DE102016214108A1 - Device and method for mixing at least two fluids - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) sowie ein Verfahren zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase, mittels der in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Vorrichtung (1) zum Mischen dieser Fluide. Die Vorrichtung (1) weist dabei einen durch die Fluide durchlaufenen, Strömungskanal (2) auf und der Strömungskanal (2) ist seinem Querschnitt (3) nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente (4) unterteilbar. Weiterhin wird in Abhängigkeit eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels im Strömungskanal (2) angeordneter schaltbarer Sperren (5), durch welche der Durchtritt der Strömung durch jedes der Gittersegmente (4) einzeln und unabhängig voneinander oder durch Gruppen von Gittersegmenten (4) gemeinsam, sperrbar ist, der Durchtritt der Strömung durch einzelne oder mehrere Gittersegmente (4) gesperrt und/oder freigeben.The invention relates to a device (1) and a method for mixing at least two fluids in the gaseous or in the gaseous and liquid phases, by means of the device (1) arranged in an exhaust system of an internal combustion engine for mixing these fluids. In this case, the device (1) has a flow channel (2) through which the fluids pass, and the flow channel (2) can be subdivided into its cross section (3) into lattice segments (4) which can be differentiated from one another. Furthermore, in dependence on an operating point of the internal combustion engine by means of switchable in the flow passage (2) barrier (5) through which the passage of the flow through each of the grid segments (4) individually and independently or by groups of grid segments (4) together, lockable the flow passage through one or more grid segments (4) is blocked and / or released.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase, wobei die Vorrichtung einen durch die Fluide durchlaufenen Strömungskanal aufweist und der Strömungskanal seinem Querschnitt nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente unterteilbar ist. The invention relates to a device and a method for mixing at least two in-flow fluids in gaseous or in gaseous and liquid phase, wherein the device has a flow passage through the fluids and the flow channel is subdivided in its cross-section into distinguishable grid segments.

In einer Vielfalt von Anwendungen ist es wünschenswert, eine homogene Durchmischung einer mehrere Phasen umfassenden Strömung zu erreichen. Ein Beispiel hierfür stellt die Selektive katalytische Reduktion, auch SCR genannt, dar, bei welcher zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von unter anderem Verbrennungsmotoren, dem heißen Abgas Ammoniak, für gewöhnlich in Form einer Harnstofflösung, zugeführt wird. In a variety of applications, it is desirable to achieve homogeneous mixing of multiphase flow. An example of this is Selective Catalytic Reduction, also called SCR, in which, for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of, inter alia, internal combustion engines, the hot exhaust gas ammonia, usually in the form of a urea solution, is supplied.

Um eine möglichst weitgehende Reduktion in einem SCR-Katalysator zu erreichen, ist somit eine vorzugsweise homogene Durchmischung des Abgases mit der Harnstofflösung notwendig. In order to achieve the greatest possible reduction in an SCR catalyst, a preferably homogeneous mixing of the exhaust gas with the urea solution is thus necessary.

Da vor allem in modernen Kraftfahrzeugen der Bauraum weitgehend begrenzt ist, haben sich zum Erreichen dieser homogenen Durchmischung auf einer möglichst kurzen Distanz im Abgastrakt sogenannte statische Mischer etabliert. Einen solchen Mischer zeigt unter anderem die DE 10 2006 058 715 B3 . Der Mischer weist hierbei mehrere Leiflügel auf, welche so an dem Mischer angebracht und geneigt sind, dass der Abgasstrom durch diese Leitflügel radial nach außen gedrängt wird. Since the installation space is largely limited, especially in modern motor vehicles, so-called static mixers have been established to achieve this homogeneous mixing on the shortest possible distance in the exhaust system. Such a mixer shows, among other things DE 10 2006 058 715 B3 , The mixer in this case has several Leiflügel, which are mounted on the mixer and inclined that the exhaust gas flow is forced through these guide vanes radially outward.

Der Nachteil solcher statischer Mischer liegt darin begründet, dass diese unabhängig der im Abgastrakt herrschenden Strömungsgeschwindigkeit des Abgases stets den gleichen Strömungswiderstand aufweisen und sich dieser somit bauartbedingt nicht lastabhängig anpassen lässt. Aufgrund einer somit nicht gegebenen homogenen Durchmischung ist es im Bereich des Möglichen, dass in das Abgas eingebrachter Harnstoff partiell nicht zur Reduktion beiträgt und sich dieser somit überschüssige Harnstoff im Abgastrakt ablagert. The disadvantage of such static mixers lies in the fact that they always have the same flow resistance independently of the flow velocity of the exhaust gas prevailing in the exhaust gas tract and thus can not be adapted to the load as a result of the design. Due to a thus not given homogeneous mixing, it is within the range possible that introduced into the exhaust urea partially does not contribute to the reduction and thus this superimposed excess urea in the exhaust system.

