DE102017101749A1 - Mixer element for mixing a fluid in an exhaust gas of an internal combustion engine and exhaust line for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Mischerelement (1) zum Einmischen eines Fluids (51) in ein Abgas (50) eines Verbrennungsmotors, wobei das Mischerelement (1) in einem Abgasstrang (70) des Verbrennungsmotors anordenbar ist, aufweisend einen ersten Leitabschnitt (20) zum Erzeugen einer Verwirbelung des Abgases (50) und einen Mischabschnitt (30) zum Vermischen des eingespritzten Fluids (51) mit dem verwirbelten Abgas (50) zu einem Abgas-Fluid-Gemisch (52), wobei bezüglich einer Strömungsrichtung (60) des Abgases (50) der erste Leitabschnitt (20) vor dem Mischabschnitt (30) angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasstrang (70) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend ein Einspritzelement (75), ein Rohrelement (71) und ein Mischerelement (1), wobei das Mischerelement (1) im Rohrelement (71) angeordnet ist.The invention relates to a mixer element (1) for mixing a fluid (51) into an exhaust gas (50) of an internal combustion engine, wherein the mixer element (1) can be arranged in an exhaust line (70) of the internal combustion engine, comprising a first guide section (20) for generating a turbulence of the exhaust gas (50) and a mixing section (30) for mixing the injected fluid (51) with the fluidized exhaust gas (50) to an exhaust gas-fluid mixture (52), wherein with respect to a flow direction (60) of the exhaust gas (50 ) the first guide section (20) is arranged in front of the mixing section (30). Furthermore, the invention relates to an exhaust line (70) for an internal combustion engine, comprising an injection element (75), a tubular element (71) and a mixer element (1), wherein the mixer element (1) in the tubular element (71) is arranged.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischerelement zum Einmischen eines Fluids in ein Abgas eines Verbrennungsmotors. Ferner betrifft die Erfindung einen Abgasstrang für einen Verbrennungsmotor. The present invention relates to a mixing element for mixing a fluid in an exhaust gas of an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine.
Bei modernen Verbrennungsmotoren, insbesondere bei Dieselmotoren, ist es bekannt, in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors Reinigungsvorrichtungen für das Abgas vorzusehen. Durch diese Reinigungsvorrichtungen, die beispielsweise Katalysatoren und/oder Partikelfilter umfassen können, kann das Abgas gereinigt werden, beispielsweise um gesetzliche Vorgaben zu erfüllen. Um diese gesetzlichen Zielwerte beispielsweise für Stickoxidemissionen zu erreichen, werden in Abgassträngen von Dieselmotoren oftmals SCR-Katalysatoren eingesetzt. In diesen SCR-Katalysatoren werden selektive katalytische Reduktionen (selective catalytic reduction, SCR) verwendet, um eben diese Stickoxide selektiv aus dem Abgas zu entfernen. Um diesen katalytischen Prozess in Gang zu bringen, wird oftmals ein Ammoniak- bzw. Harnstoff-Wasser-Gemisch in den Abgasstrang eingespritzt. Damit die katalytischen Reaktionen besonders effektiv ablaufen können, sind eine möglichst vollständige Verdampfung des Ammoniaks bzw. Harnstoffs und eine gute Durchmischung mit dem Abgas nötig. Dafür werden Mischerelemente verwendet, wie sie beispielsweise aus der
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mischerelement sowie einen Abgasstrang bereitzustellen, die in besonders einfacher und kostengünstiger Weise eine gleichförmige Durchmischung und eine Verdampfung eines in ein Abgas eingebrachten Fluids zu verbessern, wobei insbesondere auch eine Ablagerung des Fluids auf einer Oberfläche des Mischerelements bzw. des Abgasstrangs vermieden werden soll. It is therefore an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to provide a mixer element and an exhaust line, which in a particularly simple and cost effective manner to improve a uniform mixing and evaporation of a fluid introduced into an exhaust gas, in particular a deposition of the fluid on a surface of the mixer element or . of the exhaust system should be avoided.
Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Mischerelement zum Einmischen eines Fluids in ein Abgas eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Abgasstrang für einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Mischerelement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Abgasstrang und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. The above object is achieved by a mixer element for mixing a fluid in an exhaust gas of an internal combustion engine having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Mischerelement zum Einmischen eines Fluids in ein Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei das Mischerelement in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors anordenbar ist, aufweisend einen ersten Leitabschnitt zum Erzeugen einer Verwirbelung des Abgases und einen Mischabschnitt zum Vermischen des eingespritzten Fluids mit dem verwirbelten Abgas zu einem Abgas-Fluid-Gemisch, wobei bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases der erste Leitabschnitt vor dem Mischabschnitt angeordnet ist, und wobei ferner das Mischerelement einen zweiten Leitabschnitt zum Einmischen von am Mischabschnitt vorbeigeführten Abgases in das Abgas-Fluid-Gemisch aufweist, wobei der zweite Leitabschnitt bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases nach dem Mischabschnitt angeordnet ist. According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a mixer element for mixing a fluid into an exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the mixer element can be arranged in an exhaust line of the internal combustion engine, comprising a first guide section for generating a turbulence of the exhaust gas and a mixing section for mixing the exhaust gas injected fluid with the turbulated exhaust gas to an exhaust gas-fluid mixture, wherein with respect to a flow direction of the exhaust gas, the first guide portion is disposed in front of the mixing section, and further wherein the mixer element has a second guide portion for mixing of the mixture guided past the exhaust gas in the exhaust gas-fluid Mixture, wherein the second guide portion is arranged with respect to the flow direction of the exhaust gas after the mixing section.
