EP3851646B1

EP3851646B1 - Gas/gas-mischer zum einleiten von gas in den abgasstrom einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP3851646B1
Application number: EP21150148.1A
Authority: EP
Inventors: Enver Kurpejovic
Original assignee: Purem GmbH
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2023-02-22
Anticipated expiration: 2041-01-05
Also published as: CN113137299B; US20210222605A1; DE102020101134A1; US11384671B2; CN113137299A; EP3851646A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gas/Gas-Mischer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit welchem Gas in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann.
Aus der DE 10 2018 108 592 A1 ist ein Gas/Gas-Mischer bekannt, bei welchem ein im Querschnitt tropfenartiger Mischerkörper in einen in einem rohrartigen Abgasführungselement gebildeten Abgasströmungskanal hineinragt. Der Mischerkörper ist nach Art einer Tragfläche von im Abgaskanal strömendem Abgas umströmbar und weist eine Mehrzahl von Gasabgabeöffnungen auf, über welche ein Gaszuführvolumen im Inneren des Mischerkörpers durchströmendes Gas in den den Mischerkörper umströmenden Abgasstrom abgegeben wird.
Ein Gas/Gas-Mischer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 10 2013 221 428 A1 bekannt. Dieser Gas/Gas-Mischer umfasst ein in Richtung stromaufwärts orientiert angeordnetes erstes Mischerkörperteil und ein in Richtung stromabwärts orientiert angeordnetes zweites Mischerkörperteil. Zwischen diesen beiden Mischerkörperteilen ist ein Volumen gebildet, in welches vermittels eines Injektors eine Flüssigkeit oder Gas eingeleitet werden kann und mit einem dieses Volumen durchsetzenden Abgasstrom vermischt werden kann. In dem zweiten Mischerkörperteil ist eine Mehrzahl von Durchströmlöchern vorgesehen, durch welche hindurch gegebenenfalls mit einem Gas oder einer Flüssigkeit durchmischtes Abgas das zwischen den beiden Mischerkörperteilen gebildete Volumen verlassen kann. Auch in dem ersten Mischerkörperteil sind Durchströmöffnungen ausgebildet, durch welche in einem Abgasströmungskanal auf dieses zu strömendes Abgas in das zwischen den beiden Mischerkörperteilen gebildete Volumen einströmen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gas/Gas-Mischer zum Einleiten von Gas in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine vorzusehen, mit welchem eine verbesserte Durchmischung von Abgas mit in den Abgasstrom einzuleitendem Gas erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Gas/Gas-Mischer zum Einleiten von Gas, beispielsweise Luft oder Brennerabgas, in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, umfassend einen Abgasströmungskanal in einem von Abgas durchströmbaren Abgasführungselement, einen in dem Abgasführungselement angeordneten Mischerkörper mit einer Mehrzahl von im Abgasströmungskanal strömendem Abgas durchströmbaren Abgas-Durchströmöffnungen, wobei in dem Mischerkörper ein von in den Abgasstrom einzuleitendem Gas durchströmbares Gaszuführvolumen gebildet ist, und wobei das Gaszuführvolumen über eine Mehrzahl von Gasabgabeöffnungen zu dem Abgasströmungskanal offen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau weist der Gas/Gas-Mischer nicht nur die Gasabgabeöffnungen auf, durch welche hindurch das in den Abgasstrom einzuleitende Abgas abgegeben wird, sondern weist auch Abgas-Durchströmöffnungen auf, durch welche das oder zumindest ein wesentlicher Teil des im Abgasströmungskanal strömenden Abgases hindurchströmt. Dadurch wird beim Hindurchströmen des Abgases durch die Abgas-Durchströmöffnungen an der stromabwärtigen Seite des Mischerkörpers eine Verwirbelung erzeugt, welche eine effiziente Durchmischung des aus den Gasabgabeöffnungen des Mischerkörpers abgegebenen und von dem Abgasstrom mitgetragenen Gases bewirkt.
Für einen einfach zu realisierenden und eine effiziente Durchströmung des Mischerkörpers mit Abgas herbeiführenden Aufbau wird vorgeschlagen, dass der Mischerkörper plattenartig ausgebildet ist und im Abgasführungselement quer zu einer Abgashauptströmungsrichtung des den Abgasströmungskanal durchströmenden Abgases angeordnet ist.