Um zumindest eine teilweise Anpassung an den Lastzustand eines Motors zu ermöglichen, zeigt die EP 2 388 063 B1 einen statischen Mischer, welcher Leitschaufeln aufweist, die aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt sind. Die Leitschaufeln verfügen somit unterhalb einer vorbestimmten Grenztemperatur über einen Niedertemperatur- und oberhalb dieser Grenztemperatur über einen Hochtemperaturzustand. Im Niedertemperaturzustand weist der Mischer einen hohen Strömungswiderstand auf, wodurch bei entsprechender Gestaltung der Leitschaufeln eine gute Durchmischung erreicht werden soll. Innerhalb der Hochtemperaturphase wird der Strömungswiderstand des Mischers reduziert, was in der Annahme liegt, dass mit einer höheren Abgastemperatur auch eine höhere Last und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit der Abgase vorliegt und dadurch ein geringerer Strömungswiderstand ausreichend ist, um eine entsprechend gute Durchmischung zu erreichen. Nachteilig hieran ist jedoch, dass bekanntermaßen thermische Systeme vergleichsweise hohe Zeitkonstanten aufweisen, somit recht träge reagieren und Erwärmungs- sowie Abkühlprozesse schnellen Lastwechseln eines Motors nicht folgen können. Somit ist es nicht unwahrscheinlich, dass der Wechsel von Hoch- zu Niedertemperaturphase nicht schnell genug erfolgt und hierdurch eine unzureichende Durchmischung vorliegt. Es könnte sogar bei schnell aufeinander folgenden Lastwechseln der Fall eintreten, dass der Mischer den Lastwechseln stets nacheilt und sich der Mischer dadurch bedingt immer im gerade unerwünschten Zustand befindet. Weiterhin können die lediglich zwei möglichen Zustände des Mischers bei der Vielzahl an möglichen Betriebszuständen eines Motors als unzureichend für eine lastabhängige Auslegung des Mischers angesehen werden. In order to enable at least a partial adaptation to the load condition of an engine, the shows EP 2 388 063 B1 a static mixer having vanes made of a shape memory alloy. The guide vanes thus have a low-temperature state below a predetermined limit temperature and a high-temperature state above this limit temperature. In the low-temperature state, the mixer has a high flow resistance, whereby a good mixing should be achieved with appropriate design of the vanes. Within the high temperature phase, the flow resistance of the mixer is reduced, which is based on the assumption that with a higher exhaust gas temperature and a higher load and a higher flow velocity of the exhaust gases and thus a lower flow resistance is sufficient to achieve a correspondingly good mixing. The disadvantage of this, however, is that known thermal systems have relatively high time constants, thus react quite slowly and heating and cooling processes can not follow fast load changes of a motor. Thus, it is not unlikely that the change from high to low temperature phase is not fast enough and thus there is insufficient mixing. It could even happen with fast successive load changes the case that the mixer always lags behind the load changes and as a result of this the mixer is always in the just undesired state. Furthermore, the only two possible states of the mixer in the plurality of possible operating conditions of a motor can be considered insufficient for a load-dependent design of the mixer.

Einen hiervon differenzierten Weg zeigt die WO 2016/024207 A1 , welche eine in einem zylindrischen Gehäuse angeordnete, zweiteilige Schaufelstruktur offenbart, von welcher eine mit Leitschaufeln ausgestattete Sekundärstruktur feststehend und eine zweite ebenfalls mit Leitschaufeln ausgestattete Primärstruktur gegenüber der Sekundärstruktur in einem begrenzten Winkelbereich drehbeweglich angeordnet ist. Die Leitschaufeln, welche die jeweiligen Strukturen aufweisen, sind dabei radial nach innen gerichtet angeordnet. Die Drehung der Primär- gegenüber der Sekundärstruktur kann dabei in einer Passivanordnung durch den im Abgastrakt auf die Primärstruktur wirkenden Druck des Abgases hervorgerufen oder in einer Aktivkonfiguration mittels eines über ein Schneckengetriebe verbundenen Stellmotors in Abhängigkeit des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors erfolgen. Denkbar ist weiterhin eine Kombination von Aktiv- und Passivkonfiguration. Bedingt durch den begrenzten Verstellweg und der Ausgestaltung der Schaufelstrukturen lässt sich jedoch mittels dieser Anordnung nachteilig nicht jeder beliebige Betriebszustand des Verbrennungsmotors abdecken. A differentiated way shows the WO 2016/024207 A1 which discloses a two-piece blade structure disposed in a cylindrical housing, of which a secondary structure equipped with vanes is fixed and a second likewise equipped with vanes primary structure with respect to the secondary structure in a limited angular range rotatably disposed. The vanes, which have the respective structures, are arranged directed radially inwards. The rotation of the primary relative to the secondary structure can thereby be effected in a passive arrangement by the pressure of the exhaust gas acting in the exhaust tract on the primary structure or in an active configuration by means of a servomotor connected via a worm gear as a function of the operating state of an internal combustion engine. Also conceivable is a combination of active and passive configuration. Due to the limited adjustment path and the configuration of the blade structures, however, it is not possible by means of this arrangement to disadvantageously cover any desired operating state of the internal combustion engine.

