DE102012014333A1

DE102012014333A1 - Mixing device for aftertreatment of exhaust gases

Info

Publication number: DE102012014333A1
Application number: DE102012014333.8A
Authority: DE
Inventors: Herbert Albert
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-01-23
Also published as: RU2631591C2; BR102013017993A2; CN103573350A; BR102013017993B1; EP2687286A3; EP2687286A2; EP2687286B1; RU2013130797A; CN103573350B

Abstract

Mischvorrichtung (1) zur Nachbehandlung von Abgasen (2) in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die ein einen Eintrittsquerschnitt (3) aufweisendes Gehäuse (4) und ein innerhalb des Gehäuses (4) angeordnetes, sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptinjektionsrichtung (5) einer Dosiereinrichtung (6) zur Zuführung einer Flüssigkeit und/oder eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches erstreckendes Innenrohr (7) mit einem im Inneren (8) des Innenrohres (7) ausgebildeten Vormischbereichs (10) umfasst, wobei das Gehäuse (4) einen spiralförmigen Gehäuseabschnitt (13) aufweist und an einer Stirnseite (11) des Gehäuses (4) die Dosiereinrichtung (6) angeordnet ist, wobei ein Abgashauptstrom (12) zwischen dem Gehäuse (4) und der äußeren Mantelfläche (14) des Innenrohres (7) geführt und einem Hauptmischbereich (16) zuführbar ist und ein Abgasteilstrom (17) durch einen Innenrohrdurchtritt (18) in den dosiereinrichtungsnäheren Vormischbereich (10) zuführbar ist, wobei der Abgasteilstrom (17) über den Vormischbereich (10) in den Hauptmischbereich (16) mündet und der Abgashauptstrom (12) einen größeren Abgasvolumenanteil als der Abgasteilstrom (17) umfasst.Mixing device (1) for the aftertreatment of exhaust gases (2) in an exhaust system of an internal combustion engine having a housing (4) having an inlet cross-section (3) and a housing arranged inside the housing (4) substantially parallel to a main injection direction (5) Dosing device (6) for supplying a liquid and / or a liquid-gas mixture extending inner tube (7) with a in the interior (8) of the inner tube (7) formed Vormischbereichs (10), wherein the housing (4) has a spiral-shaped housing portion (13) and on a front side (11) of the housing (4) the metering device (6) is arranged, wherein a main exhaust stream (12) between the housing (4) and the outer lateral surface (14) of the inner tube (7) out and a primary mixing region (16) can be fed and an exhaust gas partial stream (17) through an inner tube passage (18) in the metering device nearer Vormischbereich (10) can be supplied, wherein the exhaust part trom (17) via the Vormischbereich (10) in the main mixing region (16) opens and the exhaust main stream (12) comprises a larger exhaust gas volume fraction than the exhaust gas partial stream (17).

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die ein einen Eintrittsquerschnitt aufweisendes Gehäuse und ein innerhalb des Gehäuses angeordnetes, sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptinjektionsrichtung einer Dosiereinrichtung zur Zuführung einer Flüssigkeit und/oder eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches erstreckendes Innenrohr, mit einem im Inneren des Innenrohres ausgebildeten Mischbereich, umfasst.The invention relates to a mixing device for the aftertreatment of exhaust gases in an exhaust system of an internal combustion engine having a housing having an inlet cross-section and disposed within the housing, substantially parallel to a main injection direction of a metering device for supplying a liquid and / or a liquid-gas mixture extending inner tube, with a formed in the interior of the inner tube mixing region comprises.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 053 950 A1 lehrt eine Mischvorrichtung, in welcher ein Abgas mit einem, über eine Dosiereinrichtung applizierten flüssigen Reduktionsmittel vermischt wird, wobei das Abgas über dosiereinrichtungsferne Öffnungen eines Innenrohres radial in dessen Innenraum gelangt und über eine stirnseitig angeordnete, dosiereinrichtungsnahe Öffnung in den Innenraum des Innenrohres gelangt. Hierbei strömt ein wesentlicher Teilstrom des Abgases direkt in den Injektionsbereich der Dosiereinrichtung und beeinflusst die Reduktionsmitteleinleitung.The publication DE 10 2009 053 950 A1 teaches a mixing device in which an exhaust gas is mixed with a, applied via a metering liquid reducing agent, the exhaust passes through dosing device remote openings of an inner tube radially into the interior and passes through a frontally arranged, metering device near opening into the interior of the inner tube. In this case, a substantial partial flow of the exhaust gas flows directly into the injection area of the metering device and influences the introduction of reducing agent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass das Vermischen der Flüssigkeit mit dem Abgas unabhängig oder nur unter geringem Einfluss des Abgasvolumenstroms zuverlässig und möglichst homogen erfolgt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, die Vermischung unter Durchlaufen einer kurzen Mischstrecke zu realisieren und das Volumen der Mischvorrichtung gering zu halten.The invention has the object of developing a mixing device with the features of claim 1 such that the mixing of the liquid with the exhaust gas is independent or only with low influence of the exhaust gas flow reliably and as homogeneous as possible. It is another object of the invention to realize the mixing while passing through a short mixing section and to keep the volume of the mixing device low.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 14.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims 2 to 14.

Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass das Gehäuse einen spiralförmigen Gehäuseabschnitt aufweist und an einer Stirnseite des Gehäuses die Dosiereinrichtung angeordnet ist, wobei ein Abgashauptstrom zwischen dem Gehäuse und der äußeren Mantelfläche des Innenrohres geführt und einem Hauptmischbereich zuführbar ist und ein Abgasteilstrom durch einen Innenrohrdurchtritt in einen dosiereinrichtungsnäheren Vormischbereich zuführbar ist, wobei der Abgasteilstrom über den Vormischbereich in den Hauptmischbereich mündet und der Abgashauptstrom einen größeren Volumenanteil als der Abgasteilstrom umfasst. Dadurch, dass der Abgasstrom in einen volumenärmeren Abgasteilstrom und einen volumenreicheren Abgashauptstrom unterteilt und beide Abgasströme innerhalb eines Hauptmischbereichs zusammengeführt werden, wird sowohl eine unter geringem Einfluss des Abgasvolumenstromes liegende Flüssigkeitseinbringung, als auch gleichzeitig eine durch die noch im Hauptmischbereich erfolgende Zusammenführung des Abgashaupt- und Abgasteilstromes zuverlässig homogene Vermischung der Flüssigkeit innerhalb des gesamten Abgasstromes erreicht. Die Funktion des spiralförmigen Gehäuses ist darin zu sehen, dass zumindest dem Abgashauptstrom eine Drallbewegung aufgeprägt wird. Diese Drallbewegung wirkt sich vorteilhaft auf die Vermischung von Flüssigkeit und Abgas und deren Homogenisierung im Vor- und/oder Hauptmischbereich aus. Der Innenrohrdurchtritt ermöglicht einen Druckausgleich zwischen dem Abgashauptstrom und dem düsennahen Inneren des Innenrohres sowie einen kleineren Teilabgasmassenstrom zur Unterstützung des Sprayaustrags aus dem Inneren des Innenrohres zu erzielen. Ohne das Vorsehen des Bypasskanals und der Zuführung des Abgasteilstromes in den Vormischbereich kann die zeitweise eingebrachte Flüssigkeit sich nach Art eines Feder-Masse-Systems verhalten und zu zumindest temporären Druckschwankungen in den Mischbereichen – und damit ungünstigeren Bedingungen für eine homogene Vermischung führen, dies wird mit der erfindungsgemäßen Ausführung verhindert.As a core of the invention, it is considered that the housing has a spiral housing section and the metering device is arranged on an end side of the housing, wherein a main exhaust stream between the housing and the outer surface of the inner tube out and fed to a main mixing area and a partial exhaust gas flow through an inner tube passage in a metering device closer Vormischbereich can be fed, wherein the partial exhaust gas flow over the Vormischbereich in the main mixing region and the main exhaust stream comprises a larger volume fraction than the exhaust gas partial stream. Characterized in that the exhaust gas stream is divided into a low-volume exhaust gas partial stream and a higher-volume exhaust main stream and both exhaust streams are combined within a main mixing area, both a lying under slight influence of the exhaust gas volume flow liquid introduction, as well as simultaneously taking place by still taking place in the main mixing area merging of the exhaust main and exhaust gas partial stream reliably achieved homogeneous mixing of the liquid within the entire exhaust gas stream. The function of the spiral-shaped housing can be seen in that at least the exhaust main flow is imparted a swirling motion. This swirling movement has an advantageous effect on the mixing of liquid and offgas and their homogenization in the pre-mixing and / or main mixing region. The inner tube passage allows a pressure equalization between the exhaust main flow and the nozzle-near interior of the inner tube and a smaller partial exhaust gas mass flow to support the spray discharge from the interior of the inner tube to achieve. Without the provision of the bypass channel and the supply of the exhaust gas partial stream in the premixing the temporarily introduced liquid behave like a spring-mass system and at least temporary pressure fluctuations in the mixing areas - and thus unfavorable conditions for a homogeneous mixing lead, this is with prevents the execution of the invention.