Das Gaszuführvolumen ist in dem Mischerkörper dadurch bereitgestellt, dass der Mischerkörper ein in dem Abgasführungselement in Richtung stromaufwärts orientiert angeordnetes erstes Mischerkörperteil und ein in dem Abgasführungselement in Richtung stromabwärts orientiert angeordnetes zweites Mischerkörperteil umfasst, wobei das Gaszuführvolumen im Wesentlichen zwischen dem ersten Mischerkörperteil und dem zweiten Mischerkörperteil gebildet ist.
Dabei können zum Erhalt der plattenartigen Gestalt des Mischerkörpers das erste Mischerkörperteil im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sein und das zweite Mischerkörperteil im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sein.
Es ist in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung mit dem Ausdruck "plattenartig" eine Struktur des Mischerkörpers bzw. der Mischerkörperteile angesprochen ist, bei welcher diese eine deutlich geringere Dicke aufweisen, als ihre Ausdehnung quer zur Dickenrichtung.
Zur einfach zu realisierenden Festlegung des Mischerkörpers am Abgasführungselement wird vorgeschlagen, dass an einem der Mischerkörperteile, vorzugsweise dem zweiten Mischerkörperteil, ein an dem Abgasführungselement festgelegter Befestigungsbereich vorgesehen ist, und dass an dem anderen Mischerkörperteil, vorzugsweise dem ersten Mischerkörperteil, ein an dem einen Mischerkörperteil festgelegter zweiter Befestigungsbereich vorgesehen ist.
Dabei kann beispielsweise der erste Befestigungsbereich einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, an einer Innenumfangsfläche des Abgasführungselements festgelegten Befestigungsrand in einem Außenumfangsbereich des einen Mischerkörperteils umfassen, oder/und der zweite Befestigungsbereich kann einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, am einen Mischerkörperteil festgelegten Befestigungsrand in einem Außenumfangsbereich des anderen Mischerkörperteils umfassen.
Zum Bereitstellen der Abgas-Durchströmöffnungen ist in dem zweiten Mischerkörperteil eine Mehrzahl von Durchströmlöchern vorgesehen, und in dem ersten Mischerkörperteil ist dann in Zuordnung zu jedem Durchströmloch des zweiten Mischerkörperteils eine auf das zweite Mischerkörperteil sich zu erstreckende und Abgas in Richtung zu dem zugeordneten Durchströmloch leitende, einen Durchströmkanal des ersten Mischerkörperteils bereitstellende, vorzugsweise rohrartige oder trichterartige, Durchströmausformung vorgesehen.
Eine effiziente Durchmischung von Abgas und in dieses einzuleitenden Gas kann weiter dadurch unterstützt werden, dass bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Abgas-Durchströmöffnung eine Gasabgabeöffnung zwischen einem das Durchströmloch im zweiten Mischerkörperteil umgebenden Durchströmloch-Randbereich des zweiten Mischerkörperteils und der Durchströmausformung des ersten Mischerkörperteils gebildet ist. Die Gasabgabeöffnungen weisen damit eine ringartige Struktur auf und umgehen mit dieser ringartigen Struktur jeweils einen Bereich, in welchem eine jeweilige Abgas-Durchströmöffnung durchströmendes Abgas geführt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Gasabgabeöffnung in dem zweiten Mischerkörperteil zwischen den im zweiten Mischerkörperteil vorgesehenen Durchströmlöchern vorgesehen sein. Weiter kann wenigstens eine Gasabgabeöffnung in dem ersten Mischerkörperteil, vorzugsweise im Bereich wenigstens einer Durchströmausformung, vorgesehen sein.
Dabei kann für eine definierte Einleitung des Gases in den Abgasstrom zwischen den Abgas-Durchströmöffnungen bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Abgas-Durchströmöffnung die Durchströmausformung an einem das Durchströmloch im zweiten Mischerkörperteil umgebenden Durchströmloch-Randbereich des zweiten Mischerkörperteils anliegen, vorzugsweise derart, dass das Gaszuführvolumen im Bereich dieser Abgas-Durchströmöffnung gegen den Austritt von Gas im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Für einen thermisch stabilen, einfach und kostengünstig zu realisierenden Aufbau wird vorgeschlagen, dass das erste Mischerkörperteil ein Blechumformteil ist, oder/und dass das zweite Mischerkörperteil ein Blechumformteil ist.
Zum Zuführen des in den Abgasstrom einzuleitenden Gases kann an einem Außenumfangsbereich des Mischerkörpers ein durch eine Wandung des Abgasführungselements hindurchgeführter Gaszuführkanal zu dem Gaszuführvolumen offen sein.
