CN111472867B - 混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使在内燃机的排气通道中流动的排气与喷射到所述排气通道中的反应剂混合的混合器，该混合器包括：板状的排气收集体(12)，该排气收集体具有在排气流入侧(16)上的流入面(14)和背离该流入侧(10)的背侧(18)；以及在所述排气收集体(12)的背侧(18)上设置的通道壳体(20)，该通道壳体具有在所述通道壳体(20)中的反应剂容纳通道(28)和至少一个背离所述反应剂容纳通道(28)引导的排出通道(48、50)，其中，在所述排气收集体(12)中构造有排气收集开口(34)，并且所述排气收集通道(36)从所述排气收集开口(34)引导到所述通道壳体(20)并且朝所述反应剂容纳通道(28)敞开。

Description

混合器
技术领域
本发明涉及一种用于使在内燃机的排气通道中流动的排气与喷射到所述排气通道中的反应剂混合的混合器。
背景技术
这样的混合器由EP3216992A1已知。这个由两个相互连接的板材成形件构成的混合器具有一般盘状的结构，该结构具有与容纳它的并且环绕排气通道的排气管的内周轮廓相匹配的正圆的外周轮廓。混合器的两个板材成形件一起界定反应剂容纳通道以及两个基本上彼此相反地背离该反应剂容纳通道引导的排出通道，通过反应剂排出布置***向所述反应剂容纳通道中喷射反应剂。在混合器的两个板材成形件中的每个板材成形件中设置有多个开口，穿过所述开口，在朝上游方向取向的板材成形件的情况下，排气可以流入到反应剂容纳通道以及排出通道中，并且在朝下游方向取向的板材成形件的情况下在混合器中产生的由排气和反应剂构成的混合物、例如尿素/水溶液可以朝排气通道的在混合器下游延伸的区段和在其中设置的SCR催化器布置***排出。
发明内容
本发明的任务是：提供一种混合器，借助该混合器，在结构型式紧凑且简单的情况下实现排气与反应剂的有效混合。
按照本发明，所述任务通过用于使在内燃机的排气通道中流动的排气与喷射到所述排气通道中的反应剂混合的混合器得以解决，所述混合器包括：
-板状的排气收集体，所述排气收集体具有在排气流入侧上的流入面和背离所述流入侧的背侧，
-在所述排气收集体的背侧上设置的通道壳体，所述通道壳体具有在所述通道壳体中的反应剂容纳通道和至少一个背离所述反应剂容纳通道引导的排出通道，
其中，在所述排气收集体中构造有排气收集开口，并且排气收集通道从所述排气收集开口引导到通所述道壳体并且朝所述反应剂容纳通道敞开。
按照本发明的混合器可以在其各个构件没有复杂造型形状的情况下特别是通过以下方式提供排气与反应剂的有效混匀，即，规定了向基本上包括板状地构造的(即构造为板)的排气收集体和排气收集通道的区域和基本上包括通道壳体的区域的***分配。这两个优选彼此分开构造的区域中的每个区域可以本身以相对简单的造型形状提供或者说与要通过所述区域满足的任务相匹配。
特别是当按照本发明的混合器要设置在具有圆的周向轮廓的排气通道中时，对于排气向通道壳体中的有效引入特别有利的是：所述排气收集体具有圆的、优选正圆的外周轮廓。进一步可以规定：所述排气收集开口关于所述排气收集体的板中心朝所述排气收集体的板边缘错开地设置，从而在排气收集体的背侧上设置的通道壳体可以毫无问题地设置在由排气收集体的周向轮廓覆盖的区域中并且不突出于周向轮廓。进一步为了要简单实现的构造而提出：所述通道壳体与所述排气收集体的背侧隔开间距地设置。
为了在定义的流动引导时实现在将排气流朝通道壳体的方向引导时的小流动阻力而提出：所述排气收集通道的收集通道周壁在倒圆的过渡区域中过渡到所述板状的排气收集体中。
在此，对于可简单实现的构造，所述过渡区域的至少一部分、优选整个所述过渡区域可以与所述排气收集体一件式地构造。
