CN113137299A - 用于将气体引入内燃机的排气流中的气体/气体混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将气体引入内燃机的排气流中的气体/气体混合器，具有在由排气(A)可穿流的排气导向元件(14)中的排气流通道(18)、在排气导向元件(14)中设置的包括多个由在排气流通道(18)中流动的排气(A)可穿流的排气穿流开口(44)的混合器体(20)，其中，在所述混合器体(20)中形成由要引入排气流(A)中的气体(G)可穿流的气体输送体积(38)，并且所述气体输送体积(38)通过多个气体排放开口(56)朝排气流通道(18)敞开。

Description

用于将气体引入内燃机的排气流中的气体/气体混合器

技术领域

本发明涉及一种气体/气体混合器，利用其可以将气体引入内燃机的排气流中。

背景技术

由DE 10 2018 108 592 A1已知一种气体/气体混合器，其中，在横截面中滴状的混合器体伸入在管状的排气导向元件中形成的排气流通道中。所述混合器体按照支承面的型式可由在排气通道中流动的排气环流并且具有多个气体排放开口，通过所述气体排放开口，穿流在混合器体的内部的气体输送体积的气体排放到环流混合器体的排气流中。

发明内容

本发明的任务是，设置用于将气体引入内燃机的排气流中的气体/气体混合器，利用其可以实现排气与要引入排气流中的气体的改善的混匀。

按照本发明，该任务通过用于将气体、例如空气或燃烧器排气引入内燃机的排气流中的气体/气体混合器解决，所述气体/气体混合器具有在由排气可穿流的排气导向元件中的排气流通道、在排气导向元件中设置的包括多个由在排气流通道中流动的排气可穿流的排气穿流开口的混合器体，其中，在所述混合器体中形成由要引入排气流中的气体可穿流的气体输送体积，并且其中所述气体输送体积通过多个气体排放开口朝排气流通道敞开。

在按照本发明的构造中，气体/气体混合器不只具有气体排放开口，要引入排气流中的排气穿过所述气体排放开口排放，而且也具有排气穿流开口，在排气流通道中流动的排气或至少在排气流通道中流动的排气的显著的部分流过所述排气穿流开口。由此在排气流过排气穿流开口时在混合器体的下游的侧上产生涡流，所述涡流引起由混合器体的气体排放开口排放的并且由排气流一起带走的气体的有效率的混匀。

为了可简单实现的并且导致混合器体以排气的有效率的穿流的构造提出，混合器体板状地构成并且在排气导向元件中横向于穿流排气流通道的排气的排气主流动方向设置。

所述气体输送体积可以在混合器体中例如如下提供，即，混合器体具有在排气导向元件中朝上游方向取向地设置的第一混合器体部件和在排气导向元件中朝下游方向取向地设置的第二混合器体部件，其中，所述气体输送体积基本上在第一混合器体部件和第二混合器体部件之间形成。

在此为了获得混合器体的板状的结构，第一混合器体部件可以基本上板状地构成并且第二混合器体部件基本上板状地构成。

在这里要指出，在本发明的意义上，利用表述“板状”说到混合器体或混合器体部件的一种结构，在所述结构中，所述混合器体或混合器体部件具有比其横向于厚度方向的延伸显著更小的厚度。

为了混合器体在排气导向元件上的可简单实现的固定提出，在混合器体部件之一、优选第二混合器体部件上设置在排气导向元件上固定的紧固区域，并且在所述另一个混合器体部件上、优选第一混合器体部件上设置在所述一个混合器体部件上的固定的第二紧固区域。

在此，例如第一紧固区域可以在混合器体部件的外周区域中具有优选基本上柱形的、在排气导向元件的内周面上固定的紧固边缘，或/和第二紧固区域可以在所述另一个混合器体部件的外周区域上具有优选基本上柱形的、固定到混合器体部件上的紧固边缘。

为了提供排气穿流开口，可以在第二混合器体部件中设置多个穿流孔，并且在第一混合器体部件中可以然后配置于第二混合器体部件的每个穿流孔设置朝第二混合器体部件延伸的并且将排气朝配置的穿流孔的方向引导的、提供第一混合器体部件的穿流通道的、优选管状的或漏斗状的穿流成形部。

排气和要引入排气中的气体的有效率的混匀可以进一步如下被支持，即，在至少一个、优选每个排气穿流开口中，在第二混合器体部件的包围在第二混合器体部件中的穿流孔的穿流孔边缘区域和第一混合器体部件的穿流成形部之间形成气体排放开口。气体排放开口借此具有环状的结构并且以该环状的结构分别绕过如下区域，在所述区域中，引导穿流相应的排气穿流开口的排气。

备选或附加地，至少一个气体排放开口可以在第二混合器体部件中设置在设置于第二混合器体部件中的穿流孔之间。进一步，所述至少一个气体排放开口可以设置在第一混合器体部件中、优选在至少一个穿流成形部的区域中。

在此为了将气体限定地引入到在排气穿流开口之间的排气流中，在至少一个、优选每个排气穿流开口中，穿流成形部可以贴靠在第二混合器体部件的包围第二混合器体部件中的穿流孔的穿流孔边缘区域上，优选这样贴靠，使得气体输送体积在这些排气穿流开口的区域中针对气体的排出基本上封闭。

为了热稳定的、可简单并且低成本实现的构造提出，第一混合器体部件是板材成形件，或/和第二混合器体部件是板材成形件。

为了输送要引入排气流中的气体，在混合器体的外周区域上，引导通过排气导向元件的壁的气体输送通道可以朝气体输送体积敞开。

气体和排气的有效率的混匀可以进一步如下确保，混合器体这样设置在排气导向元件中，使得在排气流通道中的排气在混合器体的区域中基本上只穿流通过排气穿流开口。因此确保，基本上整个在排气流通道中流动的排气流经在混合器体中设置的排气穿流开口并且因此引导到如下区域中，在所述区域中，要引入排气中的气体从混合器体中排出。

本发明此外涉及一种用于车辆的内燃机的排气设备，其包括具有按照本发明的构造的气体/气体混合器。

附图说明

接着参考附图详细说明本发明。其中：

图1示出在内燃机的排气设备中的气体/气体混合器的部分纵剖面视图；

图2示出气体/气体混合器的一种备选的设计型式的对应于图1的示图；

图3示出在排气穿流开口的区域中的气体/气体混合器的一种备选的设计型式的示图。

具体实施方式

图1示出在内燃机的排气设备10中设置的气体/气体混合器12。所述气体/气体混合器12具有管状的、例如基本上柱形的排气导向元件14，所述排气导向元件以管状的壁16包围限定排气流通道18。在排气流通道18中，排气A基本上沿排气主流动方向H沿排气导向元件14流动。要指出，可以存在局部地与排气主流动方向H偏离的流动方向。原则上排气主流动方向H可以也基本上对应于管状的排气导向元件14的纵向延伸方向或纵向中心轴线L。

气体/气体混合器12在排气导向元件14中具有混合器体20。所述混合器体20原则上基本上板状地构成，这表示，其例如横向于排气主流动方向H或纵向中心轴线L的延伸显著大于其沿排气主流动方向H的延伸。混合器体20在排气导向元件14或排气流通道18中基本上横向或正交于排气主流动方向H设置，这表示，混合器体20以其厚度方向或厚度延伸基本上沿排气主流动方向H或沿纵向中心轴线L的方向取向。

混合器体20具有两个混合器体部件22、24。第一混合器体部件22在排气流通道18中原则上这样设置，使得其朝上游的方向取向，从而沿排气主流动方向H朝混合器体20流动的排气A首先入射到第一混合器体部件22上。第二混合器体部件24在排气流通道18中朝下游的方向取向并且因此基本上定位在第一混合器体部件22的下游的侧上。两个混合器体部件22、24也板状地构成并且例如作为板材成形件提供。

第二混合器体部件24在其外周轮廓中与管状的排气导向元件14的壁16的内周轮廓适配。如果排气导向元件14在混合器体20定位的区域中具有例如圆形的内周轮廓，则有利地第二混合器体部件的外周轮廓同样地是圆形。

为了固定在排气导向元件14的壁16上，第二混合器体部件20在其外周区域26中具有沿排气主流动方向H弯曲的、沿周向优选完全环绕的紧固边缘28。在一个端部区域中，紧固边缘28通过焊接部30固定在排气导向元件14的壁16的内表面上，从而在紧固边缘28的沿周向完全环绕的设计中，排气在排气导向元件14的壁16和第二混合器体部件24之间的穿过不可能实现。

要指出，原则上紧固边缘28也能以多个沿排气主流动方向H弯曲的并且彼此具有距离设置的并且例如分别通过焊接在排气导向元件14上固定的紧固边缘夹板构成。

第一混合器体部件22固定在板状的第二混合器体部件24的朝上游方向取向的侧上。第一混合器体部件22具有外周轮廓，所述外周轮廓大致对应于第二混合器体部件24的外周轮廓或排气导向元件的内周轮廓，然而比第二混合器体部件24较小地确定尺寸。第一混合器体部件24在其外周区域32中具有沿排气主流动方向H弯曲的、沿周向优选完全环绕的紧固边缘34。该紧固边缘通过焊接部36固定在第二混合器体部件24的朝上游方向取向的侧上。

要指出，两个混合器体部件22、24也可这样构造，使得第一混合器体部件22比第二混合器体部件24稍微较大地确定尺寸，并且具有沿排气主流动方向H以较大的程度延伸的紧固边缘34。该紧固边缘可以然后对第二混合器体部件24的紧固边缘28在其外侧进行包围，从而第二混合器体部件24可以嵌入第一混合器体部件22中。第一混合器体部件22的紧固边缘34通过焊接固定在排气导向元件14的壁16上，并且第二混合器体部件24的紧固边缘28通过焊接固定在第一混合器体部件22的紧固边缘34或/和排气导向元件14的壁16上。例如所述两个紧固边缘区域34、28可以这样确定尺寸，使得其沿排气主流动方向H大致在相同的区域中终止并且通过共同的焊接连接到排气导向元件14的壁16上。

在两个混合器体部件22、24之间形成气体输送体积38。在环周区域中，气体输送导管40引导通过排气导向元件14的壁16和第一混合器体部件22的紧固边缘34并且借此例如分别通过焊接固定并且气密地连接。在排气输送导管40中，提供通入气体输送体积38中的气体输送通道42，穿过所述气体输送通道，要引入排气A中的气体G引导到气体输送体积38中。

混合器体20具有多个排气穿流开口44，通过所述排气穿流开口，沿排气主流动方向H朝混合器体20或第一混合器体部件22流动的排气A可以流动通过混合器体20。为了提供可以在混合器体20上例如以规则的图案分布设置的排气穿流开口44，第二混合器体部件24具有多个由穿流孔边缘区域46包围的穿流孔48。例如所述穿流孔48可以具有圆形的轮廓。

配置于在第二混合器体部件24中的每个穿流孔48，在第一混合器体部件22上设置穿流成形部50。该穿流(凸出)成形部可以例如作为卷边提供并且以其管状的或漏斗状的结构提供用于排气A的穿流通道52。基于流动横截面的在排气穿流开口44的区域中出现的收缩部，流动穿过排气穿流开口44的排气A在穿过排气穿流开口A时加速，从而流动速度增加。