Ein erfindungsgemäßes Mischerelement ist zum Einsatz in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Dafür ist das erfindungsgemäße Mischerelement im Abgasstrang des Verbrennungsmotors anordenbar. Durch einen ersten Leitabschnitt des Mischerelements wird eine Verwirbelung des Abgases erzeugt. Durch eine derartige Verwirbelung, in die insbesondere das einzumischende Fluid eingespritzt wird, kann bereits am Anfang des Mischvorgangs eine gute Durchmischung des Abgases und des eingespritzten Fluids bereitgestellt werden. Als Fluid kann dabei bevorzugt ein Ammoniak- und/oder Harnstoff-Wassergemisch verwendet werden, um eine Verwendung eines SCR-Katalysators für eine Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas zu ermöglichen. Die Durchmischung des Fluides und des Abgases wird durch den Mischabschnitt weiter verstärkt. Dabei sind der erste Leitabschnitt und der Mischabschnitt derart bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases angeordnet, dass zuerst der erste Leitabschnitt und dann der Mischabschnitt durch das Abgas durchströmt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Mischabschnitt mit Abgas durchströmt wird, das bereits durch den ersten Leitabschnitt verwirbelt wurde. Eine noch bessere Durchmischung des Abgases mit dem eingespritzten Fluid kann dadurch ermöglicht werden. An inventive mixer element is provided for use in an exhaust line of an internal combustion engine. For this, the mixer element according to the invention can be arranged in the exhaust system of the internal combustion engine. A turbulence of the exhaust gas is generated by a first guide section of the mixer element. Such turbulence, into which, in particular, the fluid to be admixed is injected, can already provide good mixing of the exhaust gas and the injected fluid at the beginning of the mixing process. The fluid used may preferably be an ammonia and / or urea-water mixture in order to enable the use of an SCR catalyst for the removal of nitrogen oxides from the exhaust gas. The mixing of the fluid and the exhaust gas is further enhanced by the mixing section. In this case, the first guide section and the mixing section are arranged with respect to a flow direction of the exhaust gas in such a way that first the first guide section and then the mixing section are flowed through by the exhaust gas. This can ensure that exhaust gas flows through the mixing section, which has already been swirled through the first guide section. An even better one Mixing of the exhaust gas with the injected fluid can be made possible thereby.
Erfindungswesentlich ist vorgesehen, dass das Mischerelement einen zweiten Leitabschnitt aufweist, der zum Einmischen von weiterem Abgas in das Abgas-Fluid-Gemisch ausgebildet ist, das nach einem Durchströmen des Mischabschnitts vorhanden ist. Dafür wird das weitere Abgas am Mischabschnitt vorbeigeführt und durch den zweiten Leitabschnitt in das Abgas-Fluid-Gemisch eingemischt. Ein erster Vorteil, der sich dadurch ergibt, besteht darin, dass durch dieses erneute Einmischen von Abgas eine Durchmischung des Abgases und des Fluids im resultierenden Abgas-Fluid-Gemisch nochmals verbessert wird. Ferner wird durch die Vorbeiführung des Abgases der Mischabschnitt von heißem Abgas umströmt, bevorzugt vollständig umströmt, und dadurch aufgeheizt. Eine Ablagerung von Fluid, das auf eine Oberfläche des Mischabschnitts auftrifft, kann dadurch sicher vermieden werden. Ein besonders gutes Verdampfen des Fluids kann somit erreicht werden. Zusammenfassend kann somit durch ein erfindungsgemäßes Mischerelement eine besonders gute Durchmischung und Verdampfung eines Fluids in einem Abgas erreicht werden, wobei insbesondere zusätzlich Ablagerungen des Fluids auf Oberflächen des Mischerelements und/oder des Abgasstrangs vermieden werden können. Essential to the invention it is provided that the mixer element has a second guide section, which is designed for mixing further exhaust gas into the exhaust-fluid mixture, which is present after flowing through the mixing section. For this, the further exhaust gas is guided past the mixing section and mixed into the exhaust-fluid mixture through the second guide section. A first advantage, which results from this, is that a further mixing of the exhaust gas and the fluid in the resulting exhaust gas-fluid mixture is further improved by this re-mixing of exhaust gas. Furthermore, hot exhaust gas flows around the mixing section as a result of the passage of the exhaust gas, preferably completely around it, and is thereby heated. A deposit of fluid impinging on a surface of the mixing section can thereby be safely avoided. A particularly good evaporation of the fluid can thus be achieved. In summary, therefore, a particularly good mixing and evaporation of a fluid in an exhaust gas can be achieved by a mixer element according to the invention, wherein, in particular, deposits of the fluid on surfaces of the mixer element and / or the exhaust line can be avoided.