EP3303786A1 - Mischer in einem abgassystem - Google Patents

Mischer in einem abgassystem

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EP3303786A1
EP3303786A1 EP16726854.9A EP16726854A EP3303786A1 EP 3303786 A1 EP3303786 A1 EP 3303786A1 EP 16726854 A EP16726854 A EP 16726854A EP 3303786 A1 EP3303786 A1 EP 3303786A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixer
housing
central axis
downstream
inlet opening
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16726854.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias INCLÁN
Thomas Kremer
Eric Hein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tenneco GmbH
Original Assignee
Tenneco GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Tenneco GmbH filed Critical Tenneco GmbH
Publication of EP3303786A1 publication Critical patent/EP3303786A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
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    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a static mixer for use in an exhaust system of an internal combustion engine and for the mixing of an additive injected in an exhaust system and a system consisting of a mixer and at least one housing part of a first converter of an exhaust system.
  • the mixer is formed of a tubular housing surrounding a central axis X.
  • the housing has an inlet opening in the direction of the center axis X and an outlet opening at the end, the inlet opening serving to receive injected additive.
  • the housing is closed in the region of the inlet opening and in the region of the outlet opening in the circumferential direction about the central axis X, that is, regardless of a possible perforation in the circumferential closed edge, the edge is closed.
  • an exhaust system with a longitudinal axis having overflow pipe which has certain properties of a static mixer.
  • This overflow tube has a lateral surface and a first, flow-tight end, wherein in the lateral surface adjacent to the flow-tight end, a radially arranged inflow opening is provided.
  • the overflow pipe is received with its flow-tight end and the inflow opening in a first exhaust pipe element.
  • the reducing agent injected by an injector unit can be injected into the first exhaust gas conduit element.
  • DE 10 2011 120 685 A1 describes an exhaust system for a vehicle with an inlet, via which a reducing agent for the exhaust aftertreatment can be introduced into the exhaust gas by means of an injector, wherein downstream of the inlet arranged for mixing the reducing agent with the exhaust mixing device is.
  • DE 11 2012 000 035 T5 describes an apparatus for mixing an aqueous reducing agent solution for adding an aqueous reducing agent solution to an exhaust gas, wherein the device for mixing an aqueous reducing agent solution between a filter capturing particulate substances contained in the exhaust gas, and a reduction catalyst that reduces and processes nitrogen oxide in the exhaust gas.
  • the object of the invention is to design and arrange a static mixer in such a way that it generates little back pressure, ensures rapid and complete reduction agent preparation and at the same time is insensitive to manufacturing tolerances.
  • the housing forms a tube segment upstream of the XY plane, which oriented several in the radial direction to the center axis X.
  • Having openings as a perforation and downstream or in the main flow direction S behind the XY plane forms a tube segment having a recess in which a plurality of baffles are arranged.
  • the perforation in the part in the tube of the mixer which is directed towards the exhaust flow and located upstream of the XY plane, reduces the counterpressure of the mixer.
  • baffles are inserted into the housing. Above and below the recess, the housing has a closed edge in the circumferential direction about the central axis X. - -
  • Additive may be added in liquid and / or gaseous form to the mixer according to the invention.
  • the axial direction and the radial direction as well as the circumferential direction refer to the center axis X of the mixer, unless otherwise specified.
  • baffles are arranged at a distance ax in the axial direction one behind the other and in the radial direction at a distance az offset from each other.
  • the radial direction corresponds to a direction Z, at right angles to the XY plane.
  • This step-shaped arrangement also prefers simple manufacturing tolerances because each baffle can be used individually.
  • the baffles cover the flow cross-section of the downstream tube segment between 80% and 100%.
  • baffles may also be advantageous due to the thermo-mechanical loading of the baffles when the baffles are not formed exclusively of flat and straight pieces of sheet metal, but also or alternatively of wave-shaped and / or bent sheet metal pieces, which are inserted into the housing and materially connected to the housing.
  • the cohesive connection prevents the baffles of the baffles in the exhaust stream.
  • a wavy and / or angled shape is advantageous for the compensation of temperature-induced changes in length of the baffles.
  • the baffles are arranged parallel to each other and at right angles to the central axis X or at right angles to an injection direction.
  • an injection direction runs parallel to the central axis X.
  • an injection direction is not parallel to the center line - -
  • the baffles may be aligned either at right angles to the central axis X or at right angles to the direction of injection.
