DE4015013A1 - Device for forming homogeneous mixt. from exhaust gas - from Diesel engine and combustion chamber, comprising mixing tube with filter, disc and turning brake - Google Patents

Device for forming homogeneous mixt. from exhaust gas - from Diesel engine and combustion chamber, comprising mixing tube with filter, disc and turning brake

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Abstract

Particle filters through which diesel exhaust gases pass, may not be capable of complete regeneration due to uneven mixing of gases. The novelty is that the tube in which the mixing takes place incorporates a twisting brake before a baffle. The twisting brake incorporates radial webs which support a disc and join it to the wall of the mixing tube. USE/ADVANTAGE - The arrangement is claimed to result in intensive recirculation and mixing of the gases, with the result that the subsequent particle filter receives an even distribution across the entire cross-section, facilitating efficient filter regeneration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung eines homogenen Gemisches aus zwei gasförmigen Stoffen, insbe­ sondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for forming a homogeneous mixture of two gaseous substances, esp special according to the preamble of claim 1.

In der DE 38 37 472 wird ein Partikelfiltersystem be­ schrieben, in dem eine gattungsgemäße Mischvorrichtung für zwei unterschiedliche Gasströme in Strömungsrichtung vor dem Partikelfilter vorgesehen ist. Diese Mischvorrichtung dient zur Homogenisierung der beiden Gasströme mit dem Ziel einer gleichmäßigen Beaufschlagung und damit gleich­ mäßigen Regeneration des Partikelfilters. Diese Mischvor­ richtung weist eine Primär- und eine Sekundärbrennkammer auf. In die Sekundärbrennkammer tritt das Abgas einer Die­ selbrennkraftmaschine und das Abgas einer Primärbrennkam­ mer ein, wobei beide Abgasströme einen Drall mit vorzugs­ weise entgegengesetztem Drehsinn aufweisen, der zur homo­ genen Mischung der beiden Abgasströme führen soll. Außer­ dem ist eine Prallplatte zwischen der Primärbrennkammer und dem Partikelfilter vorgesehen, die eine unmittelbare Beaufschlagung des Partikelfilters durch die heißen Abgase der Primärbrennkammer verhindern soll.DE 38 37 472 describes a particle filter system wrote in which a generic mixing device for two different gas flows in the direction of flow the particle filter is provided. This mixing device serves to homogenize the two gas flows with the The aim of an even application and therefore the same moderate regeneration of the particle filter. This mixing vor direction has a primary and a secondary combustion chamber on. The exhaust gas from a die enters the secondary combustion chamber Internal combustion engine and the exhaust gas from a primary combustion engine mer one, with both exhaust streams having a swirl with preference wise opposite sense of rotation that to homo mixture of the two exhaust gas flows. Except that is a baffle between the primary combustion chamber and the particle filter provided an immediate The particulate filter is exposed to the hot exhaust gases prevent the primary combustion chamber.

Es hat sich gezeigt, daß trotz dieser Maßnahmen eine Be­ aufschlagung des Partikelfilters mit homogenem, gleich­ temperiertem Gas und damit eine gleichmäßige Regeneration des Partikelfilters nicht unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.It has been shown that despite these measures Be opening the particle filter with homogeneous, equal tempered gas and thus even regeneration of the particle filter not under all operating conditions is ensured.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung und ein Mischverfahren zu schaffen, wo­ durch zwei Gasströme unterschiedlicher Zusammensetzung und Temperatur bei geringem Platzbedarf und geringen Druckver­ lusten so vermischt werden, daß eine gleichmäßige Zusam­ mensetzung und Temperatur des Gasgemisches über dem Austrittsquerschnitt des Mischsystems gewährleistet ist und somit eine gleichmäßige Regeneration eines nachge­ schalteten Partikelfilters sichergestellt ist.The invention is therefore based on the object Mixing device and a mixing process to create where by two gas flows of different composition and Temperature with a small footprint and low pressure lusts are mixed so that a uniform composition Composition and temperature of the gas mixture above the Outlet cross section of the mixing system is guaranteed and thus an even regeneration of a secondary switched particle filter is ensured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.The object is achieved by the characterizing Features of claims 1 and 6 solved.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Drall­ struktur geändert und die thermische Gemischschichtung derart modifiziert, daß eine gleichmäßige Beaufschlagung des Partikelfilters mit Gas gleicher Temperatur gewähr­ leistet ist.The twist is achieved by the device according to the invention structure changed and the thermal mixture stratification modified so that an even application of the particle filter with gas of the same temperature is accomplished.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sehr einfach aufge­ baut. Sie besteht im einfachsten Fall aus zwei sich unter 90° kreuzenden Blechen, die zugleich als Halterung für die Scheibe dienen.The device according to the invention is very simply up builds. In the simplest case, it consists of two under 90 ° crossing sheets, which also serve as a holder for the Serve disc.

