用于后處理排氣的混合裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于后處理排氣的混合裝置，具體而言，涉及一種用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置，該混合裝置包括帶有具有進(jìn)口截面的進(jìn)入開口的殼體和布置在殼體之內(nèi)的內(nèi)管，該內(nèi)管帶有構(gòu)造在內(nèi)管的內(nèi)部中的混合區(qū)域，其中，在殼體的端側(cè)處布置有配量裝置以用于供應(yīng)液體和/或液體－氣體混合物，且其中，內(nèi)管在其周面處具有通路開口，通過該通路開口可將排氣導(dǎo)入到混合區(qū)域中。殼體在此具有螺旋狀的殼體區(qū)段，其中，該螺旋狀的殼體區(qū)段至少沿著所有的通路開口延伸。此外，本發(fā)明提供一種用于在使用上述混合裝置的情況下混合排氣與液體和/或液體－氣體混合物的方法。
【專利說明】用于后處理排氣的混合裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置，該混合裝置包括帶有具有進(jìn)口截面的進(jìn)入開口和布置在殼體之內(nèi)的內(nèi)管，該內(nèi)管帶有構(gòu)造在內(nèi)管的內(nèi)部中的混合區(qū)域，其中，在殼體的端側(cè)處布置有配量裝置以用于供應(yīng)液體和/或液體一氣體混合物。在此，內(nèi)管在其周面處具有通路開口(ZutrittsSfTnung),可穿過該通路開口將排氣導(dǎo)入到混合區(qū)域中。此外，本發(fā)明涉及一種用于在使用這樣的混合裝置的情況下混合排氣與液體和/或液體一氣體混合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]通常已知的是將水解催化凈化器(Hydrolysekatalysator)使用來用于降低尤其機(jī)動(dòng)車的排氣流中的氮氧化物。在例如以SCR催化凈化器執(zhí)行的選擇性催化還原(SCR)的領(lǐng)域內(nèi)將起還原作用的物質(zhì)(例如氨)或僅在排氣中釋放還原物質(zhì)的初級(jí)產(chǎn)品(例如含水的脲溶液)直接輸送給排氣流。在此通常將初級(jí)產(chǎn)品在SCR催化凈化器之前噴入到排氣流中。
[0003]此外為了最小化機(jī)動(dòng)車中的細(xì)顆粒物的排放通常使用所謂的顆粒過濾器。在此排氣通常流過過濾介質(zhì)。在此可發(fā)生顆粒過濾器的“阻塞”且因此導(dǎo)致排氣背壓的升高。這又負(fù)面地影響內(nèi)燃機(jī)的燃料消耗和馬達(dá)功率。因此通常執(zhí)行顆粒過濾器再生，其尤其通過主動(dòng)提高排氣流的排氣溫度來實(shí)現(xiàn)，然后將該排氣流供應(yīng)給顆粒過濾器。在此，為了加熱排氣流，通常在顆粒過濾器上游為排氣流添加碳?xì)浠衔?。緊接著將該混合物輸送給HC —氧化催化器，其活性成分與碳?xì)浠衔锿ㄟ^放熱反應(yīng)產(chǎn)生升溫的排氣流。該熱的排氣流流至顆粒過濾器，在其中，裝入在顆粒過濾器中的含碳的炭黑顆粒被轉(zhuǎn)化成CO、CO2, N2以及NO，由此使顆粒過濾器再生。
[0004]在此將相應(yīng)待引入到排氣中的、一般以液態(tài)的形式存在的物質(zhì)通常經(jīng)由配量裝置的噴嘴噴入到排氣流中。為了獲得盡可能高的效率，在此尤其均勻地分布被引入到排氣中的液體是非常重要的。
[0005]例如在文件DE 42 03 807 Al中公開了開頭所提及的形式的混合裝置。在其中示出了構(gòu)造為用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置的布置方案，其使得能夠在進(jìn)入到水解催化凈化器中之前混勻排氣與脲溶液。為此在殼體中布置有設(shè)計(jì)為內(nèi)管的錐形的導(dǎo)向板。導(dǎo)向板具有多個(gè)鉆孔作為到構(gòu)造在導(dǎo)向板之內(nèi)的混合區(qū)域中的通路開口。在殼體處在端側(cè)布置有構(gòu)造為壓力霧化器噴嘴的配量裝置，經(jīng)由該配量裝置將脲溶液作為噴灑物輸送到混合區(qū)域中。排氣經(jīng)由進(jìn)入開口被引入到殼體中且通過導(dǎo)向板的鉆孔流到混合區(qū)域中，在該混合區(qū)域中排氣與噴灑物混合。然而在此不利的是在周向方向上來看由經(jīng)過鉆孔引入的排氣作用不同強(qiáng)度的力到所引入的噴灑物上，這導(dǎo)致噴灑物的偏轉(zhuǎn)且由此導(dǎo)致噴灑物的不對(duì)稱的擴(kuò)散。因此噴灑物與脲未均勻地混合。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的第一目的在于提供一種混合裝置，該混合裝置獨(dú)立地或僅在很小地影響流入的排氣體積流的情況下保證盡可能均勻地混合液體和/或液體一氣體混合物與排氣。此外本發(fā)明的第二目的在于提供一種用于盡可能均勻地混合液體和/或液體一氣體混合物與排氣的方法。