Eine effiziente Durchmischung von Gas und Abgas kann weiter dadurch gewährleistet werden, dass der Mischerkörper im Abgasführungselement derart angeordnet ist, dass Abgas im Abgasströmungskanal im Bereich des Mischerkörpers im Wesentlichen nur durch die Abgas-Durchströmöffnungen hindurchdurchströmt. Somit wird gewährleistet, dass im Wesentlichen das gesamte im Abgasströmungskanal strömende Abgas die im Mischerkörper vorgesehenen Abgas-Durchströmöffnungen durchströmt und somit in einen Bereich geleitet wird, in welchem das in das Abgas einzuleitende Gas aus dem Mischerkörper austritt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend einen Gas/Gas-Mischer mit erfindungsgemäßem Aufbau.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: eine Teil-Längsschnittansicht eines Gas/Gas-Mischers in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2: eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart des Gas/Gas-Mischers;
Fig. 3: eine Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart eines Gas/Gas-Mischers im Bereich einer Abgas-Durchströmöffnung.

Die Fig. 1 zeigt einen in einer Abgasanlage 10 einer Brennkraftmaschine angeordneten Gas/Gas-Mischer 12. Der Gas/Gas-Mischer 12 umfasst ein rohrartiges, beispielsweise im Wesentlichen zylindrisches Abgasführungselement 14, das mit einer rohrartigen Wandung 16 einen Abgasströmungskanal 18 umgrenzt. Im Abgasströmungskanal 18 strömt Abgas A im Wesentlichen in einer Abgas-Hauptströmungsrichtung H entlang des Abgasführungselements 14. Es ist darauf hinzuweisen, dass lokal von der Abgas-Hauptströmungsrichtung H abweichende Strömungsrichtungen vorhanden sein können. Grundsätzlich kann die Abgas-Hauptströmungsrichtung H im Wesentlichen auch der Längserstreckungsrichtung bzw. einer Längsmittenachse L des rohrartigen Abgasführungselements 14 entsprechen.
Der Gas/Gas-Mischer 12 umfasst in dem Abgasführungselement 14 einen Mischerkörper 20. Der Mischerkörper 20 ist grundsätzlich im Wesentlichen plattenartig ausgebildet, was bedeutet, dass seine Ausdehnung beispielsweise quer zur Abgas-Hauptströmungsrichtung H bzw. zur Längsmittenachse L deutlich größer ist, als seine Ausdehnung in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H. Der Mischerkörper 20 ist im Abgasführungselement 14 bzw. im Abgasströmungskanal 18 im Wesentlichen quer bzw. orthogonal zur Abgas-Hauptströmungsrichtung H angeordnet, was bedeutet, dass der Mischerkörper 20 mit seiner Dickenrichtung bzw. Dickenausdehnung im Wesentlichen in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H bzw. in Richtung der Längsmittenachse L orientiert ist.
Der Mischerkörper 20 umfasst zwei Mischerkörperteile 22, 24. Das erste Mischerkörperteil 22 ist im Abgasströmungskanal 18 grundsätzlich so angeordnet, dass es in Richtung stromaufwärts orientiert ist, so dass das in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H auf den Mischerkörper 20 zu strömende Abgas A zunächst auf das erste Mischerkörperteil 22 auftrifft. Das zweite Mischerkörperteil 24 ist im Abgasströmungskanal 18 in Richtung stromabwärts orientiert und ist somit im Wesentlichen an der stromabwärtigen Seite des ersten Mischerkörperteils 22 positioniert. Auch die beiden Mischerkörperteile 22, 24 sind plattenartig ausgebildet und sind beispielsweise als Blechumformteile bereitgestellt.
Das zweite Mischerkörperteil 24 ist in seiner Außenumfangskontur an die Innenumfangskontur der Wandung 16 des rohrartigen Abgasführungselements 14 angepasst. Weist das Abgasführungselement 14 in dem Bereich, in welchem der Mischerkörper 20 positioniert ist, beispielsweise eine kreisrunde Innenumfangskontur auf, ist dann vorteilhafterweise die Außenumfangskontur des zweiten Mischerkörperteils gleichermaßen kreisförmig.
Zur Festlegung an der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 weist das zweite Mischerkörperteil 20 in einem Außenumfangsbereich 26 desselben einen in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H abgebogenen, in Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig umlaufenden Befestigungsrand 28 auf. In einem Endbereich ist der Befestigungsrand 18 durch Verschweißung 30 an der Innenoberfläche der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 festgelegt, so dass bei in Umfangsrichtung vollständig umlaufender Ausgestaltung des Befestigungsrands 28 ein Durchtritt von Abgas zwischen der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 und dem zweiten Mischerkörperteil 24 nicht möglich ist.