Neben der Anwendung solcher Mischer im Bereich der selektiven katalytischen Reduktion ist es auch ohne weiteres denkbar, diese in einer beliebigen Anwendung, bei welcher zwei Phasen einer homogenen Durchmischung bedürfen, eingesetzt werden. In addition to the use of such mixers in the field of selective catalytic reduction, it is also conceivable to use them in any application in which two phases require a homogeneous mixing.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine variable Anpassung der Vorrichtung an verschiedene Parameter, wie Strömungsgeschwindigkeit, Fluidzusammensetzung und/oder Temperatur, der sie durchlaufenden Strömung ermöglicht wird. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Against this background, the invention has the object to perform a device of the type mentioned above such that a variable adaptation of the device to various parameters, such as flow velocity, fluid composition and / or temperature, which allows them to flow through. Furthermore, the object is to provide a method for using the device.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. The first object is achieved with a device according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen durch die Fluide durchlaufenen Strömungskanal aufweist und der Strömungskanal seinem Querschnitt nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente unterteilbar ist. Überdies sind im Strömungskanal schaltbare Sperren angeordnet, mittels welchen der Durchtritt der Strömung durch jedes der Gittersegmente einzeln und unabhängig voneinander oder durch Gruppen von Gittersegmenten gemeinsam sperrbar ist. Hierbei ruft jede Sperrung eines Gittersegmentes eine Störung der Strömung der Fluide durch den Strömungskanal hervor. Die Gittersegmente müssen dabei nicht zwangsweise physisch vorhanden sein, sondern es ist quasi eine gedachte Aufteilung des Strömungskanales in Gittersegmente, quasi eine Matrix denkbar. Dabei deckt eine Sperre ein jeweiliges Gittersegment ab. Es ist in diesem Zusammenhang zudem vorstellbar, dass der Querschnitt des beispielsweise rohrförmig ausgeprägten Strömungskanales eine beliebige Form aufweist, wobei ein rechteck- oder kreisförmiger Querschnitt bevorzugt verwendet werden kann. Wie bereits beschrieben können die Sperren jeweils einzeln angesteuert oder mehrere Sperren können in einer Gruppe geschaltet werden, wobei die Sperren die Gittersegmente nicht absolut dicht gegenüber den den Strömungskanal durchlaufenden Fluiden verschließen müssen, da lediglich eine Störung der Strömung zur Durchmischung der Fluide hervorgerufen werden soll. Auf Basis dieser Ausgestaltung ist es äußerst vorteilhaft möglich, die Gestaltung der Mischvorrichtung an verschiedene Strömungsparameter, wie sie z. B. durch einen beliebigen Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine hervorgerufen werden, anzupassen. Hierbei könnte die Mischvorrichtung innerhalb der Abgasanlage der Brennkraftmaschine eingebracht sein. Die dabei vermischten Fluide könnten somit Abgas und eine Harnstofflösung darstellen. Eine günstige Positionierung der Mischvorrichtung wäre darauf bezogen stromab einer Einspritzung für Harnstoff in die Abgasanlage und stromauf eines Katalysators zur Durchführung der selektiven katalytischen Reduktion. According to the invention, therefore, a device is provided for mixing at least two fluids in the flow in gaseous or gaseous and liquid phases, wherein the device has a flow channel through which the fluids pass and the flow channel can be subdivided into mutually distinguishable lattice segments in its cross section. Moreover, switchable barriers are arranged in the flow channel, by means of which the passage of the flow through each of the grid segments individually and independently or by groups of grid segments can be blocked together. In this case, each blockage of a grid segment causes a disturbance of the flow of the fluids through the flow channel. The grid segments need not necessarily be physically present, but it is almost an imaginary division of the flow channel into grid segments, a kind of matrix conceivable. In this case, a barrier covers a respective grid segment. It is also conceivable in this context that the cross section of the example tubular flow channel has an arbitrary shape, wherein a rectangular or circular cross-section may preferably be used. As already described, the barriers can each be controlled individually or a plurality of barriers can be switched in a group, the locks must not close the grid segments absolutely tight against the fluids passing through the flow channel, since only a disturbance of the flow for mixing the fluids to be caused. On the basis of this embodiment, it is extremely advantageous possible, the design of the mixing device to different flow parameters, as z. B. caused by any operating point of an internal combustion engine to adapt. In this case, the mixing device could be introduced within the exhaust system of the internal combustion engine. The thereby mixed fluids could thus represent exhaust gas and a urea solution. Favorable positioning of the mixing device would be related downstream of an injection of urea into the exhaust system and upstream of a catalyst for carrying out the selective catalytic reduction.

In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Sperren im Strömungskanal als dreh- oder schwenkbeweglich angeordnete Klappen ausgebildet, da somit eine einfache Möglichkeit geschaffen wird, im Strömungskanal angeordnete Sperren zur Verfügung zu stellen. Die Klappen könnten hierbei um eine Mittelachse in der Klappenebene drehbeweglich oder aber auch um eine Randachse, in Anlehnung an ein Scharnier, schwenkbeweglich ausgeführt sein. In an extremely advantageous embodiment of the invention, the locks in the flow channel are designed as rotatable or pivotally arranged flaps, since thus a simple possibility is provided to provide arranged in the flow channel locks available. The flaps could be designed to be pivotable about a central axis in the flap plane or else pivotable about an edge axis, based on a hinge.

Zudem ist es darüber hinaus als besonders gewinnbringend anzusehen, wenn die Gittersegmente durch über einen Abschnitt oder die Länge des Strömungskanales verlaufende Segmentkanäle, welche durch Segmentkanalwände voneinander abgetrennt ausgebildet sind, oder ein Gitter gebildet werden. Somit wäre die gedankliche Aufteilung des Strömungskanales in Gittersegmente physisch manifestiert. Denkbar ist dabei, dass der Strömungskanal über seine gesamte Länge oder einen Abschnitt in einzelne Segmentkanäle unterteilt ist oder aber der Strömungskanal ein Gitter aufweist bzw. dieses zusätzlich in diesem angeordnet ist. In addition, it is also considered to be particularly profitable if the grid segments are formed by extending over a portion or the length of the flow channel segment channels, which are formed separated by segment channel walls, or a grid. Thus, the mental division of the flow channel would be physically manifested in grid segments. It is conceivable that the flow channel over its entire length or a section is divided into individual segment channels or the flow channel has a grid or this is additionally arranged in this.

