einen zentralen Kernbereich 10. Durch gezielte Ausgestaltung, also Formgebung und Anordnung der Schaufeln 9 lassen sich nun die strömungstechnischen Eigenschaften der Einrichtung 7 in diesem Kernbereich 10 sowie im Bereich der Ringfläche 12 unterschiedlich gestalten. Bevorzugt werden hierbei die hier gezeigten Ausführungsformen, bei denen die Schaufeln 9 so ausgestaltet und angeordnet sind, dass sich für den Durchströmungswiderstand der Einrichtung 7 im Kernbereich 10 ein kleinerer Wert einstellt als im Bereich der Ringfläche 12. Hierdurch sinkt im Kernbereich 10 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 Ringfläche 12 z. B. dadurch reduziert werden, dass der Kernbereich 10 eine zentrale Durchgangsöffnung bildet. Diese Durchgangsöffnung ist axial frei oder offen und besitzt dementsprechend einen im Vergleich zur blickdichten Ringfläche 12 deutlich niedrigeren Durchströmungswiderstand. Die zentrale Durchgangsöffnung wird dadurch realisiert, dass alle Schaufeln 9, 9' mit ihren freien Enden jeweils am Kernbereich 10 enden. Insbesondere sind alle Schaufeln 9, 9' identisch geformt.
Im Unterschied dazu ist bei den in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen durch eine entsprechende Ausgestaltung und Anordnung der Schaufeln 9, 9' auch der Kernbereich 10 in Axialrichtung weitgehend blickdicht ausgestaltet. Hierzu erstrecken sich zumindest an einem Axialende einige, jedoch nicht alle Schaufeln 9, 9' auch bis in den Kernbereich 10. Diese radial längeren Schaufeln werden im folgenden zusätzlich mit 21 bezeichnet. Um nun den Strömungswiderstand im Kernbereich 10 kleiner ausgestalten zu können als im benachbarten Bereich der Ringfläche 12, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich die jeweilige verlängerte Schaufel 21, die sich im Kernbereich 10 erstrecken, im Kernbereich in der Umfangsrichtung nicht überlappen oder weniger überlappen als im Bereich der Ringfläche 12. Sofern sich diese Schaufeln 21 im Kernbereich 10 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 Schaufeln 9, 9'. Die freien Schaufelenden dieser Schaufeln 21 sind durch Fortsätze 22 gegenüber den freien Enden der anderen Schaufeln 9, 9' in radialer Richtung verlängert. Diese Fortsätze 22, die an den jeweiligen Schaufeln 21 integral angeformt sind, können über einen hier nicht dargestellten Mittelpunkt der Fläche 12 beziehungsweise der Einrichtung 7 radial vorstehen. Das heißt, die radiale Länge der jeweiligen Schaufel 21 ist größer als der Radius des kreiszylindrischen Rohrkörpers 8. In jedem Fall ragen diese Schaufeln 21 mit den Fortsätzen 22 in den Kernbereich 10 hinein, während alle anderen Schaufeln 9, 9' mit ihren freien Enden jeweils am Kernbereich 10 enden.
Die beiden mit den Fortsätzen 22 versehenen Schaufeln 21 sind am Rohrkörper 8 einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Fortsätze 22 können bezüglich des Mittelpunkts des Rohrkörpers 8 rotationssymmetrisch gestaltet sein. Dabei können sich die beiden Schaufeln 21 im Bereich ihrer Fortsätze 22 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 Ringfläche 12 radial bis zum Ringkörper 8 erstreckt. Bei solchen Ausführungsformen ist die blickdichte Ringfläche 12 dann radial innen durch die zentrale Durchgangsöffnung und radial außen durch den Rohrkörper 8 begrenzt. Um eine solche blickdichte Ringfläche 12 auszugestalten, können die Schaufeln 9, 9' radial außen an einem Übergang 13 zum Rohrkörper 8 jeweils so ausgestaltet sein, dass sie dort mit ihrem Querschnittsprofil in einer Ebene liegen, die sich im wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung des Rohrkörpers 8 erstreckt. Hierdurch können sich die benachbarten Schaufeln 9 von der zentralen Durchgangsöffnung 10 bis zum Rohrkörper 8 gegenseitig überlappen. Diese gegenseitige Überlappung in axialer Richtung führt zu gewünschten Blickdichtigkeit der Ringfläche 12 in der Axialrichtung.
Die 2 bis 5 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Einrichtung 7. Bei diesen Ausführungsformen sind die Schaufeln 9 bzw. 9' an beiden axialen Enden jeweils so angeordnet und ausgestaltet, dass radial außerhalb der blickdichten Ringfläche 12 zwischen Schaufeln 9, 9', die in Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, axial freie Lücken 14 bzw. 14' entstehen. Diese Lücken 14, 14' sind dabei in Umfangsrichtung verteilt um die blickdichte Ringfläche 12 angeordnet und erzeugen dort einen relativen Druckabfall, wodurch die Einrichtung 7 einen reduzierten Durchströmungswiderstand besitzt. Die in axialer Richtung blickdichte Ringfläche 12 ist hierbei radial innen im wesentlichen durch den Kernbereich 10 und radial außen durch einen weiteren Ringbereich begrenzt, der sich bis zum Rohrkörper 8 erstreckt und der die Lücken 14, 14' enthält.