Es ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich der Befestigungsrand 28 auch mit mehreren in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H abgebogenen und mit Abstand zueinander vorgesehenen und beispielsweise jeweils durch Verschweißung am Abgasführungselement 14 festgelegten Befestigungsrandlaschen ausgebildet sein könnte.
Das erste Mischerkörperteil 22 ist an der in Richtung stromaufwärts orientierten Seite des plattenartigen zweiten Mischerkörperteils 24 festgelegt. Das erste Mischerkörperteil 22 weist eine Außenumfangskontur auf, welche näherungsweise der Außenumfangskontur des zweiten Mischerkörperteils 24 bzw. der Innenumfangskontur des Abgasführungselements entspricht, ist jedoch kleiner dimensioniert, als das zweite Mischerkörperteil 24. In seinem Außenumfangsbereich 32 weist das erste Mischerkörperteil 24 einen in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H abgebogenen, im Umfangsrichtung vorzugsweise vollständig umlaufenden Befestigungsrand 34 auf. Dieser ist durch Verschweißung 36 an der in Richtung stromaufwärts orientierten Seite des zweiten Mischerkörperteils 24 festgelegt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die beiden Mischerkörperteile 22, 24 auch so gestaltet sein könnten, dass das erste Mischerkörperteil 22 etwas größer dimensioniert ist, als das zweite Mischerkörperteil 24 und einen in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H in größerem Ausmaß sich erstreckenden Befestigungsrand 34 aufweist. Dieser kann dann den Befestigungsrand 28 des zweiten Mischerkörperteils 24 an seiner Außenseite umgreifen, so dass das zweite Mischerkörperteil 24 in das erste Mischerkörperteil 22 eingesetzt werden kann. Der Befestigungsrand 34 des ersten Mischerkörperteils 22 wird durch Verschweißung an der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 festgelegt, und der Befestigungsrand 28 des zweiten Mischerkörperteils 24 wird durch Verschweißung an dem Befestigungsrand 34 des ersten Mischerkörperteils 22 oder/und an der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 festgelegt. Beispielsweise können die beiden Befestigungsrandbereiche 34, 28 so dimensioniert sein, dass sie in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H näherungsweise im gleichen Bereich enden und durch eine gemeinsame Verschweißung an die Wandung 16 des Abgasführungselements 14 angebunden sind.
Zwischen den beiden Mischerkörperteilen 22, 24 ist ein Gaszuführvolumen 38 gebildet. In einem Umfangsbereich ist eine Gaszuführleitung 40 durch die Wandung 16 des Abgasführungselements 14 und den Befestigungsrand 34 des ersten Mischerkörperteils 22 hindurchgeführt und damit beispielsweise jeweils durch Verschweißung fest und gasdicht verbunden. In der Abgaszuführleitung 40 ist ein in das Gaszuführvolumen 38 einmündender Gaszuführkanal 42 bereitgestellt, durch welchen hindurch in das Abgas A einzuleitendes Gas G in das Gaszuführvolumen 38 geleitet wird.
Der Mischerkörper 20 weist eine Mehrzahl von Abgas-Durchströmöffnungen 44 auf, durch welche hindurch das in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H auf den Mischerkörper 20 bzw. das erste Mischerkörperteil 22 zu strömende Abgas A durch den Mischerkörper 20 hindurchströmen kann. Zum Bereitstellen der Abgas-Durchströmöffnungen 44, die am Mischerkörper 20 beispielsweise in einem regelmäßigen Muster verteilt angeordnet sein können, weist das zweite Mischerkörperteil 24 eine Mehrzahl von von einem Durchströmloch-Randbereich 46 umgebenen Durchströmlöchern 48 auf. Beispielsweise können die Durchströmlöcher 48 eine kreisartige Kontur aufweisen.
In Zuordnung zu jedem Durchströmloch 48 im zweiten Mischerkörperteil 24 ist am ersten Mischerkörperteil 22 eine Durchströmausformung 50 vorgesehen. Diese kann beispielsweise als Durchzug bereitgestellt werden und stellt mit ihrer rohrartigen bzw. trichterartigen Struktur einen Durchströmkanal 52 für das Abgas A bereit. Aufgrund der im Bereich der Abgas-Durchströmungsöffnungen 44 auftretenden Einschnürung des Strömungsquerschnitts wird das durch die Abgas-Durchströmöffnungen 44 hindurch strömende Abgas A beim Hindurchtritt durch die Abgas-Durchströmöffnungen A beschleunigt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt.