Es kann in diesem Punkt vorteilhaft davon ausgegangen werden, dass die Sperren innerhalb der Segmentkanäle angeordnet sein können und z. B. eine vorhandene Steuermechanik der Sperren in die Kanalwände eingebracht ist. In Anbetracht dieses Aspektes wäre es vielversprechend, wenn die Sperren möglichst nah an den Eintrittsöffnungen der Segmentkanäle, d. h. der stromauf gelegenen Öffnung der Segmentkanäle, angeordnet ist, um eine Durchmischung der Fluide gewährleisten zu können. It can be advantageously assumed in this point that the locks can be arranged within the segment channels and z. B. an existing control mechanism of the locks is introduced into the channel walls. In view of this aspect, it would be promising if the barriers were as close as possible to the entry ports of the segment channels, i. H. the upstream opening of the segment channels, is arranged in order to ensure mixing of the fluids can.

Als besonders zweckmäßig stellt es sich weiterhin dar, wenn die Sperren in über einen Abschnitt oder die Länge des Strömungskanales verteilten und zueinander beabstandet vorliegenden Gittersegmentebenen angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die Sperren in Richtung der Längsachse des Strömungskanales gegeneinander beabstandet und somit in verschiedenen Ebenen angeordnet sein können. Dies ist beispielsweise zur Vereinfachung der Integration einer Steuermechanik als äußerst gewinnbringend zu erachten, da durch die Verteilung der Sperren in mehrere Ebenen entlang der Längsachse des Strömungskanales mehr Bauraum zum Einbringen einer solchen Mechanik zur Verfügung steht. It also appears to be particularly expedient if the barriers are arranged in grid segment planes which are distributed over a section or the length of the flow channel and are spaced apart from one another. This means that the locks in the direction of the longitudinal axis of the flow channel spaced from each other and thus can be arranged in different planes. This is to be considered as extremely profitable, for example, to simplify the integration of a control mechanism, as more space is available for introducing such a mechanism by the distribution of the barriers in several levels along the longitudinal axis of the flow channel.

Überdies ist es im Zusammenhang mit einem im Strömungskanal angeordneten Gitter denkbar, dass dieses Gitter feststehend ausgebildet ist und in Verbindung mit einem kreisförmigen Querschnitt des Strömungskanales die Sperren zudem drehbeweglich im Strömungskanal angeordnet sind. Die Sperren, welche die durch das Gitter gebildeten Gittersegmente abdecken, könnten bei der beschriebenen Ausgestaltung in Reihe mit dem Gitter hintereinander, also in mehreren Gittersegmentebenen, angeordnet sein und durch Drehung einer der Sperren jeweils der Durchtritt der Strömung durch ein Gittersegment gesperrt werden. Moreover, in connection with a grid arranged in the flow channel, it is conceivable that this grid is designed to be stationary and, in conjunction with a circular cross-section of the flow channel, the barriers are also rotatably arranged in the flow channel. The barriers which cover the grid segments formed by the grid, in the described embodiment in series with the grid one behind the other, so in several grid segment levels, be arranged and locked by rotation of one of the barriers respectively the passage of the flow through a grid segment.

In einer weithin gewinnbringenden Weiterbildung sind die Sperren als Blenden ausgebildet, welche einzeln oder in Gruppen in Form eines Schieberegisters betätigt werden, wobei die Blenden in einer außerhalb des Strömungskanales angeordneten Blendenkassette lagerbar angeordnet sind. Folglich kann angedacht sein, dass die Blenden von außerhalb des Strömungskanales in den Strömungskanal eingebracht werden, wobei die Blenden zunächst in einem Lager, der Blendenkassette, angeordnet sind und sowohl nacheinander ohne einen Zwischenraum als auch mit Leerstellen in den Strömungskanal eingeschoben und in den zugehörigen Gittersegmenten positioniert werden. Nacheinander in den Strömungskanal eingeführte Blenden könnten so nur noch gemeinsam weiterbewegt werden. Basierend auf dieser Weiterbildung ließe sich jedoch der Strömungskanal, wenn notwendig, vollständig ohne Blenden ausgestalten und dadurch z. B. eine quasi ungestörte Strömung realisieren. In a widely profitable development, the locks are designed as panels, which are operated individually or in groups in the form of a shift register, wherein the panels are arranged storable in a arranged outside the flow channel aperture cassette. Consequently, it may be envisaged that the baffles are introduced into the flow channel from outside the flow channel, the baffles are first in a bearing, the diaphragm cassette, and inserted both successively without a gap and with gaps in the flow channel and in the associated grid segments be positioned. One after another introduced into the flow channel apertures could be moved only together. Based on this development, however, the flow channel, if necessary, could be designed completely without diaphragms and z. B. realize a quasi undisturbed flow.

In Zusammenhang mit dem vorhergehenden Abschnitt stellt es sich als günstig dar, wenn das Schieberegister einen Transportmechanismus aufweist, mittels welchem die Blenden in den Strömungskanal einbringbar sind. Vorstellbar ist beispielsweise, dass die Blenden in ein in den Strömungskanal hineinragendes Schienensystem eingeklinkt werden, mittels welchem die Blenden in den Strömungskanal transportiert werden. In connection with the preceding section, it is advantageous if the shift register has a transport mechanism by means of which the diaphragms can be introduced into the flow channel. It is conceivable, for example, that the panels are latched into a rail system protruding into the flow channel, by means of which the panels are transported into the flow channel.