Wenn die Einbringung einer Flüssigkeit durch die Dosiereinrichtung beschrieben wird, so kann diese auch ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch, beispielsweise in Form eines Sprays umfassen, nachfolgend wird vereinfacht und exemplarisch von einer Flüssigkeit ausgegangen. Grundsätzlich bringt die Dosiereinrichtung ein Reduktionsmittel wie z. B. eine Harnstofflösung oder auch einen kohlenwasserstoffhaltigen Stoff in die Mischvorrichtung ein und vermischt diese möglichst homogen mit dem Abgas. Im Fall der Harnstofflösung wird diese beispielsweise einem stromab angeordneten Hydrolysekatalysator zugeführt und dort umgesetzt.If the introduction of a liquid is described by the metering device, then this may also comprise a liquid-gas mixture, for example in the form of a spray, below it is simplified and assumed as an example of a liquid. Basically, the metering device brings a reducing agent such. B. a urea solution or a hydrocarbon-containing substance in the mixing device and mixed as homogeneously as possible with the exhaust gas. In the case of the urea solution, for example, it is fed to a hydrolysis catalytic converter arranged downstream and reacted there.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Hauptinjektionsrichtung der Dosiereinrichtung im Wesentlichen parallel und/oder koaxial zu der Längsachse des Gehäuses und/oder zu der Längsachse des Innenrohres angeordnet. Damit lässt sich ein kompakter und effektiver Aufbau der Mischvorrichtung erreichen, da die Abgasteilströme sich an den Wandungen des Gehäuses und/oder des Innenrohres ausrichten und an diesen geleitet werden. Damit wird auf einfache konstruktive Weise eine gleichgerichtete Abgasteil- und/oder Abgashauptstrombewegung und Flüssigkeitseinbringung erreicht.In an advantageous embodiment, the main injection direction of the metering device is arranged substantially parallel and / or coaxially to the longitudinal axis of the housing and / or to the longitudinal axis of the inner tube. This makes it possible to achieve a compact and effective construction of the mixing device, since the partial exhaust gas streams are aligned with the walls of the housing and / or the inner tube and are directed thereto. Thus, a rectified Abgasteil- and / or exhaust main flow and liquid introduction is achieved in a simple constructive manner.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abgasstrom in zwei oder maximal drei Teilströme aufgeteilt wird. Insbesondere wenn ein, als letzter in den Mischbereich eingebrachter Abgashauptstrom mindestens 70-Vol.-% des Abgasstroms, vorzugsweise mindestens 80-Vol.-% des Abgasstroms, besonders bevorzugt mindestens 90-Vol.-% des Abgasstroms umfasst, wird der oben beschriebene Effekt der zuverlässigen Homogenisierung und der geringen Beeinflussung der Flüssigkeitseinbringung durch die Abgaszuführung erreicht. Dadurch, dass lediglich ein geringer Teil (mindestens kleiner 30-Vol.-%) als einer oder ggf. als mehrere Teilströme über die Längsachse des Innenrohres vor dem Hauptabgasstrom eine Vermischung mit der zugeführten Flüssigkeit erfährt, wird eine homogene und nur geringfügig vom Abgasvolumenstrom abhängige Einbringung der Flüssigkeit in das Abgas erreicht. Insbesondere für die injizierten Flüssigkeitstropfen mit geringer Masse ist der Teilabgasstrom mit seinem geringen Volumenstrom vorteilhaft, da diese Tropfen dann nicht übermäßig von dem Abgasvolumenstrom umgelenkt werden. Diese Tropfen weisen einen geringen Impuls auf und würden bei Beaufschlagung mit einem größeren Volumenstrom (vgl. Abgashauptstrom) derart stark abgelenkt werden, dass diese sich übermäßig an der Innenwand des Innenrohres ablagern könnten. Dies wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere durch den volumenärmeren, früher auf die Flüssigkeit einwirkenden Abgasteilstrom – vermieden oder zumindest in einem geringen, den Mischprozeß nicht wesentlich beeinträchtigen Rahmen gehalten. Als Abgasstrom wird das zugeführte Abgas im Eintrittsquerschnittsbereich bezeichnet.It has proved to be advantageous if the exhaust gas flow is divided into two or at most three partial flows. In particular, when a, as the last introduced into the mixing region main exhaust stream at least 70-vol .-% of the exhaust stream, preferably at least 80-vol .-% of the exhaust stream, particularly preferably at least 90-vol .-% of Includes exhaust gas flow, the above-described effect of the reliable homogenization and the slight influence of the liquid introduction is achieved by the exhaust gas feed. Due to the fact that only a small part (at least less than 30% by volume) undergoes mixing with the supplied liquid as one or optionally as a plurality of partial streams over the longitudinal axis of the inner tube upstream of the main exhaust gas stream, a homogeneous and only slightly dependent on the exhaust gas volume flow Introduce the liquid into the exhaust gas. In particular, for the injected liquid droplets with low mass, the partial exhaust gas flow with its low volume flow is advantageous because these drops are then not deflected excessively by the exhaust gas volume flow. These droplets have a low momentum and would be so strongly deflected when exposed to a larger volume flow (see main exhaust stream) that they could be deposited excessively on the inner wall of the inner tube. This is with the device according to the invention in particular by the low-volume, earlier acting on the liquid exhaust partial stream - avoided or at least held in a small, the mixing process is not significantly affected frame. The exhaust gas flow is the supplied exhaust gas in the inlet cross-section area.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Innenrohr mit einem zylindrischen Abschnitt und mit, einem sich verjüngenden Abschnitt zu versehen, wobei der sich verjüngende Abschnitt dem zylindrischen Abschnitt in Strömungsrichtung des Hauptabgasstromes vorgelagert ist. Der sich verjüngende Abschnitt wirkt als Umlenkbereich und lenkt den zugeführten Abgashauptstrom „druckverlustarm” – d. h. mit einem minimalen Widerstand – parallel zu der Hauptinjektionsrichtung der Dosiereinrichtung. Hierbei umfasst der sich verjüngende Abschnitt vorzugsweise einen sich stetig und/oder kontinuierlich verändernden Radius, der zum Beispiel als ein sich an der Außenseite des Innenrohres stetig und/oder kontinuierlich in Strömungsrichtung des Abgashauptstromes vergrößernder Radius ausgestaltet ist. Als stetige Veränderung bzw. Vergrößerung des Radius ist eine ununterbrochene und/oder sich stets in eine (vergrößernde) Richtung fortschreitende Veränderung gemeint. Diese Maßnahme führt zu einer Umlenkung des Abgases unter einem geringen, auf den Abgasstrom wirkenden Widerstand. Alternativ kann der Umlenkbereich auch einen konstanten und kontinuierlichen Radius umfassen, diese Ausführung ist kostengünstiger und einfacher zu fertigen.Further, it has been found to be advantageous to provide the inner tube with a cylindrical portion and with a tapered portion, wherein the tapered portion is upstream of the cylindrical portion in the flow direction of the main exhaust gas stream. The tapered section acts as a deflection and deflects the supplied exhaust mainstream "low pressure loss" - d. H. with a minimum resistance - parallel to the main injection direction of the metering device. In this case, the tapering section preferably comprises a continuously and / or continuously changing radius, which is designed, for example, as a radius which increases continuously on the outside of the inner tube and / or continuously in the flow direction of the exhaust main flow. The continuous change or enlargement of the radius means an uninterrupted change and / or a change that is always progressing in a (magnifying) direction. This measure leads to a deflection of the exhaust gas under a small, acting on the exhaust gas flow resistance. Alternatively, the deflection region may also include a constant and continuous radius, this design is less expensive and easier to manufacture.

Über die Rohrbreite des Innenrohres, die als Bereich zwischen dem maximalen Rohraussendruchmesser und dem minimalen Rohrinnendurchmesser zu verstehen ist, erfolgt eine Zuführung des Abgasteilstromes zu dem Vormischbereich im Wesentlichen (d. h. +/– 10%) rechtwinklig zu der Hauptinjektionsrichtung. Da nur ein geringer Anteil des Abgases diesen Bypass zum Mischbereich durchläuft, ist dessen zumindest bereichsweise rechtwinklig zur Hauptinjektionsrichtung erfolgende Bewegung nicht oder nur unwesentlich nachteilig für die Einbringung der Flüssigkeit in den Mischbereich.Through the tube width of the inner tube, which is to be understood as the area between the maximum tube outer diameter and the minimum tube inner diameter, the partial exhaust gas flow to the premix area is substantially (i.e., +/- 10%) perpendicular to the main injection direction. Since only a small proportion of the exhaust gas passes through this bypass to the mixing region, its movement taking place at right angles to the main injection direction, at least in regions, is not or only insignificantly disadvantageous for the introduction of the liquid into the mixing region.

Alternativ und/oder zusätzlich zu der oben beschriebenen, zumindest bereichsweise rechtwinklig zur Hauptinjektionsrichtung verlaufenden Zuführung des Abgasteilstromes in den Vormischbereich, ist es vorteilhaft, wenn innerhalb des Innenrohres und/oder in oder am Vormischbereich Leitelemente angeordnet sind, die eine Umlenkung des Abgasteilstroms hin zur Hauptinjektionsrichtung ausführen. Damit kann beispielsweise ein „Schutzkragen” um den Nahbereich der Dosiervorrichtung angeordnet sein, so dass die Flüssigkeitseinbringung anfangs keine Störung durch eine Beaufschlagung mit dem Abgasteilstrom erfährt. Auch kann durch die Leitelemente eine vorteilhafte Umlenkung des Abgasteilstromes in Hauptinjektionsrichtung erfolgen. Damit werden drei Bereiche zur Flüssigkeitsvermischung gebildet, ein erster Bereich innerhalb des Leitelementes, in welchem ausschließlich eine Flüssigkeitseinbringung ohne Beaufschlagung mit Abgas erfolgt. Ein zweiter Bereich – der Vormischbereich – in welchem der Abgasteilstrom mit dem aus dem ersten Bereich austretenden Flüssigkeit „vorvermischt” wird. Im dritten Bereich – Hauptmischbereich – erfolgt die Zuführung des Abgashauptstroms zu dem vorvermischten Flüssigkeit-Abgasteilstrom-Gemisch. Hierbei ist das Leitelement vorzugsweise ringartig ausgebildet und an seiner Innenseite kreiszylindrisch und in seinem Querschnitt zu seinem freien Ende verjüngend ausgebildet.Alternatively and / or in addition to the above-described, at least partially extending perpendicular to the main injection direction supply of the exhaust gas partial stream in the premixing, it is advantageous if within the inner tube and / or in the premixing area guide elements are arranged, which deflect the exhaust gas partial flow toward the main injection direction To run. Thus, for example, a "protective collar" can be arranged around the vicinity of the metering device, so that initially the liquid introduction experiences no disturbance as a result of being exposed to the partial exhaust gas flow. Also can be carried out by the guide elements an advantageous deflection of the exhaust gas partial stream in the main injection direction. Thus, three areas are formed for fluid mixing, a first area within the guide element, in which only a liquid introduction takes place without exposure to exhaust gas. A second area - the premix area - in which the partial exhaust gas stream is "premixed" with the liquid leaving the first area. In the third area - the main mixing area - the supply of the main exhaust stream to the premixed liquid-waste gas partial stream mixture takes place. In this case, the guide element is preferably designed like a ring and formed on its inside circular cylindrical and tapering in its cross section to its free end.

In einer besonders bevorzugten Ausführung kann das Leitelemente und/oder ein weiteres Ablenkelement dem Abgasteilstrom eine rechtwinklig zur Hauptinjektionsrichtung verlaufende Bewegungskomponente und/oder einen spiralartigen Bewegungsverlauf induzieren. Damit wird dem Abgasteilstrom eine drallartige Bewegung aufgeprägt. Beispielsweise kann damit ein gegebenenfalls bereits durch die Spiralform des Gehäuses erzeugter Drall des Abgasteilstromes in den Vormischbereich hinein übernommen und/oder verstärkt werden.In a particularly preferred embodiment, the guide elements and / or a further deflection element can induce the exhaust gas partial flow to have a movement component running at right angles to the main injection direction and / or a spiral-like course of movement. Thus, a swirling movement is impressed on the exhaust gas partial flow. For example, it is thus possible for a swirl of the exhaust gas partial stream, which may have already been generated by the spiral shape of the housing, to be taken over into the premixing area and / or reinforced.

In einer vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung ist die Länge des Leitelementes (in Richtung der Längsachse des Innenrohres) kürzer als die Länge des Innenrohres. Insbesondere kann die Länge des Leitelementes kürzer als die Hälfte oder kürzer als ein Viertel des Innenrohres sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine kompakte und effektive Mischvorrichtung. Das Leitelement dient hauptsächlich dazu den dosiereinrichtungsnahen Bereich vor der Abgasteilströmung zu schützen und den dem Leitelement bzw. der Hauptinjektionsachse radial zugeleiteten Abgasteilstrom in die Hauptinjektionsrichtung umzulenken. So dass insbesondere die massearmen Tropfen der Flüssigkeit im Eintrittsbereich keine Ablenkung durch den Abgasteilstrom erfahren.In an advantageous structural embodiment, the length of the guide element (in the direction of the longitudinal axis of the inner tube) is shorter than the length of the inner tube. In particular, the length of the guide element may be shorter than half or shorter than a quarter of the inner tube. This embodiment enables a compact and effective mixing device. The guide element serves primarily to protect the area close to the metering device in front of the exhaust gas part flow and the exhaust gas partial flow radially directed to the guide element or the main injection axis in the main injection direction redirect. So that in particular the low-mass drops of the liquid in the inlet region do not experience any deflection by the partial exhaust gas flow.

Auch kann sich alternativ oder zusätzlich der Hauptabgasstrom selbst hinsichtlich der Strömungsverhältnisse im Vormischbereich positiv auswirken, indem durch eine vom Hauptabgasstrom erzeugte Sogwirkung (Unterdruckerzeugung) im Vormischbereich eine weitere Richtungsbeeinflussung der Flüssigkeit und/oder des Teilabgasstromes, hin bzw. parallel zur Hauptinjektionsrichtung ausführbar ist.Also, alternatively or additionally, the main exhaust gas flow may have a positive effect even with regard to the flow conditions in the premixing range by further influencing the direction of the liquid and / or the partial exhaust gas flow, respectively parallel to the main injection direction, by a suction effect generated by the main exhaust gas flow (negative pressure generation).

Bevorzugt wird der Spraywinkel α derart gewählt ist, dass das Spray (die Flüssigkeit) die Innenwand des Innenrohres im nicht abgasdurchströmten Zustand im Wesentlichen nicht berührt. Damit soll nur ein geringer Masseanteil der Flüssigkeit an die Innenwand des Innenrohres berühren und sich dort ggf. ansetzten. Wenn dies im nicht abgasdurchströmten Zustand erfüllt ist, dann wird im abgasdurchströmten Zustand (Betriebszustand) eine geringfügige (kleiner 15%, vorzugsweise kleiner 8%) und zumindest in definierten Lastszenarien des Motors vorhandene Benetzung der Innenseite des Innenrohres erreicht. Dieser Kontakt oder diese Benetzung erfolgt hierbei Innenrohr-innenseitig auf dem der Dosiereinrichtung abgewandten Endbereich, vorzugsweise im letzten Achtel des Innenrohres und damit nahe dem Übergang zu dem Hauptmischbereich Eine geringfügige und/oder temporäre Benetzung der Innenwand des Innenrohrendes ist insbesondere im abgasdurchströmten Zustand tolerierbar und auch vorteilhaft. Dadurch, dass ein geringer Teil der Flüssigkeit sich zumindest temporär an der Innenwand des Innenrohres ansetzt wird auf diese Weise ein gewisser Flüssigkeitsspeicher realisiert. Die Dosiereinrichtung arbeitet in der Regel zeitweise. Damit kann während der Nichteinspritzzeiträume ein „Abbau” der an der Innenwand des Innenrohres befindlichen Flüssigkeit erreicht werden. Dieser Effekt wird dadurch begünstigt, dass das Innenrohr dünnwandig ist und/oder außenseitig von dem Abgashauptstrom erwärmt wird, sodass sich auch die an den Wandabschnitten der Innenwand befindliche Flüssigkeit erwärmt. Diese Wärme erleichtert den Abtrenneffekt und. Aufspaltungseffekt (Sekundäraufbruch) der sich an dem Innenrohr innenseitig anlegenden Flüssigkeitströpfchen. Mit anderen Worten wird durch den gezielten geringfügigen temporären Wandkontakt der Flüssigkeit die Mischfunktion der Mischvorrichtung ferner begünstigt. Insbesondere dadurch, dass dieser „Flüssigkeitsspeicher” am Innenrohrende und damit nahe dem Hauptmischbereich angeordnet ist, können sich ferner die Sog- und Unterdruckwirkungen des über den vorzugsweise als Ringspalt ausgebildeten Übertritts in den Hauptmischbereich, als Förderer der Mischeigenschaften der Mischvorrichtung erweisen.Preferably, the spray angle α is selected such that the spray (the liquid) does not substantially touch the inner wall of the inner tube in the non-exhaust gas flowed through state. This should only touch a small proportion by mass of the liquid to the inner wall of the inner tube and possibly attach there. If this is fulfilled in the non-exhaust gas flow condition, then a slight (smaller 15%, preferably less than 8%) and existing at least in defined load scenarios of the engine wetting of the inside of the inner tube is achieved in the exhaust gas flowed through state (operating state). This contact or this wetting takes place on the inner tube-inside on the end facing away from the metering device, preferably in the last eighth of the inner tube and thus close to the transition to the main mixing area A slight and / or temporary wetting of the inner wall of the inner tube end is tolerable and especially in exhaust gas flowed through state advantageous. Due to the fact that a small part of the liquid attaches at least temporarily to the inner wall of the inner tube, a certain liquid reservoir is realized in this way. The metering device usually works temporarily. This can be achieved during the non-injection periods, a "degradation" of the liquid located on the inner wall of the inner tube. This effect is favored by the fact that the inner tube is thin-walled and / or is heated on the outside by the exhaust main flow, so that the liquid located on the wall portions of the inner wall is heated. This heat facilitates the separation effect and. Splitting effect (secondary rupture) of the liquid droplets laying on the inner tube on the inside. In other words, the mixing function of the mixing device is further promoted by the targeted slight temporary wall contact of the liquid. In particular, the fact that this "liquid reservoir" is arranged at the inner tube end and thus close to the main mixing region, can also prove the suction and negative pressure effects of over the preferably formed as an annular gap crossing into the main mixing area, as a conveyor of the mixing properties of the mixing device.

Über die Auslegung der Länge des Innenrohres kann auf konstruktiv einfache und effektive Weise der Grad des temporären Anhaftens der Flüssigkeit eingestellt werden. In der Regel ist die Dosiereinrichtung und damit der Spraywinkel sowie die Dichte der Flüssigkeit vorgegeben. Diese Parameter beeinflussen die Ausbreitungseigenschaften des Sprays abhängig von dem Abgasvolumenstrom. Soll nun eine Flüssigkeit mit einer anderen Dichte und/oder eine Dosiereinrichtung mit einem anderen Spraywinkel verbaut werden, so genügt es, wenn die Mischvorrichtung durch Veränderung der Länge des Innenrohres angepasst wird, um den oben beschriebenen Effekt (Sekundäraufbruch) einzustellen. Dies ermöglicht ebenfall eine Modulbauweise und/oder ein Nachrüstsystem durch entsprechende Auswahl eines Innenrohres der bevorzugten Länge.About the design of the length of the inner tube can be adjusted in a structurally simple and effective way, the degree of temporary adhesion of the liquid. In general, the metering device and thus the spray angle and the density of the liquid is specified. These parameters affect the propagation characteristics of the spray depending on the exhaust gas volume flow. If now a liquid with a different density and / or a metering device with a different spray angle to be installed, it is sufficient if the mixing device is adjusted by changing the length of the inner tube to adjust the effect described above (secondary rupture). This also allows a modular design and / or a retrofit system by appropriate selection of an inner tube of the preferred length.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist, den Eintrittsquerschnitt (d. h. Durchmesser oder lichte Weite des Eintrittsquerschnitts) des Abgases am Gehäuse kleiner oder gleich, als die Länge des Innenrohres auszulegen. Insbesondere hat sich ein Verhältnis von Eintrittsquerschnitt des Abgases zu der Länge des Innenrohres im Bereich von 1:1 bis 1:1,5 bewährt. Damit wird eine kompakte und zugleich effektive Mischvorrichtung erreicht.A further advantageous measure is to design the inlet cross section (that is to say the diameter or inside width of the inlet cross section) of the exhaust gas at the housing smaller than or equal to the length of the inner tube. In particular, a ratio of inlet cross section of the exhaust gas to the length of the inner tube in the range of 1: 1 to 1: 1.5 has proven. Thus, a compact and effective mixing device is achieved.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Mischvorrichtung ist vorgesehen, dass der Innenrohrdurchtritt durch eine Mehrzahl an Durchtrittsöffnungen gebildet ist, wobei die Durchtrittsöffnungen vorzugsweise auf einem Kreisring oder auf einem Kreisringsegment liegend angeordnet sind, wobei besonders bevorzugt der Kreisring oder das Kreisringsegment im ersten, der Dosiereinrichtung zugewandten Längendrittel oder Längenviertel des Innenrohres angeordnet ist. Diese dosiervorrichtungsnahe Anordnung der Durchtrittsöffnungen ermöglicht die homogene Vermischung und die nur geringe Beeinflussung der Flüssigkeitseinbringung durch den Abgasteilstrom. Die Durchtrittsöffnungen können beispielsweise als Schlitze, Länglöcher oder dergleichen ausgebildet sein.According to an advantageous embodiment of the mixing device is provided that the inner tube passage is formed by a plurality of passage openings, wherein the passage openings are preferably arranged lying on a circular ring or on a circular ring segment, wherein particularly preferably the circular ring or the circular ring segment in the first, the metering device facing third or longitudinal quarter of the inner tube is arranged. This metering device near arrangement of the passage openings allows the homogeneous mixing and the only slight influence of the liquid introduction by the exhaust gas partial stream. The passage openings may be formed, for example, as slots, elongated holes or the like.

Auch kann die Durchtrittsöffnung als ein vollständig umlaufender Ringspalt ausgebildet sein. Hierbei ist das Innenrohr über wenigstens einen Steg mit dem Gehäuse tragend und/oder abstützend verbunden. Dieser wenigstens ein Steg ist vorzugsweise an der Stirnseite und innerhalb des Bypasskanals angeordnet. Der Bypasskanal ist der Bereich in welchem der Abgasteilstrom von der Durchtrittsöffnung in radial innen liegenden Vormischbereich gelangt. Der Steg kann ferner eine Geometrie aufweisen, die eine definierte Beeinflussung des an ihm vorbeitretenden Abgasteilstromes (z. B. dessen Richtung) ermöglicht, beispielsweise wird der Abgasteilstrom durch den Steg umgelenkt und/oder in eine Drallbewegung versetzt. In einer konkreten Ausführung erfährt der Abgasteilstrom eine Umlenkung um wenigstens 10°, vorzugsweise um wenigstens 25°. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn die Stege äquidistant auf einer Kreislinie liegend beabstandet sind und deren Geometrie zumindest ähnlich ausgestaltet ist, so dass eine Abgasteilstromumlenkung über den Umfang gleichartig ausführbar ist.Also, the passage opening may be formed as a completely circumferential annular gap. Here, the inner tube is connected via at least one web to the housing supporting and / or supporting. This at least one web is preferably arranged on the front side and within the bypass channel. The bypass channel is the region in which the partial exhaust gas flow passes from the passage opening into the radially inward premix area. The web can furthermore have a geometry which allows a defined influencing of the exhaust gas partial flow passing past it (eg its direction), for example the exhaust gas partial flow is deflected by the web and / or put into a twisting motion. In a concrete Execution of the exhaust gas partial flow undergoes a deflection by at least 10 °, preferably by at least 25 °. In general, it is advantageous if the webs are equidistantly spaced lying on a circular line and whose geometry is at least designed similar, so that a partial exhaust gas flow deflection over the circumference is similar executable.

Zusätzlich oder alternativ hierzu kann ferner vorgesehen sein, dass der Abgasteilstrom ausgehend von dem Eintrittsquerschnitt zu den Durchtrittsöffnungen eine Bewegung entgegen der Hauptinjektionsrichtung ausführt, bevor dieser in den Vormischbereich gelangt. Auch können die Durchtrittsöffnungen des Innenrohres in Längsrichtung näher an der Dosiereinrichtung angeordnet sein, als der der Dosiereinrichtung zugewandte Bereich des Eintrittsquerschnitts. Diese beiden einzelnen oder kombinierbaren Ausführungsformen bedingen eine größere Wegstrecke für den Abgasteilstrom als die Wegstrecke für den Abgashauptstrom. Dies ermöglicht und/oder fördert die Bildung und/oder das Einstellen eines Unterdrucks bzw. einer Sogwirkung in der Vormischkammer ausgehend von dem Abgashauptstrom. Durch die kürzere Strecke des Abgashauptstromes im Vergleich zum Abgasteilstrom bis zum Hauptmischbereich wird die Sogwirkung (und damit ein Unterdruck) auf einfache und effektive Weise im Vormischbereich erzeugt.Additionally or alternatively, it may further be provided that the exhaust gas partial stream, starting from the inlet cross-section to the passage openings, performs a movement counter to the main injection direction, before it enters the premixing area. The passage openings of the inner tube can also be arranged closer to the dosing device in the longitudinal direction than the region of the entry cross-section facing the dosing device. These two individual or combinable embodiments require a greater distance for the partial exhaust gas flow than the path for the exhaust main flow. This allows and / or promotes the formation and / or the setting of a negative pressure or a suction effect in the premixing chamber, starting from the main exhaust stream. Due to the shorter distance of the exhaust main flow compared to the partial exhaust gas flow to the main mixing area, the suction effect (and thus a negative pressure) is generated in a simple and effective manner in the premixing area.