第一混合器体部件22在其穿流成形部50的区域中这样确定尺寸或成形，使得在穿流成形部50的下游的端部区域54和所属的穿流孔边缘区域46之间分别形成提供气体排放开口56的环状的间隙。通过这些环状构造的气体排放开口56，引入气体输送体积38中的气体G从气体输送体积38中排出和因此到达流动通过穿流成形部50或流入到穿流通道52中的排气A的流中。基于排气A在排气穿流开口44的区域中加速并且在穿过穿流孔48或在其下游产生涡流的情况，在这些区域中引入排气流中的气体G有效率地与排气A混匀。因为穿流成形部50这样确定尺寸或与穿流孔48协调，使得其尤其是在其下游的端部54的区域中具有比穿流孔48小的尺寸，所以确保，流过穿流通道52的排气A这样引导通过穿流孔48，使得没有排气A可以通过气体排放开口56到达气体输送体积38中，即使如在图1中示出的，穿流空隙50沿排气主流动方向H在第二混合器体部件24之前并且因此已经在穿流孔48之前结束。而是基于排气A在穿流通道52的区域中的相对高的流动速度生成吸入泵效应，所述吸入泵效应将在排气输送体积38中存在的气体G独立于也许存在的气体过压吸入流经穿流通道52的排气A的流中。

图2示出排气混合器12的一种变换的设计型式。关于包括其两个混合器体部件22、24的混合器体20的基本的构造，所述构造对应于在先所述构造。也在该设计中，两个混合器体部件22、24例如作为板材成形件板状地构成。第二混合器体部件24以其紧固边缘28通过焊接部30固定在排气导向元件14的壁16上，并且第一混合器体部件22以其紧固边缘34通过焊接部36固定在第二混合器体部件24上，从而在两个混合器体部件22、24之间形成气体输送体积38。

在图2中示出的设计形式中，穿流成形部50这样成形或与分别配置给其的穿流孔48协调，使得穿流成形部50的下游的端部区域54贴靠到分别配置的穿流孔48的穿流孔边缘区域46上。因此在穿流成形部50邻接到配置的穿流孔边缘区域46上的区域中，基本上没有间隙形成，从而基本上不设置气体G从气体输送体积38直接在排气穿流开口44的区域中的排出。例如穿流成形部50可以在第一混合器体部件22与第二混合器体部件24连接时以其下游的端部区域54向配置的穿流孔边缘区域46挤压，从而产生基本上气密的封闭。然而在这些区域中的通过制造公差决定的气体泄漏原则上是无害的，因为一方面气体/气体混合器12本来设置用于将气体G引入排气A中，并且因为另一方面在这些区域中不出现显著的气体泄漏。虽然可以原则上设置两个混合器体部件22、24在穿流成形部50的下游的端部区域54的区域中与第二混合器体部件24的穿流孔边缘区域46的材料锁合的连接，然而不是必需的。

在第二混合器体部件24中，在穿流孔48之间的区域中设置在这里同样地孔状构成的气体排放开口56。所述气体排放开口可以同样如穿流孔48以规则的图案设置，以便实现气体G到排气A中的在整个横截面上大致均匀的引入。在考虑以下情况时，即，靠近壁16的流动速度和借此通过量小于在排气流通道18的中央的区域中，可以在所有按照本发明的设计中设置为，排气穿流开口44的密度或通过排气穿流开口44提供的总穿过横断面积在排气流通道18的中央的区域中比在靠近壁16的区域中更大或者说从壁16至中央的区域增加。这也可以在气体排放开口56中设置，从而在特别大份额的排气A流动的地方，也有大份额气体G引入排气A中。

要指出，图1和2的对照明显示出，通过两个混合器体部件22、24的成型也可以对混合器体20的确定尺寸有显著的影响。这样气体输送体积38的大小可以例如通过穿流成形部50或第一混合器体部件22的紧固边缘34的长度影响。在图1中示出的设计示例中，气体输送体积38沿排气主流动方向H具有较大的延伸，而混合器体22在图2的设计形式中通过第一混合器体部件22的对应的成型较平坦地构造。

进一步要指出，当然在图1和2中示出的设计形式可以相互组合。这样气体排放开口56可以不仅以在排气穿流开口44的区域中的在图1中示出的环状的结构，而且以在排气穿流开口44之间的区域中的在图2中示出的孔状的结构设置。在该设计中，例如一些排气穿流开口44可以如在图1中示出的这样构成，亦即包括配置于此设置的气体排放开口56，而其他排气穿流开口44可以如在图2中示出的构成，亦即没有配置的气体排放开口。

气体/气体混合器尤其是关于在排气穿流开口44的区域中的设计的变型在图3中示出。在图3中可看出的排气穿流开口44的区域中，第二混合器体部件24这样成形，使得包围穿流孔48的穿流孔边缘区域46相反于排气主流动方向H弯曲，例如作为卷边提供。穿流孔边缘区域46这样成形或确定尺寸，使得其提供比在第一混合器体部件22上的穿流成形部50更大的开口横截面。尤其是所述尺寸确定为这样，使得穿流成形部50在穿流孔48的区域中延伸进入由穿流孔边缘区域46包围的体积中并且与穿流孔边缘区域46沿排气主流动方向A重叠。

在相反于排气主流动方向H弯曲的穿流孔边缘区域46和穿流成形部50之间形成的环状的间隙提供气体排放开口56，所述气体排放开口如在图1的设计示例中原则上具有环状的结构，并且通过所述气体排放开口，通过气体输送体积38输送的气体G引入穿流第一混合器体部件22中的排气流通道52的排气A中。也在该设计中基于如下情况，即，沿排气主流动方向H延伸的穿流成形部50介入到相反于排气主流动方向H延伸的穿流孔边缘区域46或由其包围的体积中，排除排气A进入到气体输送体积38中。

要指出，在所述图中示出的气体/气体混合器12可以在各个方面变换，而不会偏离本发明的原理。这样例如在图1中示出的设计中，穿流成形部50也可以这样确定尺寸，使得其延伸到穿流孔48中或延伸穿过所述穿流孔。在所有设计形式中，可以备选或附加地也在穿流成形部50的区域中设置分别一个或多个气体排放开口56，如其在图2中表示的。

排气穿流开口44可以例如具有圆形的开口横截面，但也可以椭圆、蛋形或以其他横截面几何形状提供。对应的也适用于气体排放开口56。进一步，两个混合器体部件22、24可以作为通过板材坯件的成形提供的构件的整体集成的组成部分设置，所述组成部分可以折叠到彼此上并且然后局部地例如通过焊接彼此固定。

利用按照本发明的混合器能实现，在排气流通道18的整个横截面上，将气体G引入排气流中并且有效率地与在排气流通道18中流动的排气混合。在此要混合于排气A的气体G可以例如是由燃烧器提供的排气，所述排气在内燃机的燃烧运行起动阶段在定位于气体/气体混合器下游的还冷的催化器布置结构中可以用于较快的加热。原则上也可能任何其他类型的气体、例如空气添加到排气流中，以便在气体/气体混合器12下游接着的***区域中获得改善的运行特性。

Claims (14)

1.气体/气体混合器，用于将气体引入内燃机的排气流中，所述气体/气体混合器具有在由排气(A)可穿流的排气导向元件(14)中的排气流通道(18)、在排气导向元件(14)中设置的包括多个由在排气流通道(18)中流动的排气(A)可穿流的排气穿流开口(44)的混合器体(20)，其中，在所述混合器体(20)中形成由要引入排气流(A)中的气体(G)可穿流的气体输送体积(38)，并且所述气体输送体积(38)通过多个气体排放开口(56)朝排气流通道(18)敞开。

2.按照权利要求1所述的气体/气体混合器，其特征在于，所述混合器体(20)板状地构成并且在排气导向元件(14)中横向于穿流排气流通道(18)的排气(A)的排气主流动方向(H)设置。

3.按照权利要求1或2所述的气体/气体混合器，其特征在于，混合器体(20)具有在排气导向元件(14)中朝上游方向取向设置的第一混合器体部件(22)和在排气导向元件(14)中朝下游方向取向地设置的第二混合器体部件(24)，其中，所述气体输送体积(38)基本上在第一混合器体部件(22)和第二混合器体部件(24)之间形成。

4.按照权利要求2和权利要求3所述的气体/气体混合器，其特征在于，第一混合器体部件(22)基本上板状地构成，并且第二混合器体部件(24)基本上板状地构成。

5.按照权利要求3或权利要求4所述的气体/气体混合器，其特征在于，在混合器体部件之一、优选第二混合器体部件(24)上设置在排气导向元件(14)上固定的紧固区域，并且在另一个混合器体部件上、优选第一混合器体部件(22)上设置在所述一个混合器体部件上固定的第二紧固区域。

6.按照权利要求5所述的气体/气体混合器，其特征在于，第一紧固区域在所述一个混合器体部件的外周区域(26)中具有优选基本上柱形的、在排气导向元件(14)的内周面上固定的紧固边缘(28)，或/和第二紧固区域在所述另一个混合器体部件的外周区域(32)中具有优选基本上柱形的、固定在所述一个混合器体部件上的紧固边缘(34)。

7.按照权利要求3-6之一所述的气体/气体混合器，其特征在于，为了提供在第二混合器体部件(24)中的排气穿流开口(44)，设置多个穿流孔(48)，并且在第一混合器体部件(22)中配置于第二混合器体部件(24)的每个穿流孔(48)设置朝第二混合器体部件(24)延伸的并且将排气(A)朝配置的穿流孔(48)方向引导的、提供第一混合器体部件(22)的穿流通道(52)的、优选管状的或漏斗状的穿流成形部(50)。

8.按照权利要求7所述的气体/气体混合器，其特征在于，在至少一个、优选每个排气穿流开口(44)中，在第二混合器体部件(24)的包围在第二混合器体部件(24)中的穿流孔(48)的穿流孔边缘区域(46)和第一混合器体部件(22)的穿流成形部(50)之间形成气体排放开口(56)。

9.按照权利要求7或8所述的气体/气体混合器，其特征在于，至少一个气体排放开口(56)在第二混合器体部件(24)中设置在设置于第二混合器体部件(24)中的穿流孔(48)之间，或/和至少一个气体排放开口(56)设置在第一混合器体部件(22)中、优选设置在至少一个穿流成形部(50)的区域中。

10.按照权利要求9所述的气体/气体混合器，其特征在于，在至少一个、优选每个排气穿流开口(44)中，穿流成形部(50)贴靠在第二混合器体部件(24)的包围第二混合器体部件(22)中的穿流孔(48)的穿流孔边缘区域(46)上，优选这样贴靠，使得气体输送体积(38)在所述排气穿流开口(44)的区域中针对气体(G)的排出基本上封闭。

11.按照权利要求3-10之一所述的气体/气体混合器，其特征在于，第一混合器体部件(22)是板材成形件，或/和第二混合器体部件(24)是板材成形件。

12.按照上述权利要求之一所述的气体/气体混合器，其特征在于，在混合器体(20)的外周区域上，引导通过排气导向元件(14)的壁(16)的气体输送通道(42)朝气体输送体积(38)敞开。

13.按照上述权利要求之一所述的气体/气体混合器，其特征在于，混合器体(20)在排气导向元件(12)中这样设置，使得在排气流通道(18)中的排气(A)在混合器体(20)的区域中基本上只流过排气穿流开口(44)。

14.用于车辆的内燃机的排气设备，所述排气设备具有按照上述权利要求之一所述的气体/气体混合器(12)。

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