[0007]第一目的通過用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置來實(shí)現(xiàn)，該混合裝置包括帶有具有進(jìn)口截面的進(jìn)入開口的殼體和布置在殼體之內(nèi)的內(nèi)管，該內(nèi)管帶有構(gòu)造在內(nèi)管的內(nèi)部中的混合區(qū)域，其中，在殼體的端側(cè)處布置有用于供應(yīng)液體和/或液體一氣體混合物的配量裝置，且其中，內(nèi)管在其周面處具有通路開口，通過該通路開口可將排氣導(dǎo)入到混合區(qū)域中。在此，殼體具有螺旋狀的殼體區(qū)段，其中，螺旋狀的殼體區(qū)段至少沿著內(nèi)管的所有的通路開口延伸。
[0008]在此在第一步中，本發(fā)明基于以下考慮，即為了均勻地混合尤其以噴灑物的形式引入的液體和/或引入的液體一氣體混合物與排氣而需要噴灑物在混合區(qū)域中均勻的擴(kuò)散。在第二步中，本發(fā)明基于以下考慮，即為了將噴灑物均勻地?cái)U(kuò)散到混合區(qū)域上在圍繞噴灑物的中間的主流動(dòng)軸線的周向方向上必須存在均勻的流動(dòng)力。換句話說必須在周向方向上存在均勻的流動(dòng)和壓力情況。因此本發(fā)明設(shè)置成殼體具有螺旋狀的殼體區(qū)段，該殼體區(qū)段至少沿著內(nèi)管的所有的通路開口延伸。通過該螺旋形狀來保證在處在外部的周面處沿著內(nèi)管的設(shè)有通路開口的區(qū)段存在近似相同的流動(dòng)和壓力情況，從而尤其在周向方向上來看實(shí)現(xiàn)將排氣經(jīng)由通路開口均勻地輸送到混合區(qū)域中且可在混合區(qū)域中形成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流動(dòng)情況。
[0009]殼體的進(jìn)入開口尤其用于將排氣輸送到殼體中。作為基體，內(nèi)管尤其具有帶有圓形的、橢圓形的、矩形的或多邊形的截面的伸長的空心體。在內(nèi)管內(nèi)構(gòu)造有混合區(qū)域，在該混合區(qū)域中排氣與經(jīng)由配量裝置供應(yīng)的液體和/或液體一氣體混合物相混合。該液體尤其包含脲和/或碳?xì)浠衔铩?br> [0010]螺旋狀的殼體區(qū)段尤其朝內(nèi)管且在周向方向上沿著內(nèi)管引導(dǎo)經(jīng)過進(jìn)入開口流入的排氣。由于螺旋形狀在該殼體區(qū)段中在周向方向上在殼體壁與內(nèi)管的周面之間出現(xiàn)體積縮小且通過該螺旋形狀將一定的渦旋傳給流經(jīng)螺旋狀的殼體區(qū)段的排氣流。在此該螺旋狀的殼體區(qū)段至少沿著所有的通路開口延伸，即內(nèi)管的所有的通路開口布置在該殼體區(qū)段之內(nèi)。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)，即由此提供一種混合裝置，其獨(dú)立地或僅在很小地影響流入的排氣體積流的情況下保證盡可能均勻地混合液體和/或液體一氣體混合物與排氣。通過沿著通路開口延伸的螺旋狀的殼體區(qū)段在處在外部的周面處來調(diào)節(jié)近似相同的流動(dòng)和壓力情況，從而尤其在周向方向上看實(shí)現(xiàn)將排氣經(jīng)由通路開口均勻地輸送到混合區(qū)域中且可混合區(qū)域中形成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流動(dòng)情況。
[0012]從軸向方向流進(jìn)到殼體中的排氣(其在殼體之內(nèi)沿軸向流至背對(duì)配量裝置的軸向的端部)可至少短時(shí)積聚在殼體的該端部區(qū)域中，由此穿過處在該區(qū)域中的通路開口的排氣體積流大于流過更靠近配量裝置的區(qū)域的通路開口的排氣體積流。然而為了獲得盡可能相同大小的排氣體積流，由通路開口形成的通道截面有利地朝內(nèi)管的背對(duì)配量裝置的軸向的端部逐漸減小。在此通道截面為這樣的截面，其由于用于進(jìn)入到混合區(qū)域中的通路開口而提供排氣。該通道截面可朝背對(duì)配量裝置的端部例如持續(xù)地減小。但該通道截面還可朝背對(duì)配量裝置的端部尤其局部地減小。換句話說，在靠近配量裝置的區(qū)域中的通道截面大于在離配量裝置更遠(yuǎn)的區(qū)域中的通道截面。在此各個(gè)區(qū)域彼此基本上大小相同。區(qū)域由內(nèi)管的所限定的周緣面形成，其中，該周緣面由實(shí)心材料的面和通路開口的截面的總和得出。即在靠近配量裝置的區(qū)域中實(shí)心材料的面相對(duì)于通路開口的截面的比小于在離配量裝置更遠(yuǎn)的區(qū)域中實(shí)心材料的面相對(duì)于通路開口的截面的比。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)減小通道截面，適宜地朝內(nèi)管的背對(duì)配量裝置的軸向的端部至少局部地減小通路開口的數(shù)量。由此可以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)朝內(nèi)管的背對(duì)配量裝置的軸向的端部減小由通路開口形成的通道截面。由此尤其在排氣從軸向方向流進(jìn)到殼體中時(shí)實(shí)現(xiàn)流到內(nèi)管中的排氣沿著內(nèi)管的設(shè)有通路開口的整個(gè)區(qū)段盡可能均勻地流到混合區(qū)域中。為此相鄰的兩個(gè)通路開口的間距在軸向方向上和/或在周向方向上朝內(nèi)管的背對(duì)配量裝置的軸向的端部增大。