Das erste Mischerkörperteil 22 ist im Bereich seiner Durchströmausformungen 50 so dimensioniert bzw. geformt, dass zwischen den stromabwärtigen Endbereichen 54 der Durchströmausformungen 50 und den zugehörigen Durchströmloch-Randbereichen 46 jeweils ein eine Gasabgabeöffnung 56 bereitstellender ringartiger Zwischenraum gebildet ist. Über diese ringartig gestalteten Gasabgabeöffnungen 56 tritt das in das Gaszuführvolumen 38 eingeleitete Gas G aus dem Gaszuführvolumen 38 aus und gelangt somit in den Strom des durch die Durchströmausformungen 50 bzw. in den Durchströmkanälen 52 strömenden Abgases A. Aufgrund des Umstandes, dass das Abgas A im Bereich der Abgas-Durchströmöffnungen 44 beschleunigt wird und beim Hindurchtritt durch die Durchströmlöcher 48 bzw. stromabwärts davon eine Verwirbelung entsteht, wird das in diesen Bereichen in den Abgasstrom eingeleitete Gas G effizient mit dem Abgas A durchmischt. Da die Durchströmausformungen 50 so dimensioniert bzw. auf die Durchströmlöcher 48 abgestimmt sind, dass diese insbesondere im Bereich ihrer stromabwärtigen Enden 54 eine kleinere Abmessung aufweisen, als die Durchströmlöcher 48, ist gewährleistet, dass das durch die Durchströmkanäle 52 hindurchströmende Abgas A so durch die Durchströmlöcher 48 hindurchgeleitet wird, dass kein Abgas A über die Gasabgabeöffnungen 56 in das Gaszuführvolumen 38 gelangen kann, auch wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, die Durchströmaussparungen 50 in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H vor dem zweiten Mischerkörperteil 24 und somit bereits vor den Durchströmlöchern 48 enden. Vielmehr wird aufgrund der vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases A im Bereich der Durchströmkanäle 52 ein Saugpumpeneffekt generiert, welcher das in dem Abgaszuführvolumen 38 vorhandene Gas G unabhängig von einem möglicherweise vorhandenen Gasüberdruck in den Strom des die Durchströmkanäle 52 durchströmenden Abgases A saugt.
Die Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltungsart des Abgasmischers 12. Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus des Mischerkörpers 20 mit seinen beiden Mischerkörperteilen 22, 24 entspricht der Aufbau dem vorangehend beschriebenen Aufbau. Auch bei dieser Ausgestaltung sind die beiden Mischerkörperteile 22, 24 beispielsweise als Blechumformteile plattenartig ausgebildet. Das zweite Mischerkörperteil 24 ist mit seinem Befestigungsrand 28 durch Verschweißung 30 an der Wandung 16 des Abgasführungselements 14 festgelegt, und das erste Mischerkörperteil 22 ist mit seinem Befestigungsrand 34 durch Verschweißung 36 am zweiten Mischerkörperteil 24 festgelegt, so dass zwischen den beiden Mischerkörperteilen 22, 24 das Gaszuführvolumen 38 gebildet ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausgestaltungsform sind die Durchströmausformungen 50 so geformt bzw. auf die diesen jeweils zugeordneten Durchströmlöcher 48 abgestimmt, dass die stromabwärtigen Endbereiche 54 der Durchströmausformungen 50 an den Durchströmloch-Randbereichen 46 der jeweils zugeordneten Durchströmlöcher 48 anliegen. Es ist somit in dem Bereich, in welchem die Durchströmausformungen 50 an die zugeordneten Durchströmloch-Randbereiche 46 angrenzen, im Wesentlichen kein Zwischenraum gebildet, so dass ein Austritt von Gas G aus dem Gaszuführvolumen 38 unmittelbar im Bereich der Abgas-Durchströmöffnungen 44 im Wesentlichen nicht vorgesehen ist. Beispielsweise können die Durchströmausformungen 50 beim Verbinden des ersten Mischerkörperteils 22 mit dem zweiten Mischerkörperteil 24 mit ihren stromabwärtigen Endbereichen 54 gegen die zugeordneten Durchströmloch-Randbereiche 46 gepresst werden, so dass ein im Wesentlichen gasdichter Abschluss entsteht. Durch Fertigungstoleranzen bedingte Gasleckagen in diesen Bereichen sind jedoch grundsätzlich unschädlich, da einerseits der Gas/Gas-Mischer 12 ohnehin dafür vorgesehen ist, das Gas G in das Abgas A einzuleiten, und da andererseits eine wesentliche Gasleckage in diesen Bereichen nicht auftreten wird. Eine materialschlüssige Verbindung der beiden Mischerkörperteile 22, 24 im Bereich der stromabwärtigen Endbereiche 54 der Durchströmausformungen 50 mit den Durchströmloch-Randbereichen 46 des zweiten Mischerkörperteils 24 kann grundsätzlich zwar vorgesehen sein, ist jedoch nicht erforderlich.
