EP4390068B1

EP4390068B1 - Mischsektion für eine abgasanlage einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP4390068B1
Application number: EP23213185.4A
Authority: EP
Inventors: Enver Kurpejovic; Florian Friedrich; Manuel Notter
Original assignee: Purem GmbH
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2023-11-30
Publication date: 2025-04-09
Anticipated expiration: 2043-11-30
Also published as: DE102022133786A1; EP4390068A1; CN118223972A; US20240200483A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischsektion für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zur Durchmischung von Abgas und Reaktionsmittel.
Zur Minderung des Schadstoffanteils in von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenem Abgas ist es bekannt, in das Abgas ein Reaktionsmittel, beispielsweise eine Harnstoff/Wasser-Lösung, einzuspritzen. In einer katalytisch wirksamen Abgasbehandlungsanordnung, beispielsweise einem SCR-Katalysator, wird unter Verwendung des Reaktionsmittels eine zur Minderung des Schadstoffanteils führende katalytische Reaktion, beispielsweise selektive katalytische Reduktion, durchgeführt.
Eine Mischsektion gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 20 2015 102 092 U1 bekannt. Bei dieser Mischsektion sind zwei in einer Haupt-Abgaberichtung einer Reaktionsmittelabgabeeinheit aufeinander folgende, plattenartige Reaktionsmittel-Aufbauelemente einer Reaktionsmittel-Auffanganordnung mit zueinander im Wesentlichen parallelen und zur Haupt-Abgaberichtung im Wesentlichen orthogonalen Reaktionsmittel-Auffangflächen quer zur Haupt-Abgaberichtung zueinander versetzt und einander teilweise überlappend angeordnet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mischsektion für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit welcher bei geringem Bauraumbedarf eine effiziente Vermischung von Abgas und in diese eingespritztem Reaktionsmittel erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Mischsektion für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zur Durchmischung von Abgas und Reaktionsmittel, umfassend:

ein eine Mischkammer umgrenzendes Mischsektionsgehäuse mit einem Gehäuseboden, wobei in dem Gehäuseboden wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung zum Eintritt von Abgas in die Mischkammer vorgesehen ist,
eine Reaktionsmittelabgabeeinheit zur Abgabe von Reaktionsmittel in die Mischkammer im Wesentlichen in einer Haupt-Abgaberichtung,
eine Reaktionsmittel-Auffanganordnung zum Auffangen von in die Mischkammer abgegebenem Reaktionsmittel, wobei die Reaktionsmittel-Auffanganordnung eine Mehrzahl von in der Haupt-Abgaberichtung aufeinander folgenden Reaktionsmittel-Auffangelementen umfasst, wobei jedes Reaktionsmittel-Auffangelement eine der Reaktionsmittelabgabeeinheit zugewandt positionierte Reaktionsmittel-Auffangfläche aufweist.

Um eine gegenseitige Abschirmung der Reaktionsmittel Auffangelemente zu vermeiden, ist in wenigstens einem Reaktionsmittel-Auffangelement, vorzugsweise jedem Reaktionsmittel-Auffangelement, eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen ausgebildet.
Durch die Benetzung der in der Mischkammer angeordneten Reaktionsmittel-Auffangelemente mit dem in die Mischkammer eingespritzten Reaktionsmittel wird eine vergleichsweise große Oberfläche genutzt, um das im Allgemeinen in flüssiger Form als Sprühnebel mit einer Vielzahl von Reaktionsmitteltröpfchen eingespritzte Reaktionsmittel zu verdampfen und mit dem in der Mischkammer verwirbelten Abgas zu vermischen.
Für eine konstruktiv einfache Ausgestaltung kann wenigstens ein Reaktionsmittel-Auffangelement, vorzugsweise jedes Reaktionsmittel-Auffangelement, plattenartig ausgebildet sein und eine im Wesentlichen ebene Reaktionsmittel-Auffangfläche aufweisen.
Eine effiziente Benetzung der Reaktionsmittelauffangflächen kann dadurch erreicht werden, dass bei wenigstens einem Reaktionsmittel-Auffangelement, vorzugsweise jedem Reaktionsmittel-Auffangelement, die Reaktionsmittel-Auffangfläche zur Haupt-Abgaberichtung im Wesentlichen orthogonal orientiert ist oder/und zu einer Öffnungsmittenachse der wenigstens einen Abgaseintrittsöffnung im Wesentlichen parallel orientiert ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Reaktionsmittel-Auffangflächen, vorzugsweise alle Reaktionsmittel-Auffangflächen, zueinander im Wesentlichen parallel sind.
Ein gegenseitiges Abschirmen der Reaktionsmittel-Auffangelemente gegen eine Benetzung mit dem in die Mischkammer eingespritzten Reaktionsmittel kann weiter dadurch verhindert werden, wenn bei wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen, vorzugsweise allen einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen, die Reaktionsmittel-Auffangfläche des näher an der Reaktionsmittelabgabeeinheit positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements kleiner ist als die Reaktionsmittel-Auffangfläche des von der Reaktionsmittelabgabeeinheit weiter entfernt positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements.
Zum Erhalt einer kompakten Bauart wird vorgeschlagen, dass bei wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen, vorzugsweise allen einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen, die Reaktionsmittel-Auffangfläche des näher an der Reaktionsmittelabgabeeinheit positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements quer zur Haupt-Abgaberichtung im Wesentlichen vollständig von der Reaktionsmittel-Auffangfläche des von der Reaktionsmittelabgabeeinheit weiter entfernt positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements überlappt ist.
Eine zuverlässige Benetzung von weiter von der Reaktionsmittelabgabeeinheit entfernt positionierten Reaktionsmittel-Auffangelementen kann gewährleistet werden, wenn eine Größe der Reaktionsmittel-Auffangflächen der Reaktionsmittel-Auffangelemente in der Haupt-Abgaberichtung zunimmt.
Für eine gleichmäßige Benetzung der gesamten Reaktionsmittel-Auffanganordnung wird vorgeschlagen, dass ein Abgabeort der Reaktionsmittelabgabeeinheit in wenigstens einer Richtung quer zur Haupt-Abgaberichtung im Wesentlichen zentral bezüglich einer Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung positioniert ist.
Hierfür kann vorgesehen sein, dass die Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung im Wesentlichen einer Außenumfangskontur des Reaktionsmittel-Auffangelements mit der größten Reaktionsmittel-Auffangfläche entspricht.
Wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung, vorzugsweise jede Abgaseintrittsöffnung, kann in Richtung einer zur Haupt-Abgaberichtung vorzugsweise im Wesentlichen parallelen Öffnungslängsachse langgestreckt sein, wodurch eine übermäßige Drosselung des Abgasstroms vermieden wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in dem Gehäuseboden wenigstens zwei in Richtung einer jeweiligen Öffnungslängsachse langgestreckte Abgaseintrittsöffnungen mit zueinander im Wesentlichen parallelen Öffnungslängsachsen und einander in Richtung der Öffnungslängsachsen wenigstens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, überlappend vorgesehen sind.
Für eine stabile Halterung der Reaktionsmittel-Auffangelemente können diese an dem Gehäuseboden zwischen den wenigstens zwei Abgaseintrittsöffnungen getragen sein.
Wenn wenigstens ein Reaktionsmittel-Auffangelement, vorzugsweise jedes Reaktionsmittel-Auffangelement, quer zur Haupt-Abgaberichtung sich wenigstens teilweise über wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung erstreckt, ist eine effiziente Wechselwirkung eines derartig positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements mit dem Abgasstrom insbesondere auch zur Erwärmung des Reaktionsmittel-Auffangelements gewährleistet. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn alle Reaktionsmittel-Auffangelemente quer zur Haupt-Abgaberichtung sich wenigstens teilweise über die selbe Abgaseintrittsöffnung erstrecken.
Zum Erhalt einer die Durchmischung unterstützenden Verwirbelung des in die Mischkammer eingeleiteten Abgases kann das Mischsektionsgehäuse eine dem Gehäuseboden gegenüberliegende Abgas-Umlenkwand mit einer der Mischkammer zugewandten, konkaven Umlenk-Innenoberfläche aufweisen.
Wenn dabei die Umlenk-Innenoberfläche einen Scheitelbereich mit maximalem Abstand zum Gehäuseboden aufweist und eine im Wesentlichen senkrechte Projektion des Scheitelbereichs auf den Gehäuseboden zwischen zwei Abgaseintrittsöffnungen liegt, werden in der Mischkammer zwei einander entgegengesetzt orientierte Abgaswirbel erzeugt, wodurch die Durchmischung von Abgas mit in die Mischkammer eingespritztem bzw. von den Reaktionsmittel-Auffangflächen abdampfendem Reaktionsmittel weiter unterstützt wird.
Um die Verwirbelung von Abgas in der Mischkammer effizient zur Durchmischung mit in die Mischkammer eingespritztem Reaktionsmittel nutzen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass der Scheitelbereich in Richtung der Öffnungslängsachse der wenigstens einen Abgaseintrittsöffnung oder/und in der Haupt-Abgaberichtung langgestreckt ist.
Zur Abgabe des in der Mischsektion generierten Gemisches aus Abgas und Reaktionsmittel kann das Mischsektionsgehäuse eine Abgasaustrittsöffnung aufweisen, wobei eine Haupt-Einströmrichtung von die wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung durchströmendem Abgas im Wesentlichen orthogonal zu einer Haupt-Ausströmrichtung von die Abgasaustrittsöffnung durchströmendem Abgas ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäß aufgebaute Mischsektion.
Stromaufwärts der Mischsektion kann wenigstens eine Abgasbehandlungsanordnung, vorzugsweise umfassend einen Oxidationskatalysator oder/und einen Partikelfilter, angeordnet sein. Zur Umsetzung des Gemisches aus Abgas und Reaktionsmittel kann stromabwärts der Mischsektion wenigstens eine Abgasbehandlungsanordnung, vorzugsweise umfassend einen SCR-Katalysator, angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: eine Seitenansicht eines eine Mischsektion umfassenden Teils einer Abgasanlage;
Fig. 2: eine Ansicht der Abgasanlage der Fig. 1 in Blickrichtung II in Fig. 1;
Fig. 3: vergrößert den die Mischsektion umfassenden Bereich der Abgasanlage der Fig. 1;
Fig. 4: eine teilweise offen dargestellte Ansicht der Mischsektion der Fig. 3 in Blickrichtung IV in Fig. 3;
Fig. 5: eine Seitenansicht eines Gehäusebodens eines Mischsektionsgehäuses mit daran getragenen Reaktionsmittel-Auffangelementen einer Reaktionsmittel-Auffanganordnung;
Fig. 6: eine Ansicht der in Fig. 5 dargestellten Baugruppe, betrachtet in einer Haupt-Abgaberichtung in Fig. 5;

Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Teilbereich einer allgemein mit 10 bezeichneten Abgasanlage einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug. Dieser Teilbereich der Abgasanlage 10 umfasst zwischen einer beispielsweise einen Oxidationskatalysator oder/und einen Partikelfilter umfassenden, stromaufwärtigen Abgasbehandlungsanordnung 12 und einer beispielsweise einen SCR-Katalysator umfassenden, stromabwärtigen Abgasbehandlungsanordnung 14 eine allgemein mit 16 bezeichnete Mischsektion. In der Mischsektion 16 wird in nachfolgend beschriebener Art und Weise die Abgasbehandlungsanordnung 12 verlassendes Abgas A mit einem durch eine allgemein auch als Injektor bezeichnete Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 in eine Mischkammer 20 eingespritztem Reaktionsmittel R durchmischt, so dass ein Gemisch G aus Abgas A und Reaktionsmittel R in die stromabwärtige Abgasbehandlungsanordnung 14 strömt.
Die Mischsektion 16 umfasst ein allgemein mit 22 bezeichnetes Mischsektionsgehäuse. Das Mischsektionsgehäuse 22 umfasst ein im Wesentlichen kuppelartig ausgebildetes und beispielsweise als Blechumformteil einstückig oder mehrstückig bereitgestelltes Gehäuseteil 24. Das Gehäuseteil 24 kann in seinem stromaufwärtigen Endbereich 26 an die stromaufwärtige Abgasbehandlungsanordnung 12 angebunden sein.
Das Mischsektionsgehäuse 22 umfasst ferner einen im Wesentlichen plattenartig ausgebildeten, beispielsweise ebenfalls als Blechumformteil bereitgestellten Gehäuseboden 28. Der in den Fig. 5 und 6 detaillierter dargestellte Gehäuseboden 28 kann in einem Außenumfangsbereich eine Mehrzahl von Verbindungslaschen 30 aufweisen, mit welchen der in das Gehäuseteil 24 eingesetzte Gehäuseboden 28 mit dem Gehäuseteil 24 beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten oder dergleichen fest verbunden werden kann. Der Gehäuseboden 28 und das Gehäuseteil 24 umgrenzen somit im Wesentlichen die im Mischsektionsgehäuse 22 gebildete Mischkammer 20. Ferner ist an dem Gehäuseteil 24 die Reaktionsmittelabgabeanordnung 18 derart getragen, dass diese das Reaktionsmittel R im Wesentlichen in einer Haupt-Abgaberichtung H, die zu einer näherungsweise ebenen Oberfläche 32 des Gehäusebodens 28 parallel orientiert sein kann, in die Mischkammer 20 abgibt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Haupt-Abgaberichtung H beispielsweise der Richtung einer Mittenachse eines von der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 abgegebenen Sprühkegels K des Reaktionsmittels R entsprechen kann. Beispielsweise kann die Haupt-Abgaberichtung H im Wesentlichen einer mittleren Abgaberichtung des Reaktionsmittels R entsprechen.
Im Gehäuseboden 28 sind im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel zwei Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ ausgebildet. Öffnungsmittenachsen M₁, M₂ der Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ sind im Wesentlichen orthogonal orientiert zu der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 32 des Gehäusebodens 28. Das aus der stromaufwärtigen Abgasbehandlungsanordnung 12 in die Mischkammer 20 eintretende Abgas A strömt durch die Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ im Wesentlichen in einer jeweiligen Haupt-Einströmrichtung E₁, E₂ welche näherungsweise parallel zur jeweiligen Öffnungsmittenachse M₁, M₂ sind.
Die beiden Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ sind im Gehäuseboden 28 derart angeordnet, dass deren Öffnungslängsachse L₁, L₂ zur jeweiligen Öffnungsmittenachse M₁, M₂ im Wesentlichen orthogonal sind und zueinander im Wesentlichen und vorzugsweise auch zur Haupt-Abgaberichtung H im Wesentlichen parallel sind. Ferner sind die Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ derart positioniert, dass diese sich in Richtung ihrer Öffnungslängsachsen L₁, L₂ im Wesentlichen vollständig überlappen, was bedeuten kann, dass beide Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ in Richtung ihrer jeweiligen Öffnungslängsachse L₁, L₂ im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen und vorzugsweise auch die gleiche Breite quer zur jeweiligen Öffnungslängsachse L₁, L₁ aufweisen.
In den Fig. 4 bis 6 ist erkennbar, dass jede der Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ von einem in Richtung zur Mischkammer 20 orientierten und beispielsweise durch Umformen generierten Öffnungsrand 36₁, 36₂ umgeben ist. Die Öffnungsränder 36₁, 36₂ unterstützen das definierte Einströmen des Abgases A in die Mischkammer 20 in der jeweiligen Haupt-Einströmrichtung E₁, E₂.
Das zusammen mit dem Gehäuseboden 28 die Mischkammer 20 umgrenzende Gehäuseteil 24 ist insbesondere in seinen dem Gehäuseboden 28 gegenüberliegenden Bereich kuppelartig ausgeformt und stellt eine Umlenkwand 38 mit einer der Mischkammer 20 zugewandten, bezüglich der Mischkammer 20 konkaven Umlenk-Innenoberfläche 40 bereit. Aufgrund der kuppelartigen Gestalt weist die Umlenk-Innenoberfläche 40 einen Scheitelbereich S auf, in welchem die Umlenk-Innenoberfläche 40 den maximalen Abstand zum Gehäuseboden 28 bzw. dessen im Wesentlichen ebener Oberfläche 32 aufweist. Eine durch einen Projektionspfeil P₁ in Fig. 4 angedeutete senkrechte Projektion des Scheitelbereichs S auf dem Gehäuseboden 28 liegt, wie dies auch in Fig. 6 angedeutet ist, vorzugsweise im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ und kann vorzugsweise auch in Richtung der Öffnungslängsachsen L₁, L₂ im Wesentlichen in einem mittigen Bereich der Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ liegen. Grundsätzlich kann der Scheitelbereich S derart ausgebildet sein, dass dieser, wie dies die Fig. 3 andeutet, einen auch in Richtung der Haupt-Abgaberichtung H bzw. der Öffnungslängsachsen L₁, L₂ langgestreckten Verlauf mit näherungsweise im Wesentlichen konstantem Abstand zum Gehäuseboden 32 aufweist.