Der Übertritt des Abgashauptstromes in den Hauptmischbereich erfolgt vorzugsweise durch Durchlaufen eines Ringspaltes am Ende des Innenrohres. Die einfach zu definierende Dimensionierung und Auslegung der Geometrie des Ringspaltes ermöglicht auf einfache und effektive Weise die Unterdruckverhältnisse des Vormischbereiches einzustellen.The passage of the exhaust main flow into the main mixing area is preferably carried out by passing through an annular gap at the end of the inner tube. The easy-to-define dimensioning and design of the geometry of the annular gap allows to easily and effectively set the negative pressure conditions of the premixing.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Innenrohr, das Leitelement und/oder der wenigstens eine Steg über den Innenrohrquerschnitt punktsymmetrisch zu der Hauptinjektionsrichtung/-achse und/oder das Innenrohr, das Leitelement und/oder die Stege rotationssymmetrisch ausgebildet/angeordnet, vorzugsweise um die Hauptinjektionsrichtung/-achse. Beispielsweise sind das Innenrohr und das Leitelement als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet, der koaxial zueinander und koaxial zu der Hauptinjektionsrichtung/-achse ausgerichtet ist. Ferner können hierbei die Stege gleichartig ausgebildet sein, so dass diese rotationssymmetrisch (z. B. mit einer 120°-Verdrehung bei drei Stegen oder 90°-Verdrehung bei vier Stegen, usw.) angeordnet sind. Diese symmetrische Ausgestaltung ermöglicht eine einfach zu fertigende Mischvorrichtung sowie positive Strömungsbedingungen bei einem hohen Grad der Homogenisierung von Flüssigkeit und Abgas.In a further advantageous embodiment, the inner tube, the guide element and / or the at least one web over the inner tube cross-section point symmetrical to the main injection direction / axis and / or the inner tube, the guide element and / or the webs are rotationally symmetrical / arranged, preferably around the main injection direction /-axis. For example, the inner tube and the guide element are formed as a rotationally symmetrical body which is aligned coaxially with one another and coaxially with the main injection direction / axis. Furthermore, in this case, the webs may be of similar design so that they are rotationally symmetrical (eg, with a 120 ° twist for three webs or 90 ° twist for four webs, etc.). This symmetrical design enables an easy-to-manufacture mixing device and positive flow conditions with a high degree of homogenization of liquid and exhaust gas.

Eine einfache und kostengünstige Fertigung der Mischvorrichtung lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass das Gehäuse, das Innenrohr, das Leitelement und/oder das Ablenkelement einstückig einstückig ausgebildet sind, vorzugsweise ein einstückig gegossenes oder in einem Schmelzverfahren (z. B. Lasersinter- oder Laserschmelzverfahren) gefertigtes Bauteil bilden.A simple and cost-effective production of the mixing device can be achieved, for example, in that the housing, the inner tube, the guide element and / or the deflecting element are integrally formed in one piece, preferably a one-piece cast or in a melting process (eg laser sintering or laser melting process). form manufactured component.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren erläutert. Diese zeigen:The invention is explained with reference to exemplary embodiments in the drawing figures. These show:

1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Mischvorrichtung; 1 a schematic longitudinal sectional view of a first embodiment of the mixing device;

2 eine schematische Längsschnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Mischvorrichtung; 2 a schematic longitudinal sectional view of a second embodiment of the mixing device;

3 eine schematische Vollschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Mischvorrichtung; 3 a schematic full sectional view of another embodiment of the mixing device;

4 eine Vollschnittdarstellung gemäß Detail C aus 3; 4 a full sectional view according to detail C from 3 ;

5 eine Vollschnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A aus 3; 5 a full sectional view according to section line AA 3 ;

6 eine Vollschnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung zu 4. 6 a full sectional view of an alternative embodiment 4 ,

In die Mischseinrichtung 1 werden Abgase 2 einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) durch den Eintrittsquerschnitt 3 eines Gehäuses 4 der Mischvorrichtung 1 zugeführt und nach Durchlaufen der Mischvorrichtung 1 einem Katalysator (nicht dargestellt) zugeführt. Innerhalb des Gehäuses 4 ist ein sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptinjektionsrichtung 5 (als Pfeil dargestellt) einer Dosiereinrichtung 6 erstreckendes Innenrohr 7 angeordnet. Durch die Dosiereinrichtung 6 wird in den Innenraum 8 des Innenrohres 7 eine Flüssigkeit 9 z. B. in Form eines Sprays – durch die beiden Strahlen 29, 30 dargestellt – eingebracht. Der Innenraum 8 ist damit als Vormischbereich 10 definiert. Das Spray wird kegelförmig eingebracht oder in Form mehrer Spraykegel, wobei die Symmetrieachse des Kegels oder die Symmetrieachse der mehreren Kegel im Wesentlichen die Hauptinjektsionsachse bilden. Auch kann die Hauptinjektionsachse allgemein als gedachte Linie angesehen werden, um welche die hauptsächliche Menge der Flüssigkeit 9 geradlinig in den Innenraum 8 des Innenrohres 7 eingebracht wird. Dabei werden die Abgase 2 mit der Flüssigkeit 9 vermischt. Die Hauptinjektionsrichtung 5 und damit in 1 auch die Hauptinjektionsachse fallen zusammen und sind koaxial zu der Längsachse des Gehäuses 4 ausgerichtet, wobei die Längsachse des Gehäuses 4 sich auf den rotationssymmetrischen Bereich des Gehäuses 4 bezieht, also den sich dem spiralförmigen Bereich 13 anschließenden Gehäusebereich 26. Alternativ oder – wie in 1 dargestellt – kann zusätzlich die Hauptinjektionsrichtung 5 koaxial zu der Längsachse des Innenrohres 7 verlaufen.In the mixing device 1 become exhaust gases 2 an internal combustion engine (not shown) through the inlet cross-section 3 a housing 4 the mixing device 1 fed and after passing through the mixing device 1 a catalyst (not shown) supplied. Inside the case 4 is a substantially parallel to a main injection direction 5 (shown as an arrow) of a metering device 6 extending inner tube 7 arranged. Through the metering device 6 gets into the interior 8th of the inner tube 7 a liquid 9 z. In the form of a spray - through the two beams 29 . 30 presented - introduced. The interior 8th is thus a premix area 10 Are defined. The spray is introduced conically or in the form of several spray cones, wherein the axis of symmetry of the cone or the axis of symmetry of the plurality of cones essentially form the main axis of reflection. Also, the main injection axis may generally be considered as an imaginary line, which is the major amount of liquid 9 straight into the interior 8th of the inner tube 7 is introduced. This will be the exhaust gases 2 with the liquid 9 mixed. The main injection direction 5 and thus in 1 also the main injection axis coincide and are coaxial with the longitudinal axis of the housing 4 aligned, with the longitudinal axis of the housing 4 on the rotationally symmetric area of the housing 4 refers, so the spiral area 13 subsequent housing area 26 , Alternatively or - as in 1 shown - can additionally the main injection direction 5 coaxial with the longitudinal axis of the inner tube 7 run.

Das Gehäuse 4 weist einen spiralförmigen Gehäuseabschnitt A auf, der sich zumindest teilweise um das Innenrohr 7 erstreckt. Durch die Spiralform wird das Abgas 2 gleichmäßig um den Umfang des Innenrohres 7 zugeführt. An der Stirnseite 11 des Gehäuses 4 ist die Dosiereinrichtung 6 angeordnet.The housing 4 has a spiral-shaped housing section A, which at least partially surrounds the inner tube 7 extends. The spiral shape becomes the exhaust gas 2 evenly around the circumference of the inner tube 7 fed. At the front 11 of the housing 4 is the metering device 6 arranged.

Der Abgashauptstrom 12 wird an der äußeren Fläche (Mantelfläche 14) des Innenrohres 7 zur Hauptinjektionsrichtung 5 hin abgelenkt und zwischen der Innenwand des Gehäuses 4 und der äußeren Fläche des Innenrohres 7 geführt und zu dem am Ende 15 des Innenrohres 7 angeordneten Hauptmischbereichs 16 geleitet. Durch den zumindest spiralförmigen ersten Bereich 13 des Gehäuses 4 wird eine gleichmäßig, nach radial innen wirkende Kraftkomponente des Abgases 2 auf das Innenrohr 7 erreicht. Damit wird eine symmetrisch, nach radial innen wirkende Druckbeaufschlagung durch das Abgas 2 erreicht. Ein gegenüber dem Masse- und/oder Volumenbetrag des Abgashauptstroms 12 geringerer Abgasteilstrom 17 wird durch einen Innenrohrdurchtritt 18 über einen Bypasskanal 19 zu dem Vormischbereich 10 verbracht und gelangt von diesem aus zu dem Hauptmischbereich 16 und damit zu dem Abgashauptstrom 12. Der Vormischbereich 10 ist näher an der Dosiereinrichtung 6 angeordnet als der Hauptmischbereich 16.The exhaust mainstream 12 becomes on the outer surface (lateral surface 14 ) of the inner tube 7 to the main injection direction 5 deflected out and between the inner wall of the housing 4 and the outer surface of the inner tube 7 led and to the end 15 of the inner tube 7 arranged main mixing area 16 directed. Through the at least spiral-shaped first area 13 of the housing 4 becomes a uniform, radially inward force component of the exhaust gas 2 on the inner tube 7 reached. This is a symmetrical, radially inward acting pressurization by the exhaust gas 2 reached. One versus the mass and / or volume of the exhaust mainstream 12 lower partial exhaust gas flow 17 is passed through an inner tube passage 18 via a bypass channel 19 to the premix area 10 spent and passes from this to the main mixing area 16 and thus to the exhaust mainstream 12 , The premix area 10 is closer to the metering device 6 arranged as the main mixed area 16 ,

Das Innenrohr 7 weist einen zylindrischen Abschnitt 20 und einen sich verjüngenden Abschnitt 21 auf, wobei der sich verjüngende Abschnitt 21 der Dosiereinrichtung 6 näher liegend angeordnet ist und/oder in Strömungsrichtung S des Abgashauptstroms 12 vorgelagert ist. Der sich verjüngende Abschnitt 21 betrifft zumindest die äußere Mantelfläche 14 des Innenrohres 7. Die Innenfläche kann eine korrespondierende Krümmung – wie in 1 dargestellt – aufweisen oder gemäß 2 im Innenraum 8 des Innenrohres 7 einen konstanten Querschnitt aufweisen.The inner tube 7 has a cylindrical section 20 and a tapered section 21 on, with the tapered section 21 the metering device 6 is arranged closer lying and / or in the flow direction S of the exhaust main flow 12 is upstream. The tapered section 21 concerns at least the outer surface 14 of the inner tube 7 , The inner surface may have a corresponding curvature - as in 1 shown - comprise or according to 2 in the interior 8th of the inner tube 7 have a constant cross-section.

Ein Leitelement 22 ist innerhalb des Innenrohres 7 angeordnet und verhindert eine Beaufschlagung der Flüssigkeit 9 mit dem den Bypasskanal 19 passierenden Abgasteilstrom 17 im dosiereinrichtungsnahen und dem Vormischbereich 10 vorgelagerten Einbringbereich 23. Das Leitelement 22 lenkt ferner den Abgasteilstrom 17 in Hauptinjektionsrichtung 5, zu dem Vormischbereich 10 hin, um. Hierzu ist das Leitelement 22 ringartig und vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. An der Innenseite 24 des Leitelements 22 ist dieses kreiszylindrisch und in seinem Querschnitt zumindest an seiner Außenfläche zu dem freien Ende 25 hin verjüngend ausgebildet.A guiding element 22 is inside the inner tube 7 arranged and prevents impingement of the liquid 9 with the bypass channel 19 passing exhaust gas partial stream 17 in the doser near and the premix area 10 upstream introduction area 23 , The guiding element 22 further directs the partial exhaust gas flow 17 in the main injection direction 5 , to the premix area 10 out to, um. For this purpose, the guide element 22 ring-shaped and preferably rotationally symmetrical. On the inside 24 of the guiding element 22 this is circular cylindrical and in its cross section at least on its outer surface to the free end 25 formed tapering.

Die Länge 27 des Leitelements 22 ist kürzer als die Länge 28 des Innenrohres 7. Damit erweitert sich der Querschnitt im Vormischbereich 10. Die Länge 27 des Leitelementes 22 ist herbei kürzer als ein Viertel der Länge 28 des Innenrohres 7.The length 27 of the guiding element 22 is shorter than the length 28 of the inner tube 7 , This extends the cross section in the premix area 10 , The length 27 of the guide element 22 is shorter than a quarter of its length 28 of the inner tube 7 ,

Wie in den 1 und 2 durch die Anzahl der das Abgas 2, den Abgashauptstrom 12 sowie den Abgasteilstrom 17 darstellenden Pfeile gezeigt, entspricht der Abgashauptstrom 12 im Wesentlichen 75 Vol.-% und der Abgasteilstrom 17 im Wesentlichen 25 Vol.-% des eintretenden Abgases 2.As in the 1 and 2 by the number of the exhaust gas 2 , the exhaust mainstream 12 and the partial exhaust stream 17 shown arrows, corresponds to the exhaust mainstream 12 essentially 75% by volume and the partial exhaust gas stream 17 essentially 25% by volume of the incoming exhaust gas 2 ,

Der Spraywinkel α ist der Winkel, der sich zwischen den, aus dem Zentrum der Dosiereinrichtung 6 linear erstreckenden Strahlen 29, 30 ergibt, wobei die Strahlen 29, 30 den Wesentlichen äußeren Strahlbereich der Flüssigkeitseinbringung darstellen. Die Hauptinjektionsrichtung 5 und/oder die Hauptinjektionsachse ist hierbei die Winkelhalbierende der beiden Strahlen 29, 30, vgl. 1.The spray angle α is the angle that separates between, from the center of the metering device 6 linearly extending rays 29 . 30 gives, where the rays 29 . 30 represent the essential outer beam area of the liquid introduction. The main injection direction 5 and / or the main injection axis is the bisector of the two beams 29 . 30 , see. 1 ,

Der Eintrittsquerschnitt 3 und damit die maximale Quererstreckung des Eintrittsbereichs des Abgases 2 derart dimensioniert, dass dieser kleiner oder gleich der Länge 28 des Innenrohres 7 ist, vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Eintrittsquerschnitt 3 zu der Länge 28 des Innenrohres 1:1,3 bis 1:5,0. Wobei es vorteilhaft ist, wenn der Eintrittsquerschnitt im Wesentlichen (d. h. +/– 10%) der Länge 31 des sich verjüngenden Abschnittes 21 des Innenrohres 7 entspricht. Durch diese Anpassung kann das zum Teil radial, zum Teil, durch die Spiralform des Gehäuses 4, drallartig zugeführte Abgas 2 verlustarm durch den sich verjüngenden Abschnitt 21 des Innenrohres 7 umgelenkt werden.The inlet cross section 3 and thus the maximum transverse extent of the inlet region of the exhaust gas 2 dimensioned such that it is less than or equal to the length 28 of the inner tube 7 is, preferably, the ratio of inlet cross-section 3 to the length 28 of the inner tube 1: 1.3 to 1: 5.0. Whereby it is advantageous if the inlet cross-section is substantially (ie +/- 10%) of the length 31 the tapered section 21 of the inner tube 7 equivalent. Due to this adaptation, this can be partly radial, partly due to the spiral shape of the housing 4 , inflated exhaust gas 2 low loss through the tapered section 21 of the inner tube 7 be redirected.

Der Innenrohrdurchtritt 18 ist gemäß der Ausführungsform der 4 und 5 mit mehreren, äquidistant auf einer Kreislinie angeordneten Durchtrittsöffnungen 32 gebildet, wobei sich diese Kreislinie entlang der Längsachse des Innenrohres 7 betrachtet im zur Dosiereinrichtung 6 zugewandten Viertel angeordnet ist. Auch sind das Innenrohr 7 sowie das Leitelement 22 im Querschnitts – vgl. 5 – punktsymmetrisch zu der Hauptinjektionsrichtung 5 angeordnet. Auch weist sowohl das Innenrohr 7 als auch das Leitelement 22 eine rotationssymmetrische Geometrie auf und ist koaxial zu der Hauptinjektionsrichtung 5 (Zentrum in 5) ausgerichtet.The inner tube passage 18 is according to the embodiment of the 4 and 5 with several passages arranged equidistantly on a circular line 32 formed, with this circular line along the longitudinal axis of the inner tube 7 considered in the metering device 6 facing quarter is arranged. Also, the inner tube 7 as well as the guide element 22 in cross-section - cf. 5 - point symmetrical to the main injection direction 5 arranged. Also has both the inner tube 7 as well as the guiding element 22 a rotationally symmetric geometry and is coaxial with the main injection direction 5 (Center in 5 ).

Über die Durchtrittsöffnungen 32 gelangt der Teilabgasstrom 17 durch den Bypasskanal 19 an in den Vormischbereich 10, hierbei vollzieht der Teilabgasstrom 17 eine Bewegung in Richtung B, die entgegengesetzt der Hauptinjektionsrichtung 5 verläuft. Durch diesen „Umweg” wird eine kompakt bauende Mischvorrichtung 1 ermöglicht. Diese Ausführung sieht vor, dass die Durchtrittsöffnungen 32 des Innenrohres 7 und/oder der Bypasskanal 19 in Längsrichtung näher an der Dosiereinrichtung 6 angeordnet sind, als der der Dosiereinrichtung 6 zugewandte Bereich des Eintrittsquerschnitts 3. Der zugewandte Bereich (Begrenzungsfläche 33) des Eintrittsquerschnitts 3 ist als die nächstgelegene (hier lineare) Begrenzungsfläche 33 des Eintrittsquerschnitts 3 zu verstehen. Wie in den 4 und 5 dargestellt, verläuft jeweils der Bypasskanal 19 in Längsrichtung näher an der Dosiereinrichtung 6 als die Begrenzungsfläche 33 des Eintrittsquerschnitts 3. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass durch den „Umweg” bzw. durch die Zurückbewegung des Abgasteilstroms 17 in Richtung B eine vom Spiralgehäuse dem Abgas aufgeprägte Drallbewegungskomponente abgenommen wird, so dass der in den Vormischbereich 10 eindringende Abgasteilstrom 17 keinen oder zumindest einen geringeren Drall aufweist, als der Hauptabgasstrom 12.About the passages 32 the partial exhaust gas flow arrives 17 through the bypass channel 19 on in the premix area 10 , here the partial exhaust gas flow takes place 17 a movement in the direction B, which is opposite to the main injection direction 5 runs. This "detour" becomes a compact mixing device 1 allows. This embodiment provides that the passages 32 of the inner tube 7 and / or the bypass channel 19 in the longitudinal direction closer to the metering device 6 are arranged, as that of the metering device 6 facing region of the inlet cross-section 3 , The facing area (boundary surface 33 ) of the inlet cross-section 3 is the closest (here linear) boundary surface 33 of the inlet cross-section 3 to understand. As in the 4 and 5 shown, runs in each case the bypass channel 19 in the longitudinal direction closer to the metering device 6 as the boundary surface 33 of the inlet cross-section 3 , Another advantage of this design is that by the "detour" or by the return movement of the exhaust gas partial stream 17 in the direction B, a swirling motion component impressed on the exhaust gas from the volute casing is removed, so that the premixing area 10 penetrating partial exhaust gas flow 17 has no or at least a smaller swirl than the main exhaust stream 12 ,

Gemäß der Ausführung aus 2 weist der Bypasskanal 19 einen aufgeweiteten Raum auf. Das Volumen des Bypasskanals 19 erweitert sich zumindest temporär bevor der Abgasteilstrom 17 in den Vormischbereich gelangt, vorzugsweise ist der Ausgang hin zum Vormischbereich mit einem durchmesserreduzierten und in Richtung der Hauptinjektionsrichtung 5 gerichteten Öffnungsabschnitt versehen. Der erweiterte Abschnitt des Bypasskanals 19 kann zur weiteren Drallkomponentenentnahme am Abgasteilstrom 17 wirken. Ferner wird damit auch ein – wie in 2 dargestellt – stoßartig in den Bypasskanal zugeführten Abgasteilstrom 17 die Impulskomponente abgebaut werden, so dass der erweiterte Abschnitt als „Beruhigungskammer” für den Abgasteilstrom 17 wirkt.According to the execution 2 has the bypass channel 19 an expanded space. The volume of the bypass channel 19 expands at least temporarily before the partial exhaust gas flow 17 enters the premixing, preferably the output is to the premixing with a reduced diameter and in the direction of the main injection direction 5 directed opening section provided. The extended section of the bypass channel 19 can for further spin component removal at the exhaust gas partial stream 17 Act. Furthermore, this also means - as in 2 shown - abruptly in the bypass channel supplied exhaust gas partial stream 17 the pulse component are degraded, so that the widened section serves as a "settling chamber" for the partial exhaust gas flow 17 acts.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Mischvorrichtungmixing device
22: Abgaseexhaust
33: EintrittsquerschnittInlet cross-section
44: Gehäusecasing
55: HauptinjektionsrichtungMain injection direction
66: Dosiereinrichtungmetering
77: Innenrohrinner tube
88th: Innenraum v. 7 Interior v. 7
99: Flüssigkeitliquid
1010: Vormischbereichpremix
1111: Stirnseitefront
1212: AbgashauptstromExhaust gas main stream
1313: erster Bereich v. 4 (Spiralform)first area v. 4 (Spiral shape)
1414: Mantelfläche v. 7 Lateral surface v. 7
1515: Ende v. 7 End of v. 7
1616: HauptmischbereichMain mixing area
1717: AbgasteilstromPartial exhaust gas stream
1818: InnenrohrdurchtrittInner tube passage
1919: Bypasskanalbypass channel
2020: zylindrischer Abschnitt v. 7 cylindrical section v. 7
2121: verjüngter Abschnitt v. 7 Rejuvenated section v. 7
2222: Leitelementvane
2323: Einbringbereichinserting section
2424: Innenseite v. 22 Inside v. 22
2525: Ende v. 22 End of v. 22
2626: zweiter Bereich v. 4 second area v. 4
2727: Länge v. 22 Length v. 22
2828: Länge v. 7 Length v. 7
2929: Strahlbeam
3030: Strahlbeam
3131: Länge v. 21 Length v. 21
3232: DurchtrittsöffnungThrough opening
3333: Begrenzungsfläche v. 3 Boundary surface v. 3
AA: Gehäuseabschnitt housing section
BB: Richtung direction
SS: Strömungsrichtung flow direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009053950 A1 [0002] DE 102009053950 A1 [0002]

Claims

Mischvorrichtung (1) zur Nachbehandlung von Abgasen (2) in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, die ein einen Eintrittsquerschnitt (3) aufweisendes Gehäuse (4) und ein innerhalb des Gehäuses (4) angeordnetes, sich im Wesentlichen parallel zu einer Hauptinjektionsrichtung (5) einer Dosiereinrichtung (6) zur Zuführung einer Flüssigkeit und/oder eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches erstreckendes Innenrohr (7) mit einem im Inneren (8) des Innenrohres (7) ausgebildeten Vormischbereichs (10) umfasst, wobei das Gehäuse (4) einen spiralförmigen Gehäuseabschnitt (13) aufweist und an einer Stirnseite (11) des Gehäuses (4) die Dosiereinrichtung (6) angeordnet ist, wobei ein Abgashauptstrom (12) zwischen dem Gehäuse (4) und der äußeren Mantelfläche (14) des Innenrohres (7) geführt und einem Hauptmischbereich (16) zuführbar ist und ein Abgasteilstrom (17) durch einen Innenrohrdurchtritt (18) in den dosiereinrichtungsnäheren Vormischbereich (10) zuführbar ist, wobei der Abgasteilstrom (17) über den Vormischbereich (10) in den Hauptmischbereich (16) mündet und der Abgashauptstrom (12) einen größeren Abgasvolumenanteil als der Abgasteilstrom (17) umfasst.Mixing device ( 1 ) for the aftertreatment of exhaust gases ( 2 ) in an exhaust system of an internal combustion engine having an inlet cross-section ( 3 ) housing ( 4 ) and one inside the housing ( 4 ), substantially parallel to a main injection direction (FIG. 5 ) a metering device ( 6 ) for supplying a liquid and / or a liquid-gas mixture extending inner tube ( 7 ) with one inside ( 8th ) of the inner tube ( 7 ) premix area ( 10 ), wherein the housing ( 4 ) a spiral-shaped housing section ( 13 ) and at one end face ( 11 ) of the housing ( 4 ) the metering device ( 6 ), wherein an exhaust mainstream ( 12 ) between the housing ( 4 ) and the outer lateral surface ( 14 ) of the inner tube ( 7 ) and a main mixing area ( 16 ) can be supplied and a partial exhaust gas stream ( 17 ) through an inner tube passage ( 18 ) into the doser-nearer premix area ( 10 ) can be supplied, wherein the partial exhaust gas flow ( 17 ) over the premix area ( 10 ) into the main mixing area ( 16 ) and the exhaust mainstream ( 12 ) has a larger exhaust gas volume fraction than the exhaust gas partial flow ( 17 ).

Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Hauptinjektionsrichtung (5) der Dosiereinrichtung (6) im Wesentlichen parallel und/oder koaxial zu der Längsachse des Gehäuses (4) und/oder zu der Längsachse des Innenrohres (7) verläuft.Mixing device ( 1 ) according to claim 1, wherein the main injection direction ( 5 ) of the metering device ( 6 ) substantially parallel and / or coaxial with the longitudinal axis of the housing ( 4 ) and / or to the longitudinal axis of the inner tube ( 7 ) runs.

Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abgashauptstrom (12) mindestens 70-Vol.-% des im Eintrittsquerschnitt (3) zugeführten Abgases (2), vorzugsweise mindestens 80-Vol.-% des Abgases (2), besonders bevorzugt mindestens 90-Vol.-% des Abgases (2) umfasst.Mixing device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the exhaust mainstream ( 12 ) at least 70% by volume of the in the inlet cross-section ( 3 ) supplied exhaust gas ( 2 ), preferably at least 80% by volume of the exhaust gas ( 2 ), more preferably at least 90% by volume of the exhaust gas ( 2 ).

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Innenrohr (7) einen zylindrischen Abschnitt (20) und einen sich verjüngenden Abschnitt (21) umfasst, wobei der sich verjüngende Abschnitt (21) dem zylindrischen Abschnitt (20) in Strömungsrichtung (S) des Abgashauptstroms (12) vorgelagert ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the inner tube ( 7 ) a cylindrical section ( 20 ) and a tapered section ( 21 ), wherein the tapered portion ( 21 ) the cylindrical section ( 20 ) in the flow direction (S) of the exhaust mainstream ( 12 ) is upstream.

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Innenrohres (7) und/oder unmittelbar vor dem Vormischbereich (10) und/oder am vorderen Ende des Vormischbereichs (10) durch ein Leitelement (22) eine Umlenkung des Abgasteilstroms (17) hin zur Hauptinjektionsrichtung (5) erfolgt.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein inside the inner tube ( 7 ) and / or immediately before the premix area ( 10 ) and / or at the front end of the premix area ( 10 ) by a guiding element ( 22 ) a deflection of the exhaust gas partial stream ( 17 ) towards the main injection direction ( 5 ) he follows.

Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei das Leitelement (22) ringartig und/oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist und vorzugsweise an seiner Innenseite (24) kreiszylindrisch und/oder in seinem Querschnitt zu seinem freien Ende (25) hin verjüngend ausgebildet ist.Mixing device ( 1 ) according to claim 5, wherein the guide element ( 22 ) is formed ring-like and / or rotationally symmetrical and preferably on its inside ( 24 ) circular cylindrical and / or in its cross section to its free end ( 25 ) is tapered towards.

Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Länge (27) des Leitelementes (22) kürzer als die Länge (28) des Innenrohres (7) ist, vorzugsweise, dass die Länge (27) des Leitelementes (22) kürzer als die Hälfte der Länge (28) des Innenrohres (7) ist, besonders bevorzugt, dass die Länge (27) des Leitelementes (22) kürzer als ein Viertel der Länge (28) des Innenrohres (7) ist.Mixing device ( 1 ) according to claim 5 or 6, wherein the length ( 27 ) of the guide element ( 22 ) shorter than the length ( 28 ) of the inner tube ( 7 ), preferably, that the length ( 27 ) of the guide element ( 22 ) shorter than half the length ( 28 ) of the inner tube ( 7 ), particularly preferred that the length ( 27 ) of the guide element ( 22 ) shorter than a quarter of the length ( 28 ) of the inner tube ( 7 ).

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spraywinkel α derart gewählt ist, dass das Spray die Innenwand des Innenrohres (7) im nicht Abgasdurchströmtenzustand im wesentlichen nicht berührt.Mixing device ( 1 ) according to any one of the preceding claims, wherein the spray angle α is selected such that the spray is the inner wall of the inner tube ( 7 ) is not substantially touched in the non-exhaust gas flow condition.

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, der Eintrittsquerschnitt (3) des Abgases kleiner oder gleich ist, als die Länge (28) des Innenrohres (7), vorzugsweise, dass das Verhältnis von Eintrittsquerschnitt (3) des Abgases (2) zu der Länge (28) des Innenrohres (7) 1:1 bis 1:1,5 beträgt.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein, the inlet cross-section ( 3 ) of the exhaust gas is less than or equal to the length ( 28 ) of the inner tube ( 7 ), preferably that the ratio of inlet cross section ( 3 ) of the exhaust gas ( 2 ) to the length ( 28 ) of the inner tube ( 7 ) Is 1: 1 to 1: 1.5.

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Innenrohrdurchtritt (18) durch eine Mehrzahl an Durchtrittsöffnungen (32) gebildet ist, wobei die Durchtrittsöffnungen (32) vorzugsweise auf einem Kreisring oder einem Kreisringsegment liegend angeordnet sind, wobei besonders bevorzugt der Kreisring oder das Kreisringsegment im ersten, der Dosiereinrichtung (6) zugewandten, Längendrittel oder Längenviertel des Innenrohres (7) angeordnet ist.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the inner tube passage ( 18 ) by a plurality of passages ( 32 ) is formed, wherein the passage openings ( 32 ) are preferably arranged lying on a circular ring or a circular ring segment, wherein particularly preferably the circular ring or the circular ring segment in the first, the metering device ( 6 ), longitudinal thirds or longitudinal quarters of the inner tube ( 7 ) is arranged.

Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Innenrohr (7) über Stege innerhalb der Mischvorrichtung (1) angeordnet ist und die Stege vorzugsweise ausschließlich in dem, den Abgasteilstrom (17) von dem Eintrittsbereich in den Vormischbereich (10) führenden Bypasskanal angeordnet sind.Mixing device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the inner tube ( 7 ) via webs within the mixing device ( 1 ) is arranged and the webs preferably exclusively in the, the exhaust gas partial stream ( 17 ) from the entry area into the premix area ( 10 ) leading bypass channel are arranged.

Mischvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei wenigstens ein Steg derart geformt ist, dass der an dem Steg vorbeigeführte Abgasteilstrom (17) eine definierte Richtungsveränderung erfährt, vorzugsweise eine Umlenkung um wenigstens 10° erfährt, wobei besonders bevorzugt die Geometrie der Stege zumindest ähnlich ist, so dass die Umlenkung zumindest ähnlich ausführbar ist.Mixing device ( 1 ) according to claim 11, wherein at least one web is shaped in such a way that the partial exhaust gas flow past the web (FIG. 17 ) experiences a defined change in direction, preferably undergoes a deflection by at least 10 °, wherein particularly preferably the geometry of the webs is at least similar, so that the deflection is at least similarly executable.

Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abgasteilstrom (17) ausgehend von dem Eintrittsquerschnitt zu den Durchtrittsöffnungen eine Bewegung (B) entgegen der Hauptinjektionsrichtung (5) ausführen muss und/oder dass die Durchtrittsöffnungen und/oder der Bypasskanal (19) des Innenrohres (7) in Längsrichtung näher an der Dosiereinrichtung (6) angeordnet sind als der der Dosiereinrichtung (6) zugewandte Bereich des Eintrittsquerschnitts.Mixing device according to one of the preceding claims, wherein the partial exhaust gas flow ( 17 ) starting from the inlet cross-section to the passage openings a movement (B) against the main injection direction ( 5 ) and / or that the passage openings and / or the bypass channel ( 19 ) of the inner tube ( 7 ) longitudinal closer to the metering device ( 6 ) are arranged as that of the metering device ( 6 ) facing region of the inlet cross-section.

Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Innenrohr (7), das Leitelement (22) und/oder die Stege im Querschnitt punktsymmetrisch zu der Hauptinjektionsrichtung (5)/-achse ist und/oder dass das Innenrohr (7), das Leitelement (22) und/oder die Stege eine rotationssymmetrische Geometrie, vorzugsweise um die Hauptinjektionsrichtung (5)/-achse aufweist.Mixing device according to one of the preceding claims, wherein the inner tube ( 7 ), the guiding element ( 22 ) and / or the webs in cross-section point-symmetrical to the main injection direction ( 5 ) / axis and / or that the inner tube ( 7 ), the guiding element ( 22 ) and / or the webs a rotationally symmetrical geometry, preferably around the main injection direction ( 5 ) / - has axis.