In dem zweiten Mischerkörperteil 24 sind in Bereichen zwischen den Durchströmlöchern 48 die hier gleichermaßen lochartig ausgebildeten Gasbabgabeöffnungen 56 vorgesehen. Diese können, ebenso wie die Durchströmlöcher 48, in einem regelmäßigen Muster vorgesehen sein, um eine über den gesamten Querschnitt näherungsweise gleichmäßige Einleitung des Gases G in das Abgas A zu erreichen. Unter Berücksichtigung des Umstandes, dass die Strömungsgeschwindigkeit und damit der Durchsatz nahe der Wandung 16 kleiner sein wird, als im zentralen Bereich des Abgasströmungskanals 18, kann bei allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass die Dichte der Abgas-Durchströmöffnungen 44 bzw. die durch die Abgas-Durchströmöffnungen 44 bereitgestellte Gesamt-Durchtrittsquerschnittsfläche im zentralen Bereich des Abgasströmungskanals 18 größer ist, als in einem der Wandung 16 nahen Bereich bzw. von der Wandung 16 zum zentralen Bereich hin zunimmt. Dies kann auch bei den Gasabgabeöffnungen 56 vorgesehen sein, so dass dort, wo ein besonders großer Anteil des Abgases A strömt, auch ein großer Anteil des Gases G in das Abgas A eingeleitet wird.
Es ist darauf hinzuweisen, dass, was ein Vergleich der Fig. 1 und 2 deutlich zeigt, durch die Formgebung der beiden Mischerkörperteile 22, 24 auch ein wesentlicher Einfluss auf die Dimensionierung des Mischerkörpers 20 genommen werden kann. So kann die Größe des Gaszuführvolumens 38 beispielsweise durch die Länge der Durchströmausformungen 50 bzw. des Befestigungsrands 34 des ersten Mischerkörperteils 22 beeinflusst werden. Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel das Gaszuführvolumen 38 in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H eine größere Ausdehnung aufweist, ist der Mischerkörper 22 in der Ausgestaltungsform der Fig. 2 durch eine entsprechende Formgebung des ersten Mischerkörperteils 22 flacher gestaltet.
Weiter ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsformen miteinander kombiniert sein können. So können Gasabgabeöffnungen 56 sowohl mit der in Fig. 1 dargestellten ringartigen Struktur im Bereich der Abgas-Durchströmöffnungen 44, als auch mit der in Fig. 2 dargestellten lochartigen Struktur im Bereich zwischen den Abgas-Durchströmöffnungen 44 vorgesehen sein. Bei dieser Ausgestaltung können beispielsweise einige der Abgas-Durchströmöffnungen 44 so ausgebildet sein, wie in Fig. 1 dargestellt, also mit in Zuordnung dazu vorgesehener Gasabgabeöffnung 56, während andere Abgas-Durchströmöffnungen 44 so ausgebildet sein können, wie in Fig. 2 dargestellt, also ohne zugeordneter Gasabgabeöffnung.
Eine Abwandlung des Gas/Gas-Mischers insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung im Bereich der Abgas-Durchströmöffnungen 44 ist in Fig. 3 dargestellt. Im Bereich der in Fig. 3 zu erkennenden Abgas-Durchströmöffnung 44 ist das zweite Mischerkörperteil 24 so geformt, dass der das Durchströmloch 48 umgebende Durchströmloch-Randbereich 46 entgegen der Abgas-Hauptströmungsrichtung H abgebogen ist, beispielsweise als Durchzug bereitgestellt ist. Der Durchströmloch-Randbereich 46 ist so geformt bzw. dimensioniert, dass er einen größeren Öffnungsquerschnitt bereitstellt, als die Durchströmausformung 50 am ersten Mischerkörperteil 22. Insbesondere ist die Dimensionierung derart, dass die Durchströmausformung 50 sich im Bereich des Durchströmlochs 48 in das vom Durchströmloch-Randbereich 46 umgebene Volumen hineinerstreckt und sich mit dem Durchströmloch-Randbereich 46 in der Abgas-Hauptströmungsrichtung A überlappt.