在此通路開口的數(shù)量可朝背對(duì)配量裝置的端部持續(xù)減小。但通路開口的數(shù)量還可朝背對(duì)配量裝置的端部局部地減小。換句話說，在此在遠(yuǎn)離配量裝置的區(qū)域中的通路開口的數(shù)量小于在更靠近配量裝置的區(qū)域中的通路開口的數(shù)量。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)減小通道截面，通路開口的截面朝背對(duì)配量裝置的軸向的端部有利地至少局部地減小。在此各個(gè)通路開口的截面可朝背對(duì)配量裝置的端部持續(xù)地減小。但各個(gè)通路開口的截面還可朝背對(duì)配量裝置的端部局部地減小。即在遠(yuǎn)離配量裝置的區(qū)域中的各個(gè)通路開口的截面小于在更靠近配量裝置的區(qū)域中的各個(gè)通路開口的截面。
[0015]在一有利的實(shí)施形式中，排氣導(dǎo)入管至少部分地延伸到殼體中，其中，排氣導(dǎo)入管的縱向中軸線和內(nèi)管的縱向中軸線基本上彼此平行地取向。經(jīng)由這樣的排氣導(dǎo)入管可將排氣有針對(duì)性地輸送至在殼體之內(nèi)的確定的區(qū)域。在此排氣導(dǎo)入管經(jīng)由進(jìn)入開口延伸到殼體中，即排氣導(dǎo)入管通過進(jìn)入開口被引導(dǎo)到殼體中。在此排氣導(dǎo)入管尤其構(gòu)造成圓柱形或錐形。在圓形的進(jìn)入開口的情況下，排氣導(dǎo)入管在進(jìn)入開口的區(qū)域中的外徑基本上相應(yīng)于進(jìn)入開口的直徑。
[0016]有利地，排氣導(dǎo)入管在殼體之內(nèi)至少沿著螺旋狀的殼體區(qū)段延伸，其中，排氣導(dǎo)入管在沿著螺旋狀的殼體區(qū)段延伸的周緣面處具有排出開口。輸送給排氣導(dǎo)入管的排氣流尤其可通過這些排出開口流到螺旋狀的殼體區(qū)段中。排出開口尤其完全布置在排氣導(dǎo)入管的周緣面處且例如具有圓形或切口狀的幾何形狀。由此還可使尤其從軸向方向輸送給排氣導(dǎo)入管的排氣流在從排氣導(dǎo)入管通過排出開口流出時(shí)“換向”到徑向方向上或給予該排氣流至少一個(gè)徑向的速度分量。由此進(jìn)一步有助于排氣沿著排氣導(dǎo)入管的設(shè)有排出開口的整個(gè)區(qū)段盡可能均勻地流到螺旋狀的殼體區(qū)段中。
[0017]因?yàn)榱魅氲脚艢鈱?dǎo)入管中的排氣可至少短時(shí)積聚在排氣導(dǎo)入管的背對(duì)進(jìn)入開口的軸向的端部處且由此來自處在該區(qū)域中的排出開口的排氣體積流可大于來自更靠近進(jìn)入開口的區(qū)域的排出開口的排氣體積流，所以優(yōu)選地排出開口的數(shù)量朝排氣導(dǎo)入管的背對(duì)進(jìn)入開口的軸向的端部至少局部地減小。因此實(shí)現(xiàn)流進(jìn)到排氣導(dǎo)入管中的排氣沿著排氣導(dǎo)入管的設(shè)有排出開口的整個(gè)區(qū)段盡可能均勻地流到螺旋狀的殼體區(qū)段中。為此，相鄰的兩個(gè)排出開口的間距在軸向方向上和/或在周向方向上朝排氣導(dǎo)入管的背對(duì)進(jìn)入開口的軸向的端部逐漸增大。在此排出開口的數(shù)量可朝背對(duì)進(jìn)入開口的端部持續(xù)地減小。但排出開口的數(shù)量還可朝背對(duì)進(jìn)入開口的端部局部地減小。換句話說，在此在遠(yuǎn)離配量裝置的區(qū)域中的排出開口的數(shù)量小于在更靠近配量裝置的區(qū)域中的通路開口的數(shù)量。在此各個(gè)區(qū)域彼此基本上大小相同。區(qū)域由排氣導(dǎo)入管的所限定的周緣面形成，其中，該周緣面由實(shí)心材料的面和排出開口的截面的總和得出。即在靠近配量裝置的區(qū)域中實(shí)心材料的面相對(duì)于排出開口的截面的比小于在離配量裝置更遠(yuǎn)的區(qū)域中實(shí)心材料的面相對(duì)于排出開口的截面的比。
[0018]備選地或除了減小排出開口的數(shù)量之外，各個(gè)排出開口的截面優(yōu)選朝背對(duì)配量裝置的端部持續(xù)地減小。但各個(gè)排出開口的截面還可朝背對(duì)配量裝置的端部局部地減小。即在遠(yuǎn)離配量裝置的區(qū)域中的各個(gè)排出開口的截面小于在更靠近配量裝置的區(qū)域中的各個(gè)排出開口的截面。
[0019]適宜地，內(nèi)管構(gòu)造成圓柱形或錐形。根據(jù)所使用的配量裝置和液體和/或液體一氣體混合物的與此相關(guān)的擴(kuò)散，這種形狀進(jìn)一步正面地影響液體和/或液體一氣體混合物在混合區(qū)域中的均勻的擴(kuò)散。在錐形的內(nèi)管的情況下，內(nèi)管的直徑朝背對(duì)配量裝置的端部放大。
[0020]通路開口有利地設(shè)有排氣導(dǎo)引元件，其從周面的主延伸部伸出。這些排氣導(dǎo)引元件尤其一方面用來引導(dǎo)排氣的流動(dòng)且另一方面該導(dǎo)引元件防止液體和/或液體一氣體混合物從混合區(qū)域中流出。此外通過排氣導(dǎo)引元件將渦旋傳給流過通路開口的子排氣流和/或增強(qiáng)由螺旋狀的殼體區(qū)段引起的渦旋運(yùn)動(dòng)。排氣導(dǎo)引元件的幾何形狀可選擇成與相應(yīng)的個(gè)別情況相匹配且可尤其取決于所引入的液體和/或所引入的液體一氣體混合物在混合區(qū)域中的擴(kuò)散特性以及所出現(xiàn)的排氣體積流來選擇。