Diese Bauweise mit den axial freien Lücken 14, 14' kann bevorzugt dadurch erreicht werden, dass die Schaufeln 9, 9' radial außen am Übergang 13 zum Rohrkörper 8 mit ihrem jeweiligen Querschnittsprofil in einer Ebene liegen, die gegenüber 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 Lücken 14, 14' zwischen den Schaufeln 9, 9' des anderen Axialendes in der Axialrichtung verdecken. Hierdurch wird die gesamte Einrichtung 7 auch in dem die Lücken 14, 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 Schaufeln 9, 9' zweckmäßig gleich groß und insbesondere symmetrisch ausgestaltet.
Die Schaufeln 9, 9' können bei den Ausführungsformen der 2 bis 5 so ausgestaltet sein, dass sich ihre Anstellung gegenüber der Axialrichtung radial entlang der jeweiligen Schaufel 9, 9' verändert. Die Veränderung der Anstellung kann dabei stufenlos erfolgen, wodurch die Schaufeln 9, 9' eine Verwindung aufweisen. Ebenso kann die Veränderung der Anstellung in Stufen erfolgen. Hierzu können Teilbereiche innerhalb der jeweiligen Schaufeln 9, 9' geringfügig gegenüber dem Rest der jeweiligen Schaufel 9, 9' abgewinkelt sein. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Anstellung der Schaufeln 9, 9' entlang der Schaufel 9, 9' radial von außen nach innen abnimmt. Im Idealfall sind die Schaufeln 9, 9' radial innen, also am Übergang zum zentralen Kernbereich 10 nicht angestellt, wodurch sich ihr Querschnittsprofil dort im wesentlichen parallel zur Axialrichtung erstreckt. Die maximale Anstellung liegt dann radial außen im Bereich des Rohrkörpers 8 vor. Diese maximale Anstellung liegt bei der in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsform etwa bei 45°.
Um die Dauerfestigkeit der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 zu erhöhen, können die einzelnen, in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Schaufeln 9, 9' radial außen am Übergang 13 zum Rohrkörper 8 jeweils über eine abgerundete Öffnung 15 aneinander grenzen. Diese abgerundeten Öffnungen 15 sind z. B. in den 6 und 7 besser zu erkennen. Die abgerundeten Öffnungen 15 dienen zur Reduzierung von Spannungen innerhalb des Blechkörpers 11, 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 Schaufel 9, 9' auch dann nicht berühren, wenn die Einrichtung 7 auf Betriebstemperatur aufgeheizt ist, die in einer Abgasanlage 3 vergleichsweise hoch sein kann. Durch diese kontaktfreie Bauweise können Beschädigungen und störende Geräuschentwicklungen innerhalb der Einrichtung 7 vermieden werden.
Im Folgenden wird anhand der 6 und 7 ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 näher erläutert.
Entsprechend den 6 und 7 ist der Blechkörper 11, aus dem letztlich der Rohrkörper 8 und die Schaufeln 9, 9' durch Umformung ausgebildet werden, in einem Ausgangszustand ein im wesentlichen ebener Blechstreifen 16. In diesen Blechstreifen 16 werden Schnitte 17 eingearbeitet. Dabei werden die Schnitte 17 an den beiden Längsseiten, also seitlich angesetzt, ohne dass die Schnitte 17 den Blechstreifen 16 durchdringen. Die einzelnen Schnitte 17 erstrecken sich auf der jeweiligen Längsseite parallel zueinander und sind gegenüber der Längsrichtung des Blechstreifens 16 geneigt. Die Längsrichtung des Blechstreifens 16 ist dabei durch die Umfangsrichtung des damit gebildeten Rohrkörpers 8 definiert. Die Längsrichtung des Blechstreifens 16 ist in den 6 und 7 durch einen Doppelpfeil symbolisiert und mit 18 bezeichnet.
Anschließend können optional die abgerundeten Öffnungen 15 in den Blechstreifen 16 eingearbeitet werden, derart, dass die Öffnungen 15 jeweils am Ende eines der Schnitte 17 angeordnet sind. Hierdurch kann die Gefahr einer Rissbildung am jeweiligen Schnittende reduziert werden. Alternativ ist es ebenso möglich, zuerst die abgerundeten Öffnungen 15 in den Blechstreifen 16 einzuarbeiten und erst danach die Schnitte 17 so einzubringen, dass diese jeweils in einer der Öffnungen 15 enden. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, die Schnitte 17 und die Öffnungen 15 gleichzeitig, z. B. mit einem Stanzvorgang, in den Blechstreifen 16 einzubringen.
Durch die Schnitte 17 werden am Blechstreifen 16 eine Vielzahl in der Längsrichtung 18 des Blechstreifens 16 nebeneinander angeordneter Querstreifen 19 ausgebildet, die durch die Schnitte 17 voneinander getrennt sind. Diese Querstreifen 19 bilden später dann die Schaufeln 9, 9', die durch die Schnitte 17 hier bereits voneinander vereinzelt sind.
Um die in den 2 bis 5 gezeigte Ausführungsform herstellen zu können, wird der Blechstreifen 16 so geschnitten, dass sich die Schnitte 17 weniger als 90° gegenüber der Längsrichtung 18 des Blechstreifens 16 geneigt erstrecken. Beispielsweise erstrecken sich hier die Schnitte 17 um etwa 45° gegenüber der Längsrichtung 18 geneigt. Ebenso sind auch andere Neigungswinkel, beispielsweise zwischen 20° und 70° denkbar. Durch die schrägen Schnitte 17 entsteht ein Abfall.
Gemäß 7 werden die vereinzelten Schaufeln 9, 9' bzw. die Querstreifen 19 anschließend jeweils um eine senkrecht zu den Schnitten 17 verlaufende Biegeachse 20 umgebogen, so dass sie beispielsweise rechtwinklig vom übrigen Blechstreifen 16 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 Querstreifen 19 mit einer variierenden Anstellung ausgestattet werden, beispielsweise werden hierzu die Schaufeln 9, 9' kontinuierlich verwunden. Ebenso können die Schaufeln 9, 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 Schaufeln 9 sind zweckmäßig so profiliert, dass ihr Anstellwinkel in der Strömungsrichtung zunimmt, während er bei den abströmseitigen Schaufeln 9' in der Strömungsrichtung abnimmt.
Anschließend kann der Blechstreifen 16 um eine parallel zur Axialrichtung des Rohrkörpers 8 verlaufende Biegeachse gebogen bzw. aufgewickelt oder aufgerollt werden, um mit dem restlichen Blechstreifen 16 den Rohrkörper 8 auszubilden. Beispielsweise kann der Blechstreifen 16 an einem Stoß oder in einem Überlappungsbereich verschweißt werden. Ebenso sind andere Fixiertechniken denkbar. Nach dem Aufwickeln liegt dann der in den 2 bis 5 gezeigte Blechkörper 11 bzw. die Einrichtung 7 vor.
Bei dieser Ausführungsform besitzen die Schaufeln 9, 9' bereits nach dem Umbiegen eine Anstellung gegenüber der Axialrichtung des Rohrkörpers 8.
Zur Herstellung der hier bevorzugten Ausführungsform wird der Blechstreifen 16 entsprechend den 6 und 7 so bearbeitet, dass beim Freischneiden der Schaufeln 9, 9' gleichzeitig auch die radial längeren Schaufeln 21, also die mit den Fortsätzen 22 versehenen Schaufeln 21 ausgebildet werden. Im Beispiel sind nur an einer Längsseite des Blechstreifens 11, also letztlich an einem Axialende des Rohrkörpers 8 solche verlängerte Schaufeln 21 ausgebildet. Für die geometrische Formgebung der Fortsätze 22 sind grundsätzlich beliebige Varianten möglich. Beispielsweise zeigen die 6 und 7 eine Ausführungsform mit einem keilförmigen, spitz zulaufenden Fortsatz 22.
Den Darstellungen der 6 und 7 ist außerdem entnehmbar, dass die Schaufeln 9, 9' bevorzugt so vom Blechstreifen 16 freigeschnitten werden können, dass zwischen benachbarten Schaufeln 9, 9' ein Spalt 23 entsteht. Durch diesen Spalt 23 können Berührungen zwischen benachbarten Schaufeln 9, 9' beim fertigen Blechkörper 11 vermieden werden.
Bevorzugt sind nun in der in 1 gezeigten Abgasanlage 3 die Einspritzeinrichtung 6 und die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 7 so aufeinander abgestimmt, dass ein von der Einspritzeinrichtung 6 erzeugter einstrahliger oder mehrstrahliger Eduktstrahl die Schaufeln 9 der Einrichtung 7 radial außerhalb des zentralen Kernbereichs 10 trifft. Vorzugsweise trifft der Eduktstrahl ausschließlich innerhalb der blickdichten Ringfläche 12 auf die Schaufeln 9. Zweckmäßig erfolgt die Auslegung bzw. Anpassung so, dass der jeweilige Eduktstrahl ausschließlich außerhalb des Kernbereichs 10 und/oder ausschließlich innerhalb der blickdichten Ringfläche 12 auf die Schaufeln 9 trifft.

Claims

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 verändernde 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.