Der zwischen dem entgegen zur Abgas-Hauptströmungsrichtung H abgebogenen Durchströmloch-Randbereich 46 und der Durchströmausformung 50 gebildete ringartige Zwischenraum stellt eine Gasabgabeöffnung 56 bereit, welche, so wie im Ausgestaltungsbeispiel der Fig. 1, grundsätzlich eine ringartige Gestalt aufweist und über welche das über das Gaszuführvolumen 38 zugeführte Gas G in das den Abgasströmungskanal 52 im ersten Mischerkörperteil 22 durchströmende Abgas A eingeleitet wird. Auch bei dieser Ausgestaltung ist aufgrund des Umstandes, dass die in der Abgas-Hauptströmungsrichtung H sich erstreckende Durchströmausformung 50 in den entgegengesetzt zur Abgas-Hauptströmungsrichtung H sich erstreckenden Durchströmloch-Randbereich 46 bzw. das von diesem umgebene Volumen eingreift, ein Eintritt von Abgas A in das Gaszuführvolumen 38 ausgeschlossen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass der in den Figuren dargestellte Gas/Gas-Mischer 12 in verschiedensten Aspekten abgewandelt werden kann, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise bei der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltung die Durchströmausformungen 50 auch so dimensioniert sein, dass sie sich in die Durchströmlöcher 48 hinein bzw. durch diese hindurch erstrecken. Bei allen Ausgestaltungsformen können alternativ oder zusätzlich auch im Bereich der Durchströmausformungen 50 jeweils eine oder mehrere Gasabgabeöffnungen 56 vorgesehen sein, so wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
Die Abgas-Durchströmöffnungen 44 können beispielsweise einen kreisrunden Öffnungsquerschnitt aufweisen, können aber auch elliptisch, oval oder mit anderer Querschnittsgeometrie bereitgestellt sein. Entsprechendes gilt auch für die Gasabgabeöffnungen 56. Weiter können die beiden Mischerkörperteile 22, 24 als integrale Bestandteile eines durch Umformen eines Blechrohlings bereitgestellten Bauteils vorgehen sein, die über sich gefaltet und dann bereichsweise z.B. durch Verschweißung aneinander festgelegt sein können.
Mit dem erfindungsgemäßen Mischer wird es möglich, über den gesamten Querschnitt des Abgasströmungskanals 18 Gas G in den Abgasstrom einzuleiten und effizient mit dem im Abgasströmungskanal 18 strömenden Abgas zu vermischen. Dabei kann das dem Abgas A beizumengende Gas G beispielsweise das von einem Brenner bereitgestellte Abgas sein, welches in einer Startphase des Verbrennungsbetriebs einer Brennkraftmaschine bei einer stromabwärts des Gas/Gas-Mischers positionierten noch kalten Katalysatoranordnung für eine schnellere Erwärmung sorgen kann. Grundsätzlich könnte auch jede andere Art von Gas, beispielsweise Luft, dem Abgasstrom beigemengt werden, um in stromabwärts des Gas/Gas-Mischers 12 folgenden Systembereichen eine verbesserte Betriebscharakteristik zu erhalten.

Claims

Gas/Gas-Mischer zum Einleiten von Gas in den Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Abgasströmungskanal (18) in einem von Abgas (A) durchströmbaren Abgasführungselement (14), einen in dem Abgasführungselement (14) angeordneten Mischerkörper (20) mit einer Mehrzahl von im Abgasströmungskanal (18) strömendem Abgas (A) durchströmbaren Abgas-Durchströmöffnungen (44), wobei in dem Mischerkörper (20) ein von in den Abgasstrom (A) einzuleitendem Gas (G) durchströmbares Gaszuführvolumen (38) gebildet ist, und wobei das Gaszuführvolumen (38) über eine Mehrzahl von Gasabgabeöffnungen (56) zu dem Abgasströmungskanal (18) offen ist, wobei der Mischerkörper (20) ein in dem Abgasführungselement (14) in Richtung stromaufwärts orientiert angeordnetes erstes Mischerkörperteil (22) und ein in dem Abgasführungselement (14) in Richtung stromabwärts orientiert angeordnetes zweites Mischerkörperteil (24) umfasst, wobei das Gaszuführvolumen (38) im Wesentlichen zwischen dem ersten Mischerkörperteil (22) und dem zweiten Mischerkörperteil (24) gebildet ist, wobei zum Bereitstellen der Abgas-Durchströmöffnungen (44) in dem zweiten Mischerkörperteil (24) eine Mehrzahl von Durchströmlöchern (48) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Mischerkörperteil (22) in Zuordnung zu jedem Durchströmloch (48) des zweiten Mischerkörperteils (24) eine auf das zweite Mischerkörperteil (24) sich zu erstreckende und Abgas (A) in Richtung zu dem zugeordneten Durchströmloch (48) leitende, einen Durchströmkanal (52) des ersten Mischerkörperteils (22) bereitstellende Durchströmausformung (50) vorgesehen ist.
