EP3265656B1

EP3265656B1 - Mix box

Info

Publication number: EP3265656B1
Application number: EP16709740.1A
Authority: EP
Inventors: Joachim Gehrlein; Frank Terres; Andreas Lang; Gert MÜLLER
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: DE102015103303B3; WO2016142292A1; US10626773B2; JP2018508700A; US20180030874A1; EP3265656A1; CN107438705A; CN107438705B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen von Abgasen, mithin eine Mix Box für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine zum Einmischen von Additiven in einen Abgasstrom mit mindestens einem eine E-Rohrachse aufweisenden Einlassrohr, mit mindestens einem eine A-Rohrachse aufweisenden Auslassrohr und mit einem eine Gehäusewand aufweisenden Gehäuse mit einer Innenseite und einer Außenseite zur Aufnahme des endseitig geschlossenen Einlassrohres und des Auslassrohres, wobei das Gehäuse ein Volumen V der Mix Box gegenüber einer Umgebung begrenzt, wobei das Einlassrohr einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Zuströmteil mit einem Durchmesser Dz und mit einer Länge Lz aufweist, der zwecks Einleitung des Abgases in das Gehäuse mit mindestens einer Zuströmöffnung versehen ist, wobei das Auslassrohr endseitig eine Dosiervorrichtung und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Ausströmteil mit einem Durchmesser Da und einer Länge La aufweist, der zwecks Ausleitung des Abgases aus dem Gehäuse mit mindestens einer Ausströmöffnung versehen ist, wobei eine Strömungszone S zwischen dem Einlassrohr und dem Auslassrohr vorgesehen ist, die seitlich begrenzt ist durch zwei Grenzflächen B1, B2, die jeweils einen kürzesten Abstand a12, a13, a22, a23 zum jeweiligen Punkt der jeweiligen Rohrachse aufweisen.
Es ist bereits eine Mischrohranordnung mit Gehäuse aus der EP 2 687 697 A2 bekannt. Die Anordnung weist ein Einlassrohr sowie ein parallel dazu angeordnetes Auslassrohr auf, die in dem Gehäuse angeordnet sind. Innerhalb eines schneckenförmigen Abschnitts der Gehäusewand ist das Auslassrohr außermittig platziert, sodass ein verjüngender Einlaufspalt gebildet ist.
Zudem ist eine Mischrohranordnung mit Gehäuse aus der WO 2014/167355 A1 bekannt. Die Anordnung weist ein Auslassrohr auf, das teilweise in dem Gehäuse angeordnet ist.
Aus der US 2014 0 202 141 A1 ist eine Mischrohranordnung mit Gehäuse bekannt, wobei Einlassrohr und Auslassrohr perforationsfrei und rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.
Aus der DE 10 2013 114 111 A1 ist bereits ebenfalls eine Mischrohranordnung mit Gehäuse bekannt. Die Anordnung weist auch ein Einlassrohr sowie ein parallel dazu angeordnetes Auslassrohr auf, die in dem Gehäuse angeordnet sind.
Aus der WO 2015/091242 A1 ist ebenfalls eine Mischrohranordnung mit Gehäuse bekannt. Die Anordnung weist auch ein Einlassrohr sowie ein parallel dazu angeordnetes Auslassrohr auf, die in einem zweiteiligen Gehäuse angeordnet sind.
Aus der DE 20 2014 102 872 U1 ist bereits ein Mischrohr zur alleinigen Anwendung in einer Mischrohranordnung bekannt.
Aus der EP 2 687 697 A2 ist bereits eine Mischvorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen bekannt. Die Mischvorrichtung weist ein Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung sowie einem perforierten Innenrohr auf. Das Gehäuse weist einen spiralförmigen Gehäuseabschnitt auf, über den das eintretende Abgas zum Innenrohr geführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischrohranordnung derart auszubilden und anzuordnen, dass trotz einfachen Aufbaus eine optimale Einmischung erreicht wird.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass über mindestens 30 % bis 50 % der Länge La mindestens ein Anteil Sf von 70 % der Strömungszonen S frei von Strömungsleitelementen ist, wobei ein Strömungsleitelement eine Strömungsumlenkung in eine Richtung R radial zu der A-Rohrachse bewirkt und das Strömungsleitelement eine Wandseite und eine Gasseite aufweist, die beide innerhalb des Volumens V angeordnet sind. Die jeweilige Strömungszone S zwischen dem Zuströmteil und dem Ausströmteil liegt in der zu betrachtenden Schnittebene, die meist rechtwinklig zur A-Rohrachse platziert ist. Die Strömungszone S endet oben auf der Höhe der E-Rohrachse und unten auf der Höhe der A-Rohrachse. Seitlich endet die Strömungszone S an den beiden Grenzflächen B1, B2. Die Summe aller Strömungszonen S der verschiedenen Schnittebenen spannt ein Strömungsvolumen Vs als Teil des Gehäusevolumens auf.
Strömungsleitelemente sind Bauteile innerhalb des Volumens V, die die Gehäusewand auf der Innenseite ergänzen und die einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Ablenkung der Abgasströmung in Umfangsrichtung U zur A-Rohrachse und/oder in eine Richtung R radial zur A-Rohrachse haben. Teile der Gehäusewand, die das Volumen V der Mix Box nach außen begrenzen, sind nicht als Strömungsleitelemente im Sinne der Erfindung anzusehen. Dies gilt auch, wenn diese Teile der Gehäusewand innerhalb der Strömungszone S angeordnet sind. Strömungsleitelemente kennzeichnen sich dadurch aus, dass sowohl ihre der nächsten Gehäusewand zugewendete Wand- bzw. Außenseite als auch ihre der Hauptgasströmung zugewandte Gas- bzw. Innenseite innerhalb des Gehäuses im Volumen V angeordnet sind.
Es soll ein möglichst großes Strömungsvolumen bereit gestellt sein, innerhalb dessen die Strömungszonen S frei von Strömungsleitelementen sind. Dies wird erreicht durch zwei Bedingungen. Zum einen sollte sich das Strömungsvolumen über mindestens 30 % bis 50 % der Länge La erstrecken, mithin sollten möglichst viele Strömungszonen S frei von Strömungsleitelementen sein, sodass das Abgas ohne eine Umlenkung in radialer Richtung R vom Einlassrohr in das Auslassrohr strömen kann. Wenn innerhalb dieses Anteils von 30 % bis 50 % der Länge La ein geringer Teil Sb der Strömungszonen S durch ein Strömungsleitelement blockiert ist, mithin unfrei ist, so ist das nicht nachteilig. Zum anderen sollte jedoch dieser Anteil Sb 30 % nicht erreichen, mithin mindestens ein Anteil von Sf = 70 % frei sein. Im Ergebnis wird demnach gefordert, dass mit Bezug zur Länge La über mindestens 21 % des Ausströmteils die Strömungszonen S frei sein müssen.
Der Ausströmteil ist der Teil des Auslassrohres, der die mindestens eine Ausströmöffnung aufweist. In der Regel sind mehrere Ausströmöffnungen in Form einer Reihe vorgesehen, die über den Umfang U verteilt sind. Sollte das Auslassrohr einen Ausströmteil aufweisen, der wesentlich kürzer ist als der im Gehäuse befindliche Teil des Auslassrohres, so ist bei der Beurteilung des Anteils der Länge La, der frei von Strömungsleitelementen ist, auf die Summe der Längen der verschiedenen Reihen von Ausströmöffnungen abzustellen, die zusammen die Länge des Ausströmteils bilden.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn für den jeweiligen Abstand a12, a13, a22, a23 gilt:
0 < a12 <= x1 Dz und 0 < a13 <= x2 Da und 0 < a22 <= x3 Dz und 0 < a23 <= x4 Da, wobei der jeweilige Wert x1, x2, x3, x4 ein Element der Zahlengruppe {2; 1,5; 1; 1/2; 1/4} ist, wobei die jeweiligen Abstände a12, a13, a22, a23 unterschiedlich groß sein können und/oder über die jeweilige Länge Lz, La variieren können.
Gelöst wird die Aufgabe auch erfindungsgemäß dadurch, dass

a) das Auslassrohr einen Rohrradius Ra = Da/2 und einen radialen Abstand r1, r2, r5, r6 zur Innenseite der Gehäusewand und/oder zu einem Strömungsleitelement aufweist, wobei
mit Bezug zu einem Winkelbereich β von mindestens 90° bis 270° oder von mindestens 160° bis 200° um die A-Rohrachse
- ai) der Abstand r6 zum nächsten Strömungsleitelement und/oder der Abstand r5 zur nächsten Gehäusewand gleich ist oder maximal um 10 % bis 30 % abweicht und/oder
- aii) dass ein Strömungsleitelement vorgesehen ist und das Verhältnis von Rohrradius Ra zum Abstand r6 zwischen dem Auslassrohr und dem Strömungsleitelement maximal sechs oder maximal drei ist oder
b) der Zuströmteil und der Ausströmteil ein Volumen V23 begrenzen und ein Differenzvolumen V1 = V - V23 bzw. das Volumen V die folgende Bedingung erfüllt: V1 >= 1,2 V23. Das Volumen V1 ist demnach mindestens 20 % größer als das Volumen V23 als Summe der Volumen des Zuströmteils und des Ausströmteils. Das Volumen V23 der beiden Rohre ergibt sich aus der Summe der Volumen beider Rohre. V23 = π/4 (Lz Dz Dz + La Da Da). Durch Anwendung eines entsprechend großen Gehäuses wird eine Vergleichmäßigung der Abgasströmung insbesondere beim Einströmen in das Auslassrohr bzw. den Zuströmteil gewährleistet.

Für den Winkelbereich β kann der Strömungsfaden F als Ausgangspunkt oder als Winkelhalbierende gewählt werden, so dass innerhalb des entsprechenden Sektors die genannten Abstände bzw. Verhältnisse vorgesehen sind.
Da Zuströmöffnungen und Ausströmöffnungen auch als Klappen oder Ausformungen ausgebildet sein können, die nach innen und/oder nach außen gerichtet sind, wird bei der Angabe des Durchmessers Dz, Da sowie bei dem Radius Ra abgestellt auf den mittleren Durchmesser bzw. den Durchmesser der ursprünglichen Rohrwand ohne Klappen oder Ausformungen.
Eine Mindestgröße für die Strömungszone S wäre erreicht, wenn ein Teil der Gehäusewand als Strömungsleitelement ausgebildet ist und/oder wenn weitere Strömungsleitelemente in Form von Leitblechen vorgesehen sind, wobei eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem Einlassrohr und dem Auslassrohr in Bezug auf zumindest einen Strömungsfaden F in Richtung eines Strömungsvektors T vorgesehen ist, wobei der Strömungsvektor T die E-Rohrachse und die A-Rohrachse verbindet.
Durch die vorstehend genannten Maßnahmen wird eine im Wesentlichen direkte und eine achsen- bzw. spiegelsymmetrische Anströmung des Auslassrohres erreicht und unterstützt. Das Auslassrohr sitzt vis-à-vis zum Einlassrohr symmetrisch in dem es umgebenden Gehäuseteil. Somit kann ein maßgeblicher Teil der Abgasströmung ausgehend vom Einlassrohr bzw. den Einströmöffnungen ohne eine Umlenkung durch Strömungsleitelemente wie die Gehäusewand oder Leitbleche unmittelbar zum Auslassrohr strömen. Hierdurch bildet sich eine überwiegend drall- und wirbelfreie Strömung innerhalb des Gehäuses aus, die maßgeblich durch die Zuströmöffnungen definiert wird. Diese Abgasströmung kann dann in das Auslassrohr eintreten. Die Ausprägung der Strömung innerhalb des Auslassrohres wird somit maßgeblich durch die Geometrie des Ausströmteils bzw. der Ausströmöffnung bestimmt. Dies wiederum gewährleistet eine optimale Einmischung des Additivs.
Das Gehäuse kann vorteilhafterweise eine kubische oder zylindrische Grundform mit einem Zylinderradius Z aufweisen, wobei mindestens 80 % bis 90 % der Flächenanteile der Gehäusewand entweder flach ausgebildet sind oder einen dem Zylinderradius Z entsprechenden Krümmungsradius K aufweisen. Ein solches einfach gestaltetes Gehäuse bildet die Grundlage für eine möglichst unbeeinflusste Abgasströmung innerhalb des Gehäuses zwischen dem Einlassund dem Auslassrohr.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn der Ausströmteil auf seiner Außenseite um 360° umströmbar ist. Hierbei ist ein Abstand zur Gehäusewand von mindestens Da/8 bis Da/4 vorgesehen. Mithin wird die Symmetrie der Einströmung in den Ausströmteil des Auslassrohres gewährleistet.
Für das Verhältnis der Rohrgrößen kann es von Vorteil sein, wenn für den Durchmesser Da gilt: 0,8 Dz <= Da <= 1,5 Dz. Dies gilt im Falle einer vom Zylinder abweichenden Form der Rohre sowohl für den jeweils in Betracht gezogenen Querschnitt, mithin punktweise oder alternativ einen über die Länge Lz, La gemittelten Durchmesser Dz, Da.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Durchmesser Dz, Da über die Länge Lz, La variieren. Dies ist aber für die Definition der erfindungsgemäßen Lehre, mithin die Definition der Grenzflächen B1, B2 sowie der Abstände a12, a22, a13, a23, r1, r2, r3, r4, r5 unbeachtlich. Je nach angewendetem Querschnitt bzw. Schnittpunkt der Schnittebene findet eine Betrachtung der geometrischen Verhältnisse in der jeweiligen Schnittebene statt.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn eine Dosiervorrichtung wie eine Einspritzdüse vorgesehen ist, die koaxial zum Auslassrohr angeordnet ist, wobei die Einspritzdüse einen Sprühwinkel δ aufweist, mit 5° <= δ <= 80° oder 10° <= δ <= 60°. Hierbei handelt es sich um die nominale Größe des Sprühwinkels δ, d. h. gemessen ohne Abgasströmung. Der Sprühwinkel δ ist derart gewählt, dass ein Schnittpunkt X mit der Rohrwand innerhalb des Mischsektors S2 nach dem Spülsektor S1 liegt.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Auslassrohr die Gehäusewand an zwei gegenüberliegenden Positionen durchdringt. Somit sind die Anordnung der endseitigen Dosiervorrichtung einerseits sowie die Ausleitung des Abgases auf der der Dosiervorrichtung gegenüberliegenden Seite andererseits möglich.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn das Auslassrohr im Bereich einer oder mehrerer Ausströmöffnungen jeweils einen mindestens einseitig angelenkten Flügel aufweist, der nach innen oder außen in radialer Richtung übersteht. Wenn der Flügel klappenartig ausgebildet ist weist er eine gerade Biegekante auf. Ausgehend von einer rechteckförmigen Grundform kann dieser somit drei freie Seiten aufweisen, sodass das Abgas den Flügel über mindestens 60 % bis 80% seines Umfangs über die freie Kante umströmen und in die Ausströmöffnung eintreten kann. Alternativ können auch Schaufeln vorgesehen sein, die eine abgerundete Anbindung an die Rohrwand aufweisen, die in der Regel länger ist als eine gerade Biegekante. Das Abgas kann den Flügel in diesem Fall nur über einen kleineren Teil seines Umfangs über die freie Kante umströmen und in die Ausströmöffnung eintreten.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass im Einlassrohr der Grad der Perforation in Strömungsrichtung abnimmt. Somit nimmt der eintretende Volumenstrom in Richtung zu der Dosiervorrichtung zu, was zu einer verbesserten Einmischung führt.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn eine Zwischenwand vorgesehen ist, die parallel zu einer Hauptströmungsrichtung H ausgerichtet ist. Die Zwischenwand dient der Stabilisierung des Gehäuses bzw. zur Lagerung der Rohre. Eine nachteilige Beeinflussung der Abgasströmung innerhalb des Gehäuses zwischen dem Einlass- und dem Auslassrohr findet somit nicht statt. Es werden durch die Zwischenwand lediglich Strömungsanteile eliminiert mit einer Richtungskomponente parallel zur E- oder A-Rohrachse. Dies wiederum trägt zur Ausbildung einer beruhigten Strömung zwischen beiden Rohren bei.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn das Einlassrohr eine kegelstumpfförmige Grundform G1 aufweist und/oder das Auslassrohr eine kegelstumpfförmige Grundform G2 aufweist, wobei das Einlassrohr und das Auslassrohr mit Bezug auf die Grundform G1, G2 gleichsinnig oder gegensinnig ausgerichtet sind. Im Falle einer gleichsinnigen Ausrichtung der Rohre kann das Gehäuse selbst bzw. der Querschnitt des Gehäuses auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn das Gehäuse aus maximal zwei oder drei Gehäuseteilen gebildet ist und mindestens einen Verbindungsflansch für beide Gehäuseteile aufweist. Dies gewährleistet einen einfachen Aufbau einerseits und günstige Montageverhältnisse für die Rohre andererseits. Beide Gehäuseteile können aus dem gleichen Schalenrohling hergestellt werden. Mit Ausnahme von Sonderbauformen wie Steckflansche hat in der Regel jedes Gehäuseteil einen eigenen Flansch, sodass beide Flansche zum Koppeln der beiden Gehäuseteile miteinander verbunden werden.
Möglich ist es hierzu auch, wenn das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil mit einem ersten Gehäuserand und mindestens ein zweites Gehäuseteil mit einem zweiten Gehäuserand aufweist, wobei beide Gehäuseteile über den eine Teilungsebene e aufspannenden Gehäuserand zumindest teilweise verbunden sind, wobei der Gehäuserand mit Bezug zu einer Normalen N der Teilungsebene e punktsymmetrisch oder mit Bezug zu einer Geraden G der Teilungsebene e achssymmetrisch ausgebildet ist. Während die achssymmetrische Ausbildung des Gehäuserandes bzw. des Flansches eine Variation der relativen Lage beider Gehäuseteile in zwei Positionen verschwenkt um 180° zulässt, gewährleistet die punktsymmetrische Ausbildung zumindest eine Variation innerhalb von mindestens vier Positionen, also stufenweise um 90°.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn das Auslassrohr mehrere über einen Umfang U angeordnete Reihen von Ausströmöffnungen aufweist, durch die Abgas in das Innere des Auslassrohres strömen kann, wobei die mindestens eine Ausströmöffnung einer Reihe jeweils eine Stufe M bildet und wobei die jeweilige Stufe M ihrer Größe nach gekennzeichnet ist durch den mittleren Öffnungsquerschnitt Q der Öffnungen, wobei die Summe aller Öffnungsquerschnitte Q aller Ausströmöffnungen aller Reihen des Auslassrohres gleich SQ ist, wobei mindestens eine Stufe erster Ordnung, die Stufe M1, vorgesehen ist, wobei die Stufe M1 Ausströmöffnungen mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q1 aufweist, und wenn zudem mindestens eine Stufe zweiter Ordnung, die Stufe M2, vorgesehen ist, wobei die Stufe M2 Ausströmöffnungen mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q2 mit Q2 >= f Q1, mit 5 <= f <= 25 aufweist, und wenn ein erster Sektor S1 vorgesehen ist, der als Spülsektor ausgebildet ist und aus mindestens der einen Stufe M1 gebildet ist, und wenn ein zweiter Sektor S2 vorgesehen ist, der als Mischsektor ausgebildet ist und aus mindestens der einen Stufe M2 gebildet ist, wobei in Strömungsrichtung zunächst der erste Sektor S1 und danach der zweite Sektor S2 platziert ist. Durch die Anordnung von zwei Sektoren S1, S2 mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten wird eine Spülwirkung des Sektors S1 erreicht, durch die Rückspüleffekte im Bereich der Dosiervorrichtung bzw. Düse verhindert werden. Durch den kleineren Öffnungsquerschnitt Q1 wird lediglich eine Mantelströmung innerhalb des Auslassrohres realisiert. Dies wiederum gewährleistet die Einmischung des Additivs in den Hauptabgasstrom in Sektor 2, dessen Öffnungsquerschnitte wesentlich größer sind.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn der Sektor S1 eine Summe SQ1 der Öffnungsquerschnitte Q1 mit SQ1 <= x1 SQ, mit 0,05 <= x1 <= 0,25 aufweist und/oder wenn der Sektor S1 aus maximal drei bis fünf Stufen M1 gebildet ist. Ergänzend zu den kleineren Öffnungsquerschnitten ist die Öffnungsgröße insgesamt reduziert, damit der Spüleffekt noch besser zum Tragen kommt. Der Sektor S1 ist vorzugsweise flügelfrei.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn ein Sprühkegel mit einem Sprühwinkel δ vorgesehen ist, wobei der Sprühwinkel δ derart gewählt ist, dass ein Schnittpunkt X zwischen dem Sprühkegel und dem Auslassrohr in Strömungsrichtung nach dem ersten Sektor S1 und/oder innerhalb des zweiten Sektors S2 vorgesehen ist. Somit wird die Spülwirkung unterstützt. Ein Niederschlag von Additiv im Düsenbereich wird verhindert.
Schließlich kann es auch vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse ein erstes Gehäuseteil mit einem ersten Gehäuserand und mindestens ein zweites Gehäusetel mit einem zweiten Gehäuserand aufweist, wobei beide Gehäuseteile über den Gehäuserand zumindest teilweise verbunden sind, und wenn das Einlassrohr einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Zuströmteil aufweist, der zwecks Einleitung des Abgases in das Gehäuse mit mindestens einer Zuströmöffnung versehen ist, wobei

a) der jeweilige Gehäuserand mindestens zwei Ausformungen mit je einer Mittelachse aufweist und/oder
b) das jeweilige Gehäuseteil mindestens zwei Durchzüge mit je einer Mittelachse aufweist
und das jeweilige Rohr Lagerstellen aufweist, über die es innerhalb der Ausformungen oder innerhalb der Durchzüge gelagert ist, wobei
1. i) das jeweilige Rohr bezüglich der Ausbildung der Lagerstellen symmetrisch ausgebildet ist und zwecks Montage in mindestens zwei verschiedenen Positionen P1, P2 in der jeweiligen Ausformung lagerbar ist oder
2. ii) das Einlassrohr und das Auslassrohr bezüglich der Ausbildung der Lagerstellen gleich ausgebildet sind.

Hierdurch wird erreicht, dass die relative Lage zwischen dem jeweiligen Rohr und dem Gehäuse und/oder die relative Lage der Rohre innerhalb des Gehäuses variiert werden kann. Diese Variation lässt sich wie folgt erreichen:

i) Durch unterschiedliche Ausrichtung des Einlassrohres oder des Auslassrohres in Bezug auf dieselbe Ausformung oder denselben Durchzug. Das Einlassrohr bzw. das Auslassrohr kann wahlweise gedreht werden, um die Ausrichtung von Ein- und Auslass des Rohres, mithin die Abgasführung zu verändern. Diese Lageänderung kann nur für das Einlassrohr oder nur für das Auslassrohr Anwendung finden.
ii) Durch Vertauschen der Position des Einlassrohres mit der Position des Auslassrohres innerhalb des Gehäuses. Ergänzend zu Variante i) können durch das Vertauschen weitere Ausgestaltungsvarianten des Mischers bzw. dessen Gasführungsgeometrie erreicht werden. Somit sind die Mittelachsen von jeweils zwei Ausformungen oder von zwei Durchzügen mit der E-Rohrachse und mit der A-Rohrachse in Überdeckung bringbar, sodass alternativ das Einlassrohr oder das Auslassrohr bezüglich der jeweiligen Position P1, P2 in der Gehäuseschale bzw. in dem Gehäuseteil oder in dem Gehäuseboden lagerbar ist.
iii) Durch eine Veränderung der relativen Lage beider Gehäuseteile bzw. Gehäuseschalen zueinander. In diesem Fall kann insbesondere beim Einsatz von Durchzügen die Gasführungsgeometrie unabhängig von der flexiblen Lagerung der Rohre nach den Varianten i) und ii) erreicht werden. Die in der jeweiligen Schale bzw. in dem Gehäuseboden angeordneten Rohre bzw. die damit einhergehende Gasführungsgeometrie wird durch Veränderung der relativen Lage beider Gehäuseschalen bzw. Gehäusewände zueinander variiert. Für die relativen Positionen P1, P2 kommt nicht nur ein rechter Winkel, sondern auch beliebige Winkel in Betracht.

Die Ausformung des jeweiligen Gehäuserandes gewährleistet eine Aufnahme des jeweiligen Rohres über jeweils einen Teilumfang von ca. 180°, sodass durch beide gegenüberliegende Ausformungen wie auch beim Durchzug eine Lagerung und Abdichtung des jeweiligen Rohres über den Umfang U gewährleistet ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

Figur 1: eine Prinzipskizze der Mix Box mit kubischer Grundform;
Figur 2: eine Prinzipskizze der Mix Box mit zylindrischer Grundform;
Figur 3: die Prinzipskizze einer Schnittdarstellung gem. Fig. 1 oder 2;
Figur 4a: eine Prinzipskizze der Schnittdarstellung y - y aus Fig. 3;
Figur 4b: eine Schnittdarstellung nach Figur 4a mit weiteren Kenngrößen;
Figur 4c: eine Prinzipskizze zur Länge La;
Figur 4d: eine weitere Prinzipskizze zur Länge La;
Figur 4e: eine Prinzipskizze zum Anteil Sf und Sa der Strömungszonen S;
Figur 5: eine Prinzipskizze einer Abgasanlage;
Figur 6: die Prinzipskizze eines Auslassrohres in der Seitenansicht;
Figuren 7a - 8: die Prinzipskizze der Mix Box mit kegelstumpfförmigen Rohren;
Figuren 9a, 9b: die Mix Box in der Ansicht von oben;

Figur 9c: die Mix Box nach Figur 9b in der Seitenansicht;
Figuren 10a, 10b: die Mix Box in der Seitenansicht mit geänderter Gehäuseteilung.

Eine Mix Box 1 nach Figur 1 ist aus zwei Gehäuseteilen 4.1, 4.2 mit je einem Gehäuserand 4a, 4b gebildet, die über einen Verbindungsflansch 4.4 miteinander gekoppelt sind. Innerhalb des ersten Gehäuseteils 4.1 ist ein Einlassrohr 2 mit einem Einlass E für Abgas angeordnet, während in dem zweiten Gehäuseteil 4.2 ein Auslassrohr 3 mit einem Auslass A platziert ist. Das jeweilige Gehäuseteil 4.1, 4.2 weist entsprechende Durchzüge auf, innerhalb derer die Rohre 2, 3 gelagert sind. Endseitig weist das Auslassrohr 3 eine Spritzdüse 8 auf, über die ein Additiv in das Auslassrohr 3 eingebracht werden kann. Auslassseitig ist am Auslassohr 3 vorzugsweise ein Drallmischer 10 platziert.
Gemäß Figur 2 ist der Verbindungsflansch 4.4 der zylindrischen Grundform nach rund ausgebildet, während beide Gehäuseteile 4.1, 4.2 einen Krümmungsradius K, der dem Zylinderradius Z entspricht, aufweisen.
In der Schnittdarstellung nach Figur 3 ist gezeigt, dass das Einlassrohr 2 einen innerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Zuströmteil 2.2 der Länge Lz aufweist, der aus mehreren Reihen von Zuströmöffnungen 2.3 gebildet ist. Ausgehend vom Einlass E der Mix Box 1 und der axialen Einströmung wird das Abgas über die Zuströmöffnungen 2.3 in radiale Richtung umgelenkt und strömt aus dem Einlassrohr 2 einer Hauptströmrichtung H nach zum Auslassrohr 3 aus. Das Auslassrohr 3 weist wiederum einen Ausströmteil 3.2 der Länge La auf, über den das Abgas ausgehend von dem Inneren des Gehäuses 4 in das Auslassrohr 3 in radialer Richtung zur A-Rohrachse einströmt und von dort in axialer Richtung zum Auslassrohr 3 die Mix Box 1 über den Auslass 3.8 verlässt. Innerhalb des Gehäuses 4 ist eine Zwischenwand 9.2 vorgesehen, die parallel zur Hauptströmrichtung H ausgerichtet ist.
Nach Figur 4a, 4b, Schnittdarstellung y - y aus Figur 3, weist das Gehäuse 4 eine Gehäusewand 4.3 mit einer Innenseite 4i und einer Außenseite 4o auf, die ein Volumen V des Gehäuses 4 gegenüber einer abgasfreien Umgebung G begrenzt. Das Gehäuse 4 weist eine im Querschnitt rechteckförmige Grundform auf. In der linken Bildhälfte ist eine Einbuchtung 4.5 innerhalb der Gehäusewand dargestellt. Zudem weist die Gehäusewand 4.3 am linken unteren Rand eine Abrundung 4.7 auf. Das Einlassrohr 2 bzw. der Zuströmteil 2.2 weist einen Durchmesser Dz und das Auslassrohr 3 bzw. der Ausströmteil 3.2 einen Durchmesser Da auf. Der Durchmesser Dz und/oder der Durchmesser Da können über die jeweilige Länge Lz, La wie beispielhaft in den Figuren 7a, 7b dargestellt variieren.
In der rechten Bildhälfte sind zwei Alternativen für die Einbuchtung 4.5 und die Abrundung 4.7 dargestellt. Innerhalb des Gehäuses 4 sind zwei Strömungsleitelemente 9.1, 9.3 mit jeweils einer innenliegenden Gasseite 9g und einer Wandseite 9w in Form gesonderter Leitbleche vorgesehen. Das Leitblech 9.3 bildet eine Verjüngung ähnlich wie die Einbuchtung 4.5. Das Leitblech 9.1 bildet eine Verrundung ähnlich wie die Abrundung 4.7.
Die Strömungsleitelemente 9.1, 9.3 sind nicht Teil der Gehäusewand 4.3, weil sie nicht dazu dienen, das Volumen V gegenüber einer abgasfreien Umgebung G zu begrenzen. Denn die Wandseite 9w ist innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet und nicht in der Umgebung.
Nach Figur 4a sind sowohl das Einlassrohr 2 als auch das Auslassrohr 3 symmetrisch innerhalb des Gehäuses 4 platziert. Zwischen den beiden Rohren 2, 3 erstreckt sich eine Strömungszone S, die nach oben bis auf die Höhe der Rohrachse 2.1 und nach unten bis auf die Höhe der Rohrachse 3.1 reicht. Seitlich wird die Strömungszone S begrenzt durch zwei Grenzflächen B1, B2, wobei die Grenzfläche B1 mit Abstand a12 zur Rohrachse 2.1 und mit Abstand a13 zur Rohrachse 3.1 angeordnet ist. Die Grenzfläche B2 ist mit Abstand a22 zur Rohrachse 2.1 und mit Abstand a23 zur Rohrachse 3.1 angeordnet. Die Abstände a12 und/oder a22 können über die Länge Lz variieren. Alternativ oder ergänzend können die Abstände a13 und/oder a23 über die Länge La variieren.
Die axiale Ausdehnung der Strömungszone S entspricht der axialen Ausdehnung des Zuströmteils 2.2 bzw. des Ausströmteils 3.2, mithin der jeweiligen Länge Lz bzw. Länge La.
Für den jeweiligen Abstand a12, a13, a22, a23 gilt: 0 < a12 <= x1 Dz und 0 < a13 <= x2 Da und 0 < a22 <= x3 Dz und 0 < a23 <= x4 Da, wobei der jeweilige Wert x1, x2, x3, x4 nach Figur 4a etwa bei 0,3 liegt.
Betreffend die Grenzfläche B2 in Figur 4a sind die Abstände a22, a23 maximiert. Die Grenzfläche B2 liegt auf Höhe des Leitbleches 9.3, das innerhalb des Gehäuses 4 angeordnet ist. Während das Strömungsleitelement 9.3 außerhalb der Strömungszone S platziert ist, ist die Einbuchtung 4.5 als Teil der Gehäusewand 4.3 innerhalb der Strömungszone S angeordnet.
Nach Figur 4b sind sowohl die Abstände r1, r2, r3, r4, r5 zwischen den Rohren 2, 3 und der Gehäusewand 4.3 bzw. Einbuchtung als auch beispielhaft der Abstand r6 zwischen dem Rohr 3 und dem Strömungsleitelement 9.1 dargestellt. Die Wandabstände r1 bis r4 sind mit Bezug auf eine rechtwinklig zur jeweiligen Rohrachse 2.1, 3.1 angeordnete Achse A1, A2 etwa gleich groß ausgebildet. Die Größen der Wandabstände r1 bis r4 weichen maximal um 10 % bis 30 % ab. In der linken Bildhälfte ist das Innere des Gehäuses 4 frei von Strömungsleitelementen, die eine Anströmung des Auslassrohres 3 ausgehend von dem Einlassrohr 2 beeinflussen würden. Einen Einfluss hat allenfalls die Einbuchtung 4.5 der Gehäusewand bzw. die Abrundung 4.7. Diese sind als Teil der Gehäusewand auf einfache Weise herzustellen. Zwischen dem Auslassrohr 3 und der Einbuchtung 4.5 liegt der Abstand r5 vor.
In der rechten Bildhälfte sind die beiden Strömungsleitelemente 9.1, 9.3 in Form gesonderter Leitbleche ausgebildet. Sie haben zwar ähnliche Wirkung auf die Strömung, stellen aber gesonderte Bauteile dar, die gesondert montiert werden müssen. Für den Abstand zwischen dem Rohr 3 und den Strömungsleitelementen 9.1, 9.3 ist der Abstand r6 beispielhaft eingezeichnet.
Der Radius Ra des Auslassrohres 3 ist etwa 20 % größer als die Wandabstände r1 bis r5 bzw. größer als der Abstand r6 zum Strömungsleitelement 9.1.
Damit die symmetrische Anordnung des Auslassrohres 3 innerhalb des Gehäuses 4 verbessert ist, weist das Gehäuse 4 in der linken Bildhälfte eine Einbuchtung 4.5 sowie eine Abrundung 4.7 auf. Diese gewährleisten, dass der radiale Abstand r5 zwischen dem Auslassrohr 3 und der Gehäusewand 4.3 über einen Winkelbereich β von etwa 140° nahezu identisch ist. Ergänzend hierzu sind nach Figur 4b Leitbleche 9.3, 9.1 vorgesehen, die wiederum den Abstand zum Auslassrohr 3 auf das entsprechende Maß r6 beschränken, sodass der Winkelbereich β, über den das Auslassrohr 3 annähernd gleichen Abstand zur nächsten Gehäusewand 4.3 bzw. zum nächsten Strömungsleitelement 9.1 aufweist, nach Figur 4b auf fast 280° anwächst. Lediglich der nach oben gerichtete und zum Einlassrohr 2 hin ausgerichtete Teil des Auslassrohres 3 weist einen deutlich größeren Abstand zur übrigen Gehäusewand 4.3 auf. Dieser Bereich wiederum ist vis-à-vis zum Einlassrohr 2 angeordnet, sodass ein Stromfaden F, der sich entlang eines Strömungsvektors T bewegt, ungehindert vom Einlassrohr 2 zum Auslassrohr 3 strömen kann. Der Strömungsvektor T wiederum verbindet die beiden Rohrachsen 2.1, 3.1. Darüber hinaus sind weitere Stromfäden möglich, über die die Abgasströmung ausgehend vom Einlassrohr 2 ohne weitere Umlenkung zum Auslassrohr 3 strömen kann.
Zur Gewährleistung der geforderten Abstände können entsprechende Einbuchtungen 4.5 und/oder Abrundungen 4.7 der Gehäusewand 4.3 oder entsprechende Strömungsleitelemente 9.3, 9.1 vorgesehen sein. Während nach der Definition der Strömungszone S Strömungsleitelemente 9.3, 9.1 innerhalb der Strömungszone S nicht zulässig sind, gilt dies für die Gehäusewand 4.3 oder Teile davon nicht.
Figur 4c zeigt eine Prinzipdarstellung der Länge La des Ausströmteils 3.2, wobei die Ausströmöffnungen 3.3, die als Mischreihen oder Mischstufen vorliegen, über die gesamte Länge La verteilt angeordnet sind.
Nach Figur 4d ist der Ausströmteil 3.2 zweiteilig. Es sind zwei Abschnitte von Ausströmöffnungen 3.3 bzw. Mischreihen oder Mischstufen vorgesehen, die jeweils einen Teil des Ausströmteils 3.2 bilden. Die Länge La ist demnach die Summe der Längen beider Abschnitte.
In Figur 4e sind verschiedene Strömungszonen S innerhalb der Länge La einerseits und verschiedene Strömungsleitelemente 9.1, 9.3 andererseits dargestellt. Über etwa 77 % der Länge La ist ein Strömungsvolumen Vs ausbildbar, welches durch die Strömungszonen S definiert ist. Das Strömungsvolumen Vs ist auf der rechten Seite beginnend mit der ersten Strömungszonen S nur teilweise stilisiert dargestellt. Der vordere Teil des Ausströmteils 3.2 ist durch Strömungsleitelemente 9.3 blockiert, so dass in diesem Bereich keine Strömungszone S, zumindest aber kein Strömungsvolumen Vs ausbildbar ist. Innerhalb dieses Strömungsvolumens ist ein Anteil Sf der Strömungszonen S frei, während ein übriger Teil Sb durch Strömungsleitelemente 9.1 blockiert ist.
Figur 5 zeigt die Prinzipskizze einer Abgasanlage 5 mit der Mix Box 1 und daran angeschlossenen Abgasrohren 5.1, 5.2, über die die Abgasanlage mit dem Kraftfahrzeug bzw. einem Abgasendschalldämpfer verbunden ist.
Nach Figur 6 weist das Auslassrohr 3 mehrere Reihen 3.5 von Öffnungen 3.3, eine Einspritzdüse 8 am Einlass 3.7 und ein offenes Ende am Auslass 3.8 auf. Zudem ist ein erster Sektor S1 mit zwei Reihen 3.5 von Öffnungen 3.3 mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q1, mithin zwei Stufen M1 erster Ordnung vorgesehen. Die Öffnungen 3.3 sind jeweils als flügelfreie Ausnehmung der Gehäusewand 4.3 ausgebildet. Die Summe aller Öffnungsquerschnitte Q1 eines Sektors S1 ist SQ1. Die Summe aller Öffnungsquerschnitte Q aller Öffnungen 3.3 aller Reihen 3.5 des Auslassrohres 3 ist SQ. Für das Verhältnis von SQ1 zu SQ gilt zunächst SQ1 <= 0,15 SQ.
Zudem ist im Auslassrohr 3 ein zweiter Sektor S2 mit mehreren Stufen M2 gebildet aus mehreren Reihen 3.5 von Öffnungen 3.3 mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q2 vorgesehen. Die Summe aller Öffnungsquerschnitte Q2 des Sektors S2 ist SQ2. Die Öffnungen 3.3 sind als Ausformung der Gehäusewand 4.3 ausgebildet, wobei der ausgeformte Teil der Gehäusewand 4.3 einen Flügel 3.4 bildet.
Ergänzend ist ein dritter Sektor S3 mit einer Stufe M3 mit einer Reihe 3.5 von Öffnungen 3.3 mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q3 vorgesehen. Letztere in Verbindung mit einer konischen Aufweitung bzw. einem Konus 3.9 des Auslassrohres 3 am Rohrende bzw. Auslass 3.8, sodass ein vergrößerter Durchmesser erreicht wird. Alle Öffnungen 3.3 erstrecken sich in Umfangsrichtung U.
Die Einspritzdüse 8 weist einen Sprühkegel 8.1 auf, der nominal (ohne Berücksichtigung einer Strömung) einen Öffnungswinkel δ von etwa 80° besitzt. Der Sprühkegel 8.1 schneidet das Auslassrohr 3 im Schnittpunkt X, der innerhalb des Sektors S2 angeordnet ist.
Nach den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 7a, 7b sowie 8 sind sowohl das Einlassrohr 2 als auch das Auslassrohr 3 ihrer Grundform G1, G2 nach kegelstumpfförmig ausgebildet. Nach den Figuren 7a, 7b sind beide Rohre 2, 3 in Bezug auf die Ausrichtung entlang der Rohrachse 2.1, 3.1 gegensinnig angeordnet, während nach der Ausführungsform gemäß Figur 8 beide Rohre 2, 3 gleichsinnig angeordnet sind. In diesem Fall hat das Gehäuse 4 eine ebenfalls zumindest im Querschnitt kegelstumpfförmige Grundform, welche bei entsprechenden Bauraumverhältnissen angewendet werden kann. Die Ausbildung einer entsprechenden Grundform bzw. die Anwendung entsprechender Strömungsleitelemente ist notwendig, um die vorstehend genannten Abstände a12 bis a23 bzw. Abstände r1 bis r6, mithin symmetrische Strömungsverhältnisse zu gewährleisten.
Nach den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 9a, 9b ist der nicht weiter dargestellte Gehäuserand 4a, 4b quadratisch, mithin bezüglich einer Normalen N der Teilungsebene e punktsymmetrisch ausgebildet, sodass die beiden Gehäuseteile 4.1, 4.2 um 90° verschwenkt werden können. Gemäß den Ausführungsbeispielen erfolgt die Verschwenkung um 90° nach rechts. Weitere Verschwenkmöglichkeiten um entsprechend 180° oder 270° bzw. -90° sind selbstverständlich auch möglich. Beide Rohre 2, 3 werden in je einem Paar Durchzügen 7.1 bis 7.4 gelagert.
Nach Figur 9a befinden sich die erste Gehäusehälfte bzw. das erste Gehäuseteil 4.1 und die zweite Gehäusehälfte bzw. das zweite Gehäuseteil 4.2 in der relativen Position P1. In der Ausführungsform gemäß Figur 9b befinden sich beide Gehäuseschalen 4.1, 4.2 in der relativen Position P2, um 90° gedreht zueinander. Mithin ergibt sich eine Verschwenkung der Ein- und Auslassrohre 2, 3 um den Winkel α um 90°.
Figur 9c zeigt die Seitenansicht zu Figur 9b mit der Teilungsebene e und den verbundenen Gehäuserändern 4a, 4b. Das Einlassrohr 2 und das Auslassrohr 3 sind in der jeweiligen Lagerstelle 2.4, 3.6 platziert, die als Durchzug ausgebildet ist. Die beiden Rohrachsen 2.1, 3.1 sind parallel ausgerichtet. Die Rohre 2, 3 befinden sich in Bezug auf die jeweilige Gehäusehälfte 4.1, 4.2 beide in der relativen Position P2.
Die in den Figuren 10a, 10b dargestellte Mix Box 1 weist ein Gehäuse 4 mit zwei als Gehäuseschale ausgebildeten Gehäuseteilen 4.1, 4.2 auf, in denen jeweils vier Ausformungen 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 (nur je zwei dargestellt) vorgesehen sind, wobei in den Ausformungen 6.1, 6.3 ein Einlassrohr 2 in einer Position P1 sowie in den Ausformungen 6.2, 6.4 ein Auslassrohr 3 in der Position P1 angeordnet sind. Das jeweilige Rohr 2, 3 weist Lagerstellen 2.4, 2.5, 3.6 auf, über die es in der jeweiligen Ausformung gelagert ist.
Der jeweilige Gehäuserand 4a, 4b ist parallel zur Rohrachse 2.1, 3.1 ausgerichtet. Dort, wo die Gehäuseränder 4a, 4b gegeneinander zur Anlage bringbar sind, bilden diese die Teilungsebene e für das Gehäuse 4. Sowohl das Einlassrohr 2 als auch das Auslassrohr 3 weisen eine Rohrachse 2.1, 3.1 auf, die koaxial zu einer Mittelachse 6a, 6b der jeweiligen Ausformungspaarung 6.1, 6.3 und 6.2, 6.4 ausgerichtet ist.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 10b ist das Einlassrohr 2 im Gegensatz zur Ausführungsform nach Figur 10a um 180° gedreht. Das Eingangsrohr 2 befindet sich in einer Position P2, während das Auslassrohr 3 in der Position P1 verblieben ist. Das Einlassrohr 2 weist im Bereich seiner Lagerstellen 2.4, 2.5, also im Bereich der jeweiligen Ausformung 6.1, 6.3, gleich große Durchmesser D auf, sodass dieses ohne Weiteres um 180° gedreht werden kann. Die beiden Gehäuseteile 4.1, 4.2 bleiben in derselben relativen Position P1 zueinander. Gleiches ist auch für das Auslassrohr 3 anwendbar.

Bezugszeichenliste

1: Mix Box
2: Einlassrohr
2.1: E-Rohrachse
2.2: Zuströmteil
2.3: Zuströmöffnung
2.4: Lagerstelle
2.5: Lagerstelle
3: Auslassrohr
3.1: A-Rohrachse
3.2: Ausströmteil
3.3: Ausströmöffnung
3.4: Flügel, Klappe
3.5: Reihe von 3.3
3.6: Lagerstelle
3.7: Einlass von 3
3.8: Auslass von 3
3.9: Konus
4: Gehäuse
4a: Gehäuserand
4b: Gehäuserand
4i: Innenseite
4o: Außenseite
4.1: Gehäusehälfte, Gehäuseteil
4.2: Gehäusehälfte, Gehäuseteil
4.3: Gehäusewand
4.4: Verbindungsflansch
4.5: Teil der Gehäusewand, Einbuchtung
4.7: Teil der Gehäusewand, Abrundung
5: Abgasanlage
5.1: Abgasrohr
5.2: Abgasrohr
6.1: Ausformung
6.2: Ausformung
6.3: Ausformung
6.4: Ausformung
6a: Mittelachse 6.1, 6.3
6b: Mittelachse 6.2, 6.4
7.1: Durchzug
7.2: Durchzug
7.3: Durchzug
7.4: Durchzug
8: Einspritzdüse, Zuführeinrichtung für ein Additiv, Dosiervorrichtung
8.1: Sprühkegel
9.1: Leitblech, Strömungsleitelement
9.2: Zwischenwand
9.3: Leitblech, Strömungsleitelement
9g: Gasseite
9w: Wandseite
10: Drallmischer

α: Winkel
β: Winkel
δ: Sprühwinkel
A: Auslass der Mix Box
A1: Achse
A2: Achse
a12: Abstand von B1 zu 2.1
a22: Abstand von B2 zu 2.1
a13: Abstand von B1 zu 3.1
a23: Abstand von B2 zu 3.1
B1: Grenzfläche
B2: Grenzfläche
D: Durchmesser
Dz: Durchmesser von 2.2
Da: Durchmesser von 3.2
E: Einlass der Mix Box
e: Teilungsebene
F: Strömungsfaden
G: Umgebung
G1: Grundform von 2
G2: Grundform von 3
H: Hauptströmungsrichtung
K: Krümmungsradius
La: Länge von 3.2
Lz: Länge von 2.2
M: Stufe
M1: Stufe
M2: Stufe
M3: Stufe
N: Normale zu e
P1: Position
P2: Position
Q: mittlerer Öffnungsquerschnitt
Q1: Öffnungsquerschnitt
Q2: Öffnungsquerschnitt
Q3: Öffnungsquerschnitt
R: Richtung radial zu A-Rohrachse
Ra: Radius von 3.2
r1: radialer Abstand von 3.1
r2: radialer Abstand 3.1
r3: radialer Abstand von 2.1
r4: radialer Abstand 2.1
r5: radialer Abstand 3.1
r6: radialer Abstand
S: Strömungszone
Sf: Anteil von Strömungszonen = frei
Sb: Anteil von Strömungszonen = blockiert
S1: Sektor
S2: Sektor
S3: Sektor
SQ: Summe aller Q
SQ1: Summe von S1
SQ2: Summe von S2
T: Strömungsvektor
U: Umfang, Umfangsrichtung zu A-Rohrachse
V: Volumen
Vs: Strömungsvolumen
V23: Volumen
X: Schnittpunkt
Z: Zylinderradius

Claims

Mix Box (1) für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine zum Einmischen von Additiven in einen Abgasstrom mit mindestens einem eine E-Rohrachse (2.1) aufweisenden Einlassrohr (2), mit mindestens einem eine A-Rohrachse (3.1) aufweisenden Auslassrohr (3) und mit einem eine Gehäusewand (4.3) aufweisenden Gehäuse (4) mit einer Innenseite (4i) und einer Außenseite (4o) zur Aufnahme des endseitig geschlossenen Einlassrohres (2) und des Auslassrohres (3), wobei das Gehäuse (4) ein Volumen V der Mix Box (1) gegenüber einer Umgebung begrenzt, wobei das Einlassrohr (2) einen innerhalb des Gehäuses (4) angeordneten Zuströmteil (2.2) mit einem Durchmesser Dz und mit einer Länge Lz aufweist, der zwecks Einleitung des Abgases in das Gehäuse (4) mit mindestens einer Zuströmöffnung (2.3) versehen ist, wobei das Auslassrohr (3) endseitig eine Dosiervorrichtung (8) und einen innerhalb des Gehäuses (4) angeordneten Ausströmteil (3.2) mit einem Durchmesser Da und einer Länge La aufweist, der zwecks Ausleitung des Abgases aus dem Gehäuse (4) mit mindestens einer Ausströmöffnung (3.3) versehen ist, wobei eine Strömungszone S zwischen dem Einlassrohr (2) und dem Auslassrohr (3) vorgesehen ist, die seitlich begrenzt ist durch zwei Grenzflächen B1, B2, die jeweils einen kürzesten Abstand a12, a13, a22, a23 zum jeweiligen Punkt der jeweiligen Rohrachse (2.1, 3.1) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass über mindestens 30 % bis 50 % der Länge La mindestens ein Anteil Sf = 70 % der Strömungszonen S frei von Strömungsleitelementen (9.1) ist, wobei ein Strömungsleitelement (9.1) eine Strömungsumlenkung in eine Richtung R radial zu der A-Rohrachse (3.1) bewirkt und das Strömungsleitelement (9.1) eine Wandseite (9w) und eine Gasseite (9g) aufweist, die beide innerhalb des Volumens V angeordnet sind.
Mix Box (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den jeweiligen Abstand a12, a13, a22, a23 gilt:
0 < a12 <= x1 Dz und 0 < a13 <= x2 Da und 0 < a22 <= x3 Dz und

0 < a23 <= x4 Da, wobei der jeweilige Wert x1, x2, x3, x4 ein Element der Zahlengruppe {3; 2,5; 2; 1,5; 1; 1/2; 1/4} ist, wobei die jeweiligen Abstände a12, a13, a22, a23 unterschiedlich groß sein können und/oder über die jeweilige Länge Lz, La variieren können.
Mix Box (1) für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine zum Einmischen von Additiven in einen Abgasstrom mit mindestens einem eine E-Rohrachse (2.1) aufweisenden Einlassrohr (2), mit mindestens einem eine A-Rohrachse (3.1) aufweisenden Auslassrohr (3) und mit einem eine Gehäusewand (4.3) aufweisenden Gehäuse (4) mit einer Innenseite (4i) und einer Außenseite (4o) zur Aufnahme des Einlassrohres (2) und des Auslassrohres (3), wobei das Gehäuse (4) ein Volumen V der Mix Box (1) gegenüber einer Umgebung begrenzt, wobei das endseitig geschlossene Einlassrohr (2) einen innerhalb des Gehäuses (4) angeordneten Zuströmteil (2.2) mit einem Durchmesser Dz und mit einer Länge Lz aufweist, der zwecks Einleitung des Abgases in das Gehäuse (4) mit mindestens einer Zuströmöffnung (2.3) versehen ist, wobei das Auslassrohr (3) endseitig eine Dosiervorrichtung (8) und einen innerhalb des Gehäuses (4) angeordneten Ausströmteil (3.2) mit einem Durchmesser Da und einer Länge La aufweist, der zwecks Ausleitung des Abgases aus dem Gehäuse (4) mit mindestens einer Ausströmöffnung (3.3) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Auslassrohr (3) einen Rohrradius Ra = Da/2 und einen radialen Abstand r1, r2, r5, r6 zur Innenseite (4i) der Gehäusewand (4.3) und/oder zu einem Strömungsleitelement (9.1) aufweist, wobei mit Bezug zu einem Winkelbereich β von mindestens 90° bis 270°
oder von mindestens 160° bis 200° um die A-Rohrachse (3.1)
ai) der Abstand r6 zum nächsten Strömungsleitelement (9.1) und/oder der Abstand r5 zur nächsten Gehäusewand (4.3) maximal um 10 % bis 30 % voneinander abweichten und/oder

aii) dass ein Strömungsleitelement (9.1) vorgesehen ist und das Verhältnis von Rohrradius Ra zum Abstand r6 zwischen dem Auslassrohr (3) und dem Strömungsleitelement (9.1) maximal 6 oder maximal 3 ist oder

b) der Zuströmteil (2.2) und der Ausströmteil (3.2) ein Volumen V23 begrenzen und ein Differenzvolumen V1 = V - V23 folgende Bedingung erfüllt: V1 >= 1,2 V23.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ausströmteil (3.2) auf seiner Außenseite um 360° umströmbar ist.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Durchmesser Da gilt: 0,8 Dz <= Da <= 1,5 Dz.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dosiervorrichtung (8) koaxial zum Auslassrohr (3) angeordnet ist, wobei die Dosiervorrichtung (8) einen Sprühwinkel δ aufweist, mit 5° <= δ <= 80° oder 10° <= δ <= 60°.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Auslassrohr (3) die Gehäusewand (4.3) an zwei gegenüberliegenden Positionen durchdringt.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Auslassrohr (3) im Bereich einer oder mehrerer Ausströmöffnungen (3.3) jeweils einen mindestens einseitig angelenkten Flügel (3.4) aufweist, der nach innen oder außen in radialer Richtung übersteht.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Einlassrohr (2) der Grad der Perforation in Strömungsrichtung abnimmt.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Zwischenwand (9.2) vorgesehen ist, die parallel zu einer Hauptströmungsrichtung H ausgerichtet ist und keine Strömungsumlenkung in Umfangsrichtung U bewirkt.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einlassrohr (2) eine kegelstumpfförmige Grundform G1 aufweist und/oder dass das Auslassrohr (3) eine kegelstumpfförmige Grundform G2 aufweist, wobei das Einlassrohr (2) und das Auslassrohr (3) mit Bezug auf die Grundform G1, G2 gleichsinnig oder gegensinnig ausgerichtet sein kann.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (4) aus mindestens zwei bis drei Gehäuseteilen (4.1, 4.2) gebildet ist, die ein- oder doppelwandig ausgebildet sein können, und mindestens einen Verbindungsflansch (4.4) für beide Gehäuseteile (4.1, 4.2) aufweist.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Auslassrohr (3) mehrere über einen Umfang U angeordnete Reihen (3.5) von Ausströmöffnungen (3.3) aufweist, durch die Abgas in das Innere des Auslassrohres (3) strömen kann, wobei die mindestens eine Ausströmöffnung (3.3) einer Reihe (3.5) jeweils eine Stufe M bildet und wobei die jeweilige Stufe M ihrer Größe nach gekennzeichnet ist durch den mittleren Öffnungsquerschnitt Q der Öffnungen (1.2), wobei die Summe aller Öffnungsquerschnitte Q aller Ausströmöffnungen (3.3) aller Reihen (3.5) des Auslassrohres (3) gleich SQ ist, wobei mindestens eine Stufe erster Ordnung, die Stufe M1, vorgesehen ist, wobei die Stufe M1 Ausströmöffnungen (3.3) mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q1 aufweist, und dass zudem mindestens eine Stufe zweiter Ordnung, die Stufe M2, vorgesehen ist, wobei die Stufe M2 Ausströmöffnungen (3.3) mit einem mittleren Öffnungsquerschnitt Q2 mit Q2 >= f Q1, mit 5 <= f <= 25 aufweist, und dass ein erster Sektor S1 vorgesehen ist, der als Spülsektor ausgebildet ist und aus mindestens der einen Stufe M1 gebildet ist, und dass ein zweiter Sektor S2 vorgesehen ist, der als Mischsektor ausgebildet ist und aus mindestens der einen Stufe M2 gebildet ist, wobei in Strömungsrichtung zunächst der erste Sektor S1 und danach der zweite Sektor S2 platziert ist.
Mix Box (1) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sektor S1 eine Summe SQ1 der Öffnungsquerschnitte Q1 mit SQ1 <= x1 SQ, mit 0,05 <= x1 <= 0,25 aufweist und/oder dass der Sektor S1 aus maximal drei bis fünf Stufen M1 gebildet ist.
Mix Box (1) nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Sprühkegel mit einem Sprühwinkel δ vorgesehen ist, wobei der Sprühwinkel δ derart gewählt ist, dass ein Schnittpunkt X zwischen dem Sprühkegel und dem Auslassrohr (3) in Strömungsrichtung nach dem ersten Sektor S1 und/oder innerhalb des zweiten Sektors S2 vorgesehen ist.
Mix Box (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (4) ein erstes Gehäuseteil (4.1) mit einem ersten Gehäuserand (4a) und mindestens ein zweites Gehäuseteil (4.2) mit einem zweiten Gehäuserand (4b) aufweist, wobei beide Gehäuseteile (4.1, 4.2) über den Gehäuserand (4a, 4b) zumindest teilweise verbunden sind, und dass das Einlassrohr (2) einen innerhalb des Gehäuses (4) angeordneten Zuströmteil (2.2) aufweist, der zwecks Einleitung des Abgases in das Gehäuse (4) mit mindestens einer Zuströmöffnung (2.3) versehen ist, wobei
a) der jeweilige Gehäuserand (4a, 4b) mindestens zwei Ausformungen (6.1 bis 6.4) mit je einer Mittelachse (6a, 6b) aufweist und/oder

b) das jeweilige Gehäuseteil (4.1, 4.2) mindestens zwei Durchzüge (7.1 bis 7.4) mit je einer Mittelachse (7a, 7b) aufweist und das jeweilige Rohr (2, 3) Lagerstellen (2.4, 3.6) aufweist, über die es innerhalb der Ausformungen (6.1, 6.2) oder innerhalb der Durchzüge (7.1, 7.2) gelagert ist, wobei
i) das jeweilige Rohr (2, 3) bezüglich der Ausbildung der Lagerstellen (2.4, 3.6) symmetrisch ausgebildet ist und zwecks Montage in mindestens zwei verschiedenen Positionen R1, R2 in der jeweiligen Ausformung (6.1, 6.2) lagerbar ist oder

ii) das Einlassrohr (2) und das Auslassrohr (3) bezüglich der Ausbildung der Lagerstellen (2.4, 3.6) gleich ausgebildet sind.