Die geometrische Ausbildung der Stege der Drallbremse dient zur Erreichung des gewünschten Drallbremseffektes.The geometric design of the swirl brake webs is used to achieve the desired swirl braking effect.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Homogenisierungseffekt verstärkt und optimiert. Die erfindungsgemäße Strömungsblende bewirkt eine radiale Durchmischung der Gasströmung und damit einen Ausgleich der Restinhomogenitäten.According to an advantageous development of the invention the homogenization effect is strengthened and optimized. The Flow orifice according to the invention causes a radial Mixing of the gas flow and thus a compensation the remaining inhomogeneities.

Dazu haben sich im Versuch vorteilhafte Abmessungen bezüg­ lich Lage und Größe der Strömungsblende und der Scheibe herausgestellt. Advantageous dimensions related to this in the experiment Lich position and size of the flow orifice and the disc exposed.  

In Anspruch 6 wird das erfindungsgemäße Mischungsverfahren im Detail dargestellt. Durch das vorteilhafte Zusammenwir­ ken von vorzugsweise im Gegendrall einströmenden Gasströ­ men mit der Scheibe und der sie tragenden Stege der Drall­ bremse und der nachgeschalteten Strömungsblende werden die beiden Gasströme homogenisiert und führen zu einer gleich­ mäßigen Belegung des Rußfilters bzw. beim Regenerieren zu einem gleichmäßigen Abbrand des gesamten Rußbelages. Dabei sind die einzelnen Elemente des Mischungssystems so auf­ einander abgestimmt, daß der Mischvorgang auf einer rela­ tiv kurzen Entfernung und mit geringem Druckverlust von­ statten geht.In claim 6, the mixing method according to the invention presented in detail. Because of the advantageous cooperation ken of gas flows preferably flowing in the counter-swirl with the disc and the webs supporting it the twist brake and the downstream flow orifice are the homogenized both gas flows and lead to the same moderate occupancy of the soot filter or when regenerating a uniform burning of the entire soot coating. Here are the individual elements of the mixing system so coordinated that the mixing process on a rela tiv short distance and with low pressure loss of is possible.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist.Further features of the invention result from the fol ing description and the drawing in which an exec Example of the invention is shown schematically.

Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Misch­ vorrichtung mit dem dazu gehörigen Partikelfilter.The only figure shows a cross section through the mixing according to the invention device with the associated particle filter.

Das Mischrohr 1 umfaßt die Mischvorrichtung 13 und das Partikelfilter 10. An der Stirnseite 14 des Mischrohres 1 ist eine zentrale Brennkammer 11 angeordnet, aus deren axialer Öffnung 7 Gas mit Drall in die Mischvorrichtung 13 eintritt. Durch Abgasanschlüsse 12, die am Umfang des Mischrohres im Bereich der Brennkammer 11 angeordnet sind, wird Abgas der Dieselbrennkraftmaschine mit Drall in die Mischvorrichtung 13 eingeleitet, wobei der Drallsinn des Abgases dem Drallsinn des aus der Brennkammer 11 austre­ tenden Gases entgegen gerichtet ist.The mixing tube 1 comprises the mixing device 13 and the particle filter 10 . A central combustion chamber 11 is arranged on the end face 14 of the mixing tube 1 , from whose axial opening 7 gas with swirl enters the mixing device 13 . Through exhaust gas connections 12 , which are arranged on the circumference of the mixing tube in the region of the combustion chamber 11 , exhaust gas from the diesel internal combustion engine is introduced with swirl into the mixing device 13 , the swirl sense of the exhaust gas being directed counter to the swirl sense of the gas emerging from the combustion chamber 11 .

In der Achse des Mischrohres 1 und senkrecht zu dieser ist eine Scheibe 6 im Abstand vom Radius des Mischrohres vor der axialen Öffnung 7 angeordnet, wobei die Scheibe 6 den 1,5fachen Durchmesser der axialen Öffnung 7 aufweist. In the axis of the mixing tube 1 and perpendicular to it, a disc 6 is arranged at a distance from the radius of the mixing tube in front of the axial opening 7 , the disc 6 being 1.5 times the diameter of the axial opening 7 .

Die Scheibe 6 wird von 4 radialen, sich kreuzenden Stegen 8 mit der Wand 9 des Mischrohres verbunden und getragen. Die Stege 8 bestehen aus dünnwandigem Blech. Sie haben eine gewisse Erstreckung in Richtung der Achse der Misch­ kammer 1. Ihre Breite steigt von der Mitte des Mischrohres 1 zu dessen Wand 9 hin an und erreicht ein Maximum vom 0,4fachen Radius des Mischrohres 1.The disc 6 is connected and supported by 4 radial, intersecting webs 8 to the wall 9 of the mixing tube. The webs 8 consist of thin-walled sheet metal. You have a certain extent in the direction of the axis of the mixing chamber 1st Its width increases from the center of the mixing tube 1 to its wall 9 and reaches a maximum of 0.4 times the radius of the mixing tube 1 .

In Strömungsrichtung hinter der Drallbremse 2 ist eine Strömungsblende 3 angeordnet. Der axiale Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 7 und der Strömungsblende 3 liegt beim 1,6fachen des Radius des Mischrohres 1, während die Blendenöffnung 15 einen Durchmesser vom 1,6fachen des Ra­ dius des Mischrohres 1 aufweist.A flow orifice 3 is arranged in the flow direction behind the swirl brake 2 . The axial distance between the inlet opening 7 and the flow orifice 3 is 1.6 times the radius of the mixing tube 1 , while the aperture 15 has a diameter of 1.6 times the Ra dius of the mixing tube 1 .

Das Partikelfilter 10 ist in Strömungsrichtung hinter der Strömungsblende 3 angeordnet, wobei der Abstand zwischen beiden dem 0,25fachen des Radius des Mischrohres 1 ent­ spricht.The particle filter 10 is arranged in the flow direction behind the flow orifice 3 , the distance between the two being 0.25 times the radius of the mixing tube 1 .

Die Mischvorrichtung funktioniert auf folgende Weise:The mixing device works in the following way:

Bei einer bestimmten Rußbeladung des Partikelfilters 1 wird durch einen geeigneten Sensor die Regeneration ausge­ löst und zwar unabhängig vom Betriebszustand des Motors. Die Regeneration findet im Regelfall bei mit unterschied­ licher Last und Drehzahl laufendem Dieselmotor statt. Das Abgas des Dieselmotors tritt durch die Abgasanschlüsse 12 in die Mischvorrichtung 13 ein. Es wird durch die Abgase des Brenners 11 auf die für die Regeneration erforderliche Temperatur aufgeheizt. Beide Gasströme haben unterschied­ liche Drallrichtung und unterschiedliche Temperatur. Die Drallströmung der Abgase der Dieselbrennkraftmaschine wer­ den durch die Drallbremse 2 teilweise abgebremst. Sie wer­ den aufgrund eines im Drallzentrum im Bereich der Achse des Mischrohres 1 wirkenden Unterdrucks zu dessen Mitte hin abgelenkt wodurch sich im Bereich der Achse des Mischrohres 1 eine Rückströmung des Abgases der Diesel­ brennkraftmaschine gegen das Abgas der Brennkammer 11 bil­ det. Dadurch wird das Abgas der Brennkammer 11 radial nach außen verdrängt, wodurch sich die beiden Abgasströme mehr­ mals durchdringen und die Mischung einleiten. Die hinter der Drallbremse 2 angeordnete Strömungsblende 3 unter­ stützt die Rückströmung der Abgase der Dieselbrennkraftma­ schine und bewirkt in Verbindung mit der Restumfangsge­ schwindigkeit des Gemisches, das dieses durch Einschnüren der Strömung und durch Ringwirbelbildung hinter der Strö­ mungsblende 3 weiter homogenisiert wird. Auf diese Weise gelingt es auf relativ kurzer Strecke und mit geringen Druckverlusten die beiden Gasströme zu homogenisieren und damit eine gleichmäßige Beladung einerseits und eine gleichmäßige Regeneration des Partikelfilters andererseits zu verwirklichen.At a certain soot loading of the particle filter 1 , the regeneration is triggered by a suitable sensor, regardless of the operating state of the engine. Regeneration usually takes place with the diesel engine running at different loads and speeds. The exhaust gas from the diesel engine enters the mixing device 13 through the exhaust gas connections 12 . It is heated to the temperature required for regeneration by the exhaust gases from the burner 11 . Both gas flows have different swirl directions and different temperatures. The swirl flow of the exhaust gases of the diesel engine who partially braked by the swirl brake 2 . You who who is deflected due to a negative pressure acting in the swirl center in the area of the axis of the mixing tube 1 towards the center thereof, causing a backflow of the exhaust gas of the diesel engine against the exhaust gas of the combustion chamber 11 in the area of the axis of the mixing tube 1 . As a result, the exhaust gas of the combustion chamber 11 is displaced radially outward, as a result of which the two exhaust gas flows penetrate one another more times and introduce the mixture. The disposed behind the swirl brake 2 flow aperture 3 machine supported the back flow of the exhaust gases of the Dieselbrennkraftma and causes in conjunction with the Restumfangsge speed is this mung aperture by constricting the flow and by ring formation of eddies behind the Strö 3 further homogenized the mixture. In this way, it is possible to homogenize the two gas streams over a relatively short distance and with low pressure losses, and thus to achieve uniform loading on the one hand and uniform regeneration of the particle filter on the other.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Bildung eines homogenen Gemisches aus zwei gasförmigen Stoffen, vorzugsweise aus dem Abgas einer Dieselbrennkraftmaschine und dem Abgas einer Brenn­ kammer (11), wobei das Abgas der Dieselbrennkraftmaschine im vorderen Bereich eines Mischrohres (1), das in Strö­ mungsrichtung vor einem Partikelfilter (10) angeordnet ist, und vorzugsweise in der Peripherie (4) des Mischroh­ res (1), das Abgas der Brennkammer (11) jedoch aus einer vorzugsweise axialen Öffnung (7) der Brennkammer (11) in den Bereich und die Richtung der Achse des Mischrohres (1) eingebracht werden und beide Gase einen Drall vorzugsweise mit entgegengesetztem Drehsinn um die Achse des Mischroh­ res (1) aufweisen und wobei eine Scheibe (6) senkrecht zur Achse (5) des Mischrohres (1) angeordnet ist, deren Mit­ telpunkt in etwa auf der Achse (5) des Mischrohres (1) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß im Mischrohr (1) eine Drall­ bremse (2) in Strömungsrichtung hinter der Scheibe (6) an­ geordnet ist.1. Device for forming a homogeneous mixture of two gaseous substances, preferably from the exhaust gas of a diesel internal combustion engine and the exhaust gas of a combustion chamber ( 11 ), the exhaust gas of the diesel internal combustion engine in the front region of a mixing tube ( 1 ) which flows in the direction of flow in front of a particle filter ( 10 ) is arranged, and preferably in the periphery ( 4 ) of the mixing tube res ( 1 ), the exhaust gas of the combustion chamber ( 11 ) from a preferably axial opening ( 7 ) of the combustion chamber ( 11 ) in the area and the direction of the axis of the mixing tube ( 1 ) are introduced and both gases have a swirl preferably in the opposite direction of rotation about the axis of the mixing tube res ( 1 ) and wherein a disc ( 6 ) is arranged perpendicular to the axis ( 5 ) of the mixing tube ( 1 ), the center of which approximately on the axis ( 5 ) of the mixing tube ( 1 ), characterized in that in the mixing tube ( 1 ) a swirl brake ( 2 ) in the flow direction behind the Sche ibe ( 6 ) is arranged on. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallbremse vorzugsweise radial stehende Stege (8) aufweist, die als Halterung für die Scheibe (6) dienen und diese mit einer Wand (9) des Mischrohres (1) verbinden. 2. Device according to claim 1, characterized in that the swirl brake preferably has radially standing webs ( 8 ) which serve as a holder for the disc ( 6 ) and connect this to a wall ( 9 ) of the mixing tube ( 1 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) aus Blech ge­ ringer Dicke bestehen und daß die Breite der Stege (8) von der Mitte des Mischrohres (1) zu dessen Wand (9) hin an­ steigt, wobei die maximale Breite in etwa dem 0,4fachen des Radius des Mischrohres (1) entspricht.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the webs ( 8 ) consist of sheet metal ge thin thickness and that the width of the webs ( 8 ) from the center of the mixing tube ( 1 ) to the wall ( 9 ) increases, whereby the maximum width corresponds approximately to 0.4 times the radius of the mixing tube ( 1 ). 4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichent, daß der Abstand zwischen der Scheibe (6) und der axialen Öffnung (7) in etwa dem Radius des Mischrohres (1) und der Durchmesser der Scheibe (6) vorzugsweise dem 1,5fachen Durchmesser der axialen Öff­ nung (7) der Brennkammer (11) entspricht.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the disc ( 6 ) and the axial opening ( 7 ) approximately the radius of the mixing tube ( 1 ) and the diameter of the disc ( 6 ) preferably 1, 5 times the diameter of the axial opening ( 7 ) of the combustion chamber ( 11 ) corresponds. 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Drallbremse (2) und Partikelfilter (10) eine Strömungsblende (3) angeord­ net ist.5. Device according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that between the swirl brake ( 2 ) and particle filter ( 10 ) a flow orifice ( 3 ) is net angeord. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsblende (3) von der axialen Öffnung (7) der Brennkammer (11) eine Ent­ fernung im Bereich des 1,4- bis 2,4fachen vom Radius des Mischrohres (1) aufweist und daß der Durchmesser der Strö­ mungsblende (3) im Bereich des 0,6- bis 1,6fachen vom Ra­ dius des Mischrohres (1) liegt.6. The device according to claim 5, characterized in that the flow orifice ( 3 ) from the axial opening ( 7 ) of the combustion chamber ( 11 ) has a distance in the range 1.4 to 2.4 times the radius of the mixing tube ( 1 ) and that the diameter of the flow aperture ( 3 ) is in the range of 0.6 to 1.6 times the radius of the mixing tube ( 1 ). 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Partikelfilter (10) im Be­ reich des 0,25- bis 2fachen vom Radius des Mischrohres (1) in Strömungsrichtung hinter der Strömungsblende (3) ange­ ordnet ist.7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the particle filter ( 10 ) in the range from 0.25 to 2 times the radius of the mixing tube ( 1 ) in the flow direction behind the flow orifice ( 3 ) is arranged. 8. Verfahren zur Bildung eines homogenen Gemisches un­ ter Anwendung der Vorrichtung nach einem der vorangegan­ genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die im Mischrohr (1) in Strömungsrichtung hinter der axialen Öffnung (7) der Brennkammer (11) angeordneten Drallbremse (2) die Drall­ strömung des Abgases der Dieselbrennkraftmaschine teilwei­ se abgebremst und aufgrund eines im Drallzentrum wirkenden Unterdrucks zur Mitte des Mischrohres (1) hin abgelenkt wird, wodurch sich im Bereich der Achse des Mischrohres (1) eine Rückströmung des Abgases der Dieselbrennkraftma­ schine gegen das Abgas der Brennkammer (11) bildet und dieses dadurch radial nach außen verdrängt, und wodurch die beiden Abgase sich mehrmals durchdringen und die Mi­ schung einleiten, während die in Strömungsrichtung hinter der Drallbremse (2) angeordnete Strömungsblende (3) die Rückströmung unterstützt und in Verbindung mit der Restum­ fangsgeschwindigkeit des Gemisches dieses durch Einschnü­ ren der Strömung und durch Ringwirbelbildung hinter der Strömungsblende (3) weiter homogenisiert.8. A method for forming a homogeneous mixture under application of the device according to one of the preceding claims, characterized in that the swirl brake ( 2 ) arranged in the mixing tube ( 1 ) in the flow direction behind the axial opening ( 7 ) of the combustion chamber ( 11 ) the swirl flow of the exhaust gas of the diesel engine is partially braked and deflected due to a negative pressure acting in the swirl center towards the center of the mixing tube ( 1 ), causing a backflow of the exhaust gas of the diesel engine against the exhaust gas in the area of the axis of the mixing tube ( 1 ) combustion chamber (11) and that thereby displaced radially outwards, and whereby the two exhaust gases penetrate several times and take the Mi research, while arranged in the flow direction behind the swirl brake (2) flow aperture (3) supports the return flow and in connection with Restum speed of the mixture through this Contraction of the flow and further homogenized by the formation of ring vortices behind the flow aperture ( 3 ).
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