DE102021121133A1 - MIXING DEVICE FOR LIQUIDS AND MIXING ASSEMBLY FOR AN EXHAUST SYSTEM - Google Patents

MIXING DEVICE FOR LIQUIDS AND MIXING ASSEMBLY FOR AN EXHAUST SYSTEM Download PDF

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Abstract

Mischvorrichtung (300) zum Mischen eines eingespritzten Fluids mit Abgas, das von einem Verbrennungsmotor (12) abgegeben wird, wobei die Mischvorrichtung umfasst: eine oder mehrere Einlassöffnungen (302), die so konfiguriert sind, dass sie einen ersten Teil (P1) des Abgases aufnehmen; einen Bypasskanal (304), der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Teil (P2) des Abgases aufnimmt; eine Mischkammer (306), die so konfiguriert ist, dass sie es dem eingespritzten Fluid ermöglicht, sich mit dem ersten Teil des Abgases zu mischen, um ein gemischtes Abgas zu bilden; und eine oder mehrere Auslassöffnungen (308), die so konfiguriert sind, dass sie das gemischte Abgas mit dem zweiten Teil des Abgases verbinden.A mixing device (300) for mixing an injected fluid with exhaust gas discharged from an internal combustion engine (12), the mixing device comprising: one or more inlet ports (302) configured to inject a first portion (P1) of the exhaust gas take up; a bypass passage (304) configured to receive a second portion (P2) of the exhaust gas; a mixing chamber (306) configured to allow the injected fluid to mix with the first portion of the exhaust to form a mixed exhaust; and one or more exhaust ports (308) configured to communicate the mixed exhaust gas with the second portion of the exhaust gas.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fluidmischvorrichtung für ein Abgassystem und eine entsprechende Mischanordnung. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, handelt es sich bei der Abgasanlage um eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.The present disclosure relates to a fluid mixing device for an exhaust system and a corresponding mixing arrangement. In particular, but not exclusively, the exhaust system is an exhaust system for an internal combustion engine of a vehicle.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Verbrennungsmotoren („Motoren“) erzeugen Abgasemissionen. Um bestimmte Emissionen zu reduzieren, strömt das Abgas vom Motor durch eine Reihe von Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die ein Abgasnachbehandlungssystem bilden.Internal combustion engines (“Engines”) produce exhaust emissions. To reduce certain emissions, exhaust from the engine flows through a series of exhaust aftertreatment devices that form an exhaust aftertreatment system.

Die Abgase von Dieselmotoren und Benzinmotoren mit Direkteinspritzung können zum Beispiel einen hohen Anteil an Stickoxiden enthalten. Um die Stickoxidemissionen zu verringern, werden die Abgassysteme von Fahrzeugen zunehmend mit Nachbehandlungssystemen zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ausgestattet. Solche Systeme können die Stickstoffoxide um 70-95 % reduzieren.For example, the exhaust from diesel engines and direct-injection gasoline engines can contain high levels of nitrogen oxides. In order to reduce nitrogen oxide emissions, vehicle exhaust systems are increasingly being equipped with after-treatment systems for selective catalytic reduction (SCR). Such systems can reduce nitrogen oxides by 70-95%.

SCR-Systeme bestehen aus einer Katalysatorkammer, bei der es sich im Allgemeinen um ein Substrat mit einer Vielzahl kleiner, von Katalysatorwänden umgebener Kanäle handelt, durch die die Abgase strömen. Für die Stickoxidreduktionsreaktion ist die Zufuhr eines Reduktionsmittels wie Ammoniak oder Harnstoff erforderlich. Das Reduktionsmittel wird im Allgemeinen in einem speziellen Tank gelagert und vor dem SCR-System in das Abgas eingespritzt.SCR systems consist of a catalyst chamber, which is generally a substrate with a multitude of small channels surrounded by catalyst walls through which the exhaust gases flow. The supply of a reducing agent such as ammonia or urea is required for the nitrogen oxide reduction reaction. The reducing agent is generally stored in a special tank and injected into the exhaust before the SCR system.

Der Flüssigkeitsinjektor für die Einspritzung des Reduktionsmittels muss so weit wie möglich stromaufwärts von der Reaktionsstelle positioniert werden, um eine ausreichende Mischlänge für die Herstellung eines homogenen Gemischs zu gewährleisten. In einigen Anwendungen wird ein Abstand von einem Meter als ausreichend angesehen. Bei unzureichender Mischungslänge wird die Stickoxid-Reduktionsreaktion nur auf einen kleinen Teil des Substratquerschnitts beschränkt.The liquid injector for the injection of the reducing agent must be positioned as far upstream as possible from the reaction site to ensure sufficient mixing length to produce a homogeneous mixture. In some applications a distance of one meter is considered sufficient. If the mixing length is insufficient, the nitric oxide reduction reaction is limited to only a small part of the substrate cross-section.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Mischvorrichtung zum Mischen eines eingespritzten Fluids mit Abgas aus einem Verbrennungsmotor bereitgestellt, wobei die Mischvorrichtung umfasst:
eine oder mehrere Einlassöffnungen, die so konfiguriert sind, dass sie einen ersten Teil des Abgases aufnehmen;
einen Bypasskanal, der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Teil des Abgases aufnimmt;
eine Mischkammer, die so konfiguriert ist, dass sie es dem eingespritzten Fluid ermöglicht, sich mit dem ersten Teil des Abgases zu mischen, um ein gemischtes Abgas zu bilden; und eine oder mehrere Auslassöffnungen, die so konfiguriert sind, dass sie das gemischte Abgas mit dem zweiten Teil des Abgases verbinden.
According to one aspect of the invention, there is provided a mixing device for mixing an injected fluid with exhaust gas from an internal combustion engine, the mixing device comprising:
one or more intake ports configured to receive a first portion of the exhaust gas;
a bypass passage configured to receive a second portion of the exhaust gas;
a mixing chamber configured to allow the injected fluid to mix with the first portion of the exhaust to form a mixed exhaust; and one or more exhaust ports configured to communicate the mixed exhaust gas with the second portion of the exhaust gas.

Ein Vorteil ist, dass die erforderliche Mischlänge zur Erzielung eines im Wesentlichen homogenen Fluid-Gas-Gemischs deutlich reduziert wird. Dies ermöglicht beispielsweise die Bereitstellung eines zusätzlichen Substrats (z. B. SCR-Substrat) in der Nähe des Motors, das effektiv arbeitet.One benefit is that the mixing length required to achieve a substantially homogeneous fluid-gas mixture is significantly reduced. This enables, for example, the provision of an additional substrate (e.g. SCR substrate) close to the engine that works effectively.

In einigen Beispielen handelt es sich bei der einen oder mehreren Auslassöffnungen um eine Vielzahl von Auslassöffnungen.In some examples, the one or more outlet openings is a plurality of outlet openings.

In einigen Beispielen ist die Mischvorrichtung so geformt, dass sie eine axiale Zirkulation um eine Längsachse bewirkt, so dass der erste Teil des Abgases und das eingespritzte Fluid axial in der Mischkammer zirkulieren, bevor sie durch die eine oder die mehreren Auslassöffnungen austreten.In some examples, the mixing device is shaped to cause axial circulation about a longitudinal axis such that the first portion of the exhaust gas and the injected fluid circulate axially in the mixing chamber before exiting through the one or more outlet ports.

In einigen Beispielen ist die Mischkammer im Wesentlichen koaxial mit dem Bypasskanal, und die Längsachse liegt im Wesentlichen in Richtung des Bypasskanals.In some examples, the mixing chamber is substantially coaxial with the bypass duct and the longitudinal axis is substantially in the direction of the bypass duct.

In einigen Beispielen umfassen die eine oder mehreren Einlassöffnungen Lamellen, die so konfiguriert sind, dass sie dem ersten Teil des Abgases eine axiale Zirkulation verleihen.In some examples, the one or more intake ports include louvers configured to impart axial circulation to the first portion of the exhaust gas.

In einigen Beispielen ist die Mischkammer im Wesentlichen toroidförmig, und der Bypasskanal ist ein zentrales Loch, das durch die im Wesentlichen toroidförmige Mischkammer definiert ist.In some examples, the mixing chamber is generally toroidal in shape and the bypass passage is a central hole defined through the generally toroidal mixing chamber.

In einigen Beispielen ist die im Wesentlichen torusförmige Mischkammer so geformt und bemessen, dass sie in ein Abgassystemgehäuse in einer Ausrichtung passt, bei der eine Äquatorialebene der im Wesentlichen torusförmigen Mischkammer im Wesentlichen senkrecht zum anströmenden Abgas ist.In some examples, the substantially toroidal mixing chamber is shaped and sized to fit within an exhaust system housing in an orientation where an equatorial plane of the substantially toroidal mixing chamber is substantially perpendicular to the oncoming exhaust gas.

In einigen Beispielen ist die Tiefe der im Wesentlichen toroidalen Mischkammer geringer als der durchschnittliche Außendurchmesser der im Wesentlichen toroidalen Mischkammer. In some examples, the depth of the substantially toroidal mixing chamber is less than the average outside diameter of the substantially toroidal mixing chamber.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Auslassöffnungen eine Vielzahl von Auslassöffnungen, die in einer toroidal beabstandeten Reihe um die im Wesentlichen toroidale Mischkammer herum angeordnet sind, und/oder wobei die eine oder die mehreren Einlassöffnungen eine Vielzahl von Einlassöffnungen sind, die in einer toroidal beabstandeten Reihe um die im Wesentlichen toroidale Mischkammer herum angeordnet sind.In some examples, the one or more exhaust ports are a plurality of exhaust ports spaced in a toroidal manner arranged in a row around the substantially toroidal mixing chamber, and/or wherein the one or more inlet ports are a plurality of inlet ports arranged in a toroidally spaced row around the substantially toroidal mixing chamber.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Einlassöffnungen so ausgerichtet, dass sie in eine andere poloidale Richtung weisen als die eine oder die mehreren Auslassöffnungen.In some examples, the one or more inlet ports are oriented to face in a different poloidal direction than the one or more outlet ports.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Einlassöffnungen poloidal so ausgerichtet, dass sie einer ersten Richtung zugewandt sind, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen poloidal so ausgerichtet sind, dass sie einer zweiten Richtung zugewandt sind, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung auf entgegengesetzten Seiten einer Äquatorialebene der im Wesentlichen toroidalen Mischkammer liegen.In some examples, the one or more inlet ports are poloidally aligned to face a first direction, wherein the one or more outlet ports are poloidally aligned to face a second direction, and wherein the first direction and the second direction on opposite sides of an equatorial plane of the substantially toroidal mixing chamber.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Auslassöffnungen poloidal so ausgerichtet, dass sie dem Bypasskanal zugewandt sind.In some examples, the one or more exhaust ports are poloidally aligned to face the bypass passage.

In einigen Beispielen haben die eine oder die mehreren Auslassöffnungen kleinere Querschnittsflächen als die eine oder die mehreren Einlassöffnungen.In some examples, the one or more outlet openings have smaller cross-sectional areas than the one or more inlet openings.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Auslassöffnungen in der Nähe des Bypasskanals angeordnet, so dass eine verdampfte Phase des Fluids durch die eine oder die mehreren Auslassöffnungen hindurchtreten kann, während Tröpfchen des Fluids in einem Teil der Mischkammer verteilt werden, der vom Bypasskanal entfernt ist, wo die Tröpfchen zur Verdampfung zurückgehalten werden.In some examples, the one or more outlet openings are arranged in the vicinity of the bypass channel such that a vaporized phase of the fluid can pass through the one or more outlet openings while droplets of the fluid are distributed in a part of the mixing chamber that is remote from the bypass channel is where the droplets are retained for evaporation.

In einigen Beispielen umfasst die Mischkammer einen Injektoreinlass zur Aufnahme von Fluidinjektorspray.In some examples, the mixing chamber includes an injector inlet for receiving fluid injector spray.

In einigen Beispielen ist der Injektoreinlass so ausgerichtet, dass er strömungsmäßig in eine konfigurierte Richtung der Abgaszirkulation innerhalb der Mischkammer einspritzt.In some examples, the injector inlet is oriented to inject flow-wise in a configured direction of exhaust gas circulation within the mixing chamber.

In einigen Beispielen sind die eine oder die mehreren Auslassöffnungen eine Mehrzahl von Auslassöffnungen, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Paar der Auslassöffnungen relativ zu einem durchschnittlichen Abstand zwischen den Auslassöffnungen insgesamt vergrößert ist, und wobei der Injektoreinlass auf den vergrößerten Raum zwischen dem ersten Paar von Auslassöffnungen ausgerichtet ist.In some examples, the one or more outlet ports are a plurality of outlet ports, wherein a distance between a first pair of the outlet ports is increased relative to an average distance between the outlet ports overall, and the injector inlet is limited to the increased space between the first pair of outlet ports is aligned.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Mischeranordnung bereitgestellt, die die Mischvorrichtung und eine strömungsleitende Platte umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie stromabwärts des Bypasskanals positioniert wird, wobei die strömungsleitende Platte einen Strömungsdeflektor umfasst und wobei der Bypasskanal und die eine oder mehreren Auslassöffnungen dem Strömungsdeflektor zugewandt sind.According to one aspect of the invention, a mixer assembly is provided that includes the mixing device and a flow-directing plate that is configured to be positioned downstream of the bypass duct, wherein the flow-directing plate includes a flow deflector, and wherein the bypass duct and the one or more outlet ports Flow deflector facing.

In einigen Beispielen umfasst die strömungsleitende Platte eine Vielzahl von Öffnungen in einer Peripherie des Strömungsablenkers.In some examples, the flow directing plate includes a plurality of openings in a periphery of the flow deflector.

In einigen Beispielen umfassen die Öffnungen Lamellenöffnungen, die so konfiguriert sind, dass sie die Strömung in einen Raum leiten, der durch den Strömungsdeflektor verdeckt wird.In some examples, the openings include louvered openings configured to direct the flow into a space obscured by the flow deflector.

In einigen Beispielen hat die Mischeranordnung ein Substratgehäuse, das so angeordnet ist, dass es die Mischvorrichtung und ein oder mehrere Substrate aufnehmen kann.In some examples, the mixer assembly has a substrate housing arranged to receive the mixing device and one or more substrates.

In einigen Beispielen umfasst die Mischeranordnung einen sekundären Bypasskanal, der zwischen dem Substratgehäuse und einem Außenumfang der Mischvorrichtung ausgebildet ist, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen von dem sekundären Bypasskanal abgewandt sind und wobei der sekundäre Bypasskanal eine kleinere Querschnittsfläche als der erste Bypasskanal aufweist.In some examples, the mixer assembly includes a secondary bypass channel formed between the substrate housing and an outer periphery of the mixing device, wherein the one or more outlet ports face away from the secondary bypass channel, and wherein the secondary bypass channel has a smaller cross-sectional area than the first bypass channel.

In einigen Beispielen ist die Mischvorrichtung so konfiguriert, dass sie einen oder mehrere Sensoren aufnimmt und den einen oder die mehreren Sensoren in einem mit dem sekundären Bypasskanal verbundenen Strömungsweg positioniert.In some examples, the mixing device is configured to receive one or more sensors and to position the one or more sensors in a flow path connected to the secondary bypass passage.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Abgassystem bereitgestellt, das die Mischeranordnung umfasst.According to one aspect of the invention, an exhaust system is provided that includes the mixer assembly.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das die Abgasanlage umfasst.According to one aspect of the invention, a vehicle is provided that includes the exhaust system.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Mischeranordnung zum Mischen eines eingespritzten Fluids mit einem Abgasausstoß eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei die Mischeranordnung umfasst:

  • ein Gehäuse, das einen Abgasdurchgang mit einer Längsachse definiert, entlang der das Abgas durch das Gehäuse strömt; und
  • eine Axialdrall-Mischvorrichtung, wobei die Axialdrall-Mischvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine axiale Zirkulation um die Längsachse erzeugt, um zumindest einen Teil des Abgases mit einem Fluid zu mischen.
According to one aspect of the invention, there is provided a mixer arrangement for mixing an injected fluid with an exhaust gas output of an internal combustion engine, the mixer arrangement comprising:
  • a housing defining an exhaust gas passage having a longitudinal axis along which exhaust gas flows through the housing; and
  • an axial swirl mixing device, the axial swirl mixing device being configured to provide axial circulation around the longitudinal generated axis to mix at least a portion of the exhaust gas with a fluid.

Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere die einzelnen Merkmale davon, unabhängig voneinander oder in jeder Kombination, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fällt, verwendet werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in jeder Weise und/oder Kombination, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fällt, kombiniert werden, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch dahingehend zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, auch wenn dieser ursprünglich nicht in dieser Weise beansprucht wurde.It is expressly intended within the scope of this application that the various aspects, embodiments, examples and alternatives set forth in the preceding paragraphs, in the claims and/or in the following description and drawings, and in particular the individual features thereof, are independent of one another or in any combination falling within the scope of the appended claims. That is, any embodiment and/or feature of an embodiment may be combined in any manner and/or combination that falls within the scope of the appended claims, provided these features are not incompatible. Applicant reserves the right to amend any originally filed claim or to file a new claim accordingly, including the right to amend an originally filed claim to depend on another claim and/or to incorporate a feature of another claim, even if it was not originally claimed in this way.

Figurenlistecharacter list

Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

  • 1 zeigt ein Beispiel für ein Fahrzeug;
  • 2 zeigt ein Beispiel für eine Mischvorrichtung;
  • 3 zeigt ein Beispiel für eine Mischvorrichtung, die die Richtung der Abgase zeigt;
  • 4 zeigt eine Detailansicht einer beispielhaften Einlassöffnung für eine Mischvorrichtung;
  • 5 zeigt ein Beispiel für eine Mischvorrichtung und eine strömungsleitende Platte;
  • 6 zeigt ein Beispiel für eine Auslassseite einer Mischvorrichtung;
  • 7 zeigt ein Beispiel für eine strömungsleitende Platte;
  • 8 zeigt ein Beispiel für eine Mischvorrichtung;
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht eines Schnitts einer beispielhaften Mischvorrichtung; und
  • 10 zeigt ein Beispiel für die Gestaltung einer zweiten Einlassöffnung.
One or more embodiments of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying figures, in which:
  • 1 shows an example of a vehicle;
  • 2 shows an example of a mixing device;
  • 3 shows an example of a mixing device showing the direction of the exhaust gases;
  • 4 shows a detailed view of an exemplary inlet opening for a mixing device;
  • 5 Figure 12 shows an example of a mixing device and a flow directing plate;
  • 6 shows an example of an outlet side of a mixing device;
  • 7 shows an example of a flow-guiding plate;
  • 8th shows an example of a mixing device;
  • 9 Figure 12 shows a cross-sectional view of a section of an exemplary mixing device; and
  • 10 shows an example of the design of a second inlet opening.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

1 zeigt ein Beispiel für ein Fahrzeug 10, in dem Ausführungsformen der Erfindung realisiert werden können. In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen ist das Fahrzeug 10 ein Personenkraftwagen, der auch als Pkw oder als Automobil bezeichnet wird. In anderen Beispielen können Ausführungsformen der Erfindung für andere Anwendungen, wie Industrie- oder Nutzfahrzeuge, eingesetzt werden. Das Fahrzeug 10 umfasst einen Motor 12. Der Motor 12 ist mit einer Abgasanlage 14 verbunden, die zu einem Auspuffrohr führt. 1 1 shows an example of a vehicle 10 in which embodiments of the invention may be implemented. In some, but not necessarily all, examples, the vehicle 10 is a passenger vehicle, also referred to as a car or an automobile. In other examples, embodiments of the invention may be used for other applications, such as industrial or commercial vehicles. The vehicle 10 includes an engine 12. The engine 12 is connected to an exhaust system 14 which leads to an exhaust pipe.

Die Abgasanlage 14 umfasst eine oder mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen und einen oder mehrere Schalldämpfer, die direkt oder über Abgasrohre miteinander verbunden sind. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen sind in Gehäusen untergebracht, die allgemein als Kanalsysteme bezeichnet werden. Die 2 bis 9 zeigen eine Mischeinheit 16 der Abgasanlage 14 des Fahrzeugs 10.The exhaust system 14 includes one or more exhaust gas aftertreatment devices and one or more silencers, which are connected to one another directly or via exhaust pipes. The exhaust aftertreatment devices are housed in enclosures commonly referred to as duct systems. the 2 until 9 show a mixing unit 16 of the exhaust system 14 of the vehicle 10.

Die Mischeranordnung 16 umfasst ein Gehäuse 100. Das Gehäuse 100 umfasst mindestens eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung und eine Mischvorrichtung 300, wie hier beschrieben. 2 ist eine Querschnittsansicht von oben durch die Mitte eines zentralen Abschnitts 104 des Gehäuses 100.The mixer assembly 16 includes a housing 100. The housing 100 includes at least one exhaust aftertreatment device and a mixing device 300 as described herein. 2 12 is a top cross-sectional view through the center of a central portion 104 of housing 100.

Das dargestellte Gehäuse 100 umfasst einen stromaufwärts gelegenen Einlassabschnitt 102, der zur Aufnahme von Abgas konfiguriert ist und eine relativ kleine Querschnittsfläche aufweist. Das Gehäuse 100 umfasst einen zentralen Abschnitt 104 (Durchgang), durch den das Abgas strömt und der eine relativ große, relativ konstante Querschnittsfläche aufweist. Das Gehäuse 100 umfasst einen stromabwärts gelegenen Auslassabschnitt 106, durch den das Abgas austritt und der eine relativ kleine Querschnittsfläche aufweist. Der Auslassabschnitt 106 und der Einlassabschnitt 102 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnitts 104.The illustrated housing 100 includes an upstream inlet portion 102 configured to receive exhaust gas and having a relatively small cross-sectional area. The housing 100 includes a central portion 104 (passageway) through which the exhaust gas flows and which has a relatively large, relatively constant cross-sectional area. The housing 100 includes a downstream outlet portion 106 through which the exhaust gas exits and which has a relatively small cross-sectional area. The outlet section 106 and the inlet section 102 are at opposite ends of the middle section 104.

Die Geometrie des Abgassystems 14 wird anhand der folgenden Abmessungen beschrieben. 2 zeigt eine zentrale Längsachse L, die sich durch den zentralen Abschnitt 104 des Gehäuses 100 in Richtung des Auslassabschnitts 106 erstreckt. Es ist ein Satz lokaler kartesischer Koordinaten dargestellt, darunter eine L-Achse, die die Längsachse definiert, sowie eine x-Achse und eine y-Achse, die eine Ebene orthogonal zur Längsachse definieren. Die x-Achse und die y-Achse können alternativ auch als Radius von der Längsachse in zylindrischen Koordinaten ausgedrückt werden.The geometry of the exhaust system 14 is described in terms of the following dimensions. 2 12 shows a central longitudinal axis L extending through the central portion 104 of the housing 100 toward the outlet portion 106. FIG. A set of local Cartesian coordinates is shown including an L-axis defining the longitudinal axis and an x-axis and a y-axis defining a plane orthogonal to the longitudinal axis. Alternatively, the x-axis and y-axis can be expressed as a radius from the longitudinal axis in cylindrical coordinates.

Der Einlassabschnitt 102 des Gehäuses 100 ist so konfiguriert, dass er an einer stromaufwärts gelegenen Komponente des Abgassystems 14 befestigt werden kann, beispielsweise an einem Auslass eines Turboladers (nicht dargestellt). Der Auslassabschnitt 106 des Gehäuses 100 ist so konfiguriert, dass er an einer stromabwärts gelegenen Komponente des Abgassystems 14 angebracht werden kann, beispielsweise an einem Abgasrohr (ebenfalls nicht dargestellt).The inlet portion 102 of the housing 100 is configured to attach to an upstream component of the exhaust system 14, such as an outlet of a turbocharger (not shown). The outlet portion 106 of the housing 100 is configured to attach to a downstream component of the exhaust system 14, such as an exhaust pipe (also not shown).

In einigen, aber nicht notwendigerweise allen Beispielen kann der Einlassabschnitt 102 und/oder der Auslassabschnitt 106 von der L-Achse in x- und/oder y-Richtung in einer asymmetrischen Konfiguration versetzt sein. Ebenso können der Einlassabschnitt 102 und/oder der Auslassabschnitt 106 in unterschiedliche Richtungen weisen. Daher kann die Strömung, die durch den zentralen Abschnitt 104 des Gehäuses 100 fließt, ungleichmäßig über den Querschnitt des zentralen Abschnitts 104 verteilt sein. 1 zeigt, dass der Auslassabschnitt 106 in eine andere Richtung weist als der Einlassabschnitt 102. Der Versatz des Einlassabschnitts 102 ist in der Draufsicht von 1 nicht zu erkennen, wäre aber in einer Seitenansicht sichtbar.In some, but not necessarily all, examples, the inlet portion 102 and/or the outlet portion 106 may be offset from the L-axis in the x and/or y direction in an asymmetric configuration. Likewise, the inlet section 102 and/or the outlet section 106 can point in different directions. As such, the flow flowing through the central portion 104 of the housing 100 may be unevenly distributed across the cross section of the central portion 104 . 1 12 shows that the outlet section 106 faces in a different direction than the inlet section 102. The offset of the inlet section 102 is shown in the plan view of FIG 1 not visible, but would be visible in a side view.

Das Gehäuse 100 könnte aus Stahl oder einem anderen geeignet hitzebeständigen Material bestehen.Housing 100 could be made of steel or other suitably heat resistant material.

Im vorliegenden Beispiel, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, ist das Gehäuse 100 ein Substratgehäuse 100, wobei die weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses 100 mindestens ein Substrat (Abgasnachbehandlungseinrichtung) umfassen. 2 zeigt ein Paar von Substraten 200, 500 innerhalb des Gehäuses 100. Die dargestellten Substrate umfassen ein erstes, stromaufwärts gelegenes Substrat 200 und ein zweites, stromabwärts gelegenes Substrat 500, die sich beide im mittleren Abschnitt 104 desselben Gehäuses 100 befinden und einen Längsspalt dazwischen aufweisen.In the present example, but not necessarily in all examples, the housing 100 is a substrate housing 100, the further components within the housing 100 comprising at least one substrate (exhaust gas aftertreatment device). 2 Figure 1 shows a pair of substrates 200, 500 within the housing 100. The substrates shown include a first, upstream substrate 200 and a second, downstream substrate 500, both located in the central portion 104 of the same housing 100 and having a longitudinal gap therebetween.

Das stromaufwärts gelegene Substrat 200 kann in einem nicht einschränkenden Beispiel als magere NOx-Falle und/oder als Oxidationskatalysator für Kraftstoff (z. B. Diesel) konfiguriert sein.The upstream substrate 200 may be configured as a lean NOx trap and/or a fuel (eg, diesel) oxidation catalyst, as one non-limiting example.

Das stromabwärts gelegene Substrat 500 kann als SCR-Substrat und optional auch als Rußfilter konfiguriert werden (nicht einschränkendes Beispiel). Das nachgeschaltete Substrat 500 wird hier als SCR-Substrat bezeichnet, obwohl es in anderen Beispielen für eine andere Form der Abgasnachbehandlung verwendet werden könnte. Die SCR-Reaktion erfordert die Einspritzung eines Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts des SCR-Substrats 500. Das Reduktionsmittel kann aus Harnstoff, Ammoniak oder anderen Äquivalenten bestehen. In einer Implementierung besteht das Reduktionsmittel aus einer wässrigen Harnstofflösung, die üblicherweise als Dieselabgasflüssigkeit vermarktet wird.The downstream substrate 500 can be configured as an SCR substrate and optionally also as a soot filter (non-limiting example). The downstream substrate 500 is referred to herein as an SCR substrate, although in other examples it could be used for a different form of exhaust aftertreatment. The SCR reaction requires injection of a reductant into the exhaust gas upstream of the SCR substrate 500. The reductant may be urea, ammonia, or other equivalents. In one implementation, the reductant is an aqueous urea solution, commonly marketed as diesel exhaust fluid.

Die Mischvorrichtung 300 vermischt das Reduktionsmittelfluid mit dem Abgas, so dass ein nahezu homogenes Gemisch entsteht, das in das SCR-Substrat 500 gelangt. Die 2, 3, 5, 6, 8 und 9 zeigen verschiedene Ansichten der Mischvorrichtung 300. Die Reduktionsmittelflüssigkeit kann in die Mischvorrichtung 300 eingespritzt werden.Mixing device 300 mixes the reducing agent fluid with the exhaust gas, resulting in a nearly homogeneous mixture that enters SCR substrate 500 . the 2 , 3 , 5 , 6 , 8th and 9 show different views of the mixing device 300. The reducing agent liquid can be injected into the mixing device 300. FIG.

Die Mischvorrichtung 300 befindet sich im mittleren Abschnitt 104 des Gehäuses 100, stromaufwärts des SCR-Substrats 500. In 2 befindet sich die Mischvorrichtung 300 in dem kurzen Längsspalt zwischen dem stromaufwärts gelegenen Substrat 200 und dem SCR-Substrat 500.The mixing device 300 is located in the middle section 104 of the housing 100, upstream of the SCR substrate 500. In 2 the mixing device 300 is located in the short longitudinal gap between the upstream substrate 200 and the SCR substrate 500.

In 2, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, umfassen die weiteren Komponenten innerhalb des Gehäuses 100 eine strömungsleitende Platte 400, wie in 7 im Detail dargestellt, zur Verwendung mit der Mischvorrichtung 300. Obwohl die strömungsleitende Platte 400 später im Detail beschrieben wird, lässt sich ihr Zweck so zusammenfassen, dass sie dazu beiträgt, die aus der Mischvorrichtung 300 austretende Strömung in einer Weise umzuleiten, die die Verteilung des in das SCR-Substrat 500 eintretenden Gas-Fluid-Gemischs weiter verbessert. Die strömungsleitende Platte 400 befindet sich unmittelbar stromabwärts der Mischvorrichtung 300.In 2 , but not necessarily in all examples, the other components within the housing 100 include a flow-directing plate 400, as in FIG 7 shown in detail, for use with the mixing device 300. Although the flow directing plate 400 will be described in detail later, its purpose can be summarized as helping to redirect the flow exiting the mixing device 300 in a manner that improves the distribution of the gas-fluid mixture entering the SCR substrate 500 is further improved. The flow directing plate 400 is located immediately downstream of the mixing device 300.

Wie noch zu erläutern sein wird, können die Mischvorrichtung 300 und die strömungsleitende Platte 400 das eingespritzte Reduktionsmittelfluid mit dem Abgas möglichst gleichmäßig und auf kürzestem Wege vermischen, so dass im Wesentlichen das gesamte Volumen des SCR-Substrats 500 für die Reduktionsreaktion genutzt werden kann.As will be explained below, the mixing device 300 and the flow-guiding plate 400 can mix the injected reducing agent fluid with the exhaust gas as evenly as possible and in the shortest possible way, so that essentially the entire volume of the SCR substrate 500 can be used for the reduction reaction.

Im gezeigten Beispiel ermöglichen es die Mischvorrichtung 300 und die strömungsleitende Platte 400, das Reduktionsmittelfluid weniger als 100 mm, z. B. weniger als 45 mm, stromaufwärts des SCR-Substrats 500 einzuspritzen und dabei eine gute Mischung zu erzielen. Dies bietet mehrere Vorteile, die im Folgenden erläutert werden.In the example shown, the mixing device 300 and the flow directing plate 400 allow the reductant fluid to flow less than 100 mm, e.g. less than 45mm, upstream of the SCR substrate 500 while achieving good mixing. This offers several advantages, which are explained below.

Erstens kann die Baugruppe 16 in ein Gehäuse 100 von angemessener Größe passen, indem die beiden Substrate 200, 500 etwas weiter voneinander entfernt werden, um Platz für die Mischvorrichtung 300 und die strömungsleitende Platte 400 zu schaffen. Andere Teile des Fahrzeugs 10 müssen daher nicht verändert werden, was andernfalls ein Umrüsten erfordern würde.First, the assembly 16 can fit within an appropriately sized housing 100 by spacing the two substrates 200, 500 slightly further apart to accommodate the mixing device 300 and flow directing plate 400. Therefore, other parts of the vehicle 10 do not have to be changed, which would otherwise require retooling.

Zweitens kann das SCR-Substrat 500 in dem Gehäuse 100 in der Nähe des Motors 12 untergebracht werden. An dieser Stelle hat das Abgas eine hohe Reynolds-Zahl, was die Durchmischung erleichtert. Die Abgastemperatur ist höher und die Abgastemperatur kann schneller erreicht werden.Second, the SCR substrate 500 can be housed in the housing 100 near the engine 12 . At this point, the exhaust gas has a high Reynolds number, which facilitates mixing. The exhaust gas temperature is higher and the exhaust gas temperature can be reached more quickly.

Drittens muss die Einspritzdüse 600 für das Reduktionsmittel (8) nicht zu weit stromaufwärts vom SCR-Substrat 500 angeordnet werden. Daher muss sich die Flüssigkeitseinspritzdüse 600 nicht zu nahe an der Hitze des Motors 12 und des Turboladers befinden.Third, the injector 600 for the reducing agent ( 8th ) should not be placed too far upstream of the SCR substrate 500. Therefore, the liquid injector 600 does not have to be too close to the heat of the engine 12 and turbocharger.

Viertens bedeutet die Nähe der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 600 zum SCR-Substrat 500, dass Geräte, die durch das Reduktionsmittel beschädigt werden könnten, nicht zwischen der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 600 und dem SCR-Substrat 500 liegen müssen. Sensoren, insbesondere solche, die empfindlich auf direkten Kontakt mit Flüssigkeit reagieren, können aus dem Weg geräumt werden, um einen direkten Kontakt mit dem Reduktionsmittel zu vermeiden; ebenso kann eine Abgasrückführungsöffnung aus dem Weg geräumt werden, damit das Reduktionsmittel nicht in den Motor 12 eingesaugt wird.Fourth, the proximity of the reductant injector 600 to the SCR substrate 500 means that devices that could be damaged by the reductant need not be located between the reductant injector 600 and the SCR substrate 500 . Sensors, particularly those sensitive to direct contact with liquid, can be moved out of the way to avoid direct contact with the reductant; also, an exhaust gas recirculation port may be moved out of the way to prevent the reductant from being drawn into the engine 12 .

Obwohl nicht dargestellt, können weitere Komponenten des Abgassystems stromabwärts des Gehäuses 100 vorgesehen sein. Zu den stromabwärts gelegenen Komponenten kann beispielsweise ein weiteres Substrat gehören, das ebenfalls für SCR konfiguriert sein kann. Das weitere Substrat kann mit Reduktionsmittel aus einer separaten, speziellen Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung versorgt werden. Das weitere Substrat kann mit einem eigenen, separaten Gehäuse ausgestattet sein. Das weitere Substrat kann größer sein als das SCR-Substrat 500 im Gehäuse 100. Daher kann ein Abgassystem 14 gemäß den Beispielen der vorliegenden Offenbarung zwei SCR-Baugruppen und zwei entsprechende Einspritzdüsen für das Reduktionsmittel aufweisen. Das dargestellte kleinere SCR-Substrat 500 ist so konfiguriert, dass es sich aufheizt und die Reaktion schnell einsetzt, während der Motor 12 relativ kalt ist und die Abgasemissionen am höchsten sind, bevor das weitere Substrat wirksam wird. In anderen Ausführungsformen könnte die SCR mit nur einem Substrat durchgeführt werden.Although not shown, other components of the exhaust system may be provided downstream of housing 100 . For example, the downstream components may include another substrate, which may also be configured for SCR. The further substrate can be supplied with reducing agent from a separate, special reducing agent injection device. The additional substrate can be equipped with its own separate housing. The additional substrate may be larger than the SCR substrate 500 in the housing 100. As such, an exhaust system 14 according to examples of the present disclosure may include two SCR assemblies and two corresponding reductant injectors. The illustrated smaller SCR substrate 500 is configured to heat up and begin to react quickly while the engine 12 is relatively cold and exhaust emissions are at their highest before the additional substrate becomes effective. In other embodiments, SCR could be performed with only one substrate.

Die Mischvorrichtung 300 und die strömungsleitende Platte 400 der vorliegenden Beispiele sind für das dargestellte kleinere Substrat 500 vorgesehen, was angesichts des begrenzten Platzangebots besonders vorteilhaft ist. Sie könnten jedoch zusätzlich oder alternativ auch für das größere nachgeschaltete SCR-Substrat verwendet werden.The mixing device 300 and flow directing plate 400 of the present examples are intended for the illustrated smaller substrate 500, which is particularly advantageous given the limited space available. However, they could also be used additionally or alternatively for the larger downstream SCR substrate.

Wie in den 2, 3, 8 und 9 gezeigt, kann das Gehäuse 100 ferner einen oder mehrere Sensoraufnahmeabschnitte 108A, 108B, 108C für einen oder mehrere Sensoren umfassen. Die Sensoraufnahmeabschnitte können Vorsprünge und/oder Löcher an einer Wand des Gehäuses 100 sein, um den Zugang zu den Sensoren von außen zu ermöglichen. Die Sensoren können einen oder mehrere der folgenden Sensoren umfassen: einen Temperatursensor, einen oder mehrere Drucksensoren, einen Sauerstoffsensor, einen Stickoxidsensor oder ähnliches.As in the 2 , 3 , 8th and 9 As shown, the housing 100 may further include one or more sensor receiving portions 108A, 108B, 108C for one or more sensors. The sensor receiving portions may be protrusions and/or holes on a wall of the housing 100 to allow access to the sensors from the outside. The sensors may include one or more of the following sensors: a temperature sensor, one or more pressure sensors, an oxygen sensor, a nitrogen oxide sensor, or the like.

Wie dargestellt, können die Sensoren stromaufwärts der Mischvorrichtung 300 angeordnet sein, wo sie vor dem Reduktionsmittel geschützt sind. Temperatursensoren können sich stromaufwärts der Mischvorrichtung 300 befinden, um saubere Messwerte zu ermöglichen. Ein Sensoraufnahmeabschnitt 108A befindet sich am Einlassabschnitt 102. Ein weiterer Sensoraufnahmeabschnitt 108B befindet sich am Auslassabschnitt 106, nachdem das Reduktionsmittel verbraucht wurde. Ein weiterer Sensoraufnahmeabschnitt 108C für einen Satz von Sensoren 702, 704, 706 befindet sich im mittleren Abschnitt 104 des Gehäuses, zwischen dem stromaufwärts gelegenen Substrat 200 und vor der Einspritzvorrichtung für das Reduktionsmittel 600 und der Mischvorrichtung 300. Die Sensoren 702, 704, 706 können z. B. einen Stickoxidsensor, einen Sauerstoffsensor und/oder einen Temperatursensor umfassen.As illustrated, the sensors may be located upstream of the mixing device 300 where they are protected from the reductant. Temperature sensors may be located upstream of the mixer 300 to allow for clean readings. A sensor receiving section 108A is located at the inlet section 102. Another sensor receiving section 108B is located at the outlet section 106 after the reductant has been consumed. Another sensor receiving section 108C for a set of sensors 702, 704, 706 is located in the middle section 104 of the housing, between the upstream substrate 200 and in front of the reducing agent injector 600 and the mixing device 300. The sensors 702, 704, 706 can e.g. B. include a nitrogen oxide sensor, an oxygen sensor and / or a temperature sensor.

Wie in 8 dargestellt, umfasst das Gehäuse 100 einen Aufnahmeabschnitt 110 für den Reduktionsmittelinjektor 600. Der Reduktionsmittelinjektor 600 ist in situ dargestellt. Der Reduktionsmittelinjektor 600 kann das Reduktionsmittel direkt in die Mischvorrichtung 300 einsprühen. In einigen Beispielen kann die Reduktionsmitteleinspritzdüse 600 aufgrund ihrer Nähe zum Motor 12 wassergekühlt und/oder mit einem Hitzeschild versehen sein. Bei Kaltstarts kann die Reduktionsmittel-Einspritzdüse 600 mit beheizten Harnstoff-Zuleitungen ausgestattet sein.As in 8th shown, the housing 100 includes a receiving portion 110 for the reductant injector 600. The reductant injector 600 is shown in situ. The reducing agent injector 600 can inject the reducing agent directly into the mixing device 300 . In some examples, reductant injector 600 may be water cooled and/or heat shielded due to its proximity to engine 12 . During cold starts, the reductant injector 600 may be equipped with heated urea feed lines.

Die Mischvorrichtung 300 wird nun ausführlicher beschrieben. Die Mischvorrichtung 300 ist so geformt, dass eine gute Durchmischung des Reduktionsmittels gewährleistet ist, ohne dass eine große Mischlänge in der L-Achse erforderlich ist.The mixing device 300 will now be described in more detail. The mixing device 300 is shaped in such a way that a good mixing of the reducing agent is ensured without requiring a large mixing length in the L-axis.

Wie in 3 dargestellt, tritt ein erster Teil P1 des Abgases über die stromaufwärts gelegenen Einlassöffnungen 302 der Mischvorrichtung 300 in eine geschlossene Mischkammer 306 innerhalb der Mischvorrichtung 300 ein. Ein anderer, zweiter Teil P2 des Abgases umgeht die Mischvorrichtung 300 durch einen Bypasskanal 304, ohne in die Mischkammer 306 einzutreten. Der Reduktionsmittelinjektor sprüht das Reduktionsmittel RF in die Mischkammer 306, um ein Gemisch mit dem ersten Teil P1 des Abgases zu bilden. Das Reduktionsmittel RF vermischt sich mit dem ersten Teil P1 des Abgases in der Mischkammer 306, ohne dass es sich in der L-Achse bewegen muss. Das Reduktionsmittel kann verdampfen und sich zu Ammoniak zersetzen, während es durch die Mischkammer 306 oder den Mischerring strömt. Das Gemisch verlässt dann die Mischkammer 306 über die Auslassöffnungen 308, um sich mit dem umgeleiteten Abgas P2 zu vereinen, bevor es zum SCR-Substrat 500 strömt. Die Verdampfungszeit im Ring und die Zusammenführung der beiden Gasströme durch zahlreiche Öffnungen ermöglichen eine Verkürzung der Mischdauer und eine gute Verteilung des Reduktionsmittels auf dem SCR-Substrat 500.As in 3 As shown, a first portion P1 of the exhaust gas enters a closed mixing chamber 306 within the mixing device 300 via the upstream inlet ports 302 of the mixing device 300 . Another, second portion P2 of the exhaust gas bypasses the mixing device 300 through a bypass passage 304 without entering the mixing chamber 306 . The reducing agent injector tor sprays the reductant RF into the mixing chamber 306 to form a mixture with the first portion P1 of the exhaust gas. The reductant RF mixes with the first portion P1 of the exhaust gas in the mixing chamber 306 without having to move in the L axis. The reductant may vaporize and decompose into ammonia as it flows through the mixing chamber 306 or mixer ring. The mixture then exits the mixing chamber 306 via outlet ports 308 to join the diverted exhaust gas P2 before flowing to the SCR substrate 500 . The evaporation time in the ring and the merging of the two gas streams through numerous openings allow a reduction in the mixing time and a good distribution of the reducing agent on the SCR substrate 500.

In den Figuren, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, ist die Mischkammer 306 in der x-y-Ebene schleifenförmig, was eine axiale Zirkulation C des Gemischs um die Längsachse L ermöglicht. Dadurch erhöht sich die effektive Mischlänge, ohne dass sich die Mischkammer 306 weit in der L-Achse erstrecken muss.In the figures, but not necessarily in all examples, the mixing chamber 306 is looped in the x-y plane, allowing an axial circulation C of the mixture about the longitudinal axis L . This increases the effective mixing length without the mixing chamber 306 having to extend far in the L-axis.

Wie in den 5, 6 und 8 gezeigt, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, ist die Mischkammer 306 im Wesentlichen toroidförmig, um die Schleife zu bilden.As in the 5 , 6 and 8th As shown, but not necessarily in all examples, the mixing chamber 306 is generally toroidal in shape to form the loop.

Der in den Figuren gezeigte Toroid würde als Ring-Toroid betrachtet werden, da er ein zentrales Loch (Hohlraum) aufweist. Durch diese zentrale Bypass-Öffnung 304 kann der Hauptgasstrom mit einem minimalen Gegendruck durch den Toroid geleitet werden. Die strömungsleitende Platte 400 blockiert das umgeleitete Abgas und zwingt einen Teil des Gasstroms in einen ringförmigen Bereich, in den das Reduktionsmittel eingespritzt wird. Die Auslassöffnungen des Toroids sind strategisch so angeordnet, dass verdampftes und zersetztes Reduktionsmittel in den umgeleiteten Gasstrom eingespritzt wird. Die Position der Auslassöffnungen des Toroids wird durch Simulationen der Reduktionsmittelverteilung an der Einlassseite des SCRF-Substrats bestimmt.The toroid shown in the figures would be considered a ring toroid since it has a central hole (cavity). This central bypass opening 304 allows the main gas flow to be directed through the toroid with minimal back pressure. The flow directing plate 400 blocks the bypassed exhaust gas and forces a portion of the gas flow into an annular region where the reductant is injected. The toroid's exhaust ports are strategically placed to inject vaporized and decomposed reductant into the diverted gas stream. The position of the toroid outlet openings is determined by simulations of the reductant distribution on the inlet side of the SCRF substrate.

In einer alternativen Ausführung mit höherem Gegendruck könnte das zentrale Loch blind sein und der Bypasskanal 304 könnte an anderer Stelle liegen.In an alternative embodiment with higher back pressure, the center hole could be blind and the bypass passage 304 could be located elsewhere.

Die L-Achse verläuft durch die Mitte des Bypasskanals 304. Die Mischkammer 306 kann, muss aber nicht rotationssymmetrisch um die L-Achse sein. Die dargestellte Mischvorrichtung 300 hat eine rechteckige Torusform, aber nur, weil der x-y-Querschnitt des Beispielgehäuses 100 rechteckig ist - andere Formen sind möglich.The L axis runs through the center of the bypass channel 304. The mixing chamber 306 can, but need not, be rotationally symmetrical about the L axis. The illustrated mixing device 300 has a rectangular toroidal shape, but only because the x-y cross-section of the example housing 100 is rectangular - other shapes are possible.

Obwohl das Innere der Mischkammer 306 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat, wie in 9 gezeigt, entsprechend einer klassischen Torusform, ist der Begriff „toroidal“ so zu verstehen, dass er auch andere Querschnittsformen der Kammer abdeckt, wie z. B. quadratische Formen. Außerdem muss die von der Kammer 306 gebildete Schleife keine Rotationsfläche sein, sondern kann auch aus Scheitelpunkten bestehen, während sie im allgemeinen Sinne als torusförmig betrachtet wird.Although the interior of the mixing chamber 306 has a substantially circular cross-section as shown in FIG 9 shown corresponding to a classic toroidal shape, the term "toroidal" should be understood to also cover other cross-sectional shapes of the chamber, such as e.g. B. square shapes. In addition, the loop formed by the chamber 306 need not be a surface of revolution but may be made up of vertices, while in the general sense it is considered toroidal.

Wie in den Figuren zu sehen ist, benötigt die Mischvorrichtung 300 nur wenig Bauraum entlang der L-Achse im Inneren des Gehäuses 100.As can be seen in the figures, the mixing device 300 requires little installation space along the L-axis inside the housing 100.

Die Mischvorrichtung 300 ist so geformt, dass sie in einer im Wesentlichen senkrechten, nicht gekippten Ausrichtung in das Gehäuse 100 passt, so dass eine Äquatorialebene E-E (9) des Toroids im Wesentlichen senkrecht zur L-Achse liegt, und so, dass das zentrale Loch (Bypasskanal 304) dem Abgas zugewandt ist. Ferner kann die Mischkammer 306 in der L-Achse eine Tiefe zwischen 3 cm und 20 cm, z. B. etwa 4 cm, aufweisen, was zeigt, wie wenig Platz in Stromabwärtsrichtung erforderlich ist. Diese Tiefenabmessung ist kleiner als der durchschnittliche Radius der Kammer 306 bis zu ihrem äußeren Umfang. Die Größe des Rings ist so ausgelegt, dass die erforderliche Menge an Reduktionsmittel verdampft und zersetzt wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die Mischvorrichtung 300 so dimensioniert, dass zwischen 10 % und 50 %, z. B. 15 %, des gesamten Gasstroms durch den Ring strömen.Mixing device 300 is shaped to fit within housing 100 in a substantially vertical, non-tilted orientation such that an equatorial plane EE ( 9 ) of the toroid is substantially perpendicular to the L-axis and such that the center hole (bypass passage 304) faces the exhaust gas. Furthermore, the mixing chamber 306 can have a depth in the L-axis of between 3 cm and 20 cm, e.g. B. about 4 cm, which shows how little space is required in the downstream direction. This depth dimension is less than the average radius of the chamber 306 to its outer perimeter. The ring is sized to vaporize and decompose the required amount of reducing agent. In one embodiment, the mixing device 300 is dimensioned such that between 10% and 50%, e.g. B. 15%, of the total gas flow flow through the ring.

Die Mischvorrichtung 300 kann mit Hilfe von Techniken wie dem Pressen in die Ringform gebracht werden. Bei solchen Techniken wird das Schweißen vermieden, um die Befestigung am Gehäuse 100 zu erleichtern und eine bessere Anpassung an die Wärmeausdehnung und -kontraktion zu ermöglichen.The mixing device 300 can be formed into the ring shape using techniques such as pressing. Such techniques avoid welding to facilitate attachment to housing 100 and allow for better accommodation of thermal expansion and contraction.

In einem Ausführungsbeispiel kann die Form durch Einklemmen oder anderweitiges Anbringen eines Paars gepresster schleifenförmiger Bleche 316A, 316B (9) aus einem geeignet starken Material wie Stahl oder insbesondere Edelstahl gebildet werden. Zur Bildung eines Toroids umfasst jedes Blech 316A, 316B ein schleifenförmiges Halbrohr (Halbtoroid). Die Halbrohre können in der Äquatorialebene E-E des Toroids verbunden werden. Zur Erleichterung des Zusammenbaus können die Bleche 316A, 316B optional lokal zusammengeschweißt werden, um den Einbau zu erleichtern. Optional können Überbrückungsstücke hinzugefügt werden, um die Anordnung auch an der fluidführenden Platte 500 zu halten. Wenn sie sich im Gehäuse 100 befindet, kann die Mischvorrichtung 300 in erster Linie durch eine reibschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse 100 gehalten werden. Wie dem Fachmann klar sein wird, sind auch andere Verbindungstechniken und - methoden sinnvoll.In one embodiment, the mold may be formed by clamping or otherwise attaching a pair of pressed looped sheets 316A, 316B ( 9 ) can be formed from a suitably strong material such as steel or, in particular, stainless steel. To form a toroid, each sheet 316A, 316B comprises a looped half tube (half toroid). The half tubes can be connected in the equatorial plane EE of the toroid. Optionally, for ease of assembly, the sheets 316A, 316B may be locally welded together to facilitate installation. Optionally, bridging pieces can be added to hold the assembly to the fluid-carrying plate 500 as well. When located in the housing 100, the mixing device 300 can primarily be a frictional connection with the Housing 100 are held. As will be apparent to those skilled in the art, other bonding techniques and methods are also useful.

Jede Platte 316A, 316B kann ferner eine innere Passfläche 322A, 322B am inneren Umfang des Halbrohrs und eine äußere Passfläche 318A, 318B am äußeren Umfang des Halbrohrs aufweisen. Unter Zusammenfügen versteht man einen kontinuierlichen Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche, bei dem eine Verbindung hergestellt werden kann. Durch das Herstellungsverfahren wird die innere Gegenfläche 322A des ersten Blechs 316A mit der inneren Gegenfläche 322B des zweiten Blechs 316B verbunden, und die äußere Gegenfläche 318A des ersten Blechs 316B wird mit der äußeren Gegenfläche 318B des zweiten Blechs 316B verbunden.Each plate 316A, 316B may further include an inner mating surface 322A, 322B on the inner perimeter of the half-tube and an outer mating surface 318A, 318B on the outer perimeter of the half-tube. Mating is a continuous surface-to-surface contact where a connection can be made. The manufacturing process bonds the inner mating surface 322A of the first sheet 316A to the inner mating surface 322B of the second sheet 316B, and the outer mating surface 318A of the first sheet 316B to the outer mating surface 318B of the second sheet 316B.

Wie in 9 gezeigt, kann jede Platte 316A, 316B ferner einen distalen Gegenflansch 320A, 320B aufweisen, der so gestaltet ist, dass er mit der Innenfläche des Gehäuses 100 zusammenpasst. Die äußere Gegenfläche 318A, 318B kann einen Steg bilden, der den distalen Gegenflansch 320A, 320B trägt. Der Steg 318A und der Flansch 320A bilden einen L-förmigen Querschnitt eines einzelnen Blechs 316A. Nach dem Zusammenfügen der Bleche 316A, 316B entsteht durch die Stege 318A, 318B und Flansche 320A, 320B ein T-förmiger Querschnitt. Der T-förmige Steg und der Flansch erstrecken sich in einer Schleife um den Außenumfang der Mischkammer 306.As in 9 As shown, each plate 316A, 316B may further include a distal mating flange 320A, 320B configured to mate with the interior surface of the housing 100. FIG. The outer mating surface 318A, 318B may form a web that supports the distal mating flange 320A, 320B. Web 318A and flange 320A form an L-shaped cross-section of a single sheet 316A. After the sheets 316A, 316B are joined together, the webs 318A, 318B and flanges 320A, 320B form a T-shaped cross section. The T-shaped ridge and flange extend in a loop around the outer periphery of the mixing chamber 306.

Wie in den 3, 5, 6 und 8 gezeigt, kann die Mischvorrichtung 300 optional mindestens einen sekundären Bypasskanal 310 umfassen, um einen separaten Strömungsweg zu schaffen, der es einem dritten Teil P3 des Abgases ermöglicht, einen oder mehrere periphere Sensoren zu passieren oder dazu beizutragen, Ammoniak auf das stromabwärts gelegene Substrat zu leiten. Der sekundäre Bypasskanal 310 hat eine kleinere Querschnittsfläche als der Haupt-Bypasskanal, und die Auslassöffnungen 308 der Mischvorrichtung 300 weisen alle vom sekundären Bypasskanal 310 weg.As in the 3 , 5 , 6 and 8th As shown, the mixing device 300 may optionally include at least one secondary bypass duct 310 to create a separate flow path that allows a third portion P3 of the exhaust gas to pass one or more peripheral sensors or help channel ammonia onto the downstream substrate . The secondary bypass duct 310 has a smaller cross-sectional area than the main bypass duct, and the outlet openings 308 of the mixing device 300 all face away from the secondary bypass duct 310 .

In den Figuren befindet sich der sekundäre Bypasskanal 310 an einer radial distalen Stelle vom Zentrum der Mischvorrichtung 300 entfernt. Der sekundäre Bypasskanal 310 kann zwischen dem Gehäuse 100 und dem Außenumfang der Mischvorrichtung 300 ausgebildet sein.In the figures, the secondary bypass passage 310 is located at a radially distal location from the center of the mixing device 300 . The secondary bypass passage 310 may be formed between the housing 100 and the outer periphery of the mixing device 300 .

Der sekundäre Bypasskanal 310 kann proximal zum Sensoraufnahmeabschnitt 108C des zentralen Abschnitts 104 des Gehäuses 100 angeordnet sein, so dass die Köpfe eines oder mehrerer Sensoren 702, 704, 706 in dem Abschnitt 108C im Strömungsweg des sekundären Bypasskanals 310 positioniert sind.The secondary bypass passage 310 may be positioned proximal to the sensor receiving portion 108C of the central portion 104 of the housing 100 such that the heads of one or more sensors 702, 704, 706 are positioned in the portion 108C in the flow path of the secondary bypass passage 310.

Der sekundäre Bypasskanal 310 kann durch Einführen einer Diskontinuität in die äußeren Passflächen 318A, 318B der Platten 316A, 316B erzeugt werden. Die Diskontinuität bedeutet, dass sich die äußeren Anschlussflächen 318A, 318B nicht über den gesamten Umfang des schleifenförmigen Mischkanals erstrecken. Die Diskontinuität ist eine Lücke, durch die ein Teil der Abgase direkt hindurchströmen kann, wodurch der sekundäre Bypasskanal 310 entsteht. Die gleiche Diskontinuität kann in dem distalen Gegenflansch 320A, 320B vorgesehen werden.The secondary bypass passage 310 can be created by introducing a discontinuity in the outer mating surfaces 318A, 318B of the plates 316A, 316B. The discontinuity means that the outer pads 318A, 318B do not extend around the entire circumference of the looped mixing channel. The discontinuity is a gap that allows a portion of the exhaust gases to flow directly through, creating the secondary bypass passage 310 . The same discontinuity can be provided in the distal mating flange 320A, 320B.

Vorteilhafterweise kann die Mischkammer 306 in der Nähe des sekundären Bypasskanals 310 ungefähr die gleiche Querschnittsfläche wie der Rest der Mischkammer 306 haben, ohne lokal verengt zu sein. Wie in den 5, 8 und 9 dargestellt, kann jedoch eine Einbuchtung 314 in der Oberfläche der Mischkammer 306 der Mischvorrichtung 300 vorgesehen werden, um zusätzlichen Freiraum für einen Sensorkopf und den Gasstrom zu einem solchen externen Sensor 702 zu schaffen. Die Vertiefung 314 ist so klein, dass die Querschnittsfläche der Mischkammer 306 an dieser Stelle immer noch als ungefähr gleich groß wie die Fläche der Mischkammer 306 an anderer Stelle angesehen werden kann.Advantageously, the mixing chamber 306 in the vicinity of the secondary bypass passage 310 can have approximately the same cross-sectional area as the rest of the mixing chamber 306 without being locally restricted. As in the 5 , 8th and 9 1, however, an indentation 314 may be provided in the surface of the mixing chamber 306 of the mixing device 300 to provide additional clearance for a sensor head and gas flow to such an external sensor 702. The indentation 314 is so small that the cross-sectional area of the mixing chamber 306 at this location can still be considered approximately the same as the area of the mixing chamber 306 elsewhere.

Die Einlassöffnungen 302 und die Auslassöffnungen 308 der Mischvorrichtung 300 werden nun ausführlicher beschrieben.The inlet ports 302 and outlet ports 308 of the mixing device 300 will now be described in more detail.

In den Figuren, aber nicht notwendigerweise in allen Beispielen, sind die Einlassöffnungen 302 mit Lamellen versehen, wobei die Lamellen ein Strömungsleitmittel sind, das eine axiale Strömungszirkulation C in einer konfigurierten Richtung im oder gegen den Uhrzeigersinn bewirkt. Es versteht sich von selbst, dass auch andere passive oder aktive Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen werden können.In the figures, but not necessarily in all examples, the inlet openings 302 are provided with louvers, the louvers being a flow directing means causing an axial flow circulation C in a configured clockwise or counterclockwise direction. It goes without saying that other passive or active flow guide devices can also be provided.

Ein Lüftungsschlitz ist eine Leitfläche, die die Ausrichtung der Öffnungsebene der Einlassöffnung 302 wirksam verändert. Die in die Einlassöffnung eintretende Strömung wird im Allgemeinen aufgrund des Druckfelds um die Vorder- und Hinterkante der Öffnung in eine Richtung gelenkt, die senkrecht zur Ebene der Öffnung der Einlassöffnung 302 steht.A louver is a baffle that effectively changes the orientation of the opening plane of the intake port 302 . The flow entering the inlet port is generally directed in a direction perpendicular to the plane of the inlet port 302 opening due to the pressure field around the leading and trailing edges of the port.

4 zeigt eine Detailansicht einer mit Lamellen versehenen Einlassöffnung 302, die einen Lüftungsschlitz 303 umfasst. Der Lüftungsschlitz 303 ist in diesem Beispiel haubenförmig und kann als Haube bezeichnet werden. Eine Haube 303 ist eine erhabene Abdeckung, die eine eigene Öffnung hat, die relativ zum einströmenden Strom abgewinkelt ist. Die Haube 303 ragt in Strömungsrichtung aus der Wand der Mischvorrichtung 300 heraus. 4 12 shows a detail view of a louvered intake port 302 that includes a vent slot 303. FIG. The ventilation slot 303 is hood-shaped in this example and can be referred to as a hood. A hood 303 is a raised cover that has its own opening that is angled relative to the incoming flow. The hood 303 protrudes from the wall of the mixing device 300 in the flow direction.

Die in 4 gezeigte Haube 303 kann in etwa als eine hohle Paraboloidform beschrieben werden, die sich aus einem exzentrischen Kegelschnitt ergibt, wobei der Kegelschnitt eine Öffnung ist, durch die das Abgas eintreten kann. Die Exzentrizität des konischen Abschnitts bestimmt den Winkel der Öffnung und wirkt sich daher auf den Betrag der Richtungsänderung aus. Eine Verkleinerung der Exzentrizität würde zu einer ellipsoiden Haube führen, eine Vergrößerung der Exzentrizität zu einer hyperboloiden Haube.In the 4 The hood 303 shown can be roughly described as a hollow paraboloid shape resulting from an eccentric conic section, where the conic section is an opening through which the exhaust gas can enter. The eccentricity of the conical section determines the angle of the opening and therefore affects the amount of change in direction. Decreasing the eccentricity would lead to an ellipsoidal dome, increasing the eccentricity to a hyperboloidal dome.

Der abgebildete Lüftungsschlitz hat eine männliche Form, bei der die Haube 303 außerhalb der Mischkammer 306 liegt und eine Vorderkante bildet, auf die die einströmende Strömung zuerst trifft. Alternativ kann der Lüftungsschlitz auch eine weibliche Form haben, die in die Mischkammer 306 hineinragt, wie in 10 gezeigt.The vent shown has a male shape where the hood 303 lies outside the mixing chamber 306 and forms a leading edge where the incoming flow encounters first. Alternatively, the vent can also have a female shape that protrudes into the mixing chamber 306, as in FIG 10 shown.

Die Hauben 303 können durch Pressverfahren geformt werden, ohne dass eine zusätzliche Fertigung erforderlich ist. Unter Bezugnahme auf das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren und auf 9 könnten die mit Hauben versehenen Einlassöffnungen 302 in einem Blech 316B des Blechpaares 316A, 316B geformt werden. Die Auslassöffnungen 308 können in das andere Blech 316A gestanzt werden.The hoods 303 can be formed by stamping processes without requiring additional fabrication. Referring to the manufacturing method described above and to 9 For example, the hooded inlet ports 302 could be formed in one sheet 316B of the pair of sheets 316A, 316B. The outlet openings 308 can be stamped in the other sheet metal 316A.

Eine mit einer Haube versehene Einlassöffnung 302 kann gebildet werden, indem ein Schlitz 324 oder ein ähnliches Loch in der gewünschten Ausrichtung in das Blech 316B gestochen wird und die Hauben 303 durch lokale Verformung des Blechs 316B auf der gewünschten Seite des Schlitzes 324 gebildet werden (je nachdem, ob die Strömungszirkulation C im oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgt). Das Durchstechen und Formen könnte einem einzigen Werkzeugschlag entsprechen. Die durchstochenen Schlitze 324 können, wie in 4 gezeigt, leicht abgerundet sein, um Materialspannungen abzubauen.A hooded inlet port 302 may be formed by piercing a slot 324 or similar hole in the sheet metal 316B in the desired orientation and forming the hoods 303 by locally deforming the sheet metal 316B on the desired side of the slot 324 (e.g depending on whether the flow circulation C is clockwise or counterclockwise). Piercing and shaping could correspond to a single tool strike. The pierced slits 324 can, as in 4 shown, be slightly rounded to reduce material stresses.

5 zeigt die Anzahl und Anordnung der Einlassöffnungen 302. Die Einlassöffnungen 302 können in einer torusförmig beabstandeten Reihe 302A-302H um die Mischkammer 306 herum angeordnet sein. Der toroidale Abstand bezieht sich auf den Abstand in einer toroidalen Richtung φ, wobei die toroidale Richtung einem großen Ring um den Toroid folgt, der das zentrale Loch umgibt. 5 12 shows the number and location of the inlet ports 302. The inlet ports 302 may be arranged in a toroidally spaced array 302A-302H around the mixing chamber 306. FIG. The toroidal distance refers to the distance in a toroidal direction φ, where the toroidal direction follows a large ring around the toroid surrounding the central hole.

5 zeigt acht Einlassöffnungen 302A-302H in Reihe, obwohl eine andere Anzahl von Einlassöffnungen vorgesehen werden könnte. Obwohl mindestens eine Einlassöffnung 302 für einen gewissen Grad an Durchmischung sorgt, bietet eine Vielzahl von Einlassöffnungen eine starke Zirkulation und Durchmischung. Aus Platzgründen wäre die Anzahl der Öffnungen begrenzt. 5 Figure 12 shows eight inlet ports 302A-302H in series, although a different number of inlet ports could be provided. Although at least one inlet port 302 provides some degree of mixing, multiple inlet ports provide high circulation and mixing. For reasons of space, the number of openings would be limited.

Der ringförmige Abstand Δφi zwischen den Einlassöffnungen 302A-302H in der Reihe kann wie dargestellt konstant oder variabel sein. Die Reihe der Einlassöffnungen 302 erstreckt sich optional nicht über den gesamten Umfang des Toroids. Daher haben die erste Einlassöffnung 302A und die letzte Einlassöffnung 302H der Reihe einen größeren toroidalen Abstand als der Abstand zwischen den anderen Einlassöffnungen 302B-302G. Dieser vergrößerte Leerraum kann sich in der Nähe des Sensoraufnahmeabschnitts 108C des mittleren Abschnitts 104 des Gehäuses 100 befinden, um sicherzustellen, dass ein Rückfluss von Flüssigkeit aus den Einlassöffnungen 302 die Sensoren 702, 704, 706 nicht erreicht.The annular spacing Δφi between inlet ports 302A-302H in the series may be constant or variable as illustrated. The row of inlet openings 302 optionally does not extend around the entire circumference of the toroid. Therefore, the first inlet port 302A and the last inlet port 302H of the series have a greater toroidal spacing than the spacing between the other inlet ports 302B-302G. This increased void space may be located near the sensor receiving portion 108C of the middle section 104 of the housing 100 to ensure that backflow of liquid from the inlet ports 302 does not reach the sensors 702,704,706.

Die Lamellen können relativ zueinander abgewinkelt sein, um ein Muster im oder gegen den Uhrzeigersinn zu bilden, das der Krümmung der Schleife folgt, so dass jede mit Lamellen versehene Einlassöffnung 302 die Strömung in die gewünschte Richtung im oder gegen den Uhrzeigersinn umlenkt. Die Einlassöffnung wird zur Erzeugung einer spiralförmigen Strömung im Ring verwendet, um Reduktionsmittel und Gas zu mischen.The louvers may be angled relative to one another to form a clockwise or counterclockwise pattern that follows the curvature of the loop so that each louvered inlet port 302 redirects flow in the desired clockwise or counterclockwise direction. The inlet port is used to create a spiral flow in the ring to mix the reductant and gas.

Wie in 9 gezeigt, können sich die Einlassöffnungen 302 in einer konstanten oder variablen poloidalen Position θi befinden. Eine poloidale Position bezieht sich auf eine Position in einer poloidalen Richtung θ, die orthogonal zur toroidalen Richtung ist und einem kleinen Ring um die Oberfläche folgt. Poloidale Koordinaten können verwendet werden, um anzugeben, ob ein Merkmal stromaufwärts oder stromabwärts in Bezug auf die Richtung des Abgasstroms P2 durch den Bypasskanal 304 liegt, zum Beispiel. Wie in 9 dargestellt, sind die Einlassöffnungen 302 stromaufwärts gerichtet. 9 zeigt die Einlassöffnungen 302 in einer poloidalen Position θi, die ungefähr senkrecht zur Äquatorialebene E-E (x-y-Ebene) des Toroids und auf der stromaufwärtigen Seite der Äquatorialebene E-E liegt.As in 9 As shown, the inlet openings 302 may be in a constant or variable poloidal position θi. A poloidal position refers to a position in a poloidal direction θ that is orthogonal to the toroidal direction and follows a small ring around the surface. Poloidal coordinates may be used to indicate whether a feature is upstream or downstream with respect to the direction of exhaust flow P2 through bypass passage 304, for example. As in 9 shown, the inlet openings 302 are directed upstream. 9 12 shows the inlet ports 302 in a poloidal position θi that is approximately perpendicular to the toroid's equatorial plane EE (xy plane) and on the upstream side of the equatorial plane EE.

Sobald der erste Teil P1 des Abgases durch die Einlassöffnungen 302 eingetreten ist, zirkuliert das Abgas und vermischt sich mit dem Reduktionsmittel, das direkt in die Mischkammer 306 gesprüht wird. Die Art und Weise, wie das Reduktionsmittel in die Mischkammer 306 gesprüht wird, ist am besten in den 3, 5 und 8 dargestellt. In 8 ist die Mischvorrichtung 300 transparent dargestellt, um das Innere der Kammer zu zeigen, wo ein Injektoreinlass 312 zu sehen ist.Once the first portion P1 of the exhaust has entered through the intake ports 302 , the exhaust circulates and mixes with the reductant, which is sprayed directly into the mixing chamber 306 . The manner in which the reducing agent is sprayed into the mixing chamber 306 is best in the 3 , 5 and 8th shown. In 8th For example, the mixing device 300 is shown transparent to show the interior of the chamber where an injector inlet 312 can be seen.

Der Injektoreinlass 312 ist eine beliebige geeignete Einrichtung in der Mischvorrichtung 300, die es dem Injektor 600 für das Reduktionsmittel ermöglicht, in die Mischkammer 306 zu sprühen. In den Figuren umfasst der Injektoreinlass 312 eine Öffnung zur Aufnahme eines Sprühmusters aus dem Reduktionsmittel-Fluidinjektor 600. Der Injektoreinlass 312 kann von der L-Achse entfernt sein und mit dem entsprechenden Injektoraufnahmeabschnitt 110 im Gehäuse 100 fluchten. Der Injektoreinlass 312 kann sich am distalen Ende einer verzweigten Kammer 313 befinden, wobei die verzweigte Kammer 313 ein proximales Ende hat, das in die torusförmige Hauptmischkammer 306 übergeht.The injector inlet 312 is any suitable device in the mixing device 300 that allows the injector 600 for the reductant to spray into the mixing chamber 306 . In the figures, injector inlet 312 includes an opening for receiving a spray pattern from reductant fluid injector 600 . The injector inlet 312 may be located at the distal end of a branched chamber 313 , with the branched chamber 313 having a proximal end that merges into the toroidal main mixing chamber 306 .

Wie dargestellt, kann die verzweigte Kammer 313 mit dem Injektoreinlass 312 so ausgerichtet sein, dass das Reduktionsmittel strömungsmäßig in die Kammer 306 gesprüht wird, und zwar in der konfigurierten Richtung der Abgaszirkulation C (im oder gegen den Uhrzeigersinn). Dies verbessert die Durchmischung und die Verdampfung, da das Sprühen gegen die Strömungsrichtung die Zirkulation C verringern kann. In den Figuren erstreckt sich die verzweigte Kammer 313 in einer Richtung, die teilweise tangential zur Mischkammer 306 und teilweise radial nach innen verläuft. Die tangentiale Erstreckung kann im oder gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt sein.As shown, branched chamber 313 may be aligned with injector inlet 312 such that reductant is flow sprayed into chamber 306 in the configured direction of exhaust gas circulation C (clockwise or counterclockwise). This improves mixing and vaporization since spraying against the flow direction can reduce circulation C. In the figures, branched chamber 313 extends in a direction that is partially tangential to mixing chamber 306 and partially radially inward. The tangential extension can be clockwise or counterclockwise.

Der dargestellte Injektoreinlass 312 kann ringförmig vor der ersten Einlassöffnung 302A der Reihe von Einlassöffnungen 302 angeordnet sein, so dass die Reduktionsmitteltröpfchen an möglichst vielen der Einlassöffnungen 302 und Auslassöffnungen 308 vorbeikommen. Dadurch hat das Reduktionsmittel Zeit, gleichmäßig zu verdampfen und sich mit den Abgasen im Toroid zu vermischen, bevor es aus den Auslassöffnungen 308 austritt.The illustrated injector inlet 312 may be arranged annularly in front of the first inlet opening 302A of the row of inlet openings 302 so that the reducing agent droplets can bypass as many of the inlet openings 302 and outlet openings 308 as possible. This gives the reductant time to evenly vaporize and mix with the exhaust gases in the toroid before exiting the exhaust ports 308 .

Die eingespritzten Reduktionsmitteltröpfchen bilden einen Teil des zirkulierenden Stroms in der Mischkammer 306. Die Tröpfchen verdampfen in dem zirkulierenden Abgasstrom. Größere Tröpfchen werden zur distalen Wand der Mischkammer 306 befördert, wo sie zurückgehalten werden, bis sie verdampfen. Dies ist sinnvoll, da größere Tropfen für die SCR weniger wirksam sind. The injected reductant droplets form part of the circulating flow in the mixing chamber 306. The droplets vaporize in the circulating exhaust flow. Larger droplets are conveyed to the distal wall of the mixing chamber 306 where they are retained until vaporized. This makes sense as larger drops are less effective for the SCR.

Das Gemisch kann mindestens eine halbe Umdrehung durch die Mischkammer 306 oder auch mehr machen. Dieser Umlauf des Gemischs um den Umfang der Mischvorrichtung 300 gibt dem Reduktionsmittel Zeit, zu verdampfen, Ammoniak zu erzeugen und sich gründlich zu vermischen, so dass keine zusätzliche Abgasrohrlänge erforderlich ist. Das verdampfte Gemisch tritt dann durch die Auslassöffnungen 308 der Mischvorrichtung 300 aus.The mixture can make at least a half revolution through the mixing chamber 306 or more. This recirculation of the mixture around the perimeter of the mixer 300 allows time for the reductant to vaporize, generate ammonia, and mix thoroughly so that no additional tailpipe length is required. The vaporized mixture then exits through the outlet openings 308 of the mixing device 300 .

Die Auslassöffnungen 308 werden nun definiert.The outlet openings 308 are now defined.

Wie die Einlassöffnungen 302 können auch die Auslassöffnungen 308 aus einer Vielzahl von Öffnungen in der Mischvorrichtung 300 bestehen. Es gibt jedoch eine Reihe von Unterschieden zwischen den Einlassöffnungen 302 und den Auslassöffnungen 308.Like the inlet openings 302, the outlet openings 308 can consist of a plurality of openings in the mixing device 300. However, there are a number of differences between the 302 inlet ports and the 308 outlet ports.

Insbesondere sind die Auslassöffnungen 308 nicht in dieselbe polare Richtung wie die Einlassöffnungen 302 gerichtet. Die Auslassöffnungen 308 sind in den 6 und 9 so dargestellt, dass sie sich beispielsweise nicht auf der stromaufwärts gerichteten Seite der Mischvorrichtung 300 befinden. Die Auslassöffnungen 308 können stattdessen stromabwärts, d. h. auf die andere Seite der Äquatorialebene E-E der Ringmischvorrichtung 300 weisen.In particular, the outlet openings 308 are not directed in the same polar direction as the inlet openings 302 . The outlet openings 308 are in the 6 and 9 shown as not being on the upstream side of the mixing device 300, for example. The outlet openings 308 can instead point downstream, ie to the other side of the equatorial plane EE of the annular mixing device 300 .

In den dargestellten Beispielen sind die Auslassöffnungen 308 proximal zum Bypasskanal 304 angeordnet. Wie in 9 dargestellt, weisen die Auslassöffnungen 308 in eine poloidale Richtung θo, die stromabwärts und radial nach innen in Richtung des Bypasskanals 304 verläuft. In einem alternativen Beispiel könnten die Auslassöffnungen 308 radial in Richtung des Bypasskanals 304 zeigen, aber nicht stromabwärts oder stromaufwärts. In einem weiteren alternativen Beispiel befinden sich die Auslassöffnungen 308 nicht in der Nähe des Bypasskanals 304.In the examples shown, the outlet openings 308 are arranged proximal to the bypass channel 304 . As in 9 As shown, the outlet openings 308 face in a poloidal direction θo that is downstream and radially inward toward the bypass passage 304 . In an alternative example, the outlet openings 308 could point radially toward the bypass passage 304, but not downstream or upstream. In another alternative example, the outlet openings 308 are not located near the bypass channel 304.

9 zeigt die Auslassöffnungen 308, die das Ammoniak und den Harnstoff gleichmäßig in den Gasstrom und auf das nächste Substrat verteilen. Die Auslassöffnungen 308 befinden sich in einer poloidalen Position θo, die einem Wert zwischen etwa 20 Grad und etwa 70 Grad von der Äquatorialebene E-E des Toroids entspricht und dem Bypasskanal 304 zugewandt ist, um den später beschriebenen Venturi-Effekt zu nutzen. 9 Figure 12 shows the exhaust ports 308 which distribute the ammonia and urea evenly into the gas stream and onto the next substrate. The exhaust ports 308 are in a poloidal position θo corresponding to a value between about 20 degrees and about 70 degrees from the toroid's equatorial plane EE and facing the bypass passage 304 to utilize the venturi effect described later.

Die Positionierung der Auslassöffnungen 308 in der Nähe des Bypasskanals 304 stellt sicher, dass die größeren Tröpfchen des Reduktionsmittels laut CFD-Simulationen distal von den Auslassöffnungen 308 entfernt verteilt werden. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass die größeren Tröpfchen durch die Auslassöffnungen 308 gelangen.The positioning of the outlet openings 308 close to the bypass channel 304 ensures that the larger droplets of reductant are distributed distally from the outlet openings 308 according to CFD simulations. Therefore, the larger droplets are less likely to pass through the outlet openings 308.

Ein weiterer Unterschied zwischen den Auslassöffnungen 308 und den Einlassöffnungen 302 besteht darin, dass die Auslassöffnungen 308 eine andere (z. B. kleinere) Größe haben können als die Einlassöffnungen 302, um die stromabwärts gerichtete Verteilung des Reduktionsmittels zu steuern. Another difference between the outlet openings 308 and the inlet openings 302 is that the outlet openings 308 may be of a different (eg, smaller) size than the inlet openings 302 to control the downstream distribution of the reductant.

Die Gesamtfläche der Auslassöffnungen steuert die Verdampfungszeit für das Reduktionsmittel, da das Gemisch vor dem Austritt weiter in der Mischvorrichtung 300 zirkuliert.The total area of the outlet openings controls the vaporization time for the reductant as the mixture continues to circulate in the mixing device 300 prior to exit.

In den 6 und 8 sind die Anzahl und Anordnung der Auslassöffnungen 308 dargestellt. Die Auslassöffnungen 308 können in einer torusförmig beabstandeten Reihe von Auslassöffnungen 308A-308R um die Mischkammer 306 herum angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich das Gemisch mit dem umgeleiteten Abgas P2 an mehreren Stellen verbinden, um schnell ein homogenes Gemisch zu bilden.In the 6 and 8th the number and arrangement of the outlet openings 308 are shown. The outlet openings 308 may be arranged in a toroidally spaced series of outlet openings 308A-308R around the mixing chamber 306. This allows the mixture to combine with the diverted exhaust gas P2 at multiple locations to quickly form a homogeneous mixture.

Wie dargestellt, kann die Mischvorrichtung 300 mehr Auslassöffnungen 308 als Einlassöffnungen 302 umfassen. Das dargestellte Beispiel umfasst 18 Auslassöffnungen 308A-308R, obwohl auch eine andere Anzahl von Auslassöffnungen 308 vorgesehen werden könnte.As illustrated, the mixing device 300 may include more outlet openings 308 than inlet openings 302 . The example shown includes 18 outlet ports 308A-308R, although a different number of outlet ports 308 could be provided.

Der ringförmige Abstand Δφo zwischen den Auslassöffnungen 308 in der Reihe kann konstant sein, wie in 6 gezeigt, oder variabel. Wie in 8 dargestellt, erstreckt sich die Reihe der Auslassöffnungen 308 optional nicht über den gesamten Umfang des Toroids. Daher weisen die erste Auslassöffnung 308A und die letzte Auslassöffnung 308R der Reihe einen größeren toroidalen Abstand dazwischen auf, um zu verhindern, dass eingespritzte Tröpfchen direkt aus dem Ring entweichen. Dieser vergrößerte Raum kann sich in der Nähe des Einlasses 312 des Injektors befinden, um sicherzustellen, dass sich eine Auslassöffnung 308 nicht direkt im Sprühmuster des Reduktionsmittelinjektors 600 befindet. Die verzweigte Kammer 313 für den Injektoreinlass 312 kann diesem vergrößerten Raum frei von Auslassöffnungen gegenüberliegen.The annular distance Δφo between the outlet openings 308 in the row can be constant, as in FIG 6 shown, or variable. As in 8th As shown, the row of exhaust ports 308 optionally does not extend around the entire circumference of the toroid. Therefore, the first outlet port 308A and the last outlet port 308R in the series have a greater toroidal spacing therebetween to prevent injected droplets from escaping directly from the ring. This increased space may be located near the injector's inlet 312 to ensure that an outlet orifice 308 is not directly in the spray pattern of the reductant injector 600 . The branched chamber 313 for the injector inlet 312 may face this enlarged space free of exhaust ports.

Der Injektoreinlass 312 kann weiter von der ersten Auslassöffnung 308A der Reihe entfernt sein als die letzte Auslassöffnung 308R der Reihe, so dass das Reduktionsmittelfluid einen weiteren Weg zurücklegen und sich weiter mischen muss, bevor die erste Auslassöffnung 308A erreicht wird.The injector inlet 312 may be farther from the first outlet port 308A in the series than the last outlet port 308R in the series, such that the reductant fluid must travel a longer distance and mix further before reaching the first outlet port 308A.

In einem alternativen Beispiel erstreckt sich die Reihe der Auslassöffnungen 308 um die gesamte Mischkammer 306 herum, einschließlich in der Nähe des Injektoreinlasses 312. Die Auslassöffnung(en) in der Nähe des Injektoreinlasses 312 kann/können jedoch poloidal verlagert werden, so dass sie außerhalb des Sprühmusters des Reduktionsmittel-Fluidinjektors 600 liegen.In an alternative example, the row of outlet openings 308 extends around the entire mixing chamber 306, including near the injector inlet 312. However, the outlet opening(s) near the injector inlet 312 can be poloidally relocated so that they are outside of the Spray pattern of the reducing agent fluid injector 600 are.

Ein weiterer Unterschied zu den Einlassöffnungen 302 besteht darin, dass die Auslassöffnungen 308 im dargestellten Beispiel nicht mit Lüftungsschlitzen versehen sind. Je nach Ausführung könnten für die Auslassöffnungen 308 Lüftungsschlitze verwendet werden.Another difference from the inlet openings 302 is that the outlet openings 308 in the example shown are not provided with ventilation slots. Depending on the design, ventilation slots could be used for the outlet openings 308 .

Im Folgenden wird die strömungsleitende Platte 400 näher beschrieben. Ihr Zweck ist es, das in den SCR eintretende Gemisch so homogen wie möglich zu machen. Ein Beispiel ist in 7 dargestellt. Das Strömungsleitblech 400 kann, wie dargestellt, flach sein. Die strömungsleitende Platte 400 kann senkrecht zur L-Achse verlaufen.The flow-guiding plate 400 is described in more detail below. Their purpose is to make the mixture entering the SCR as homogeneous as possible. An example is in 7 shown. As shown, the baffle 400 may be flat. The flow directing plate 400 may be perpendicular to the L-axis.

Ein zentraler Bereich der strömungsführenden Platte 400 umfasst einen Strömungsdeflektor 404. Der Strömungsabweiser 404 ist auf den Bypasskanal 304 der Mischvorrichtung 300 ausgerichtet. Der Strömungsabweiser 404 ist ein Bereich der strömungsführenden Platte 400, der eine feste Oberfläche ohne Öffnungen und daher ohne Porosität oder zumindest mit sehr geringer Porosität im Vergleich zu einem peripheren Bereich der strömungsführenden Platte 400 ist, der Öffnungen 402, 406 aufweist. Der Bypasskanal 304 ist dem Strömungsleitblech 404 zugewandt und die Auslassöffnungen 308 der Mischvorrichtung 300 sind im Wesentlichen dem Strömungsleitblech 404 zugewandt. In den Figuren sind die Auslassöffnungen 308 nach innen zur Mitte (L-Achse) des Bypasskanals 304 hin abgewinkelt.A central area of the flow-guiding plate 400 includes a flow deflector 404. The flow deflector 404 is aligned with the bypass channel 304 of the mixing device 300. FIG. The flow deflector 404 is an area of the flow directing plate 400 that is a solid surface with no openings and therefore no porosity or at least very little porosity compared to a peripheral area of the flow directing plate 400 that has openings 402,406. The bypass channel 304 faces the flow guide plate 404 and the outlet openings 308 of the mixing device 300 essentially face the flow guide plate 404 . In the figures, the outlet openings 308 are angled inward toward the center (L-axis) of the bypass passage 304 .

Die Strömungsumlenkung 404 bewirkt, dass der zweite Teil P2 des aus dem Bypasskanal 304 austretenden Abgases von der L-Achse weg und in Richtung des Randbereichs der strömungsführenden Platte 400 umgeleitet wird, wo sich die Öffnungen 402, 406 befinden.The flow diverter 404 causes the second portion P2 of the exhaust gas exiting the bypass duct 304 to be diverted away from the L-axis and towards the edge region of the flow directing plate 400 where the openings 402, 406 are located.

Das umgeleitete Abgas strömt auf seinem Weg zu den Öffnungen 402, 406 durch einen verengten Raum zwischen der Mischvorrichtung 300 und der strömungsführenden Platte 400. Die Einschnürung bildet eine Venturi-Düse mit einem entsprechenden Druckabfall. Die Auslassöffnungen 308 der Mischvorrichtung 300 sind auf diese lokale Einschnürung ausgerichtet. Dies führt vorteilhafterweise zu einem niedrigen Druck an den Auslassöffnungen 308, um den Widerstand gegen das aus der Mischvorrichtung 300 austretende Gemisch zu verringern und die axiale Zirkulation und damit die Vermischung von Reduktionsmittel und Abgasen in der Mischvorrichtung 300 weiter zu fördern.The diverted exhaust gas flows through a restricted space between the mixing device 300 and the flow directing plate 400 on its way to the openings 402, 406. The restriction forms a venturi with a corresponding pressure drop. The outlet openings 308 of the mixing device 300 are aligned with this local constriction. This advantageously leads to a low pressure at the outlet openings 308 in order to reduce the resistance to the mixture exiting the mixing device 300 and to further promote the axial circulation and thus the mixing of reducing agent and exhaust gases in the mixing device 300 .

Das aus der Mischvorrichtung 300 austretende Gemisch trifft auf die mit relativ hoher Geschwindigkeit umgelenkte Strömung und wird unmittelbar in den Randbereich der strömungsführenden Platte 400 umgelenkt. Da die Mischvorrichtung 300 über eine große Anzahl verteilter Auslassöffnungen 308 verfügen kann, wird das Gemisch annähernd gleichmäßig im umgeleiteten Bypass-Abgas P2 verteilt. Diese Geometrie trägt dazu bei, dass ein homogenes Gemisch in das SCR-Substrat 500 gelangt.The mixture emerging from the mixing device 300 encounters the flow deflected at a relatively high speed and is deflected directly into the edge area of the flow-guiding plate 400 . Since the mixing device 300 can have a large number of distributed outlet openings 308, the mixture is distributed approximately evenly in the diverted bypass exhaust gas P2. This geometry helps a homogeneous mixture enters the SCR substrate 500.

Die oben beschriebene Geometrie ist auch nützlich, um das Abgas gleichmäßig über den Querschnitt des Gehäuses 100 zu verteilen, z. B. wenn der in das Gehäuse 100 eintretende Strom aufgrund eines versetzten Einlassabschnitts 102, der nicht mit der L-Achse ausgerichtet ist, ungleichmäßig verteilt ist.The geometry described above is also useful for distributing the exhaust gas evenly across the cross-section of the housing 100, e.g. B. when the flow entering the housing 100 is unevenly distributed due to an offset inlet section 102 not aligned with the L-axis.

Es ist anzumerken, dass das Strömungsleitblech 404 einen „toten Winkel“ hinter der strömungsführenden Platte 400 erzeugt, in dem das SCR-Substrat 500 eine reduzierte Strömung erhalten kann. Um zu vermeiden, dass ein Teil des SCR-Substrats 500 geblendet wird, können zumindest einige der Öffnungen 406 der strömungsführenden Platte 400 richtungsändernde Öffnungen sein. Bei den richtungsändernden Öffnungen 406 kann es sich z. B. um Lamellenöffnungen handeln.It is noted that the flow baffle 404 creates a "blind spot" behind the flow directing plate 400 in which the SCR substrate 500 may receive reduced flow. To avoid glare on part of the SCR substrate 500, at least some of the openings 406 of the flow directing plate 400 may be direction changing openings. The direction-changing openings 406 can be e.g. B. act to slat openings.

Die Lamellen 407 der strömungsführenden Platte 400 können eine ähnliche Geometrie aufweisen wie die Lamellen 303 der Einlassöffnungen 302 der Mischvorrichtung 300, beispielsweise eine hohle Paraboloidform oder ähnliches. Die Lamellen können so ausgerichtet sein, dass sie das Abgas in den Raum direkt hinter dem Strömungsleitblech 404 umleiten, um den toten Winkel zu verringern. Das heißt, die Lamellen lenken die Abgase zurück in den zentralen Bereich, in Richtung der L-Achse.The louvers 407 of the flow-guiding plate 400 can have a similar geometry as the louvers 303 of the inlet openings 302 of the mixing device 300, for example a hollow paraboloid shape or the like. The louvers may be oriented to redirect the exhaust into the space directly behind the flow deflector 404 to reduce the blind spot. That is, the fins direct the exhaust gases back to the central area, in the direction of the L axis.

7 zeigt, dass die Öffnungen 402, 406 im Randbereich der strömungsführenden Platte 400 nicht alle gleich gestaltet sein müssen. In 7 ist ein erster Satz der Öffnungen 406 als Lamellenöffnungen ausgebildet, um die Strömung in einen durch den Strömungsabweiser 404 verdeckten Raum zu leiten, während ein zweiter Satz der Öffnungen 402 nicht mit Lamellen versehen ist. 7 shows that the openings 402, 406 in the edge area of the flow-guiding plate 400 do not all have to be designed the same. In 7 For example, a first set of openings 406 are louvered to direct flow into a space obstructed by flow deflector 404, while a second set of openings 402 are unlouvered.

Der erste Satz von Öffnungen 406 mit Lamellen ist in einem ersten Abschnitt (z. B. der ersten Hälfte) der strömungsführenden Platte 400 von 7 dargestellt, der mit der höchsten Durchflussrate verbunden ist. Dies liegt daran, dass, wie bereits beschrieben, ein asymmetrischer Einlassabschnitt 102 des Gehäuses 100 zu einer höheren Durchflussrate an einigen Teilen des Querschnitts des Gehäuses 100 führen kann als an anderen.The first set of louvered openings 406 is in a first portion (e.g., first half) of the flow directing plate 400 of FIG 7 shown associated with the highest flow rate. This is because, as previously described, an asymmetric inlet section 102 of the housing 100 may result in a higher flow rate at some parts of the cross section of the housing 100 than at others.

Die zweite Gruppe von Öffnungen 402 kann kleiner sein und/oder zumindest einige der zweiten Gruppe von Öffnungen 402 können ein Perforationsmuster bilden. Das Perforationsmuster kann eine regelmäßige Anordnung sein. Das Perforationsmuster kann sich an einem anderen Abschnitt (z. B. der anderen Hälfte) der strömungsführenden Platte 400 befinden. Ein Perforationsmuster trägt dazu bei, die Bildung heißer Stellen auf dem SCR-Substrat 500 zu vermeiden.The second group of openings 402 can be smaller and/or at least some of the second group of openings 402 can form a perforation pattern. The perforation pattern can be a regular array. The perforation pattern may be on a different portion (e.g., the other half) of the flow directing plate 400 . A perforation pattern helps prevent hot spots from forming on the SCR substrate 500 .

Es ist verständlich, dass eine kleine Teilmenge einer oder mehrerer Öffnungen aus dem ersten oder zweiten Satz von Öffnungen 402, 406 in dem Abschnitt der strömungsführenden Platte 400 angeordnet sein kann, der mit der anderen Art von Öffnung verbunden ist. 7 zeigt beispielsweise eine kleine Gruppe von Öffnungen des zweiten Satzes in dem Abschnitt der strömungsführenden Platte 400, der den ersten Satz von Lamellenöffnungen 406 enthält. Die Anordnung hängt von der spezifischen Konstruktion des Fahrzeugauspuffs ab, die durch Simulation und Experiment ermittelt wird.It is understood that a small subset of one or more openings from the first or second set of openings 402, 406 may be located in the portion of the flow directing plate 400 that connects to the other type of opening. 7 FIG. 4, for example, shows a small group of second set openings in the portion of flow directing plate 400 containing first set of louver openings 406. FIG. The arrangement depends on the specific design of the vehicle exhaust, which is determined by simulation and experiment.

Es wird deutlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Anmeldung verlassen wird.It will be apparent that various changes and modifications can be made in the present invention without departing from the scope of the present application.

Die Mischvorrichtung 300 und optional das Strömungsleitblech 400 könnten als nachrüstbarer Bausatz für ein bestehendes Gehäuse 100 bereitgestellt werden.The mixing device 300 and optionally the flow baffle 400 could be provided as a retrofit kit for an existing housing 100 .

Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den vorangegangenen Abschnitten unter Bezugnahme auf verschiedene Beispiele beschrieben worden sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass Änderungen an den gegebenen Beispielen vorgenommen werden können, ohne vom beanspruchten Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.Although embodiments of the present invention have been described in the preceding sections with reference to various examples, it should be understood that changes may be made in the examples provided without departing from the scope of the invention as claimed.

Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele für das Mischen einer wässrigen Harnstofflösung mit Abgasen vorgesehen sind, könnte das Fluid beispielsweise ein anderes Fluid sein, das für das Mischen mit Abgasen vorgesehen ist. Beispielsweise könnte das Fluid ein Gas sein, wie Sauerstoff für einen Oxidationskatalysator oder einen Oxidations-Reduktionskatalysator. In einem anderen Beispiel könnte das Fluid ein Brennstoff für einen sekundären Verbrennungsprozess sein, wie z. B. ein Brennstoffbrenner zum Anzünden eines Partikelfilters.For example, although the above embodiments are intended for mixing an aqueous urea solution with exhaust gases, the fluid could be another fluid intended for mixing with exhaust gases. For example, the fluid could be a gas, such as oxygen for an oxidation catalyst or an oxidation-reduction catalyst. In another example, the fluid could be fuel for a secondary combustion process, such as combustion. B. a fuel burner for igniting a particulate filter.

Die Mischvorrichtung 300 und/oder die strömungsleitende Platte 400 können in einem Gehäuse 100 untergebracht sein, das von einem Gehäuse mit dem Substrat 500 getrennt ist.The mixing device 300 and/or the flow directing plate 400 can be housed in a housing 100 which is separate from a housing with the substrate 500 .

Obwohl sich die obigen Beispiele auf einen Toroid, eine toroidale Richtung und eine poloidale Richtung beziehen, kann die Mischkammer 306 in anderen Beispielen eine andere Schleifenform haben. Die poloidalen und toroidalen Richtungen können im Zusammenhang mit anderen Schleifenformen genannt werden.Although the above examples refer to a toroid, a toroidal direction, and a poloidal direction, in other examples, the mixing chamber 306 may have a different loop shape. The poloidal and toroidal directions can be mentioned in connection with other loop shapes.

Obwohl sich die obigen Beispiele auf eine Mischkammer 306 beziehen, die eine kompakte geschlossene Schleife bildet, könnte die Kammer in anderen Beispielen einer spiralförmigen Bahn oder einer anderen Bahn folgen, die sich weiter stromabwärts erstreckt.Although the above examples refer to a mixing chamber 306 forming a compact closed loop, in other examples the chamber could follow a spiral path or another path that extends further downstream.

Die in der vorangegangenen Beschreibung beschriebenen Merkmale können auch in anderen als den ausdrücklich beschriebenen Kombinationen verwendet werden.The features described in the preceding description can also be used in combinations other than those expressly described.

Obwohl Funktionen unter Bezugnahme auf bestimmte Merkmale beschrieben wurden, können diese Funktionen auch durch andere Merkmale ausgeführt werden, unabhängig davon, ob diese beschrieben sind oder nicht.Although functions have been described with reference to particular features, these functions may be performed by other features, whether described or not.

Obwohl Merkmale unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können diese Merkmale auch in anderen Ausführungsformen vorhanden sein, unabhängig davon, ob sie beschrieben sind oder nicht.Although features have been described with reference to particular embodiments, these features may be present in other embodiments as well, whether described or not.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung versucht wurde, die Aufmerksamkeit auf diejenigen Merkmale der Erfindung zu lenken, die als besonders wichtig erachtet werden, sollte verstanden werden, dass der Anmelder sich das Recht vorbehält, Schutz in Bezug auf jedes patentierbare Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen zu beanspruchen, die hierin erwähnt und/oder in den Zeichnungen gezeigt werden, unabhängig davon, ob darauf besonderer Nachdruck gelegt wurde oder nicht.Although the foregoing description has attempted to draw attention to those features of the invention deemed to be of particular importance, it should be understood that the applicant reserves the right to grant protection in respect of any patentable feature or combination of features which are mentioned herein and/or shown in the drawings, whether or not particular emphasis is placed on them.

Claims (17)

Mischvorrichtung zum Mischen eines eingespritzten Fluids mit dem Abgasausstoß eines Verbrennungsmotors, wobei die Mischvorrichtung umfasst: eine oder mehrere Einlassöffnungen, die so konfiguriert sind, dass sie einen ersten Teil des Abgases aufnehmen; einen Bypasskanal, der so konfiguriert ist, dass er einen zweiten Teil des Abgases aufnimmt; eine Mischkammer, die so konfiguriert ist, dass sie es dem eingespritzten Fluid ermöglicht, sich mit dem ersten Teil des Abgases zu mischen, um ein gemischtes Abgas zu bilden; und eine oder mehrere Auslassöffnungen, die so konfiguriert sind, dass sie das gemischte Abgas mit dem zweiten Teil des Abgases verbinden.Mixing device for mixing an injected fluid with the exhaust gas output of an internal combustion engine, the mixing device comprising: one or more intake ports configured to receive a first portion of the exhaust gas; a bypass passage configured to receive a second portion of the exhaust gas; a mixing chamber configured to allow the injected fluid to mix with the first portion of the exhaust to form a mixed exhaust; and one or more exhaust ports configured to communicate the mixed exhaust gas with the second portion of the exhaust gas. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mischvorrichtung so geformt ist, dass sie eine axiale Zirkulation um eine Längsachse bewirkt, so dass der erste Teil des Abgases und das eingespritzte Fluid axial innerhalb der Mischkammer zirkulieren, bevor sie durch die eine oder die mehreren Auslassöffnungen austreten; optional ist die Mischkammer im Wesentlichen koaxial mit dem Bypasskanal, und wobei die Längsachse im Wesentlichen in der Richtung des Bypasskanals liegt.mixing device claim 1 wherein the mixing device is shaped to cause axial circulation about a longitudinal axis such that the first portion of the exhaust gas and the injected fluid circulate axially within the mixing chamber before exiting through the one or more outlet ports; optionally, the mixing chamber is substantially coaxial with the bypass channel and the longitudinal axis lies substantially in the direction of the bypass channel. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die eine oder die mehreren Einlassöffnungen Lüftungsschlitze umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie dem ersten Teil des Abgases die axiale Zirkulation verleihen.mixing device claim 2 wherein the one or more inlet openings comprise louvers configured to impart the axial circulation to the first portion of the exhaust gas. Mischvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mischkammer im Wesentlichen toroidförmig ist und der Bypasskanal ein zentrales Loch ist, das durch die im Wesentlichen toroidförmige Mischkammer definiert ist; optional ist die im Wesentlichen toroidale Mischkammer so geformt und bemessen, dass sie in ein Abgassystemgehäuse in einer Ausrichtung passt, bei der eine Äquatorialebene der im Wesentlichen toroidalen Mischkammer im Wesentlichen senkrecht zu anströmendem Abgas ist.mixing device claim 2 or 3 wherein the mixing chamber is substantially toroidal in shape and the bypass passage is a central hole defined through the substantially toroidal mixing chamber; optionally, the substantially toroidal mixing chamber is shaped and sized to fit within an exhaust system housing in an orientation where an equatorial plane of the substantially toroidal mixing chamber is substantially perpendicular to oncoming exhaust gas. Mischvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Tiefe der im Wesentlichen torusförmigen Mischkammer geringer ist als der durchschnittliche Außendurchmesser der im Wesentlichen torusförmigen Mischkammer.mixing device claim 4 wherein the depth of the substantially toroidal mixing chamber is less than the average outside diameter of the substantially toroidal mixing chamber. Mischvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen eine Vielzahl von Auslassöffnungen sind, die in einer toroidal beabstandeten Reihe um die im Wesentlichen toroidale Mischkammer herum angeordnet sind, und/oder wobei die eine oder die mehreren Einlassöffnungen eine Vielzahl von Einlassöffnungen sind, die in einer toroidal beabstandeten Reihe um die im Wesentlichen toroidale Mischkammer herum angeordnet sind.mixing device claim 4 or 5 wherein the one or more outlet ports are a plurality of outlet ports arranged in a toroidally spaced array around the substantially toroidal mixing chamber, and/or wherein the one or more inlet ports are a plurality of inlet ports arranged in a toroidal spaced row around the substantially toroidal mixing chamber. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die eine oder die mehreren Einlassöffnungen so ausgerichtet sind, dass sie in eine andere Poloidalrichtung weisen als die eine oder die mehreren Auslassöffnungen; optional die eine oder die mehreren Einlassöffnungen poloidal so ausgerichtet sind, dass sie einer ersten Richtung zugewandt sind, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen poloidal so ausgerichtet sind, dass sie einer zweiten Richtung zugewandt sind, und wobei die erste Richtung und die zweite Richtung auf entgegengesetzten Seiten einer Äquatorialebene der im Wesentlichen toroidalen Mischkammer liegen.Mixing device according to one of Claims 4 until 6 wherein the one or more inlet ports are oriented to face in a different poloidal direction than the one or more outlet ports; optionally the one or more inlet ports are poloidally aligned to face a first direction, wherein the one or more outlet ports are poloidally aligned to face a second direction, and wherein the first direction and the second direction opposite sides of an equatorial plane of the substantially toroidal mixing chamber. Mischvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen poloidal so ausgerichtet sind, dass sie dem Bypasskanal zugewandt sind.Mixing device according to one of Claims 4 until 7 , wherein the one or more outlet openings are poloidally aligned to face the bypass passage. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen kleinere Querschnittsflächen aufweisen als die eine oder die mehreren Einlassöffnungen.Mixing device according to one of the preceding claims, wherein the one or more outlet openings have smaller cross-sectional areas than the one or more inlet openings. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen in der Nähe des Bypasskanals angeordnet sind, so dass eine verdampfte Phase des Fluids durch die eine oder die mehreren Auslassöffnungen hindurchtreten kann, während Tröpfchen des Fluids auf einen Teil der Mischkammer verteilt werden, der vom Bypasskanal entfernt ist, wo die Tröpfchen zur Verdampfung zurückgehalten werden.Mixing device according to one of the preceding claims, wherein the one or more outlet openings are arranged in the vicinity of the bypass channel, so that a vaporized phase of the fluid can pass through the one or more outlet openings, while droplets of the fluid are distributed onto a part of the mixing chamber , remote from the bypass channel where the droplets are retained for evaporation. Die Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischkammer einen Injektoreinlass zur Aufnahme von Fluidinjektorspray umfasst; optional ist der Injektoreinlass so ausgerichtet, dass er stromweise in eine konfigurierte Richtung der Abgaszirkulation innerhalb der Mischkammer injiziert.The mixing device of any preceding claim, wherein the mixing chamber includes an injector inlet for receiving fluid injector spray; optionally, the injector inlet is oriented to inject streamwise in a configured direction of exhaust gas circulation within the mixing chamber. Mischvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen eine Vielzahl von Auslassöffnungen sind, wobei ein Abstand zwischen einem ersten Paar der Auslassöffnungen relativ zu einem durchschnittlichen Abstand zwischen den Auslassöffnungen insgesamt vergrößert ist, und wobei der Injektoreinlass auf den vergrößerten Raum zwischen dem ersten Paar von Auslassöffnungen ausgerichtet ist.mixing device claim 11 wherein the one or more outlet ports are a plurality of outlet ports, wherein a distance between a first pair of the outlet ports is increased relative to an average distance between the outlet ports as a whole, and wherein the injector inlet is aligned with the increased space between the first pair of outlet ports is. Mischeranordnung, die die Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst und eine strömungsleitende Platte umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie stromabwärts des Bypasskanals angeordnet ist, wobei die strömungsleitende Platte einen Strömungsdeflektor umfasst und wobei der Bypasskanal und die eine oder mehreren Auslassöffnungen dem Strömungsdeflektor zugewandt sind; optional umfasst die strömungsleitende Platte eine Vielzahl von Öffnungen in einem Umfang des Strömungsdeflektors, wobei die Öffnungen Lamellenöffnungen umfassen können, die so konfiguriert sind, dass sie die Strömung in einen durch den Strömungsdeflektor verdeckten Raum leiten.A mixer assembly comprising the mixing device of any preceding claim and comprising a flow directing plate configured to be located downstream of the bypass duct, the flow directing plate including a flow deflector and the bypass duct and the one or more outlet openings facing the flow deflector are; optionally, the flow directing plate includes a plurality of openings in a perimeter of the flow deflector, where the openings may include louvered openings configured to direct flow into a space occluded by the flow deflector. Mischeranordnung nach Anspruch 13 mit einem Substratgehäuse, das so angeordnet ist, dass es die Mischvorrichtung und ein oder mehrere Substrate aufnehmen kann.mixer arrangement Claim 13 with a substrate housing arranged to receive the mixing device and one or more substrates. Mischeranordnung nach Anspruch 13 oder 14, die einen sekundären Bypasskanal umfasst, der zwischen dem Substratgehäuse und einem Außenumfang der Mischvorrichtung ausgebildet ist, wobei die eine oder die mehreren Auslassöffnungen von dem sekundären Bypasskanal weg weisen und wobei der sekundäre Bypasskanal eine kleinere Querschnittsfläche als der erste Bypasskanal aufweist; optional ist die Mischanordnung so konfiguriert, dass sie einen oder mehrere Sensoren aufnimmt und den einen oder die mehreren Sensoren in einem mit dem sekundären Bypasskanal verbundenen Strömungsweg positioniert.mixer arrangement Claim 13 or 14 comprising a secondary bypass channel formed between the substrate housing and an outer periphery of the mixing device, wherein the one or more outlet openings face away from the secondary bypass channel and wherein the secondary bypass channel has a smaller cross-sectional area than the first bypass channel; optionally, the mixing assembly is configured to receive one or more sensors and to position the one or more sensors in a flow path connected to the secondary bypass passage. Abgassystem mit der Mischeranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15.Exhaust system with the mixer arrangement according to one of Claims 13 until 15 . Fahrzeug mit der Abgasanlage nach Anspruch 16.vehicle with the exhaust system Claim 16 .
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