特别是当收集通道周壁相对短地构造并且例如可以在成形坯件以用于获得排气收集体时由之前处于排气收集开口的区域中的结构材料成形时，为了简单的构造而进一步提出：过渡区域的至少一部分、优选整个倒圆的过渡区域与收集通道周壁一件式地构造。因此，排气收集体可以与过渡区域并且与收集通道周壁的至少一部分一件式、即由材料块构造地且不由多个部件组装地构造。备选地可能的是：过渡区域的至少一部分作为收集通道周壁的组成部分或仅收集通道周壁作为例如基本上柱形的构件与排气收集体和过渡区域分开地构造并且与其材料锁合地、例如通过焊接来连接。
所述排气收集通道的收集通道中心轴线可以基本上正交于所述流入面。
为了排气和反应剂的有效混合和向容纳混合器的排气通道的下游接着的区域中的均匀排出而提出：所述通道壳体具有U形的或弧段形的结构，该结构具有一个基本上提供所述反应剂容纳通道的壳体顶区域和两个连接到所述壳体顶区域上的并且分别提供一个排出通道的壳体通道区域，并且所述排气收集通道在所述壳体顶区域中朝所述反应剂容纳通道敞开。因此，壳体顶区域可以对应于基本上U形的结构的连接接片，而排出通道可以对应于两个连接到连接接片上的U形腿。要强调的是：与壳体顶区域的曲率半径有关地，这也可以对应于近似V形的结构，或者在壳体顶区域中的弯曲结构可以以例如基本上恒定的或减小的曲率半径延伸直至排出通道或者说U形腿之中。
为了连接一般也称为注射器的反应剂排出布置***与通道壳体而提出：在所述顶区域中，在所述通道壳体的反应剂容纳开口的区域中朝所述反应剂容纳通道敞开的反应剂排出接管设置在所述通道壳体上。
为了使引导通过排气收集开口的排气流和喷射到反应剂容纳通道中的反应剂有效聚集而进一步提出：所述反应剂排出接管的排出接管中心轴线和所述排气收集通道的收集通道中心轴线彼此基本上正交或/和处于一个平面中。
混合器的紧凑结构型式可以通过以下方式辅助支持，即，所述通道壳体的包含所述至少一个排出通道的排出通道中心轴线的壳体中心平面与所述流入面基本上平行。
在所述排气收集通道中可以设置有至少一个、优选多个延伸到所述反应剂容纳通道之中的板状的反应剂容纳元件。以微滴形状喷射到反应剂排出通道中的反应剂可以射到所述一个或多个反应剂容纳元件上。因为反应剂容纳元件的表面由热排气环流，所以射到所述反应剂容纳元件上的反应剂蒸发并且直接通过环流反应剂容纳通道的排气一起引导并且与该排气混合。
为了在此提供大的能以反应剂浸湿的表面而提出：在所述排气收集通道中设置有多个沿背离所述反应剂容纳开口的方向相继设置的反应剂容纳元件，并且所述反应剂容纳元件向所述反应剂容纳通道中的嵌接深度沿背离所述反应剂容纳开口的方向直至具有最大嵌接深度的反应剂容纳元件增加。
为了可简单制造的、尽管如此热稳定的构造可以规定：所述排气收集体作为板材成形件提供，或/和所述通道壳体以至少两个、优选三个板材成形件提供，或/和包围所述排气收集通道的收集通道周壁以至少一个板材成形件提供。
此外，本发明涉及一种用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括排气引导通道、在所述排气引导通道中设置的按照本发明构造的混合器和反应剂排出布置***，所述反应剂排出布置***用于将反应剂排出到所述混合器的反应剂容纳通道中。
为了可以基本上将整个流经排气通道的排气用于与反应剂的混合而提出：所述排气收集体以其流入面基本上正交于排气主流动方向地设置在所述排气通道中，或/和所述排气收集体横向于所述排气主流动方向基本上完全覆盖在容纳所述混合器的壳体中的排气通道。
为了排气处理，在所述排气设备中可以在所述混合器上游设置有氧化催化器布置***、优选柴油氧化催化器布置***。此外，可以在所述混合器下游设置有SCR催化器布置***或/和颗粒过滤器布置***。
附图说明
下面参考附图描述本发明。附图中：
图1示出混合器的透视图；
图2结合于排气设备的其他构件地示出图1的混合器；
图3示出包含图1的混合器的排气设备的纵剖视图；
图4示出混合器的备选设计型式的对应于图1的图；
图5结合于排气设备的其他构件地示出图4的混合器。
具体实施方式
在图1中，用于内燃机的排气设备的混合器一般以10表示。所述混合器包括在主要区域中构造为基本上平坦的、即不弯曲的板的排气收集体12。排气收集体12具有在流入侧16上的在图1中向上取向地示出的流入面14并且具有在图1中向下取向的背侧18。
在排气收集体12的背侧18上设置有一般以20表示的通道壳体。通道壳体20具有弧段形的或U形的结构，该结构具有对应于U形的结构的连接接片的壳体顶区域22和连接到该壳体顶区域22上的或继续该壳体顶区域的壳体通道区域24、26。在壳体顶区域22中提供反应剂容纳通道28。借助于在图2和图3中可看出的、一般也称为注射器的反应剂排出布置***30，反应剂、例如尿素/水溶液喷射到在壳体顶区域22中提供的反应剂容纳通道28中。在此，反应剂以在图3中示出的喷射锥体S的形式以反应剂主流动方向HR喷射到反应剂容纳通道28中。
为了将反应剂排出布置***30接合到通道壳体20上，在通道壳体20上在其中构造的反应剂容纳开口33的区域中设置有反应剂排出接管32。在其远离通道壳体20的端部上，反应剂排出接管32可以容纳反应剂排出布置***30。
在排气收集体14中，从板中心M朝盘边缘R错开地构造有排气收集开口34。排气收集通道36连接到排气收集开口34上，所述排气收集通道在壳体顶区域22中朝反应剂容纳通道28敞开。排气收集通道36由收集通道周壁38环绕，该收集通道周壁在其靠近排气收集体12的区域中在倒圆的过渡区域40中过渡到基本上平坦的排气收集体12中。
排气收集体12可以作为板材成形件例如与倒圆的过渡区域40整体地提供。所述倒圆的过渡区域可以在成形过程中作为翻孔提供。以基本上柱形的轮廓提供的收集通道周壁38可以邻接地定位到所述倒圆的过渡区域的从排气收集体12的平面或其流入面14凸出来的端部上并且因此例如通过优选环绕的焊缝固定地连接。在此，收集通道中心轴线AS优选正交于通过流入面14表示的并且与图3的图平面正交的平面EA。
收集通道周壁38在其连接到通道壳体20的端部上与通道壳体20的在横截面中例如大致圆形的周向轮廓相匹配并且与通道壳体20例如通过焊接固定地连接。在此，收集通道周壁38可以通过将平的板材坯件成形为管状的结构来提供或者可以通过对应地剪切管段来提供。
通道壳体20可以由多个板材成形件组装。背离排气收集体12的下壳体部件42可以由板材坯件基本上这样成形为半壳，使得它一方面提供壳体顶区域20的一部分，另一方面分别提供壳体通道区域24、26的部分。通道壳体20的面对排气收集体12的部分可以例如以两个上壳体部件44、46提供，所述上壳体部件为了提供两个壳体通道区域24、26可以与下壳体部件42例如通过焊接来连接并且在壳体顶区域22中在本身之间保留用于容纳收集通道周壁38的空间并且也可以与下壳体部件通过焊接固定地连接。备选地，通道壳体20可以通过弯曲的管段或唯一一个成形为管状的弯曲的结构的板材成形件来提供。
反应剂排出接管32也可以在反应剂容纳开口33的区域中通过焊接固定到壳体顶区域22上，从而例如收集通道中心轴线AS和排出接管中心轴线AA处于对应于图3的图平面的平面中并且彼此大致正交地、即在近似90°的角度下设置。如图3对这表示的那样，这个角度也可以稍微大于90°，从而在图3的图示中，反应剂主流动方向HR具有与在排气收集通道36中的排气流方向相反取向的流动方向分量。此外，所述布置***优选这样，使得收集通道中心轴线AS正交地处于壳体中心平面EG上，该壳体中心平面例如可以通过在两个壳体通道区域24、26中分别提供的并且连接到反应剂容纳通道28上的排出通道48、50的在图1中可看出的排出通道中心轴线AK1和AK2表示。每个所述排出通道48、50在其远离反应剂容纳通道28的端部上经由用于排出由排气和反应剂构成的混合物的相应的排出开口52、54敞开。
在排气收集通道36中设置有多个相对于收集通道中心轴线AS并且相对于彼此基本上平行设置的板状的反应剂容纳元件56。这些反应剂容纳元件例如可以在收集通道周壁38上通过焊接来固定并且具有面对在通道壳体20或者说反应剂排出接管32中的反应剂容纳开口33取向的反应剂容纳面58。反应剂容纳元件56嵌接到在通道壳体20的壳体顶区域22中的反应剂容纳通道28中，其中，沿背离反应剂容纳开口33的方向相继的反应剂容纳元件56的嵌接深度直至具有最大嵌接深度的反应剂容纳元件56'增加。因此，直至具有最大嵌接深度的反应剂容纳元件56'，每个反应剂容纳元件56提供相应的反应剂容纳面58的朝反应剂排出布置***30的方向不由另一个反应剂容纳元件56覆盖的区域。由反应剂排出布置***30沿反应剂主流动方向HR要排出到反应剂容纳元件56上的反应剂浸湿其表面。因为由排气环流的反应剂容纳元件56通过热排气而被加热，所以所述反应剂或至少所述反应剂的主要部分在反应剂容纳面58上蒸发并且因此通过环流所述反应剂容纳面的排气一起引导到反应剂容纳通道28上并且经由该反应剂容纳通道一起引导到两个排出通道48、50上。在此，排气和反应剂的混合也通过流经排气收集通道36的排气的特别是在反应剂容纳通道28的区域中进行的流动转向和在此出现的涡流辅助支持。
图2和图3形象地说明混合器10向一般以60表示的排气设备中的集成。在此，排气设备60的排气通道62例如可以在混合器10上游设置的排气管64中提供，在该排气管中例如也可以设置有柴油氧化催化器布置***66，并且所述排气通道例如可以在混合器10下游设置的排气管68中提供，在该排气管中也可以设置有容纳由反应剂和排气构成的混合物的SCR催化器布置***70、必要时还有颗粒过滤器布置***。这样的颗粒过滤器布置***备选地或附加地也可以关于混合器10在上游设置。
排气通道62在处于两个排气管64、68之间的区域中通过支承混合器10的管状的壳体74提供。混合器10例如可以借助于贯穿壳体74的反应剂排出接管32固定在壳体74上并且在壳体74中如此定位，使得排气收集体12的流入面14处于基本上正交于特别是混合器10上游的排气主流动方向HA并且基本上完全覆盖壳体74的内横截面。为此，排气收集体12的盘边缘R可以连接到壳体74的内周面上或者与其隔开小间距地定位。
如图2对这形象地说明的那样，流经排气管64的排气G在排气收集体12的流入面14上朝排气收集开口34的方向转向、流经排气收集通道36并且在反应剂容纳通道28中朝排出通道48、50的方向进一步转向。在通道壳体20的这个流经的变化过程中生成的由排气和反应剂构成的混合物经由排气通道排出通道48、50的开口52、54离开所述排出通道并且在此朝支承混合器10的壳体74的内表面的方向流动，也在那里还转向一次并且然后流动到在混合器10下游定位的排气管68中或在其中设置的SCR催化器布置***70中。
利用在图1至图3中示出的混合器，在简单的构造中实现排气和反应剂的有效混合。因为一方面排气收集体12具有与容纳混合器10的壳体74的内横截面几何形状相匹配的外周几何结构，并且在排气收集体12的背侧18上并且与此隔开间距地设置的通道壳体20也以其弧形的结构与壳体74的内周轮廓相匹配并且特别是不在周向区域上向外突出于排气收集体12的盘边缘R，所以在紧凑的结构型式中实现向基本上管状的或柱形的壳体74中的良好可配合性。
混合器10的一种备选设计型式在图4和图5中示出。混合器10或具有该混合器的排气设备60原则上具有前面参考图1至图3描述的构造，从而可以参阅与此相关的实施方案。但可看出：在图4和图5中示出的混合器10中，在排气收集通道36中不设置板状的反应剂容纳元件。从流入面14引导到排气收集开口34的排气G通过排气收集通道36流动到反应剂容纳通道28中、在那里并且在然后接着的排出通道48、50中与反应剂混合并且经由排出通道的开口52、54离开所述排出通道。
在这个设计方案中，焦点在于排气收集通道的基本上自由的穿流性和基本通过流动转向和涡流产生的排气与反应剂的混合。
不言而喻，对混合器的前面描述的设计方案可以进行变型，而不会偏离本发明的结构方案。因此，例如可以在排气收集体或/和通道壳体中分别设置有一个或多个开口，所述开口允许排气或在通道壳体中形成的由排气和反应剂构成的混合物的穿透。在图1至图3的设计方式中设置的反应剂容纳元件的数量也可以与所示出的不同。例如也可能设置有较少的或仅唯一一个反应剂容纳元件。反应剂排出体例如也可以以凹形的结构或对应凹形地成形的流入面构造，从而进行朝排气收集开口的方向的还更有效的转向。特别是在排气收集体与倒圆的过渡区域作为一个成形部件的设计方案中，基于成形过程可以有利的或必需的是，在排气收集开口与盘边缘具有最小间距的区域中为了提供倒圆的过渡区域而在朝上游方向取向的流入面中提供在图中可看出的凹入部。这主要当排气收集开口非常靠近盘边缘设置时是所述情况。备选地，也可以在这个区域中在稍微进一步背离盘边缘的排气收集开口中完全平坦地构造有包围排气收集开口或倒圆的过渡区域的流入面。排出通道也可以以另一种横截面几何形状、例如椭圆形或整平地圆地构造。

Claims (21)

1.用于使在内燃机的排气通道中流动的排气与喷射到所述排气通道中的反应剂混合的混合器，所述混合器包括：
-板状的排气收集体(12)，所述排气收集体具有在排气流入侧(16)上的流入面(14)和背离所述排气流入侧(16)的背侧(18)，
-在所述排气收集体(12)的背侧(18)上设置的通道壳体(20)，所述通道壳体具有在所述通道壳体(20)中的反应剂容纳通道(28)和背离所述反应剂容纳通道(28)引导的至少一个排出通道(48、50)，
在所述排气收集体(12)中构造有排气收集开口(34)，并且排气收集通道(36)从所述排气收集开口(34)引导到所述通道壳体(20)并且朝所述反应剂容纳通道(28)敞开，所述通道壳体(20)具有U形的或弧段形的结构，该结构具有一个提供所述反应剂容纳通道(28)的壳体顶区域(22)和两个连接到所述壳体顶区域(22)上的并且分别提供一个排出通道(48、50)的壳体通道区域(24、26)，并且所述排气收集通道(36)在所述壳体顶区域(22)中朝所述反应剂容纳通道(28)敞开。
2.按照权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述排气收集体(12)具有圆的外周轮廓，或/和所述排气收集开口(34)关于所述排气收集体(12)的板中心(M)朝向所述排气收集体(12)的板边缘(R)错开地设置，或/和所述通道壳体(20)与所述排气收集体(12)的背侧(18)隔开间距地设置。
3.按照权利要求1所述的混合器，其特征在于，所述排气收集体(12)具有正圆的外周轮廓，或/和所述排气收集开口(34)关于所述排气收集体(12)的板中心(M)朝向所述排气收集体(12)的板边缘(R)错开地设置，或/和所述通道壳体(20)与所述排气收集体(12)的背侧(18)隔开间距地设置。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，所述排气收集通道(36)的收集通道周壁(38)在倒圆的过渡区域(40)中过渡到所述板状的排气收集体(12)中。
5.按照权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述过渡区域(40)的至少一部分与所述排气收集体(12)一件式地构造。
6.按照权利要求5所述的混合器，其特征在于，整个所述过渡区域(40)与所述排气收集体(12)一件式地构造。
7.按照权利要求4所述的混合器，其特征在于，所述过渡区域(40)的至少一部分与所述收集通道周壁(38)一件式地构造。
8.按照权利要求7所述的混合器，其特征在于，整个所述过渡区域(40)与所述收集通道周壁(38)一件式地构造。
