DE112017002859T5 - Double mixer for exhaust aftertreatment systems - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Doppelmischer (36) zum Vermischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einer Mischstrecke (34) eines Systems (24) zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) offenbart. Der Doppelmischer (36) kann einen ersten Mischer (37) mit einem Gitter (40) und mehreren trapezförmigen Lamellen (48), die vom Gitter (40) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen, umfassen. Ferner kann der Doppelmischer (36) einen Wirbelmischer (38) umfassen, der stromabwärts vom ersten Mischer (37) angeordnet und von diesem durch einen Abstand getrennt ist. Der Wirbelmischer (38) kann eine Basis (54) und drei Anordnungen (56) von verwirbelnden Lamellen (58), die von der Basis (54) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen, aufweisen. Die verwirbelnden Lamellen (58) in jeder der Anordnungen (56) können in eine gemeinsame Richtung (62) orientiert sein, die um etwa 60° gegenüber der gemeinsamen Richtung (62) der verwirbelnden Lamellen (58) in einer benachbarten Anordnung (56) gedreht ist.A double mixer (36) for mixing a reducing agent (28) with exhaust gas (16) in a mixing section (34) of a selective catalytic reduction (SCR) aftertreatment system (24) is disclosed. The twin mixer (36) may comprise a first mixer (37) having a grid (40) and a plurality of trapezoidal laminations (48) projecting from the grid (40) in the flow direction of the exhaust gas (16). Further, the double mixer (36) may include a vortex mixer (38) disposed downstream of the first mixer (37) and separated therefrom by a distance. The vortex mixer (38) may include a base (54) and three arrays (56) of swirling vanes (58) projecting from the base (54) in the flow direction of the exhaust gas (16). The swirling vanes (58) in each of the assemblies (56) may be oriented in a common direction (62) that is rotated about 60 ° from the common direction (62) of the swirling vanes (58) in an adjacent assembly (56) is.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Mischer für Abgasnachbehandlungssysteme und insbesondere einen Doppelmischer zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einem System zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR).The present disclosure relates generally to mixers for exhaust aftertreatment systems, and more particularly to a twin mixer for mixing a reductant with exhaust gas in a selective catalytic reduction (SCR) treatment system.

Hintergrundbackground

Stickoxid- (NOx-) Gase, wie etwa Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2), sind Schadstoffe, die entstehen können, wenn Kraftstoff in Verbrennungsmotoren bei hohen Temperaturen verbrannt wird. Diese Gase können gesundheitsschädigende Wirkungen haben und an der Bildung von Smog und saurem Regen beteiligt sein. Um Vorschriften einzuhalten, die immer niedrigere NOx-Emissionen fordern, können Hersteller von Kraftmaschinen gezwungen sein, Technologien einzusetzen, die die NOx-Emissionen im Kraftmaschinenabgas wesentlich herabsetzen. Eine solche Technologie umfasst Systeme zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR), die die Reduktion von NOx im Abgas zu Stickstoff und Wasser katalysieren, bevor das Abgas aus einem Abgasauslass, wie etwa einem Endrohr, freigesetzt wird. In einem SCR-Nachbehandlungssystem wird ein Reduktionsmittel als Flüssigkeit in den Abgasstrom des Abgasrohrs eingespritzt, und das Gemisch aus Reduktionsmittel und Abgas wird durch einen nachgelagerten SCR-Katalysator geleitet, der unter Verwendung des Reduktionsmittels die Reduktion von NOx im Abgasstrom katalysiert. Das Reduktionsmittel kann Ammoniak sein oder es kann Harnstoff, der anschließend im Abgasstrom zu Ammoniak hydrolysiert wird, sein. Im Zusammenhang mit Dieselmotoren wird ein Reduktionsmittel, das aus Harnstoff und Wasser besteht, als Dieselabgasfluid (DEF) bzw. AdBlue® bezeichnet.Nitric oxide (NO x ) gases, such as nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2), are pollutants that can be produced when fuel is burned in internal combustion engines at high temperatures. These gases can have harmful effects and be involved in the formation of smog and acid rain. To comply with regulations requiring ever-decreasing NO x emissions, engine manufacturers may be forced to employ technologies that substantially reduce NO x emissions in engine exhaust. One such technology includes selective catalytic reduction (SCR) post-treatment systems that catalyze the reduction of NO x in the exhaust gas to nitrogen and water before the exhaust gas is released from an exhaust gas outlet, such as a tailpipe. In an SCR aftertreatment system, a reducing agent is injected as a liquid into the exhaust stream of the exhaust pipe, and the mixture of reducing agent and exhaust gas is passed through a downstream SCR catalytic converter, the x catalyzed using the reducing agent the reduction of NO in the exhaust stream. The reducing agent may be ammonia or it may be urea, which is subsequently hydrolyzed to ammonia in the exhaust gas stream. In connection with diesel engines, a reducing agent consisting of urea and water, as a diesel exhaust fluid (DEF) or AdBlue ® is referred to.

Das Reduktionsmittel sollte vor der Einbringung in den SCR-Katalysator verdampft und gut mit dem Abgas vermischt werden, um sicherzustellen, dass die Reduktion von NOx im SCR-Katalysator effizient verläuft. Die Verdampfung des Reduktionsmittels unterstützt nicht nur eine gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas, sondern verhindert auch jede unerwünschte Ansammlung von Reduktionsmittel-Ablagerungen im Abgasrohr, die zu verminderten Umwandlungswirkungsgraden sowie zu einem erhöhten Gegendruck im Abgasrohr führen könnte. Um die Verdampfung des Reduktionsmittels und das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zu fördern, kann im Abgasrohr zwischen dem Injektor und dem SCR-Katalysator ein Mischer vorgesehen werden. Es kann jedoch eine Herausforderung sein, einen Mischer bereitzustellen, der die Leistungsanforderungen sowohl hinsichtlich des Vermischens des Reduktionsmittels mit dem Abgas als auch hinsichtlich der Verminderung von Ablagerungen durch Förderung der Reduktionsmittel-Verdampfung erfüllt.The reductant should be vaporized prior to introduction into the SCR catalyst and mixed well with the exhaust gas to ensure that the reduction of NO x in the SCR catalyst is efficient. The evaporation of the reductant not only aids in uniform distribution of the reductant in the exhaust, but also prevents any undesirable accumulation of reductant deposits in the exhaust pipe which could result in reduced conversion efficiencies as well as increased backpressure in the exhaust pipe. In order to promote the evaporation of the reducing agent and the mixing of the reducing agent with the exhaust gas, a mixer can be provided in the exhaust pipe between the injector and the SCR catalyst. However, it may be challenging to provide a mixer that meets the performance requirements of both blending the reductant with the exhaust gas and reducing deposits by promoting reductant evaporation.

Ein Beispiel für einen Reduktionsmittelmischer ist im US-Patent Nummer 8,607,555 beschrieben. Das Patent offenbart ein Mischelement, das ein Gitter umfasst, welches Reihen trapezförmiger Abweiserelemente trägt, die in verschiedene Richtungen orientiert sind. Außerdem offenbart das Patent ein Mischelement, das vier Felder von Abweiserelementen aufweist, die um 90° in Bezug aufeinander gedreht sind, um eine Rotationsbewegung der durch den Mischer strömenden Abgase und Reduktionsmittel zu erzeugen.An example of a reducing agent mixer is in U.S. Patent Number 8,607,555 described. The patent discloses a mixing element comprising a grid carrying rows of trapezoidal deflector elements oriented in different directions. In addition, the patent discloses a mixing element having four arrays of deflector elements rotated 90 degrees with respect to each other to produce rotational movement of the exhaust gases and reductant flowing through the mixer.

Obwohl die vorstehend erwähnten Mischelemente effektiv sind, besteht nach wie vor Bedarf an verbesserten Mischsystemen, die sowohl die Verdampfung des Reduktionsmittels als auch das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas vor der Einbringung in den SCR-Katalysator fördern.Although the above-mentioned mixing elements are effective, there is still a need for improved mixing systems that promote both the evaporation of the reducing agent and the mixing of the reducing agent with the exhaust gas prior to introduction into the SCR catalyst.

KurzdarstellungSummary

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Doppelmischer zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einer Mischstrecke eines Systems zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) offenbart. Der Doppelmischer kann einen ersten Mischer umfassen, der in der Mischstrecke angeordnet ist und ein Gitter aufweist, das ein Hindurchströmen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht. Der erste Mischer kann ferner mehrere trapezförmige Lamellen aufweisen, die vom Gitter in Strömungsrichtung des Abgases vorstehen. Ferner kann der Doppelmischer auch einen Wirbelmischer umfassen, der stromabwärts vom ersten Mischer in der Mischstrecke angeordnet und von diesem durch einen Abstand getrennt ist. Der Wirbelmischer kann eine Basis aufweisen, die das Hindurchströmen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht, und drei Reihen verwirbelnder Lamellen, die von der Basis in Strömungsrichtung des Abgases vorstehen. Die verwirbelnden Lamellen können in einer dreieckigen Konfiguration um ein Zentrum des Mischers angeordnet sein, um im Reduktionsmittel und im Abgas, die durch den Wirbelmischer strömen, eine Wirbelbewegung hervorzurufen. In jeder der Anordnungen können die verwirbelnden Lamellen in eine gemeinsame Richtung orientiert sein, die um etwa 60° gegenüber der gemeinsamen Richtung der verwirbelnden Lamellen in einer benachbarten Anordnung gedreht ist.According to one aspect of the present disclosure, a double mixer is used for Mixing of a reducing agent with exhaust gas in a mixing section of a selective catalytic reduction (SCR) treatment system disclosed. The twin mixer may include a first mixer disposed in the mixing section and having a grid that allows the reducing agent and the exhaust gas to flow therethrough. The first mixer may further comprise a plurality of trapezoidal louvers projecting from the lattice in the flow direction of the exhaust gas. Further, the double mixer may also include a vortex mixer disposed downstream from the first mixer in the mixing section and separated therefrom by a distance. The vortex mixer may have a base that allows the flow of the reducing agent and the exhaust gas, and three rows of vortexing fins projecting from the base in the direction of flow of the exhaust gas. The swirling vanes may be arranged in a triangular configuration about a center of the mixer to cause turbulence in the reductant and the exhaust gas flowing through the vortex mixer. In each of the arrangements, the swirl vanes may be oriented in a common direction that is rotated about 60 ° from the common direction of the swirl vanes in an adjacent arrangement.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Doppelmischer zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit Abgas in einem Abgasrohr stromaufwärts von einem Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) offenbart. Der Doppelmischer kann einen ersten Mischer umfassen, der ein planes Gitter und mehrere parallele Reihen trapezförmiger Lamellen, die von dem planen Gitter in Strömungsrichtung des Abgases vorstehen, aufweist. Die trapezförmigen Lamellen in jeder der parallelen Reihen können sich in der Orientierungsrichtung abwechseln und können um etwa 20° in Bezug auf das plane Gitter geneigt sein. Ferner kann der Doppelmischer stromabwärts vom ersten Mischer und in einem Abstand davon einen Wirbelmischer umfassen. Der Wirbelmischer kann eine plane Basis mit mehreren radialen Schenkeln aufweisen, die sich radial vom Zentrum der Basis erstrecken und in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Ferner kann der Wirbelmischer mehrere trapezförmige verwirbelnde Lamellen aufweisen, die von jedem der radialen Schenkel in Strömungsrichtung des Abgases vorstehen. Die von jedem der radialen Schenkel vorstehenden trapezförmigen verwirbelnden Lamellen können in eine gemeinsame Richtung orientiert sein, die um einen Winkel in Bezug auf die gemeinsame Richtung der trapezförmigen verwirbelnden Lamellen, die von einem benachbarten radialen Schenkel vorstehen, gedreht ist.According to another aspect of the present disclosure, a twin mixer for mixing a reductant with exhaust gas in an exhaust pipe upstream of a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst) is disclosed. The twin mixer may include a first mixer having a planar grid and a plurality of parallel rows of trapezoidal louvers projecting from the planar grid in the flow direction of the exhaust gas. The trapezoidal louvers in each of the parallel rows may alternate in the orientation direction and may be inclined at about 20 ° with respect to the planar lattice. Further, the double mixer may include a vortex mixer downstream of and at a distance from the first mixer. The vortex mixer may have a planar base with a plurality of radial legs extending radially from the center of the base and equally spaced circumferentially. Further, the vortex mixer may include a plurality of trapezoidal swirling vanes protruding from each of the radial legs in the flow direction of the exhaust gas. The trapezoidal swirl vanes projecting from each of the radial legs may be oriented in a common direction which is rotated at an angle with respect to the common direction of the trapezoidal swirl vanes protruding from an adjacent radial leg.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) bei Abgasen eines Dieselmotors offenbart. Das SCR-Nachbehandlungssystem kann ein Abgasrohr, das dafür ausgelegt ist, das Abgas vom Dieselmotor zu einem Abgasauslass zu befördern, einen Injektor, der dafür ausgelegt ist, Dieselabgasfluid (DEF) in das Abgasrohr einzuspritzen, und stromabwärts vom Injektor einen SCR-Katalysator, der dafür ausgelegt ist, die Reduktion von NOx im Abgas zu katalysieren, umfassen. Ferner kann das SCR-Nachbehandlungssystem einen Doppelmischer umfassen, der im Abgasrohr stromabwärts vom Injektor und stromaufwärts vom SCR-Katalysator angeordnet ist. Der Doppelmischer kann einen ersten Mischer umfassen, der dafür ausgelegt ist, eine Verdampfung des hindurchströmenden DEF zu fördern. Der erste Mischer kann ein planes Gitter und mehrere parallele Reihen Lamellen, die von dem planen Gitter stromabwärts vorstehen, aufweisen. Die Lamellen des ersten Mischers können um etwa 20° in Bezug auf das plane Gitter geneigt sein. Ferner kann der Doppelmischer stromabwärts vom ersten Mischer einen Wirbelmischer umfassen, der dafür ausgelegt ist, das Durchmischen des DEF und des Abgases, die hindurchströmen, zu fördern. Der Wirbelmischer kann Anordnungen von verwirbelnden Lamellen aufweisen, die vom Wirbelmischer stromabwärts vorstehen. Jede der Anordnungen des Wirbelmischers kann mehrere parallele Reihen verwirbelnder Lamellen aufweisen, die in eine gemeinsame Richtung orientiert sind, die um etwa 60° gegenüber der gemeinsamen Richtung einer benachbarten Anordnung gedreht ist.According to another aspect of the present disclosure, a selective catalytic reduction (SCR) aftertreatment system is disclosed in exhaust gases of a diesel engine. The SCR aftertreatment system may include an exhaust pipe configured to convey the exhaust from the diesel engine to an exhaust outlet, an injector configured to inject diesel exhaust fluid (DEF) into the exhaust pipe, and an SCR catalyst downstream of the injector designed to catalyze the reduction of NO x in the exhaust gas. Further, the SCR aftertreatment system may include a dual mixer disposed in the exhaust pipe downstream of the injector and upstream of the SCR catalyst. The twin mixer may include a first mixer configured to promote evaporation of the DEF flowing therethrough. The first mixer may have a planar grid and a plurality of parallel rows of fins projecting downstream from the planar grid. The fins of the first mixer may be inclined by about 20 ° with respect to the plane grid. Further, the double mixer downstream of the first mixer may comprise a vortex mixer adapted to promote the mixing of the DEF and the exhaust gas flowing therethrough. The vortex mixer may include arrays of fluidizing fins projecting downstream from the vortex mixer. Each of the arrangements of the vortex mixer may comprise a plurality of parallel rows of fluidizing fins oriented in a common direction rotated about 60 ° from the common direction of an adjacent arrangement.

Diese und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden beim Lesen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung verständlicher.These and other aspects and features of the present disclosure will become more apparent upon reading in conjunction with the accompanying drawings.

Figurenlistelist of figures

  • 1 ist eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Abgasnachbehandlungssystems für eine Kraftmaschine, das einen Doppelmischer zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit einem Abgas aufweist. 1 FIG. 10 is a schematic illustration of an exhaust after-treatment system for an engine constructed in accordance with the present disclosure having a dual mixer for mixing a reductant with an exhaust gas. FIG.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten ersten Mischers des Doppelmischers von 1. 2 FIG. 15 is a perspective view of a first mixer of the double mixer of FIG 1 ,
  • 3 ist eine Draufsicht auf eine der gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten trapezförmigen Lamellen, allein dargestellt, des Mischers. 3 FIG. 12 is a plan view of one of the trapezoidal fins formed in accordance with the present disclosure, shown alone, of the mixer. FIG.
  • 4 ist eine Draufsicht auf einen gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Wirbelmischer des Doppelmischers von 1. 4 FIG. 10 is a plan view of a vortex mixer of the double mixer of FIG 1 ,
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, von der Seite, des gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Wirbelmischers. 5 FIG. 12 is a side perspective view of the vortex mixer constructed in accordance with the present disclosure. FIG.
  • 6 ist eine Seitenansicht des gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Wirbelmischers. 6 FIG. 10 is a side view of the vortex mixer constructed in accordance with the present disclosure. FIG.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten Trägerelements, allein dargestellt, des Wirbelmischers. 7 FIG. 12 is a perspective view of a support member formed according to the present disclosure, shown alone, of the vortex mixer. FIG.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgebildeten radialen Schenkels, allein dargestellt, des Wirbelmischers. 8th FIG. 12 is a perspective view of a radial leg formed by the present disclosure, shown alone, of the vortex mixer. FIG.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht, von unten, einer Wirbelmischereinheit, die durch Zusammenfügen eines radialen Schenkels mit Trägerelementen gemäß einem Verfahren der vorliegenden Offenbarung gebildet ist. 9 FIG. 12 is a bottom perspective view of a vortex mixer unit formed by assembling a radial leg with support members in accordance with a method of the present disclosure. FIG.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, von unten, von zwei der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung zusammengefügten Einheiten. 10 FIG. 12 is a bottom perspective view of two of the units assembled according to the method of the present disclosure. FIG.
  • 11 ist eine perspektivische Ansicht, von unten, von drei der Einheiten, die gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung zusammengefügt und an Knotenpunkten verschweißt sind, um den Wirbelmischer bereitzustellen. 11 Figure 3 is a bottom perspective view of three of the units assembled and welded together at nodes to provide the vortex mixer according to the method of the present disclosure.

Ausführliche BeschreibungDetailed description

In der Zeichnung, auf die nun Bezug genommen wird, und insbesondere in 1, ist ein Abgasnachbehandlungssystem 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12, wie etwa einen Dieselmotor 14, gezeigt. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann Komponenten umfassen, die mindestens einen Teil der Schadstoffe in einem von der Kraftmaschine 12 durch ein Abgasrohr 18 ausgestoßenen Abgas 16 entfernen, bevor das Abgas aus einem Abgasauslass 20, wie etwa einem Endrohr, freigesetzt wird. Insbesondere kann das Nachbehandlungssystem 10 einen im Abgasrohr 18 angeordneten Partikelfilter 22 umfassen, der Partikel aus dem Abgas 16 herausfiltert. Stromabwärts vom Partikelfilter 22 im Abgasrohr 18 kann sich ein System 24 zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) befinden, um die Reduktion von NOx im Abgas 16 zu Stickstoff und Wasser zu katalysieren. Bei alternativen Ausgestaltungen des Nachbehandlungssystems 10 kann ein Partikelfilter fehlen.In the drawing, to which reference is now made, and in particular in 1 , is an exhaust aftertreatment system 10 for an internal combustion engine 12 like a diesel engine 14 , shown. The exhaust aftertreatment system 10 may include components that contain at least a portion of the pollutants in one of the engine 12 through an exhaust pipe 18 expelled exhaust 16 Remove before the exhaust gas from an exhaust outlet 20 , such as a tailpipe, is released. In particular, the aftertreatment system 10 one in the exhaust pipe 18 arranged particulate filter 22 include, the particles from the exhaust gas 16 filters out. Downstream of the particulate filter 22 in the exhaust pipe 18 can a system 24 for post-treatment by means of selective catalytic reduction (SCR) to the reduction of NO x in the exhaust gas 16 to catalyze nitrogen and water. In alternative embodiments of the aftertreatment system 10 may be missing a particulate filter.

Das SCR-Nachbehandlungssystem 24 kann einen Injektor 26 zum Einspritzen eines Reduktionsmittels 28 aus einer Versorgungsquelle 30 in das im Abgasrohr 18 strömende Abgas 16 umfassen. Das Reduktionsmittel 28 kann ein Gemisch aus Harnstoff und Wasser (auch als Dieselabgasfluid (DEF), wenn die Kraftmaschine 12 ein Dieselmotor ist, bzw. AdBlue® bezeichnet) sein, und der Harnstoff kann im Abgasrohr 18 zu Ammoniak hydrolysiert werden. Alternativ kann das Reduktionsmittel 28 Ammoniak sein. Das Reduktionsmittel 28 kann zunächst als Flüssigkeit in das Abgasrohr 18 eingespritzt und später im Abgasrohr 18 verdampft werden (siehe weitere Details im Folgenden). Stromabwärts vom Injektor 26 kann sich ein Katalysator 32 befinden, der das Reduktionsmittel 28 verwendet, um die Reduktion von NOx im Abgas 16 zu Stickstoff und Wasser zu katalysieren, bevor eine Freisetzung des Abgases durch den Auslass 20 erfolgt.The SCR aftertreatment system 24 can an injector 26 for injecting a reducing agent 28 from a supply source 30 in the exhaust pipe 18 flowing exhaust gas 16 include. The reducing agent 28 can be a mixture of urea and water (also called diesel exhaust fluid (DEF) when the engine 12 a diesel engine is, or AdBlue ® designates), and the urea can in the exhaust pipe 18 be hydrolyzed to ammonia. Alternatively, the reducing agent 28 Be ammonia. The reducing agent 28 Can first as a liquid in the exhaust pipe 18 injected and later in the exhaust pipe 18 be vaporized (see more details below). Downstream of the injector 26 can be a catalyst 32 which is the reducing agent 28 used to reduce NO x in the exhaust 16 to catalyze nitrogen and water before releasing the exhaust gas through the outlet 20 he follows.

Das SCR-Nachbehandlungssystem 24 kann auch eine Mischstrecke 34 umfassen, wie etwa ein Mischrohr 35, das Teil des Abgasrohrs 18 ist und sich zwischen dem Injektor 26 und dem SCR-Katalysator 32 erstreckt. In der Mischstrecke 34 kann das Reduktionsmittel 28 verdampft und/oder in kleinere Tröpfchen zerlegt und mit dem Abgas vermischt werden, bevor es in den Katalysator 32 eingeleitet wird. Zu diesem Zweck kann die Mischstrecke 34 einen Doppelmischer 36 enthalten, der aus einem ersten Mischer 37 und einem Wirbelmischer 38 stromabwärts vom ersten Mischer 37 besteht. Insbesondere kann der erste Mischer 37 Flüssigkeitströpfchen des Reduktionsmittels 28 verdampfen und/oder die Reduktionsmittel-Flüssigkeit in kleinere Tröpfchen zerlegen, während der Wirbelmischer 38 die Verdampfung des Reduktionsmittels weiter verbessern und im Reduktionsmittel und im Abgas eine Wirbel- bzw. Drallbewegung hervorrufen kann, um eine gründliche Durchmischung zu unterstützen.The SCR aftertreatment system 24 can also be a mixed route 34 include, such as a mixing tube 35 , the part of the exhaust pipe 18 is and is between the injector 26 and the SCR catalyst 32 extends. In the mixing section 34 can the reducing agent 28 vaporized and / or decomposed into smaller droplets and mixed with the exhaust gas before entering the catalyst 32 is initiated. For this purpose, the mixing section 34 a double mixer 36 included, from a first mixer 37 and a vortex mixer 38 downstream from the first mixer 37 consists. In particular, the first mixer 37 Liquid droplets of the reducing agent 28 evaporate and / or decompose the reducing agent liquid into smaller droplets while the vortex mixer 38 Further improve the evaporation of the reducing agent and cause a swirling motion in the reducing agent and in the exhaust gas to promote a thorough mixing.

Der erste Mischer 37 und der Wirbelmischer 38 können durch einen Abstand getrennt sein, der basierend auf der Leistung optimiert werden kann. In einem nicht einschränkenden Beispiel können der erste Mischer 37 und der Wirbelmischer 38 durch etwa 51 mm (2 Zoll) bis etwa 178 mm (7 Zoll) voneinander getrennt sein, obgleich in Abhängigkeit von verschiedenen konstruktiven Erwägungen, wie etwa dem Volumenstrom des Reduktionsmittels und dem Durchmesser des Abgasrohrs, der Trennabstand von diesem Bereich abweichen kann.The first mixer 37 and the vortex mixer 38 can be separated by a distance that can be optimized based on performance. In a non-limiting example, the first mixer 37 and the vortex mixer 38 by about 51 mm (2 inches) to about 178 mm (7 inches) apart, although depending on various design considerations, such as the volumetric flow rate of the reducing agent and the diameter of the exhaust pipe, the separation distance may vary from this range.

Außerdem können wegen der Korrosionswirkung des Reduktionsmittels 28 und der Vibrationen im Abgasrohr 18 sowohl der erste Mischer 37 als auch der Wirbelmischer 38 aus einem Werkstoff sein, der korrosionsbeständig und robust genug ist, um Vibrationen auszuhalten. So können beispielsweise der erste Mischer 37 und der Wirbelmischer 38 beide aus nichtrostendem Stahl gebildet sein.In addition, because of the corrosive action of the reducing agent 28 and the vibrations in the exhaust pipe 18 both the first mixer 37 as well as the vortex mixer 38 Made of a material that is resistant to corrosion and robust enough to withstand vibration. For example, the first mixer 37 and the vortex mixer 38 both made of stainless steel.

Nun zu 2: Der erste Mischer 37 ist allein dargestellt. Der erste Mischer 37 kann ein ebenes Gitter 40 aufweisen, das aus mehreren ersten Trägerelementen 42 gebildet ist, die senkrecht zu mehreren zweiten Trägerelementen 44 angeordnet sind und diese kreuzen, um Löcher 46 zu umgrenzen, die den Durchgang des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 durch den Mischer 37 ermöglichen. Vom Gitter 40 können in Strömungsrichtung des Abgases 16 (d. h. stromabwärts im Abgasrohr 18) mehrere Lamellen 48 abstehen, was die Verdampfung des Reduktionsmittels 28 fördert. Alle Lamellen 48 des ersten Mischers 37 können eine gemeinsame Form und die gleichen Abmessungen aufweisen. Insbesondere können alle Lamellen 48 eine Trapezform mit einer breiteren Basis 49 und einem schmaleren oberen Ende 51 aufweisen (siehe 3). In einer Ausgestaltung kann der erste Mischer 37 einen Durchmesser (d) von etwa 127 mm (5 Zoll) aufweisen, und jede der Lamellen 48 kann eine Dicke (t) von etwa 1 bis etwa 2 mm oder von etwa 1 bis etwa 1,6 mm (siehe 2) und eine Länge (l), die sich von der Basis 49 bis zum oberen Ende 51 erstreckt, von etwa 15 (±2) mm aufweisen (siehe 3). Außerdem kann bei dieser Ausgestaltung die Breite (w) der Basis 49 etwa 10,5 (±1) mm betragen, und die Breite (w) des oberen Endes 51 kann etwa 6 (±1) mm betragen (siehe 3). Die Abmessungen des Mischers 37 und der Lamellen 48 können jedoch mit dem Durchmesser des Abgasrohrs 18 skalierbar sein, wobei für größere Abgasrohre 18 größere Mischer 37/Lamellen 48 verwendet werden. Überdies können die Lamellen 48 bei alternativen Ausgestaltungen andere Formen aufweisen, wie etwa quadratische, rechteckige, dreieckige, kugelförmige, ovale oder andere polygonale und formlose Konfigurationen, ohne darauf beschränkt zu sein.now to 2 : The first mixer 37 is shown alone. The first mixer 37 can a flat grid 40 comprising, consisting of a plurality of first support elements 42 is formed, which is perpendicular to a plurality of second support elements 44 are arranged and these intersect to holes 46 to delimit the passage of the reducing agent 28 and the exhaust gas 16 through the mixer 37 enable. From the grid 40 can in the flow direction of the exhaust gas 16 (ie downstream in the exhaust pipe 18 ) several fins 48 stick out what the evaporation of the reducing agent 28 promotes. All slats 48 of the first mixer 37 may have a common shape and the same dimensions. In particular, all slats 48 a trapezoidal shape with a broader base 49 and a narrower upper end 51 have (see 3 ). In one embodiment, the first mixer 37 have a diameter (d) of about 127 mm (5 inches), and each of the fins 48 may have a thickness (t) of from about 1 to about 2 mm or from about 1 to about 1.6 mm (see 2 ) and a length (l) extending from the base 49 to the top 51 extending, of about 15 (± 2) mm have (see 3 ). In addition, in this embodiment, the width (w) of the base 49 about 10.5 (± 1) mm, and the width (w) of the upper end 51 may be about 6 (± 1) mm (see 3 ). The dimensions of the mixer 37 and the slats 48 However, with the Diameter of the exhaust pipe 18 be scalable, with larger exhaust pipes 18 larger mixer 37 / fins 48 are used. Moreover, the slats 48 in alternative embodiments, other shapes such as, but not limited to, square, rectangular, triangular, spherical, oval, or other polygonal and informal configurations.

Nach wie vor mit Bezug auf 2: Die Lamellen 48 des ersten Mischers 37 können unter einem festen Winkel (α) in Bezug auf die Ebene des Gitters 40 orientiert sein, der in Abhängigkeit von der Ausführung des Mischers 37 zwischen etwa 10° und etwa 80° variieren kann. Bei einer Anordnung kann der feste Winkel (α) der Lamellen 48 etwa 20° (±0,05°) betragen, da dieser Winkel, wie die Anmelder festgestellt haben, im Vergleich zu anderen Winkeln eine günstige Verringerung von Ablagerungen im Abgasrohr 18 bewirkt. Darüber hinaus können die Lamellen 48 einstückig mit den ersten Trägerelementen 42 ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) sein und sich davon erstrecken, um mehrere Reihen 50 Lamellen zu bilden. Die Lamellen 48 in jeder der Reihen 50 können sich bei der Orientierungsrichtung abwechseln, wobei eine Lamelle 48 in eine Richtung zeigt und eine unmittelbar benachbarte Lamelle 48 in die entgegengesetzte Richtung zeigt, wie dargestellt. Außerdem können die Lamellen 48 des Mischers 37 in mehreren Spalten 53 ausgerichtet sein, die parallel zu den zweiten Trägerelementen 44 sind, und alle Lamellen 48 in jeder der Spalten 53 können in die gleiche Richtung zeigend sein, sodass die Orientierungsrichtung der Lamellen 48 zwischen benachbarten Spalten 53 wechselt. Zwar zeigt 2 sieben Reihen 50 und sieben Spalten 53 Lamellen, mit drei bis sieben Lamellen 48 in jeder der Reihen/Spalten, es versteht sich jedoch, dass die Anzahl der Reihen 50, die Anzahl der Spalten 53 und die Anzahl der Lamellen 48 in jeder Reihe/Spalte in Abhängigkeit vom Durchmesser des Abgasrohrs 18 variieren kann, wobei bei größeren Rohrdurchmessern mehr Reihen/Spalten und mehr Lamellen in jeder Reihe/Spalte verwendet werden. Auch kann der erste Mischer 37 gekrümmte Laschen 52 aufweisen, um eine Befestigung (z. B. durch Schweißen) des Mischers 37 an den Innenwänden des Abgasrohrs 18 zu ermöglichen, sodass der erste Mischer 37 im Abgasrohr 18 ortsfest gehalten wird.Still referring to 2 : The slats 48 of the first mixer 37 can be at a fixed angle (α) with respect to the plane of the grid 40 be oriented, depending on the execution of the mixer 37 can vary between about 10 ° and about 80 °. In one arrangement, the fixed angle (α) of the slats 48 about 20 ° (± 0.05 °), since this angle, as the Applicants have found, compared to other angles a favorable reduction of deposits in the exhaust pipe 18 causes. In addition, the slats can 48 integral with the first carrier elements 42 be formed (or otherwise attached thereto) and extend from it to several rows 50 To form lamellae. The slats 48 in each of the rows 50 can alternate in the orientation direction, with a lamella 48 pointing in one direction and an immediately adjacent lamella 48 pointing in the opposite direction as shown. In addition, the slats 48 of the mixer 37 in several columns 53 be aligned parallel to the second support elements 44 are, and all slats 48 in each of the columns 53 may be pointing in the same direction, so that the direction of orientation of the slats 48 between adjacent columns 53 replaced. Although shows 2 seven rows 50 and seven columns 53 Slats, with three to seven slats 48 in each of the rows / columns, it is understood, however, that the number of rows 50 , the number of columns 53 and the number of slats 48 in each row / column depending on the diameter of the exhaust pipe 18 can vary, with larger pipe diameters using more rows / columns and more fins in each row / column. Also, the first mixer 37 curved tabs 52 to attach (eg by welding) the mixer 37 on the inner walls of the exhaust pipe 18 to allow the first mixer 37 in the exhaust pipe 18 is held stationary.

In 4 bis 5 ist der Wirbelmischer 38 allein dargestellt. Der Wirbelmischer 38 kann eine Basis 54 aufweisen, die ein Hindurchströmen des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 ermöglicht. Auch kann der Wirbelmischer 38 etliche Anordnungen 56 von verwirbelnden Lamellen 58 umfassen, die im Abgasrohr 18 von der Basis 54 in Strömungsrichtung des Abgases 16 (d. h. stromabwärts im Abgasrohr 18) vorstehen. Wie hier verwendet, ist eine „Anordnung“ eine Gruppe von verwirbelnden Lamellen 58, die in parallelen Reihen 60 angeordnet sind, wobei alle verwirbelnden Lamellen 58 in der Anordnung in eine gemeinsame Richtung 62 orientiert sind und die Enden 59 der Lamellen alle in die gemeinsame Richtung 62 zeigend sind (siehe 4). Darüber hinaus können in jeder der Anordnungen 56 die Reihen 60 in gleichmäßigen Abständen voneinander sein, und die verwirbelnden Lamellen 58 in jeder der Reihen 60 können in gleichmäßigen Abständen voneinander sein, sodass ein regelmäßiges, sich wiederholendes Muster verwirbelnder Lamellen 58 bereitgestellt wird. Die Anordnungen 56 können völlig gleich sein und können in Bezug aufeinander derart angeordnet sein, dass eine ein Zentrum 64 des Wirbelmischers 38 umkreisende Konfiguration bereitgestellt wird, die entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn verlaufen kann, um im Reduktionsmittel und im Abgas, die durch den Mischer 38 strömen, eine Wirbelbewegung hervorzurufen. So weist beispielsweise der abgebildete Wirbelmischer 38 drei Anordnungen 56 auf, wobei die gemeinsame Richtung 62 jeder der Anordnungen 56 um etwa 60° gegenüber der gemeinsamen Richtung 62 einer unmittelbar benachbarten Anordnung 56 gedreht ist, um eine dreieckige Konfiguration um das Zentrum 64 zu erzeugen, obwohl andere Anzahlen von Anordnungen mit anderen Drehwinkeln in Bezug aufeinander möglich sind. Dementsprechend weist der Wirbelmischer 38 in der dargestellten Ausführungsform eine dreifache Rotationssymmetrie auf.In 4 to 5 is the vortex mixer 38 shown alone. The vortex mixer 38 can be a base 54 comprising a passage of the reducing agent 28 and the exhaust gas 16 allows. Also, the vortex mixer 38 several orders 56 of swirling fins 58 include that in the exhaust pipe 18 from the base 54 in the flow direction of the exhaust gas 16 (ie downstream in the exhaust pipe 18 ) protrude. As used herein, an "array" is a group of swirling lamellae 58 in parallel rows 60 are arranged, with all swirling fins 58 in the arrangement in a common direction 62 are oriented and the ends 59 the slats all in the common direction 62 showing (see 4 ). In addition, in each of the arrangements 56 the rows 60 be at regular intervals from each other, and the swirling lamellae 58 in each of the rows 60 can be evenly spaced, creating a regular, repeating pattern of swirling lamellae 58 provided. The arrangements 56 may be the same and may be arranged with respect to each other such that one is a center 64 of the vortex mixer 38 orbiting configuration is provided, which may be either clockwise or counterclockwise, in the reducing agent and in the exhaust gas passing through the mixer 38 flow, causing a whirling movement. For example, the illustrated vortex mixer 38 three orders 56 on, taking the common direction 62 each of the orders 56 about 60 ° opposite the common direction 62 an immediately adjacent arrangement 56 is rotated to a triangular configuration around the center 64 although other numbers of arrangements with different angles of rotation with respect to each other are possible. Accordingly, the vortex mixer 38 in the illustrated embodiment, a triple rotational symmetry.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Wirbelmischer 38 im Abgasrohr 18 ortsfest gehalten wird und sich nicht dreht, und die Wirbelbewegung durch die umkreisende Konfiguration der Anordnungen 56 hervorgerufen wird. Bei alternativen Ausgestaltungen des Mischers 38 brauchen die Anordnungen 56 nicht völlig gleich zu sein. Obwohl 4 bis 5 vier Reihen 60 verwirbelnder Lamellen 58 in jeder der Anordnungen 56 und drei bis vier verwirbelnde Lamellen 58 in jeder der Reihen 60 zeigen, versteht sich, dass alternative Ausgestaltungen des Wirbelmischers 38 mehr oder weniger Reihen und/oder Lamellen in jeder Reihe aufweisen können. So können beispielsweise die Anzahl der Reihen 60 und die Anzahl der verwirbelnden Lamellen 58 in jeder der Reihen 60 mit dem Durchmesser des Abgasrohrs 18 skalierbar sein.It should be noted that the vortex mixer 38 in the exhaust pipe 18 is held stationary and does not rotate, and the swirling motion by the orbiting configuration of the assemblies 56 is caused. In alternative embodiments of the mixer 38 need the arrangements 56 not completely the same. Even though 4 to 5 four rows 60 swirling lamellae 58 in each of the arrangements 56 and three to four swirling blades 58 in each of the rows 60 It should be understood that alternative embodiments of the vortex mixer 38 may have more or less rows and / or fins in each row. For example, the number of rows 60 and the number of swirling blades 58 in each of the rows 60 with the diameter of the exhaust pipe 18 be scalable.

Nach wie vor mit Bezug auf 4 bis 5: In der dargestellten Ausführungsform mit drei Anordnungen 56 kann die Basis 54 des Wirbelmischers 38 drei radiale Schenkel 66 aufweisen, die sich radial vom Zentrum 64 des Mischers 38 erstrecken, und die drei radialen Schenkel 66 können in Umfangsrichtung 68 in gleichmäßigen Abständen von etwa 120° voneinander sein (siehe 4). Außerdem können mit jedem der radialen Schenkel 66 mehrere verwirbelnde Lamellen 58 einstückig ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) sein und können davon vorstehen, um eine der Lamellenreihen 60 in einer der Anordnungen 56 zu bilden. Jeder der radialen Schenkel 66 kann nämlich die letzte Lamellenreihe 60 in einer Anordnung 56 tragen, bevor die Orientierungsrichtung der verwirbelnden Lamellen 58 in einer benachbarten Anordnung 56 um 60° gedreht wird. Auch kann jeder der radialen Schenkel 66 eine gekrümmte Lasche 70 aufweisen, die sich vom Wirbelmischer 38 erstreckt, um eine Befestigung des Mischers 38 an den Innenwänden des Abgasrohrs 18 beispielsweise durch Schweißen zu ermöglichen. Bei anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger radiale Schenkel zum Einsatz kommen.Still referring to 4 to 5 In the illustrated embodiment with three arrangements 56 can the base 54 of the vortex mixer 38 three radial legs 66 have, extending radially from the center 64 of the mixer 38 extend, and the three radial legs 66 can be in the circumferential direction 68 be at regular intervals of about 120 ° from each other (see 4 ). Also, with each of the radial legs 66 several swirling lamellae 58 may be integrally formed (or otherwise attached thereto) and may protrude from one of the rows of lamellae 60 in one of the arrangements 56 to build. Each of the radial legs 66 can namely the last row of lamellae 60 in an arrangement 56 wear before the orientation direction of the swirling lamellae 58 in an adjacent arrangement 56 rotated by 60 °. Also, each of the radial legs 66 a curved flap 70 have, extending from the vortex mixer 38 extends to a mounting of the mixer 38 on the inner walls of the exhaust pipe 18 to allow for example by welding. In other embodiments, more or less radial legs may be used.

Nun zu 5: In der dargestellten Ausführungsform mit drei radialen Schenkeln 66 kann die Basis 54 des Weiteren drei Gitter 72 zwischen den radialen Schenkeln 66 aufweisen, die die Anordnungen 56 tragen und miteinander verbinden. Die Gitter 72 können aus mehreren Trägerelementen 74 gebildet sein, die jeweils zwei benachbarte Gitter überspannen, um dem Mischer 38 Verbundfähigkeit und strukturelle Robustheit zu verleihen. Insbesondere kann jedes der Trägerelemente 74 ein erstes Trägerelement 76 in einem der Gitter 72 umfassen, das einstückig mit einem zweiten Trägerelement 78 in einem benachbarten Gitter 72 ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) ist. In jedem der Gitter 72 können mehrere erste Trägerelemente 76 senkrecht zu mehreren zweiten Trägerelementen 78 angeordnet sein und diese kreuzen, um Löcher 80 zu umgrenzen, die den Durchgang des Reduktionsmittels 28 und des Abgases 16 durch den Mischer 38 ermöglichen. Überdies können die ersten Trägerelemente 76 einstückig mit den verwirbelnden Lamellen 58 ausgebildet (oder anderweitig daran befestigt) sein, um eine der Reihen 60 in einer Anordnung 56 zu definieren. Außerdem können die ersten Trägerelemente 76 in jedem Gitter 72 parallel zu dem radialen Schenkel 66 verlaufen, der die verwirbelnden Lamellen 58 in derselben Anordnung 56 trägt, während die zweiten Trägerelemente 78 senkrecht zu den ersten Trägerelementen 76 und dem radialen Schenkel 66 in der Anordnung 56 verlaufen können und diese miteinander verbinden können. Überdies kann in anderen Ausführungsformen, bei denen eine andere Anzahl radialer Schenkeln 66 zum Einsatz kommt, eine entsprechende Anzahl Gitter 72 zwischen den radialen Schenkeln 66 gebildet sein.now to 5 In the illustrated embodiment with three radial legs 66 can the base 54 furthermore, three grids 72 between the radial legs 66 have the arrangements 56 wear and connect with each other. The grids 72 can consist of several carrier elements 74 be formed, each spanning two adjacent grid to the mixer 38 Bondability and structural robustness. In particular, each of the support elements 74 a first carrier element 76 in one of the grids 72 comprising, integral with a second support member 78 in an adjacent grid 72 formed (or otherwise attached to) is. In each of the grids 72 can have several first carrier elements 76 perpendicular to a plurality of second carrier elements 78 be arranged and these intersect to holes 80 to delimit the passage of the reducing agent 28 and the exhaust gas 16 through the mixer 38 enable. Moreover, the first carrier elements 76 integral with the swirling blades 58 formed (or otherwise attached) to one of the rows 60 in an arrangement 56 define. In addition, the first carrier elements 76 in every grid 72 parallel to the radial leg 66 run, the swirling lamellae 58 in the same arrangement 56 carries while the second carrier elements 78 perpendicular to the first carrier elements 76 and the radial leg 66 in the arrangement 56 can run and connect them together. Moreover, in other embodiments, where a different number of radial legs 66 is used, a corresponding number of grids 72 between the radial legs 66 be formed.

Die Basis 54 des Wirbelmischers 38 kann plan sein und sich in einer Ebene 81 erstrecken, und die verwirbelnden Lamellen 58 können von einer stromabwärts gelegenen Fläche 83 der Basis unter einem festen Winkel (α) in Bezug auf die Ebene 81 der Basis 54, wie in 6 dargestellt, vorstehen. Der Winkel (α) kann etwa 45° betragen, obwohl unter bestimmten Umständen auch andere Winkel zwischen etwa 5° und etwa 80° verwendet werden können. Außerdem können, wie in 4 bis 5 gezeigt, alle verwirbelnden Lamellen 58 des Wirbelmischers 38 völlig gleiche Formen und Abmessungen aufweisen. Insbesondere können die verwirbelnden Lamellen 58 trapezförmig sein (siehe 4 bis 5), wobei die Längen (l) vom unteren Ende 82 bis zum oberen Ende 59 jeder Lamelle 58 etwa 30 mm betragen (siehe 6). Bei alternativen Ausführungen des Mischers 38 können die verwirbelnden Lamellen 58 jedoch durchaus auch andere Formen (z. B. quadratische, rechteckige, dreieckige, kugelförmige, ovale, andere polygonale Formen usw.) und Abmessungen aufweisen. Der Durchmesser des Wirbelmischers 38 kann mit den Abgasrohrabmessungen skalierbar sein, in der Weise, dass bei größeren Abgasrohren größere Mischer verwendet werden. In einer nicht als Einschränkung auszulegenden Anordnung kann der Wirbelmischer 38 einen Durchmesser (d) von etwa 127 mm (5 Zoll) aufweisen (siehe 4).The base 54 of the vortex mixer 38 can be plan and in a plane 81 extend, and the swirling fins 58 can be from a downstream area 83 the base at a fixed angle (α) with respect to the plane 81 the base 54 , as in 6 shown, project. The angle (α) may be about 45 °, although under certain circumstances other angles between about 5 ° and about 80 ° may be used. Besides, as in 4 to 5 shown, all swirling slats 58 of the vortex mixer 38 have completely identical shapes and dimensions. In particular, the swirling lamellae 58 be trapezoidal (see 4 to 5 ), with lengths (l) from the lower end 82 to the top 59 every slat 58 about 30 mm (see 6 ). For alternative versions of the mixer 38 can the swirling fins 58 however, may well have other shapes (eg, square, rectangular, triangular, spherical, oval, other polygonal shapes, etc.) and dimensions. The diameter of the vortex mixer 38 can be scalable with the exhaust pipe dimensions, such that larger mixers are used with larger exhaust pipes. In a non-limiting arrangement, the vortex mixer can 38 have a diameter (d) of about 127 mm (5 inches) (see 4 ).

Wie in 7 gezeigt, kann jedes der Trägerelemente 74 Schlitze 86 aufweisen, um bei der Montage des Wirbelmischers 38 eine Verbindung mit anderen Trägerelementen 74 zu ermöglichen. So können beispielsweise die ersten Trägerelemente 76 jeweils Schlitze 86 aufweisen, die auf der Zuströmseite 88 angeordnet sind, während die zweiten Trägerelemente 78 jeweils Schlitze 86 aufweisen können, die auf der Abströmseite 90 angeordnet sind. Dementsprechend können die Gitter 72 des Wirbelmischers 38 durch Verbinden der Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 mit den Schlitzen 86 der zweiten Trägerelemente 78 montiert werden. Ebenso kann, wie in 8 gezeigt, jeder der radialen Schenkel 66 Schlitze 86 aufweisen, die auf der Zuströmseite 92 angeordnet sind, sodass bei der Montage des Wirbelmischers 38 die Schlitze 86 der radialen Schenkel 66 mit den Schlitzen 86 der zweiten Trägerelemente 78 verbunden werden können (siehe weitere Details im Folgenden).As in 7 shown, can be any of the support elements 74 slots 86 exhibit to when installing the vortex mixer 38 a connection with other support elements 74 to enable. For example, the first carrier elements 76 each slots 86 have on the upstream side 88 are arranged while the second support elements 78 each slots 86 may have, on the downstream side 90 are arranged. Accordingly, the grids 72 of the vortex mixer 38 by connecting the slots 86 the first carrier elements 76 with the slots 86 the second carrier elements 78 to be assembled. Likewise, as in 8th shown, each of the radial legs 66 slots 86 have on the upstream side 92 are arranged so that during assembly of the vortex mixer 38 the slots 86 the radial leg 66 with the slots 86 the second carrier elements 78 can be connected (see further details below).

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial Applicability

Generell können die Lehren der vorliegenden Offenbarung in vielen Branchen anwendbar sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Automobil-, Bau-, Landwirtschafts-, Bergbau-, Energieerzeugungs- und Schienenverkehrsanwendungen u. a. Insbesondere kann die hier offenbarte Technologie bei vielen Typen von Kraftmaschinen und Maschinen mit SCR-Nachbehandlungssystemen Anwendung finden. Auch bei anderen Arten von Abgasnachbehandlungssystemen, in denen ein Reagens mit Abgas vermischt wird, kann sie Anwendung finden.In general, the teachings of the present disclosure may be applicable in many industries, including, but not limited to, automotive, construction, agricultural, mining, power generation, and rail transportation applications, and the like. a. In particular, the technology disclosed herein may find application in many types of engines and machines having SCR aftertreatment systems. It can also find application in other types of exhaust aftertreatment systems in which a reagent is mixed with exhaust gas.

Nun zu 9 bis 11: Es sind die Schritte bildlich dargestellt, die beim Montieren des Wirbelmischers 38 erforderlich sein können. Und zwar zeigen 9 bis 11 Schritte, die beim Zusammenbauen des Wirbelmischers 38 mit drei Anordnungen 56 erforderlich sind, es versteht sich jedoch, dass die hier offenbarten Konzepte in ähnlicher Weise auf Wirbelmischer mit einer größeren oder kleineren Anzahl Anordnungen angewendet werden können. Zunächst kann jeder der drei radialen Schenkel 66 separat mit mehreren Trägerelementen 74 zusammengefügt werden, um drei Einheiten 102 zu bilden. 9 zeigt beispielsweise eine der Einheiten 102, die durch Einstecken der Schlitze 86 des radialen Schenkels 66 in Schlitze 86 von drei der zweiten Trägerelemente 78 gebildet wird. Anschließend können die drei Einheiten 102 zusammengefügt werden, indem die Schlitze 86 der Trägerelemente 74 wie in 10 bis 11 gezeigt miteinander verbunden werden. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass zuerst zwei der Einheiten 102 zusammengefügt werden, indem die Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 einer der Einheiten 102 in die Schlitze 86 der zweiten Trägerelemente 78 einer anderen Einheit 102 eingesteckt werden, um eines der Gitter 72 bereitzustellen, das die beiden radialen Schenkel 66 miteinander verbindet (siehe 10). Die freiliegenden ersten und zweiten Trägerelemente 76 und 78 der beiden zusammengefügten Einheiten 102 können dann durch Verbinden der Schlitze 86 der ersten Trägerelemente 76 und der zweiten Trägerelemente 78 mit der dritten Einheit 102 zusammengefügt werden (siehe 11).now to 9 to 11 : The steps are shown figuratively when mounting the vortex mixer 38 may be required. And show it 9 to 11 Steps involved in assembling the vortex mixer 38 with three arrangements 56 However, it should be understood that the concepts disclosed herein are similar Can be applied to a vortex mixer with a larger or smaller number of arrangements. First, each of the three radial legs 66 separately with several carrier elements 74 be merged to three units 102 to build. 9 shows, for example, one of the units 102 by plugging in the slots 86 of the radial leg 66 in slots 86 of three of the second support elements 78 is formed. Subsequently, the three units 102 be joined together by the slots 86 the support elements 74 as in 10 to 11 be shown connected to each other. This can be done in particular by first having two of the units 102 be joined together by the slots 86 the first carrier elements 76 one of the units 102 in the slots 86 the second carrier elements 78 another unit 102 plugged in to one of the grids 72 provide that the two radial legs 66 connects (see 10 ). The exposed first and second support members 76 and 78 the two assembled units 102 can then by connecting the slots 86 the first carrier elements 76 and the second carrier elements 78 with the third unit 102 be joined together (see 11 ).

Sobald sie zusammengefügt sind, können die Einheiten 102 an den Knotenpunkten 106 (oder Kreuzungspunkten der radialen Schenkel 66 und der ersten Trägerelemente 76 mit den zweiten Trägerelementen 78) zum fertig montierten Wirbelmischer 38 verschweißt werden (siehe 11). Wie in 11 gezeigt, können die Einheiten 102 an einer stromaufwärts gelegenen Fläche 109 der Basis 54 miteinander verschweißt werden (siehe auch 6). Es wird hier darauf hingewiesen, dass 9 bis 11 ein mögliches Verfahren zur Montage des Wirbelmischers 38 darstellen, es aber zahlreiche alternative Möglichkeiten zur Montage des Mischers 38 gibt. So können beispielsweise die radialen Schenkel 66 zunächst in der Mitte 64 miteinander verschweißt werden, und die Gitter 72 können zwischen den radialen Schenkeln 66 durch Verbinden der Trägerelemente 74 und Verschweißen der Trägerelemente 74 an den Knotenpunkten 106 montiert werden. Varianten wie diese fallen ebenfalls in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.Once they are put together, the units can 102 at the nodes 106 (or crossing points of the radial legs 66 and the first carrier elements 76 with the second carrier elements 78 ) to the ready assembled vortex mixer 38 be welded (see 11 ). As in 11 shown, the units can 102 on an upstream surface 109 the base 54 welded together (see also 6 ). It is noted here that 9 to 11 a possible method for mounting the vortex mixer 38 but there are many alternative ways to mount the mixer 38 gives. For example, the radial legs 66 first in the middle 64 welded together, and the grid 72 can between the radial thighs 66 by connecting the carrier elements 74 and welding the carrier elements 74 at the nodes 106 to be assembled. Variants such as these also fall within the scope of the present disclosure.

Wie hier offenbart, wird ein Doppelmischer verwendet, um das Problem des Ausbalancierens der Forderungen nach Vermeidung von Reduktionsmittel-Ablagerungen und Verbesserung der Mischqualität des Reduktionsmittels mit dem Abgas in einem SCR-Nachbehandlungssystem anzugehen. Durch die Trennung der Funktion der Mischer des hier offenbarten Doppelmischers wird eine verbesserte Leistung sowohl in Bezug auf die Verringerung von Ablagerungen als auch auf die Mischqualität gegenüber Einzelmischern des Standes der Technik erzielt. Der Doppelmischer der vorliegenden Offenbarung umfasst einen ersten Mischer, der stromabwärts vom Reduktionsmittelinjektor angeordnet ist, um die Bildung von Ablagerungen dadurch zu verringern, dass er die Reduktionsmittel-Flüssigkeit aus dem Injektor abfängt und in kleinere Tröpfchen dispergiert. Der erste Mischer umfasst eine Gitterstruktur und mehrere trapezförmige Lamellen, die vom Gitter unter einem Winkel von 20° vorstehen, um die Verdampfung des Reduktionsmittels zu fördern und die Bildung von Ablagerungen zu verringern. Ferner umfasst der Doppelmischer stromabwärts vom ersten Mischer einen Wirbelmischer, der die Verdampfung der vom ersten Mischer hinterlassenen Tröpfchen verbessert und die Gasphasenmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas fördert, um die NOx-Umwandlungswirkungsgrade am nachgelagerten SCR-Katalysator zu verbessern. Der Wirbelmischer weist nämlich eine umkreisende Konfiguration aus drei Anordnungen trapezförmiger Lamellen auf, die auf das Gemisch aus Reduktionsmittel und Abgas eine mäßige Verwirbelungskraft ausüben, die stark genug ist, um für eine ausreichende Vermischung zu sorgen, aber schwach genug ist, um ein unerwünschtes Treiben von Reduktionsmittel-Tröpfchen an die Wände des Abgasrohrs zu vermeiden. Darüber hinaus weist der Wirbelmischer ein vernetztes Gittergerüst mit dreifacher Rotationssymmetrie auf, das eine stabilere und strukturell robustere Struktur bietet als Mischer des Standes der Technik, die weniger Verbindungen miteinander aufweisen. Die hier offenbarte Technologie kann breitgefächerte gewerbliche Anwendbarkeit in einem breiten Spektrum von Bereichen finden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Bau-, Bergbau-, Landwirtschafts-, Automobil- und Schienenverkehrsanwendungen.As disclosed herein, a dual mixer is used to address the problem of balancing the requirements for reducing reductant deposits and improving the mixing quality of the reductant with the exhaust gas in an SCR aftertreatment system. By separating the function of the mixers of the double mixer disclosed herein, improved performance is achieved both in terms of reduction of deposits and on mixing quality over single mixers of the prior art. The dual mixer of the present disclosure includes a first mixer located downstream of the reductant injector to reduce the formation of deposits by trapping the reductant liquid from the injector and dispersing it into smaller droplets. The first mixer comprises a grid structure and a plurality of trapezoidal louvers protruding from the lattice at an angle of 20 ° to promote evaporation of the reducing agent and reduce the formation of deposits. Further, the double mixer comprises downstream of the first mixer comprises a vortex mixer which improves the evaporation of the left by the first mixer droplets and the gas phase mixture of the reducing agent to the exhaust gas promotes, in order to improve the NO x -Umwandlungswirkungsgrade on the downstream SCR catalytic converter. Namely, the vortex mixer has an orbiting configuration of three arrays of trapezoidal fins which exert a moderate swirling force on the mixture of reducing agent and exhaust gas which is strong enough to provide sufficient mixing but weak enough to prevent undesired driving Reducing agent droplets to avoid the walls of the exhaust pipe. In addition, the vortex mixer has a cross-linked lattice framework with triple rotational symmetry, which provides a more stable and structurally more robust structure than prior art mixers having fewer interconnections. The technology disclosed herein may find widespread commercial applicability in a wide range of fields including, but not limited to, construction, mining, agricultural, automotive, and rail applications.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8607555 [0004]US 8607555 [0004]

Claims (10)

Doppelmischer (36) zum Vermischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einer Mischstrecke (34) eines Systems (24) zur Nachbehandlung mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR), umfassend: einen ersten Mischer (37), der in der Mischstrecke (34) angeordnet ist und ein Gitter (40) aufweist, das ein Hindurchströmen des Reduktionsmittels (28) und des Abgases (16) ermöglicht, wobei der erste Mischer (37) ferner mehrere trapezförmige Lamellen (48) aufweist, die vom Gitter (40) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen; und einen Wirbelmischer (38), der stromabwärts vom ersten Mischer (37) in der Mischstrecke (34) angeordnet und durch einen Abstand vom ersten Mischer (37) getrennt ist, wobei der Wirbelmischer (38) eine Basis (54) aufweist, die das Hindurchströmen des Reduktionsmittels (28) und des Abgases (16) ermöglicht, wobei der Wirbelmischer (38) ferner drei Anordnungen (56) von verwirbelnden Lamellen (58) aufweist, die von der Basis (54) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen und in einer dreieckigen Konfiguration um ein Zentrum (64) des Wirbelmischers (38) angeordnet sind, um in dem Reduktionsmittel (28) und dem Abgas (16), die durch den Wirbelmischer (38) strömen, eine Wirbelbewegung hervorzurufen, wobei die verwirbelnden Lamellen (58) in jeder der Anordnungen (56) in eine gemeinsame Richtung (62) orientiert sind, die um etwa 60° gegenüber der gemeinsamen Richtung (62) der verwirbelnden Lamellen (58) in einer benachbarten Anordnung (56) gedreht ist.Double mixer (36) for mixing a reducing agent (28) with exhaust gas (16) in a mixing section (34) of a selective catalytic reduction (SCR) treatment system (24), comprising: a first mixer (37) disposed in the mixing section (34) and having a grid (40) for allowing the reductant (28) and the exhaust gas (16) to flow therethrough, the first mixer (37) further comprising a plurality of trapezoidal Louvers (48) projecting from the grid (40) in the flow direction of the exhaust gas (16); and a vortex mixer (38) disposed downstream of the first mixer (37) in the mixing section (34) and separated by a distance from the first mixer (37), the vortex mixer (38) having a base (54) for passage therethrough the reducer (28) and the exhaust gas (16), the vortex mixer (38) further comprising three arrays (56) of swirl vanes (58) projecting from the base (54) in the flow direction of the exhaust gas (16) a triangular configuration about a center (64) of the vortex mixer (38) are arranged to cause a swirling motion in the reducing agent (28) and the exhaust gas (16) flowing through the vortex mixer (38), the fluidizing vanes (58 ) in each of the assemblies (56) are oriented in a common direction (62) that is rotated about 60 ° from the common direction (62) of the swirling vanes (58) in an adjacent assembly (56). Doppelmischer (36) nach Anspruch 1, wobei der erste Mischer (37) dafür ausgelegt ist, die Verdampfung des hindurchströmenden Reduktionsmittels (28) zu fördern, und wobei der Wirbelmischer (38) dafür ausgelegt ist, das Vermischen des Reduktionsmittels (28) mit dem Abgas (16) zu fördern.Double mixer (36) after Claim 1 wherein the first mixer (37) is adapted to promote the evaporation of the reducing agent (28) passing therethrough, and wherein the vortex mixer (38) is adapted to promote the mixing of the reducing agent (28) with the exhaust gas (16). Doppelmischer (36) nach Anspruch 2, wobei das Gitter (40) des ersten Mischers (37) plan ist und wobei die trapezförmigen Lamellen (48) in Bezug auf das Gitter (40) um etwa 20° geneigt sind.Double mixer (36) after Claim 2 wherein the grid (40) of the first mixer (37) is planar and wherein the trapezoidal laminations (48) are inclined by about 20 ° with respect to the grid (40). Doppelmischer (36) nach Anspruch 3, wobei das Gitter (40) des ersten Mischers (37) aus mehreren ersten Trägerelementen (42) gebildet ist, die senkrecht zu mehreren zweiten Trägerelementen (44) angeordnet sind und diese kreuzen, und wobei die trapezförmigen Lamellen (48) einstückig mit den ersten Trägerelementen (42) ausgebildet sind und davon vorstehen.Double mixer (36) after Claim 3 wherein the grid (40) of the first mixer (37) is formed of a plurality of first support members (42) arranged perpendicular to and crossing a plurality of second support members (44), and wherein the trapezoidal slats (48) are integral with the first one Carrier elements (42) are formed and projecting therefrom. Doppelmischer (36) nach Anspruch 4, wobei der erste Mischer (37) mehrere parallele Reihen (50) trapezförmiger Lamellen (48) aufweist und wobei die trapezförmigen Lamellen (48) in jeder der parallelen Reihen (50) sich in der Orientierungsrichtung abwechseln.Double mixer (36) after Claim 4 wherein the first mixer (37) has a plurality of parallel rows (50) of trapezoidal laminations (48) and wherein the trapezoidal laminations (48) in each of the parallel rows (50) alternate in the orientation direction. Doppelmischer (36) nach Anspruch 5, wobei der erste Mischer (37) sieben parallele Reihen (50) trapezförmiger Lamellen (48) aufweist und wobei jede der parallelen Reihen (50) drei bis sieben der trapezförmigen Lamellen (48) aufweist.Double mixer (36) after Claim 5 wherein the first mixer (37) has seven parallel rows (50) of trapezoidal louvers (48) and wherein each of the parallel rows (50) has three to seven of the trapezoidal louvers (48). Doppelmischer (36) nach Anspruch 5, wobei jede der trapezförmigen Lamellen (48) des ersten Mischers (37) eine Länge von etwa 15 mm und eine Dicke zwischen etwa 1 mm und etwa 2 mm aufweist.Double mixer (36) after Claim 5 wherein each of the trapezoidal louvers (48) of the first mixer (37) has a length of about 15 mm and a thickness of between about 1 mm and about 2 mm. Doppelmischer (36) nach Anspruch 5, wobei jede der Anordnungen (56) des Wirbelmischers (38) parallele Reihen (60) verwirbelnder Lamellen (58), die in die gemeinsame Richtung (62) orientiert sind, aufweist.Double mixer (36) after Claim 5 wherein each of the assemblies (56) of the vortex mixer (38) has parallel rows (60) of swirling vanes (58) oriented in the common direction (62). Doppelmischer (36) nach Anspruch 8, wobei die Basis (54) des Wirbelmischers (38) drei radiale Schenkel (66) aufweist, die sich jeweils radial vom Zentrum (64) des Wirbelmischers (38) erstrecken und in Umfangsrichtung (68) im Abstand von etwa 120° voneinander sind, wobei die Basis (54) ferner drei Gitter (72) zwischen den drei radialen Schenkeln (66) aufweist und wobei jedes der Gitter (72) aus einander kreuzenden Trägerelementen (74) gebildet ist.Double mixer (36) after Claim 8 wherein the base (54) of the vortex mixer (38) has three radial legs (66) each extending radially from the center (64) of the vortex mixer (38) and spaced approximately 120 ° apart in the circumferential direction (68), wherein the base (54) further comprises three grids (72) between the three radial legs (66) and wherein each of the grids (72) is formed of intersecting support members (74). Doppelmischer (36) zum Vermischen eines Reduktionsmittels (28) mit Abgas (16) in einem Abgasrohr (18) stromaufwärts von einem Katalysator (32) für eine selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator), umfassend: einen ersten Mischer (37), der ein planes Gitter (40) und mehrere parallele Reihen (50) trapezförmiger Lamellen (48), die von dem planen Gitter (40) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen, aufweist, wobei die trapezförmigen Lamellen (48) in jeder der parallelen Reihen (50) sich in der Orientierungsrichtung abwechseln und um etwa 20° in Bezug auf das plane Gitter (40) geneigt sind; und einen Wirbelmischer (38) stromabwärts von dem ersten Mischer (37) und in einem Abstand vom ersten Mischer (37), wobei der Wirbelmischer (38) eine plane Basis (54) mit mehreren radialen Schenkeln (66) aufweist, die sich radial vom Zentrum (64) der Basis (54) erstrecken und in Umfangsrichtung (68) gleichmäßig voneinander beabstandet sind, und der Wirbelmischer (38) ferner mehrere trapezförmige verwirbelnde Lamellen (58) aufweist, die von jedem der radialen Schenkel (66) in Strömungsrichtung des Abgases (16) vorstehen, wobei die trapezförmigen verwirbelnden Lamellen (58), die von jedem der radialen Schenkel (66) vorstehen, in eine gemeinsame Richtung (62) orientiert sind, die um einen Winkel in Bezug auf die gemeinsame Richtung (62) der trapezförmigen verwirbelnden Lamellen (58), die von einem benachbarten radialen Schenkel (66) vorstehen, gedreht ist.A dual mixer (36) for mixing a reductant (28) with exhaust gas (16) in an exhaust pipe (18) upstream of a selective catalytic reduction catalyst (SCR catalyst), comprising: a first mixer (37) a planar grid (40) and a plurality of parallel rows (50) of trapezoidal laminations (48) projecting from the planar grid (40) in the flow direction of the exhaust gas (16), the trapezoidal laminations (48) in each of the parallel rows (50) alternate in the direction of orientation and are inclined at about 20 ° with respect to the planar grid (40); and a vortex mixer (38) downstream of the first mixer (37) and spaced from the first mixer (37), the vortex mixer (38) having a planar base (54) with a plurality of radial legs (66) extending radially from the first mixer (37) Center (64) of the base (54) and in the circumferential direction (68) are equally spaced from each other, and the vortex mixer (38) further comprises a plurality of trapezoidal swirling fins (58) extending from each of the radial legs (66) in the flow direction of the exhaust gas (16), wherein the trapezoidal swirl vanes (58) projecting from each of the radial legs (66) are oriented in a common direction (62) which is at an angle with respect to the common direction (62) of the trapezoidal swirling fins (58) by a adjacent radial leg (66) protrude, is rotated.
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