[0021]在此排氣導(dǎo)引元件適宜地至少延伸到混合區(qū)域中。但此外還可在通路開口處附加地設(shè)置有延伸到在內(nèi)管的周面與殼體壁之間的間隙中的排氣導(dǎo)引元件。優(yōu)選地，排氣導(dǎo)引元件或兩個(gè)排氣導(dǎo)引元件如此成形使得其從內(nèi)管的縱向中軸線沿徑向向外來看看不透地“封閉”通路開口，也就是說從縱向中軸線且垂直于其沿徑向向外行進(jìn)的(虛擬的)射束可盡可能地穿透通路開口。
[0022]有利地，排氣導(dǎo)引元件一件式地構(gòu)造在內(nèi)管的周面處。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單且成本有利的制造。
[0023]在一有利的實(shí)施形式中，排氣導(dǎo)引元件的開口軸線到內(nèi)管的伸延通過排氣導(dǎo)引元件的通路開口的中心縱向平面上的投影與內(nèi)管的縱向中軸線圍成從5°至90°的傾角，優(yōu)選地從30°至50°的傾角，特別優(yōu)選地從35°至40°的傾角。在排氣導(dǎo)引元件在這樣的角度下傾斜時(shí)可尤其特別有效地阻止液體和/或液體一氣體混合物從混合區(qū)域中的排出。在此中心縱向平面一方面伸延通過相應(yīng)的通路開口的中心且另一方面伸延通過內(nèi)管的縱向中軸線且沿著該縱向中軸線延伸。換句話說，該傾角為這樣的角，即排氣導(dǎo)引元件從內(nèi)管的基本周面(即從沒有考慮排氣導(dǎo)引元件的周面)伸出的角度。
[0024]適宜地，排氣導(dǎo)引元件的開口軸線與內(nèi)管的伸延通過排氣導(dǎo)引元件的通路開口的中心縱向平面圍成從0°至90°的取向角，優(yōu)選地從10°至90°的取向角，特別優(yōu)選地從20°至90°的取向角。在此中心縱向平面一方面伸延通過相應(yīng)的通路開口的中心且另一方面伸延通過內(nèi)管的縱向中軸線且沿著該縱向中軸線延伸。換句話說，取向角說明了這樣的角度，即通路開口從在內(nèi)管的縱向中軸線的方向上取向的走向“轉(zhuǎn)出”了該角度。在排氣導(dǎo)引元件根據(jù)小于90°的取向角取向時(shí)，排氣導(dǎo)引元件引起子排氣流部分地朝主噴射方向換向。由此來尤其實(shí)現(xiàn)從螺旋狀的殼體區(qū)段流入的排氣通過通路開口和布置在其處的排氣導(dǎo)引元件被換向到子排氣流中，該子排氣流具有一定的在配量裝置的主噴射方向上伸延的速度分量，這又有助于液體和/或液體一氣體混合物與排氣的均勻的混合。
[0025]在一適宜的實(shí)施形式中，配量裝置布置成同軸于內(nèi)管的縱向中軸線。由此能夠?qū)崿F(xiàn)居中地配料到混合區(qū)域中，這進(jìn)一步正面地影響液體和/或液體一氣體混合物的均勻的擴(kuò)散且因此影響與排氣的均勻的混合。
[0026]有利地，由通路開口形成的通道截面相應(yīng)于進(jìn)入開口的進(jìn)口截面的80%至300%優(yōu)選地90%至250%。進(jìn)口截面相對(duì)于通道截面的這樣的比進(jìn)一步正面地影響排氣均勻地流入到混合區(qū)域中。
[0027]優(yōu)選地，內(nèi)管的周面除了通路開口之外尤其在螺旋狀的殼體區(qū)段的軸向的端部的區(qū)域中具有至少部分地環(huán)繞的環(huán)形間隙，該環(huán)形間隙用作用于排氣的“旁路”形式。在此在環(huán)形間隙的區(qū)域中可可選地布置有導(dǎo)引元件，其引起流過環(huán)形間隙的子排氣流至少部分地?fù)Q向到配量裝置的主噴射方向上。
[0028]優(yōu)選地，內(nèi)管如此布置在螺旋狀的殼體區(qū)段中，即在周向方向上在內(nèi)管與殼體壁之間始終構(gòu)造有取決于螺旋形狀的走向的間距。由此在內(nèi)管與殼體壁之間在周向方向上看始終存在間隙且未形成流進(jìn)的排氣積聚在其處的“死巷”。這進(jìn)一步正面地有助于通過螺旋狀的殼體區(qū)段的均勻的流動(dòng)走向。
[0029]第二目的通過一種用于在使用上述的混合裝置的情況下混合排氣與液體和/或液體一氣體混合物的方法來實(shí)現(xiàn)。
[0030]利用該方法來獨(dú)立地或僅在很小地影響流入的排氣體積流的情況下實(shí)現(xiàn)盡可能均勻地混合液體和/或液體一氣體混合物與排氣。通過使排氣經(jīng)由沿著內(nèi)管的通路開口伸延的螺旋狀的殼體區(qū)段流入來在內(nèi)管的處在外部的周面處調(diào)節(jié)近似相同的流動(dòng)和壓力情況，從而尤其在周向方向上來看實(shí)現(xiàn)將排氣經(jīng)由通路開口均勻地輸送到混合區(qū)域中且可在混合區(qū)域中形成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流動(dòng)情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。其中:
圖1顯示了混合裝置的示意性的圖示，
圖2在根據(jù)剖面線A — A的示意性的縱剖面圖示中顯示了圖1的混合裝置，
圖3在根據(jù)剖面線B — B的示意性的截面圖示中顯示了圖2的混合裝置，