  • a low back pressure it may be, if further openings are provided in the downstream tube segment adjacent to the recess, which form a perforation.
  • the perforation is provided in the area where the housing or the edge of the housing is closed.
  • the backpressure in the upstream pipe segment and through the perforation in the downstream pipe segment can reduce the backpressure which is generated by the mixer in the exhaust gas flow.
  • the housing has a constant housing cross-section Q2 in the axial direction at least in the area of the perforation and downstream of the perforation.
  • a tubular housing is simple and inexpensive to manufacture.
  • the inlet opening has a flow cross-section which is equal to or smaller than the flow cross-section of the outlet opening. This creates similar properties to a tube.
  • the ratios of the two openings at the input and the output to each other may also be larger or smaller. It can be provided that the housing has a conical shape.
  • a system consisting of a mixer and at least one housing part of a first converter or filter of an exhaust system with a longitudinal axis, wherein the housing part designed as a hood forms a flow channel in which the mixer is arranged and at least partially leads around the mixer. Due to the inventive flow through the pipe wall through the perforation and the recess, the structure of the mixer permits an arrangement in an end section or in a hood of a converter or filter. The use in an end section is so - -
  • the hood forms a tapered flow channel from the converter or filter to the exhaust pipe.
  • a system may be advantageous in which upstream of the mixer, a first converter or filter is arranged with a housing, wherein the housing of the converter or filter is connected to the housing of the mixer medium or directly.
  • the mixer and the housing of the converter or filter form an assembly in which the central axis X is advantageously arranged at an angle ⁇ between 75 ° and 90 ° with respect to the longitudinal axis of the first converter.
  • the mixer downstream of the perforation forms an exhaust pipe or is accommodated in a separate tube.
  • the flow direction in the mixer extends at an angle approximately between 75 ° and 90 ° to the main flow direction S. Due to the cylindrical design, the mixer can serve in its extension as an exhaust pipe.
  • the serving as an exhaust pipe part has neither perforations nor other recesses.
  • a separate tube would be provided in addition to the housing part and fixed to the housing part.
  • the mixer when the mixer is connected via the exhaust pipe or pipe downstream with another converter or filter in which acts the introduced reducing agent.
  • an injector unit for an additive is provided in the axial direction immediately in front of the inlet opening, the injection direction is aligned coaxially to the central axis X or at an angle between 5 ° and 90 ° to the central axis X or the additive through the inlet opening of the Mischers can be introduced.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a housing for a mixer and its
  • Figure 2 is a perspective view of a mixer on the XZ plane with subsequent exhaust pipe and attached injector unit;
  • Figure 3 is a plan view of a sectional view of a mixer according to FIG.
  • Figure 4 is a perspective view of a mixer on the XY plane without
  • Figure 5 is a schematic diagram of a system consisting of a mixer according to Figure 2, a housing part, a DPF and a DOC;
  • FIG. 6 shows a first perspective view of the mixer with housing part according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a second perspective view of the mixer with housing part according to FIG. 5.
  • the mixer 1 has certain physical characteristics relative to a Cartesian coordinate system XYZ.
  • the one-piece housing 2 of the mixer 1 extends along a central axis X with a peripheral in a YZ plane lateral surface which is divided into two tube segments 21, 22. Both pipe segments 21, 22 are essentially - -
  • the housing 2 has a radius r2, which is constant over the entire length L2 of the housing 2 according to this embodiment.
  • the result of this constant radius r2 is that an inlet opening 31 and an outlet opening 32, which are arranged opposite one another in the direction of the central axis X, have a flow cross-section S31, S32 identical to the housing cross-section Q2.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a mixer 1, formed from the housing 2.
  • the housing 2 has, in the region of the tube segment 22, a recess 5, which partially runs around the entire tube segment 22.
  • a plurality of baffles 51 are arranged in the region of the recess 5, which run parallel to each other in the direction of the Y-axis.
  • the guide plates 51 are arranged offset in the direction of the central axis X by a distance ax and in the direction of the Z axis by a distance az to each other.
  • the arrangement and geometry, in particular with respect to the segmentation of the housing 2 in the two pipe segments 21, 22 and the baffles 51 is shown schematically in Fig.
  • openings 4 are provided in the form of a perforation, through which an exhaust gas stream can flow into the housing 2.
  • an injector unit 9 is placed on the housing 2, through which an additive can be injected into the exhaust gas stream.
  • the housing 2 is extended by an exhaust pipe 11. - -
  • FIG. 5 shows a system consisting of a mixer 1, which is extended by an exhaust pipe 11 and accommodated in a housing part 61.
  • An exhaust gas stream flows through a converter 6 formed as a catalyst in this embodiment into the flow channel 62 formed by the housing part 61.
  • the housing part 61 encloses the mixer 1 in such a way that the mixer shears in the direction of the central axis X at two positions P1, P2 in FIG Housing part 61 is mounted.
  • the housing part 61 forms two flow channels 62, which lead around the mixer 1.
  • the exhaust gas stream in the flow channel 62 is led into the mixer 1 as well as guided around the mixer 1 via the flow channel 62.
  • the exhaust gas stream guided around the mixer 1 between the housing part 61 and the mixer 1 through the flow channels 62 is shown with a dashed arrow in FIG.
  • the exhaust gas flowing through the openings 4 into the mixer 1 mixes with the exhaust gas, which first flows around the mixer 1 and also through the recess 5 into the mixer 1.
  • the exhaust stream located in the mixer 1 is mixed with the injected additive.
  • the entire exhaust stream flows out of the mixer 1 after merging and mixing from the outlet port 32 and into the exhaust pipe 11.
  • the exhaust gas flow flows through a converter 8 designed as a particle filter in this embodiment with a longitudinal axis L8.
  • the exhaust gas flow is deflected by an angle ⁇ between 140 ° and 160 ° degrees.
  • a first deflection takes place due to the arrangement of the central axis X to the longitudinal axis L6 of the converter 6, which are inclined at an angle of 110 ° to each other.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer (1) zum Einsatz in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine und für die Vermischung eines in einer Abgasanlage eingespritzten Zusatzstoffes. Der Mischer (1) ist aus einem um eine Mittelachse X umlaufenden rohrförmigen Gehäuse (2) gebildet. Das Gehäuse (2) weist in Richtung der Mittelachse X endseitig eine Eingangsöffnung (31) und gegenüber endseitig eine Ausgangsöffnung 32 (auf), wobei die Eingangsöffnung (31) zur Aufnahme von injiziertem Zusatzstoff in die Abgasanlage dient. Das Gehäuse (2) ist im Bereich der Eingangsöffnung (31) und im Bereich der Ausgangsöffnung (32) in Umfangsrichtung um die Mittelachse X über einen Rand geschlossen. Der statische Mischer (1) soll wenig Gegendruck erzeugen, eine schnelle und vollständige Reduktionsmittelaufbereitung gewährleisten und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen sein. Hierzu bildet das Gehäuse (2) bezogen auf eine parallel zur Mittelachse X des Mischers (1) und rechtwinklig zu einer Hauptströmungsrichtung S orientierte XY-Ebene, stromaufwärts der XY-Ebene ein Rohrsegment (21), das mehrere in radialer Richtung zur Mittelachse X orientierte Öffnungen (4) als Perforation aufweist und stromabwärts der XY-Ebene ein Rohrsegment (22), das eine Ausnehmung (5) aufweist, in der mehrere Leitbleche (51) angeordnet sind.

Description

MISCHER IN EINEM ABGASSYSTEM
Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Mischer zum Einsatz in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine und für die Vermischung eines in einer Abgasanlage eingespritzten Zusatzstoffes und ein System bestehend aus einem Mischer und zumindest einem Gehäuseteil eines ersten Konverters einer Abgasanlage. Der Mischer ist aus einem um eine Mittelachse X umlaufenden rohrförmigen Gehäuse gebildet ist. Das Gehäuse weist in Richtung der Mittelachse X endseitig eine Eingangsöffnung und endseitig gegenüber eine Ausgangsöffnung auf, wobei die Eingangsöffnung zur Aufnahme von injiziertem Zusatzstoff dient. Das Gehäuse ist im Bereich der Eingangsöffnung und im Bereich der Ausgangsöffnung in Umfangsrichtung um die Mittelachse X geschlossen, das heißt unabhängig einer möglichen Perforation im umlaufenden geschlossenen Rand ist der Rand geschlossen.
Solche gattungsgemäßen, zur Abgasführung und Abgasnachbehandlung ein- gesetzten Mischer sind im Stand der Technik bekannt.
In der DE 20 2007 010 324 U1 ist ein Mischrohr beschrieben, das beidseitig der Mittelachse X stromauf und stromab geöffnet ist. Innerhalb des Rohres sind keine Leit- oder Mischelemente angeordnet.
Aus der DE 10 2012 021 017 A1 ist ein Abgassystem mit einem eine Längs- achse aufweisenden Überströmrohr bekannt, das gewisse Eigenschaften eines statischen Mischers aufweist. Dieses Überströmrohr weist eine Mantelfläche und ein erstes, strömungsdichtes Ende auf, wobei in der Mantelfläche, dem strömungsdichten Ende benachbart, eine in radialer Richtung angeordnete Einströmöffnung vorgesehen ist. Das Überströmrohr ist mit seinem strömungs- dichten Ende und der Einströmöffnung in einem ersten Abgasleitungselement aufgenommen. Das von einer Injektoreinheit injizierte Reduktionsmittel ist in das erste Abgasleitungselement eindüsbar. - -
In der DE 10 2011 120 685 A1 ist ein Abgasstrang für ein Fahrzeug beschrieben mit einem Einlass, über welchen mittels eines Injektors ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in das Abgas einbringbar ist, wobei stromabwärts des Einlasses eine zum Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas ausgelegte Mischeinrichtung angeordnet ist.
In der DE 11 2012 000 035 T5 ist eine Vorrichtung zum Mischen einer wässri- gen Reduktionsmittellösung für die Zugabe einer wässrigen Reduktionsmittellösung zu einem Abgas beschrieben, wobei die Vorrichtung zum Mischen einer wässrigen Reduktionsmittellösung zwischen einem Filter, das in dem Abgas enthaltene partikelförmige Substanzen einfängt, und einem Reduktionskatalysator, der Stickoxid in dem Abgas reduziert und aufbereitet, angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen statischen Mischer derart auszubilden und anzuordnen, dass er wenig Gegendruck erzeugt, eine schnelle und vollständige Reduktionsmittelaufbereitung gewährleistet und gleichzeitig unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass bezogen auf eine parallel zur Mittelachse X des Mischers und rechtwinklig zu einer Hauptströmungsrichtung S orientierte XY-Ebene, das Gehäuse stromaufwärts der XY- Ebene ein Rohrsegment bildet, das mehrere in radialer Richtung zur Mittelach- se X orientierte Öffnungen als Perforation aufweist und stromabwärts oder in Hauptströmungsrichtung S hinter der XY-Ebene ein Rohrsegment bildet, das eine Ausnehmung aufweist, in der mehrere Leitbleche angeordnet sind.
Durch die Perforation in dem Teil im Rohr des Mischers, der zum Abgasstrom gerichtet und stromauf der XY-Ebene angeordnet ist, wird der Gegendruck des Mischers verringert. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Abgasstrom beidseitig, vor und hinter der XY-Ebene in den Mischer einströmen kann. In dem stromab der XY-Ebene positionierten Rohrsegment des Mischers sind separat gefertigte Leitbleche in das Gehäuse eingesetzt. Ober- und unterhalb der Ausnehmung weist das Gehäuse in Umfangsrichtung um die Mittelachse X einen geschlossen Rand auf. - -
Dem erfindungsgemäßen Mischer kann Zusatzstoff in flüssiger und/oder in gasförmiger Form zugegeben werden.
Grundsätzlich beziehen sich die axiale Richtung und die radiale Richtung ebenso wie die Umfangsrichtung auf die Mittelachse X des Mischers, sofern nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Vorteilhaft kann es für eine vollständige Reduktionsmittelaufbereitung auch sein, wenn die Leitbleche mit einem Abstand ax in axialer Richtung hintereinander und in radialer Richtung mit einem Abstand az versetzt zueinander angeordnet sind. Die radiale Richtung entspricht einer Richtung Z, rechtwinklig zur XY-Ebene. Diese treppenförmige Anordnung bevorzugt auch einfache Fertigungstoleranzen, weil jedes Leitblech einzeln eingesetzt werden kann.
Hinsichtlich einer vollständigen Vermischung des Reduktionsmittels ist es vorteilhaft, wenn die Leitbleche den Strömungsquerschnitt des stromabwärtigen Rohrsegments zwischen 80% und 100% verdecken. Dabei bildet die Summe der Flächen der Leitbleche, die sich in radialer Richtung erstrecken und die sich nicht in axialer Richtung überdecken zwischen 80% und 100% des Strömungsquerschnitts.
Vorteilhaft kann es aufgrund der thermomechanischen Belastung der Leitbleche auch sein, wenn die Leitbleche nicht ausschließlich aus ebenen und geraden Blechstücken, sondern auch oder alternativ aus wellenförmigen und/oder abgewinkelten Blechstücken gebildet sind, die in das Gehäuse eingesetzt und stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sind. Die stoffschlüssige Verbindung verhindert das Kläppern der Leitbleche im Abgasstrom. Eine wellenförmige und/oder abgewinkelte Form ist vorteilhaft für die Kompensation von temperaturbedingten Längenänderungen der Leitbleche.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Leitbleche parallel zueinander und rechtwinklig zur Mittelachse X oder rechtwinklig zu einer Injektionsrichtung angeordnet sind. Bei einer rechtwinkligen Anordnung bezüglich der Mittelachse X verläuft eine Injektionsrichtung parallel zur Mittelachse X. In den Ausführungsbeispielen, bei denen eine Injektionsrichtung nicht parallel zur Mit- - -
telachse X verläuft, können die Leitbleche entweder rechtwinklig zur Mittelachse X oder rechtwinklig zur Injektionsrichtung ausgerichtet sein.
Von besonderer Bedeutung für einen geringen Gegendruck kann es sein, wenn auch in dem stromabwärtigen Rohrsegment benachbart zu der Ausnehmung weitere Öffnungen vorgesehen sind, die eine Perforation bilden. Die Perforation ist in dem Bereich vorgesehen, in dem das Gehäuse oder der Rand des Gehäuses geschlossen ist. Durch die Perforation im stromaufwärtigen Rohrsegment und durch die Perforation im stromabwärtigen Rohrsegment kann je nach Einbausituation des Mischers der Gegendruck reduziert werden, der durch den Mischer im Abgasstrom erzeugt wird.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung kann es von Vorteil sein, wenn das Gehäuse in axialer Richtung zumindest im Bereich der Perforation und stromab der Perforation einen konstanten Gehäusequerschnitt Q2 aufweist. Ein rohrförmiges Gehäuse ist einfach und günstig herzustellen.
Hinsichtlich einer einfachen Geometrie kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die Eingangsöffnung einen Strömungsquerschnitt aufweist, der gleich oder kleiner dem Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung ist. Damit sind zu einem Rohr ähnliche Eigenschaften geschaffen. In besonderen Anwendungen können die Verhältnisse der beiden Öffnungen am Eingang und am Ausgang zueinander auch größer oder kleiner sein. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Gehäuse eine konische Form aufweist.
Vorteilhaft ist zudem ein System bestehend aus einem Mischer und zumindest einem Gehäuseteil eines ersten Konverters oder Filters einer Abgasanlage mit einer Längsachse, wobei das Gehäuseteil als Haube ausgeführt einen Strömungskanal bildet, in dem der Mischer angeordnet ist und der zumindest teilweise um den Mischer herumführt. Der Aufbau des Mischers erlaubt aufgrund der erfindungsgemäßen Durchströmung der Rohrwand durch die Perforation und die Ausnehmung eine Anordnung in einem Endabschnitt bzw. in einer Haube eines Konverters oder Filters. Der Einsatz in einen Endabschnitt ist so- - -
wohl bei einem stromauf des Mischers angeordneten Konverter oder Filter als auch bei einem stromab angeordneten Konverter oder Filter möglich, weil solche Konverter oder Filter aufgrund ihres gegenüber einer Abgasleitung größeren Durchmessers durch einen entsprechenden Endabschnitt angeschlossen werden. In einem solchen Fall bildet die Haube einen sich verjüngenden Strömungskanal vom Konverter oder Filter hin zum Abgasrohr.
Ferner kann ein System vorteilhaft sein, bei dem stromauf des Mischers ein erster Konverter oder Filter mit einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse des Konverters oder Filters mit dem Gehäuse des Mischers mittel- oder un- mittelbar verbunden ist. Der Mischer und das Gehäuse des Konverters oder Filters bilden eine Baueinheit, bei der die Mittelachse X vorteilhafter Weise in einem Winkel α zwischen 75° und 90° gegenüber der Längsachse des ersten Konverters angeordnet ist.
Schließlich kann es von Vorteil sein, wenn der Mischer stromab der Perforation ein Abgasrohr bildet oder in einem separaten Rohr aufgenommen ist. Die Strömungsrichtung im Mischer verläuft in einem Winkel etwa zwischen 75° und 90° zur Hauptströmungsrichtung S. Aufgrund der zylindrischen Bauweise kann der Mischer in seiner Verlängerung als Abgasrohr dienen. Der als Abgasrohr dienende Teil weist weder Perforationen noch sonstige Ausnehmungen auf. Ein separates Rohr wäre zusätzlich zu dem Gehäuseteil vorgesehen und am Gehäuseteil befestigt.
Vorteilhaft kann es für den Einsatz des Mischers sein, wenn der Mischer über das Abgasrohr oder das Rohr stromab mit einem weiteren Konverter oder Filter verbunden ist, in dem das eingebrachte Reduktionsmittel wirkt. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn in axialer Richtung unmittelbar vor der Eingangsöffnung eine Injektoreinheit für einen Zusatzstoff vorgesehen ist, deren Injektionsrichtung koaxial zur Mittelachse X oder in einem Winkel zwischen 5° und 90° zur Mittelachse X ausgerichtet ist oder der Zusatzstoff durch die Eingangsöffnung des Mischers einbringbar ist. - -
Letztlich kann es für einen verringerten Gegendruck von Vorteil sein, wenn die Summe QF, gebildet aus den Querschnittsflächen der Öffnungen und der Querschnittsfläche des Strömungskanals zwischen dem Mischer und dem Gehäuseteil im Verhältnis zu dem Strömungsquerschnitt der Ausgangsöffnung einen Wert QV bildet, mit QV= QF/S32, wobei gilt 0,5 < QV < 3.
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 eines Gehäuses für einen Mischer und dessen
Geometrie bezüglich einem XYZ-Koordinatensystem; Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Mischers auf die XZ-Ebene mit anschließendem Abgasrohr und aufgesetzter Injektoreinheit;
Figur 3 eine Draufsicht auf eine Schnittansicht eines Mischer gemäß Figur
4 ohne Injektoreinheit;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines Mischer auf die XY-Ebene ohne
Injektoreinheit;
Figur 5 eine Prinzipskizze eines Systems bestehend aus einem Mischer gemäß Figur 2, einem Gehäuseteil, einem DPF und einem DOC;
Figur 6 eine erste perspektivische Ansicht des Mischers mit Gehäuseteil gemäß Figur 5; Figur 7 eine zweite perspektivische Ansicht des Mischers mit Gehäuseteil gemäß Figur 5.
Der erfindungsgemäße Mischer 1 weist wie in Fig. 1 dargestellt relativ zu einem kartesischen Koordinatensystem XYZ gewisse körperliche Merkmale auf. Das einteilige Gehäuse 2 des Mischers 1 erstreckt sich entlang einer Mittelachse X mit einer in einer YZ-Ebene umlaufenden Mantelfläche, die in zwei Rohrsegmente 21 , 22 aufgeteilt ist. Beide Rohrsegmente 21 , 22 verlaufen im Wesentli- - -
chen rechtwinklig zu einer Strömungsrichtung S und ergänzen sich in der Ebene XY zu dem Gehäuse 2.
Das Gehäuse 2 weist einen Radius r2 auf, der nach diesem Ausführungsbeispiel über die gesamte Länge L2 des Gehäuses 2 konstant ist. Aus diesem konstanten Radius r2 resultiert, dass eine Eingangsöffnung 31 und eine Aus- gangsöffnung 32, die in Richtung der Mittelachse X gegenüberliegend angeordnet sind, einem dem Gehäusequerschnitt Q2 identischen Strömungsquerschnitt S31 , S32 aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Mischers 1 , gebildet aus dem Gehäuse 2. Das Gehäuse 2 weist im Bereich des Rohrsegments 22 eine Ausnehmung 5 auf, die teilweise um das gesamte Rohrsegment 22 umläuft. Im Gehäuse 2 sind im Bereich der Ausnehmung 5 mehrere Leitbleche 51 angeordnet, die parallel zueinander in Richtung der Y-Achse verlaufen. Zudem sind die Leitbleche 51 in Richtung der Mittelachse X um einen Abstand ax und in Richtung der Z-Achse um einen Abstand az zueinander versetzt angeordnet. Die Anordnung und Geometrie, insbesondere bezüglich der Segmentierung des Gehäuses 2 in die beiden Rohrsegmente 21 , 22 und der Leitbleche 51 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt und zeigt eine Darstellung von oben gemäß der Schnittführung III-III' in Fig. 4. Der Strömungsquerschnitt S22 des Rohrseg- ments 22 ist schräg liniert dargestellt. Durch die Leitbleche 51 wird der eingespritzte Zusatzstoff gewirbelt und in Richtung der Z-Achse abgelenkt und vermischt sich mit dem ebenfalls in Richtung der Z-Achse durch die Öffnungen 4 und durch die Ausnehmung 5 einströmenden Abgasstrom.
In dem durch das Rohrsegment 21 definierten Teil des Gehäuses 2 sind Öff- nungen 4 in Form einer Perforation vorgesehen, durch die ein Abgasstrom in das Gehäuse 2 einströmen kann. Nach oben hin ist auf das Gehäuse 2 eine Injektoreinheit 9 aufgesetzt, durch die ein Zusatzstoff in den Abgasstrom eingespritzt werden kann. Nach unten hin ist das Gehäuse 2 durch ein Abgasrohr 11 verlängert. - -
Wie in Fig. 4 dargestellt, sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur Öffnungen 4 im Bereich des Rohrsegments 21 gegenüberliegend der Ausnehmung 5, sondern weitere Öffnungen 4 in Richtung der Mittelachse X oberhalb der Ausnehmung 5 in beiden Rohrsegmenten 21 , 22 vorgesehen. Fig. 5 zeigt ein System bestehend aus einem Mischer 1 , der durch ein Abgas- rohr 11 verlängert und in einem Gehäuseteil 61 aufgenommen ist. Ein Abgasstrom strömt durch einen in diesem Ausführungsbeispiel als Katalysator ausgebildeten Konverter 6 in den durch das Gehäuseteil 61 gebildeten Strömungskanal 62. Das Gehäuseteil 61 ummantelt den Mischer 1 derart, dass der Mi- Scher l in Richtung der Mittelachse X an zwei Positionen P1 , P2 im Gehäuseteil 61 gelagert ist. Zwischen den beiden Positionen P1 , P2 bildet das Gehäuseteil 61 zwei Strömungskanäle 62, die um den Mischer 1 herumführen. Wie in den Figuren 6 und 7 näher dargestellt, wird der Abgasstrom im Strömungskanal 62 sowohl in den Mischer 1 hineingeführt als auch über den Strö- mungskanal 62 um den Mischer 1 herumgeführt. Der zwischen dem Gehäuseteil 61 und dem Mischer 1 durch die Strömungskanäle 62 um den Mischer 1 herumgeführte Abgasstrom ist mit einem gestrichelten Pfeil in Fig. 6 dargestellt. Das durch die Öffnungen 4 in den Mischer 1 strömende Abgas vermischt sich mit dem Abgas, das zunächst um den Mischer 1 herum und durch die Ausnehmung 5 ebenfalls in den Mischer 1 einströmt. Der im Mischer 1 befindliche Abgasstrom wird mit dem eingespritzten Zusatzstoff vermischt. Der gesamte Abgasstrom strömt nach der Vereinigung und Vermischung aus der Ausgangsöffnung 32 aus dem Mischer 1 heraus und in das Abgasrohr 11 hinein. Nach dem Verlassen des Abgasrohrs 11 durchströmt der Abgasstrom ei- nen in diesem Ausführungsbeispiel als Partikelfilter ausgebildeten Konverter 8 mit einer Längsachse L8.
Ausgehend vom Austritt des Konverters 6 bis zum Eintritt in den Konverter 8 wird der Abgasstrom um einen Winkel ß zwischen 140° Grad und 160° Grad umgelenkt. Hierzu erfolgt eine erste Umlenkung aufgrund der Anordnung der Mittelachse X zur Längsachse L6 des Konverters 6, die in einem Winkel von 110° Grad zueinander geneigt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Statischer Mischer (1 ) zum Einsatz in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine und für die Vermischung eines in einer Abgasanlage eingespritzten Zusatzstoffes, wobei
a) der Mischer (1) aus einem um eine Mittelachse X umlaufenden rohrför- migen Gehäuse (2) gebildet ist und
b) das Gehäuse (2) in Richtung der Mittelachse X endseitig eine Ein- gangsöffnung (31) und gegenüber endseitig eine Ausgangsöffnung (32) aufweist, wobei die Eingangsöffnung (31) zur Aufnahme von injiziertem Zusatzstoff in die Abgasanlage dient und
c) das Gehäuse (2) im Bereich der Eingangsöffnung (31) und im Bereich der Ausgangsöffnung (32) in Umfangsrichtung um die Mittelachse X geschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
bezogen auf eine parallel zur Mittelachse X und rechtwinklig zu einer
Hauptströmungsrichtung S orientierte XY-Ebene das Gehäuse (2) d1) stromaufwärts der XY-Ebene ein Rohrsegment (21) bildet, das mehrere in radialer Richtung zur Mittelachse X orientierte Öffnungen (4) als Perforation aufweist und
d2) stromabwärts oder in Hauptströmungsrichtung S hinter der XY-Ebene ein Rohrsegment (22) bildet, das eine Ausnehmung (5) aufweist, in der mehrere Leitbleche (51) angeordnet sind.
2. Mischer (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitbleche (51) mit einem Abstand ax in axialer Richtung hintereinander und in radialer Richtung mit einem Abstand az versetzt zueinander angeordnet sind. Mischer (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitbleche (51) den Strömungsquerschnitt S22 des
stromabwärtigen Rohrsegments (22) zwischen 80% und 100% verdecken.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitbleche (51) aus ebenen und geraden oder wellenförmigen und/oder abgewinkelten Blechstücken gebildet sind, die in das Gehäuse (2) eingesetzt und stoffschlüssig mit dem Gehäuse (2) verbunden sind.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitbleche (51) parallel zueinander und rechtwinklig zur Mittelachse X oder rechtwinklig zu einer Injektionsrichtung angeordnet sind.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem stromabwärtigen Rohrsegment (22) benachbart zu der Ausnehmung (5) weitere Öffnungen (4) vorgesehen sind, die eine Perforation bilden.
Mischer (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (2) in axialer Richtung zumindest im Bereich der Perfo ration und stromab der Perforation einen konstanten
Gehäusequerschnitt Q2 aufweist.
Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangsöffnung (31) einen Strömungsquerschnitt S31 aufweist, der gleich oder kleiner dem Strömungsquerschnitt S32 der Ausgangsöff- nung (32) ist. 9. System bestehend aus einem Mischer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und zumindest einem Gehäuseteil (61) eines ersten Konverters (6) einer Abgasanlage mit einer Längsachse L6, wobei das
Gehäuseteil (61) als Haube ausgeführt einen Strömungskanal (62) bildet, in dem der Mischer (1) angeordnet ist und der zumindest teilweise um den
Mischer (1) herumführt. 0. System nach Anspruch 9 mit einem stromauf des Mischers (1) angeordneten ersten Konverter (6) mit einem Gehäuseteil (61), wobei das
Gehäuseteil (61) mit dem Gehäuse (2) des Mischers (1) mittel- oder un- mittelbar verbunden ist.
11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittelachse X in einem Winkel α zwischen 75° und 90° gegenüber der Längsachse L6 des ersten Konverters (6) angeordnet ist. 12. System nach einem der Ansprüche 9 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Mischer (1) stromab der Perforation ein Abgasrohr ( 1) bildet oder in einem separaten Rohr aufgenommen ist.
13. System nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abgasrohr (11) oder das Rohr stromab mit einem weiteren Konverter (8) verbunden ist.
14. System nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in axialer Richtung unmittelbar vor der Eingangsöffnung (31) eine
Injektoreinheit (9) für einen Zusatzstoff vorgesehen ist, deren Injektionsrichtung koaxial zur Mittelachse X oder in einem Winkel zwischen 5° und 90° zur Mittelachse X ausgerichtet ist oder der Zusatzstoff durch die Ein- gangsöffnung (31) des Mischers (1) einbringbar ist. System nach einem der Ansprüche 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Summe QF, gebildet aus den Querschnittsflächen der Öffnungen (4) und der Querschnittsfläche QZ der Strömungskanäle (62) zwischen dem Mischer (1) und dem Gehäuseteil (61) im Verhältnis zu dem Strömungsquerschnitt S32 der Ausgangsöffnung (32) einen Wert QV bildet, mit QV= QF/S32, wobei gilt 0,5 < QV < 3.
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