In einer differenzierten Ausgestaltung wäre es denkbar, dass die Blenden entsprechend den Klappen beispielsweise in Form eines Schlitzverschlusses, insbesondere eines Lamellenschlitzverschlusses, oder eines Zentralverschlusses, wie sie im Bereich des Fotoapparatebaus verwendet werden, ausgebildet sind. In a differentiated embodiment, it would be conceivable that the panels corresponding to the flaps, for example in the form of a slit closure, in particular a slat slot closure, or a central closure, as used in the field of camera construction, are formed.

Sind an den im Strömungskanal angeordneten Sperren zudem Stellmittel angeordnet, mittels welchen die Sperren betätigbar sind, so ist es möglich, dass die Sperren auf einfache Art und Weise geschaltet werden können und nicht beispielsweise durch ein gestalterisch komplexes Anlegen eines äußeren elektromagnetischen Feldes betätigt werden müssen. Die Stellmittel könnten beispielsweise als Steuerstangen oder Stellhebel ausgebildet sein. Are also arranged on the arranged in the flow channel locks actuating means by means of which the locks are actuated, it is possible that the locks can be switched in a simple manner and must not be operated, for example, by a structurally complex application of an external electromagnetic field. The adjusting means could be formed, for example, as control rods or levers.

Sind weiterhin die Stellmittel zur Betätigung der im Strömungskanal angeordneten Sperren mit Stellgliedern auf Basis eines elektromagnetischen oder pneumatischen Wirkprinzips verbunden, ist dies als überaus praxisgerecht anzusehen, da somit ein automatisiertes Schalten der Sperren mit einer geringen Reaktionszeit, z. B. auf einen Lastwechsel einer Brennkraftmaschine, realisiert werden kann. Further, the adjusting means for actuating the arranged in the flow channel locks with actuators based on an electromagnetic or pneumatic principle of action, this is considered to be extremely practical, since thus an automated switching of locks with a low response time, eg. B. on a load change of an internal combustion engine, can be realized.

Die zweitgenannte Aufgabe wird zudem gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. The second object is also achieved by a method according to the features of claim 9. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit weiterhin ein Verfahren zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase mittels einer in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Vorrichtung zum Mischen dieser Fluide vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen durch die Fluide durchlaufenen Strömungskanal aufweist und der Strömungskanal seinem Querschnitt nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente unterteilbar ist. Hierbei wird in Abhängigkeit eines Betriebspunktes der Brennkraftmaschine mittels im Strömungskanal angeordneter, schaltbarer Sperren, durch welche der Durchtritt der Strömung durch jedes der Gittersegmente einzeln und unabhängig voneinander oder durch Gruppen von Gittersegmenten gemeinsam sperrbar ist, der Durchtritt der Strömung durch einzelne oder mehrere Gittersegmente gesperrt und/oder freigeben. Somit werden die Sperren in Abhängigkeit des Betriebszustandes geschaltet und die jeweils zugehörigen Gittersegmente gesperrt oder freigegeben. Dadurch lässt sich auf jeden beliebigen Betriebszustand der Brennkraftmaschine reagieren und eine jeweils individuelle Stellung der Sperren realisieren, wobei dabei nicht vorgesehen ist, dass eine vollständige Sperrung des Durchtrittes der Strömung durch den die Gesamtheit der Gittersegmente bildenden Strömungskanal erfolgt. The invention thus further provides a method for mixing at least two fluids in the gaseous or gaseous and liquid phases by means of a device arranged in an exhaust system of an internal combustion engine for mixing these fluids, wherein the device has a flow channel through which the fluids pass, and Flow channel is subdivided in its cross section into distinguishable grid segments. Here, depending on an operating point of the internal combustion engine by means arranged in the flow channel, switchable barriers through which the passage of the flow through each of the grid segments individually and independently or by groups of grid segments is blocked together, the passage of the flow through individual or multiple grid segments locked and / or release. Thus, the locks are switched depending on the operating state and the respectively associated grid segments locked or released. This makes it possible to react to any operating condition of the internal combustion engine and realize a respective individual position of the locks, wherein it is not provided that a complete blocking of the passage of the flow through the entirety of the grid segments forming flow channel.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sieht zudem vor, dass mittels einer Steuereinheit der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ausgewertet und durch diese Steuereinheit ein zum Betriebspunkt korrelierendes Kennlinienfeld erzeugt oder ausgewählt wird, mittels welchem die zu sperrenden und/oder freizugebenden Gittersegmente bestimmt und die den entsprechenden Gittersegmenten zugeordneten Sperren geschaltet werden. Auf Basis dieser Vorgehensweise kann die Auswertung des Betriebspunktes und die Korrelation dieses Betriebspunktes mit einem Schaltzustand der Sperren vereinfacht und die notwendige Rechenzeit sowie Latenz vorteilhaft verkürzt werden. A particularly advantageous embodiment of the present method also provides that the operating point of the internal combustion engine is evaluated by means of a control unit and a characteristic field correlating to the operating point is generated or selected by means of which the grid segments to be blocked and / or released and the corresponding grid segments are determined associated locks are switched. On the basis of this procedure, the evaluation of the operating point and the correlation of this operating point can be simplified with a switching state of the locks and the necessary computing time and latency can be shortened advantageous.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Vorrichtung; 1 an inventive development of the device;

2 eine weitere Weiterbildung der Vorrichtung; 2 a further development of the device;

3a, 3b eine Weiterbildung von Gittersegmenten und Sperren; 3a . 3b a development of grid segments and barriers;