圖4在示意性的圖示中顯示了備選的實(shí)施形式的螺旋狀的殼體區(qū)段，
圖5在示意性的圖示中顯示了在另一實(shí)施形式中的內(nèi)管，
圖6在根據(jù)剖面線E — E的示意性的縱剖面圖示中顯示了圖5的內(nèi)管的放大的剖面， 圖7在示意性的縱剖面圖示中顯示了排氣導(dǎo)引元件的不同的實(shí)施形式，
圖8在示意性的縱剖面圖示中顯示了在備選的實(shí)施形式中的混合裝置，
圖9a — 9c在放大的剖面C的示意性的縱剖面圖示中顯示了圖8的導(dǎo)引元件和內(nèi)管的不同的實(shí)施形式。
[0032]參考標(biāo)號(hào)列表 2混合裝置
4殼體 6內(nèi)管
8混合區(qū)域
10配量裝置
12噴嘴
14噴灑物
16周面
18通路開口
20排氣導(dǎo)引元件
22螺旋狀的殼體區(qū)段
24進(jìn)入開口
26排氣導(dǎo)入管
28排出開口
30周緣面
32排氣合流
34噴灑物一氣體混合物
36開口軸線
38中心縱向平面
40旁路通道
42導(dǎo)引元件
44端部區(qū)域
46內(nèi)壁
Vl變型方案I
V2變型方案2
V3變型方案3
α取向角
β傾角
s間距。
[0033]具體實(shí)施形式
在圖1中以示意性的圖示示出了一種用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置2。在此，混合裝置2在流動(dòng)技術(shù)方面置于SCR催化凈化器上游。混合裝置2包括殼體4和布置在殼體4內(nèi)的圓柱形的內(nèi)管6。在內(nèi)管6的內(nèi)部中構(gòu)造有混合區(qū)域8。
[0034]圖2在根據(jù)剖面線A — A的示意性的縱剖面圖示中顯示了圖1的混合裝置2。在此又可識(shí)別出布置在殼體4中的、帶有構(gòu)造在其內(nèi)部中的混合區(qū)域8的內(nèi)管6。同軸于內(nèi)管6的縱向中軸線將配量裝置10安裝在殼體4的端側(cè)處。配量裝置10用來經(jīng)由噴嘴12以噴灑物14形式將液體一氣體混合物供應(yīng)到混合區(qū)域8中。液體在此為脲溶液。
[0035]內(nèi)管6在其周面16處具有通路開口 18，通過該通路開口可將排氣導(dǎo)入到混合區(qū)域
8中。通路開口 18設(shè)有從周面16的主延伸部伸出的排氣導(dǎo)引元件20。該排氣導(dǎo)引元件20尤其一方面用來引導(dǎo)排氣的流動(dòng)且另一方面該排氣導(dǎo)引元件用來防止噴灑物14從混合區(qū)域8中排出。在此，排氣導(dǎo)引元件20—件式地構(gòu)造在內(nèi)管6的周面16處，這使得實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且成本有利地制造。
[0036]通路開口 18的數(shù)量在此朝內(nèi)管6的背對(duì)配量裝置10的軸向的端部持續(xù)地減小。為此相鄰的兩個(gè)通路開口 18的間距在軸向方向上且在周向方向上朝內(nèi)管6的背對(duì)配量裝置10的軸向的端部增大。由此實(shí)現(xiàn)由通路開口 18形成的通道截面朝內(nèi)管6的背對(duì)配量裝置10的軸向的端部的減小。此外可在圖2中識(shí)別出通路開口 18 “轉(zhuǎn)出”了在內(nèi)管6的縱向中軸線的方向上取向的走向(Verlauf)。
[0037]此外，殼體4包括螺旋狀的殼體區(qū)段22，其沿著內(nèi)管6的所有的通路開口 18延伸，即內(nèi)管6的所有的通路開口 18布置在該螺旋狀的殼體區(qū)段22內(nèi)。
[0038]構(gòu)造成圓柱形的排氣導(dǎo)入管26經(jīng)由進(jìn)入開口 24延伸到殼體4中。換句話說將排氣導(dǎo)入管26穿過進(jìn)入開口 24引導(dǎo)到殼體4中。為此排氣導(dǎo)入管26的外徑基本上相應(yīng)于進(jìn)入開口 24的直徑。排氣導(dǎo)入管26的縱向中軸線和內(nèi)管6的縱向中軸線彼此平行地取向且排氣導(dǎo)入管26沿軸向沿著整個(gè)螺旋狀的殼體區(qū)段22延伸。此外排氣導(dǎo)入管26沿著螺旋狀的殼體區(qū)段22具有排出開口 28。排出開口 28完全布置在排氣導(dǎo)入管26的周緣面30處且具有圓形的幾何形狀。
[0039]在運(yùn)行中，輸送給混合裝置2的排氣合流32首先經(jīng)由排氣導(dǎo)入管26在朝殼體4的方向上流動(dòng)且在此經(jīng)由排出開口 28流到螺旋狀的殼體區(qū)段22中。因此使排氣合流32在從排氣導(dǎo)入管26通過排出開口 28流出時(shí)從軸向方向“換向”到徑向方向上或者給予該排氣合流至少徑向的速度分量。此外將排氣合流32沿著排氣導(dǎo)入管26的設(shè)有排出開口 28的整個(gè)區(qū)段相對(duì)均勻地輸送給螺旋狀的殼體區(qū)段22。
