DE102016121537A1

DE102016121537A1 - Mischvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016121537A1
Application number: DE102016121537.6A
Authority: DE
Inventors: Ralf Bey
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mischvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug zum Einbringen eines Fluides, vorzugsweise in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, aufweisend zumindest einen Einlassbereich (11) mit einer Einlassgeometrie (12), durch welchen zumindest ein erstes Fluid (20) in einen durch eine Wandung (16) begrenzten Innenraum (10.1) der Mischvorrichtung (10), einleitbar ist, zumindest einen stromabwärts zum Einlassbereich (11) angeordneten Mischbereich (13) mit einer Mischgeometrie (14), wobei der Mischbereich (13) zumindest ein Einlasselement (15) aufweist, durch das zumindest ein zweites Fluid (21) in den Mischbereich (13) einleitbar ist. Die Einlassgeometrie (12) und die Mischgeometrie (14) sind erfindungsgemäß inkongruent.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Einbringen eines Fluides, vorzugsweise in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, gemäß dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch.
Stand der Technik
Zur Minderung der Emissionen, vorzugsweise von Stickoxiden, werden bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen Abgase aus dem Abgastrakt des Motors rückgeführt. Aus Umweltgründen und um die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte bei Verbrennungsmotoren einzuhalten, ist die Abgasrückführung eine wichtige Maßnahme zur Senkung der Stickoxidemissionen. Im Stand der Technik findet die Abgasrückführung über ein Leitungssystem statt, bei dem das Abgas in den Ansaugtrakt des Motors zurückgeführt wird. Dabei wird das Abgas in den Ansaugtrakt eingedüst. Als nachteilhaft hat sich bei der Abgasrückführung aus dem Stand der Technik herausgestellt, dass eine derartige Eindüsung nur zu einer punktuellen Vermischung mit zugeführter Frischluft führt. Die dadurch entstehende inhomogene Vermischung von Frischluft und Abgas führt zu Verlusten bei der Verminderung der Bildung von Stickoxiden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die voranstehenden aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben und ein verbessertes Mischungsverhältnis von Abgas und bspw. Frischluft im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors herzustellen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Mischvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Die Mischvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Einbringen eines Fluides, vorzugsweise in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, weist zumindest einen Einlassbereich mit einer Einlassgeometrie, durch welchen zumindest ein erstes Fluid in einen durch eine Wandung begrenzten Innenraum der Mischvorrichtung, einleitbar ist, auf. Des Weiteren umfasst die Mischvorrichtung zumindest einen stromabwärts zum Einlassbereich angeordneten Mischbereich mit einer Mischgeometrie, wobei der Mischbereich zumindest ein Einlasselement aufweist, durch das zumindest ein zweites Fluid in den Mischbereich einleitbar ist. Die Einlassgeometrie und die Mischgeometrie sind dabei inkongruent ausgebildet. Inkongruent meint im Sinne der Erfindung, dass die Einlassgeometrie am Einlassbereich der Mischvorrichtung unterschiedliche Abmessungen im Vergleich zu der Mischgeometrie des Mischbereiches aufweist. Das bedeutet, dass die Einlassgeometrie und die Mischgeometrie nicht deckungsgleich ausgebildet sind, wobei deckungsgleich bedeutet, dass die von der Einlassgeometrie gebildete Flächengeometrie ungleich der Flächengeometrie der Mischgeometrie ausgebildet ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Mischvorrichtung dient zum Einbringen eines Fluides, vorzugsweise in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, wobei das Fluid ein Gemisch von zumindest zwei Fluidströmen ist. Vorzugsweise wird durch den Einlassbereich der Mischvorrichtung Luft bzw. Frischluft oder weitere für die Verbrennung nutzbare Gase und/oder Kraftstoffe in Form eines ersten Fluidstromes eingebracht. Stromabwärts zum Einlassbereich ist an der Mischvorrichtung ein Mischbereich angeordnet, welcher eine Mischgeometrie aufweist, wobei der Mischbereich zumindest ein Einlasselement aufweist, durch das zumindest ein zweites Fluid in Form eines Fluidstromes in den Mischbereich einleitbar ist. Somit wird erreicht, dass im Mischbereich der durch den ersten Einlassbereich eingeleitete Fluidstrom und dem durch das Einlasselement eingeleitete Fluidstrom miteinander zu einem Fluidgemisch vermischt werden. Durch das Einlasselement wird vorzugsweise das Abgas oder ein mit dem Abgas vermischtes Gasgemisch als zweiter Fluidstrom in den Mischbereich eingeleitet. Das zumindest eine Einlasselement kann erfindungsgemäß an lediglich einer Seite des Mischbereiches, zum Beispiel oben, unten oder seitlich, angeordnet sein. Des Weiteren ist es denkbar, dass eine Vielzahl an Einlasselementen im Mischbereich der Mischvorrichtung angeordnet sind, wobei die Einlasselemente an nur einer Seite oder mehreren Seiten im Mischbereich angeordnet sein können. Durch die unterschiedliche Anordnung der Einlasselemente kann unter anderem Einfluss auf das Mischungsverhältnis bzw. die Homogenität des Fluidgemisches genommen werden.