4 eine weitere Weiterbildung des Strömungskanales; 4 a further development of the flow channel;

5 eine weitere Weiterbildung der Vorrichtung; 5 a further development of the device;

6 eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 a development of the method according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Vorrichtung 1, wobei die Vorrichtung 1 den Strömungskanal 2 aufweist, und der hier rohrförmig ausgeprägte Strömungskanal 2 seinem Querschnitt 3 nach in voneinander unterscheidbare gedachte Gittersegmente 4 unterteilbar ist. Im Strömungskanal 2 sind die schaltbaren Sperren 5, welche als drehbeweglich angeordnete Klappen 6 ausgebildet sind, aufgezeigt. Die Klappen 6 decken dabei jeweils ein Gittersegment 4 ab. 1 shows a development of the device according to the invention 1 , wherein the device 1 the flow channel 2 has, and here tubular shaped flow channel 2 his cross section 3 according to divisible imaginary grid segments 4 is divisible. In the flow channel 2 are the switchable locks 5 , which as rotatably arranged flaps 6 are shown. The flaps 6 each cover a grid segment 4 from.

2 zeigt wiederum eine Weiterbildung der Vorrichtung 1 mit dem Strömungskanal 2, in welchem die schaltbaren Sperren 5 in Form von drehbeweglich angeordneten Klappen 6 ausgebildet sind. Die Klappen 6 decken dabei wiederum jeweils ein Gittersegment 4 ab. Die Klappen 6 sind zudem in über den Abschnitt 7, nicht über die Länge 8, des Strömungskanales 2 verteilt und zueinander beabstandet vorliegenden Gittersegmentebenen 12 angeordnet. Weiterhin sind an den Klappen 6 Stellmittel 13 angeordnet, wobei die Stellmittel 13 mit den Stellgliedern 14 verbunden sind, was eine Betätigung der Klappen 6 ermöglicht. Aufgrund einer Vereinfachung der Darstellung sind dabei nicht an allen Klappen 6 Stellmittel 13 sowie Stellglieder 14 dargestellt. Die Stellglieder 14 sind in dieser Figur als auf einem elektromagnetischen Wirkprinzip beruhende Elektromotoren ausgeprägt. 2 again shows a development of the device 1 with the flow channel 2 in which the switchable barriers 5 in the form of rotatably arranged flaps 6 are formed. The flaps 6 cover each again a grid segment 4 from. The flaps 6 are also in about the section 7 , not over the length 8th , the flow channel 2 distributed and spaced from each other present grid segment levels 12 arranged. Furthermore, at the flaps 6 actuating means 13 arranged, wherein the adjusting means 13 with the actuators 14 connected, causing an actuation of the flaps 6 allows. Due to a simplification of the presentation are not on all valves 6 actuating means 13 as well as actuators 14 shown. The actuators 14 are pronounced in this figure as based on an electromagnetic operating principle electric motors.

3a und 3b zeigen beispielhaft die Bildung der Gittersegmente 4 mittels des Gitters 11. Hierbei sind das Gitter 11 und die Sperren 5 in Längsrichtung des Strömungskanales 2 hintereinander angeordnet. Das Gitter 11 ist hierbei feststehend ausgeführt und der Strömungskanal 2 weist einen kreisförmigen Querschnitt 3 auf. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in den Figuren jeweils lediglich eine Sperre 5 dargestellt, welche drehbeweglich im Strömungskanal 2 angeordnet ist. In der Darstellung der 3a lässt sich erkennen, wie durch eine Drehbewegung der Sperre 5 das in der Darstellung obere zunächst freigegebene Gittersegment 4 gesperrt wird. In 3b ist weiterhin die Anordnung von dem Gitter 11 sowie der Sperre 5 in sich unterscheidenden Gittersegmentebenen 12 dargestellt. Der Abstand von Gitter 11 sowie Sperre 5 dient dabei lediglich der besseren Darstellung, wobei Gitter 11 und Sperre 5 grundsätzlich direkt aneinander angrenzen sollten. In einer freigebenden Position ruht der Abdeckbereich 23 der Sperre 5 in den zwischen den Gittersegmenten 4 vorhandenen Zwischenräumen 24 des Gitters 11. In einer sperrenden Position hingegen sperrt der Abdeckbereich 23 der Sperre 5 ein Gittersegment 4 des Gitters 11. 3a and 3b show by way of example the formation of the lattice segments 4 by means of the grid 11 , Here are the grid 11 and the locks 5 in the longitudinal direction of the flow channel 2 arranged one behind the other. The grid 11 here is stationary and the flow channel 2 has a circular cross-section 3 on. To simplify the illustration, only one lock is shown in the figures 5 shown, which rotatably in the flow channel 2 is arranged. In the presentation of the 3a can be seen, as by a rotation of the lock 5 the upper initially released grid segment in the illustration 4 is locked. In 3b is still the arrangement of the grid 11 as well as the lock 5 in differing grid segment planes 12 shown. The distance from grid 11 as well as lock 5 serves only for better presentation, with grids 11 and lock 5 should always be directly adjacent to each other. In a releasing position, the cover area rests 23 the lock 5 in between the grid segments 4 existing gaps 24 of the grid 11 , In a blocking position, however, the cover area locks 23 the lock 5 a grid segment 4 of the grid 11 ,

In 4 ist eine Weiterbildung des Strömungskanales 2 dargestellt, wobei die Gittersegmente 4 durch über einen Abschnitt 7 des Strömungskanales 2 verlaufende Segmentkanäle 9, welche durch Segmentkanalwände 10 voneinander abgetrennt ausgebildet sind, gebildet werden. In 4 is a development of the flow channel 2 shown, wherein the grid segments 4 through a section 7 of the flow channel 2 running segment channels 9 passing through segment channel walls 10 formed separated from each other are formed.

