DE112018002876T5

DE112018002876T5 - Systeme und Verfahren zum Mischen von Abgasen und Reduktionsmittel in einem Nachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE112018002876T5
Application number: DE112018002876.3T
Authority: DE
Inventors: Z. Gerald Liu; Apoorv Kalyankar; Achuth Munnannur; Niklas M. Schmidt; Roy W. Detra; Mihai Chiruta
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2018226626A1; CN114575976B; US20230108543A1; US11542847B2; CN114575976A; CN109414661A; GB2577212B; US20210372313A1; GB202205057D0; GB2602770A; BR112019025324A2; GB2602770B; US11982219B2; GB2598500B; US20200123955A1; CN109414661B; US11136910B2; GB2577212A; GB201917608D0; GB2598500A

Abstract

Ein mehrstufiger Mischer umfasst einen Einlass des mehrstufigen Mischers, einen Auslass des mehrstufigen Mischers, eine erste Strömungsvorrichtung und eine zweite Strömungsvorrichtung. Der Einlass des mehrstufigen Mischers ist zur Aufnahme von Abgas konfiguriert. Der Auslass des mehrstufigen Mischers ist dafür konfiguriert, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen. Die erste Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird. Die erste Strömungsvorrichtung schließt eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln und eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ein. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist dafür konfiguriert, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/515,743 , eingereicht am Dienstag, 6. Juni 2017, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Nachbehandlungssystemen für Verbrennungsmotoren.
HINTERGRUND
Bei Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Dieselmotoren, können Stickoxid-Verbindungen (NO_x-Verbindungen) im Abgas abgegeben werden. Zur Verringerung von NO_x-Emissionen kann ein Prozess selektiver katalytischer Reduktion (SCR) implementiert werden, um die NO_x-Verbindungen mithilfe eines Katalysators und eines Reduktionsmittels in neutralere Verbindungen wie zweiatomigen Stickstoff oder Wasser umzuwandeln. Der Katalysator kann in einer Katalysatorkammer eines Abgassystems, wie beispielsweise dem eines Fahrzeugs oder einer Energieerzeugungseinheit, eingeschlossen sein. Ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak, Dieselabgasfluid (DEF) oder wässriger Harnstoff, wird üblicherweise vor der Katalysatorkammer in den Abgasstrom eingebracht. Um das Reduktionsmittel für den SCR-Prozess in den Abgasstrom einzubringen, kann ein SCR-System das Reduktionsmittel durch ein Dosiermodul, welches das Reduktionsmittel der Katalysatorkammer vorgelagert in ein Abgasrohr der Abgasanlage verdampft oder sprüht, dosieren oder anderweitig einbringen. Das SCR-System kann einen oder mehrere Sensoren einschließen, um die Bedingungen innerhalb des Abgassystems zu überwachen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform schließt ein mehrstufiger Mischer einen Einlass des mehrstufigen Mischers, einen Auslass des mehrstufigen Mischers, eine erste Strömungsvorrichtung und eine zweite Strömungsvorrichtung ein. Der Einlass des mehrstufigen Mischers ist zur Aufnahme von Abgas konfiguriert. Der Auslass des mehrstufigen Mischers ist dafür konfiguriert, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen. Die erste Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird. Die erste Strömungsvorrichtung schließt eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln und eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ein. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist dafür konfiguriert, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht. Die zweite Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas und das Reduktionsmittel von der ersten Strömungsvorrichtung aufzunehmen. Die zweite Strömungsvorrichtung weist eine Vielzahl von Öffnungen der zweiten Strömungsvorrichtung auf, die dafür konfiguriert ist, das Abgas und das Reduktionsmittel von der zweiten Strömungsvorrichtung über den Auslass des mehrstufigen Mischers dem Katalysator bereitzustellen.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein mehrstufiger Mischer einen Einlass des mehrstufigen Mischers, einen Auslass des mehrstufigen Mischers und eine erste Strömungsvorrichtung ein. Der Einlass des mehrstufigen Mischers ist zur Aufnahme von Abgas konfiguriert. Der Auslass des mehrstufigen Mischers ist dafür konfiguriert, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen. Die erste Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen, und dafür konfiguriert, Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird. Die erste Strömungsvorrichtung umfasst einen Venturi-Körper, eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln, eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen, eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln und eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen. Der Venturi-Körper ist durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufeln ist innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist dafür konfiguriert, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht. Die Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln ist innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körpereinlasses positioniert. Die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen ist zwischen der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln beabstandet. Die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen ist dafür konfiguriert, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas in den Venturi-Körper mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht.
In einer noch anderen Ausführungsform umfasst ein mehrstufiger Mischer einen Einlass des mehrstufigen Mischers, einen Auslass des mehrstufigen Mischers und eine erste Strömungsvorrichtung. Der Einlass des mehrstufigen Mischers ist zur Aufnahme von Abgas konfiguriert. Der Auslass des mehrstufigen Mischers ist dafür konfiguriert, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen. Die erste Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird. Die erste Strömungsvorrichtung umfasst einen Venturi-Körper, eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln, eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen und eine Abgasführung. Der Venturi-Körper ist durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert. Der Venturi-Körper weist eine Abgasführungsöffnung auf, die entlang des Venturi-Körpers zwischen dem Körpereinlass und dem Körperauslass angeordnet ist. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufeln ist innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet. Die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen ist dafür konfiguriert, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht. Die Abgasführung ist mit dem Venturi-Körper über die Abgasführungsöffnung gekoppelt. Die Abgasführung ist dafür konfiguriert, Abgas und Reduktionsmittel separat von außerhalb des Venturi-Körpers aufzunehmen, das aufgenommene Abgas und Reduktionsmittel von außerhalb des Venturi-Körpers in der Abgasführung zu mischen und das gemischte Abgas und Reduktionsmittel dem Venturi-Körper bereitzustellen.
In einer noch anderen Ausführungsform umfasst ein mehrstufiger Mischer einen Einlass des mehrstufigen Mischers, einen Auslass des mehrstufigen Mischers und eine erste Strömungsvorrichtung. Der Einlass des mehrstufigen Mischers ist zur Aufnahme von Abgas konfiguriert. Der Auslass des mehrstufigen Mischers ist dafür konfiguriert, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen. Die erste Strömungsvorrichtung ist dafür konfiguriert, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird. Die erste Strömungsvorrichtung weist einen Venturi-Körper, eine Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln und eine Abgasführung auf. Der Venturi-Körper ist durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert. Der Venturi-Körper weist eine Abgasführungsöffnung auf, die entlang des Venturi-Körpers zwischen dem Körpereinlass und dem Körperauslass angeordnet ist. Die Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln ist innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert. Die Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln ist dafür konfiguriert, mit dem Abgas in Verbindung zu treten und das Abgas der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht. Die Abgasführung ist mit dem Venturi-Körper über die Abgasführungsöffnung gekoppelt. Die Abgasführung ist dafür konfiguriert, Abgas und Reduktionsmittel separat von außerhalb des Venturi-Körpers aufzunehmen, das aufgenommene Abgas und Reduktionsmittel von außerhalb des Venturi-Körpers in der Abgasführung zu mischen und das gemischte Abgas und Reduktionsmittel dem Venturi-Körper bereitzustellen.
Figurenliste
Die Details einer oder mehrerer Implementierungen werden in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Offenbarung werden anhand der Beschreibung, der Zeichnungen und der Ansprüche ersichtlich, für die gilt:

1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften selektiven katalytischen Reduktionssystems mit einem beispielhaften Reduktionsmittelzufuhrsystem für ein Abgassystem;
2 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften mehrstufigen Mischers;
3 ist eine Querschnittsansicht eines anderen mehrstufigen Mischers;
4 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
5 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
6A ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
6B ist eine Vorderansicht einer Strömungsvorrichtung für den in 6A gezeigten mehrstufigen Mischer;
6C ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für den in
6A gezeigten mehrstufigen Mischer;
7 ist eine Darstellung der Geschwindigkeitsströmungslinien von Abgasen in einem mehrstufigen Mischer;
8 ist eine Darstellung einer Reduktionsmittel-Tröpfchenverteilung in einem mehrstufigen Mischer;
9A ist eine Vorderansicht einer beispielhaften Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9B ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9C ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9D ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9E ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9F ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
9G ist eine Vorderansicht einer anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
10A ist eine Querschnittsansicht einer Abgasführung und einer Reduktionsmittelführung für einen mehrstufigen Mischer;
10B ist eine Querschnittsansicht einer anderen Abgasführung und einer Reduktionsmittelführung für einen mehrstufigen Mischer;
10C ist eine Querschnittsansicht einer noch anderen Abgasführung für einen mehrstufigen Mischer;
10D ist eine Querschnittsansicht einer noch anderen Abgasführung für einen mehrstufigen Mischer;
11A ist eine Vorderansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
11B ist eine Vorderansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
11C ist eine Vorderansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
11D ist eine Vorderansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
11E ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
12A ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
12B ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
13 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
14 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
15 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
16 ist eine Vorderansicht eines Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
17 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
18A ist eine Vorderansicht eines anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
18B ist eine Vorderansicht eines anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
18C ist eine Vorderansicht eines anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
19 ist eine Querschnittsansicht eines noch anderen mehrstufigen Mischers;
20 ist eine Ansicht einer nachgelagerten Seite eines mehrstufigen Mischers;
21 ist eine Ansicht einer vorgelagerten Seite eines mehrstufigen Mischers;
22A ist eine Seitenansicht einer noch anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
22B ist eine andere Seitenansicht des in 22A dargestellten Mischers;
23 ist eine perspektivische Unteransicht eines noch anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
24 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts des in 23 dargestellten Mischers;
25 ist eine Seitenansicht einer zentralen Nabe für einen mehrstufigen Mischer;
26 ist eine Seitenansicht der in 25 dargestellten zentralen Nabe mit einer Vielzahl von Führungsschaufeln;
27 ist eine Rückansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
28 ist eine Rückansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
29 ist ein Diagramm zur Analyse des normierten Druckabfalls und/oder des Gleichmäßigkeitsindexes, der einer Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer zugeordnet ist;
30 ist Rückansicht einer noch anderen Strömungsvorrichtung für einen mehrstufigen Mischer;
31 ist eine perspektivische Draufsicht eines noch anderen Mischers für einen mehrstufigen Mischer;
32 ist eine seitliche Querschnittsansicht des in 31 dargestellten Mischers; und
33 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines mehrstufigen Mischers einschließlich des in 31 dargestellten Mischers.

Es ist anzumerken, dass es sich bei manchen oder allen der Figuren um schematische Darstellungen zu Zwecken der Veranschaulichung handelt. Die Figuren werden zum Zweck der Veranschaulichung einer oder mehrerer Implementierungen mit dem expliziten Verständnis bereitgestellt, dass sie nicht verwendet werden, um den Umfang oder die Bedeutung der Ansprüche zu beschränken.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es folgen detailliertere Beschreibungen verschiedener Konzepte im Zusammenhang mit und Implementierungen von Verfahren, Geräten und Systemen für Strömungsverteilung in einem Nachbehandlungssystem. Die verschiedenen, vorstehend vorgestellten und nachstehend ausführlich beschriebenen Konzepte können auf eine von zahlreichen Weisen implementiert werden, da die beschriebenen Konzepte nicht auf eine bestimmte Art und Weise der Implementierung beschränkt sind. Beispiele für spezielle Implementierungen und Anwendungen werden hauptsächlich zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt.
Übersicht
Verbrennungsmotoren (z. B. Dieselverbrennungsmotoren usw.) erzeugen Abgase, die häufig in einem Nachbehandlungssystem behandelt werden. Diese Behandlung schließt häufig das Leiten der Abgase durch einen Katalysator ein. Durch Bereitstellen des Katalysators mit einer gleichmäßigen Strömung der Abgase lässt sich der Wirkungsgrad des Katalysators und somit des Nachbehandlungssystems erhöhen. Verschiedene Komponenten wie Leitbleche können in ein Nachbehandlungssystem integriert werden, um die Strömung der Abgase in den Katalysator zu ändern. Herkömmliche Nachbehandlungssysteme implementieren schwer skalierbare Komponenten (z. B. für unterschiedliche Anwendungen usw.) in radialer Richtung (z. B. verschiedene Durchmesser usw.) und in axialer Richtung (z. B. verschiedene Längen, verschiedene Anzahl von Komponenten, verschiedene Konfigurationen von Komponenten usw.). Zum Beispiel können Leitbleche komplizierte Formen haben, deren Herstellung fortschrittliche Herstellungstechniken und daher erhebliche Kosten erfordert. Infolgedessen bieten herkömmliche Nachbehandlungssysteme nicht die Flexibilität, die für eine einfache Implementierung in Anwendungen mit variierenden Motorleistungen und/oder Betriebsbedingungen erforderlich ist. Ferner benutzen herkömmliche Nachbehandlungssysteme in der Regel komplizierte Komponenten, die teuer sind und eine schwierige und zeitintensive Herstellung erfordern.
Hier beschriebene Implementierungen beziehen sich auf einen mehrstufigen Mischer, der eine Vielzahl von Strömungsvorrichtungen einschließt, die zusammenwirken, um einen Katalysator mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strömung von Abgasen und Reduktionsmittel bereitzustellen, eine im Wesentlichen gleichmäßige Reduktionsmittelverteilung in den Abgasen nachgelagert des mehrstufigen Mischers zu ermöglichen und einen relativ geringen Druckabfall (z. B. der Druck der Abgase am Einlass des mehrstufigen Mischers abzüglich des Drucks der Abgase am Auslass des mehrstufigen Mischers usw.) bereitstellt, all dies in einem relativ kompakten Raum im Vergleich zu herkömmlichen Nachbehandlungssystemen. Die Strömungsvorrichtungen sind meist symmetrisch und im Vergleich zu den komplizierten Vorrichtungen, die derzeit in Nachbehandlungssystemen verwendet werden, relativ einfach herzustellen. Infolgedessen kann der mehrstufige Mischer einfach und problemlos für verschiedene Anwendungen skaliert werden und benötigt dabei weniger Platz als Vorrichtungen, die derzeit in Nachbehandlungssystemen verwendet werden. Der mehrstufige Mischer kann dafür konfiguriert sein, die Abgase mit Reduktionsmittel zu dosieren, eine interne Wirbelströmung zu erzeugen, die das Reduktionsmittel innerhalb der Abgase vermischt, und eine gleichmäßige Dispersion des Reduktionsmittels innerhalb der gleichmäßigen Strömung der Abgase in den Katalysator zu erzeugen. Der mehrstufige Mischer kann den Spritzaufprall auf Wandoberflächen aufgrund von Wirbelströmung und relativ hohen Schubbeanspruchungen, die durch den mehrstufigen Mischer erzeugt werden, minimieren und dadurch die Bildung und Ansammlung von Ablagerungen innerhalb des mehrstufigen Mischers und der zugehörigen Abgaskomponenten mindern.
Bei einigen Implementierungen weist der mehrstufige Mischer eine Abgasführung auf, die Abgase in Richtung des Reduktionsmittels führt, das aus einer Reduktionsmittelführung ausgestoßen wird. Die Abgase strömen über Öffnungen, die an mindestens einem Teil der Abgasführung angeordnet sind, in die Abgasführung. Die Abgase unterstützen dann das Reduktionsmittel beim Einströmen in eine Strömungsvorrichtung, wobei das Reduktionsmittel und die Abgase anschließend durch eine Wirbelströmung gemischt werden können. Das Mischen kann die Zersetzung verbessern, indem der durch Wirbelströmung und/oder Venturi-Strömung erzeugte niedrige Druck genutzt wird, um die gewöhnliche und turbulente Diffusion zu verbessern und eine Mischstrecke der Abgase und des Reduktionsmittels zu verlängern. Wirbelströmung bezieht sich auf eine Strömung, die um eine Mittelachse des mehrstufigen Mischers und/oder eine Mittelachse einer Strömungsvorrichtung wirbelt. Venturi-Strömung bezieht sich auf eine Strömung, die aufgrund eines Niederdruckbereichs auftritt, der aus einer Verringerung der Querschnittsfläche und einer lokalen Strömungsbeschleunigung resultiert.
Bei einigen Implementierungen weist eine Strömungsvorrichtung des mehrstufigen Mischers interne Platten auf, die unter der Reduktionsmittelführung positioniert sind. Wenn das Reduktionsmittel in die Strömungsvorrichtung strömt, kommt das Reduktionsmittel in Kontakt mit den internen Platten, die das Mischen des Reduktionsmittels innerhalb der Abgase erleichtern, indem die Stokes-Zahl des Reduktionsmittels (z. B. Reduktionsmitteltröpfchen usw.) durch Verspritzen verringert wird.
Übersicht über das Nachbehandlungssystem
1 stellt ein Nachbehandlungssystem 100 dar, das ein beispielhaftes Reduktionsmittelzufuhrsystem 110 für ein Abgassystem 190 aufweist. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt einen Partikelfilter, zum Beispiel einen Dieselpartikelfilter (DPF) 102, das Reduktionsmittelzufuhrsystem 110, eine Zersetzungskammer oder einen Reaktor 104, einen SCR-Katalysator 106 und einen Sensor 150 ein. In einigen Ausführungsformen schließt der SCR-Katalysator 106 einen Ammoniakoxidationskatalysator (ASC) ein.
Der DPF 102 ist dazu konfiguriert, Feinstaub, beispielsweise Ruß, aus in dem Abgassystem 190 strömendem Abgas zu entfernen. Der DPF 102 schließt einen Einlass ein, durch den das Abgas eintritt, und einen Auslass, durch den das Abgas austritt, nachdem Feinstaub im Wesentlichen aus dem Abgas gefiltert wurde und/oder Feinstaub in Kohlendioxid umgewandelt wurde. Bei einigen Implementierungen kann der DPF 102 weggelassen werden.
Die Zersetzungskammer 104 ist dafür eingerichtet, ein Reduktionsmittel wie Harnstoff oder Dieselabgasfluid (DEF) in Ammoniak zu verwandeln. Die Zersetzungskammer 104 schließt ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 110 mit einer Dosiereinrichtung oder einem Dosiermodul 112 ein, das dazu konfiguriert ist, das Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren (beispielsweise durch einen Einspritzer, wie etwa den nachstehend beschriebenen Einspritzer). Bei einigen Implementierungen wird das Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator 106 vorgelagert eingespritzt. Die Reduktionsmitteltröpfchen durchlaufen dann die Prozesse der Verdampfung, Thermolyse und Hydrolyse, um gasförmiges Ammoniak innerhalb des Abgassystems 190 zu bilden. Die Zersetzungskammer 104 schließt einen Einlass ein, der in Fluidverbindung mit dem DPF 102 steht, um das Abgas aufzunehmen, das NO_x-Emissionen enthält, sowie einen Auslass, durch den Abgas, NO_x-Emissionen, Ammoniak und/oder Reduktionsmittel zum SCR-Katalysator 106 strömen.
Die Zersetzungskammer 104 schließt das an der Zersetzungskammer 104 angebrachte Dosiermodul 112 ein, so dass das Dosiermodul 112 das Reduktionsmittel in die Abgase dosieren kann, die in das Abgassystem 190 strömen. Das Dosiermodul 112 kann einen Isolator 114 einschließen, der zwischen einem Abschnitt des Dosiermoduls 112 und dem Abschnitt der Zersetzungskammer 104 angeordnet ist, an dem das Dosiermodul 112 montiert ist. Das Dosiermodul 112 ist fluidisch mit einer oder mehreren Reduktionsmittelquellen 116 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann eine Pumpe 118 verwendet werden, um Druck auf das Reduktionsmittel aus den Reduktionsmittelquellen 116 für die Zufuhr zum Dosiermodul 112 auszuüben.
Das Dosiermodul 112 und die Pumpe 118 sind ebenfalls elektrisch oder kommunikativ mit einer Steuerung 120 gekoppelt. Die Steuerung 120 ist dazu konfiguriert, das Dosiermodul 112 zu steuern, um Reduktionsmittel in die Zersetzungskammer 104 zu dosieren. Die Steuerung 120 kann auch zum Steuern der Pumpe 118 konfiguriert sein. Die Steuerung 120 kann einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (Field-Programmable Gate Array, FPGA) usw. oder Kombinationen davon einschließen. Die Steuerung 120 kann einen Speicher einschließen, der unter anderem eine elektronische, optische, magnetische oder eine andere Datenspeicher- oder Übermittlungsvorrichtung einschließt, die in der Lage ist, einem Prozessor, einer ASIC, einer FPGA usw. Programmanweisungen bereitzustellen. Der Speicher kann einen Speicherchip, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read only memory, EPROM), einen Flash-Speicher oder einen anderen geeigneten Speicher einschließen, aus dem die Steuerung 120 Anweisungen lesen kann. Die Anweisungen können einen Code aus einer beliebigen geeigneten Programmiersprache einschließen.
Der SCR-Katalysator 106 ist dafür konfiguriert, zur Verringerung von NO_x-Emissionen beizutragen, indem ein NO_x-Reduktionsprozess zwischen dem Ammoniak und dem NO_x des Abgases in zweiatomigen Stickstoff und Wasser beschleunigt wird. Der SCR-Katalysator 106 schließt einen Einlass in Fluidverbindung mit der Zersetzungskammer 104 ein, woraus Abgas und Reduktionsmittel aufgenommen wird, sowie einen Auslass in Fluidverbindung mit einem Ende des Abgassystems 190.
Das Abgassystem 190 kann ferner einen Oxidationskatalysator (z. B. einen Dieseloxidationskatalysator, (DOC)) in Fluidverbindung mit dem Abgassystem 190 einschließen (z. B. vorgelagert des SCR-Katalysator 106 oder des DPF 102), um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas zu oxidieren.
Bei manchen Implementierungen kann der DPF 102 der Zersetzungskammer oder dem Reaktor 104 nachgelagert positioniert sein. Zum Beispiel können der DPF 102 und der SCR-Katalysator 106 in einer einzigen Einheit kombiniert sein. In einigen Implementierungen kann das Dosiermodul 112 stattdessen einem Turbolader nachgelagert oder einem Turbolader vorgelagert positioniert sein.
Der Sensor 150 kann mit dem Abgassystem 190 gekoppelt sein, um einen Zustand des Abgases, das durch das Abgassystem 190 strömt, zu erkennen. Bei einigen Implementierungen kann der Sensor 150 einen Abschnitt aufweisen, der im Abgassystem 190 angeordnet ist; zum Beispiel kann sich eine Spitze des Sensors 150 in einen Abschnitt des Abgassystems 190 erstrecken. Bei anderen Implementierungen kann der Sensor 150 Abgas durch eine andere Leitung empfangen, wie beispielsweise durch ein oder mehrere Probenrohre, die sich aus dem Abgassystem 190 erstrecken.
Während der Sensor 150 so dargestellt ist, dass er nachgelagert des SCR-Katalysators 106 positioniert ist, versteht es sich, dass der Sensor 150 an jeder anderen Position des Abgassystems 190, einschließlich vorgelagert des DPF 102, innerhalb des DPF 102, zwischen dem DPF 102 und der Zersetzungskammer 104, innerhalb der Zersetzungskammer 104, zwischen der Zersetzungskammer 104 und dem SCR-Katalysator 106, innerhalb des SCR-Katalysators 106 oder nachgelagert des SCR-Katalysators 106 positioniert sein kann. Zusätzlich können zwei oder mehr Sensoren 150 verwendet werden, um einen Zustand des Abgases zu erkennen, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs Sensoren 150, wobei jeder Sensor 150 an einer der vorher erwähnten Positionen des Abgassystems 190 angeordnet ist.
Beispiel für mehrstufigen Mischer
2 zeigt einen mehrstufigen Mischer 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Während in dieser besonderen Ausführungsform ein mehrstufiger Mischer 200 beschrieben wird, versteht es sich, dass die relevante Struktur bei dieser und ähnlichen Ausführungsformen andere Nachbehandlungskomponenten darstellen kann, wie einen SCR-Katalysator, ein perforiertes Rohr, ein Rohr, einen Verteiler, eine Zersetzungskammer oder einen Reaktor, eine Dosiereinrichtung, ein Dosiermodul und andere. Der mehrstufige Mischer 200 ist dafür konfiguriert, Abgase (z. B. Verbrennungsgase von einem Verbrennungsmotor usw.) aufzunehmen und die Abgase nachgelagert mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Strömungsverteilung (z. B. Strömungsprofil usw.) bereitzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der mehrstufige Mischer 200 zusätzlich dafür konfiguriert, die Abgase selektiv mit einem Reduktionsmittel (z. B. Harnstoff, Dieselabgasfluid (DEF), AdBlue® usw.) zu dosieren. Da der mehrstufige Mischer 200 eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömungsverteilung der Abgase bereitstellt und das Mischen zwischen Abgasen und Reduktionsmittel fördert, kann der mehrstufige Mischer 200 die Abgase auch nachgelagert mit einer im Wesentlichen gleichmäßigen Reduktionsmittelverteilung (z. B. Reduktionsmittelprofil usw.) bereitstellen.
Der mehrstufige Mischer 200 schließt einen Einlass des mehrstufigen Mischers 202 ein, der die Abgase in den mehrstufigen Mischer 200 aufnimmt, und einen Auslass des mehrstufigen Mischers 204, der die Abgase aus dem mehrstufigen Mischer 200 bereitstellt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen nimmt der Einlass des mehrstufigen Mischers 202 die Abgase von einem Dieselpartikelfilter (z. B. dem DPF 102 usw.) auf und der Auslass des mehrstufigen Mischers 204 stellt die Abgase dem SCR-Katalysator 106 bereit.
Fluidströme können durch eine Reynolds-Zahl, die sich auf ein Strömungsmuster des Fluids bezieht, und eine Stokes-Zahl, die sich auf das Verhalten von in dem Fluid suspendierten Teilchen bezieht, definiert werden. Je nach der Reynolds-Zahl kann die Strömung z. B. turbulent oder laminar sein. Die Strömung der Abgase in den Einlass des mehrstufigen Mischers 202 kann durch eine Reynolds-Zahl definiert sein, die größer als 104 ist, was bedeutet, dass die Strömung der Abgase turbulent ist. Da die Strömung der Abgase in den Einlass des mehrstufigen Mischers 202 turbulent ist, besteht Selbstähnlichkeit. Je nach der Stokes-Zahl kann es mehr oder weniger wahrscheinlich sein, dass Partikel dem Flüssigkeitsstrom folgen. Der Reduktionsmittelstrom kann durch eine Stokes-Zahl definiert sein, die in der Größenordnung von eins liegt, was bedeutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass das Reduktionsmittel der Strömung von Abgasen folgt, was bei herkömmlichen Mischvorrichtungen ein Problem darstellt. Vorteilhafterweise enthält der mehrstufige Mischer 200 hier verschiedene Komponenten und Vorrichtungen, die bewirken, dass das Reduktionsmittel mit den Abgasen vermischt wird (z. B. durch Verringern der Stokes-Zahl des Reduktionsmittels usw.), so dass das Reduktionsmittel zusammen mit den Abgasen durch den mehrstufigen Mischer 200 befördert wird. Auf diese Weise verbessert der mehrstufige Mischer 200 das Vermischen des Reduktionsmittels und senkt ein Risiko, das der Bildung von Ablagerungen innerhalb des mehrstufigen Mischers 200 zugeordnet ist. In verschiedenen Ausführungsformen ist der mehrstufige Mischer 200 statisch und weist keine Komponenten auf, die sich als Reaktion auf den Durchgang von Abgasen durch den mehrstufigen Mischer 200 bewegen. Auf diese Weise kann der mehrstufige Mischer 200 weniger komplex in der Herstellung und kostengünstiger und damit wünschenswerter als Nachbehandlungskomponenten mit beweglichen Komponenten sein.
Der mehrstufige Mischer 200 weist eine Vielzahl von Strömungsvorrichtungen auf, die den mehrstufigen Mischer 200 in eine Vielzahl von Stufen unterteilen. Jede der Vielzahl von Strömungsvorrichtungen ist so strukturiert, dass sie die Strömung der Abgase und des Reduktionsmittels so verändert, dass die Vielzahl von Strömungsvorrichtungen kumulativ bewirkt, dass die Abgase eine gewünschte Strömungsverteilung erhalten und das Reduktionsmittel einen gewünschten Gleichmäßigkeitsindex (z. B. Gleichmäßigkeitsverteilung usw.) am Auslass des mehrstufigen Mischers 204 erhält. Das Erhalten bestimmter Strömungsverteilungen und Reduktionsmittel-Gleichmäßigkeitsindizes ist wichtig beim Betrieb eines Nachbehandlungssystems. Zum Beispiel ist es wünschenswert, eine gleichmäßige Strömungsverteilung und einen gleichmäßigen Reduktionsmittel-Gleichmäßigkeitsindex an einem Einlass eines SCR-Katalysators zu erhalten, da eine solche Strömungsverteilung dem SCR-Katalysator ermöglicht, einen relativ hohen Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen.
Wie in 2 dargestellt, umfasst der mehrstufige Mischer 200 eine erste Strömungsvorrichtung 206, eine zweite Strömungsvorrichtung 208, eine dritte Strömungsvorrichtung 210 und eine vierte Strömungsvorrichtung 212. Es versteht sich, dass der mehrstufige Mischer 200 jede Kombination aus der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 aufweisen kann, einschließlich Kombinationen mit mehreren ersten Strömungsvorrichtungen 206, mehreren zweiten Strömungsvorrichtungen 208, mehreren dritten Strömungsvorrichtungen 210 und/oder mehreren vierten Strömungsvorrichtungen 212 und Kombinationen ohne eine erste Strömungsvorrichtung 206, eine zweite Strömungsvorrichtung 208, eine dritte Strömungsvorrichtung 210 und/oder eine vierte Strömungsvorrichtung 212.
Wenn die Abgase durch den Einlass des mehrstufigen Mischers 202 eintreten, befinden sich die Abgase vor dem Auftreffen auf die erste Strömungsvorrichtung 206 in der Stufe null. In der Stufe null müssen die Abgase noch von einer der Strömungsvorrichtungen beeinflusst werden. Die Abgase strömen dann durch die erste Strömungsvorrichtung 206. Die erste Strömungsvorrichtung 206 schließt eine Anzahl von Öffnungen N_I ein, die einen offenen Bereich A_I definieren, durch den die Abgase in Stufe eins strömen. Die Öffnungen der ersten Strömungsvorrichtung 206 sind durch einen durchschnittlichen Bereich A_AI definiert. Die erste Strömungsvorrichtung 206 kann dafür konfiguriert sein, einen Venturi, Wirbel- oder Mischeffekt zu erzeugen. Der Wirbeleffekt kann dazu führen, dass ein Großteil des Abgasstroms dazu tendiert, in Richtung eines Umfangs des mehrstufigen Mischers 200 zu strömen. Die erste Strömungsvorrichtung 206 kann in Stufe eins einen Niederdruckbereich erzeugen. Dieser Niederdruckbereich kann eine verbesserte Reduktionsmittelzersetzung (z. B. durch Verdampfung, Thermolyse usw.), normale und turbulente Diffusion und Vermischung von Reduktionströpfchen ermöglichen. Der Niederdruckbereich kann den Abgasstrom und das Reduktionsmittel auch von einem Umfang der ersten Strömungsvorrichtung 206 in die erste Strömungsvorrichtung 206 ziehen.
Die Abgase strömen dann durch die zweite Strömungsvorrichtung 208. Die zweite Strömungsvorrichtung 208 schließt eine Anzahl von Öffnungen N_II ein, die einen offenen Bereich An definieren, durch den die Abgase in Stufe zwei strömen. Die Öffnungen der zweiten Strömungsvorrichtung 208 sind durch einen durchschnittlichen Bereich A_AII definiert. Die Abgase strömen dann durch die dritte Strömungsvorrichtung 210. Die dritte Strömungsvorrichtung 210 schließt eine Anzahl von Öffnungen N_III ein, die einen offenen Bereich Am definieren, durch den die Abgase in Stufe drei strömen. Die Öffnungen der dritten Strömungsvorrichtung 210 sind durch einen durchschnittlichen Bereich A_AIII definiert. Die Abgase strömen dann durch die vierte Strömungsvorrichtung 212. Die vierte Strömungsvorrichtung 212 umfasst eine Anzahl von Öffnungen N_IV , die einen offenen Bereich Aiv definieren, durch den die Abgase in Stufe vier strömen. Die Öffnungen der vierten Strömungsvorrichtung 212 sind durch einen durchschnittlichen Bereich A_AIV definiert. Die vierte Strömungsvorrichtung 212 kann eine gleichmäßige oder anderweitig gemusterte perforierte Platte einschließen, wobei A_AIV relativ klein ist. Auf diese Weise kann die vierte Strömungsvorrichtung 212 dafür konfiguriert sein, den in Stufe vier strömenden Abgasen eine gleichmäßige Strömung und Verteilung des Reduktionsmittels bereitzustellen. Ab Stufe vier strömen die Abgase aus dem Auslass 204 des mehrstufigen Mischers des mehrstufigen Mischers 200.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der mehrstufige Mischer 200 dafür konfiguriert, dass: $A_{I} \approx A_{I I} \approx A_{I I I} \approx A_{I V}$
$A_{A I} \neq A_{A I I} \neq A_{A I I I} \neq A_{A I V}$
$N_{I} \neq N_{I I} \neq N_{I I I} \neq N_{I V}$
wodurch ein dynamischer Druck der Abgase innerhalb der Stufe null, Stufe eins, Stufe zwei, Stufe drei und Stufe vier jeweils im Wesentlichen gleich bleiben kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208, die dritte Strömungsvorrichtung 210 und die vierte Strömungsvorrichtung 212 so konfiguriert, dass: $A_{A I} > A_{A I I} > A_{A I I I} > A_{A I V}$
$N_{I} < N_{I I} < N_{I I I} < N_{I V}$
was eine allmähliche Änderung in der Strömung der Abgase durch Minimieren der Druckverluste der Abgase ermöglicht. Der Druckabfall der Abgase wird berechnet (z. B. bestimmt), indem der Druck der Abgase am Auslass 204 des mehrstufigen Mischers vom Druck der Abgase am Einlass 202 des mehrstufigen Mischers subtrahiert wird. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der mehrstufige Mischer 200 dafür konfiguriert, den Druckabfall bei Betrieb des zugehörigen Verbrennungsmotors in einem Übergangszyklus (z. B. dem Federal Test Procedure, dem World Harmonized Transient Cycle, dem Nonroad Transient Cycle usw.), einem stationären Zyklus (z. B. dem World Harmonized Stationary Cycle usw.) oder einer Kombination davon im Vergleich zu einem herkömmlichen Nachbehandlungssystem zu verringern.
Der mehrstufige Mischer 200 weist eine Dosiereinrichtung 214 und einen Anschluss 216 auf, durch den Reduktionsmittel (z. B. Reduktionsmitteltröpfchen usw.) aus der Dosiereinrichtung 214 selektiv in den mehrstufigen Mischer 200 eingeführt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Dosiereinrichtung 214 innerhalb der Stufe null positioniert. Der mehrstufige Mischer 200 dispergiert das Reduktionsmittel gleichmäßig innerhalb der Abgase, die aus dem Auslass 204 des mehrstufigen Mischers 200 strömen. Der Anschluss 216 ist dafür konfiguriert, das Reduktionsmittel zu einer Mitte (z. B. einer Mittelachse, Domänenmitte usw.) des mehrstufigen Mischers 200 zu führen oder beim Führen zu unterstützen, unabhängig von den Bedingungen (z. B. Fließgeschwindigkeit, Temperatur usw.) der Abgase. Zum Beispiel kann der Anschluss 216 verschiedene Formen und/oder Dicken aufweisen, um das Reduktionsmittel zur Mitte des mehrstufigen Mischers 200 zu führen.
Bei einigen Ausführungsformen schließt der mehrstufige Mischer 200 auch eine Reduktionsmittelführung 218 (z. B. Düse, perforiertes Rohr usw.) ein, die das Reduktionsmittel mindestens teilweise gegen die Strömung der Abgase aus dem Einlass des mehrstufigen Mischers 202 abschirmt, um das Führen des Reduktionsmittels zur Mitte des mehrstufigen Mischers 200 zu ermöglichen. Die Reduktionsmittelführung 218 erstreckt sich vom Anschluss 216, nimmt das Reduktionsmittel aus der Dosiereinrichtung 214 auf und stellt das Reduktionsmittel für den mehrstufigen Mischer 200 (z. B. in einer Mitte des mehrstufigen Mischers 200 usw.) bereit. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Reduktionsmittelführung 218 kegelstumpfförmig.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen sind die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208, die dritte Strömungsvorrichtung 210 und die vierte Strömungsvorrichtung 212 symmetrisch. Entsprechend wird das Herstellen der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 vereinfacht und die Größen der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 können für verschiedene Anwendungen leicht geändert werden. Im Gegensatz dazu enthalten herkömmliche Nachbehandlungssysteme in der Regel eine asymmetrische Komponente, die mit der Strömung in Kontakt ist. Daher ist der mehrstufige Mischer 200 wünschenswerter als herkömmliche Nachbehandlungsvorrichtungen. Zusätzlich kann jede von der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 leicht durch eine andere Strömungsvorrichtung ersetzt werden, so dass der mehrstufige Mischer 200 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist.
Aufgrund der spezifischen Konfiguration und des spezifischen Aufbaus des mehrstufigen Mischers 200 ist der mehrstufige Mischer 200 skalierbar und leicht konfigurierbar, während die Fähigkeit erhalten bleibt, Abgase mit einem sehr gleichmäßigen Strömungs- und Reduktionsmittelprofil bereitzustellen bei gleichzeitiger Minimierung eines Druckabfalls der Abgase und Minimierung der Wahrscheinlichkeit, dass sich Ablagerungen (z. B. Harnstoffablagerungen usw.) bilden. Infolgedessen kann der mehrstufige Mischer 200 für eine Zielanwendung zu geringeren Kosten als andere Mischer, die nicht leicht anpassbar sind, konfiguriert werden (d. h. aufgrund der Skalierbarkeit und Modularität des mehrstufige Mischers 200 usw.). Der mehrstufige Mischer 200 und seine Komponenten sind in axialer Richtung (z. B. in der Länge usw.) und in radialer Richtung (z. B. im Durchmesser usw.) skalierbar. Zum Beispiel kann der mehrstufige Mischer 200 so skaliert werden, dass er zusätzliche oder weniger Strömungsvorrichtungen aufweist. In einem Beispiel kann der mehrstufige Mischer 200 skaliert werden, indem zusätzliche Strömungsvorrichtungen eingeschlossen werden.
Durch seine Skalierbarkeit kann der mehrstufige Mischer 200 in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen unterschiedliche Längen und/oder Durchmesser des mehrstufigen Mischers 200 erwünscht sind. Zum Beispiel kann der mehrstufige Mischer zur Verwendung mit einem Nachbehandlungssystem eines Seefahrzeugs in einer Größe und zur Verwendung mit einem Nachbehandlungssystem eines Diesel-Nutzfahrzeugs in einer anderen Größe hergestellt werden.
Aufgrund der Flexibilität des mehrstufigen Mischers 200 kann der mehrstufige Mischer 200 zu geringeren Kosten als herkömmliche Nachbehandlungsvorrichtungen hergestellt und leicht auf viele spezifische Anwendungen zugeschnitten werden, was den mehrstufigen Mischer 200 gegenüber herkömmlichen Nachbehandlungsvorrichtungen attraktiver macht. Ferner kann der mehrstufige Mischer 200 für Nachrüstungs- oder Drop-In-Anwendungen konfiguriert sein.
Während der mehrstufige Mischer 200 so dargestellt ist, dass er die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208, die dritte Strömungsvorrichtung 210 und die vierte Strömungsvorrichtung 212 einschließt, versteht es sich, dass der mehrstufige Mischer 200 mehr oder weniger Strömungsvorrichtungen einschließen kann, so dass der mehrstufige Mischer 200 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist. Weiterhin können die Anzahl, Form und Größe der Öffnungen in einer von der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 so variiert werden, dass der mehrstufige Mischer 200 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist. Bei einigen Anwendungen können die Anzahl der Strömungsvorrichtungen und deren Konfigurationen angepasst werden, um Reduktionsmittelzersetzung, Abgasverteilung, Reduktionsmittelverteilung innerhalb der Abgase und Minimierung des Druckabfalls der Abgase zu verbessern.
3 veranschaulicht den mehrstufigen Mischer 200 gemäß einer Ausführungsform. Der mehrstufige Mischer 200 schließt die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208 und die dritte Strömungsvorrichtung 210 ein. Die erste Strömungsvorrichtung 206 schließt in der Darstellung eine Trichterkante 300, einen Venturi-Körper 302 und einen ersten Stützflansch 304 (z. B. nachgeschalteten Stützflansch usw.) ein. Die Trichterkante 300 grenzt an den Venturi-Körper 302 an, der an den ersten Stützflansch 304 angrenzt. Die Trichterkante 300 ist dafür konfiguriert, einen Großteil der Abgase aus dem Einlass des mehrstufigen Mischers 202 in den Venturi-Körper 302 zu leiten. Die Trichterkante 300 ermöglicht es jedoch, dass ein Teil der Abgase zunächst den Venturi-Körper 302 umgeht und in einen Bereich zwischen der ersten Strömungsvorrichtung 206 und dem mehrstufigen Mischer 200 eintritt. Die Trichterkante 300 kann verschiedene Winkel relativ zur Mittelachse des mehrstufigen Mischers 200 haben (z. B. neunzig Grad, fünfundvierzig Grad, dreißig Grad, fünfzehn Grad usw.). Zusätzlich kann die Trichterkante 300 verschiedene Höhen, wie hier näher erläutert, in Bezug zu einer Außenkante des Körpers (z. B. in Bezug zu einem Außendurchmesser des Körpers usw.) aufweisen. Durch Einstellen der Höhe der Trichterkante 300 können mehr oder weniger der Abgase in die erste Strömungsvorrichtung 206 und mehr oder weniger der Abgase um die erste Strömungsvorrichtung 206 herum (z. B. in einer umgangenen Strömung usw.) geleitet werden.
Der Venturi-Körper 302 kann kreisförmig, konisch, kegelstumpfförmig, aerodynamisch oder ähnlich geformt sein. Der erste Stützflansch 304 dient dazu, die erste Strömungsvorrichtung 206 mit dem mehrstufigen Mischer 200 zu koppeln. Bei verschiedenen Ausführungsformen stellt der erste Stützflansch 304 eine Dichtung zwischen dem Venturi-Körper 302 und dem mehrstufigen Mischer 200 bereit, so dass keine Abgase durch den ersten Stützflansch 304 gelangen oder diesen umgehen können. Infolgedessen werden die Abgase vom ersten Stützflansch 304 vorgelagert zum Eintreten in den Venturi-Körper 302 umgeleitet. Doch wie hier näher erläutert, weist der erste Stützflansch 304 bei einigen Ausführungsformen Öffnungen auf, durch welche die Abgase laufen können, um die erste Strömungsvorrichtung 206 zu durchlaufen.
Wie in 3 dargestellt, schließt die erste Strömungsvorrichtung 206 eine Abgasführungsöffnung 306 und eine Abgasführung 307 ein, die mit dem Anschluss 216 gekoppelt ist. Die Abgasführung 307 kann kegelstumpfförmig sein. Die Abgasführung 307 nimmt Reduktionsmittel von der Dosiereinrichtung 214 (in 3 nicht dargestellt) durch den Anschluss 216 auf und bewirkt, dass das Reduktionsmittel in den Venturi-Körper 302 strömt. Die Abgasführung 307 ist mit dem Venturi-Körper 302 der ersten Strömungsvorrichtung 206 um die Abgasführungsöffnung 306 herum gekoppelt oder darin integriert, so dass die Abgase nicht zwischen der Abgasführung 307 und dem Venturi-Körper 302 strömen können. Stattdessen beinhaltet die Abgasführung 307 eine Vielzahl von Öffnungen 308, die jeweils die Abgase aufnehmen und die Abgase in die Abgasführung 307 leiten. Die Abgase werden dann mit Reduktionsmittel aus der Dosiereinrichtung 214 innerhalb des Venturi-Körpers 302 und/oder der Abgasführung 307 vermischt. Die Strömung der Abgase in die Abgasführung 307 bewirkt, dass das Reduktionsmittel aus der Dosiereinrichtung 214 zusammen mit den Abgasen in den Venturi-Körper 302 und zur Mitte des mehrstufigen Mischers 200 strömt. Auf diese Weise wird die Reduktionsmittelströmung durch die Strömung der Abgase unterstützt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Reduktionsmittelführung 218 innerhalb der Abgasführung 307 positioniert. Bei diesen Ausführungsformen ist das Reduktionsmittel von den Abgasen getrennt, bis das Reduktionsmittel die Reduktionsmittelführung 218 verlässt, wobei dann die Abgase bewirken, dass das Reduktionsmittel in Richtung der Mitte des mehrstufigen Mischers 200 strömt. Durch anfängliches Trennen des Reduktionsmittels und der Abgase kann eine Ansammlung von Reduktionsmittel in dem mehrstufigen Mischer 200 minimiert werden, indem der Aufprall auf eine Spritzwand des mehrstufigen Mischers 200 minimiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Durchmesser des Venturi-Körpers 302: $0,25 D_{0} \leq D_{C} \leq 0,9 D_{0}$
wobei der Venturi-Körper 302 durch einen Durchmesser D_C definiert ist und der mehrstufige Mischer 200 durch einen Innendurchmesser D₀ definiert ist, der größer als D_C ist. Der am Venturi-Körper 302 gemessene statische Druck ist gegeben durch $P_{C} = P_{0} - ({(\frac{D_{0}}{D_{C}})}^{4} - 1) * \frac{1}{2} ρ υ_{0}^{2}$
wobei Pc der absolute statische Druck am Venturi-Körper 302 ist, wobei P₀ der absolute statische Druck vorgelagert des Venturi-Körpers 302 ist (z. B. durch einen Druckwandler gemessen, durch einen Sensor gemessen usw.), wobei ρ die Dichte der Abgase ist und wobei υ₀ die Strömungsgeschwindigkeit vorgelagert des Venturi-Körpers 302 ist (z. B. durch einen Sensor gemessen usw.). Aufgrund des Unterschieds im Durchmesser zwischen dem Venturi-Körper 302 und dem mehrstufigen Mischer 200 erzeugt der Venturi-Körper 302 einen Niederdruckbereich. Der Niederdruckbereich verstärkt (z. B. erhöht, beschleunigt usw.) eine Zersetzung von Reduktionsmittel (z. B. durch Verdampfung, durch Thermolyse usw.), eine gewöhnliche und turbulente Diffusion und eine Vermischung von Reduktionsmitteltröpfchen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst die erste Strömungsvorrichtung 206 auch einen Hauptmischer 309 mit einer Vielzahl von Hauptführungsschaufeln 310 und einer Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen 312, die dazwischen beabstandet sind, um eine Wirbelströmung bereitzustellen, wodurch zusätzliche Niederdruckbereiche erzeugt werden und das Mischen durch Verlängern einer Mischstrecke der ersten Strömungsvorrichtung 206 ermöglicht wird. Die Hauptführungsschaufeln 310 sind an dem Venturi-Körper 302 angebracht und an diesen angepasst, so dass die Abgase nur durch die Hauptführungsschaufelöffnungen 312 aus dem Venturi-Körper 302 austreten können. Die Hauptführungsschaufeln 310 sind auch an einer zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 angebracht und an diese angepasst, die um die Mittelachse des Venturi-Körpers 302 zentriert ist.
Die Hauptführungsschaufeln 310 sind statisch und innerhalb des Venturi-Körpers 302 unbeweglich. Auf diese Weise kann der Hauptmischer 309 weniger komplex und kostspielig in der Herstellung sein und daher wünschenswerter als Nachbehandlungskomponenten mit komplizierten Komponenten, die teuer sind und eine schwierige und zeitintensive Herstellung erfordern. Anstatt die Strömung von Abgasen auf einen einzigen Weg zum Erzeugen einer Wirbelströmung zu begrenzen, haben die Hauptführungsschaufeln 310 mehrere Öffnungen zwischen benachbarten Hauptführungsschaufeln 310, so dass jede der Hauptführungsschaufeln 310 die Abgase unabhängig voneinander verwirbelt und so dass die Hauptführungsschaufeln 310 zusammen die Wirbelströmung in den Abgasen erzeugen.
Die Hauptführungsschaufeln 310 sind so positioniert (z. B. gekrümmt, abgewinkelt, gebogen usw.), dass eine Wirbelströmung (z. B. Mischen usw.) der Abgase und des Reduktionsmittels bewirkt wird, um ein Gemisch zu bilden. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die Hauptführungsschaufeln 310 im Wesentlichen gerade (z. B. im Wesentlichen entlang einer Ebene angeordnet, mit einer im Wesentlichen konstanten Neigung entlang der Hauptführungsschaufel 310 usw.). Bei anderen Ausführungsformen sind die Hauptführungsschaufeln 310 gekrümmt (z. B. nicht im Wesentlichen entlang einer Ebene angeordnet, mit unterschiedlichen Neigungen entlang der Hauptführungsschaufel 310, mit Kanten, die gegenüber dem Rest der Hauptführungsschaufel 310 gekrümmt sind, usw.). Bei weiteren Ausführungsformen sind benachbarte Hauptführungsschaufeln 310 so positioniert, dass sie sich übereinander erstrecken. Bei diesen Ausführungsformen können die Hauptführungsschaufeln 310 gerade und/oder gekrümmt sein. Bei Ausführungsformen mit mehreren Hauptführungsschaufeln 310 kann jede Hauptführungsschaufel 310 unabhängig konfiguriert sein, so dass die Hauptführungsschaufeln 310 individuell zugeschnitten sind, um eine Zielkonfiguration der ersten Strömungsvorrichtung 206 zu erreichen, so dass der mehrstufige Mischer 200 für eine Zielanwendung zugeschnitten ist.
Jede der Hauptführungsschaufeln 310 ist durch einen Führungsschaufelwinkel (z. B. relativ zu einer Mittelachse des mehrstufigen Mischers 200 usw.) definiert, der sich auf die von dieser Hauptführungsschaufel 310 erzeugte Verwirbelung bezieht. Der Führungsschaufelwinkel für jede der Hauptführungsschaufeln 310 kann sich von dem Führungsschaufelwinkel für jede der anderen Hauptführungsschaufeln 310 unterscheiden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen umfasst die erste Strömungsvorrichtung 206 Hauptführungsschaufeln 310, die einen Führungsschaufelwinkel von zwischen dreißig Grad und achtzig Grad aufweisen. Die Hauptführungsschaufeln 310 können jedoch auch andere geeignete Führungsschaufelwinkel aufweisen. Gleichermaßen kann die erste Strömungsvorrichtung 206 eine beliebige Anzahl der Hauptführungsschaufeln 310 aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Strömungsvorrichtung 206 zwischen vier und zwölf Hauptführungsschaufeln 310 auf.
Die Hauptführungsschaufelöffnungen 312 definieren gemeinsam den offenen Bereich A_I . Die Größe der Hauptführungsschaufelöffnungen 312 hängt jedoch zum Teil mit dem Durchmesser der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 zusammen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Durchmesser der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 gegeben durch $0,05 D_{C} \leq D_{H} \leq 0,25 D_{C}$
wobei D_H der Durchmesser der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 ist. In der Anwendung können die Anzahl der Hauptführungsschaufeln 310, die Führungsschaufelwinkel der Hauptführungsschaufeln 310 und der Durchmesser der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 jeweils variiert werden, um Verbesserungen in der Strömung der Abgase und des Reduktionsmittels, Verbesserungen beim Mischen des Reduktionsmittels und Verbesserungen beim Minimieren des Druckabfalls zu optimieren. Der Hauptmischer 309 kann so konfiguriert sein, dass die Hauptführungsschaufeln 310 symmetrisch oder asymmetrisch um die zentrale Hauptführungsschaufelnabe 313 herum angeordnet sind.
Die zweite Strömungsvorrichtung 208, die in 3 dargestellt ist, weist eine zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und eine Vielzahl von Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung auf. Die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung ist mit der Mitte der ersten Strömungsvorrichtung 206 und/oder mit der Mitte des mehrstufigen Mischers 200 ausgerichtet und ist von der Vielzahl von Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung umgeben. Im Betrieb strömen die Abgase zusammen mit dem Reduktionsmittel durch die Hauptführungsschaufelöffnungen 312 und in Stufe eins, dann durch die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung und in Stufe zwei. Die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung definieren zusammen den offenen Bereich An.
Die von den Hauptführungsschaufeln 310 erzeugte Wirbelströmung kann bewirken, dass ein Großteil des Stroms der Abgase und des Reduktionsmittels dazu tendiert, in Richtung eines Umfangs des mehrstufigen Mischers 200 zu strömen. Die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung können dieser Tendenz entgegenwirken, indem sie eine relativ geringere Strömungsbegrenzung in der Mitte über die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und eine relativ größere Strömungsbegrenzung in der Nähe des Umfangs des mehrstufigen Mischers 200 über die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung erzeugen. Diese Wechselwirkung zwischen der ersten Strömungsvorrichtung 206 und der zweiten Strömungsvorrichtung 208 verbessert Strömung und Gleichmäßigkeit der Abgase und des Reduktionsmittels, während der Druckabfall weiter minimiert wird.
Die dritte Strömungsvorrichtung 210, die in 3 dargestellt ist, weist eine Vielzahl von Öffnungen 318 der dritten Strömungsvorrichtung auf. Die Vielzahl von Öffnungen 318 der dritten Strömungsvorrichtung kann im Wesentlichen den Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung ähnlich sein. Im Betrieb strömen die Abgase zusammen mit dem Reduktionsmittel durch die zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung und die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung und in die Stufe zwei und strömen dann durch die Öffnungen 318 der dritten Strömungsvorrichtung und in die Stufe drei. Die Öffnungen 318 der dritten Strömungsvorrichtung definieren zusammen den offenen Bereich A_III . Ab Stufe drei strömen die Abgase zusammen mit dem Reduktionsmittel aus dem mehrstufigen Mischer 200 durch den Auslass 204 des mehrstufigen Mischers.
Die Öffnungen 318 der dritten Strömungsvorrichtung können jeweils identisch sein und gleichmäßig entlang der dritten Strömungsvorrichtung 210 beabstandet sein. Auf diese Weise kann die dritte Strömungsvorrichtung 210 eine im Wesentlichen gleichmäßige Strömung und Verteilung der Abgase und des Reduktionsmittels bereitstellen. Auf diese Weise kann die dritte Strömungsvorrichtung 210 einen Schub nachgelagert des mehrstufigen Mischers 200 wie am Einlass des SCR-Katalysators 106 reduzieren oder beseitigen, wodurch Erosion minimiert wird, die zum Beispiel Katalysatormaterial durch Kontakt mit harten Schwebstoffpartikeln üblicherweise erleidet, die in der Wirbelströmung der Abgase mitgeführt werden.
4 veranschaulicht den mehrstufigen Mischer 200 gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in 4 dargestellt, ist die Trichterkante 300 der ersten Strömungsvorrichtung 206 weniger abgewinkelt als die in 3 dargestellte Trichterkante 300. Infolgedessen kann eine größere Menge der Abgase zwischen dem Venturi-Körper 302 und dem mehrstufigen Mischer 200 in den in 4 dargestellten mehrstufigen Mischer 200 strömen als in den in 3 dargestellten mehrstufigen Mischer 200. Ferner schließt der in 4 dargestellte mehrstufige Mischer 200 nicht die Abgasführung 307, wie in dem in 3 dargestellten mehrstufigen Mischer 200 gezeigt, oder die Reduktionsmittelführung 218 ein. Vielmehr wird das Reduktionsmittel von der Dosiereinrichtung 214 (in 4 nicht dargestellt) durch den Anschluss 216 und in den Venturi-Körper 302 durch die Abgasführungsöffnung 306 abgegeben. Die Reduktionsmittelführung 218 kann mit dem Venturi-Körper 302 um die Abgasführungsöffnung 306 herum gekoppelt sein, so dass kein Abgas zwischen dem zylindrischen Körper und der Reduktionsmittelführung 218 strömt. Auf diese Weise vermischt sich das Reduktionsmittel mit den Abgasen innerhalb des Venturi-Körpers 302. Alternativ kann ein Spalt zwischen der Reduktionsmittelführung 218 und dem Venturi-Körper 302 vorhanden sein, so dass das Reduktionsmittel in den Bereich zwischen dem Venturi-Körper 302 und dem mehrstufigen Mischer 200 strömt und sich dort mit den Abgasen vermischt. Von dort aus können die Abgase und das Reduktionsmittel durch die Abgasfuhrungsöffnung 306 in den Venturi-Körper 302 strömen.
Wie in 4 dargestellt, schließt die erste Strömungsvorrichtung 206 ferner eine Vielzahl von internen Platten 400 ein, die entlang des Venturi-Körpers 302 angeordnet sind. Nachdem das Reduktionsmittel über die Abgasführungsöffnung 306 in den Venturi-Körper 302 eingetreten ist, fällt es in den Venturi-Körper 302 und kann mit jeder der internen Platten 400 in Kontakt treten. Ein Kontakt zwischen den internen Platten 400 und dem Reduktionsmittel hilft, das Reduktionsmittel entlang einer Zielbahn zu führen, bevor es den Hauptmischer 309, die zweite Strömungsvorrichtung 208, die dritte Strömungsvorrichtung 210 oder andere nachgelagerte Komponenten oder Merkmale des mehrstufigen Mischers 200 erreicht. Auf diese Weise stellen die internen Platten 400 einen geeigneten Vormischungsgrad bereit, wodurch ein Gleichmäßigkeitsindex (z. B. eine räumliche Verteilung des Reduktionsmittels relativ zum NO_x in den Abgasen usw.) der Abgase verbessert wird. Zusätzlich können die internen Platten 400 dazu beitragen, eine Tröpfchengröße des Reduktionsmittels zu verringern, wodurch die Stokes-Zahl des Reduktionsmittels verringert wird, was die Fähigkeit des Reduktionsmittels erhöht, sich mit den Abgasen zu vermischen. Auf diese Weise ermöglichen die internen Platten eine verbesserte Skalierbarkeit des mehrstufigen Mischers 200. Die Anzahl, Form, Größe, der Winkel (z. B. Führungsschaufelwinkel usw.) und die Konfiguration der internen Platten 400 können so variiert werden, dass der mehrstufige Mischer 200 eine relativ gleichmäßige Strömung der Abgase und des Reduktionsmittels und eine relativ gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels innerhalb der Abgase bei gleichzeitiger Minimierung des Spritzaufpralls auf die Wände des mehrstufigen Mischers erhält.
Während die Vielzahl interner Platten 400 nur in 4 dargestellt wurde, versteht es sich, dass alle Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 die Vielzahl interner Platten 400 in einer von der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210 und der vierten Strömungsvorrichtung 212 einschließen können.
5 veranschaulicht den mehrstufigen Mischer 200 gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in 5 dargestellt, strömen die Abgase in den Venturi-Körper 302 der ersten Strömungsvorrichtung 206 und das Reduktionsmittel wird über die Abgasführungsöffnung 306 und die Reduktionsmittelführung 218 (nicht dargestellt), die sich in die Abgasführung 307 erstreckt, in den Venturi-Körper 302 eingeleitet. Bei einigen Ausführungsformen ist die Abgasführung 307 mit dem mehrstufigen Mischer 200 gekoppelt oder in diesen integriert. Bei andere Ausführungsformen ist die Abgasführung 307 so von dem mehrstufigen Mischer 200 beabstandet, dass die Abgase zwischen der Abgasführung 307 und der Wand des mehrstufigen Mischers 200 strömen können. Die in 5 dargestellte erste Strömungsvorrichtung 206 schließt den in den 3 und 4 dargestellten Hauptmischer 309 nicht ein. Stattdessen strömen die Abgase und das Reduktionsmittel direkt aus dem Inneren des Venturi-Körpers 302 in Stufe eins und dann durch die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung in die zweite Strömungsvorrichtung 208. Auf diese Weise definiert der Venturi-Körper 302 den offenen Bereich A_I .
Während die zweite Strömungsvorrichtung 208 die in 3 dargestellte zentrale Öffnung 314 der zweiten Strömungsvorrichtung nicht einschließt, sind die in 5 dargestellten Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung größer als die in 1 dargestellten Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung. Daher definieren die in 5 dargestellten Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung den offenen Bereich An, der im Wesentlichen gleich dem offenen Bereich A_I der ersten Strömungsvorrichtung 206 ist. Wie in 5 dargestellt, weist die dritte Strömungsvorrichtung 210 eine zentrale Öffnung 500 der dritten Strömungsvorrichtung auf. Die Abgase und das Reduktionsmittel strömen aus den Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung in die zweite Strömungsvorrichtung 208, in die Stufe zwei, und durch die dritte Strömungsvorrichtung 210 durch die zentrale Öffnung 500 der dritten Strömungsvorrichtung und in die Stufe drei. Die zentrale Öffnung 500 der dritten Strömungsvorrichtung definiert den offenen Bereich Am. Ab Stufe drei strömen das Abgas und das Reduktionsmittel durch eine Vielzahl von Öffnungen 502 der vierten Strömungsvorrichtung in die vierte Strömungsvorrichtung 212. Die Öffnungen 502 der vierten Strömungsvorrichtung können eine Vielzahl von Perforationen sein. Die Öffnungen 502 der vierten Strömungsvorrichtung definieren den offenen Bereich A_IV . Ab Stufe vier strömen die Abgase und das Reduktionsmittel über den Auslass 204 des mehrstufigen Mischers aus dem mehrstufigen Mischer 200.
6A bis 6C veranschaulichen den mehrstufigen Mischer 200 und Komponenten davon gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in 6A dargestellt, sind die erste Strömungsvorrichtung 206 und die dritte Strömungsvorrichtung 210 jeweils durch eine fünfte Strömungsvorrichtung 600 ersetzt. Die fünfte Strömungsvorrichtung 600 schließt eine zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung ein. Ferner schließt die fünfte Strömungsvorrichtung 600 nicht die Trichterkante 300, den Venturi-Körper 302 oder die Abgasführungsöffnung 306 ein. Die Abgase strömen in den mehrstufigen Mischer 200, und das Reduktionsmittel wird über die Abgasführung 307 in die Abgase eingeleitet. Die Abgase und das Reduktionsmittel strömen zusammen durch die zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung in der fünften Strömungsvorrichtung 600 und in die Stufe eins. Wie in 6B dargestellt, kann die zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung zentral in der fünften Strömungsvorrichtung 600 angeordnet sein. Auf diese Weise definiert die zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung den offenen Bereich A_I . Von Stufe eins strömen die Abgase und das Reduktionsmittel von Stufe eins durch die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung in der zweiten Strömungsvorrichtung 208 und in die Stufe zwei. Wie in 6C dargestellt, können die Öffnungen 316 der zweiten Strömungsvorrichtung identisch und gleichmäßig in Umfangsrichtung um die Mittelachse der zweiten Strömungsvorrichtung 208 angeordnet sein. Von Stufe zwei strömen die Abgase und das Reduktionsmittel von Stufe zwei durch die zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung in der fünften Strömungsvorrichtung 600 und in die Stufe drei. Auf diese Weise definiert die zentrale Öffnung 602 der fünften Strömungsvorrichtung den offenen Bereich Am, der gleich dem offenen Bereich A_I ist. Von Stufe drei strömen die Abgase und das Reduktionsmittel von Stufe drei durch die Öffnungen 502 der vierten Strömungsvorrichtung und in die Stufe vier.
7 veranschaulicht die Geschwindigkeit von Strömungslinien der Abgase und möglicherweise des Reduktionsmittels innerhalb des mehrstufigen Mischers 200, der die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208 und die dritte Strömungsvorrichtung 210 einschließt. 7 wurde unter Verwendung einer Simulation erzeugt, die eine Absolutdruckänderung von fünfhunderteinundzwanzig Pascal bei einer Massenfließgeschwindigkeit von 8,5 Kilogramm pro Minute und bei dreihundertfünfunddreißig Grad Celsius aufwies. Wie in 7 dargestellt, treten die Strömungslinien relativ gerade in den mehrstufigen Mischer 200 ein, werden von der ersten Strömungsvorrichtung 206 mit einer Wirbelströmung bereitgestellt und anschließend von der zweiten Strömungsvorrichtung 208 und der dritten Strömungsvorrichtung 210 begradigt, bis die Strömungslinien relativ gerade sind, bevor sie den mehrstufigen Mischer 200 verlassen.
8 veranschaulicht Positionen von Reduktionsmitteltröpfchen und deren entsprechende Größen innerhalb des mehrstufigen Mischers 200, der die erste Strömungsvorrichtung 206, die zweite Strömungsvorrichtung 208, die dritte Strömungsvorrichtung 210 und den Anschluss 216 einschließt. Wie in 8 dargestellt, treten die Reduktionsmitteltröpfchen in den mehrstufigen Mischer 200 ein, werden von der ersten Strömungsvorrichtung 206 mit einer Wirbelströmung bereitgestellt und anschließend von der zweiten Strömungsvorrichtung 208 und der dritten Strömungsvorrichtung 210 gleichmäßig dispergiert, bis die Reduktionsmitteltröpfchen gleichmäßig dispergiert sind, bevor sie den mehrstufigen Mischer 200 verlassen.
9A bis 9G veranschaulichen eine sechste Strömungsvorrichtung 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die sechste Strömungsvorrichtung 900 kann eine von der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 und der fünften Strömungsvorrichtung 600 sein, wie hier beschrieben.
Die sechste Strömungsvorrichtung 900 umfasst eine Vielzahl von Öffnungen der sechsten Strömungsvorrichtung 902. Durch Vergrößern der Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung in der sechsten Strömungsvorrichtung 900 können die Strömung der Abgase und des Reduktionsmittels gleichmäßiger werden und kann die Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen ebenfalls gleichmäßiger werden. Dieselben Vorteile können erzielt werden, indem die Dichte der Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung nahe der Mitte der sechsten Strömungsvorrichtung 900 erhöht wird.
In anderen Anwendungen können die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichmäßig um einen zentralen Bereich 904 verteilt sein, wie in 9D dargestellt. Der zentrale Bereich 904 kann zusätzliche Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung einschließen, die gleichmäßig innerhalb des zentralen Bereichs 904 verteilt sind. Wie in 9D dargestellt, ist die sechste Strömungsvorrichtung 900 so konfiguriert, dass die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung, die nicht innerhalb des zentralen Bereichs 904 angeordnet sind, weniger stark konzentriert sind als die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung, die innerhalb des zentralen Bereichs 904 angeordnet sind.
Wie in 9A dargestellt, sind die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichmäßig über die sechste Strömungsvorrichtung 900 verteilt und die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung sind identisch. Auf diese Weise kann die von der sechsten Strömungsvorrichtung 900 erzeugte Strömung im Wesentlichen gleichmäßig sein. Eine solche Anordnung der sechsten Strömungsvorrichtung 900 kann in der Nähe des Auslasses 204 des mehrstufigen Mischers 200 implementiert sein.
Doch die Öffnungen der sechsten Strömungsvorrichtung 902 können auch unterschiedliche Größen aufweisen, und die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung können entsprechend ihrer Größen angeordnet sein. Wie in 9B und 9C dargestellt, sind die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichmäßig über die sechste Strömungsvorrichtung 900 verteilt, wobei größere Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung nahe der Mitte der sechsten Strömungsvorrichtung 900 und kleinere Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung nahe dem Umfang der sechsten Strömungsvorrichtung 900 angeordnet sind. Eine solche Anordnung der sechsten Strömungsvorrichtung 900 kann nach Erzeugen einer Verwirbelung (z. B. hinter der ersten Strömungsvorrichtung 206 usw.) implementiert sein.
In anderen Anwendungen können die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichmäßig um einen zentralen Bereich 904 verteilt sein. Der zentrale Bereich 904 kann zusätzliche Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung einschließen, die gleichmäßig innerhalb des zentralen Bereichs 904 verteilt sind. Wie in 9D dargestellt, ist die sechste Strömungsvorrichtung 900 so konfiguriert, dass die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung, die nicht innerhalb des zentralen Bereichs 904 angeordnet sind, weniger stark konzentriert sind als die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung, die innerhalb des zentralen Bereichs 904 angeordnet sind. In noch anderen Anwendungen können die Öffnungen der sechsten Strömungsvorrichtung 902 gleichmäßig um eine zentrale Öffnung 906 verteilt sein. Wie in 9E dargestellt, ist die sechste Strömungsvorrichtung 900 so konfiguriert, dass die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichmäßig um die zentrale Öffnung 906 herum angeordnet sind.
In einigen Anwendungen weist jede der Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung eine Führungsschaufel 908 der sechsten Strömungsvorrichtung auf, die an die Öffnung 902 der sechsten Strömungsvorrichtung angrenzt. Wie in 9F dargestellt, sind die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung halbkreisförmig und die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung sind halbkreisförmig. Wie in 9G dargestellt, sind die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung quadratisch und die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung sind quadratisch. Bei der Herstellung können die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung und die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung gleichzeitig gebildet werden (z. B. mittels Stempel und Matrize usw.).
Die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung können so konfiguriert sein, dass die Abgase und das Reduktionsmittel in eine Zielrichtung strömen. Die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung und die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung können in einer Vielzahl von Reihen und Spalten über die sechste Strömungsvorrichtung 900 angeordnet sein. Wie in 9F und 9G dargestellt, kann die Richtung der Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung innerhalb einer Reihe alternieren und innerhalb einer Spalte gleich sein. Jedoch sind auch andere Anordnungen und Konfigurationen der Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung und der Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung möglich. Zum Beispiel können die Führungsschaufeln 908 der sechsten Strömungsvorrichtung und die Öffnungen 902 der sechsten Strömungsvorrichtung zusammenwirken, um eine Wirbelströmung zu erzeugen.
In 10A bis 10D wird die Abgasführung 307 gemäß verschiedenen Ausführungsformen genauer veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Abgasführung 307, wie unter Bezugnahme auf 10A bis 10D dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Wie in 10A und 10B dargestellt, ist die Reduktionsmittelführung 218 innerhalb der Abgasführung 307 positioniert. Die Reduktionsmittelführung 218 ist dafür konfiguriert, Reduktionsmittel über die Abgasführung 307 hinaus in den mehrstufigen Mischer 200 zu dosieren. Die Abgasführung 307 ist durch einen ersten Winkel (z. B. an einem Scheitelpunkt usw.) definiert, und der mehrstufige Mischer 200 ist durch einen zweiten Winkel (z. B. an einem Scheitelpunkt usw.) definiert, der kleiner als der erste Winkel ist. Auf diese Weise sind die Abgasführung 307 und der mehrstufige Mischer 200 dafür konfiguriert, dass der Spritzaufprall auf die Abgasführung 307 minimiert wird.
Die Öffnungen 308 sind entlang der Abgasführung 307 angeordnet und so konfiguriert, dass sie die Abgase in einen Bereich zwischen der Abgasführung 307 und der Reduktionsmittelführung 218 leiten, so dass die Abgase aus einer Düse 1000 der Abgasführung 307 herausgeleitet werden. Das Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelführung 218 kann in den Abgasen mitgeführt und dadurch zusammen mit den Abgasen aus der Abgasführung 307 ausgestoßen werden. Wie in 10A dargestellt, sind die Öffnungen 308 entlang einer vorderen Oberfläche 1002 der Abgasführung 307 angeordnet. Die vordere Oberfläche 1002 liegt angrenzend an die Strömung der Abgase aus dem Einlass 202 (z. B. vorgelagert usw.) des mehrstufigen Mischers 200. Die vordere Oberfläche 1002 kann durch ein Winkelsegment der Abgasführung 307 definiert sein. Zum Beispiel kann die vordere Oberfläche 1002 etwa einhundertzwanzig Grad der Abgasführung 307 betragen, die auf eine Richtung der Strömung der Abgase in die Abgasführung 307 zentriert ist.
Die Öffnungen 308 können unterschiedliche Formen, Größen, Steigungen, Dichten und Konfigurationen aufweisen. Die Öffnungen 308 können zum Beispiel so konfiguriert sein, dass die Abgase aus der Düse 1000 in vertikaler Richtung (z. B. relativ zur Strömung der Abgase in den Einlass 202 des mehrstufigen Mischers) geführt werden. Zum Beispiel sind, wie in 10B dargestellt, die Öffnungen 308 gleichmäßig entlang der Abgasführung 307 angeordnet. In einem weiteren Beispiel, das in 10C dargestellt ist, sind die Öffnungen 308 entlang der vorderen Oberfläche 1002 angeordnet. Doch wie in 10C dargestellt, schließt die Abgasführung 307 einen zylindrischen Abschnitt 1006 ein, der keine Öffnungen 308 einschließt. Der zylindrische Abschnitt 1006 kann die Verwendung der Abgasführung 307 bei Anwendungen mit begrenztem Platzangebot erleichtern. Weiterhin umfasst die Abgasführung 307 in 10D einen verformten Abschnitt 1008, der den Einsatz der Abgasführung 307 bei Anwendungen mit begrenztem Platzangebot ebenfalls ermöglicht.
11A bis 11E veranschaulichen einen Abschnitt der ersten Strömungsvorrichtung 206 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Bei einigen Ausführungsformen weist der Hauptmischer 309 eine komplementäre Führungsschaufel 1100 auf, die auf jeder der Hauptführungsschaufeln 310 positioniert ist. Es versteht sich, dass die komplementären Führungsschaufeln 1100, wie unter Bezugnahme auf 11A bis 11E dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein können.
Die komplementären Führungsschaufeln 1100 definieren komplementäre Öffnungen 1102, die an die Hauptführungsschaufelöffhungen 312 angrenzen. Auf diese Weise vergrößern die komplementären Führungsschaufeln 1100 den offenen Bereich A_I der ersten Strömungsvorrichtung 206. Die komplementären Führungsschaufeln 1100 können mit verschiedenen Winkeln relativ zu den Hauptführungsschaufeln 310 und mit verschiedenen Formen, Größen und Konfigurationen konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die erste Strömungsvorrichtung 206 mit einigen der Hauptführungsschaufeln 310 einschließlich der komplementären Schaufeln 1100 und anderen Hauptführungsschaufeln 310 ohne die komplementären Führungsschaufeln 1100 konfiguriert sein.
Die komplementären Führungsschaufeln 1100 können so positioniert sein, dass sie an eine Kante jeder der Hauptführungsschaufeln 310 angrenzen, wie in 11A und 11D dargestellt, oder dass sie innerhalb der Hauptführungsschaufeln 310 positioniert sind, wie in 11B und 11C dargestellt. Zusätzlich können die komplementären Führungsschaufeln 1100 dafür konfiguriert sein, eine Wirbelströmung (z. B. Co-Wirbelströmung, Gegenwirbelströmung usw.) zu erzeugen, die von der Wirbelströmung getrennt ist, die von den Hauptführungsschaufeln 310 erzeugt wird. Auf diese Weise können die komplementären Führungsschaufeln 1100 verwendet werden, um die Gesamtverwirbelung, die von der ersten Strömungsvorrichtung 206 erzeugt wird, zu erhöhen oder zu verringern. Bei einigen Ausführungsformen kann ein mehrstufiges Mischen in einer axialen Richtung durch die Verwendung von zwei Strömungsvorrichtungen (z. B. der ersten Strömungsvorrichtung 206, der zweiten Strömungsvorrichtung 208 usw.), welche die komplementären Führungsschaufeln 1100 einschließen, erreicht werden.
11E veranschaulicht eine Querschnittsansicht des mehrstufigen Mischers 200 mit der ersten Strömungsvorrichtung 206 einschließlich der komplementären Führungsschaufeln 1100. Bei dieser Ausführungsform entfällt der Hilfsmischer 1106. Der Hilfsmischer 1106 wird möglicherweise nicht benötigt und könnte bei einigen Anwendungen des mehrstufigen Mischers 200 entfallen, um die Kosten und Herstellungskomplexität des mehrstufigen Mischers 200 zu verringern. Zum Beispiel kann der Hilfsmischer 1106 nicht im mehrstufigen Mischer 200 eingeschlossen sein, wenn der mehrstufige Mischer 200 nachgelagert eines Turboladers in einer eng gekoppelten Anordnung angeordnet ist (z. B. wenn der mehrstufige Mischer 200 in unmittelbarer Nähe zu einem Auslass des Turboladers angeordnet ist usw.), da der Turbolader relativ hohe Wirbelgeschwindigkeiten am Einlass des mehrstufigen Mischers 202 erzeugt.
Wie in 12A dargestellt, umfasst die erste Strömungsvorrichtung 206 einen Hilfsmischer 1106 mit Hilfsführungsschaufeln 1108. Es versteht sich, dass der Hilfsmischer 1106, wie unter Bezugnahme auf 12A dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Die Hilfsführungsschaufeln 1108 sind an einer zentralen Hilfsfiihrungsschaufelnabe 1109 angebracht, die um die Mittelachse des mehrstufigen Mischers 200 zentriert ist. Die zentrale Hilfsführungsschaufelnabe 1109 ist mit dem Venturi-Körper 302 gekoppelt (z. B. über Elemente zwischen benachbarten Hilfsführungsschaufeln 1108 usw.). Der Hilfsmischer 1106 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem Einlass des mehrstufigen Mischers 202 aufzunehmen und die Abgase in den Venturi-Körper 302 zu leiten. Die Hilfsführungsschaufeln 1108 können ähnlich oder unterschiedlich zu den Hauptführungsschaufeln 310 sein. Spitzen (z. B. äußerste Oberflächen usw.) jeder der Hilfsführungsschaufeln 1108 können vom Venturi-Körper 302 durch einen Luftspalt beabstandet sein, so dass die Abgase jeweils zwischen den Spitzen der Hilfsführungsschaufeln 1108 und des Venturi-Körpers 302 hindurchtreten können.
Der Hilfsmischer 1106 schließt eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen 1110 ein, die zwischen der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln 1108 beabstandet ist. Auf diese Weise stellen die Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln und die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen 1110 eine Wirbelströmung innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 bereit. Die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen 1110 wirkt mit der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln 1108 zusammen, um die Abgase in die erste Strömungsvorrichtung 206 mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und der Abgase ermöglicht. Die Hilfsführungsschaufeln 1108 können dafür konfiguriert sein, eine Wirbelströmung (z. B. Co-Wirbelströmung, Gegenwirbelströmung usw.) zu erzeugen, die von der Wirbelströmung getrennt ist, die von den Hauptführungsschaufeln 310 und/oder den komplementären Führungsschaufeln 1100 erzeugt wird. Auf diese Weise können die Hilfsführungsschaufeln 1108 verwendet werden, um die Gesamtverwirbelung, die von der ersten Strömungsvorrichtung 206 erzeugt wird, zu erhöhen oder zu verringern. Ferner können die Hilfsführungsschaufeln 1108 die Vermischung des Reduktionsmittels und der Abgase innerhalb des Venturi-Körpers 302 erhöhen.
Bei der in 12A dargestellten Ausführungsform befinden sich die Hilfsführungsschaufeln 1108 vorgelagert der Stelle, an der das Reduktionsmittel eingeführt wird, während die komplementären Führungsschaufeln 1100 und die Hauptführungsschaufeln 310 nachgelagert der Stelle angeordnet sind, an der das Reduktionsmittel eingeführt wird. Bei dieser Ausführungsform erzeugen die Hilfsführungsschaufeln 1108 eine erste Wirbelströmung in einer ersten Richtung und die Hauptführungsschaufeln 310 und/oder die komplementären Führungsschaufeln 1100 erzeugen eine zweite Wirbelströmung in einer zweiten Richtung, die gleich der ersten Richtung (z. B. Co-Wirbelströmung usw.) oder entgegengesetzt zur ersten Richtung (z. B. Gegenwirbelströmung usw.) sein kann. Anstatt die Strömung von Abgasen auf einen einzigen Weg zum Erzeugen der Wirbelströmung zu begrenzen, haben die Hilfsführungsschaufeln 1108 mehrere Öffnungen zwischen benachbarten Hilfsführungsschaufeln 1108, so dass jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 die Abgase unabhängig voneinander verwirbelt und die Hilfsführungsschaufeln 1108 zusammen die Wirbelströmung in den Abgasen erzeugen.
Die Hauptführungsschaufeln 310 und/oder die Hilfsführungsschaufeln 1108 können unter Verwendung von Blech (z. B. Aluminiumblechen, Stahlblechen usw.) in verschiedenen Anwendungen gebaut (z. B. gefertigt, hergestellt usw.) sein. Zum Beispiel können die Hauptführungsschaufeln 310 und/oder die Hilfsführungsschaufeln 1108 durch Prägen, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und/oder Schweißen gebaut werden.
12B veranschaulicht eine Querschnittsansicht des mehrstufigen Mischers 200 mit dem Hilfsmischer 1106 einschließlich der komplementären Führungsschaufeln 1100 und mit der zweiten Strömungsvorrichtung 208 einschließlich einer Vielzahl von Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung. Es versteht sich, dass die Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung, wie unter Bezugnahme auf 12B dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein können.
Die Führungsschaufeln der zweiten Strömungsvorrichtung 1200 können ähnlich oder unterschiedlich zu den Hauptführungsschaufeln 310 sein. Ähnlich wie die komplementären Führungsschaufeln 1100 und die Hilfsführungsschaufeln 1108 können die Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung dafür konfiguriert sein, eine Wirbelströmung (z. B. Co-Wirbelströmung, Gegenwirbelströmung usw.) zu erzeugen, die von der Wirbelströmung getrennt ist, die von den Hilfsführungsschaufeln 310, den komplementären Führungsschaufeln 1100 und/oder den Hilfsführungsschaufeln 1108 erzeugt wird. Auf diese Weise können die Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung verwendet werden, um die Gesamtverwirbelung der Abgase und des Reduktionsmittels zu erhöhen oder zu verringern. Bei der in 12B dargestellten Ausführungsform befinden sich die komplementären Führungsschaufeln 1100 und die Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung nachgelagert der Stelle, an der das Reduktionsmittel eingeführt wird. Bei dieser Ausführungsform erzeugen die komplementären Führungsschaufeln 1100 eine erste Wirbelströmung in einer ersten Richtung und die Führungsschaufeln 1200 der zweiten Strömungsvorrichtung erzeugen eine zweite Wirbelströmung in einer zweiten Richtung, die gleich der ersten Richtung (z. B. Co-Wirbelströmung usw.) oder entgegengesetzt zur ersten Richtung (z. B. Gegenwirbelströmung usw.) sein kann.
13 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des mehrstufigen Mischers 200 mit der ersten Strömungsvorrichtung 206 und dem Hilfsmischer 1106. Obwohl in 13 nicht dargestellt, versteht es sich, dass der mehrstufige Mischer 200 die Abgasführung 307 einschließen kann. Der Hilfsmischer 1106 befindet sich vorgelagert der Abgasführungsöffnung 306, und die erste Strömungsvorrichtung 206 befindet sich nachgelagert der Abgasführungsöffnung 306. Der Hilfsmischer 1106 dient dazu, eine Wirbelströmung der Abgase innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 nachgelagert des Hilfsmischers 1106 zu erzeugen. Die vom Hilfsmischer 1106 erzeugte Wirbelströmung ermöglicht die Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen zwischen dem Hilfsmischer 1106 und den Hauptführungsschaufeln 310, so dass das Reduktionsmittel im Wesentlichen gleichmäßig innerhalb der Abgase verteilt ist, wenn die Abgase auf die Hauptführungsschaufeln 310 treffen. Zusätzlich erzeugt die Wirbelströmung, die vom Hilfsmischer 1106 erzeugt wird, einen relativ großen Schub am Venturi-Körper 302 (z. B. dem Abschnitt des Venturi-Körpers 302 zwischen den Hilfsführungsschaufeln 1108 und den Hauptführungsschaufeln 310 usw.), um die Bildung eines Films und damit die Ansammlung von Ablagerungen entlang des Venturi-Körpers 302 zu verringern. Die Hauptführungsschaufeln 310 dienen dazu, den Abgasen und dem mitgeführten Reduktionsmittel nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 eine Wirbelströmung zu verleihen. Diese Wirbelströmung bewirkt, dass die Abgase nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 wie zum Beispiel am Auslass 204 des mehrstufigen Mischers (z. B. in der Nähe eines Einlasses des SCR-Katalysators 106 usw.) relativ gleichmäßig sind (z. B. in Bezug auf die Reduktionsmittelzusammensetzung usw.).
Der Venturi-Körper 302 ist durch eine Körpermittelachse 1300 definiert. Der Venturi-Körper 302 ist auf der Körpermittelachse 1300 zentriert (z. B. fällt mit dieser ein Schwerpunkt des Venturi-Körpers 302 zusammen usw.). Die Hilfsführungsschaufeln 1108 und die Hauptführungsschaufeln 310 sind ebenfalls auf der Körpermittelachse 1300 zentriert. Der erst Stützflansch 304 ist durch eine Mischermittelachse 1302 definiert. Zusätzlich zu den Vorteilen der Hilfsführungsschaufeln 1108 und der Hauptführungsschaufeln 310 beim Mischen des Reduktionsmittels in den Abgasen ist der erste Stützflansch 304 so konfiguriert, dass die Körpermittelachse 1300 von der Mischermittelachse 1302 um einen radialen Versatz h_r versetzt ist. Der radiale Versatz h_r bewirkt, dass sich Reduktionsmittelansammlungen auf dem Venturi-Körper 302 (z. B. ungleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 usw.) im Wesentlichen auf die Abgase nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 verteilen. Während die Körpermittelachse 1300 von der Mischermittelachse 1302 in Richtung des Anschlusses 216 um den radialen Versatz h_r in 13 versetzt ist, versteht es sich, dass die Körpermittelachse 1300 von der Mischermittelachse 1302 vom Anschluss 216 weg um den radialen Versatz h_r versetzt sein kann oder von der Mischermittelachse 1302 in Richtung des Venturi-Körpers 302 (z. B. orthogonal zum Anschluss 216 usw.) um den radialen Versatz h_r versetzt sein kann.
Der Venturi-Körper 302 hat einen Körpereinlass 1304 und einen Körperauslass 1306. Der Einlass hat einen Durchmesser d_v , und der Auslass hat einen Durchmesser d_s , der kleiner als der Durchmesser d_v ist. Der Durchmesser d_v und der Durchmesser d_s sind jeweils kleiner als der Durchmesser D₀ des mehrstufigen Mischers 200. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind der mehrstufige Mischer 200 und die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $0,4 D_{0} \leq d_{ν} \leq 0,9 D_{0}$
$0,7 d_{ν} \leq d_{s} \leq d_{ν}$
$0 \leq h_{r} \leq 0,1 D_{0}$
Bei verschiedenen Ausführungsformen ragt der erste Stützflansch 304 nicht in den Venturi-Körper 302 hinein (z. B. definiert der erste Stützflansch 304 eine an den Venturi-Körper 302 angrenzende Öffnung mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser d_s usw.).
Bei verschiedenen Ausführungsformen ragt die Trichterkante 300 radial aus dem Körpereinlass 1304 in Richtung des mehrstufigen Mischers 200 um einen Abstand h_i heraus. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $0 \leq h_{i} \leq 0,1 d_{v}$
Durch Variieren des Abstands h_i können die Ströme des Abgases in die erste Strömungsvorrichtung 206 und/oder die Abgasführungsöffnung 306 optimiert werden.
Das Reduktionsmittel strömt vom Anschluss 216 durch die Abgasführungsöffnung 306. Die Abgasführungsöffnung 306 ist im Allgemeinen kreisförmig und durch einen Durchmesser d_e definiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $d_{e} = (D_{0} - d_{v} - 2 h_{r}) * tan (\frac{α + δ}{2})$
wobei $5 ° \leq δ \leq 20 °$
wobei δ ein Rand ist, der basierend auf der Konfiguration der ersten Strömungsvorrichtung 206 gewählt ist, und wobei α ein Spritzwinkel der Düse 1000 ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Abgasführungsöffnung 306 elliptisch. Bei diesen Ausführungsformen kann der Durchmesser d_e eine Hauptachse (z. B. im Gegensatz zu einer Nebenachse usw.) der Abgasführungsöffnung 306 sein.
Die erste Strömungsvorrichtung 206 ist auch durch einen Abstand L_m zwischen einer Hinterkante der Hilfsführungsschaufeln 1108 und einer Hinterkante der Hauptführungsschaufeln 310 definiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $d_{e} \leq L_{m} \leq \frac{d_{e} (D + d_{ν} - 2 h_{r})}{(D - d_{ν} - 2 h_{r})}$
Der Venturi-Körper 302 schließt eine Ummantelung 1308 ein. Es versteht sich, dass die Ummantelung 1308, wie unter Bezugnahme auf 13 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Die Ummantelung 1308 definiert ein nachgelagertes Ende des Venturi-Körpers 302 und ist daher durch den Durchmesser d_s definiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen hat die Ummantelung 1308 eine zylindrische oder konische (z. B. kegelstumpfförmige usw.) Form. Die Ummantelung 1308 kann eine Verringerung der Schichtenbildung der Abgase ermöglichen, die durch die Zentrifugalkraft auftritt, die vom Hauptmischer 309 erzeugt wird. Zusätzlich kann die Ummantelung 1308 eine strukturelle Unterstützung des Hauptmischers 309 bereitstellen, beispielsweise wenn die Hauptführungsschaufeln 310 zusätzlich zu der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 an der Ummantelung 1308 angebracht sind (z. B so dass die Hauptführungsschaufeln 310 an die Ummantelung 1308 angepasst sind usw.). Wenn die Hauptführungsschaufeln 310 an der Ummantelung 1308 angebracht sind, können die Hauptführungsschaufeln 310 eine gezieltere Wirbelströmung (z. B. entlang einer Zielbahn usw.) bereitstellen, indem Leckwege entfernt werden, wodurch die Mischleistung (z. B. die Fähigkeit des Hauptmischers 309 zum Mischen des Reduktionsmittels und der Abgase usw.) verbessert wird und wodurch die Ansammlung von Ablagerungen nachgelagert des Hauptmischers 309 (z. B. in der Ummantelung 1308, in der Abgaskomponente nachgelagert des mehrstufigen Mischers 200 usw.) verringert wird. Darüber hinaus verhindert die Ummantelung 1308 im Wesentlichen eine Leckage und Ansammlung von Flüssigkeitsfilmen und vermindert die Bildung von Ablagerungen innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 (z. B. am Venturi-Körper 302 usw.) und/oder des mehrstufigen Mischers 200. Die Ummantelung 1308 ist durch einen Winkel Φ relativ zu einer Achse definiert, die parallel zur Körpermittelachse 1300 und zur Mischermittelachse 1302 verläuft. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $Φ \leq 50 °$
Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $L_{s} = \frac{d_{ν} - d_{s}}{2 * tan Φ}$
wobei L_s die Länge der Ummantelung 1308 ist. Wenn die Ummantelung 1308 zylindrisch ist, ist der Durchmesser d_s gleich dem Durchmesser d_v und $0,02 d_{ν} \leq L_{s} \leq 0,25 d_{ν}$
Bei einigen Ausführungsformen ist mindestens eine der Strömungsvorrichtungen des mehrstufigen Mischers 200 relativ zur Mischermittelachse 1302 abgewinkelt. Zum Beispiel kann die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert sein, dass die Körpermittelachse 1300 von der Mischermittelachse 1302 nach oben geneigt (z. B. in einem positiven Winkel zur Mischermittelachse abgewinkelt usw.) ist oder dass die Körpermittelachse 1300 von der Mischermittelachse 1302 nach unten gekippt (z. B. in einem negativen Winkel zur Mischermittelachse abgewinkelt usw.) ist.
14 veranschaulicht eine Variation der in 13 dargestellten ersten Strömungsvorrichtung 206. In 14 sind die Hilfsführungsschaufeln 1108 von dem Venturi-Körper 302 beabstandet durch einen Spalt g dargestellt. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $0 \leq g \leq 0,15 d_{ν}$
Der Spalt g kann die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen auf dem Venturi-Körper 302 vermindern. Der Spalt g dient dazu, eine im Wesentlichen axiale Strömung von Abgasen zu erzeugen, die entlang des Venturi-Körpers 302 (z. B. auf den inneren Oberflächen des Venturi-Körpers 302 usw.) geleitet werden. Auf diese Weise kann der Spalt g die Strömung (z. B. eine tangentiale Hauptströmung usw.) der Abgase durch die Hilfsführungsschaufeln 1108 mit der vorgenannten axialen Strömung und einer Strömung der Abgase um die erste Strömungsvorrichtung 206 herum ausgleichen. Statt oder zusätzlich zu dem Spalt g können die Hilfsführungsschaufeln 1108 Schlitze (z. B. dünne Schlitze) oder Bohrungen aufweisen, durch welche die Abgase strömen können. Zum Beispiel kann jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 einen Schlitz aufweisen, der an eine äußerste Kante der Hilfsführungsschaufel 1108 angrenzt. In diesem Beispiel können die Abgase durch den Schlitz und gegen den Venturi-Körper 302 in der Nähe des Schlitzes strömen, wodurch Vorteile ähnlich denen des Spalts g bereitgestellt werden.
Ebenfalls in 14 sind die Hauptführungsschaufeln 310 in Kontakt mit der Ummantelung 1308 dargestellt, so dass kein Spalt zwischen jeweils mindestens einem Abschnitt der Hauptführungsschaufeln 310 und der Ummantelung 1308 besteht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Spitze (z. B. die radial äußerste Oberfläche usw.) jeder der Hauptführungsschaufeln 310 mit der Ummantelung 1308 verschweißt (z. B. verschmolzen usw.).
Bei einigen Ausführungsformen können die Hauptführungsschaufeln 310 durch einen Spalt g_v von der Ummantelung 1308 beabstandet sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Strömungsvorrichtung 206 so konfiguriert, dass $0 \leq g_{ν} \leq 0,15 d_{ν}$
Der Spalt g_v kann eine Ansammlung von Reduktionsmitteltröpfchen auf der Ummantelung 1308 vermindern. Der Spalt g_v dient dazu, eine im Wesentlichen axiale Strömung von Abgasen zu erzeugen, die entlang der Ummantelung 1308 (z. B. auf inneren Oberflächen der Ummantelung 1308 usw.) geleitet werden. Statt oder zusätzlich zu dem Spalt g_v können die Hauptführungsschaufeln 310 Schlitze (z. B. dünne Schlitze) oder Bohrungen aufweisen, durch welche die Abgase strömen können. Zum Beispiel kann jede der Hauptführungsschaufeln 310 einen Schlitz aufweisen, der an eine äußerste Kante der Hauptführungsschaufel 310 angrenzt. In diesem Beispiel können die Abgase durch den Schlitz und gegen die Ummantelung 1308 in der Nähe des Schlitzes strömen, wodurch Vorteile ähnlich denen des Spalts g bereitgestellt werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Spitze jeder der Hilfsführungsschaufeln 1108 (z. B. durch Schweißen, Koppeln usw.) am Venturi-Körper 302 angebracht (z. B. so dass die Hilfsführungsschaufeln 1108 an den Venturi-Körper 302 angepasst sind usw.). Wenn die Hilfsführungsschaufeln 1108 am Venturi-Körper 302 angebracht sind, können die Hilfsführungsschaufeln 1108 eine gezieltere Wirbelströmung (z. B. entlang einer Zielbahn usw.) bereitstellen, indem Leckwege beseitigt werden, wodurch die Mischleistung (z. B. die Fähigkeit des Hauptmischers 1106 zum Mischen des Reduktionsmittels und der Abgase usw.) verbessert wird und wodurch die Ansammlung von Ablagerungen nachgelagert des Hilfsmischers 1106 (z. B. im Venturi-Körper 302, am Hauptmischer 309, in der Abgaskomponente nachgelagert des mehrstufigen Mischers 200 usw.) verringert wird. In 13 sind die Hilfsführungsschaufeln 1108 in Kontakt mit dem Venturi-Körper 302 dargestellt, so dass kein Spalt zwischen jeweils mindestens einem Abschnitt der Hilfsführungsschaufeln 1108 und des Venturi-Körpers 302 besteht.
Jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 ist durch einen Hilfsführungsschaufelwinkel relativ zu einer Mittelachse der zentralen Hilfsführungsschaufelnabe 1109 der Hilfsführungsschaufeln 1108 definiert. Gleichermaßen ist der Hauptführungsschaufelwinkel für jede der Hauptführungsschaufeln 310 relativ zu einer Mittelachse der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 definiert. Der Hilfsführungsschaufelwinkel für jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 kann sich von dem Hilfsführungsschaufelwinkel für jede der anderen Hilfsführungsschaufeln 1108 unterscheiden. Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt der Hilfsführungsschaufelwinkel für jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 zwischen einschließlich fünfündvierzig und neunzig Grad relativ zu einer Mittelachse der zentralen Hauptführungsschaufelnabe 313 und der Hauptführungsschaufelwinkel für jede der Hauptführungsschaufeln 310 liegt zwischen einschließlich fünfundvierzig und neunzig Grad. Der Hilfsführungsschaufelwinkel für jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 ist so gewählt, dass die erste Strömungsvorrichtung 206 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist. Gleichermaßen kann der Hauptführungsschaufelwinkel für jede der Hauptführungsschaufeln 310 so gewählt sein, dass die erste Strömungsvorrichtung 206 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist. Der Hilfsmischer 1106 kann so konfiguriert sein, dass die Hilfsführungsschaufeln 1108 symmetrisch oder asymmetrisch um die zentrale Hilfsführungsschaufelnabe 1109 herum angeordnet sind.
Der Hilfsführungsschaufelwinkel kann für jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 verschieden sein, und der Hauptführungsschaufelwinkel kann sich von jeder der Hauptführungsschaufeln 310 unterscheiden. Die Auswahl des Hilfsführungsschaufelwinkels für jede der Hilfsführungsschaufeln 1108 und des Hauptführungsschaufelwinkels für jede der Hauptführungsschaufeln 310 kann so getroffen werden, dass eine asymmetrische Verwirbelung der Abgase erzeugt wird, um die Strömung der Abgase (z. B. in Richtung eines Zielorts in dem mehrstufigen Mischer 200 usw.) zu lenken, um Reduktionsmittel innerhalb der Abgase gleichmäßiger zu verteilen und um Ablagerungen innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 (z. B. auf dem Venturi-Körper 302 usw.) und/oder des mehrstufigen Mischers 200 zu verringern.
15 veranschaulicht die erste Strömungsvorrichtung 206 mit einem Hauptmischer 309, der sechs der Hauptführungsschaufeln 310 aufweist, wobei vier der Hauptführungsschaufeln 310 jeweils einen ersten Schaufelwinkel aufweisen und zwei der Hauptführungsschaufeln 310 einen zweiten Führungsschaufelwinkel aufweisen, der größer als der erste Führungsschaufelwinkel ist. 16 veranschaulicht die Hauptführungsschaufeln 310 der in 15 dargestellten ersten Strömungsvorrichtung 206.
17 veranschaulicht die erste Strömungsvorrichtung 206 mit einem Hauptmischer 309, der sechs der Hauptführungsschaufeln 310 aufweist, wobei vier der Hauptführungsschaufeln 310 jeweils einen ersten Führungsschaufelwinkel aufweisen, der nicht gleich fünfundvierzig Grad ist, so dass die vier Hauptführungsschaufeln 310 offen sind, und zwei der Hauptführungsschaufeln 310 einen zweiten Führungsschaufelwinkel aufweisen, der gleich neunzig Grad ist, so dass die zwei Hauptführungsschaufeln 310 geschlossen sind, wodurch eine kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 gebildet wird, die drei der Hauptführungsschaufeln 310 einschließt. Anstatt anzugeben, dass die Hauptführungsschaufeln 310 Führungsschaufelwinkel von fünfundvierzig Grad aufweisen, kann einfach angegeben werden, dass der Hauptmischer 309 drei Hauptführungsschaufeln 310 und eine kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 aufweist.
18A veranschaulicht die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 in einer Ausführungsform. Die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 kann auf unterschiedliche Weise gebildet werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 aus einer großen Hauptführungsschaufel 310 gebildet, die flach gefaltet ist (z. B. neunzig Grad usw.). Bei diesen Ausführungsformen kann die große Hauptführungsschaufel 310 doppelt so groß wie die anderen Hauptführungsschaufeln 310 sein. Bei anderen Ausführungsformen ist die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 aus einer ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800 und einer zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 gebildet. Bei diesen Ausführungsformen werden die erste benachbarte Hauptführungsschaufel 1800 und die zweite benachbarte Hauptführungsschaufel 1802 jeweils flach gefaltet, und dann werden die erste benachbarte Hauptführungsschaufel 1800 und die zweite benachbarte Hauptführungsschaufel 1802 entweder direkt verbunden (z. B. werden benachbarte Kanten jeweils der ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800 und der zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 aneinander befestigt usw.) oder indirekt verbunden (z. B. wird ein Überbrückungselement an jeweils der ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800 und der zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 befestigt usw.).
18B und 18C veranschaulichen die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 als aus der ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800, der zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 und einer dritten benachbarten Hauptführungsschaufel 1804 gebildet. In diesen Ausführungsformen müssen die erste benachbarte Hauptführungsschaufel 1800, die zweite benachbarte Hauptführungsschaufel 1802 und die dritte benachbarte Hauptführungsschaufel 1804 nicht flach gebogen sein und können Führungsschaufelwinkel aufweisen.
In 18B ist die erste benachbarte Hauptführungsschaufel 1800 mit einem ersten Überbrückungselement 1806 gekoppelt, das mit der zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 gekoppelt ist. Das erste Überbrückungselement 1806 kann an der ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800 angebracht sein, um geschlossen zu sein und den Durchgang von Abgasen dazwischen zu verhindern. Gleichermaßen kann das erste Überbrückungselement 1806 an der zweiten benachbarten Hauptführungsschaufel 1802 angebracht sein, um geschlossen zu sein und den Durchgang von Abgasen dazwischen zu verhindern. Die erste benachbarte Hauptführungsschaufel 1800 ist auch mit einem zweiten Überbrückungselement 1808 gekoppelt, das mit der dritten benachbarten Hauptführungsschaufel 1804 gekoppelt ist. Das zweite Überbrückungselement 1808 kann an der ersten benachbarten Hauptführungsschaufel 1800 angebracht sein, um geschlossen zu sein und den Durchgang von Abgasen dazwischen zu verhindern. Gleichermaßen kann das zweite Überbrückungselement 1808 an der dritten benachbarten Hauptführungsschaufel 1804 angebracht sein, um geschlossen zu sein und den Durchgang von Abgasen dazwischen zu verhindern.
In 18C ist eine erste Bohrung 1810 im ersten Überbrückungselement 1806 integriert und eine zweite Bohrung 1812 im zweiten Überbrückungselement 1808 integriert. Die erste Bohrung 1810 und die zweite Bohrung 1812 sind dafür konfiguriert, den Durchgang von Abgasen zu erleichtern. Auf diese Weise können die erste Bohrung 1810 und die zweite Bohrung 1812 die Bildung eines Bereichs mit relativ hohem Druck vorgelagert des Hauptmischers 309 vermindern. Es versteht sich, dass die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700, wie unter Bezugnahme auf 17 bis 18C dargestellt und beschrieben, in einer der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
19 veranschaulicht die Strömung von Abgasen innerhalb des mehrstufigen Mischers 200 und veranschaulicht, wie sich die Abgase verhalten, wenn sie auf die erste Strömungsvorrichtung 206 treffen. Die Abgase vorgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 sind in eine Hauptströmung 1900 (z. B. Venturi-Strömung, Wirbelströmung usw.) und eine umgangene Strömung 1902 (z. B. Abgasunterstützungsströmung usw.) unterteilt. Die Hauptströmung 1900 wird in die erste Strömungsvorrichtung 206 eingeleitet (z. B. wird die Hauptströmung 1900 durch die Trichterkante 300 in den Venturi-Körper 302 geleitet usw.).
Bei einigen Ausführungsformen beträgt die umgangene Strömung 1902 einschließlich 5 bis 40 % der Summe der umgangenen Strömung 1902 und der Hauptströmung 1900 (z. B. der Gesamtströmung usw.). Bei diesen Ausführungsformen beträgt die Hauptströmung 1900 einschließlich 60 bis 95 % der Summe der umgangenen Strömung 1902 und der Hauptströmung 1900 (z. B. der Gesamtströmung usw.). Entsprechend nimmt, wenn der mehrstufige Mischer 200 sechs Hilfsführungsschaufeln 1108 einschließt, jeder Spalt zwischen benachbarten Hilfsführungsschaufeln 1108 einschließlich 6 bis 16 % der Summe der umgangenen Strömung 1902 und der Hauptströmung 1900 (z. B. der Gesamtströmung usw.) auf. Gleichermaßen nimmt, wenn der mehrstufige Mischer 200 nicht den Hilfsmischer 1106 einschließt und sechs Hilfsführungsschaufeln 310 einschließt, jeder Spalt zwischen benachbarten Hilfsführungsschaufeln 310 einschließlich 6 bis 16 % der Summe der umgangenen Strömung 1902 und der Hauptströmung 1900 (z. B. der Gesamtströmung usw.) auf.
Die Hauptströmung 1900 und die umgangene Strömung 1902 definieren eine Strömungsaufteilung. Die Strömungsaufteilung ist ein Verhältnis der umgangenen Strömung 1902 zur Hauptströmung 1900, dargestellt als Prozentsatz der Hauptströmung 1900. Die Strömungsaufteilung ist abhängig vom Durchmesser d_v , vom Durchmesser d_e und vom Abstand h_i . Durch Variieren der Strömungsaufteilung kann ein Optimieren einer Zielmischleistung (z. B. basierend auf einer rechnerischen strömungsdynamischen Analyse usw.) der ersten Strömungsvorrichtung 206, einer Zielablagerungsbildung (z. B. einer Zielmenge von Ablagerungen, die sich über einen Zielzeitraum bilden, usw.) und eines Zieldruckabfalls (z. B. eines Vergleichs des Drucks der Abgase vorgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 und eines Drucks der Abgase nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 usw.) erfolgen, so dass die erste Strömungsvorrichtung 206 auf eine Zielanwendung zugeschnitten werden kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt das Strömungsaufteilungsverhältnis zwischen einschließlich fünf und siebzig Prozent. D. h. die umgangene Strömung 1902 liegt zwischen einschließlich fünf und siebzig Prozent der Hauptströmung 1900.
Die umgangene Strömung 1902 wird der ersten Strömungsvorrichtung 206 nicht direkt durch den Körpereinlass 1304 bereitgestellt. Stattdessen strömt die umgangene Strömung 1902 um die Trichterkante 300 herum in den Raum zwischen der ersten Strömungsvorrichtung 206 und dem Körper des mehrstufigen Mischers 200. Die umgangene Strömung 1902 ist in eine umgeleitete Strömung 1904 und eine isolierte Strömung 1906 unterteilt. Die umgeleitete Strömung 1904 wird mit dem Reduktionsmittel gemischt, das der ersten Strömungsvorrichtung 206 durch den Anschluss 216 bereitgestellt wird. Zum Beispiel gelangt, wenn die erste Strömungsvorrichtung 206 die Abgasführung 307 einschließt, ein Teil der umgeleiteten Strömung 1902 in die Abgasführung 307 und strömt als umgeleitete Strömung 1904 aus der Abgasführung 307 in den Venturi-Körper 302. Die umgeleitete Strömung 1904 gelangt durch die Abgasführungsöffnung 306 in die erste Strömungsvorrichtung 206. Bei Ausführungsformen, bei denen die erste Strömungsvorrichtung 206 nicht die Abgasführung 307 einschließt, kann die umgangene Strömung 1902 als umgeleitete Strömung 1904 direkt durch die Abgasführungsöffnung 306 in den Venturi-Körper 302 gelangen.
Die isolierte Strömung 1906 gelangt nicht direkt in die erste Strömungsvorrichtung 206, sondern trifft stattdessen auf den ersten Stützflansch 304. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der erste Stützflansch 304 gegen den mehrstufigen Mischer 200 und den Venturi-Körper 302 abgedichtet und erlaubt keinen Durchgang der isolierten Strömung 1906 durch oder um den ersten Stützflansch 304 herum. Bei diesen Ausführungsformen strömt die isolierte Strömung 1906 zurück zum Körpereinlass 1304. Wenn die isolierte Strömung 1906 zum Körpereinlass 1304 zurückströmt, kann ein Teil der isolierten Strömung 1906 in die Abgasführung 307 gelangen und als umgeleitete Strömung 1904 in den Venturi-Körper 302 strömen. Andere Teile der isolierten Strömung 1906 können an der Abgasführung 307 vorbeiströmen und als Hauptströmung 1900 durch den Körpereinlass 1304 in den Venturi-Körper 302 gelangen. Bei weiteren Ausführungsformen schließt der erste Stützflansch 304 mindestens eine Öffnung auf, durch welche die Abgase hindurch strömen können, wodurch mindestens ein Teil der isolierten Strömung 1906 den Körper vollständig umgehen kann. Dieser Anteil der isolierten Strömung 1906 würde sich mit der Hauptströmung 1900 nachgelagert des Körperauslasses 1306 vermischen (z. B. Kombination der Hauptströmung 1900 mit der umgeleiteten Strömung 1904 und dem Reduktionsmittel innerhalb des Venturi-Körpers 302 usw.)
Gemäß der in 19 dargestellten Ausführungsform wird die Hauptströmung 1900 durch die Hilfsführungsschaufeln 1108 geleitet, mit Reduktionsmittel und der umgeleiteten Strömung 1904 vermischt und dann durch die Hauptführungsschaufeln 310, durch die Ummantelung 1308 und aus dem Körperauslass 1306 heraus geleitet.
Wie in 20 dargestellt, die eine Ansicht einer vorgelagerten Seite der ersten Strömungsvorrichtung 206 veranschaulicht, umfasst die erste Strömungsvorrichtung 206 einen zweiten Stützflansch 2000 (z. B. vorgelagert gerichteten Stützflansch usw.). Es versteht sich, dass der zweite Stützflansch 2000, wie unter Bezugnahme auf 20 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Der zweite Stützflansch 2000 ist mit der ersten Strömungsvorrichtung 206 und dem mehrstufigen Mischer 200 gekoppelt. Der zweite Stützflansch 2000 ist vorgelagert des ersten Stützflansches 304 angeordnet. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der zweite Stützflansch 200 vorgelagert der Abgasführung 307 angeordnet. Der zweite Stützflansch 2000 ermöglicht den Durchgang der Abgase durch den zweiten Stützflansch 2000. In 20 ist der erste Stützflansch 304 verborgen, damit der zweite Stützflansch 2000 besser sichtbar ist.
Der zweite Stützflansch 2000 schließt eine Vielzahl von Öffnungen des zweiten Stützflansches 2001 (z. B. Bohrungen, Durchgänge, Wege usw.) ein. Die umgangene Strömung 1902 passiert den zweiten Stützflansch 2000 durch die Öffnungen des zweiten Stützflansches 2001. Zusätzlich kann die isolierte Strömung 1906, nachdem sie vorgelagert durch den ersten Stützflansch 304 umgeleitet wurde, den zweiten Stützflansch 2000 durch die Öffnungen des zweiten Stützflansches 2001 passieren und durch den Körpereinlass 1304 in den Venturi-Körper 302 gelangen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Stützflansch 2000 eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Öffnungen des zweiten Stützflansches 2001 einschließen.
Jede der Öffnungen 2001 des zweiten Stützflansches ist von einer benachbarten Öffnung 2001 des zweiten Stützflansches durch einen Verbinder 2002 des zweiten Stützflansches (z. B. Arm, Stange usw.) getrennt. Der Verbinder 2002 des zweiten Stützflansches ist in dem zweiten Stützflansch 2000 integriert und mit dem mehrstufigen Mischer 200 und der ersten Strömungsvorrichtung 206 gekoppelt. In einem Beispiel ist der Verbinder 2002 des zweiten Stützflansches mit dem Venturi-Körper 302 gekoppelt, während der erste Stützflansch 304 mit der Ummantelung 1308 gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der zweite Stützflansch 2000 mit der Trichterkante 300 gekoppelt (z. B. ist die Trichterkante 300 ein Teil des zweiten Stützflansches 2000 usw.).
Der zweite Stützflansch 2000 ragt nicht in den Körpereinlass 1304 hinein (z. B. definiert der zweite Stützflansch 2000 eine an den Venturi-Körper 302 angrenzende Öffnung mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser d_v usw.). Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt der zweite Stützflansch 2000 eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Verbinder 2002 des zweiten Stützflansches ein. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Anzahl von Öffnungen des zweiten Stützflansches 2001 der Anzahl von Verbindern des zweiten Stützflansches 2002.
21 veranschaulicht einen dritten Stützflansch 2100 (z. B. vorgelagerten Stützflansch usw.) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass der dritte Stützflansch 2100, wie unter Bezugnahme auf 21 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Der dritte Stützflansch 2100 funktioniert wie der bereits beschriebene zweite Stützflansch 2000. Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt die erste Strömungsvorrichtung 206 den dritten Stützflansch 2100 oder den zweiten Stützflansch 2000 ein. Bei einigen Ausführungsformen schließt die erste Strömungsvorrichtung 206 sowohl den zweiten Stützflansch 2000 als auch den dritten Stützflansch 2100 ein.
Der dritte Stützflansch 2100 kann mit dem Venturi-Körper 302 vorgelagert der Abgasführungsöffnung 306 gekoppelt sein, wie in 21 dargestellt, die eine Ansicht einer vorgelagerten Seite der ersten Strömungsvorrichtung 206 veranschaulicht. Der dritte Stützflansch 2100 kann auch mit dem Venturi-Körper 302 nachgelagert der Abgasführungsöffnung 306, jedoch vorgelagert des ersten Stützflansches 304 gekoppelt sein. Der dritte Stützflansch 2100 kann ebenso mit dem Venturi-Körper 302 vorgelagert der Abgasführungsöffnung 306 gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen grenzt der dritte Stützflansch 2100 an die Trichterkante 300 an (z. B. ist die Trichterkante 300 ein Teil des dritten Stützflansches 2100 usw.).
Der dritte Stützflansch 2100 schließt eine Vielzahl von Öffnungen 2102 des dritten Stützflansches (z. B. Bohrungen, Durchgänge, Wege usw.) ein. Die umgangene Strömung 1902 passiert den dritten Stützflansch 2100 durch die Öffnungen des dritten Stützflansches 2102. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der dritte Stützflansch 2100 eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Öffnungen 2102 des dritten Stützflansches einschließen.
Jede der Öffnungen 2102 des dritten Stützflansches ist von einer benachbarten Öffnung des dritten Stützflansches 2102 durch einen Verbinder des dritten Stützflansches 2104 (z. B. Arm, Stange usw.) getrennt. Der Verbinder des dritten Stützflansches 2104 ist in dem dritten Stützflansch 2100 integriert und mit dem mehrstufigen Mischer 200 und der ersten Strömungsvorrichtung 206 gekoppelt. In einem Beispiel ist der Verbinder des dritten Stützflansches 2104 mit dem Venturi-Körper 302 gekoppelt, während der erste Stützflansch 304 mit der Ummantelung 1308 gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsformen ist der dritte Stützflansch 2100 mit der Trichterkante 300 gekoppelt (z. B. ist die Trichterkante 300 ein Teil des dritten Stützflansches 2100 usw.).
Der dritte Stützflansch 2100 ragt nicht in den Körpereinlass 1304 hinein (z. B. definiert der dritte Stützflansch 2100 eine an den Venturi-Körper 302 angrenzende Öffnung mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser d_v usw.). Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt der dritte Stützflansch 2100 eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Verbinder des dritten Stützflansches 2104 ein. Bei einigen Ausführungsformen entspricht die Anzahl von Öffnungen 2102 des dritten Stützflansches der Anzahl von Verbindern des dritten Stützflansches 2104.
22A und 22B veranschaulichen einen Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln, wie unter Bezugnahme auf 22A und 22B dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln schließt eine Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln 2202 ein, die jeweils mit einer zentralen Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln gekoppelt und daran angepasst sind. Anstatt Öffnungen zwischen beliebigen der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 zu bilden, wie zwischen benachbarten Hauptführungsschaufeln 310 gebildet, bilden beliebige der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und beliebige kombinierte gerade Kanalführungsschaufeln Leitungen dazwischen. Wie hier erläutert, ist ein Kanal ein geschlossener Weg mit einem einzigen Einlass und einem einzigen Auslass (z. B. an vier von sechs Seiten begrenzt usw.).
Obwohl nicht dargestellt, sind Spitzen (z. B. äußerste Kanten usw.) jeder der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 mit der Ummantelung 1308 oder dem Venturi-Körper 302 gekoppelt und daran angepasst. Die Hinterkante von einer der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 oder kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln erstreckt sich über die Vorderkante von einer benachbarten der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 oder kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln hinaus in eine Strömungsrichtung St und begrenzt dadurch einen Strom von Abgasen in einer Spannweitenrichtung S_p . Die Strömungsrichtung S_t ist tangential zu einer Spitze der Vorderkante, während die Spannweitenrichtung S_p normal zu (z. B. orthogonal zu usw.) der Strömungsrichtung St ist. Diese Spannweitenbegrenzung, kombiniert mit der entsprechenden Kopplung der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 mit der zentralen Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln und der Ummantelung 1308 (die beide die Strömung in normalen Wandrichtungen begrenzen), bildet einen Kanal für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202. Jeder Kanal hat vier Seiten: eine erste, die durch eine gerade Kanalführungsschaufel 2202 oder kombinierte gerade Kanalführungsschaufel definiert ist, eine zweite, die durch die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln definiert ist, eine dritte, die durch die Ummantelung 1308 oder den Venturi-Körper 302 definiert ist, und eine vierte, die durch eine andere gerade Kanalführungsschaufel 2202 oder kombinierte gerade Kanalführungsschaufel definiert ist. Jeder Kanal leitet die Abgase effizient. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des Hauptmischers 309 benutzt. Bei anderen Ausführungsformen sind die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 nicht mit der Ummantelung 1308 gekoppelt und stattdessen mit dem Venturi-Körper 302 gekoppelt und an diesen angepasst. Bei diesen Ausführungsformen sind die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 stattdessen mit dem Venturi-Körper 302 gekoppelt und an diesen angepasst. Bei solchen Ausführungsformen kann der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln anstelle oder zusätzlich zu dem Hilfsmischer 1106 benutzt werden.
Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr gerade Kanalführungsschaufeln 2202 ein. Wie die Hauptführungsschaufeln 310 ist jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 durch einen Schaufelwinkel definiert. Diese Schaufelwinkel können so variiert werden, dass eine kombinierte gerade Kanalführungsschaufel (nicht dargestellt) gebildet werden kann, wie in Bezug auf die kombinierte Hauptführungsschaufel 1700 oben beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln einen, zwei, drei oder mehr der kombinierten Kanalführungsschaufeln ein. Bei anderen Ausführungsformen schließt der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln die kombinierte Kanalführungsschaufel nicht ein. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln drei der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und eine kombinierte gerade Kanalführungsschaufel ein.
Die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln kann auf der Mischermittelachse 1302 zentriert oder relativ dazu versetzt sein. Zum Beispiel kann die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln auf der Körpermittelachse 1300 zentriert sein und somit den radialen Versatz h_r relativ zur Mischermittelachse 1302 verschieben. Die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und/oder die kombinierte gerade Kanalführungsschaufel können symmetrisch oder asymmetrisch um die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln angeordnet sein.
Jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und kombinierten geraden Kanalführungsschaufel erstreckt sich über eine benachbarte gerade Kanalführungsschaufel 2202 oder kombinierte gerade Kanalführungsschaufel. Dieser Abstand ist in 22A als Verlängerungsabstand E_SW dargestellt. Der Verlängerungsabstand E_SW ist als Prozentsatz der Breite in der Strömungsrichtung S_t einer einzelnen geraden Kanalführungsschaufel 2202 in einem bestimmten Abstand zu der Achse (z. B. der Körpermittelachse 1300, der Mischermittelachse 1302 usw.) angegeben, auf der die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufeln zentriert ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen beträgt dieser Verlängerungsabstand E_SW zwischen einschließlich 0 und 75 % der Breite in der Strömungsrichtung St einer einzelnen geraden Kanalführungsschaufel 2202 in einem bestimmten Abstand zu der Achse, auf der die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufel zentriert ist.
Der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln stellt relativ hohe Wirbelgeschwindigkeiten auch bei geringeren Schaufelwinkeln für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 bereit und stellt dadurch eine verbesserte Vermischung von Reduktionsmittel mit einem geringeren Druckabfall bereit. Ein anderer Vorteil der hohen Wirbelgeschwindigkeiten durch die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und die kombinierte gerade Kanalführungsschaufel besteht darin, dass hohe Wirbelgeschwindigkeiten die Ansammlung von Ablagerungen nachgelagert des Mischers 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln (z. B. entlang des Venturi-Körpers 302, entlang der Ummantelung 1308 usw.) vermindern.
Jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und der kombinierten geraden Kanalführungsschaufel ist durch einen Strömungswinkel α_sa relativ zu einer Achse definiert, auf der die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufel zentriert ist (z. B. die Körpermittelachse 1300, die Mischermittelachse 1302 usw.). Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt der Strömungswinkel α_sa zwischen einschließlich dreißig und neunzig Grad. Der Strömungswinkel α_sa für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln kann so gewählt sein, dass die erste Strömungsvorrichtung 206 auf eine Zielanwendung zugeschnitten ist.
Der Strömungswinkel α_sa und der Strömungsverlängerungsabstand E_SW können für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und/oder der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln unterschiedlich sein. Die Wahl des Strömungswinkels α_sa und des Strömungsverlängerungsabstands E_SW für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und/oder der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln kann so getroffen sein, dass ein asymmetrischer Wirbel der Abgase erzeugt wird, um die Strömung der Abgase (z. B. in Richtung eines Zielorts in dem mehrstufigen Mischer 200 usw.) zu lenken, um Reduktionsmittel innerhalb der Abgase gleichmäßiger zu verteilen und/oder um Ablagerungen innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung 206 (z. B. auf dem Venturi-Körper 302 usw.) und/oder des mehrstufigen Mischers 200 zu verringern.
Die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und/oder die kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln können durch Gießen (z. B. Feinguss, Lost-Foam-Guss, Sandguss usw.) und/oder 3D-Druck hergestellt werden. So kann zum Beispiel der Mischer 2200 mit geraden Kanalführungsschaufeln mit einem 3D-Drucker unter Verwendung einer Datei gedruckt werden, in der die Anzahl der geraden Kanalführungsschaufeln 2202, die Anzahl der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln, den Stromlinienwinkel α_sa für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln sowie die Strömungsverlängerung E_sw für jede der geraden Kanalführungsschaufeln 2202 und der kombinierten geraden Kanalführungsschaufeln spezifiziert sind.
23 veranschaulicht einen Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln, wie unter Bezugnahme auf 23 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des Hilfsmischers 1106 oder anstelle des Hauptmischers 309 benutzt. Der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln kann jedoch zusätzlich oder alternativ in anderen Strömungsvorrichtungen (z. B. der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 usw.) benutzt werden.
Der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln schließt eine Vielzahl gekrümmter Führungsschaufeln 2302 und eine kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 ein. Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 ein. Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln einen, zwei, drei oder mehr der kombinierten gekrümmten Führungsschaufeln 2304 ein. Bei anderen Ausführungsformen schließt der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 nicht ein. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln drei der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und eine kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 ein.
Jede der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und der kombinierten gekrümmten Führungsschaufel 2304 ist an einer zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufeln angebracht, die um die Mittelachse des mehrstufigen Mischers 200 zentriert ist. Die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und/oder die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 können symmetrisch oder asymmetrisch um die zentrale Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufeln angeordnet sein. Wie die geraden Kanalführungsschaufeln 2202 können sich die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 jeweils überlappen. Jede der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und der kombinierten gekrümmten Führungsschaufel 2304 erstreckt sich über eine benachbarte gekrümmte Führungsschaufel 2302 oder kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 mit dem hierin beschriebenen Verlängerungsabstand E_sw .
Die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 haben eine gekrümmte oder aerodynamische Form, die den Druckabfall der Abgase verringert und eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung nachgelagert des Mischers 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln z. B. entlang einer Mittelachse des Mischers 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln ermöglicht.
Jede der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 ist durch einen Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel relativ zu einer Mittelachse der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufeln definiert. Gleichermaßen kann die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 durch einen Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel relativ zu einer Mittelachse der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufeln definiert sein. Aufgrund der Krümmung der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und der kombinierten gekrümmten Führungsschaufel 2304 ist der Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel variabel. Der Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel für jede der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und kombinierten gekrümmten Führungsschaufeln 2304 kann sich von dem Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel für die anderen der gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und die anderen der kombinierten gekrümmten Führungsschaufeln 2304 unterscheiden.
Die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und/oder die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 können durch Gießen und/oder 3D-Druck hergestellt sein. Zum Beispiel kann der Mischer 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln mit einem 3D-Drucker unter Verwendung einer Datei gedruckt werden, in der die Anzahl der gekrümmten Führungsschaufeln 2302, die Anzahl der kombinierten gekrümmten Führungsschaufeln 2304 und der Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel jeweils für die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und die kombinierten gekrümmten Führungsschaufeln 2304 spezifiziert sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und/oder die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 so konstruiert sein, dass ein tangentialer Winkel an jedem Punkt entlang der gekrümmten Führungsschaufel 2302 oder der kombinierten gekrümmten Führungsschaufel 2304 konstant gehalten wird oder dass eine aerodynamische Widerstandskraft auf jede gekrümmte Führungsschaufel 2302 oder kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 minimiert wird. Bei einer Ausführungsform können 3D-gedruckte oder gegossene gekrümmte Führungsschaufeln 2303 in den Venturi-Körper 302 eingeführt und mit dem ersten Stützflansch 304 verschweißt sein.
24 veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Mischers 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln. Der Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel an einer ersten Stelle nahe der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel relativ zu einer Nabenmittelachse der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel ist als Winkel α_cv1 dargestellt, und der Winkel α_cv der gekrümmten Führungsschaufel an einer zweiten Stelle nahe einer Endkante der gekrümmten Führungsschaufel 2302 relativ zu der Nabenmittelachse der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel ist als Winkel α_cv2 dargestellt. Der Winkel α_cv1 ist anders (z. B. kleiner usw.) als der Winkel α_cv2 . Ein effektiver Winkel α_cve der gekrümmten Führungsschaufel der Nabenmittelachse der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel wird auf Basis des Winkels α_cv der gekrümmten Führungsschaufel entlang der gekrümmten Führungsschaufel 2302 (z. B. des Winkels α_cv1 , des Winkels α_cv2 usw.) berechnet. Durch Verwenden eines kleineren Winkels α_cv der gekrümmten Führungsschaufel nahe der zentralen Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel werden Druckabfall der Abgase und die Wahrscheinlichkeit einer Bildung von Ablagerungen verringert. Gleichermaßen wird durch Verwenden eines größeren Winkels α_cv der gekrümmten Führungsschaufel die Verwirbelung der Abgase nachgelagert des Mischers 2300 mit gekrümmten Führungsschaufeln erhöht. Auf diese Weise können die gekrümmten Führungsschaufeln 2302 und/oder die kombinierte gekrümmte Führungsschaufel 2304 optimiert werden, um eine Wirbelströmung zu erzeugen, die einen Zieldruckabfall mit einem Zielgleichmäßigkeitsindex ausgleicht.
25 und 26 veranschaulichen eine gemeinsame zentrale Nabe 2500. Es versteht sich, dass die gemeinsame zentrale Nabe 2500, wie unter Bezugnahme auf 25 und 26 dargestellt und beschrieben, in einer der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Die gemeinsame zentrale Nabe 2500 kann wie jede andere der hier beschriebenen zentralen Naben implementiert sein (z. B. die zentrale Nabe der Hauptführungsschaufel 313, die zentrale Nabe 1109 der Hilfsführungsschaufel, die zentrale Nabe 2206 der geraden Kanalführungsschaufel, die zentrale Nabe 2306 der gekrümmten Führungsschaufel usw.). Die gemeinsame zentrale Nabe 2500 wird durch einen Durchmesser d_gch und eine Länge l_gch definiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der Durchmesser d_gch so gewählt, dass $0,05 d_{ν} \leq d_{g c h} \leq 0,5 d_{ν}$
und ist die Länge l_gch so gewählt, dass $0,02 d_{ν} \leq l_{g c h} \leq 0,5 d_{ν}$
Die gemeinsame zentrale Nabe 2500 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 2502 und einen konischen Abschnitt 2504. Durch Integration des konischen Abschnitts 2504 kann die gemeinsame zentrale Nabe 2500 eine Verringerung des Druckabfalls der Abgase durch zusätzliche Strömung zum Kern der Wirbelströmung (z. B. nachgelagert der gemeinsamen zentralen Nabe 2500 usw.) ermöglichen. Der konische Abschnitt 2504 ist durch einen Kegelwinkel definiert. Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt der Kegelwinkel zwischen einschließlich zehn und fünfzig Grad. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die gemeinsame zentrale Nabe 2500 konisch oder eine ähnliche aerodynamische Form.
Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt die gemeinsame zentrale Nabe 2500 eine Vielzahl von Nuten 2506 ein. Die Nuten 2506 sind Aussparungen (z. B. Nuten, Schnitte, Kanäle, Gravuren usw.) in der gemeinsamen zentralen Nabe 2500. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Nuten 2506 im zylindrischen Abschnitt 2502 enthalten und erstrecken sich nicht auf den konischen Abschnitt 2504. Bei anderen Ausführungsformen sind die Nuten nicht im zylindrischen Abschnitt 2502 enthalten und sind auf dem konischen Abschnitt 2504 angeordnet.
Jede der Nuten 2506 nimmt eine gemeinsame Führungsschaufel 2600 auf. Die Nuten 2506 nehmen eine gemeinsame Führungsschaufel 2600 in anpassender Weise auf, so dass eine Strömung von Abgasen der Geometrie der gemeinsamen Führungsschaufel 2600 folgt, wodurch Leckage der Abgase zwischen der gemeinsamen zentralen Nabe 2500 und der gemeinsamen Führungsschaufel 2600 vermindert wird und ein relativ hoher struktureller Haltbarkeitsgrad erreicht wird.
Die gemeinsame Führungsschaufel 2600 kann wie eine der anderen hier beschriebenen Führungsschaufeln (z. B. die Hauptführungsschaufeln 310, die komplementären Führungsschaufeln 1100, die Hilfsführungsschaufeln 1108, die geraden Kanalführungsschaufeln 2202, die kombinierte gerade Kanalführungsschaufel, die gekrümmten Führungsschaufeln 2302, die kombinierte gekrümmte Schaufel 2304 usw.) und eine der anderen hier beschriebenen Führungsschaufeln implementiert sein. Jede der gemeinsamen Führungsschaufeln 2600 kann an der gemeinsamen zentralen Nabe 2500 innerhalb der Nuten 2506 befestigt sein. Beispielsweise können die gemeinsamen Führungsschaufeln 2600 mit den Nuten 2506 verschweißt sein.
Die Nuten 2506 ermöglichen eine schnellere und einheitlichere Herstellung der mehrstufigen Mischervorrichtung 200. Insbesondere ist es für einen Hersteller viel einfacher, die gemeinsamen Führungsschaufeln 2600 in den Nuten 2506 zu positionieren und dann die gemeinsamen Führungsschaufeln 2600 an den Nuten 2506 zu befestigen (z. B. weil eine solche Steuerung über präzise Werkzeuge erfolgen kann usw.) als es ohne die Nuten 2506 möglich wäre. Darüber hinaus können die Nuten 2506 kostengünstige oder schnelle Herstellungsverfahren wie Laserschweißen ermöglichen, um die gemeinsamen Führungsschaufeln 2600 mit der gemeinsamen zentralen Nabe 2500 zu verbinden.
27 veranschaulicht einen ersten perforierten Stützflansch 2700. Es versteht sich, dass der erste perforierte Stützflansch 2700, wie unter Bezugnahme auf 27 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der erste perforierte Stützflansch 2700 in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des ersten Stützflansches 304 verwendet. Der erste perforierte Stützflansch 2700 kann jedoch zusätzlich oder alternativ in anderen Strömungsvorrichtungen (z. B. der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 usw.) benutzt werden. Im Gegensatz zum ersten Stützflansch 304 ist der erste perforierte Stützflansch 2700 dafür konfiguriert, den Durchgang von Abgasen durch den ersten perforierten Stützflansch 2700 zu ermöglichen, so dass ein Teil der Abgase den Venturi-Körper 302 leichter umgehen kann.
Der erste perforierte Stützflansch 2700 ist in 27 anstelle des ersten Stützflansches 304 veranschaulicht. Entsprechend ist der erste perforierte Stützflansch 2700 mit dem Venturi-Körper 302 nahe dem Hauptmischer 309 gekoppelt. Der erste perforierte Stützflansch 2700 schließt mindestens eine erste Perforation 2702 (z. B. Öffnung, Bohrung usw.) ein. Jede erste Perforation 2702 erstreckt sich durch den ersten perforierten Stützflansch 2700, so dass Abgase über die erste Perforation 2702 durch den ersten perforierten Stützflansch 2700 strömen können.
Die erste Perforation 2702 dient dazu, einen Druckabfall der Abgase zu verringern und eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung nachgelagert des Hauptmischers 309 wie entlang einer Mittelachse des Hauptmischers 309 zu ermöglichen. Die erste Perforation 2702 bewirkt auch einen relativ hohen Schub der Abgase am Körper des mehrstufigen Mischers 200, so dass die Ansammlung von Ablagerungen in der Nähe des Auslasses 204 des mehrstufigen Mischers 200 vermindert wird.
Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt der erste perforierte Stützflansch 2700 zwischen einschließlich einer und fünfundzwanzig der ersten Perforationen 2702 ein. Die erste Perforation 2702 kann kreisförmig, quadratisch, sechseckig, fünfeckig oder anderweitig ähnlich geformt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen hat jede der ersten Perforationen 2702 einen Durchmesser zwischen einschließlich 0,1 bis 1 Zoll.
Die erste Perforation 2702 ist an einem unteren Umfang 2704 des ersten perforierten Stützflansches 2700 angeordnet. Der untere Umfang 2704 kann ein Bereich des ersten perforierten Stützflansches 2700 sein, der sich unterhalb des Hauptmischers 309 (z. B. relativ zum Anschluss 216 usw.) befindet. Die ersten Perforationen 2702 können jedoch zusätzlich oder alternativ auf anderen Bereichen des ersten perforierten Stützflansches 2700 angeordnet sein, wie einem oberen Umfang über dem Hauptmischer 309 oder einem seitlichen Umfang an einer Seite des Hauptmischers 309. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die ersten Perforationen 2702 in einem konzentrischen Bogen um den Hauptmischer 309 ausgerichtet (z. B. so dass die ersten Perforationen 2702 jeweils gleichmäßig vom mehrstufigen Mischer 200 beabstandet sind usw.).
Durch Variieren der Größe (z. B. Durchmesser usw.), der Position und der Anzahl der ersten Perforationen 2702 kann eine Optimierung von Zielmischleistung (z. B. auf Basis einer rechnerischen strömungstechnischen Analyse usw.) der ersten Strömungsvorrichtung 206, Zielablagerungsbildung (z. B. einer Zielmenge von Ablagerungen, die sich über einen Zielzeitraum bilden, usw.), Zielgleichförmigkeitsindex und Zieldruckabfall (z. B. Vergleich des Drucks der Abgase vorgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 und eines Drucks der Abgase nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 usw.) erfolgen, so dass die erste Strömungsvorrichtung 206 für eine Zielanwendung zugeschnitten werden kann.
28 veranschaulicht einen zweiten perforierten Stützflansch 2800. Es versteht sich, dass der zweite perforierte Stützflansch 2800, wie unter Bezugnahme auf 28 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der zweite perforierte Stützflansch 2800 in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des ersten Stützflansches 304 benutzt. Der zweite perforierte Stützflansch 2800 kann jedoch zusätzlich oder alternativ in anderen Strömungsvorrichtungen (z. B. der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 usw.) benutzt werden.
Der zweite perforierte Stützflansch 2800 ist in 28 anstelle des ersten Stützflansches 304 veranschaulicht. Entsprechend ist der zweite perforierte Stützflansch 2800 mit dem Venturi-Körper 302 nahe dem Hauptmischer 309 gekoppelt. Der zweite perforierte Stützflansch 2800 schließt mindestens eine zweite Perforation 2802 (z. B. Öffnung, Bohrung usw.) ein. Jede zweite Perforation 2802 erstreckt sich durch den zweiten perforierten Stützflansch 2800, so dass Abgase über die zweite Perforation 2802 durch den zweiten perforierten Stützflansch 2800 strömen können.
Die zweite Perforation 2802 dient dazu, einen Druckabfall der Abgase zu verringern und eine gleichmäßigere Verteilung der Strömung nachgelagert des Hauptmischers 309 wie entlang einer Mittelachse des Hauptmischers 309 zu ermöglichen. Die zweite Perforation 2802 dient auch zum Erzeugen eines relativ hohen Schubs der Abgase am Venturi-Körper 302, so dass eine Ansammlung von Ablagerungen am Venturi-Körper 302 in Bereichen vermindert wird, in denen Schubkraft und Verwirbelung andernfalls zu einer Bildung von Ablagerungen führen könnten. Zusätzlich bewirkt die Position der zweiten Perforation 2802 in der Nähe des Venturi-Körpers 302, dass der Venturi-Körper 302 zusätzliche Wärme von den Abgasen aufnimmt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen schließt der zweite perforierte Stützflansch 2800 zwischen einschließlich einer und fünfundzwanzig der zweiten Perforationen 2802 ein. Die zweite Perforation 2802 kann kreisförmig, quadratisch, sechseckig, fünfeckig oder anderweitig ähnlich geformt sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen hat jede der zweiten Perforationen 2802 einen Durchmesser zwischen einschließlich 0,1 bis 1 Zoll. Mindestens einige (z. B. alle usw.) der zweiten Perforationen 2802 können durch einen Stanzvorgang gebildet sein. Bei diesem Stanzvorgang wird jede der zweiten Perforationen 2802 mit einem konturierten Einlass und einem aufgeweiteten Auslass bereitgestellt. Obwohl in 28 nicht dargestellt, können die zweiten Perforationen 2802 jeweils eine Klappe ähnlich wie bei der Führungsschaufel 908 der sechsten Strömungsvorrichtung einschließen.
Die zweite Perforation 2802 ist an einem Kantenumfang 2804 des zweiten perforierten Stützflansches 2800 angeordnet. Der Kantenumfang 2804 kann ein Bereich des zweiten perforierten Stützflansches 2800 sein, der sich an der Seite des Hauptmischers 309 (z. B. relativ zu dem Anschluss 216 usw.) befindet. Die zweiten Perforationen 2802 können jedoch zusätzlich oder alternativ auf anderen Bereichen des zweiten perforierten Stützflansches 2800 wie einem oberen Umfang über dem Hauptmischer 309 oder einem unteren Umfang unter dem Hauptmischer 309 angeordnet sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die zweiten Perforationen 2802 in einem konzentrischen Bogen um den Hauptmischer 309 ausgerichtet (z. B. so dass die zweiten Perforationen 2802 jeweils gleichmäßig vom mehrstufigen Mischer 200 beabstandet sind usw.).
Durch Variieren der Position, Größe (z. B. Durchmesser usw.) und der Anzahl der zweiten Perforationen 2802 kann eine Optimierung von Zielmischleistung (z. B. auf Basis einer rechnerischen strömungstechnischen Analyse usw.) der ersten Strömungsvorrichtung 206, Zielablagerungsbildung (z. B. einer Zielmenge von Ablagerungen, die sich über einen Zielzeitraum bilden, usw.), Zielgleichförmigkeitsindex und Zieldruckabfall (z. B. Vergleich des Drucks der Abgase vorgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 und eines Drucks der Abgase nachgelagert der ersten Strömungsvorrichtung 206 usw.) erfolgen, so dass die erste Strömungsvorrichtung 206 für eine Zielanwendung zugeschnitten werden kann. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist der offene Bereich aller der zweiten Perforationen 2802 $A_{p e r f} = \frac{π}{4} n_{p e r f} d_{p e r f}^{2}$
wobei n_perf die Anzahl der zweiten Perforationen 2802 ist und d_perf der Durchmesser jeder der zweiten Perforationen 2802 ist. Die Beziehung zwischen A_perf und Druckabfall und die Beziehung zwischen _perf und Gleichförmigkeitsindex sind in 29 dargestellt, wobei _tot der gesamte Bereich des zweiten perforierten Stützflansches 2800 ist.
30 veranschaulicht einen dritten perforierten Stützflansch 3000. Es versteht sich, dass der dritte perforierte Stützflansch 3000, wie unter Bezugnahme auf 28 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
Der dritte Stützflansch 3000 ist ähnlich wie der hier bereits beschriebene perforierte Stützflansch 2800. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der dritte perforierte Stützflansch 3000 in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des ersten Stützflansches 304 verwendet. Der dritte perforierte Stützflansch 3000 kann jedoch zusätzlich oder alternativ in anderen Strömungsvorrichtungen (z. B. der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 usw.) benutzt werden. Im Gegensatz zum ersten Stützflansch 304 ist der dritte perforierte Stützflansch 3000 dafür konfiguriert, den Durchgang von Abgasen durch den dritten perforierten Stützflansch 3000 zu erleichtern, so dass ein Teil der Abgase den Venturi-Körper 302 leichter umgehen kann.
Der dritte perforierte Stützflansch 3000 ist in 30 anstelle des ersten Stützflansches 304 veranschaulicht. Entsprechend ist der dritte perforierte Stützflansch 3000 mit dem Venturi-Körper 302 nahe dem Hauptmischer 309 gekoppelt. Der dritte perforierte Stützflansch 3000 schließt mindestens eine dritte Perforation 3002 (z. B. Öffnung, Bohrung usw.) ein. Jede dritte Perforation 3002 erstreckt sich durch den dritten perforierten Stützflansch 3000, so dass Abgase durch den dritten perforierten Stützflansch 3000 über die zweite Perforation 2802 strömen können. Die vorgenannte Beschreibung der zweiten Perforationen 2802 gilt ebenfalls für die dritten Perforationen 3002 und die ersten Perforationen 2702. Bei verschiedenen Ausführungsformen sind die dritten Perforationen 3002 gleichmäßig über einen Bogen verteilt, der sich von sechzig Grad bis dreihundert Grad relativ zu einer Mittelachse der ersten Strömungsvorrichtung 206 und/oder des mehrstufigen Mischers 200 erstreckt.
31 und 32 veranschaulichen einen Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln gemäß einem Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln, wie unter Bezugnahme auf 31 bis 33 dargestellt und beschrieben, in jeder der hier erörterten Ausführungsformen des mehrstufigen Mischers 200 eingeschlossen sein kann.
31 ist eine Querschnittsansicht des Mischers 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln in der ersten Strömungsvorrichtung 206 anstelle des Hilfsmischers 1106 oder anstelle des Hauptmischers 309 benutzt. Der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln kann jedoch zusätzlich oder alternativ in anderen Strömungsvorrichtungen (z. B. der zweiten Strömungsvorrichtung 208, der dritten Strömungsvorrichtung 210, der vierten Strömungsvorrichtung 212 usw.) benutzt werden.
Der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln schließt eine Vielzahl ummantelter Führungsschaufeln 3102 und eine kombinierte ummantelte Führungsschaufel 3104 ein. Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr der ummantelten Führungsschaufeln 3102 ein. Bei einigen Ausführungsformen schließt der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln einen, zwei, drei oder mehr der kombinierten ummantelten Führungsschaufeln 3104 ein. Bei anderen Ausführungsformen schließt der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln die kombinierte ummantelte Führungsschaufel 3104 nicht ein. Bei einem Ausführungsbeispiel schließt der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln drei der ummantelten Führungsschaufeln 3102 und eine kombinierte ummantelte Führungsschaufel 3104 ein.
Jede der ummantelten Führungsschaufeln 3102 und der kombinierten ummantelten Führungsschaufel 3104 ist an einer zentralen Nabe der ummantelten Führungsschaufeln 3106 angebracht, die um die Mittelachse des mehrstufigen Mischers 200 zentriert ist. Die ummantelten Führungsschaufeln 3102 und/oder die kombinierte ummantelte Führungsschaufel 3104 können symmetrisch oder asymmetrisch um die zentrale Nabe 3106 der gekrümmten Führungsschaufeln angeordnet sein. Wie der Mischer mit geraden Kanalführungsschaufeln 2202 können sich die ummantelten Führungsschaufeln 3102 und die kombinierte ummantelte Führungsschaufel 3104 jeweils überlappen.
Der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln schließt eine Aussparung 2908 ein. Die Aussparung 2908 ist so konfiguriert, dass sie um die Abgasführungsöffnung 306 passend ist, wenn der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln in dem mehrstufigen Mischer 200 installiert ist.
Der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln kombiniert die Funktionen eines Mischers (z. B. des Hilfsmischers 1106, des Hauptmischers 309 usw.) mit den Funktionen einer Ummantelung (z. B. der Ummantelung 1308 usw.) in einer einzigen Komponente. Auf diese Weise kann der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln die Kosten (z. B. Herstellungskosten usw.) und die Komplexität der Herstellung des mehrstufigen Mischers 200 verringern. Zusätzlich reduziert durch Kombination des Mischers und der Ummantelung in einer einzigen Komponente der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln die Fertigungstoleranzen bei den führungsschaufelwinkeln der ummantelten Führungsschaufeln 3102, wodurch sich die Variabilität zwischen verschiedenen Mischern 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln verringert. Die Dicke jeder der ummantelten Führungsschaufeln 3102 kann in der gesamten ummantelten Führungsschaufel 3102 wie vertikal entlang der ummantelten Führungsschaufel 3102 oder horizontal entlang der ummantelten Führungsschaufel 3102 konstant oder variabel sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen hat die ummantelte Führungsschaufel 3102 eine Dicke von zwischen einschließlich 1,5 und 6 mm. Gleichermaßen haben bei verschiedenen Ausführungsformen die Kanten jeder der ummantelten Führungsschaufeln 3102 einen Radius zwischen einschließlich 0,5 und 3 mm. Dieser Radius kann die Strömungstrennung der Abgase verringern, die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen vermindern und die Spannungskonzentrationen an den ummantelten Führungsschaufeln 3102 und/oder der Ummantelung 1318 verringern.
33 veranschaulicht den Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln, der in der mehrstufigen Mischvorrichtung 200 montiert ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dieser Ausführungsform ist die zentrale Nabe 3106 der ummantelten Führungsschaufeln auf der Körpermittelachse 1300 zentriert und ist die Körpermittelachse 1300 um einen Winkel β von der Mischermittelachse 1302 versetzt. Wie in 33 dargestellt, ist der Winkel β ein positiver Winkel, so dass der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln innerhalb des mehrstufigen Mischers 200 nach oben geneigt ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen liegt der Winkel β zwischen einschließlich null und fünfzehn Grad. Bei anderen Ausführungsformen ist der Winkel β negativ, so dass der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln innerhalb des mehrstufigen Mischers 200 nach unten geneigt ist. Bei diesen Ausführungsformen kann der Winkel β zwischen einschließlich null und minus fünfzehn Grad liegen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Mischer 3100 mit ummantelten Führungsschaufeln zu jeder Seite oder in einer Kombination der vorgenannten Richtungen geneigt sein.
Aufbau beispielhafter Ausführungsformen
Obwohl dieses Dokument viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen des Umfangs dessen aufgefasst werden, was beansprucht sein kann, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die spezifisch für bestimmte Implementierungen sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Implementierungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Implementierung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Implementierung beschriebene Merkmale auch in mehreren Implementierungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Zudem können, obwohl Merkmale möglicherweise so beschrieben sind, dass sie in bestimmten Kombinationen wirken und auch anfänglich als solche beansprucht sind, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein.
Die hierin verwendeten Begriffe „im Wesentlichen“, „ungefähr“ und ähnliche Begriffe sollen eine weitläufige Bedeutung haben, die mit der üblichen und akzeptierten Verwendung durch Fachleute auf dem Gebiet übereinstimmt, in das der Gegenstand dieser Offenbarung fällt. Es ist für Fachleute, die diese Offenbarung lesen, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden.
Die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen, wie hierin verwendet, bedeuten das direkte oder indirekte Verbinden zweier Komponenten miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Ein solches Verbinden kann erreicht werden, indem die zwei Komponenten oder die zwei Komponenten und alle zusätzlichen Zwischenkomponenten einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, wobei die beiden Komponenten oder die beiden Komponenten und etwaige zusätzliche Zwischenkomponenten aneinander befestigt sind.
Die Begriffe „fluidisch gekoppelt“ oder „in Fluidverbindung“ und dergleichen, wie sie hierin verwendet werden, bedeuten, dass die zwei Komponenten oder Objekte einen zwischen den zwei Komponenten oder Objekten ausgebildeten Pfad aufweisen, in dem ein Fluid, wie etwa Abgas, Wasser, Luft, gasförmiges Reduktionsmittel, gasförmiges Ammoniak usw., entweder mit oder ohne Eingriff von Komponenten oder Objekten strömen kann. Beispiele für Fluidkopplungen oder Konfigurationen zum Ermöglichen einer Fluidverbindung können Rohre, Kanäle oder jegliche anderen geeigneten Komponenten zum Ermöglichen des Strömens eines Fluids von einer Komponente zur anderen einschließen. Wie hier beschrieben, sollte „verhindern“ als potentiell eine geringfügige Umgehung (z. B. weniger als 1 %) durch die Abgase zulässig ausgelegt werden.
Es ist wichtig, zu beachten, dass Aufbau und Anordnung des in den vielfältigen beispielhaften Implementierungen gezeigten Systems lediglich veranschaulichender und nicht einschränkender Art sind. Es wird gewünscht, dass sämtliche Änderungen und Modifikationen, die innerhalb des Geistes und/oder Umfangs der beschriebenen Implementierungen fallen, geschützt sind. Es versteht sich, dass einige Merkmale nicht zwingend sind und dass Implementierungen, denen die verschiedenen Merkmale fehlen, als innerhalb des Umfangs der Anmeldung liegend betrachtet werden können, wobei der Umfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Wenn die Formulierung ein „Teil“ oder „Abschnitt“ verwendet wird, kann das Element einen Teil/Abschnitt und/oder das gesamte Element umfassen, sofern nicht spezifisch anders angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62515743 [0001]

Claims

Mehrstufiger Mischer, umfassend: einen Einlass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, Abgas aufzunehmen; einen Auslass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen; eine erste Strömungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird, wobei die erste Strömungsvorrichtung umfasst: eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln; und eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen, die zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet ist, wobei die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen dafür konfiguriert ist, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht; und eine zweite Strömungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, das Abgas und das Reduktionsmittel aus der ersten Strömungsvorrichtung aufzunehmen, wobei die zweite Strömungsvorrichtung eine Vielzahl von Öffnungen der zweiten Strömungsvorrichtung umfasst, die dafür konfiguriert sind, das Abgas und das Reduktionsmittel von der zweiten Strömungsvorrichtung dem Katalysator über den Auslass des mehrstufigen Mischers bereitzustellen.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 1, wobei: die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen zusammen einen ersten offenen Bereich definiert; die Vielzahl von Öffnungen der zweiten Strömungsvorrichtung zusammen einen zweiten offenen Bereich definiert; und wobei der erste offene Bereich gleich dem zweiten offenen Bereich ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Abgasführung, die mit der ersten Strömungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Abgasführung dafür konfiguriert ist, das Abgas von dem Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen, und dafür konfiguriert ist, zu bewirken, dass das Abgas mit dem Reduktionsmittel in Kontakt kommt, so dass das Reduktionsmittel vom Abgas in die erste Strömungsvorrichtung befördert wird.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 1, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner umfasst: einen Körpereinlass mit einem ersten Durchmesser; einen Körperauslass mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser ist; und eine kegelstumpfförmige Ummantelung, die an den Körperauslass angrenzt.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 1, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner umfasst: eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln; und eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen, die zwischen der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln beabstandet ist, wobei die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen dafür konfiguriert ist, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas in die erste Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 5, wobei die Wirbelströmung eine Gegenwirbelströmung ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 5, wobei die Wirbelströmung eine Co-Wirbelströmung ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 5, wobei: die erste Strömungsvorrichtung ferner umfasst: einen Körpereinlass; und einen Körperauslass; und die Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln in der Nähe des Körpereinlasses angeordnet ist und die Vielzahl von Hauptführungsschaufeln in der Nähe des Körperauslasses angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 5, wobei: der mehrstufige Mischer auf einer Mischermittelachse zentriert ist; die erste Strömungsvorrichtung auf einer Körpermittelachse zentriert ist; und die Körpermittelachse von der Mischermittelachse versetzt oder in einem Winkel dazu angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 5, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner einen ersten Stützflansch umfasst, der dafür konfiguriert ist, die erste Strömungsvorrichtung innerhalb des mehrstufigen Mischers zu sichern, wobei der erste Stützflansch dafür konfiguriert ist, eine Dichtung zwischen der ersten Strömungsvorrichtung und dem mehrstufigen Mischer zu erzeugen.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 10, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner einen zweiten Stützflansch umfasst, umfassend: eine Vielzahl von Öffnungen des zweiten Stützflansches, die dafür konfiguriert ist, den Durchgang von Abgas zu ermöglichen; und eine Vielzahl von Verbindern des zweiten Stützflansches, die dafür konfiguriert ist, die erste Strömungsvorrichtung innerhalb des mehrstufigen Mischers zu sichern.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 11, wobei: die erste Strömungsvorrichtung ferner umfasst: einen Körpereinlass; und einen Körperauslass; und der zweite Stützflansch in der Nähe des Körpereinlasses angeordnet ist und der erste Stützflansch in der Nähe des Körperauslasses angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 10, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner einen ersten perforierten Stützflansch umfasst, der eine Vielzahl von ersten Perforationen aufweist, die dafür konfiguriert sind, den Durchgang von Abgas zu ermöglichen, wobei der erste perforierte Stützflansch dafür konfiguriert ist, die erste Strömungsvorrichtung innerhalb des mehrstufigen Mischers zu sichern.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 13, wobei die erste Strömungsvorrichtung ferner einen zweiten Stützflansch umfasst, umfassend: eine Vielzahl von Öffnungen des zweiten Stützflansches, die dafür konfiguriert ist, den Durchgang von Abgas zu ermöglichen; und eine Vielzahl von Verbindern des zweiten Stützflansches, die dafür konfiguriert ist, die erste Strömungsvorrichtung innerhalb des mehrstufigen Mischers zu sichern.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 14, wobei: die erste Strömungsvorrichtung ferner umfasst: einen Körpereinlass; und einen Körperauslass; und der zweite Stützflansch in der Nähe des Körpereinlasses angeordnet ist und der erste perforierte Stützflansch in der Nähe des Körperauslasses angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer, umfassend: einen Einlass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, Abgas aufzunehmen; einen Auslass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen; und eine erste Strömungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, das Abgas vom Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen, und dafür konfiguriert ist, Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird, wobei die erste Strömungsvorrichtung umfasst: einen Venturi-Körper, der durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert ist; eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln, die innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert ist; eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen, die zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet ist, wobei die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen dafür konfiguriert ist, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht; eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln, die innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körpereinlasses positioniert ist; und eine Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen, die zwischen der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln beabstandet ist, wobei die Vielzahl von Hilfsführungsschaufelöffnungen dafür konfiguriert ist, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hilfsführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas in den Venturi-Körper mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 16, wobei: der mehrstufige Mischer auf einer Mischermittelachse zentriert ist; der Venturi-Körper auf einer Körpermittelachse zentriert ist; und die Körpermittelachse von der Mischermittelachse versetzt oder in einem Winkel dazu angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 16, wobei: der Venturi-Körper eine kegelstumpfförmige Ummantelung umfasst, die an den Körperauslass angrenzt; der Körpereinlass einen ersten Durchmesser hat; und der Körperauslass einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 16, wobei: die erste Strömungsvorrichtung ferner eine Abgasführung umfasst, die mit dem Venturi-Körper gekoppelt ist; wobei der Venturi-Körper eine Abgasführungsöffnung umfasst und die Abgasführung um die Abgasführungsöffnung herum positioniert ist; wobei die Abgasführung dafür konfiguriert ist, Abgas und Reduktionsmittel separat von außerhalb des Venturi-Körpers aufzunehmen, das aufgenommene Abgas und Reduktionsmittel von außerhalb des Venturi-Körpers in der Abgasführung zu mischen und das gemischte Abgas und Reduktionsmittel innerhalb des Venturi-Körper bereitzustellen.
Mehrstufiger Mischer, umfassend: einen Einlass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, Abgas aufzunehmen; einen Auslass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen; und eine erste Strömungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, das Abgas vom Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird, wobei die erste Strömungsvorrichtung umfasst: einen Venturi-Körper, der durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert ist und eine Abgasführungsöffnung aufweist, die entlang des Venturi-Körpers zwischen dem Körpereinlass und dem Körperauslass angeordnet ist; eine Vielzahl von Hauptführungsschaufeln, die innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert ist; eine Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen, die zwischen der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln beabstandet ist, wobei die Vielzahl von Hauptführungsschaufelöffnungen dafür konfiguriert ist, das Abgas aufzunehmen und mit der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zusammenzuwirken, um das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht; und eine Abgasführung, die mit dem Venturi-Körper um die Abgasführungsöffnung herum gekoppelt ist, wobei die Abgasführung dafür konfiguriert ist, Abgas und Reduktionsmittel separat von außerhalb des Venturi-Körpers aufzunehmen, das aufgenommene Abgas und Reduktionsmittel von außerhalb des Venturi-Körpers in der Abgasführung zu mischen und das gemischte Abgas und Reduktionsmittel in den Venturi-Körper einzuführen.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 20, wobei: der mehrstufige Mischer auf einer Mischermittelachse zentriert ist; der Venturi-Körper auf einer Körpermittelachse zentriert ist; und die Körpermittelachse von der Mischermittelachse versetzt oder in einem Winkel dazu angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 20, wobei: der Venturi-Körper eine kegelstumpfförmige Ummantelung umfasst, die an den Körperauslass angrenzt; der Körpereinlass einen ersten Durchmesser hat; und der Körperauslass einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 22 wobei der Venturi-Körper eine Trichterkante umfasst, die an den Körpereinlass angrenzt und dafür konfiguriert ist, das Abgas in den Körpereinlass zu trichtern.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 20, wobei: jede der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln mit einer zentralen Hauptführungsschaufelnabe gekoppelt ist; jede der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln durch einen Hauptführungsschaufelwinkel relativ zu einer Nabenmittelachse der zentralen Hauptführungsschaufelnabe definiert ist; der Hauptführungsschaufelwinkel für jede der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln zwischen einschließlich null und fünfundvierzig Grad beträgt; und der Hauptführungsschaufelwinkel für eine der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln sich von dem Hauptführungsschaufelwinkel für eine andere der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln unterscheidet.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 24, wobei jede der Vielzahl von Hauptführungsschaufeln mit dem Venturi-Körper gekoppelt und daran angepasst ist.
Mehrstufiger Mischer, umfassend: einen Einlass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, Abgas aufzunehmen; einen Auslass des mehrstufigen Mischers, der dafür konfiguriert ist, das Abgas einem Katalysator bereitzustellen; und eine erste Strömungsvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, das Abgas vom Einlass des mehrstufigen Mischers aufzunehmen und Reduktionsmittel so aufzunehmen, dass das Reduktionsmittel teilweise mit dem Abgas innerhalb der ersten Strömungsvorrichtung gemischt wird, wobei die erste Strömungsvorrichtung umfasst: einen Venturi-Körper, der durch einen Körpereinlass in der Nähe des Einlasses des mehrstufigen Mischers und einen Körperauslass in der Nähe des Auslasses des mehrstufigen Mischers definiert ist und eine Abgasführungsöffnung aufweist, die entlang des Venturi-Körpers zwischen dem Körpereinlass und dem Körperauslass angeordnet ist; eine Vielzahl gerader Führungsschaufeln, die innerhalb des Venturi-Körpers und in der Nähe des Körperauslasses positioniert ist, wobei die Vielzahl gerader Führungsschaufeln dafür konfiguriert ist, mit dem Abgas in Verbindung zu treten und das Abgas von der ersten Strömungsvorrichtung mit einer Wirbelströmung bereitzustellen, die das Mischen des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht; und eine Abgasführung, die mit dem Venturi-Körper um die Abgasführungsöffnung herum gekoppelt ist, wobei die Abgasführung dafür konfiguriert ist, Abgas und Reduktionsmittel separat von außerhalb des Venturi-Körpers aufzunehmen, das aufgenommene Abgas und Reduktionsmittel von außerhalb des Venturi-Körpers in der Abgasführung zu mischen und das gemischte Abgas und Reduktionsmittel in den Venturi-Körper einzuführen.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 26, wobei: der mehrstufige Mischer auf einer Mischermittelachse zentriert ist; der Venturi-Körper auf einer Körpermittelachse zentriert ist; und die Körpermittelachse von der Mischermittelachse versetzt oder in einem Winkel dazu angeordnet ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 26, wobei: der Venturi-Körper eine kegelstumpfförmige Ummantelung umfasst, die an den Körperauslass angrenzt; der Körpereinlass einen ersten Durchmesser hat; und der Körperauslass einen zweiten Durchmesser hat, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 28 wobei der Venturi-Körper eine Trichterkante umfasst, die an den Körpereinlass angrenzt und dafür konfiguriert ist, das Abgas in den Körpereinlass zu trichtern.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 26, wobei: jede der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln mit einer zentralen Nabe der geraden Kanalführungsschaufeln gekoppelt ist; jede der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln durch einen Strömungswinkel relativ zu einer Nabenmittelachse der zentralen Nabe der geraden Kanalführungsschaufeln definiert ist; der Strömungswinkel für jede der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln zwischen einschließlich dreißig und neunzig Grad liegt; und der Strömungswinkel für eine der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln sich von dem Strömungswinkel für eine andere der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln unterscheidet.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 26, wobei jede der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln mit dem Venturi-Körper gekoppelt und an diesen angepasst ist, so dass jede der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln mit dem Venturi-Körper zusammenwirkt, um einen Kanal zu bilden.
Mehrstufiger Mischer nach Anspruch 26, wobei: sich eine der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln über eine andere der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln um einen Verlängerungsabstand erstreckt; die eine der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln eine Breite in der Strömungsrichtung aufweist; und der Verlängerungsabstand zwischen einschließlich null und fünfundsiebzig Prozent der Breite in der Strömungsrichtung von einer der Vielzahl gerader Kanalführungsschaufeln liegt.