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Mischerelement vorgesehen sein, dass das Mischerelement einen Grundkörper aufweist, wobei der erste Leitabschnitt, der Mischabschnitt und der zweite Leitabschnitt direkt aneinander angrenzend am und/oder im Grundkörper angeordnet sind, wobei insbesondere der Grundkörper, der erste Leitabschnitt, der Mischabschnitt und der zweite Leitabschnitt einteilig ausgebildet sind. Durch einen derartigen Grundkörper kann eine besonders kompakte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mischerelements bereitgestellt werden. Der Grundkörper kann dabei derart ausgebildet sein, dass der erste Leitabschnitt, der Mischabschnitt und/oder der zweite Leitabschnitt als Teil des Grundkörpers ausgebildet sind. Durch die direkte aneinander angrenzende Anordnung des ersten Leitabschnitts, des Mischabschnitts und des zweiten Leitabschnitts kann ein unnötiger Bauraumbedarf durch ein erfindungsgemäßes Mischerelement vermieden werden. Durch eine einteilige Ausgestaltung eines Grundkörpers, der als Teil den ersten Leitabschnitt, den Mischabschnitt und den zweiten Leitabschnitt aufweist, kann diese kompakte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Mischerelements nochmals gesteigert werden. Furthermore, it may be provided in a mixer element according to the invention that the mixer element has a base body, wherein the first guide section, the mixing section and the second guide section are arranged directly adjacent to each other and / or in the base body, in particular the main body, the first guide section, the mixing section and the second guide portion are integrally formed. By such a base body, a particularly compact embodiment of a mixer element according to the invention can be provided. In this case, the base body can be designed such that the first guide section, the mixing section and / or the second guide section are formed as part of the base body. Due to the direct adjacently disposed arrangement of the first guide section, the mixing section and the second guide section, an unnecessary space requirement can be avoided by a mixer element according to the invention. By a one-piece design of a base body, which has as part of the first guide section, the mixing section and the second guide section, this compact design of a mixer element according to the invention can be further increased.
Der erste Leitabschnitt kann zylindrisch ausgebildet sein. In einer Alternativen Variante kann der erste Leitabschnitt konisch ausgebildet sein. The first guide portion may be cylindrical. In an alternative variant, the first guide section may be conical.
Gemäß einer Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Mischerelements kann ferner vorgesehen sein, dass der Grundkörper eine Einspritzöffnung aufweist, durch die in das Innere des Mischerelements das Fluid einspritzbar ist, wobei die Einspritzöffnung bezüglich der Strömungsrichtung vor dem ersten Leitabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass das Einmischen des Fluids in das Abgas im Inneren des Mischerelements vornehmbar ist. Durch die Einspritzung des Fluids vor dem ersten Leitabschnitt kann ferner sichergestellt werden, dass das Fluid in bereits verwirbeltes Abgas eingespritzt wird. Dadurch kann ferner ermöglicht werden, dass das gesamte Mischerelement zur Durchmischung des Fluids und des Abgases verwendet werden kann. Ein besonders effektives Durchmischen des Abgases und des Fluids kann dadurch ermöglicht werden. According to a further development of a mixer element according to the invention, it can further be provided that the main body has an injection opening through which the fluid can be injected into the interior of the mixer element, wherein the injection opening is arranged upstream of the first guide section with respect to the flow direction. In this way it can be made possible that the mixing of the fluid into the exhaust gas in the interior of the mixer element is vornehmbar. By injecting the fluid upstream of the first guide section, it can further be ensured that the fluid is injected into already swirled exhaust gas. This may also allow the entire mixer element to be used for mixing the fluid and the exhaust gas. A particularly effective mixing of the exhaust gas and the fluid can thereby be made possible.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Mischerelement dahin gehend ausgebildet sein, dass der erste Leitabschnitt und/oder der zweite Leitabschnitt Leitelemente, insbesondere Leitbleche, zum Leiten des Abgases in das Innere des Mischerelements aufweisen. Durch derartige Leitabschnitte kann besonders einfach sichergestellt werden, dass das Abgas ins Innere des Mischerelements leitbar ist. Insbesondere kann durch derartige Leitelemente auch eine Strömungsrichtung des Abgases im Inneren des Mischerelements beeinflusst werden. Insbesondere können dabei derartige Leitelemente, die beispielsweise als Leitbleche ausgebildet sein können, als Ausklinkungen in einer Oberfläche des jeweiligen Leitabschnitts gebildet sein. Ferner kann durch das Vorsehen von einer Vielzahl derartiger Leitelemente eine besonders gute Steuerung einer Strömungsrichtung des Abgases im Inneren des erfindungsgemäßen Mischerelements bereitgestellt werden. Also, a mixer element according to the invention may be designed such that the first guide section and / or the second guide section have guide elements, in particular guide plates, for guiding the exhaust gas into the interior of the mixer element. By such guide sections can be particularly easily ensured that the exhaust gas is conducted into the interior of the mixer element. In particular, such a guide elements can also influence a flow direction of the exhaust gas in the interior of the mixer element. In particular, such guide elements, which may be formed, for example, as baffles, may be formed as notches in a surface of the respective guide section. Furthermore, by providing a plurality of such guide elements, a particularly good control of a flow direction of the exhaust gas in the interior of the mixer element according to the invention can be provided.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Mischerelement dahin gehend weiterentwickelt sein, dass der erste Leitabschnitt und/oder der zweite Leitabschnitt Eintrittsöffnungen für einen radialen Eintritt des Abgases ins Innere der Leitabschnitte aufweisen, wobei die Leitelemente zum Leiten des Abgases ins Innere der Leitabschnitte an den Eintrittsöffnungen angeordnet sind. Durch einen derartigen radialen Eintritt des Abgases in das Innere der Leitabschnitte und dadurch ins Innere des Mischerelements kann im Inneren des Mischerelements eine zirkulare Verwirbelung des Abgases erzeugt werden. Besonders bevorzugt kann eine derartige zirkulare Verwirbelung dabei ein zusätzliches, im Wesentlichen kreisförmiges Strömen des Abgases um eine Achse bewirken, die im Wesentlichen der generellen Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang entspricht. Durch diese zirkulare Verwirbelung, die durch die generelle Strömungsrichtung überlagert ist, kann das Vermischen und Durchmischen des Fluids im Abgas weiter verbessert werden. A mixer element according to the invention can also be further developed such that the first guide section and / or the second guide section have inlet openings for a radial inlet of the exhaust gas into the interior of the guide sections, the guide elements for guiding the exhaust gas being arranged inside the guide sections at the inlet openings. By such a radial inlet of the exhaust gas into the interior of the guide sections and thereby into the interior of the mixer element, a circular turbulence of the exhaust gas can be generated in the interior of the mixer element. Particularly preferably, such a circular turbulence can cause an additional, substantially circular flow of the exhaust gas about an axis, which substantially corresponds to the general flow direction of the exhaust gas in the exhaust system. By this circular turbulence, which is superimposed by the general flow direction, the mixing and mixing of the fluid in the exhaust gas can be further improved.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Mischerelements kann ferner vorgesehen sein, dass die Leitelemente des ersten Leitabschnitts und die Leitelemente des zweiten Leitabschnitts das Abgas in einer zumindest im Wesentlichen identischen Eintrittsrichtung ins Innere des ersten Leitabschnitts und des zweiten Leitabschnitts leiten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die erzeugten Verwirbelungen, insbesondere die erzeugten zirkularen Verwirbelungen, dieselbe Drehrichtung aufweisen. Eine gegenseitige Verstärkung dieser Verwirbelungen kann dadurch erreicht werden. Die insgesamt erreichbare Vermischung des eingespritzten Fluids und des Abgases im erfindungsgemäßen Mischerelement kann dadurch weiter gesteigert werden. According to a particularly preferred further development of a mixer element according to the invention, it can further be provided that the guide elements of the first guide section and the guide elements of the second guide section guide the exhaust gas into the interior of the first guide section and the second guide section in an at least substantially identical inlet direction. In this way it can be ensured that the generated turbulences, in particular the generated circular turbulences, have the same direction of rotation. A mutual reinforcement of these turbulences can be achieved. The overall achievable mixing of the injected fluid and the exhaust gas in the mixer element according to the invention can be further increased.