In 5 ist erneut eine Weiterbildung der Vorrichtung 1 mit dem Strömungskanal 2 dargestellt, wobei die Sperren 5 als Blenden 18 ausgebildet sind. Diese sind in ihren dargestellten Positionen einzeln bzw. in Gruppen in Form eines Schieberegisters 19 betätigt worden, wobei die Blenden 18 zunächst in außerhalb des Strömungskanales 2 angeordneten Blendenkassetten 20 gelagert wurden. Hierbei wurden die Blenden 18 sowohl ohne einen Zwischenraum 24 als auch mit Leerstellen in den Strömungskanal 2 eingeschoben und in den zugehörigen Gittersegmenten 4 positioniert. Zum Einbringen der Blenden 18 weist das Schieberegister 19 den als Schienensystem ausgeprägten Transportmechanismus 21 auf. In 5 is again a development of the device 1 with the flow channel 2 shown, with the locks 5 as screens 18 are formed. These are in their illustrated positions individually or in groups in the form of a shift register 19 been actuated, with the aperture 18 first in outside the flow channel 2 arranged aperture cassettes 20 were stored. Here were the aperture 18 both without a gap 24 as well as with voids in the flow channel 2 inserted and in the associated grid segments 4 positioned. For inserting the panels 18 assigns the shift register 19 the pronounced as a rail system transport mechanism 21 on.

6 zeigt überdies eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem in Abhängigkeit des Betriebspunktes 16 der Brennkraftmaschine 15 mittels der im Strömungskanal 2 angeordneten, schaltbaren Sperren 5 der Durchtritt der Strömung der im Strömungskanal 2 fließenden Fluide durch einzelne oder mehrere Gittersegmente 4 gesperrt und/oder freigeben wird. Der Strömungskanal 2 ist z. B in 1 dargestellt. Hierbei wird mittels der Steuereinheit 17 der Betriebspunkt 16 der Brennkraftmaschine 15 ausgewertet und durch die Steuereinheit 17 ein zum Betriebspunkt 16 korrelierendes Kennlinienfeld 22 erzeugt oder ausgewählt, mittels welchem die zu sperrenden und/oder freizugebenden Gittersegmente 4 bestimmt und die den entsprechenden Gittersegmenten 4 zugeordneten Sperren 5 geschaltet werden. 6 also shows a development of the method according to the invention, in which, depending on the operating point 16 the internal combustion engine 15 by means of the flow channel 2 arranged, switchable locks 5 the passage of the flow in the flow channel 2 flowing fluids through single or multiple grid segments 4 locked and / or released. The flow channel 2 is z. B in 1 shown. This is done by means of the control unit 17 the operating point 16 the internal combustion engine 15 evaluated and by the control unit 17 one to the operating point 16 correlating characteristic field 22 generated or selected, by means of which the grid segments to be blocked and / or released 4 determined and the corresponding grid segments 4 associated locks 5 be switched.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung  contraption
22
Strömungskanal  flow channel
33
Querschnitt  cross-section
44
Gittersegment  grid segment
55
Sperre  barrier
66
Klappe  flap
77
Abschnitt  section
88th
Länge  length
99
Segmentkanal  segment channel
1010
Segmentkanalwand  Segment duct wall
1111
Gitter  grid
1212
Gittersegmentebene  Grid segment level
1313
Stellmittel  actuating means
1414
Stellglied  actuator
1515
Brennkraftmaschine  Internal combustion engine
1616
Betriebspunkt  operating point
1717
Steuereinheit  control unit
1818
Blende  cover
1919
Schieberegister  shift register
2020
Blendenkassette  dazzle cassette
2121
Transportmechanismus  transport mechanism
2222
Kennlinienfeld  Of characteristics
2323
Abdeckbereich  coverage
2424
Zwischenraum  gap

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006058715 B3 [0004] DE 102006058715 B3 [0004]
  • EP 2388063 B1 [0006] EP 2388063 B1 [0006]
  • WO 2016/024207 A1 [0007] WO 2016/024207 A1 [0007]

Claims (10)

