DE102020103629A1

DE102020103629A1 - Mischer für eine abgasanlage

Info

Publication number: DE102020103629A1
Application number: DE102020103629.9A
Authority: DE
Inventors: Won-Tae Kim; Gyu-Hwa Jeong
Original assignee: Faurecia Korea Ltd
Current assignee: Faurecia Korea Ltd
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2020-08-13
Also published as: KR102195085B1; CN111550300A; KR20200098197A; CN111550300B

Abstract

Ein Mischer für eine Abgasanlage weist ein Mischergehäuse, das eine Mittelachse definiert, und mehrere Querschaufeln auf. Jede Querschaufel weist einen Mittelabschnitt auf, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet. Die erste Schaufel weist ein erstes Ende auf, das über eine erste Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist, und die zweite Schaufel weist ein zweites Ende auf, das über eine zweite Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist. Ein Mischverfahren umfasst ferner das Einspritzen eines Fluids stromaufwärts der mehreren Querschaufeln, so dass es gleichmäßig mit einem wirbelnden Abgasstrom vermischt wird, der von den mehreren Querschaufeln erzeugt wird.

Description

Eine Abgasanlage in einem Fahrzeug umfasst Nachbehandlungskomponenten wie etwa einen Dieseloxidationskatalysator (engl. Diesel Oxidation Catalyst - DOC), einen Dieselpartikelfilter (engl. Diesel Particulate Filter - DPF), einen Stickoxid-Speicherkatalysator (engl. Lean Nitrogen-Oxide Trap - LNT) und eine Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (engl. Selective Catalyst Reduction - SCR), die dazu verwendet werden, von den Fahrzeugmotoren erzeugte Abgasemissionen zu reduzieren. Die Abgasanlage weist auch ein Einspritzsystem auf, das Adblue (engl. Diesel Exhaust Fluid - DEF) oder ein Reduktionsmittel wie etwa eine Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts der SCR-Einrichtung einspritzt, die zur Reduzierung der Stickoxid- (NOx-) Emissionen verwendet wird. Eine Mischvorrichtung ist stromaufwärts der SCR-Einrichtung angeordnet und vermischt Motorabgase und Produkte der Harnstoffumwandlung. Das Einspritzsystem weist eine Dosiereinrichtung oder eine Einspritzdüse auf, die das Fluid in einer Richtung entlang einer Einspritzachse in den Abgasstrom einspritzt. Der Fluidstrahl sollte so stark wie möglich in Ammoniak (NH₃) umgewandelt werden, bevor er die SCR-Einrichtung erreicht.
Die Rolle der Mischvorrichtung besteht darin, flüssigen Harnstoff durch Aufprall, thermischen Abbau und/oder Verdampfung mittels der Mischvorrichtung zu zersetzen und dann die Abgase und den Harnstoff zu vermischen, um das erzeugte Ammoniakgas in den SCR-Katalysator zu leiten. In einer bekannten Ausgestaltung umfasst ein Mischsystem eine Einspritzdüse, eine Mischkammer und eine innerhalb der Mischkammer angeordnete Mischvorrichtung. Wenn Fluid in den Abgasstrom eingespritzt wird, der durch die Mischkammer strömt, wird das Fluid von der Einspritzdüse zerstäubt und das zerstäubte Fluid durch thermische Zersetzung in Ammoniak umgewandelt. Das Ammoniakgas adsorbiert den SCR-Katalysator umgebendes Wasser, und anschließend werden NOx-Emissionen in Stickstoff (N₂) und in Wasser (H₂O) umgewandelt.