[0040]通過使螺旋狀的殼體區(qū)段22沿著所有的排出開口 28且尤其沿著所有的通路開口18延伸來保證在內(nèi)管6的周面16處沿著設(shè)有通路開口 18的區(qū)段存在近似相同的流動(dòng)和壓力情況。由此實(shí)現(xiàn)尤其在周向方向上來看將子排氣流經(jīng)由通路開口 18均勻地輸送到混合區(qū)域8中且可在混合區(qū)域8中形成旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流動(dòng)情況。由此可使噴灑物14在混合區(qū)域8中均勻地?cái)U(kuò)散，因?yàn)橛绕湓谥芟蚍较蛏蠂@噴灑物14的中間的主流動(dòng)軸線(其在這樣的布置的情況下基本上相應(yīng)于內(nèi)管6的縱向中軸線)存在近似均勻的流動(dòng)和壓力情況。這引起噴灑物14與經(jīng)由通路開口 18以子排氣流形式輸送的排氣的均勻的混合。
[0041]因?yàn)閺妮S向方向流進(jìn)到排氣導(dǎo)入管26中的排氣合流32(其沿軸向流至背對(duì)配量裝置10的軸向的端部)可至少短時(shí)積聚在排氣導(dǎo)入管26的端部區(qū)域中，所以流過處在該區(qū)域中的排出開口 28的排氣體積流至少短時(shí)大于流過更靠近配量裝置的區(qū)域的排出開口28的排氣體積流。
[0042]然而通過通路開口 18的數(shù)量朝內(nèi)管6的背對(duì)配量裝置10的軸向的端部的持續(xù)的減小來實(shí)現(xiàn)流到內(nèi)管6中的排氣同樣沿軸向沿著設(shè)有通路開口 18的整個(gè)區(qū)段極其均勻地流到混合區(qū)域8中。這進(jìn)一步正面地影響在混合區(qū)域8中的均勻的流動(dòng)和壓力情況且因此影響噴灑物14與排氣的均勻的混合。
[0043]此外，通過通路開口 18和由此尤其相應(yīng)的排氣導(dǎo)引元件20的所示出的取向部分地引起流過通路開口 18的子排氣流朝噴灑物14的主噴射方向的換向。尤其在靠近配量裝置的區(qū)域中偏轉(zhuǎn)的子排氣流因此獲得一定的在配量裝置10的主噴射方向上延伸的速度分量。這附加地有助于噴灑物14與排氣的均勻的混合，因?yàn)橛绕湓诳拷淞垦b置的區(qū)域中未發(fā)生或僅發(fā)生噴灑物14的非常小的偏轉(zhuǎn)。[0044]因此均勻混合的噴灑物-排氣混合物從內(nèi)管6且最終從殼體4在軸向方向上流入SCR催化凈化器。
[0045]圖3在根據(jù)剖面線B — B的示意性的截面圖示中顯示了圖2的混合裝置。在此尤其可識(shí)別出內(nèi)管6布置在螺旋狀的殼體區(qū)段22中。由于在內(nèi)管6與殼體壁之間的間隙的通過螺旋形狀在周向方向上引起的體積縮小而有助于在內(nèi)管6的處在外部的周面16處沿周向存在近似相同的壓力和流動(dòng)情況，由此可實(shí)現(xiàn)盡可能均勻地將排氣輸送到混合區(qū)域8中。
[0046]在圖4中以示意性的圖示示出了一備選的實(shí)施形式的螺旋狀的殼體區(qū)段22。在此可識(shí)別出內(nèi)管6如此布置在螺旋狀的殼體區(qū)段22中，即在周向方向上在內(nèi)管6與殼體壁之間始終構(gòu)造有取決于螺旋形狀的走向的間距S。由此在內(nèi)管6與殼體壁之間在周向方向上來看始終存在間隙且未形成流入的排氣可積聚在其處的“死巷”。這進(jìn)一步正面地有助于均勻地流過螺旋狀的殼體區(qū)段22的走向。螺旋狀的殼體區(qū)段22的曲率半徑根據(jù)以下螺旋方程來表不:
r (Ψ) = (0+ 3) /2+A — Φ./ 36 O * A,>
在該等式中，r表示曲率半徑，D表示內(nèi)管6的直徑，s表示內(nèi)管6的周面16與螺旋狀的殼體22的殼體壁的間距且A表示螺旋狀的殼體的流入開口的截面。
[0047]圖5以示意性的圖示顯示了在另一實(shí)施形式中的內(nèi)管6。在此示出了布置在內(nèi)管6的周面16處的通路開口 18和在通路開口 18處一件式地構(gòu)造的排氣導(dǎo)引元件20。通路開口 18和排氣導(dǎo)弓丨元件20從在內(nèi)管6的縱向中軸線的方向上取向的走向“轉(zhuǎn)出”取向角α。取向角α在此包圍在排氣導(dǎo)引元件20的開口軸線36與內(nèi)管6的伸延通過排氣導(dǎo)引元件20的通路開口 18的中心縱向平面38之間。在此，中心縱向平面38 —方面伸延通過相應(yīng)的通路開口 18的中心且另一方面伸延通過內(nèi)管6的縱向中軸線且沿著該縱向中軸線延伸。在排氣導(dǎo)引元件20根據(jù)小于90°的取向角α取向時(shí)，通路開口 18和尤其排氣導(dǎo)引元件20引起流過通路開口 18的子排氣流朝配量裝置10的主噴射方向的一定的換向。在此取向角α沿軸向向右(即沿軸向朝背對(duì)配量裝置10的端部)增大。取向角α的大小且尤其沿軸向向右的增大在此尤其取決于在個(gè)別情況中所使用的配量裝置10和噴嘴12以及取決于通過通路開口 18流到內(nèi)管6的混合區(qū)域8中的排氣體積流。
[0048]圖6在根據(jù)剖面線E — E的示意性的縱剖面圖示中顯示了圖5的內(nèi)管的放大的剖面。在此可識(shí)別出布置在內(nèi)管6的周面16處的通路開口 18且尤其可識(shí)別出在通路開口 18處一件式地構(gòu)造的排氣導(dǎo)引元件20。在每個(gè)通路開口 18處一排氣導(dǎo)引元件20延伸到混合區(qū)域8中而另一排氣導(dǎo)引元件20延伸到在內(nèi)管6的周面16與殼體4的殼體壁之間的間隙中，內(nèi)管6布置在殼體中。在此，通路開口 18的相應(yīng)地兩個(gè)排氣導(dǎo)引元件20如此成形，SP其從內(nèi)管6的縱向中軸線沿徑向向外來看盡可能看不透地“封閉”通路開口。以該方式來特別有效地阻止通過配量裝置10排出到形成在內(nèi)管6的內(nèi)部中的混合區(qū)域8中。在此在傾角β的情況下所示出的排氣導(dǎo)引元件20從內(nèi)管6的基本周面(即從不考慮排氣導(dǎo)引元件20的周面16)伸出。
[0049]在圖7中以示意性的縱剖面圖示示出了排氣導(dǎo)引元件20的不同的實(shí)施形式，該排氣導(dǎo)引元件布置在安裝在殼體4中的內(nèi)管6的周面16的通路開口 18處。在Vl中僅將排氣導(dǎo)引兀件20布置在通路開口 18處,該排氣導(dǎo)引兀件延伸到在周面16與殼體4的殼體壁之間的間隙中。V2顯示了通路開口 18，在其處布置有排氣導(dǎo)引元件20，其延伸到構(gòu)造在內(nèi)管6內(nèi)的混合區(qū)域8中。V3相應(yīng)于在圖6中示出的實(shí)施形式。
[0050]圖8在示意性的縱剖面圖示做顯示了一備選的實(shí)施形式的混合裝置2。在此混合裝置2基本上相應(yīng)于在圖1至圖3中所顯示的混合裝置。與之相比，排氣導(dǎo)入管26的沿軸向相鄰的兩個(gè)排出開口 28的間距在軸向方向上朝排氣導(dǎo)入管26的背對(duì)進(jìn)入開口 24的軸向的端部增大。因此排出開口 28的數(shù)量朝背對(duì)進(jìn)入開口 24的端部減小。因此實(shí)現(xiàn)流入到排氣導(dǎo)入管26中的排氣合流32沿著排氣導(dǎo)入管26的設(shè)有排出開口 28的整個(gè)區(qū)段盡可能均勻地流到螺旋狀的殼體區(qū)段22中。
[0051]此外，內(nèi)管6的周面16在靠近配量裝置的區(qū)域中具有環(huán)繞的環(huán)形間隙，其用作用于排氣的旁路通道40。導(dǎo)引元件42布置在配量裝置處且布置成與配量裝置10同軸且沿軸向伸入到內(nèi)管6的混合區(qū)域8中。導(dǎo)引元件42防止在靠近配量裝置的區(qū)域中利用經(jīng)過旁路通道40的子排氣流加載噴灑物14。此外，導(dǎo)引元件42將該子排氣流換向到軸向的主噴射方向上。為此導(dǎo)引元件42構(gòu)造成環(huán)狀且優(yōu)選地旋轉(zhuǎn)對(duì)稱且構(gòu)造成在其截面中在其外面處朝背對(duì)配量裝置10的端部逐漸漸縮。
[0052]圖9a_9c在示意性的縱剖面圖示中顯示了圖8的放大的剖面C的導(dǎo)引元件42和內(nèi)管6的不同的實(shí)施形式。在此一方面可識(shí)別出不同的設(shè)計(jì)的通路開口 18。另一方面，導(dǎo)引元件42尤其在其軸向和/或徑向的延伸部方面以不同的方式來設(shè)計(jì)。
[0053]在此，在圖9b中所顯示的導(dǎo)引元件42的背對(duì)配量裝置10的端部區(qū)域44的軸向的延伸部相對(duì)很大地來選擇。由此可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引元件42的背對(duì)配量裝置10的、沿徑向在內(nèi)側(cè)的端部區(qū)域44與噴灑物14的接觸或利用噴灑物來潤濕。導(dǎo)引元件42的內(nèi)壁46的輕微的和/或暫時(shí)的潤濕尤其在排氣流經(jīng)的狀態(tài)中是有利的。通過使較少部分的噴灑物14至少暫時(shí)地沉積在導(dǎo)引元件42的內(nèi)壁46處來實(shí)現(xiàn)一定的液體存儲(chǔ)。配量裝置10通常間或地工作。由此可在非噴入時(shí)段期間實(shí)現(xiàn)“消除”處在導(dǎo)引元件42的內(nèi)壁46處的液體。該效果由此變得有利，即導(dǎo)引元件42是薄壁的和/或在外側(cè)由流過旁路通道40的子排氣流加熱，從而使得處在內(nèi)壁46的壁區(qū)段處的液體同樣升溫。該熱使得在內(nèi)側(cè)貼靠在導(dǎo)引元件42處的液滴的分開效果和分離效果(二次離開)變得簡(jiǎn)單。換句話說，通過噴灑物14的有針對(duì)性的輕微的暫時(shí)的壁接觸進(jìn)一步有利于混合裝置2的混合功能。
[0054]經(jīng)由導(dǎo)引元件42的軸向的延伸和尤其其背對(duì)配量裝置10的端部區(qū)域44的設(shè)計(jì)可以結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單且有效的方式調(diào)節(jié)液體的暫時(shí)的附著的程度。一般配量裝置10且與此同時(shí)噴灑角以及液體的密度預(yù)先給定。這些參數(shù)取決于排氣體積流影響噴灑物14的擴(kuò)散特性。如果現(xiàn)在應(yīng)建造帶有其它密度的液體和/或帶有其它噴灑角的配量裝置10，那么如果混合裝置2通過改變導(dǎo)引元件42的軸向的延伸部和尤其其背對(duì)配量裝置10的端部區(qū)域44來匹配以便調(diào)節(jié)上面所描述的效果(二次離開)，這便足夠。這使得通過相應(yīng)地選擇優(yōu)選的軸向延伸部的導(dǎo)引元件42能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化結(jié)構(gòu)方式和/或改造系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在內(nèi)燃機(jī)的排氣設(shè)備中后處理排氣的混合裝置(2)，該混合裝置包括帶有具有進(jìn)口截面的進(jìn)入開口(24)的殼體(4)和布置在所述殼體(4)之內(nèi)的內(nèi)管(6)，該內(nèi)管帶有構(gòu)造在所述內(nèi)管(6)的內(nèi)部中的混合區(qū)域(8)，其中，在所述殼體(4)的端側(cè)處布置有配量裝置(10)以用于供應(yīng)液體和/或液體一氣體混合物(14)，且其中，所述內(nèi)管(6)在其周面(16)處具有通路開口(18)，通過該通路開口可將排氣導(dǎo)入到所述混合區(qū)域(8)中，其特征在于，所述殼體(4)具有螺旋狀的殼體區(qū)段(22)，其中，所述螺旋狀的殼體區(qū)段(22)至少沿著所述內(nèi)管(6)的所有的通路開口(18)延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合裝置(2)，其特征在于，由所述通路開口(18)形成的通道截面朝所述內(nèi)管出)的背對(duì)所述配量裝置(10)的軸向的端部減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述通路開口(18)的數(shù)量朝所述內(nèi)管出)的背對(duì)所述配量裝置(10)的軸向的端部至少局部地減小。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述進(jìn)入開口(18)的截面朝背對(duì)所述配量裝置(10)的軸向的端部至少局部地減小。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，排氣導(dǎo)入管(26)至少部分地延伸到所述殼體(4)中，其中，所述排氣導(dǎo)入管(26)的縱向中軸線和所述內(nèi)管(6)的縱向中軸線基本上彼此平行地取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述排氣導(dǎo)入管(26)在所述殼體(4)之內(nèi)至少沿著所述螺旋狀的殼體區(qū)段(22)伸延，其中，所述排氣導(dǎo)入管(26)在其沿著所述螺旋狀的殼體區(qū)段(22)延伸的周緣面(30)處具有排出開口(28)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述內(nèi)管(6)構(gòu)造成圓柱形或錐形。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述通路開口(18)設(shè)有排氣導(dǎo)引元件(20)，該排氣導(dǎo)引元件從所述周面(16)的主延伸部伸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述排氣導(dǎo)引元件(20)至少延伸到所述混合區(qū)域(8)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述排氣導(dǎo)引元件(20)—件式地構(gòu)造在所述內(nèi)管(6)的周面(16)處。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述排氣導(dǎo)引元件(20)的開口軸線(36)到所述內(nèi)管(6)的伸延通過所述排氣導(dǎo)引元件(20)的通路開口(18)的中心縱向平面(38)上的投影與所述內(nèi)管(6)的縱向中軸線包圍有從5°至90°的傾角(β )，優(yōu)選地從30°至50°的傾角(β )，特別優(yōu)選地從35°至40°的傾角(β )。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述排氣導(dǎo)引元件(20)的開口軸線(36)與所述內(nèi)管(6)的伸延通過所述排氣導(dǎo)引元件(20)的通路開口(18)的中心縱向平面(38)包圍有從0°至90的取向角(α)，優(yōu)選地從10°至90°的取向角(α )，特別優(yōu)選地從20°至90°的取向角(α)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任 一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，所述配量裝置(10)布置成與所述內(nèi)管(6)的縱向中軸線同軸。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)，其特征在于，由所述通路開口(18)形成的所述通道截面為所述進(jìn)入開口(24)的進(jìn)口截面的80%至300%，優(yōu)選地為90%至 250%。
15.一種用于在使用根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的混合裝置(2)的情況下混合排氣與液體和/或液體一氣體混合物的方法。
【文檔編號(hào)】F01N3/28GK103573351SQ201310307825
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
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