Ein Kern der Erfindung liegt somit darin, dass durch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung eine homogene Mischung von zumindest zwei Fluidströmen im Mischbereich erzielt werden kann. Dadurch wird z. B. erreicht, dass die Bildung von Stickoxiden weiter verringert werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Einlassgeometrie und die Mischgeometrie im Wesentlichen querschnittsflächenäquivalent ausgebildet. Querschnittsflächenäquivalent bedeutet, dass bei unterschiedlich ausgebildeter Einlassgeometrie und Mischgeometrie, die Querschnittsflächen der beiden Geometrien im Wesentlichen gleich ausgebildet sind. Damit wird erreicht, dass Strömungsverluste im Mischbereich bzw. im Übergang vom Einlassbereich in den Mischbereich zumindest verringert werden. Neben der Reduzierung der Strömungsverluste, wird durch eine querschnittsflächenäquivalente Ausbildung erreicht, dass im Mischbereich ein homogenes Fluidgemisch erzeugt werden kann, daher der einströmende zweite Fluidstrom strömungsoptimiert zu dem ersten Fluidstrom geleitet werden kann. Hierfür ist es denkbar, dass sich das Einlasselement im Einlassbereich von der Einlassgeometrie stromabwärts zum Mischbereich, und damit zur Mischgeometrie, an der Breitseite verjüngt und gleichzeitig an der Längsseite erweitert. Somit wird erreicht, dass die Einlassgeometrie und die Mischgeometrie inkongruent und im Wesentlichen querschnittsflächenäquivalent ausgebildet sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn das Einlasselement an der zumindest einen Seite des Mischbereiches angeordnet ist, welche flacher ausgebildet ist. Dadurch kann erreicht werden, dass durch das zumindest eine Einlasselement der zweite Fluidstrom möglichst tief in den ersten Fluidstrom eingeleitet oder eingedüst werden kann, sodass sich eine homogene Mischung der beiden Fluidströme ergibt.
Die Wandung kann vorteilhafterweise einen zum Innenraum sich erstreckenden Wandabschnitt aufweisen. Dadurch ist die Strömung im Einlassbereich und/oder im Mischbereich beeinflussbar. Bei dem Wandabschnitt kann es sich vorzugsweise um eine geformte Wandung handeln, wodurch zumindest ein Fluidstrom und/oder das Fluidgemisch in seiner Strömung, zum Beispiel Strömungsrichtung, beeinflusst werden kann. Dabei kann es sich beispielsweise um konkav oder konvex sowie keilförmig ausgebildete Abschnitte der Wandung handeln, wobei der zumindest eine Fluidstrom und/oder das Fluidgemisch entlang dieser konkaven, konvexen oder keilförmigen Abschnitte derart geleitet wird, dass beispielsweise im Mischbereich der erste Fluidstrom entlang des Wandabschnittes gelenkt wird, sodass eine möglichst homogene Vermischung mit dem durch das Einlasselement eingedüste zweite Fluidstrom hergestellt werden kann. Dementsprechend wird durch den Wandabschnitt der erste Fluidstrom und/oder das Fluidgemisch an den Einlasselementen in den Mischbereich derart geleitet, dass bei der Eindüsung des zweiten Fluidstroms, die Homogenität des Fluidgemisches weiter verbessert wird, im Wesentlichen ohne dass Verwirbelungen in dem Bereich des Einlasselementes entstehen.