Durch diese Struktur des Gehäuseteils 24 im Bereich seiner Umlenkwand 38 wird das durch die Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ in der jeweiligen Haupt-Einströmrichtung E₁, E₂ in die Mischkammer 20 eingeleitete Abgas A so umgelenkt, dass zwei einander entgegengesetzt orientierte Abgaswirbel W₁, W₂ entstehen. Bei der vorangehend angesprochenen linienartig ausgedehnten Gestalt des Scheitelbereichs S können diese Abgaswirbel W₁, W₂ auch aufgrund der in der gleichen Richtung langgestreckten Gestalt der Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ grundsätzlich eine in dieser Richtung ausgedehnte walzenartige Struktur aufweisen.
In der Mischkammer 20 ist eine allgemein mit 42 bezeichnete Reaktionsmittel-Auffanganordnung angeordnet. Die Reaktionsmittel-Auffanganordnung 42 umfasst im dargestellten Beispiel drei im Wesentlichen plattenartig und beispielsweise als Blechumformteile ausgebildete Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃. Die plattenartig ausgebildeten Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ können beispielsweise durch materialschlüssige Anbindung an dem Gehäuseboden 28 in einem Bereich zwischen den beiden Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ festgelegt sein.
Jedes Reaktionsmittel-Auffangelement 44₁, 44₂, 44₃ weist eine im Wesentlichen ebene, also ungekrümmte und der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 zugewandt orientierte Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₁, 46₂, 46₃ auf. Die Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ sind in der Mischkammer 20 so angeordnet, dass deren im Wesentlichen ebene, ungekrümmte Reaktionsmittel-Auffangflächen 46₁, 46₂, 46₃ zur Haupt-Abgaberichtung H im Wesentlichen orthogonal orientiert sind und zu der bei einer jeweiligen Abgaseintrittsöffnung 34₁, 34₂ vorhandenen Haupteinströmrichtung E₁, E₂ und auch zueinander im Wesentlichen parallel orientiert sind. Somit behindern die Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ das Einströmen von Abgas A in die Mischkammer 20 im Wesentlichen nicht, stellen jedoch eine maximale Auffangwechselwirkung mit dem in die Mischkammer 20 eingespritzten Reaktionsmittel R bereit.
Die in der Haupt-Abgaberichtung H aufeinander folgend angeordneten Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ sind so gestaltet, dass die Größe der daran jeweils vorgesehenen Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₁, 46₂, 46₃ in Richtung von der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 weg, also im Wesentlichen auch in der Haupt-Abgaberichtung H zunimmt. Das der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 am nächstliegend positionierte Reaktionsmittel-Auffangelement 44₁ weist die kleinste Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₁ auf, während das von der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 am weitesten entfernt liegende Reaktionsmittel-Auffangelement 44₃ die größte Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₃ bereitstellt.
Wie insbesondere in Fig. 6 zu erkennen ist, weisen die bei Betrachtung in der Haupt-Abgaberichtung H einander überdeckenden Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ insbesondere im Bereich ihrer jeweiligen Reaktionsmittel-Auffangflächen 46₁, 46₂, 46₃ näherungsweise die gleiche Außenumfangsgeometrie, also eine im Wesentlichen rechteckige Außenumfangsgeometrie, auf. Dabei sind die Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ so positioniert, dass eine Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung 42 im Wesentlichen durch die Außenumfangskontur des die größte Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₃ bereitstellenden Reaktionsmittel-Auffangelements 44₃ definiert ist. Dies bedeutet, dass die mit jeweiligen kleineren Reaktionsmittel-Auffangflächen 46₁, 46₂ ausgebildeten Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂ quer zur Haupt-Abgaberichtung H im Wesentlichen nicht über die Außenumfangskontur des die größte Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₃ bereitstellenden Reaktionsmittel-Auffangelements 44₃ hervorstehen. Dies führt dazu, dass ein in Fig. 6 dargestelltes Zentrum Z der Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung 42 im Wesentlichen definiert ist durch den zentralen Bereich der Reaktionsmittel-Auffangfläche 46₃ des Reaktionsmittel-Auffangelements 44₃.
Um eine effiziente Benetzung aller Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ mit dem Reaktionsmittel R zu erreichen, ist die Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 so positioniert bzw. orientiert, dass ein Abgabeort O, an welchem das Reaktionsmittel R in der Haupt-Abgaberichtung H von der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 abgegeben wird, bei Betrachtung in der Haupt-Abgaberichtung H dem Zentrum Z der Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Abgabeanordnung 42 im Wesentlichen direkt gegenüberliegt, was in Fig. 5 durch einen Projektionspfeil P₂ veranschaulicht ist. Dadurch wird gewährleistet, dass der bezüglich der Haupt-Abgaberichtung H in Umfangsrichtung im Wesentlichen symmetrische Sprühkegel K die Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Abgabeanordnung 42 im Wesentlichen gleichmäßig erfasst und somit die Reaktionsmittel-Auffangflächen 46₁, 46₂, 46₃ im Wesentlichen über ihre gesamte Oberfläche näherungsweise gleichmäßig benetzt werden können.
Um dabei eine gegenseitige Abschirmung der in der Haupt-Abgaberichtung H aufeinander folgenden Reaktionsmittel-Abgabeelemente 44₁, 44₂, 44₃ so weit als möglich zu vermeiden, kann in diesen jeweils eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 48₁, 48₂, 48₃ vorgesehen sein. Ein Teil des auf ein jeweiliges Reaktionsmittel-Auffangelement 46₁, 46₂, 46₃ zu strömenden Reaktionsmittels R wird somit nicht an diesen aufgefangen, sondern strömt im Bereich der Durchtrittsöffnungen 48₁, 48₂, 48₃ durch diese hindurch und kann somit einerseits in der Haupt-Abgaberichtung H dann folgende Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₂, 44₃ benetzen bzw. stromabwärts des letzten Reaktionsmittel-Auffangelements 44₃ sich mit dem in diesem Volumenbereich in der Mischkammer 20 strömenden Abgas A vermischen.
Insbesondere in den Fig. 2 und 6 ist deutlich zu erkennen, dass die Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ an dem Gehäuseboden 28 so positioniert sind, dass sie sich quer zur Haupt-Abgaberichtung H bzw. auch quer zu den Öffnungslängsachsen L₁, L₂ in den Bereich der Abgaseintrittsöffnung 34₂ erstrecken. Dies verstärkt einerseits die thermische Wechselwirkung der Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ mit dem in die Mischkammer 20 einströmenden Abgas A, so dass eine die Reaktionsmittelverdampfung unterstützende schnelle Erwärmung der Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ gewährleistet ist. Andererseits ermöglicht diese Positionierung der Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ die vorangehend angesprochene Ausrichtung des Zentrums Z der Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung 42 mit dem Abgabeort O bzw. der Haupt-Abgaberichtung H in Abstimmung auf die Positionierung der Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 am Gehäuseteil 24. Um die thermische Wechselwirkung mit dem Abgas A weiter zu verstärken bzw. auch größere Reaktionsmittel-Auffangflächen bereitstellen zu können, könnten die Reaktionsmittel-Auffangelemente 44₁, 44₂, 44₃ derart ausgebildet sein, dass sie sich auch in den Bereich der Abgaseintrittsöffnung 34₁ erstrecken. Dies könnte insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Reaktionsmittelabgabeeinheit 18 am Mischsektionsgehäuse 22 derart positioniert wird, dass der Abgabeort O im Wesentlichen mittig zwischen den beiden Abgaseintrittsöffnungen 34₁, 34₂ liegt.
Das in der Mischkammer 20 gebildete Gemisch G aus Abgas A und Reaktionsmittel R verlässt das Mischsektionsgehäuse 22 im Bereich einer Abgasaustrittsöffnung 50 im Wesentlichen in einer Haupt-Ausströmrichtung S, welche zu den Haupt-Einströmrichtungen E₁, E₂ näherungsweise orthogonal orientiert ist. Dies führt zu einem kompakten Aufbau der Mischsektion 16 bzw. der gesamten Abgasanlage 10 und führt aufgrund der im Bereich der Mischkammer 20 auftretenden und der Verwirbelung überlagerten Strömungsumlenkung um ungefähr 90° zu einer weiteren Vermischung von Abgas A und in diesem bereits aufgenommenen Reaktionsmittel R. Somit wird gewährleistet, dass ein im Wesentlichen gleichmäßig mit Reaktionsmittel R durchmischtes Abgas A beispielsweise durch ein Übergangsgehäuse 52 hindurch in die stromabwärtige Abgasbehandlungsanordnung 14 einströmt und somit in diese über deren Querschnitt verteilt im Wesentlichen gleichmäßig mit dem darin vorgesehenen katalytisch wirksamen Material zur Durchführung der vorgesehenen Abgasreinigungsfunktion in Wechselwirkung treten kann.
Es ist darauf hinzuweisen, dass an der vorangehend anhand eines Ausgestaltungsbeispiels dargestellten Mischsektion verschiedene Variationen vorgenommen werden können. So könnten beispielsweise mehr als die drei dargestellten Reaktionsmittel-Auffangelementen vorgesehen sein. Auch könnten bei der Abfolge von Reaktionsmittel-Auffangelemente beispielsweise zwei einander unmittelbar benachbarte Reaktionsmittel-Auffangelemente mit gleich großen Reaktionsmittel-Auffangflächen ausgebildet sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass in Bezug auf die vorangehend erläuterte Orientierung verschiedener Komponenten bzw. Ausgestaltungsaspekte beispielsweise orthogonal oder parallel zueinander die jeweiligen Orientierungen geringfügig von einer jeweils exakten parallelen oder orthogonalen Orientierung abweichen können, ohne dass dies zu einer Beeinträchtigung der durch die Wechselwirkung der verschiedenen Systembereiche herbeizuführenden Durchmischung von Abgas und Reaktionsmittel führt.

Claims

Mischsektion für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zur Durchmischung von Abgas (A) und Reaktionsmittel (R), umfassend:
- ein eine Mischkammer (20) umgrenzendes Mischsektionsgehäuse (22) mit einem Gehäuseboden (28), wobei in dem Gehäuseboden (28) wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂) zum Eintritt von Abgas (A) in die Mischkammer (20) vorgesehen ist,

- eine Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) zur Abgabe von Reaktionsmittel (R) in die Mischkammer (20) im Wesentlichen in einer Haupt-Abgaberichtung (H),

- eine Reaktionsmittel-Auffanganordnung (42) zum Auffangen von in die Mischkammer (20) abgegebenem Reaktionsmittel (R), wobei die Reaktionsmittel- Auffanganordnung (42) eine Mehrzahl von in der Haupt-Abgaberichtung (H) aufeinander folgenden Reaktionsmittel-Auffangelementen (44₁, 44₂, 44₃) umfasst, wobei jedes Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃) eine der Reaktionsmittelabgabeeinheit zugewandt positionierte Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₁, 46₂, 46₃) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃) eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen (48₁, 48₂, 48₃) ausgebildet ist.
Mischsektion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃), vorzugsweise jedes Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃), plattenartig ausgebildet ist und eine im Wesentlichen ebene Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₁, 46₂, 46₃) aufweist, oder/und dass in jedem Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃) eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen (48₁, 48₂, 48₃) ausgebildet ist.
Mischsektion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃), vorzugsweise jedem Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃), die Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₁, 46₂, 46₃) zur Haupt-Abgaberichtung (H) im Wesentlichen orthogonal orientiert ist oder/und zu einer Öffnungsmittenachse (M₁, M₂) der wenigstens einen Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂) im Wesentlichen parallel orientiert ist, oder/und dass wenigstens zwei Reaktionsmittel-Auffangflächen (46₁, 46₂, 46₃), vorzugsweise alle Reaktionsmittel-Auffangflächen (46₁, 46₂, 46₃), zueinander im Wesentlichen parallel sind.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen (44₁, 44₂, 44₃), vorzugsweise allen einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen (44₁, 44₂, 44₃), die Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₁, 46₂) des näher an der Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements (44₁, 44₂) kleiner ist als die Reaktionsmittel-Auffangfläche(46₂, 46₃) des von der Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) weiter entfernt positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements (44₂, 44₃).
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen (44₁, 44₂, 44₃), vorzugsweise allen einander unmittelbar benachbarten Reaktionsmittel-Auffangelementen (44₁, 44₂, 44₃), die Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₁, 46₂) des näher an der Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements (44₁, 44₂) quer zur Haupt-Abgaberichtung (H) im Wesentlichen vollständig von der Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₂, 46₃) des von der Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) weiter entfernt positionierten Reaktionsmittel-Auffangelements (44₂, 44₃) überlappt ist.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe der Reaktionsmittel-Auffangflächen (46₁, 46₂, 46₃) der Reaktionsmittel-Auffangelemente (44₁, 44₂, 44₃) in der Haupt-Abgaberichtung (H) zunimmt.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgabeort (O) der Reaktionsmittelabgabeeinheit (18) in wenigstens einer Richtung quer zur Haupt-Abgaberichtung (H) im Wesentlichen zentral bezüglich einer Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung (H) positioniert ist.
Mischsektion nach Anspruch 6 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangskontur der Reaktionsmittel-Auffanganordnung (42) im Wesentlichen einer Außenumfangskontur des Reaktionsmittel-Auffangelements (44₃) mit der größten Reaktionsmittel-Auffangfläche (46₃) entspricht.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂) , vorzugsweise jede Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂), in Richtung einer zur Haupt-Abgaberichtung (H) vorzugsweise im Wesentlichen parallelen Öffnungslängsachse (L₁, L₂) langgestreckt ist, vorzugsweise wobei in dem Gehäuseboden (28) wenigstens zwei in Richtung einer jeweiligen Öffnungslängsachse (L₁, L₂) langgestreckte Abgaseintrittsöffnungen (34₁, 34₂) mit zueinander im Wesentlichen parallelen Öffnungslängsachsen (L₁, L₂) und einander in Richtung der Öffnungslängsachsen (L₁, L₂) wenigstens teilweise, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, überlappend vorgesehen sind.
Mischsektion nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsmittel-Auffangelemente (44, 44₂, 44₃) an dem Gehäuseboden (28) zwischen den wenigstens zwei Abgaseintrittsöffnungen (34₁, 34₂) getragen sind.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃) , vorzugsweise jedes Reaktionsmittel-Auffangelement (44₁, 44₂, 44₃), quer zur Haupt-Abgaberichtung (H) sich wenigstens teilweise über wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung (34₂) erstreckt, vorzugsweise wobei alle Reaktionsmittel-Auffangelemente (44₁, 44₂, 44₃) quer zur Haupt-Abgaberichtung (H) sich wenigstens teilweise über die selbe Abgaseintrittsöffnung (34₂) erstrecken.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischsektionsgehäuse (22) eine dem Gehäuseboden (28) gegenüberliegende Abgas-Umlenkwand (38) mit einer der Mischkammer (20) zugewandten, konkaven Umlenk-Innenoberfläche (40) aufweist.
Mischsektion nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenk-Innenoberfläche (40) einen Scheitelbereich (S) mit maximalem Abstand zum Gehäuseboden (28) aufweist, und dass eine im Wesentlichen senkrechte Projektion des Scheitelbereichs (S) auf den Gehäuseboden (28) zwischen zwei Abgaseintrittsöffnungen (34₁, 34₂) liegt.
Mischsektion nach Anspruch 9 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelbereich (S) in Richtung der Öffnungslängsachse (L₁, L₂) der wenigstens einen Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂) oder/und in der Haupt-Abgaberichtung (H) langgestreckt ist.
Mischsektion nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischsektionsgehäuse (22) eine Abgasaustrittsöffnung (50) aufweist, wobei eine Haupt-Einströmrichtung (E₁, E₂) von die wenigstens eine Abgaseintrittsöffnung (34₁, 34₂) durchströmendem Abgas (A) im Wesentlichen orthogonal zu einer Haupt-Ausströmrichtung von die Abgasaustrittsöffnung (50) durchströmendem Abgas (A) oder/und Reaktionsmittel (R) ist.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Mischsektion (16) nach einem der Ansprüche 1-15.
Abgasanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Mischsektion (16) wenigstens eine Abgasbehandlungsanordnung (12), vorzugsweise umfassend einen Oxidationskatalysator oder/und einen Partikelfilter, angeordnet ist, oder/und dass stromabwärts der Mischsektion (16) wenigstens eine Abgasbehandlungsanordnung (14), vorzugsweise umfassend einen SCR-Katalysator, angeordnet ist.