Bestehende Mischvorrichtungen können hinsichtlich einer Ausrichtung der Mischvorrichtung in der Mischkammer und/oder einer Ausrichtung der Einspritzachse empfindlich sein. Infolgedessen kann sich die Mischleistung verringern, wenn die Ausrichtung der Mischvorrichtung oder der Einspritzachse nicht optimal ist. Es ist somit wichtig, dass die Mischvorrichtung unabhängig von der Ausrichtung der Mischvorrichtung und der Einspritzachse ein gleichmäßiges Abgas-Ammoniak-Gemisch in den SCR-Katalysator leitet.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Ausführungsbeispiel weist ein Mischer für eine Abgasanlage ein Mischergehäuse, das eine Mittelachse definiert, und mehrere Querschaufeln auf. Jede Querschaufel weist einen Mittelabschnitt auf, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet. Die erste Schaufel weist ein erstes Ende auf, das über eine erste Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist, und die zweite Schaufel weist ein zweites Ende auf, das über eine zweite Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Mischergehäuse einen zylindrischen Körper auf, und die erste und die zweite Befestigungsnut sind um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform des Obigen umfassen die mehreren Querschaufeln zumindest eine erste Querschaufel und eine zweite Querschaufel, und der Mittelabschnitt der ersten Querschaufel ist von dem Mittelabschnitt der zweiten Querschaufel axial beabstandet, so dass die Mittelabschnitte entlang der Mittelachse gestapelt zueinander angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform des Obigen sind die erste und die zweite Schaufel der mehreren Querschaufeln um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet, und jede Schaufel weist eine gewölbte Oberfläche auf, die von einem stromaufwärtigen Schaufelende zu einem stromabwärtigen Schaufelende gewölbt ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Abgasnachbehandlungsanlage eine Mischkammer auf, die zur Aufnahme von Motorabgasen ausgebildet ist, einen zylindrischen Körper, der innerhalb der Mischkammer angebracht ist und eine Mittelachse definiert, und zumindest eine erste Querschaufel und eine zweite Querschaufel. Die erste Querschaufel weist einen ersten Verbindungsmittelabschnitt auf, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet, und die zweite Querschaufel weist einen zweiten Verbindungsmittelabschnitt auf, der eine dritte Schaufel mit einer vierten Schaufel verbindet. Die erste Schaufel weist ein erstes Ende auf, das über eine erste Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die zweite Schaufel weist ein zweites Ende auf, das über eine zweite Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist. Die dritte Schaufel weist ein drittes Ende auf, das über eine dritte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die vierte Schaufel weist ein viertes Ende auf, das über eine vierte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist. Die erste, die zweite, die dritte und die vierte Befestigungsnut sind um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform des Obigen ist mindestens eine Nachbehandlungsvorrichtung stromabwärts der ersten und der zweiten Querschaufel angeordnet. Eine Einspritzdüse spritzt stromaufwärts der ersten und der zweiten Querschaufel ein Fluid in die Mischkammer ein.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen eines Mischergehäuses, das eine Mittelachse definiert, und von mehreren Querschaufeln, wobei jede Querschaufel einen Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet; Befestigen eines Außenendes jeder ersten Schaufel am Mischergehäuse über eine erste Befestigungsnut und Befestigen eines Außenendes jeder zweiten Schaufel am Mischergehäuse über eine zweite Befestigungsnut; und Einspritzen eines Fluids stromaufwärts der mehreren Querschaufeln, so dass es gleichmäßig mit einem wirbelnden Abgasstrom vermischt wird, der von den mehreren Querschaufeln erzeugt wird.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen verstanden, die nachfolgend kurz beschrieben sind.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Abgasanlage mit einem Mischer gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine perspektivische Ansicht eines Endes des Mischers.
2B ist eine perspektivische Ansicht eines gegenüberliegenden Endes des Mischers von 2A.
3 ist eine Vorderansicht des Mischers aus 2A.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Körpers des Mischers aus 2A.
5 ist eine Seitenansicht von mehreren Querschaufeln des Mischers von 2A.
6 ist eine Draufsicht einer der Querschaufeln von 5.
7 ist eine Endansicht der Querschaufel von 6.

AUSFÜHRLICHE BECHREIBUNG
1 zeigt eine Abgasnachbehandlungsanlage 10 für ein Fahrzeug, die von einem Motor 12 erzeugte heiße Abgase durch verschiedene Komponenten und Vorrichtungen einer Abgasanlage leitet, um wie bekannt Emissionen zu reduzieren und Lärm zu bekämpfen. Die Anlage 10 umfasst eine Mischvorrichtung 14 für eine Nachbehandlungskomponente, die eingespritztes Fluid und heiße Motorabgase vor dem Einleiten des Gemischs in die Nachbehandlungskomponente effektiv und gleichmäßig vermischt. Die Mischvorrichtung 14 vermischt auch Fluid und Abgase gleichmäßig unabhängig von der Ausrichtung der Mischvorrichtung und der Einspritzachse innerhalb der Anlage 10.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausgestaltungsbeispiel der Nachbehandlungsanlage 10 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Mischvorrichtung 14 ist mit einer Mischkammer 16 eingebaut, die stromabwärts einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung 18 angeordnet ist. Bei einem Beispiel weist die erste Nachbehandlungsvorrichtung 18 mindestens ein Rohr 20 auf, das Abgase von dem Motor 12 aufnimmt und die Motorabgase in einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 22 leitet. Stromabwärts des DOC 22 kann ein Dieselpartikelfilter (DPF) liegen, der dazu verwendet wird, Schadstoffe wie bekannt aus den Abgasen zu entfernen. Eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung 24 mit einem Einlass 26 und einem Auslass 28 liegt stromabwärts des DOC 22 und des optionalen DPF. In einem Beispiel handelt es sich bei der zweiten Nachbehandlungsvorrichtung 24 um einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR-Katalysator) 30. Die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 24 kann optional einen Katalysator aufweisen, der dazu ausgelegt ist, eine selektive katalytische Reduktionsfunktion und eine Partikelfilterfunktion zu erfüllen. Der Einlass 26 nimmt das aus der Mischvorrichtung 14 austretende Gemisch auf. Der Auslass 28 leitet Abgase zu stromabwärtigen Abgasanlagenkomponenten und gegebenenfalls zu einem Endrohr, durch das die Abgase in die Atmosphäre austreten.
Ein Einspritzsystem 32 wird zum Einspritzen eines Reduktionsmittels wie etwa DEF oder einer Harnstoff-Wasser-Lösung stromaufwärts der Mischvorrichtung 14 in den Abgasstrom verwendet, so dass die Mischvorrichtung 14 das Fluid und Abgase sorgfältig vermischen kann, bevor das Gemisch in den SCR-Katalysator 30 eingeleitet wird. Das Einspritzsystem 32 umfasst eine Fluidversorgung 34, eine Dosiereinrichtung/eine Einspritzdüse 36, die eine Einspritzachse definiert, und eine Steuereinheit 38, die das Einspritzen des Harnstoffs wie bekannt steuert. Der Aufbau und der Betrieb der Dosiereinrichtung/ Einspritzdüse 36 ist wohl bekannt, und es kann jegliche Dosiereinrichtung/Einspritzdüse 36 zum Einspritzen des Fluids in den Abgasstrom verwendet werden.
Die Einspritzdüse 36 ist an einem Gehäuse 40 angebracht, das die Mischkammer 16 definiert und Fluid in die Mischkammer 16 einspritzt, um es mit dem Abgasstrom zu vermischen. Die Mischvorrichtung 14 ist in der Mischkammer 16 stromabwärts der Position der Einspritzdüse angeordnet und wird dazu verwendet, eine Wirbel- oder Drehbewegung der Abgase zu erzeugen. Das eingespritzte Fluid, z.B. eine Harnstoff-Wasser-Flüssigphase, wird in den NOx in den Abgasen eingeleitet und schließlich von der Mischvorrichtung 14 vermischt und durch Pyrolyse zersetzt. Das Fluid wird anschließend in Ammoniakgas in der Gasphase umgewandelt und dann in dem SCR-Katalysator 30 mit Dampf in der Gasphase kombiniert, um bei der Hydrolyse in reinen Stickstoff und Wasserdampf oder Wasser umgewandelt zu werden.
Die 2A-2B zeigen diese Mischvorrichtung 14, die dazu entwickelt wurde, die Stromgleichmäßigkeit der Abgase und der eingespritzten Fluidpartikel zu verbessern und die Empfindlichkeit gegenüber einem Einbauwinkel oder einer Ausrichtung der Einspritzdüse 36 und/oder der Mischvorrichtung 14 zu reduzieren. Die Mischvorrichtung 14 weist ein Mischergehäuse oder einen zylindrischen Körper 42 auf, der eine Mittelachse A definiert, sowie mehrere Querschaufeln 44. Wie am besten in 6 zu sehen ist, weist jede Querschaufel 44 einen Verbindungsmittelabschnitt 46 auf, der eine erste Schaufel 48 mit einer zweiten Schaufel 50 verbindet. Die erste Schaufel 48 weist ein erstes Ende 52 auf, das über eine erste Befestigungsnut 54 am zylindrischen Körper 42 befestigt ist ( 2A), und die zweite Schaufel 50 weist ein zweites Ende 56 auf, das über eine zweite Befestigungsnut 58 am zylindrischen Körper 42 befestigt ist (2A).
Die mehreren Querschaufeln 44 umfassen mindestens zwei Querschaufeln 44 oder können in einem weiteren Ausführungsbeispiel mindestens drei Querschaufeln umfassen. In der bevorzugten Ausführung sind wie in den 2A, 2B, 3 und 5 gezeigt mindestens vier Querschaufeln vorhanden. Diese Ausführung bietet das beständigste und gleichmäßigste Vermischen von eingespritztem Fluid und Abgasen. In jeder Ausführung sind die Gruppen von ersten Befestigungsnuten 54 und von zweiten Befestigungsnuten 58 jeder entsprechenden Querschaufel 44 um die Mittelachse A umfangsmäßig voneinander beabstandet, wie am besten in 2A zu sehen ist.
Die Verwendung eines einzelnen zylindrischen Körpers 42 hält den Strom aus eingespritztem Fluid und Abgasen, der in einer Richtung entlang der Mittelachse strömt, gleichmäßig aufrecht. Die Steuereinrichtung 38 spritzt das Fluid über die Einspritzdüse 36 in gewünschten Intervallen ein, und die Mischvorrichtung 14 vermischt die Abgase und das eingespritzte Fluid gleichmäßig im zylindrischen Körper 42. Die Querschaufeln 44 sind an den zylindrischen Körper 42 gekoppelt und erzeugen eine starke Verwirbelung und ein turbulentes Gemisch, das dann in den SCR-Katalysator 30 eingeleitet wird.
Wie in den 3-4 gezeigt, weist der zylindrische Körper 42 eine Innenumfangsfläche 60 und eine Außenumfangsfläche 62 auf, die sich von einem stromaufwärtigen Ende 64 zu einem stromabwärtigen Ende 66 erstreckt. Die erste Befestigungsnut 54 und die zweite Befestigungsnut 58 sind im stromaufwärtigen Ende 64 oder im stromabwärtigen Ende 66 des zylindrischen Körpers 42 ausgebildet. In dem gezeigten Beispiel sind die erste Befestigungsnut 54 und die zweite Befestigungsnut 58 im stromaufwärtigen Ende 64 ausgebildet. In einem Beispiel sind die Befestigungsnuten 54, 58 im stromaufwärtigen Rand des zylindrischen Körpers 42 ausgebildet und erstrecken sich vollständig durch eine Wanddicke des zylindrischen Körpers 42 von der Innenumfangsfläche 60 zur Außenumfangsfläche 62. Als solche bilden die Befestigungsnuten 54, 58 Ausschnitte oder Kerben, die dazu ausgebildet sind, das erste Ende 52 und das zweite Ende 56 der ersten Schaufel 48 und der zweiten Schaufel 50 aufzunehmen.
In einem Beispiel nehmen die Befestigungsnuten 54, 58 die Schaufeln 48, 50 für eine einfache Herstellung in einem gleichmäßigen Winkel auf. Der zylindrische Körper 42 weist mehrere Vorsprünge 68 auf, um das Anbringen des zylindrischen Körpers 42 in der Mischkammer 16 zu vereinfachen. In einem Beispiel sind die Vorsprünge 68 nicht gleichmäßig um die Mittelachse A beabstandet. Wie in dem Beispiel von 3 gezeigt, sind drei Vorsprünge 68 vorhanden, die in der Außenumfangsfläche 62 des zylindrischen Körpers 42 ausgebildet sind. Die Vorsprünge 68 erstrecken sich radial außerhalb des Körpers 42 und wirken mit einer entsprechenden Montagestruktur an einer Innenfläche der Mischkammer 16 zusammen, um den Körper 42 am Gehäuse 40 zu befestigen, das die Mischkammer 16 definiert. Auch wenn drei Vorsprünge 68 gezeigt sind, sollte zu verstehen sein, dass je nach Bedarf weniger oder zusätzliche Vorsprünge vorgesehen sein können.
Der eingespritzte Fluidstrahl wird von dem Abgasstrom zu den mehreren Querschaufeln 44 geleitet, wo der Strahl auf die stromaufwärtige Fläche der Gruppen aus ersten Schaufeln 48 und zweiten Schaufeln 50 trifft. Der Strahl wird über die heißen Abgase thermisch zersetzt und bewegt sich radial nach außen zu den Enden 52, 56 der Schaufeln 48, 50.
Wie oben erläutert, sind wie in 5 gezeigt in der bevorzugten Ausführung zumindest eine erste Querschaufel 44a, eine zweite Querschaufel 44b, eine dritte Querschaufel 44c und eine vierte Querschaufel 44d vorhanden. Die erste Querschaufel 44a weist einen ersten Verbindungsmittelabschnitt 46a auf, der eine erste Schaufel 48a mit einer zweiten Schaufel 50a verbindet. Die zweite Querschaufel 44b weist einen zweiten Verbindungsmittelabschnitt 46b auf, der eine dritte Schaufel 48b mit einer vierten Schaufel 50b verbindet. Die dritte Querschaufel 44c weist einen dritten Verbindungsmittelabschnitt 46c auf, der eine fünfte Schaufel 48c mit einer sechsten Schaufel 50c verbindet. Die vierte Querschaufel 44d weist einen vierten Verbindungsmittelabschnitt 46d auf, der eine siebte Schaufel 48d mit einer achten Schaufel 50d verbindet.
Die erste Schaufel 48a weist ein erstes Ende 52a auf (5), das über eine erste Befestigungsnut 54a (3) am zylindrischen Körper 42 befestigt ist, und die zweite Schaufel 50a weist ein zweites Ende 56a auf, das über eine zweite Befestigungsnut 58a am zylindrischen Körper 42 befestigt ist. Die dritte Schaufel 48b weist ein drittes Ende 52b auf, das über eine dritte Befestigungsnut 54b am zylindrischen Körper 42 befestigt ist, und die vierte Schaufel 50b weist ein viertes Ende 56b auf, das über eine vierte Befestigungsnut 58b am zylindrischen Körper 42 befestigt ist. Die fünfte Schaufel 48c weist ein fünftes Ende 52c auf, das über eine fünfte Befestigungsnut 54c am zylindrischen Körper 42 befestigt ist, und die sechste Schaufel 50c weist ein sechstes Ende 56c auf, das über eine sechste Befestigungsnut 58c am zylindrischen Körper 42 befestigt ist. Die siebte Schaufel 48d weist ein siebtes Ende 52d auf, das über eine siebte Befestigungsnut 54d am zylindrischen Körper 42 befestigt ist, und die achte Schaufel 50d weist ein achtes Ende 56d auf, das über eine achte Befestigungsnut 58d am zylindrischen Körper 42 befestigt ist.
Jede Schaufel 48a-d, 50a-d hat eine Höhe H, die in einer Richtung definiert ist, die von einem stromaufwärtigen Ende 76 zu einem stromabwärtigen Ende 78 verläuft. Jede Schaufel 48a-d, 50a-d hat auch einen Gesamtdurchmesser D, der sich über den zylindrischen Körper 42 erstreckt und die Mittelachse A schneidet. Die Verbindungsabschnitte 46a-d umfassen einen verringerten Bereich oder eine Einschnürung, der bzw. die die entsprechenden Schaufeln 48a-d, 50a-d für jede Querschaufel 44a-d verbindet. Der verringerte Bereich bzw. die Einschnürung ist in Richtung der Höhe H reduziert, so dass der verringerte Bereich bzw. die Einschnürung eine zweite Höhe H2 hat, die geringer ist als die Schaufelhöhe H. Dadurch wird in radialer Richtung ein Spalt 70 zwischen den ersten Schaufeln 48a-d und den entsprechenden zweiten Schaufeln 50a-d belassen.
Wie am besten in 5 gezeigt ist, liegen die Verbindungsabschnitte 46a-d für jede entsprechende Querschaufel 44a-d in unterschiedlichen Höhen zwischen den Schaufeln 48a-d, 50a-d. Der Verbindungsabschnitt 46a für die erste Querschaufel 44a liegt beispielsweise näher an einem stromabwärtigen Schaufelende 78 als an einem stromaufwärtigen Schaufelende 76, der Verbindungsabschnitt 46b für die zweite Querschaufel 44b liegt im Allgemeinen mittig zwischen dem stromabwärtigen Schaufelende 78 und dem stromaufwärtigen Schaufelende 76, der Verbindungsabschnitt 46c für die dritte Querschaufel 44c liegt näher am stromaufwärtigen Schaufelende 76 als am stromabwärtigen Schaufelende 78, und der Verbindungsabschnitt 46d für die vierte Querschaufel 44d liegt am stromaufwärtigen Schaufelende 76. Mit anderen Worten sind die Verbindungsabschnitte 46a-d in einer Richtung entlang der Mittelachse A axial voneinander beabstandet, so dass die Verbindungsabschnitte 46a-d entlang der Mittelachse gestapelt zueinander angeordnet sind, wenn die Schaufeln mit dem zylindrischen Körper 42 angebracht sind. Dies vereinfacht das Zusammenfügen der Querschaufeln 44a-d und stellt eine feste Verbindungsstruktur zwischen den Schaufeln 44a-d und dem zylindrischen Körper 42 bereit.
Wie in den 6-7 gezeigt, weist jede Schaufel 48, 50 einen Innenrand 72 am Verbindungsmittelabschnitt 46 und einen Außenrand 74 auf, der radial außerhalb des Innenrands 72 liegt. Jede Schaufel 48, 50 weist auch ein stromaufwärtiges Ende 76 und ein stromabwärtiges Ende 78 auf. Jede Schaufel 48, 50 weist eine gewölbte Oberfläche S auf, die sich von dem stromaufwärtigen Ende 76 zum stromabwärtigen Ende 78 erstreckt. Jedes stromabwärtige Ende 78 definiert auch eine Wölbung C, die von dem Innenrand 72 zum Außenrand 74 gewölbt ist. Diese gewölbten Oberflächen S und die Wölbungen C vereinfachen die Erzeugung des Wirbelstromeffekts.
Die Größe des zylindrischen Körpers 42 wird durch einen Radius R definiert (2B), der sich von der Mittelachse A zur Innenfläche 60 des zylindrischen Körpers 42 erstreckt. Die Schaufeln 48a-d, 50a-d weisen eine Innenseite an der Mittelachse A und eine Außenseite an der Innenfläche 60 auf. In einem Beispiel behalten Enden der Schaufeln 48a-d, 50a-d einen konstanten Winkel von einer Innenseite zu einer Außenseite bei. In einem Beispiel liegt ein Winkel der Schaufeln 48a-d, 50a-d sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite in einem Bereich von 25 bis 45 Grad in Bezug auf die Mittelachse A. In einem Beispiel haben die Schaufeln 48a-d, 50a-d auch eine Innenkrümmung in einem Bereich von 3R bis 6R und eine Außenkrümmung in einem Bereich von 20R bis 26R.
Wie am besten in 6 zu sehen ist, weist das erste Ende 52 der ersten Schaufel 48 einen ersten Arm 80 auf, der von einem Außenrand der ersten Schaufel 48 zu einem ersten distalen Ende 82, das in der ersten Befestigungsnut 54 befestigt ist, in einer Umfangsrichtung C1 gewölbt ist. Das zweite Ende 56 der zweiten Schaufel 50 weist einen zweiten Arm 84 auf, der von einem Außenrand der zweiten Schaufel 50 zu einem zweiten distalen Ende 86, das in der zweiten Befestigungsnut 58 befestigt ist, in einer Umfangsrichtung C2 gewölbt ist. In einem Beispiel sind die Arme 80, 84 an den stromaufwärtigen Enden 76 der Schaufeln 48, 50 ausgebildet, und die distalen Enden 82, 86 liegen an entgegengesetzten Seiten des Verbindungsabschnitts 46. Das erste distale Ende 82 weist eine erste Lasche 88 auf, die sich außerhalb des ersten Arms 80 erstreckt, und das zweite distale Ende 86 weist eine zweite Lasche 90 auf, die sich außerhalb des zweiten Arms 84 erstreckt. Die erste Lasche 88 ist in der ersten Befestigungsnut 54 aufgenommen, und die zweite Lasche 90 ist in der zweiten Befestigungsnut 58 aufgenommen. In einem Beispiel ist bei jeder Querschaufel 44a-d die erste Lasche 88 auf einer Seite der Mittelachse A angeordnet, die zur zweiten Lasche 90 entgegengesetzt ist.
In einem Beispiel weisen die Enden 52, 56 der Schaufeln 48, 50 eine Struktur auf, in der die distalen Enden 88, 90 des stromaufwärtigen Endes der Schaufeln 48, 50 in engen Kontakt mit der Innenfläche 60 des zylindrischen Körpers 42 gebracht werden. Dadurch wird eine robuste und dauerhafte Ausgestaltung bereitgestellt, sobald die Querschaufeln 44a-d am zylindrischen Körper 42 befestigt sind.
Wenn die aus der Mischkammer 16 austretenden Abgase mit hoher Temperatur und das eingespritzte Fluid auf eine Innenseite der Schaufeln 48, 50 treffen, ist die Geschwindigkeit maximiert, bei der das Gemisch auf den gewölbten Abschnitt der Schaufeln 48, 50 trifft. Infolgedessen wird das eingespritzte Fluid schließlich zerstäubt und mit den Abgasen vermischt, wobei gleichzeitig das eingespritzte Fluid in einer Atmosphäre mit Abgasen mit hoher Temperatur durch Pyrolyse zersetzt wird.
In einem Beispiel kontaktiert ein Abschnitt der Schaufeln 48, 50, der nach außen gewölbt ist, die Innenfläche 60 des zylindrischen Körpers 42, um einen flexiblen Abgasstrom zu erhalten und eine starke Verwirbelung und einen turbulenten Strom zu erzeugen und den Mischeffekt zu maximieren. Das Gemisch aus Abgasen und zerstäubtem Fluid, das durch die Mischvorrichtung 14 strömt, wird somit in gasförmiges Ammoniakgas umgewandelt und tritt in den SCR-Katalysator 30 ein, so dass es gleichmäßig an einer stromaufwärtigen Katalysatorfläche verteilt wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst somit eine Kombination aus einem einzelnen zylindrischen Körper 42 und mehreren gewölbten Querschaufeln 44a-d, die ein gleichförmiges Gemisch aus Abgasen und eingespritztem Fluid bereitstellt, wodurch die Reinigungseffizienz des SCR-Katalysators 30 maximiert wird. Aufgrund der gewölbten Endabschnitte der mehreren Schaufeln 48, 50 werden darüber hinaus starke Verwirbelungen und eine Turbulenz erzeugt, um die Ansammlung von Harnstoff-Nebenprodukten innerhalb der Mischvorrichtung 14 zu reduzieren.
Auch wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart worden ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass bestimmte Änderungen in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche geprüft werden, um den tatsächlichen Umfang und Inhalt der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.

Claims

Mischer für eine Abgasanlage, der Folgendes aufweist: ein Mischergehäuse, das eine Mittelachse definiert; und mehrere Querschaufeln, wobei jede Querschaufel einen Mittelabschnitt aufweist, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet, und wobei die erste Schaufel ein erstes Ende aufweist, das über eine erste Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist, und die zweite Schaufel ein zweites Ende aufweist, das über eine zweite Befestigungsnut am Mischergehäuse befestigt ist.
Mischer nach Anspruch 1, wobei das Mischergehäuse einen zylindrischen Körper aufweist und wobei die erste und die zweite Befestigungsnut um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die mehreren Querschaufeln mindestens drei Querschaufeln umfassen, die jeweils erste und zweite Schaufeln für insgesamt mindestens sechs Schaufeln umfassen.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die mehreren Querschaufeln zumindest eine erste Querschaufel und eine zweite Querschaufel umfassen und wobei der Mittelabschnitt der ersten Querschaufel von dem Mittelabschnitt der zweiten Querschaufel axial beabstandet ist, so dass die Mittelabschnitte entlang der Mittelachse gestapelt zueinander angeordnet sind.
Mischer nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Schaufeln der mehreren Querschaufeln um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet sind und wobei jede Schaufel eine gewölbte Oberfläche aufweist, die von einem stromaufwärtigen Schaufelende zu einem stromabwärtigen Schaufelende gewölbt ist.
Mischer nach Anspruch 5, wobei jede Schaufel einen Innenrand am Mittelabschnitt und einen Außenrand aufweist, der radial außerhalb des Innenrands liegt, und wobei jede Schaufel eine Wölbung am stromabwärtigen Schaufelende aufweist, die sich von dem Innenrand zum Außenrand erstreckt.
Mischer nach Anspruch 1, wobei das Mischergehäuse eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, die sich von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende erstreckt, und wobei die erste und die zweite Befestigungsnut im stromaufwärtigen oder im stromabwärtigen Ende des Mischergehäuses ausgebildet sind.
Mischer nach Anspruch 7, wobei das erste Ende der ersten Schaufel einen ersten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der ersten Schaufel zu einem ersten distalen Ende erstreckt, das in der ersten Befestigungsnut befestigt ist, und wobei das zweite Ende der zweiten Schaufel einen zweiten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der zweiten Schaufel zu einem zweiten distalen Ende erstreckt, das in der zweiten Befestigungsnut befestigt ist.
Mischer nach Anspruch 8, wobei das erste distale Ende eine erste Lasche aufweist, die sich außerhalb des ersten Arms erstreckt, wobei die erste Lasche in der ersten Befestigungsnut aufgenommen ist, und wobei das zweite distale Ende eine zweite Lasche aufweist, die sich außerhalb des zweiten Arms erstreckt, wobei die zweite Lasche in der zweiten Befestigungsnut aufgenommen ist.
Mischer nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Lasche auf entgegengesetzten Seiten der Mittelachse zueinander angeordnet sind.
Mischer nach Anspruch 7, wobei die Außenumfangsfläche mehrere Vorsprünge aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie das Mischergehäuse in einer Mischerkammer einer Abgasnachbehandlungsanlage befestigen.
Abgasnachbehandlungsanlage, die Folgendes aufweist: eine Mischkammer, die zur Aufnahme von Motorabgasen ausgebildet ist; einen zylindrischen Körper, der innerhalb der Mischkammer angebracht ist, wobei der zylindrische Körper eine Mittelachse definiert; zumindest eine erste Querschaufel und eine zweite Querschaufel, wobei die erste Querschaufel einen ersten Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet, und wobei die zweite Querschaufel einen zweiten Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine dritte Schaufel mit einer vierten Schaufel verbindet, und wobei die erste Schaufel ein erstes Ende aufweist, das über eine erste Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die zweite Schaufel ein zweites Ende aufweist, das über eine zweite Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und wobei die dritte Schaufel ein drittes Ende aufweist, das über eine dritte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die vierte Schaufel ein viertes Ende aufweist, das über eine vierte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist; und wobei die erste, die zweite, die dritte und die vierte Befestigungsnut um die Mittelachse umfangsmäßig voneinander beabstandet sind.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 12, mit mindestens einer Nachbehandlungsvorrichtung stromabwärts der ersten und der zweiten Querschaufel, und mit einer Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluids in die Mischkammer stromaufwärts der ersten und der zweiten Querschaufel.
Abgasnachbehandlungsanlage gemäß Anspruch 13, wobei der zylindrische Körper eine Innenumfangsfläche und eine Außenumfangsfläche aufweist, die sich von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende erstreckt, und wobei die erste, die zweite, die dritte und die vierte Befestigungsnut im stromaufwärtigen oder im stromabwärtigen Ende des zylindrischen Körpers ausgebildet sind.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 14, wobei die Außenumfangsfläche mehrere Vorsprünge aufweist, die zur Befestigung des zylindrischen Körpers in der Mischkammer ausgebildet sind.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 12, wobei das erste Ende der ersten Schaufel einen ersten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der ersten Schaufel zu einem ersten distalen Ende erstreckt, das in der ersten Befestigungsnut befestigt ist, und wobei das zweite Ende der zweiten Schaufel einen zweiten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der zweiten Schaufel zu einem zweiten distalen Ende erstreckt, das in der zweiten Befestigungsnut befestigt ist, und wobei das dritte Ende der dritten Schaufel einen dritten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der dritten Schaufel zu einem dritten distalen Ende erstreckt, das in der dritten Befestigungsnut befestigt ist, und wobei das vierte Ende der vierten Schaufel einen vierten Arm aufweist, der sich in einer Umfangsrichtung von einem Außenrand der vierten Schaufel zu einem vierten distalen Ende erstreckt, das in der vierten Befestigungsnut befestigt ist.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 12, mit mindestens einer dritten Querschaufel und einer vierten Querschaufel, wobei die dritte Querschaufel einen dritten Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine fünfte Schaufel mit einer sechsten Schaufel verbindet, und wobei die vierte Querschaufel einen vierten Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine siebte Schaufel mit einer achten Schaufel verbindet, und wobei die fünfte Schaufel ein fünftes Ende aufweist, das über eine fünfte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die sechste Schaufel ein sechstes Ende aufweist, das über eine sechste Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und wobei die siebte Schaufel ein siebtes Ende aufweist, das über eine siebte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist, und die achte Schaufel ein achtes Ende aufweist, das über eine achte Befestigungsnut am zylindrischen Körper befestigt ist.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 17, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte Verbindungsmittelabschnitt entlang der Mittelachse axial voneinander beabstandet sind, so dass der erste, der zweite, der dritte und der vierte Verbindungsmittelabschnitt entlang der Mittelachse gestapelt zueinander angeordnet sind.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Mischergehäuses, das eine Mittelachse definiert, und von mehreren Querschaufeln, wobei jede Querschaufel einen Verbindungsmittelabschnitt aufweist, der eine erste Schaufel mit einer zweiten Schaufel verbindet; Befestigen eines Außenendes jeder ersten Schaufel am Mischergehäuse über eine erste Befestigungsnut und Befestigen eines Außenendes jeder zweiten Schaufel am Mischergehäuse über eine zweite Befestigungsnut; und Einspritzen eines Fluids stromaufwärts der mehreren Querschaufeln, so dass es gleichmäßig mit einem wirbelnden Abgasstrom vermischt wird, der von den mehreren Querschaufeln erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das das axiale Beabstanden der Verbindungsmittelabschnitte aller Querschaufeln voneinander umfasst, so dass die Verbindungsmittelabschnitte der mehreren Querschaufeln entlang der Mittelachse gestapelt zueinander angeordnet werden.