Gas/Gas-Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerkörper (20) plattenartig ausgebildet ist und im Abgasführungselement (14) quer zu einer Abgashauptströmungsrichtung (H) des den Abgasströmungskanal (18) durchströmenden Abgases (A) angeordnet ist.
Gas/Gas-Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mischerkörperteil (22) im Wesentlichen plattenartig ausgebildet ist, und dass das zweite Mischerkörperteil (24) im Wesentlichen plattenartig ausgebildet ist.
Gas/Gas-Mischer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Mischerkörperteile, vorzugsweise dem zweiten Mischerkörperteil (24), ein an dem Abgasführungselement (14) festgelegter Befestigungsbereich vorgesehen ist, und dass an dem anderen Mischerkörperteil, vorzugsweise dem ersten Mischerkörperteil (22), ein an dem einen Mischerkörperteil festgelegter zweiter Befestigungsbereich vorgesehen ist.
Gas/Gas-Mischer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Befestigungsbereich einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, an einer Innenumfangsfläche des Abgasführungselements (14) festgelegten Befestigungsrand (28) in einem Außenumfangsbereich (26) des einen Mischerkörperteils umfasst.
Gas/Gas-Mischer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Befestigungsbereich einen, vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischen, am einen Mischerkörperteil festgelegten Befestigungsrand (34) in einem Außenumfangsbereich (32) des anderen Mischerkörperteils umfasst.
Gas/Gas-Mischer nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem ersten Mischerkörperteil (22) in Zuordnung zu den Durchströmlöchern (48) des zweiten Mischerkörperteils (24) vorgesehenen Durchströmausformungen (50) rohrartig oder trichterartig sind.
Gas/Gas-Mischer nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Abgas-Durchströmöffnung (44) eine Gasabgabeöffnung (56) zwischen einem das Durchströmloch (48) im zweiten Mischerkörperteil (24) umgebenden Durchströmloch-Randbereich (46) des zweiten Mischerkörperteils (24) und der Durchströmausformung (50) des ersten Mischerkörperteils (22) gebildet ist.
Gas/Gas-Mischer nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Gasabgabeöffnung (56) in dem zweiten Mischerkörperteil (24) zwischen den im zweiten Mischerkörperteil (24) vorgesehenen Durchströmlöchern (48) vorgesehen ist, oder/und dass wenigstens eine Gasabgabeöffnung (56) in dem ersten Mischerkörperteil (22) , vorzugsweise im Bereich wenigstens einer Durchströmausformung (50), vorgesehen ist.
Gas/Gas-Mischer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Abgas-Durchströmöffnung (44) die Durchströmausformung (50) an einem das Durchströmloch (48) im zweiten Mischerkörperteil (22) umgebenden Durchströmloch-Randbereich (46) des zweiten Mischerkörperteils (24) anliegt, vorzugsweise derart, dass das Gaszuführvolumen (38) im Bereich dieser Abgas-Durchströmöffnung (44) gegen den Austritt von Gas (G) im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Gas/Gas-Mischer nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mischerkörperteil (22) ein Blechumformteil ist, oder/und dass das zweite Mischerkörperteil (24) ein Blechumformteil ist.
Gas/Gas-Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Außenumfangsbereich des Mischerkörpers (20) ein durch eine Wandung (16) des Abgasführungselements (14) hindurchgeführter Gaszuführkanal (42) zu dem Gaszuführvolumen (38) offen ist.
Gas/Gas-Mischer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischerkörper (20) im Abgasführungselement (12) derart angeordnet ist, dass Abgas (A) im Abgasströmungskanal (18) im Bereich des Mischerkörpers (20) im Wesentlichen nur durch die Abgas-Durchströmöffnungen (44) hindurchdurchströmt.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, umfassend einen Gas/Gas-Mischer (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche.