DE112014005333T5

DE112014005333T5 - Mischer

Info

Publication number: DE112014005333T5
Application number: DE112014005333.3T
Authority: DE
Inventors: Ismail Hakki Savci; Aydin Ayyildiz; Ender Akgul
Original assignee: Ford Otomotiv Sanayi AS
Current assignee: Ford Otomotiv Sanayi AS
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-08-04
Also published as: WO2015076765A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Mischer (1), der im Wesentlichen umfasst: Trimmer (3), die ermöglichen, dass Flüssigkeitspartikel durch Verteilen zerschmettert werden, und somit den Wirkungsgrad zu erhöhen, und Rippen (4), die ermöglichen, die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen, und verhindern, dass Harnstoffpartikel kristallisieren und an der Rohrwand anhaften, da deren Innentemperatur hoch ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mischer, der verhindert, dass Flüssigkeitspartikel wie etwa Kraftstoff und/oder Harnstoff, die von unterschiedlichen Punkten in die Abgasrohre von Abgassystemen eingespritzt werden, in dem Rohr anhaften und sich darin ansammeln.
Hintergrund der Erfindung
In der heutigen Zeit sind für Personenkraftwagen mit Benzin- oder Dieselkraftmaschine Emissionsgrenzwerte einiger Gase vorgegeben. Diese Gase umfassen Kohlenstoffmonoxid (CO), unverbrannten Kohlenwasserstoff (HC), Stickoxid (NOx) und die Partikel von Dieselkraftmaschinen (PM). Entsprechend den Normen, die für Emissionswerte gelten, ändern sich die Grenzwerte der Gase. Die Euro-Norm enthält die Regeln, um die Erzeugung schädlicher Substanzen der Kraftfahrzeughersteller zu begrenzen. Bis heute gibt es sechs identifizierte Euro-Normen.
In der SCR-Technologie, die ”Lösung aus der Kraftmaschine” genannt wird, wird AdBlue (Kraftstoff, der Harnstoff enthält, der mit 32,5% Wasser gemischt ist und entwickelt wurde, um Abgase zu regulieren) in das Abgas, das aus dem Krümmer kommt und sich anschließend durch die Katalysatoren bewegt, eingespritzt; daher wird das Ausmaß an schädlichen Gasen und an Flugasche verringert, so dass es mit den Euro-4- und Euro-5-Normen in Übereinstimmung ist.
Die SCR-Technologie beruht auf der Vermehrung von Abgasen mittels Harnstoff, der direkt in das Abgasrohr, das von der Kraftmaschine ankommt, eingespritzt wird. Ammoniummoleküle, die als Ergebnis der Verdampfung des Wassers in dem Harnstoff freigesetzt werden, der im Abgas bei einer hohen Temperatur freigesetzt wird, reagieren, während sie sich durch den katalytischen SCR-Umsetzer bewegen, und ermöglichen, dass schädliche Stickoxide in Stickstoff und Wasserdampf umgesetzt werden, die in der Luft natürlich vorkommen.
Das Dokument des internationalen Patents Nr. WO 2012089290 (A1) , eine im Stand der Technik bekannte Anmeldung, offenbart eine Vorrichtung, die verwendet wird, um die Fluide in dem Abgassystem zu verteilen. In der Vorrichtung ist eine Einspritzeinrichtung vorhanden. Die Einspritzeinrichtung leitet die Emission in der Abgasleitung in den Einlass des katalytischen SCR-Umsetzers ein. Durch eine Kombination mehrerer Einzelmaßnahmen werden gleichmäßige Fluidgemische, die durch vollständige Verdampfung von Abgas und von Fluiden in den Abgasfluiden gebildet sind, erhalten. Unter den Einzelmaßnahmen gibt es zumindest eine Verwirbelungserzeugungseinrichtung oder wenigstens eine Mischvorrichtung, einen katalytischen Umsetzer und die Einspritzdüse der Einspritzeinrichtung. Die Einspritzdüse ist in einem vorgegebenen Abstand in der Wand der Abgasleitung positioniert.
Das Patentdokument der Vereinigten Staaten Nr. US 2008250776 (A1) , eine im Stand der Technik bekannte Anmeldung, offenbart eine Mischvorrichtung, die an einem zylindrischen Durchlass montiert sein kann, der in der Abgasleitung vorhanden ist. In dem Durchlass gibt es einen äußeren und einen inneren Bereich. Der Durchlass überträgt einen Abgasstrom und einen Flüssigkeitsstrom wie etwa einen Harnstoffstrom. Die Mischvorrichtung besitzt einen Haltering, wobei der Haltering die Mischvorrichtung in dem Durchlass hält. In dem Haltering sind Rippen vorgesehen. Eine erste Mehrzahl der Rippen beaufschlagt den Abgasstrom und den Harnstoffstrom im äußeren Bereich des Durchlasses mit einer Drehgeschwindigkeitskomponente in einer ersten Richtung. Eine zweite Mehrzahl Rippen beaufschlagt den Abgasstrom und den Harnstoffstrom im inneren Bereich des Durchlasses mit einer Drehgeschwindigkeitskomponente in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung.
Das deutsche Patentdokument Nr. DE 10 2008 029 110 (A1) , eine im Stand der Technik bekannte Anmeldung, offenbart eine Misch- und Verdampfungseinrichtung, die sich in Abgassystemen der Brennkraftmaschinen befindet. Die Misch- und Verdampfungseinrichtung (7) besitzt einen Ringkörper (8), der innere Schaufeln (9) besitzt. Die Schaufeln sind mit Halteelementen (11) in einem Abgasführungsrohr (10) eines Abgassystems an einer Rohrwand (12) befestigt. Die Halteelemente (11) positionieren den Ringkörper.
In den oben erwähnten Dokumenten wird kein Mischer offenbart, der eine Oberfläche besitzt, auf der ein Trimmer ausgebildet ist, die Rippen besitzt und die somit ermöglicht, die Flüssigkeitspartikel zu zertrümmern, wenn sie um sie verteilt werden, und die den Wärmeübertragungsbereich erhöht.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischer zu schaffen, der ermöglicht, die Flüssigkeitspartikel zu zertrümmern, indem sie mittels der Trimmer, die um ihn ausgebildet sind, verteilt werden, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischer zu schaffen, der hinter der Einspritzung in irgendeinem Bereich des Abgassystems positioniert ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischer zu schaffen, der mittels seiner Rippenstruktur eine Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche ermöglicht.
Eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Mischer zu schaffen, der verhindert, dass die Harnstoffpartikel an der Rohrwand anhaften, indem sie kristallisieren, da seine Innentemperatur mittels der Rippenstruktur hoch ist.
Genaue Beschreibung der Erfindung
In den beigefügten Zeichnungen ist ein ”Mischer”, der entwickelt worden ist, um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu lösen, veranschaulicht, worin:
1 eine perspektivische Ansicht des Mischers an dem Abgasrohr ist;
2 eine perspektivische Ansicht des Mischers ist;
3 eine Vorderansicht des Mischers ist; und
4 eine Seitenansicht des Mischers ist.
Die in den Figuren angegebenen Komponenten besitzen die folgenden Bezugszeichen:
Bezugszeichenliste

1: Mischer
2: Körper
3: Rippe
4: Trimmer
P: Abgasrohr

Der erfindungsgemäße Mischer (1), der verhindert, dass der Harnstoff oder der Kraftstoff, die von der Einspritzeinrichtung in Abgasrohre (P) gesprüht werden, an den Wänden des Rohrs (P) haften, umfasst im Wesentlichen:

– wenigstens einen Körper (2),
– wenigstens eine Rippe (3), die unter einem bestimmten Winkel an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) positioniert ist,
– wenigstens einen Trimmer (4), der sich von der äußeren Oberfläche des Körpers (2) nach außen öffnet.

Gemäß der Euro-6-Norm sind Rohre (P) mit Winkeln von 90 Grad angeordnet, indem sie in dem Rohr (P) in Abgasrohren (P) verbunden sind, so dass in Abgassystemen kein Wärmeverlust auftritt.
Aufgrund der Anordnung von Harnstoff, der in Euro-6-Systemen in das Abgassystem gesprüht wird, müssen Abgasrohre (P) mit 90-Grad-Winkel verwendet werden. Die Verwendung von Abgasrohren (P) mit 90-Grad-Winkel bewirkt, dass Harnstoff, der eingespritzt wird, an der Rohrwand haftet, während sich das Abgas um Ecken mit Winkeln von 90 Grad bewegt, da es schnell ist. Aus diesem Grund muss Harnstoff, der während dieser Biegung eingespritzt wird, vor dem Abgas geschützt werden.
Das Abgas wird, während es sich um den Körper (2) bewegt, mittels der Rippen (3) in einen geradlinigen Strömungskreis umgewandelt, wobei die Mischung hinter dem Körper (2) zunimmt.
Bei dem erfindungsgemäßen Mischer (1) entwickeln Abgas und/oder Harnstoff, während sie sich um den Körper (2) bewegen, aufgrund seiner vorzugsweise konischen Struktur eine Drehverwirbelungsströmung. Das Gemisch tritt außerdem durch die Trimmer (4) auf der äußeren Oberfläche des Körpers (2) in den Körper (2) ein und ermöglicht, dass die eingespritzte Flüssigkeit kreisförmig verteilt und vermischt wird. Die Trimmer (4) können sich innerhalb oder außerhalb der Kreisstruktur befinden. Ferner können die Trimmer (4) geradlinig sein oder eine sich verschmälernde Struktur besitzen, um eine kreisförmige Strömung zu erzeugen. Die Anzahl der Trimmer (4) und der Rippen (3), die in dem Körper (2) vorgesehen sind, kann mit einer bevorzugten Rate entsprechend dem Umlauf der Strömung verringert oder erhöht werden. Die Trimmer (4), die an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) vorgesehen sind, ermöglichen, dass das Fluid in den Körper (2) eintritt, so dass es eine Wendung vollzieht. Dieses Mittel bewirkt, dass die Flüssigkeitspartikel zertrümmert werden und der Wirkungsgrad erhöht wird. Ferner nimmt kraft der Rippen (3), die an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) positioniert sind, die Wärmeübertragungsoberfläche zu, wobei der Körper (2) heiß wird. Die Rippen (3) sind an dem Körper (2) unter bestimmten Winkeln positioniert. Durch die Positionierung der Rippen (3) auf diese Weise wird in der Strömung ein vollständiger Kreis gebildet, so dass die Mischung perfekt wird.
Da die Rippen (3) auf der äußeren Oberfläche des Körpers (2) dem Abgas ermöglichen, sich durch Drehen zu bewegen, ermöglichen sie auch eine Homogenisierung des Abgas/Harnstoff-Gemisches.
Kraft der ringförmigen Trimmer (4), die an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) vorgesehen sind, tritt das Abgas in den Körper (2) ein, wobei es rotiert, so dass es sich mit dem von hier eingesprühten Harnstoff mischt. Während die Trimmer (4) den Harnstoff aus dem Körper (2) drücken, ermöglichen sie auch, dass er sich rotatorisch bewegt, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Da die Struktur der Rippen (3) Wärme überträgt, sind die Temperatur des Körpers (2) und die Innentemperatur des Körpers (2) hoch, wobei eine hohe Temperatur verhindert, dass Harnstoffpartikel kristallisieren.

Claims

Mischer (1), der verhindert, dass Harnstoff oder Kraftstoff, die von der Einspritzeinrichtung in Abgasrohre (P) gesprüht werden, an den Wänden eines Rohrs (P) anhaftet, im Wesentlichen gekennzeichnet durch – wenigstens einen Körper (2), – wenigstens eine Rippe (3), die unter einem bestimmten Winkel an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) positioniert ist, – wenigstens einen Trimmer (4), der sich von der äußeren Oberfläche des Körpers (2) nach außen öffnet.
Mischer (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Rippen (3), die die geradlinige Strömung in eine kreisförmige Strömung umwandeln, während sich das Abgas um den Körper (2) bewegt, und ermöglichen, dass die Mischung hinter dem Körper (2) zunimmt.
Mischer (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Körper (2), der durch seine vorzugsweise konische Struktur ermöglicht, eine Drehverwirbelungsströmung des Abgases und/oder des Harnstoffs zu bilden, während sie sich um ihn bewegen.
Mischer (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Trimmer (4), die an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) vorgesehen sind und dem Fluid durch Drehung ermöglichen, in den Körper (2) einzutreten, was bewirkt, dass die Flüssigkeitspartikel zerschmettert werden und der Wirkungsgrad erhöht wird.
Mischer (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Rippen (3), die an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) positioniert sind und ermöglichen, dass sich der Körper (2) durch Erhöhung der Wärmeübertragungsoberfläche erhitzt.
Mischer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (3), die sich an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) befinden, eine Homogenisierung des Abgas/Harnstoff-Gemisches ermöglichen, da sie bewirken, dass sich das Abgas außerhalb des Körpers (2) rotatorisch bewegt.
Mischer (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ringförmige Trimmer (4), die sich an der äußeren Oberfläche des Körpers (2) befinden und dem Abgas ermöglichen, rotatorisch in den Körper (2) einzutreten und sich dadurch mit dem eingesprühten Harnstoff vermischen.
Mischer (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Trimmer (4), die den Harnstoff aus dem Körper (2) drücken und ihm ermöglichen, sich gleichzeitig rotatorisch zu bewegen, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Rippe (3), die ermöglicht, dass die Temperatur des Körpers (2) und die Innentemperatur des Körpers (2) hoch sind, da sie Wärme überträgt und somit verhindert, dass Harnstoffpartikel kristallisieren.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Trimmer (4), der sich innerhalb oder außerhalb der Kreisstruktur befinden kann.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Trimmer (4), der geradlinig sein kann oder eine sich verschmälernde Struktur besitzen kann, um eine kreisförmige Strömung zu bilden.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Trimmer (4), deren Anzahl sich mit einer bevorzugten Rate entsprechend dem Umlauf der Strömung verringern kann.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Rippen (3), deren Anzahl sich mit einer bevorzugten Rate entsprechend dem Umlauf der Strömung verringern kann.
Mischer (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Rippen (3), die sich an dem Körper (2) unter einem bestimmten Winkel befinden und deren Anzahl sich vorzugsweise entsprechend dem Umlauf ändern kann.