Im Rahmen der Erfindung kann die Einlassgeometrie im Querschnitt im Wesentlichen rund und die Mischgeometrie im Wesentlichen rechteckig ausgebildet sein, wobei vorzugsweise der Durchmesser der Einlassgeometrie größer ist als zumindest eine Seitenlänge der Mischgeometrie. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Einlassgeometrie im Wesentlichen rechteckig und die Mischgeometrie im Wesentlichen rund ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise ist der Durchmesser der im Wesentlichen rund ausgebildeten Einlassgeometrie größer als zumindest eine Seitenlänge der im Wesentlichen rechteckig ausgebildeten Mischgeometrie. Dementsprechend ist die Mischgeometrie derart ausgebildet, dass im Mischbereich, in eine Richtung eine flachere Geometrie ausgebildet ist als es im Einlassbereich an der Einlassgeometrie der Fall ist. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Einlasselement an der zumindest einen Seite der Mischgeometrie mit der größeren Seitenlänge angeordnet ist. Somit ergibt sich im Mischbereich eine flach ausgebildete Mischgeometrie, wobei durch das Einlasselement der zweite Fluidstrom derart in den Mischbereich eingeleitet werden kann, dass der zweite Fluidstrom optimal mit dem ersten Fluidstrom vermischt wird. Vorzugsweise ist die Mischgeometrie dabei derart dimensioniert, dass der eingeleitete zweite Fluidstrom über die ganze Querschnittsfläche der Mischgeometrie vermischt werden kann. Somit wird verhindert, dass sich im Zentrum der Mischgeometrie und somit des Mischbereiches Abschnitte ergeben, in denen keine homogene Mischung der zumindest zwei Fluidströme hergestellt werden kann.
Rund ist im Sinne der Erfindung jegliche Form, die eine Querschnittsfläche aufweist, welche kreisförmig, oval, konzentrisch oder nicht konzentrisch ausgebildet ist. Darüber hinaus kann die Einlassgeometrie oder die Mischgeometrie ebenfalls jegliche polygonale Form aufweisen. Eine weitestgehend rechteckige Form kann dabei auch nicht spitzwinklig ausgebildete sondern abgerundete Ecken aufweisen.
Das zumindest eine Einlasselement kann vorteilhafterweise zumindest eine Öffnung aufweisen, wobei die Öffnung als eine Materialausnehmung und/oder eine Bohrung in der Wandung ausgebildet ist. Die Öffnung kann dabei in Form einer Materialausnehmung unterschiedliche geometrische Formen aufweisen, vorzugsweise rechteckig oder polygonal. Darüber hinaus kann die Öffnung als eine Bohrung und somit als eine kreisförmige Ausnehmung der Wandung der Mischvorrichtung ausgebildet sein. Die Öffnung kann dabei ebenfalls schräg zum Fluidstrom ausgebildet sein, sodass sich im Verlauf der Bohrung eine Trapezform der Öffnung bzw. Materialausnehmung ergibt. Dadurch kann die Strömungsgeometrie des zumindest zweiten Fluidstromes am Einlasselement beeinflusst werden. Die schräg ausgebildete Öffnung kann dabei in Strömungsrichtung oder gegen die Strömungsrichtung hin gerichtet sein, sodass der zweite Fluidstrom in oder gegen die Strömungsrichtung des ersten Fluidstromes zumindest teilweise gelenkt wird.
Vorteilhafterweise kann die Öffnung sich zum Mischbereich hin verjüngen oder verbreitern. Darüber hinaus kann die Öffnung eine konvexe, eine konkave oder eine glatte Geometrie aufweisen, sodass sich an der Öffnung ein Fluidaustrittsbereich ergibt, der sich zum Mischbereich hin erstreckt und eine strömungsoptimierende Geometrie aufweist. Durch eine Verjüngung ergibt sich eine düsenartige Gestaltung der Öffnung, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluidstromes beschleunigt wird, während der Druck abnimmt. Umgekehrt kann sich bei einer sich verbreiternden Öffnung eine Diffusorwirkung ergeben.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Öffnung einen Durchmesser von 0,05 mm bis 20 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 7 mm, aufweist. Über den Durchmesser der Öffnung, kann der Volumenstrom und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des zumindest zweiten Fluidstromes beeinflusst werden. Auch der Druck des zumindest zweiten Fluidstromes, welcher in den Mischbereich eingeleitet wird, kann über den Durchmesser der Öffnung verringert oder vergrößert werden, sodass das Mischverhalten im Mischbereich positiv verändert werden kann.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Wandung im Bereich der Öffnung abgerundet ausgebildet ist. Durch einen abgerundeten Bereich der Öffnung bzw. der Wandung kann erreicht werden, dass ein Abreißen des Fluidstromes an einer Kante und somit Verwirbelung des Fluidstromes zumindest vermindert werden. Vielmehr kann durch einen abgerundeten Bereich ein homogenes Einströmen des zumindest zweiten Fluidstromes in den Mischbereich erzielt werden.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Wandung sich gegenüberliegende Wandungsbereiche aufweist, wobei jeder Wandungsbereich zumindest ein Einlasselement aufweist, wobei vorzugsweise ein Einlasselement des einen Wandungsbereiches versetzt zum Einlasselement des anderen Wandungsbereiches angeordnet ist. Durch die Anordnung von zumindest zwei Einlasselementen an gegenüberliegenden Wandungsbereichen der Mischvorrichtung im Mischbereich wird erreicht, dass der zumindeste zweite Fluidstrom von zwei Seiten in den Mischbereich eingeleitet wird, sodass der Fluidstrom des ersten Fluides von zumindest zwei Seiten im Mischbereich mit dem zweiten Fluidstrom vermischt wird. Bevorzugt werden die zumindest zwei Einlasselemente an den Seiten der Wandung mit einer größeren Seitenlänge, der Längsseite angeordnet. So wird der zumindest zweite Fluidstrom in dem flacher ausgebildeten Bereich der Mischvorrichtung, vorzugsweise im Mischbereich, mit dem ersten Fluidstrom vermischt, sodass ein homogenes Fluidgemisch entsteht. Besonders bevorzugt ist es, wenn die zumindest zwei Einlasselemente versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei können die Einlasselemente zum Beispiel schachbrettmusterartig an der Wandung bzw. den Wandungsbereichen der Mischvorrichtung angeordnet sein. Dadurch wird erzielt, dass auf einer großen Fläche innerhalb des Mischbereiches der zumindest zweite Fluidstrom in den Mischbereich eingeleitet wird und dadurch ein homogenes Fluidgemisch entsteht. Durch die versetzt zueinander angeordneten Einlasselemente werden außerdem Strömungsverluste bzw. Strömungsverwirbelungen, welche zu Strömungsverlusten führen, im Wesentlichen verringert. Eine Mehrzahl an Einlasselementen erzielt ein gleichmäßiges Einbrausen des zweiten Fluidstromes in den Mischbereich, was sich positiv auf das Mischverhalten auswirkt.
Das Einlasselement kann vorteilhaft zumindest ein Leitelement aufweisen, wobei das Leitelement sich in den Innenraum erstreckt, vorzugsweise dass das Leitelement eine Krümmung aufweist. Es vorteilhaft, wenn das Leitelement durch die Wandung gebildet ist. Dementsprechend sind das Leitelement und die Wandung einteilig ausgebildet, was zu einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion führt. Dabei ist es auch denkbar, dass das Einlasselement mehrteilig ausgebildet ist, wobei das Leitelement an der Wandung angeordnet ist, sodass es sich um zumindest zwei unterschiedliche Bauteile handelt, welche miteinander kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden. Dabei können die Wandung und das Leitelementmaterial einheitlich oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Eine materialeinheitliche Ausbildung ist besonders kostengünstig und einfach herzustellen. Es kann von Vorteil sein, dass das Leitelement aus einem von der Wandung unterschiedlichen Material ausgebildet ist, sodass das Leitelement beispielsweise einen von der Wandung unterschiedlichen Elastizitätskoeffizienten aufweist und somit zum Beispiel einfacher verformbar ist. Das Leitelement erstreckt sich vorzugsweise in den Mischbereich und somit in den ersten Fluidstrom und/oder das Fluidgemisch herein. Dadurch kann erzielt werden, dass der zumindest zweite Fluidstrom durch das Leitelement in gezielter Weise in den Mischbereich geleitet wird, sodass ein optimales homogenes Fluidgemisch erzielt werden kann. Das Leitelement kann dabei in Strömungsrichtung oder gegen die Strömungsrichtung ausgerichtet sein. Somit wird durch das Leitelement der zumindest zweite Fluidstrom gegen die Strömung des ersten Fluides oder mit der Strömung des ersten Fluides in den Mischbereich eingeleitet, sodass das Mischverhalten bzw. die Strömung im Bereich des Einlasselementes beeinflussbar sind.
Im Rahmen der Erfindung kann das Einlasselement als ein Ventil wirken, wobei das Einlasselement ein Ventilelement aufweist, welches in eine Schließstellung und eine Offenstellung bewegbar ist, wobei in der Schließstellung die Öffnung geschlossen ist und in der Offenstellung die Öffnung geöffnet ist, sodass das zweite Fluid in den Mischbereich strömbar ist. Vorzugsweise wirkt das Einlasselement als ein Rückschlagventil. Das Ventilelement ermöglicht dabei die Querschnittsfläche der Öffnung des Einlasselementes zu verändern, wobei das Ventilelement beweglich ausgebildet ist, sodass die Querschnittsfläche der Öffnung vergrößert, verkleinert oder verschlossen werden kann. Vorzugsweise kann über das Ventilelement der Volumenstrom des zweiten Fluides in den Mischbereich hinein oder der Volumenstrom des ersten Fluides und/oder des Fluidgemisches aus dem Mischbereich und somit durch die Öffnung heraus gesteuert werden. Ist das Einlasselement als ein Rückschlagventil ausgebildet, so wird verhindert, dass der erste Fluidstrom und/oder das Fluidgemisch aus der Mischvorrichtung und vorzugsweise aus dem Mischbereich, austreten kann und in Richtung des zweiten Fluidstroms geführt wird. Wird also der Druck im Mischbereich der Mischvorrichtung größer als der Druck des zweiten Fluidstromes, welcher durch das Einlasselement eingeleitet wird, so verhindert das Rückschlagventil das Austreten des ersten Fluidstromes und/oder des Fluidgemisches aus dem Mischbereich. Das erfindungsgemäße Einlasselement kann dabei beispielsweise als ein Klappenventil oder ein Flatterventil/Reedventil funktionieren. Es ist denkbar, dass das Ventilelement durch das Leitelement gebildet wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass das Leitelement derart ausgestaltet ist, dass dies als ein Ventilelement, fungiert, wobei vorzugsweise das Leitelement einen Elastizitätskoeffizienten aufweist, welcher es erlaubt, dass ab einem bestimmten Druck im Mischbereich das Leitelement gegen die Öffnung des Einlasselementes gedrückt wird, sodass ein Ausströmen des ersten Fluides und/oder des Fluidgemisches aus dem Mischbereich heraus unterbunden wird. Das Leitelement kann auch als eine Begrenzung für das Ventilelement dienen, sodass eine Auslenkung des Ventilelementes in den Mischbereich hinein, durch das Leitelement begrenzt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich, als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung,
2 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung,
3 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasselemente,
4a eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasselemente,
4b eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasselemente und
4c eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasselemente.
Die 1 zeigt die erfindungsgemäße Mischvorrichtung 10 mit einem Einlassbereich 11 und der Einlassgeometrie 12 sowie den Mischbereich 13 mit der Mischgeometrie 14, wobei die Einlassgeometrie inkongruent zu der Mischgeometrie ausgebildet ist. Die Einlassgeometrie 12 weist dabei eine runde Form mit einem Durchmesser d auf, wodurch das erste Fluid 20 in Form des Fluidstroms 20 in den Innenraum 10.1 der Mischvorrichtung 10 eingeleitet wird. Von der Einlassgeometrie 12 aus erstreckt sich der Einlassbereich 11 derart in Richtung Mischbereich 13, dass die runde Einlassgeometrie 12 in eine rechteckige Mischgeometrie 14 übergeht. Die Mischgeometrie 14 weist dabei eine Höhe h auf, wobei die Höhe h kleiner als der Durchmesser d der Einlassgeometrie 12 ist. Die Einlassgeometrie 12 und die Mischgeometrie 14 sind in 1 dabei vorzugsweise im Wesentlichen querschnittsäquivalent ausgebildet, sodass die Seitenlängen s der Mischgeometrie 14 derart dimensioniert sind, dass die rechteckige Querschnittsfläche ungleich der runden Querschnittsfläche der Einlassgeometrie 12 ist. In der 1 ist aufgrund der Perspektive und der gezeigten Proportionen, die Querschnittsflächenäquivalenz lediglich angedeutet und gibt nicht die genauen Proportionen zwischen Mischgeometrie und Einlassgeometrie wieder. Im Mischbereich 13 der Mischvorrichtung 10 weist die Wandung 16 an einer Seitenfläche eine Mehrzahl an Einlasselementen 15 mit den Öffnungen 22 auf, wobei durch die Öffnung 22 der Einlasselemente 15 das zweite Fluid 21 in Form des Fluidstroms 21 in den Mischbereich 13 eingeleitet wird. Aufgrund der geringeren Höhe h der Mischgeometrie 14 im Vergleich zum Durchmesser d der Einlassgeometrie 12, wird ein verbessertes Mischungsverhalten des ersten Fluidstroms 20 mit dem zweiten Fluidstrom 21 erreicht. Der zweite Fluidstrom 21 kann durch die flachere Ausgestaltung tiefer in den Volumenstrom des ersten Fluides 20 eindringen, sodass eine gleichmäßige Vermischung des ersten Fluidstromes 20 mit dem zweiten Fluidstrom 21 im Mischbereich 13 erzielt wird. Des Weiteren ist in 1 der Bereich der Mischvorrichtung 10 gezeigt, aus welchem das Fluidgemisch aus der Mischvorrichtung 10 hinausgeführt wird. Dabei ist der Austrittsbereich des Fluidgemisches analog zu dem Einlassbereich 11 der Mischvorrichtung 10 ausgebildet.
Die 2 zeigt den Mischbereich 13 der Mischvorrichtung 10, wobei der Mischbereich 13 eine im Wesentlichen eckige Form aufweist. An der Wandung 16 der Mischvorrichtung 10 sind an zwei Seiten eine Vielzahl an Einlasselementen 15 angeordnet. Dabei sind die Einlasselemente 15 mit den Öffnungen 22 jeweils an den Seiten mit der größeren Fläche/Längsseiten angeordnet, sodass ein Einleiten des zweiten Fluides 21 zu einer verbesserten Vermischung mit dem ersten Fluid 20 durch die verringerte Höhe h erzielt wird. In 2 wird somit der zweite Fluidstrom 21 von oben und unten in den Mischbereich 13 eingeleitet, wobei die Öffnungen 22 der Einlasselemente 15 als Bohrungen in der Wandung 16 ausgebildet sind.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Einlasselemente 15 im Mischbereich 13 der Mischvorrichtung 10 gezeigt. Dabei sind eine Mehrzahl an Einlasselementen 15 an der Wandung 16 der Mischvorrichtung 10 in dem Mischbereich 13 angeordnet. Auch in 3 weist die Mischgeometrie 13 eine rechteckige Form auf. An der Wandung 16 der Mischvorrichtung 10 weisen die Einlasselemente 15 jeweils ein Leitelement 17 auf, welches derart ausgebildet ist, dass das Einlasselement gleichzeitig als ein Ventilelement 23 funktioniert. Die Leitelemente 17 sind dabei komplementär zu der Öffnung 22 ausgebildet, sodass diese einen Formschluss mit den Öffnungen 22 in einer geschlossenen Position einnehmen können. Dadurch wird erreicht, dass der zweite Fluidstrom 21 in den Mischbereich 13 eingeleitet werden kann, und gleichzeitig verhindert wird, dass das Fluidgemisch aus dem Mischbereich 13 durch die Öffnungen 22 ausströmen kann. Auch in 3 wird der erste Fluidstrom 20 von zwei Seiten im Mischbereich 13 mit dem zweiten Fluidstrom 21 vermischt.
Die 4a) zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einlasselemente 15, wobei das Einlasselement 15 jeweils ein Leitelement 17 aufweist, welches aus der Wandung 16 gebildet ist. Dabei erstreckt sich das Leitelement 17 in den Mischbereich 13 hinein, sodass der zweite Fluidstrom 21 entlang der Leitelemente 17 in den Mischbereich 13 eingeleitet werden kann. Dafür weist das Einlasselement 15 jeweils eine Öffnung 22 auf, durch welches der zweite Fluidstrom 21 entlang des Leitelementes 17 eingeleitet wird. Die Leitelemente 17 können beispielsweise aus der Wandung 16 gestanzt sein, sodass diese aus der Wandung 16 in den Mischbereich 13 gebogen werden können. Der erste Fluidstrom 20 wird in 4a), von der linken Seite in den Mischbereich 13 eingeleitet, wobei der zweite Fluidstrom 21 durch die Öffnung 22 des Einlasselementes 15 im Fluidaustrittsbereich 19 geleitet wird. Die Leitelemente 17 sind dabei aus einem formstabilen Material ausgebildet, sodass die Leitelemente 17 im Wesentlichen keine Verformung durch den Fluidstrom erfahren. Das obere Einlasselement 15 ist derart ausgestaltet, dass durch die Öffnung 22 der zweite Fluidstrom 21 entlang des Leitelementes 17 gegen die Strömung des ersten Fluidstroms 20 in den Mischbereich 13 eingeleitet wird. Das untere Einlasselement 15 ist dabei in Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms 20 angeordnet, sodass der zweite Fluidstrom 21 durch die Öffnung 22 in Strömungsrichtung des ersten Fluidstromes 20 eingeleitet wird. Die Einlasselemente 15 sind dabei sich gegenüberliegend an den Wandungen 16 bzw. Wandungsbereichen 16.1 angeordnet, wobei aufgrund der Ausgestaltung der Leitelemente 17 und den Strömungsrichtungen des zweiten Fluidstromes 21 eine homogene Vermischung der beiden Fluidströme 20, 21 im Mischbereich 13 erzielbar ist. In dem oberen Bereich vergrößert sich die Öffnung 22, wobei in dem unteren Bereich sich die Öffnung 22 zum Mischbereich 13 hin verjüngt.
Die 4b) zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einlasselemente 15, wobei die Einlasselemente 15 in der 4b) derart ausgestaltet sind, dass sowohl im oberen Bereich der Mischvorrichtung 10, als auch im unteren Bereich der Mischvorrichtung 10 der zumindest zweite Fluidstrom 21 in Strömungsrichtung des ersten Fluidstroms 20 eingeleitet wird. Dabei weist das Einlasselement 15 jeweils ein Leitelement 17 auf, welches sich in Richtung des Mischbereiches 13 und somit in Richtung des ersten Fluidstroms 20 erstreckt. Die Einlasselemente 15 sind in 4b) an den sich gegenüberliegenden Wandungen 16 bzw. Wandungsbereiche 16.1 versetzt zueinander angeordnet, sodass der Fluidaustrittsbereich 19 des Einlasselementes 15 ebenfalls versetzt zueinander angeordnet ist, sodass ein Einleiten des zweiten Fluidstroms 21 im unteren Bereich der Mischvorrichtung 10 versetzt zu dem eingeleiteten Fluidstrom 21 im oberen Bereich erzielt wird. Somit werden Strömungsverluste im Mischbereich 13 minimiert.
Die 4c) zeigt eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Einlasselementes 15, wobei das Einlasselement 15 ein Leitelement 17 und ein Ventilelement 23 aufweist, wobei das Ventilelement 23 als ein separates Bauteil 23 ausgebildet ist, welches zum Beispiel aus einem Federstahl besteht und unterhalb des Leitelementes 17 angeordnet ist. Folglich kann durch den Volumenstrom des zweiten Fluides 21 das Ventilelement 23 aus einer Schließposition in eine Öffnungsposition bewegt werden, sodass der zweite Fluidstrom 21 durch die Öffnung 22 in den Mischbereich 13 eingeleitet werden kann. Das Leitelement 17 dient dabei als ein Anschlag für das Ventilelement 23, sodass das Ventilelement 23 einen maximalen Öffnungswinkel hat, der dem Winkel des Leitelementes 17 in Relation zur Wandung 16 der Mischvorrichtung 10 entspricht. Die Öffnung 22 in der Wandung 16 der Mischvorrichtung 10 weist in 4c) einen abgerundeten Bereich auf. Darüber hinaus befinden sich an der Wandung 16 konvex ausgebildete Abschnitte, welche jeweils in der Flucht der Einlasselemente 15 angeordnet sind und somit einen abschnittsweise konvex ausgebildeten Wandabschnitt 18 bilden. Dabei ist der Wandabschnitt derart ausgebildet, dass sich ein Übergang von dem Wandabschnitt 18 zu dem Teil des Leitelementes 17 bildet, welcher das Leitelement 17 an der Wandung befestigt oder verbindet. Dabei kann der Wandabschnitt 18 eine angepasste Form aufweisen, bspw. eine Steigung, die die Strömung des Fluids derart lenkt, dass der Strömungswiderstand am Ventilelement 23 und dem Leitelement 17 weitestgehend gering gehalten werden können.
In sämtlichen Ausführungsformen der in den zuvor beschriebenen Figuren ist die erfindungsgemäße Mischvorrichtung 10 mit einer zu der Einlassgeometrie 12 inkongruent, vorzugsweise querschnittsflächenquivalenten Mischgeometrie 14 zugrunde gelegt, auch wenn diese nicht explizit gezeigt sind. Folglich ist der in den 2 bis 4c gezeigte Mischbereich 13 ein Bestandteil einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 10, welche einen nicht weiter dargestellten Einlassbereich 11 aufweist, dessen Einlassgeometrie 12 inkongruent, vorzugsweise querschnittsflächenaquivalent zu der gezeigten Mischgeometrie 14 ausgebildet ist.
Die erwähnten Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Mischvorrichtung
10.1: Innenraum
11: Einlassbereich
12: Einlassgeometrie
13: Mischbereich
14: Mischgeometrie
15: Einlasselement
16: Wandung
16.1: Wandungsbereich
17: Leitelement
18: Wandabschnitt
19: Fluidaustrittsbereich
20: erstes Fluid
21: zweites Fluid
22: Öffnung
23: Ventilelement
d: Durchmesser
h: Höhe
s: Seitenlänge

Claims

Mischvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug zum Einbringen eines Fluides, vorzugsweise in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, aufweisend zumindest einen Einlassbereich (11) mit einer Einlassgeometrie (12), durch welchen zumindest ein erstes Fluid (20) in einen durch eine Wandung (16) begrenzten Innenraum (10.1) der Mischvorrichtung (10), einleitbar ist, zumindest einen stromabwärts zum Einlassbereich (11) angeordneten Mischbereich (13) mit einer Mischgeometrie (14), wobei der Mischbereich (13) zumindest ein Einlasselement (15) aufweist, durch das zumindest ein zweites Fluid (21) in den Mischbereich (13) einleitbar ist, wobei die Einlassgeometrie (12) und die Mischgeometrie (14) inkongruent ausgebildet sind.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassgeometrie (12) und die Mischgeometrie (14) im Wesentlichen querschnittflächenäquivalent ausgebildet sind.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (16) einen zum Innenraum (10.1) sich erstreckenden Wandabschnitt (18) aufweist,
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassgeometrie (12) im Querschnitt im Wesentlichen rund und die Mischgeometrie (14) im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Durchmesser (d) der Einlassgeometrie (12) größer ist als zumindest eine Seitenlänge (s) der Mischgeometrie (14).
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Einlasselement (15) zumindest eine Öffnung (22) aufweist, wobei die Öffnung (22) als eine Materialausnehmung und/oder eine Bohrung ausgebildet ist.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (22) sich zum Mischbereich (13) hin verjüngt oder verbreitert.
Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (22) einen Durchmesser, vorzugsweise, von 0,05 mm bis 20 mm, bevorzugt zwischen 1 mm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 7 mm aufweist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (16) im Bereich der Öffnung (22) abgerundet ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (16) sich gegenüberliegende Wandungsbereiche (16.1) aufweist, wobei jeder Wandungsbereich (16.1) zumindest ein Einlasselement (15) aufweist, wobei vorzugsweise ein Einlasselement (15) des einen Wandungsbereiches (16.1) versetzt zum Einlasselement (15) des anderen Wandungsbereiches (16.1) angeordnet ist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlasselement (15) zumindest ein Leitelement (17) aufweist, wobei das Leitelement (17) sich in den Innenraum (10.1) erstreckt, vorzugsweise dass das Leitelement (17) eine Krümmung aufweist.
Mischvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlasselement (15) als ein Ventil wirkt, wobei das Einlasselement (15) ein Ventilelement (23) aufweist, welches in eine Schießstellung und eine Offenstellung bewegbar ist, wobei in der Schließstellung die Öffnung (22) geschlossen ist und in der Offenstellung die Öffnung (22) geöffnet ist, sodass das zweite Fluid (21) in den Mischbereich (13) strömbar ist.