9.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，所述排气收集通道(36)的收集通道中心轴线(AS)正交于所述流入面(14)。
10.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，在所述壳体顶区域中，在所述通道壳体(20)的反应剂容纳开口(33)的区域中朝所述反应剂容纳通道(28)敞开的反应剂排出接管(32)设置在所述通道壳体(20)上。
11.按照权利要求10所述的混合器，其特征在于，所述反应剂排出接管(32)的排出接管中心轴线(AA)和所述排气收集通道(36)的收集通道中心轴线(AS)彼此正交或/和处于一个平面中。
12.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，所述通道壳体(20)的包含所述至少一个排出通道(48、50)的排出通道中心轴线(AK1、AK2)的壳体中心平面(EG)与所述流入面(14)平行。
13.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，在所述排气收集通道(36)中设置有至少一个延伸到所述反应剂容纳通道(28)之中的板状的反应剂容纳元件(56)。
14.按照权利要求13所述的混合器，其特征在于，在所述排气收集通道(36)中设置有多个延伸到所述反应剂容纳通道(28)之中的板状的反应剂容纳元件(56)。
15.按照权利要求13所述的混合器，其特征在于，在所述壳体顶区域中，在所述通道壳体(20)的反应剂容纳开口(33)的区域中朝所述反应剂容纳通道(28)敞开的反应剂排出接管(32)设置在所述通道壳体(20)上，并且在所述排气收集通道(36)中设置有多个沿背离所述反应剂容纳开口(33)的方向相继设置的反应剂容纳元件(56)，并且所述反应剂容纳元件(56)向所述反应剂容纳通道(28)中的嵌接深度沿背离所述反应剂容纳开口(33)的方向直至具有最大嵌接深度的反应剂容纳元件(56')增加。
16.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，所述排气收集体(12)作为板材成形件提供，或/和所述通道壳体(20)以至少两个板材成形件(42、44、46)提供，或/和包围所述排气收集通道(36)的收集通道周壁(38)以至少一个板材成形件提供。
17.按照权利要求1至3中任一项所述的混合器，其特征在于，所述排气收集体(12)作为板材成形件提供，或/和所述通道壳体(20)以三个板材成形件(42、44、46)提供，或/和包围所述排气收集通道(36)的收集通道周壁(38)以至少一个板材成形件提供。
18.用于内燃机的排气设备，所述排气设备包括排气通道、在所述排气通道(62)中设置的按照权利要求1至17中任一项所述的混合器(10)和反应剂排出布置***(30)，所述反应剂排出布置***用于将反应剂排出到所述混合器(10)的反应剂容纳通道(28)中。
19.按照权利要求18所述的排气设备，其特征在于，所述排气收集体(12)以其流入面(14)正交于排气主流动方向(HA)地设置在所述排气通道(62)中，或/和所述排气收集体(12)横向于所述排气主流动方向(HA)完全覆盖在容纳所述混合器(10)的壳体(74)中的排气通道(62)。
20.按照权利要求18或19所述的排气设备，其特征在于，在所述混合器(10)上游设置有氧化催化器布置***，或/和在所述混合器(10)下游设置有SCR催化器布置***(70)或/和颗粒过滤器布置***。
21.按照权利要求18或19所述的排气设备，其特征在于，在所述混合器(10)上游设置有柴油氧化催化器布置***(66)，或/和在所述混合器(10)下游设置有SCR催化器布置***(70)或/和颗粒过滤器布置***。
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