Vorrichtung (1) zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase, wobei die Vorrichtung (1) einen, durch die Fluide durchlaufenen Strömungskanal (2) aufweist und der Strömungskanal (2) seinem Querschnitt (3) nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente (4) unterteilbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal (2) schaltbare Sperren (5) angeordnet sind, mittels welchen der Durchtritt der Strömung durch jedes der Gittersegmente (4) einzeln und unabhängig voneinander oder durch Gruppen von Gittersegmenten (4) gemeinsam sperrbar ist, wobei jede Sperrung eines Gittersegmentes (4) eine Störung der Strömung der Fluide durch den Strömungskanal (2) hervorruft. Contraption ( 1 ) for mixing at least two fluids in gaseous or gaseous and liquid phases in fluid flow, the device ( 1 ), a, through the fluids traversed flow channel ( 2 ) and the flow channel ( 2 ) its cross section ( 3 ) into distinguishable grid segments ( 4 ) is subdivided, characterized in that in the flow channel ( 2 ) switchable locks ( 5 ) are arranged, by means of which the passage of the flow through each of the grid segments ( 4 ) individually and independently or by groups of grid segments ( 4 ) is lockable together, with each blockage of a grid segment ( 4 ) a disturbance of the flow of the fluids through the flow channel ( 2 ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperren (5) im Strömungskanal (2) als dreh- oder schwenkbeweglich angeordnete Klappen (6) ausgebildet sind. Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the barriers ( 5 ) in the flow channel ( 2 ) as rotatably or pivotally arranged flaps ( 6 ) are formed. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gittersegmente (4) durch über einen Abschnitt (7) oder die Länge (8) des Strömungskanales (2) verlaufende Segmentkanäle (9), welche durch Segmentkanalwände (10) voneinander abgetrennt ausgebildet sind, oder ein Gitter (11) gebildet werden. Contraption ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the grid segments ( 4 ) through a section ( 7 ) or the length ( 8th ) of the flow channel ( 2 ) running segment channels ( 9 ) passing through segment channel walls ( 10 ) are separated from each other, or a grid ( 11 ) are formed. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperren (5) in über einen Abschnitt (7) oder die Länge (8) des Strömungskanales (2) verteilten und zueinander beabstandet vorliegenden Gittersegmentebenen (12) angeordnet sind. Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the barriers ( 5 ) in about a section ( 7 ) or the length ( 8th ) of the flow channel ( 2 ) and spaced apart grid segment planes ( 12 ) are arranged. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperren (5) als Blenden (18) ausgebildet sind, welche einzeln oder in Gruppen in Form eines Schieberegisters (19) betätigt werden, wobei die Blenden (18) in einer außerhalb des Strömungskanales (2) angeordneten Blendenkassette (20) lagerbar angeordnet sind. Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the barriers ( 5 ) as apertures ( 18 ) which are formed individually or in groups in the form of a shift register ( 19 ), the apertures ( 18 ) in an outside of the flow channel ( 2 ) arranged aperture cassette ( 20 ) are arranged storable. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schieberegister (19) einen Transportmechanismus (21) aufweist, mittels welchem die Blenden (18) in den Strömungskanal (2) einbringbar sind. Device according to Claim 5, characterized in that the shift register ( 19 ) a transport mechanism ( 21 ), by means of which the diaphragms ( 18 ) in the flow channel ( 2 ) can be introduced. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den im Strömungskanal (2) angeordneten Sperren (5) Steuermittel (13) angeordnet sind, mittels welchen die Sperren (5) betätigbar sind. Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at the in the flow channel ( 2 ) arranged locks ( 5 ) Control means ( 13 ) are arranged, by means of which the locks ( 5 ) are operable. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel (13) zur Betätigung der im Strömungskanal (2) angeordneten Sperren (5) mit Stellgliedern (14) auf Basis eines elektromagnetischen oder pneumatischen Wirkprinzips verbunden sind. Contraption ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting means ( 13 ) for actuation of the flow channel ( 2 ) arranged locks ( 5 ) with actuators ( 14 ) are connected on the basis of an electromagnetic or pneumatic principle of action. Verfahren zum Mischen zumindest zweier sich in Strömung befindlicher Fluide in gasförmiger oder in gasförmiger und flüssiger Phase, mittels einer in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (15) angeordneten Vorrichtung (1) zum Mischen dieser Fluide, wobei die Vorrichtung (1) einen durch die Fluide durchlaufenen Strömungskanal (2) aufweist und der Strömungskanal (2) seinem Querschnitt (3) nach in voneinander unterscheidbare Gittersegmente (4) unterteilbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines Betriebspunktes (16) der Brennkraftmaschine (15) mittels im Strömungskanal (2) angeordneter, schaltbarer Sperren (5), durch welche der Durchtritt der Strömung durch jedes der Gittersegmente (4) einzeln und unabhängig voneinander oder durch Gruppen von Gittersegmenten (4) gemeinsam, sperrbar ist, der Durchtritt der Strömung durch einzelne oder mehrere Gittersegmente (4) gesperrt und/oder freigeben wird. Method for mixing at least two fluids in the gaseous or in the gaseous and liquid phases, by means of a fluid in an exhaust system of an internal combustion engine ( 15 ) arranged device ( 1 ) for mixing these fluids, the device ( 1 ) passing through the fluids flow channel ( 2 ) and the flow channel ( 2 ) its cross section ( 3 ) into distinguishable grid segments ( 4 ) is subdivided, characterized in that depending on an operating point ( 16 ) of the internal combustion engine ( 15 ) by means of in the flow channel ( 2 ), switchable locks ( 5 ), through which the passage of the flow through each of the grid segments ( 4 ) individually and independently or by groups of grid segments ( 4 ), the passage of the flow through individual or multiple grid segments ( 4 ) is locked and / or released. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuereinheit (17) der Betriebspunkt (16) der Brennkraftmaschine (15) ausgewertet und durch diese Steuereinheit (17) ein zum Betriebspunkt (16) korrelierendes Kennlinienfeld (22) erzeugt oder ausgewählt wird, mittels welchem die zu sperrenden und/oder freizugebenden Gittersegmente (4) bestimmt und die den entsprechenden Gittersegmenten (4) zugeordneten Sperren (5) geschaltet werden. Method according to claim 9, characterized in that by means of a control unit ( 17 ) the operating point ( 16 ) of the internal combustion engine ( 15 ) and evaluated by this control unit ( 17 ) to the operating point ( 16 ) correlating characteristic field ( 22 ) is generated or selected, by means of which the grid segments to be blocked and / or released ( 4 ) and the corresponding grid segments ( 4 ) associated locks ( 5 ).
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