Auch kann ein erfindungsgemäßes Mischerelement dahin gehend ausgebildet sein, dass der Mischabschnitt Sperrelemente, insbesondere schaufelartig ausgebildete Sperrelemente, mit einer Sperrfläche aufweist, wobei die Sperrfläche mit einer geradlinigen Durchströmungsrichtung einen spitzen Winkel aufweist. Die geradlinige Strömungsrichtung entspricht dabei zumeist bevorzugt im Wesentlichen der generellen Strömungsrichtung des Abgases im Abgasstrang. Durch die Sperrflächen der Sperrelemente wird eine geradlinige Durchdringung entlang dieser Durchströmungsrichtung verhindert. Tröpfchen des eingespritzten Fluids, die im Wesentlichen sich entlang dieser geradlinigen Durchströmungsrichtung bewegen, können so den Mischabschnitt nicht passieren. Auf diese Weise kann sicher vermieden werden, dass nach dem Mischerelement noch Tröpfchen des eingespritzten Fluids im Abgas-Fluid-Gemisch vorhanden sind. Dabei bilden die Sperrflächen der einzelnen Sperrelemente nur in Bezug auf die geradlinige Durchströmungsrichtung eine durchgängige Fläche, so dass zwischen den einzelnen Sperrelementen ein Strömen des Abgas-Fluid-Gemisches weiterhin möglich bleibt. Dazu wird das Abgas-Fluid-Gemisch beim Auftreffen auf die Sperrelemente abgelenkt und zwischen den einzelnen Sperrelementen hindurchgeleitet. Lediglich die Fluidtröpfchen werden, wie oben beschrieben, durch die Sperrelemente aufgehalten. Durch die Umströmung des Mischabschnitts mit weiterem Abgas sind auch die Sperrelemente aufgeheizt, wodurch ein Verdampfen der auf die Sperrelemente treffenden Fluidtröpfchen unterstützt wird. Ablagerungen des eingespritzten Fluids auf den Sperrelementen können dadurch verhindert werden. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Sperrelemente derart angeordnet sind, dass eine Strömung des Abgas-Fluid-Gemischs zwischen den einzelnen Sperrelementen hindurch durch eine zirkulare Verwirbelung, die durch Leitelemente des ersten Leitabschnitts erzeugt wurde, verstärkt und unterstützt wird. Also, a mixer element according to the invention can be designed so that the mixing section has blocking elements, in particular blade-like blocking elements, with a blocking surface, wherein the blocking surface has an acute angle with a rectilinear flow direction. The rectilinear flow direction in this case preferably corresponds essentially to the general flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas system. The blocking surfaces of the blocking elements prevent linear penetration along this throughflow direction. Droplets of the injected fluid which move substantially along this rectilinear flow direction can thus not pass through the mixing section. In this way it can be reliably avoided that droplets of the injected fluid are still present in the exhaust-fluid mixture after the mixer element. In this case, the blocking surfaces of the individual blocking elements form a continuous surface only in relation to the rectilinear flow direction, so that a flow of the exhaust gas-fluid mixture continues to be possible between the individual blocking elements. For this purpose, the exhaust gas-fluid mixture is deflected when hitting the blocking elements and passed between the individual blocking elements. Only the fluid droplets are stopped by the blocking elements as described above. As a result of the flow around the mixing section with further exhaust gas, the blocking elements are also heated, as a result of which evaporation of the fluid droplets striking the blocking elements is promoted. Deposits of the injected fluid on the blocking elements can be prevented. Preferably, it may be provided that the blocking elements are arranged such that a flow of the exhaust gas-fluid mixture between the individual blocking elements through a circular turbulence, which was generated by guide elements of the first guide section, is reinforced and supported.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung eines erfindungsgemäßen Mischerelements kann ferner vorgesehen sein, dass sich die Sperrelemente in Bezug auf die geradlinige Durchströmungsrichtung zumindest bereichsweise überlappen. In Bezug auf die geradlinige Durchströmungsrichtung kann durch diese Überlappbereiche sichergestellt werden, dass die Sperrflächen der einzelnen Sperrelemente nahtlos ineinander übergehen. Durch dieses zumindest bereichsweise Überlappen der Sperrelemente kann somit eine noch größere Sicherheit gegen ein Durchdringen des Mischabschnitts durch Fluidtröpfchen bereitgestellt werden. According to a particularly preferred further development of a mixer element according to the invention, it can further be provided that the blocking elements overlap at least in regions with respect to the rectilinear flow direction. With respect to the rectilinear flow direction can be ensured by these overlap areas that the blocking surfaces of the individual locking elements seamlessly merge into one another. As a result of this at least partially overlapping of the blocking elements, even greater security against penetration of the mixing section by fluid droplets can thus be provided.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Mischerelement vorgesehen sein, dass das Mischerelement wenigstens einen Montageabschnitt für die Montage in einer Montageposition in einem Rohrelement des Abgasstrangs aufweist, wobei in der Montageposition zwischen einer Außenwandung des Mischabschnitts und einer Innenwandung des Rohrelements ein Bypassspalt ausgebildet ist. Durch einen derartigen Montageabschnitt kann sichergestellt werden, dass das Mischerelement sicher und reproduzierbar in einer vorgesehenen Montageposition im Rohrelement des Abgasstrangs angeordnet werden kann. Insbesondere kann dabei sichergestellt werden, dass sich zwischen einer Außenwandung des Mischabschnitts und einer Innenwandung des Rohrelements ein Bypassspalt ausbildet. Auf diese Weise kann ein Umströmen des Mischabschnitts durch Abgas besonders einfach erreicht werden. Der Mischabschnitt kann dadurch aufgeheizt werden, wodurch zum einen eine noch bessere Verdampfung des eingespritzten Fluids im Mischabschnitt ermöglicht werden kann und zum anderen Ablagerungen des Fluids bzw. von Reaktionsprodukten des Fluids auf Elementen des Mischabschnitts vermieten werden kann. Bevorzugt kann dabei insbesondere dieser Bypassspalt vollumfänglich bezüglich der Außenwandung des Mischabschnitts vorgesehen sein, so dass der komplette Mischabschnitt durch Abgas umströmt werden kann. Dies kann insbesondere beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sowohl das Rohrelement als auch das Mischerelement zumindest in dem Bereich des Mischabschnitts wenigstens im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind, wobei die Außenwandung des Mischabschnitts einen kleineren Radius aufweist als die Innenwandung des Rohrelements. Furthermore, it may be provided in a mixer element according to the invention that the mixer element has at least one mounting portion for mounting in a mounting position in a pipe element of the exhaust line, wherein in the mounting position between an outer wall of the mixing section and an inner wall of the tubular element, a bypass gap is formed. By such a mounting portion can be ensured that the mixer element can be arranged safely and reproducibly in a designated mounting position in the pipe element of the exhaust system. In particular, it can be ensured that a bypass gap is formed between an outer wall of the mixing section and an inner wall of the tubular element. In this way, a flow around the mixing section through exhaust gas can be achieved particularly easily. The mixing section can be heated thereby, whereby on the one hand an even better evaporation of the injected fluid in the mixing section can be made possible and on the other deposits of the fluid or reaction products of the fluid can be rented on elements of the mixing section. In this case, in particular, this bypass gap may in particular be provided completely with respect to the outer wall of the mixing section, so that exhaust gas can flow around the complete mixing section. This can in particular be achieved, for example, in that both the pipe element and the mixer element are at least substantially cylindrical in the region of the mixing section, wherein the outer wall of the mixing section has a smaller radius than the inner wall of the pipe element.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Abgasstrang für einen Verbrennungsmotor, aufweisend ein Einspritzelement, ein Rohrelement und ein Mischerelement, wobei das Mischerelement im Rohrelement angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßer Abgasstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mischerelement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßer Abgasstrang die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Mischerelement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert worden sind. According to a second aspect of the invention, the object is achieved by an exhaust system for an internal combustion engine, comprising an injection element, a tubular element and a mixer element, wherein the mixer element is arranged in the tubular element. An exhaust line according to the invention is characterized in that the mixer element according to the first aspect of the invention is formed. Accordingly brings an inventive Exhaust line, the same advantages as they have been explained in detail with respect to a mixer element according to the invention according to the first aspect of the invention.
Bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Abgasstrang vorgesehen sein, dass im Rohrelement zumindest zwischen einer Außenwandung des Mischabschnitts des Mischerelements und einer Innenwandung des Rohrelements ein Bypassspalt, insbesondere ein umlaufender Ringspalt, gebildet ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Mischabschnitt des Mischerelements außen durch Abgas umströmbar ist. Eine Aufheizung des Mischabschnitts des Mischerelements durch das vorbeiströmende Abgas kann dadurch besonders einfach sichergestellt werden. Eine Verdampfung des eingespritzten Fluids im Mischabschnitt kann dadurch verbessert sowie Ablagerungen des Fluids auf Oberflächen des Mischabschnitts sicher vermieden werden. In an exhaust gas line according to the invention, it can preferably be provided that a bypass gap, in particular a circumferential annular gap, is formed in the pipe element at least between an outer wall of the mixing section of the mixer element and an inner wall of the pipe element. In this way it can be ensured that the mixing section of the mixer element can be flowed around outside by exhaust gas. A heating of the mixing section of the mixer element by the flowing exhaust gas can be ensured particularly simple. An evaporation of the injected fluid in the mixing section can thereby be improved and deposits of the fluid on surfaces of the mixing section can be reliably avoided.
Ferner kann ein erfindungsgemäßer Abgasstrang in einer Weiterentwicklung dahingehend ausgebildet sein, dass im Rohrelement und/oder am Mischerelement ein Strömungselement angeordnet ist, wobei das Strömungselement einen Abschnitt eines freien Strömungsquerschnitts des Rohrelements und den Bypassspalt zum Erzeugen einer gerichteten Umströmung des Mischerelements mit Abgas abdeckt. Dabei kann das Strömungselement als Teil des Rohrelements und/oder als Teil des Mischerelements ausgebildet sein. Abdecken im Sinne der Erfindung kann bevorzugt bedeuten, dass durch das Strömungselement eine Strömung des Abgases in beziehungsweise durch diese abgedeckten Bereiche blockiert wird. So kann beispielsweise besonders bevorzugt eine Hälfte des freien Strömungsquerschnitts des Rohrelements und/oder der gesamte Bypassspalt durch das Strömungselement abgedeckt sein. Das Abgas kann dadurch das Mischerelement nur in einer Richtung umströmen. Auf diese Weise kann im Abgas besonders einfach ein Drall erzeugt werden, der durch die verschiedenen Ausgestaltungen der Elemente des Mischerelements, beispielsweise des ersten Leitabschnitts und/oder des Mischabschnitts und/oder des zweiten Leitabschnitts, weiter verstärkt werden kann. Eine noch bessere Durchmischung des Abgases und des eingespritzten Fluids zu einem Abgas-Fluid-Gemisch kann dadurch erreicht werden. Furthermore, an exhaust line according to the invention can be designed in a further development such that a flow element is arranged in the pipe element and / or on the mixer element, the flow element covering a section of a free flow cross section of the pipe element and the bypass gap for generating a directed flow around the mixer element with exhaust gas. In this case, the flow element may be formed as part of the tubular element and / or as part of the mixer element. Covering according to the invention may preferably mean that a flow of the exhaust gas is blocked in or through these covered areas by the flow element. Thus, for example, one half of the free flow cross section of the tubular element and / or the entire bypass gap can be covered by the flow element particularly preferably. The exhaust gas can thereby flow around the mixer element in one direction only. In this way, a swirl can be generated in the exhaust gas in a particularly simple manner, which can be further enhanced by the various configurations of the elements of the mixer element, for example the first guide section and / or the mixing section and / or the second guide section. An even better mixing of the exhaust gas and the injected fluid to an exhaust gas-fluid mixture can be achieved.
Bevorzugt kann ein erfindungsgemäßer Abgasstrang dahin gehend weiterentwickelt sein, dass am Mischerelement bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases nach dem zweiten Leitabschnitt ein Kontaktabschnitt angeordnet ist, wobei der Bypassspalt durch einen formschlüssigen Kontakt des Kontaktabschnitts an der Innenwandung des Rohrelements endet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Abgas, das am Mischabschnitt vorbeigeleitet ist, vollständig durch den zweiten Leitabschnitt ins Innere des Mischerelements geleitet wird. Ein Vorbeiströmen von Abgas am gesamten Mischerelement, wobei dieses Abgas dadurch nicht für die Bildung des Abgas-Fluid-Gemisches verwendet werden würde, kann dadurch sicher vermieden werden. Sämtliches Abgas wird zur Durchmischung mit dem Fluid im Mischerelement im erfindungsgemäßen Abgasstrang verwendet. Eine besonders gute Durchmischung des Abgases mit dem eingespritzten Fluid kann dadurch ermöglicht werden. Preferably, an exhaust system according to the invention can be further developed such that a contact section is arranged on the mixer element with respect to the flow direction of the exhaust gas after the second guide section, wherein the bypass gap ends by a positive contact of the contact section on the inner wall of the tubular element. In this way it can be ensured that exhaust gas, which is conducted past the mixing section, is conducted completely through the second guide section into the interior of the mixer element. A flow of exhaust gas through the entire mixer element, whereby this exhaust gas would not be used thereby for the formation of the exhaust gas-fluid mixture, can thereby be safely avoided. All the exhaust gas is used for mixing with the fluid in the mixer element in the exhaust gas line according to the invention. A particularly good mixing of the exhaust gas with the injected fluid can be made possible.
Auch kann ein erfindungsgemäßer Abgasstrang dahin gehend ausgebildet sein, dass das Rohrelement im Wesentlichen U-förmig mit zwei Schenkeln und einer Basis ausgebildet ist, wobei insbesondere das Mischerelement an einem Übergang zwischen einem Schenkel und der Basis angeordnet ist. Durch ein derartiges U-förmiges Rohrelement kann ein besonders platzsparendes Anordnen eines erfindungsgemäßen Mischerelements in einem erfindungsgemäßen Abgasstrang bereitgestellt werden. Insbesondere kann durch das Anordnen des Mischerelements an einem Übergang zwischen einem Schenkel und einer Basis des U-förmigen Rohrelements durch das dadurch ermöglichte radiale Anströmen des Mischerelements durch Abgas ein Erzeugen von zirkularen Verwirbelungen durch den ersten und/oder zweiten Leitabschnitt unterstützt werden. Dieses Erzeugen von zirkularen Verwirbelungen kann dabei bevorzugt durch das oben beschriebene Strömungselement unterstützt sein. Eine noch bessere Verwirbelung des Abgases im Inneren des Mischerelements und dadurch eine noch bessere Vermischung des Abgases mit dem eingespritzten Fluid kann dadurch bereitgestellt werden. Also, an exhaust line according to the invention may be designed so that the tubular element is formed substantially U-shaped with two legs and a base, wherein in particular the mixer element is arranged at a transition between a leg and the base. By means of such a U-shaped tubular element, a particularly space-saving arrangement of a mixer element according to the invention in an exhaust gas line according to the invention can be provided. In particular, by arranging the mixer element at a transition between a limb and a base of the U-shaped tube element by the thereby enabled radial flow of the mixer element by exhaust gas generating a circular turbulence by the first and / or second guide portion can be supported. This generation of circular turbulences can preferably be assisted by the flow element described above. An even better turbulence of the exhaust gas in the interior of the mixer element and thereby an even better mixing of the exhaust gas with the injected fluid can be provided thereby.
Auch kann bei einem erfindungsgemäßen Abgasstrang vorgesehen sein, dass der Abgasstrang einen Katalysator und einen SCR-Partikelfilter aufweist, wobei das Rohrelement mit dem darin angeordneten Mischerelement zwischen dem Katalysator und dem SCR-Partikelfilter angeordnet ist. Durch einen derartigen Katalysator, der beispielsweise bei Dieselverbrennungsmotoren als Dieseloxidationskatalysator (DOC) mit oder ohne Stickoxidabsorber ausgebildet sein kann und einen derartigen Partikelfilter kann eine besonders gute Abgasreinigung im erfindungsgemäßen Abgasstrang bereitgestellt werden. Dabei ist besonders bevorzugt der Partikelfilter als ein SCR-Partikelfilter ausgebildet, wodurch im Partikelfilter selektiv insbesondere Stickoxide dem Abgas entzogen werden können. Der für diese selektive Entfernung der Stickoxide nötige Ammoniak bzw. Harnstoff kann durch das Mischerelement in das Abgas eingemischt werden. Durch eine Anordnung des Mischerelements im Rohrelement zwischen dem Katalysator und dem SCR-Partikelfilter kann diese Einmischung des nötigen Fluids besonders einfach bereitgestellt werden. Insbesondere bevorzugt bei einer U-förmigen Ausgestaltung des Rohrelements können der Katalysator und der SCR-Partikelfilter übereinander angeordnet werden. Eine nochmalige Reduzierung des nötigen Bauraums für einen erfindungsgemäßen Abgasstrang kann dadurch bereitgestellt werden. It can also be provided in an exhaust line according to the invention that the exhaust line comprises a catalyst and an SCR particulate filter, wherein the tubular element is arranged with the mixing element arranged therein between the catalyst and the SCR particulate filter. By such a catalyst, which may be formed, for example, in diesel internal combustion engines as a diesel oxidation catalyst (DOC) with or without nitrogen oxide and such a particulate filter, a particularly good emission control can be provided in the exhaust system according to the invention. In this case, the particulate filter is particularly preferably designed as an SCR particulate filter, as a result of which, in particular, nitrogen oxides can be selectively removed from the exhaust gas in the particulate filter. The ammonia or urea necessary for this selective removal of the nitrogen oxides can be mixed into the exhaust gas by the mixer element. By arranging the mixer element in the tubular element between the catalytic converter and the SCR particle filter, this mixing in of the necessary fluid can be provided in a particularly simple manner. Particularly preferred in one U-shaped configuration of the tubular element, the catalyst and the SCR particulate filter can be arranged one above the other. A further reduction of the necessary installation space for an exhaust gas line according to the invention can be provided thereby.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination. Elements with the same function and mode of action are provided with the same reference numerals.
Es zeigen schematisch: They show schematically:
In den
In den
In einer alternativen Ausführungsform ist das Mischerelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Mischerelement mixer element
- 10 10
- Grundkörper body
- 11 11
- Einspritzöffnung Injection port
- 12 12
- Montageabschnitt mounting portion
- 13 13
- Kontaktabschnitt Contact section
- 20 20
- erster Leitabschnitt first leading section
- 21 21
- Eintrittsöffnung inlet opening
- 22 22
- Leitelement vane
- 30 30
- Mischabschnitt mixing section
- 31 31
- Sperrelement blocking element
- 32 32
- Sperrfläche blocking surface
- 33 33
- Außenwandung outer wall
- 34 34
- Bypassspalt bypass gap
- 40 40
- zweiter Leitabschnitt second lead section
- 41 41
- Eintrittsöffnung inlet opening
- 42 42
- Leitelement vane
- 50 50
- Abgas exhaust
- 51 51
- Fluid fluid
- 52 52
- Abgas-Fluid-Gemisch Exhaust fluid mixture
- 60 60
- Strömungsrichtung flow direction
- 61 61
- Durchströmungsrichtung Flow direction
- 62 62
- Eintrittsrichtung entry direction
- 70 70
- Abgasstrang exhaust gas line
- 71 71
- Rohrelement tube element
- 72 72
- Basis Base
- 73 73
- Schenkel leg
- 74 74
- Innenwandung inner wall
- 75 75
- Einspritzelement Injector
- 76 76
- Strömungselement flow element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R230 | Request for early publication | ||
R084 | Declaration of willingness to licence | ||
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |