排气/反应剂混合组件的制作方法

1.本发明涉及一种例如在车辆中的用于内燃机的排气设备的排气/反应剂混合组件，利用所述排气/反应剂混合组件，从内燃机排出的排气能高效地与喷射到排气中的反应剂、例如尿素/水溶液混合。


背景技术：

2.为了减少在从柴油内燃机排出的排气中的氮氧化物份额，已知，在scr催化器组件中实施选择性的催化还原。为此，在scr催化器组件上游将反应剂、例如尿素/水溶液喷射到排气中。在引入到scr催化器组件中之前必须进行排气和反应剂的高效混合。在此存在问题，即，例如由于通常以液体的形式喷射的反应剂在引导排气流的壳体的内表面上的凝聚导致，液体的反应剂可以聚集并且形成沉积物。排气和反应剂的不足够的混合可以进一步导致，液体的反应剂的部分到达scr催化器组件中并且因此对于催化反应的高效实施而言基本上不可供使用。反应剂和排气的不足够的混合的风险特别是在如下情况给出，即，为了排气设备的紧凑构造，沿流动方向在反应剂例如基本上正交于排气流喷射的位置和scr催化器组件之间的距离相对小。


技术实现要素：

3.本发明的任务是，设置一种排气/反应剂混合组件，其在结构紧凑的情况下确保排气和反应剂的高效混合(混匀)。
4.按照本发明，该任务通过按照权利要求1的用于内燃机的排气设备的排气/反应剂混合组件解决，以用于混合排气和反应剂。该排气/反应剂混合组件具有：
[0005]-沿壳体纵轴线的方向延伸的排气导向壳体，该排气导向壳体具有壳体壁，在排气导向壳体中形成由壳体壁包围的并且能由排气流经的排气通道，
[0006]-混合区，该混合区具有在上游的端壁和关于上游的端壁在下游设置的下游的端壁之间形成的混合室，
[0007]-在排气导向壳体上支承的反应剂输出组件，用于基本上沿反应剂输出线沿反应剂主输出方向将反应剂输出到混合室中，
[0008]
其中，在上游的端壁中设置有至少一个第一流入开口，通过所述至少一个第一流入开口，排气通道的关于上游的端壁处于上游的区域朝向混合室开放，在下游的端壁中设置有至少一个第一流出开口，通过所述至少一个第一流出开口，混合室朝向排气通道的关于下游的端壁处于下游的区域开放，所述至少一个第一流出开口和所述至少一个第一流入开口横向于壳体纵轴线彼此错开并且彼此基本上不重叠，在混合室中形成从所述至少一个第一流入开口朝向所述至少一个第一流出开口引导的混合物流动路径，所述混合物流动路径具有两个沿混合物流动方向相继的、具有彼此相反指向的流动转向方向的流动转向区域。在此，所述至少一个第一流出开口和所述至少一个第一流入开口可以例如横向于壳体纵轴线彼此错开并且设置为使得它们彼此基本上不重叠。
[0009]
在按照本发明构造的排气/反应剂混合组件中，通过在流经混合物流动路径时排气和反应剂的混合物流沿彼此相反指向的流动转向方向的多次的换向或转向，通过在混合物流中的在此出现的涡流和搅流，实现排气和反应剂的高效混匀。也有助于此的是，通过混合物流动路径的结构，高效利用排气导向壳体的可供用于流经的横截面积。
[0010]
混合物流动路径可以沿混合物流动方向相继具有：
[0011]-混合物产生区域，为了在混合物产生区域中产生排气和反应剂的混合物，所述至少一个第一流入开口朝向混合物产生区域开放并且反应剂输出组件将反应剂输出到混合物产生区域中，
[0012]-沿混合物流动方向跟随混合物产生区域的第一流动转向区域，在第一流动转向区域中，从混合物产生区域流动至第一流动转向区域的排气和反应剂的混合物沿第一流动转向方向转向，
[0013]-沿混合物流动方向跟随第一流动转向区域的第二流动转向区域，在第二流动转向区域中，从第一流动转向区域流动至第二流动转向区域的排气和反应剂的混合物沿与第一流动转向方向相反的第二流动转向方向转向，
[0014]-沿混合物流动方向跟随第二流动转向区域的并且朝向所述至少一个第一流出开口引导的混合物输出区域。
[0015]
为了可以在混合室中实现希望的流动引导并且为此提供混合物流动路径的不同的区域，混合物产生区域可以基本上限定在第一分离壁和第二分离壁之间，第一分离壁在上游的端壁和下游的端壁之间延伸，第二分离壁在上游的端壁和下游的端壁之间延伸，所述至少一个第一流入开口设置在第一分离壁和第二分离壁之间并且第一分离壁屏蔽所述至少一个第一流出开口以防来自所述至少一个第一流入开口的直接的流入。
[0016]
为了有效的流动引导，第一分离壁可以从壳体壁出发在所述至少一个第一流入开口和所述至少一个第一流出开口之间延伸，或/和第一分离壁可以提供第一流动转向区域的第一流动转向壁。
[0017]
此外，为了提供力求的流动引导，可以设置有在上游的端壁和下游的端壁之间延伸的第三分离壁，第三分离壁提供第二流动转向区域的流动转向壁或/和与第一分离壁一起限定混合物输出区域。
[0018]
第三分离壁沿壳体壁的周边区域以相对于壳体壁的径向距离延伸，第三分离壁与壳体壁一起限定一排气流动空间。通过该排气流动空间，局部地关于壳体壁屏蔽混合室，从而基本上可以消除入射到壳体壁上的排气和反应剂的混合物冷凝或在尤其是在内燃机的运行的起动阶段中冷的壳体壁上沉积的风险。
[0019]
为了实现混合室与所述排气流动空间的完全的流体技术的解耦，提出，所述排气流动空间通过第三分离壁与混合室分开，在上游的端壁中设置至少一个第二流入开口，通过所述至少一个第二流入开口，排气通道的关于上游的端壁处于上游的区域朝向排气流动空间开放，并且在下游的端壁中设置至少一个第二流出开口，通过所述至少一个第二流出开口，排气流动空间朝向排气通道的关于下游的端壁处于下游的区域开放。
[0020]
在此，为了所述排气流动空间以排气的高效流经，所述至少一个第二流出开口和所述至少一个第二流入开口可以横向于壳体纵轴线彼此错开并且彼此基本上不重叠。
[0021]
在一种替代的设计中，排气流动空间可以在第一周边区域中朝向混合物产生区域
开放并且在第二周边端部区域中朝向混合物输出区域或/和所述至少一个第一流出开口开放。亦即在此，引入混合区中的排气的一部分不引导到混合室中、而是到排气流动空间中，以便由此实现第三分离壁与壳体壁的热的解耦或对第三分离壁在其背离混合物流动路径的侧上加热。
[0022]
在此，为了可简单实现的构造，第三分离壁可以与第二分离壁一件式地构成。
[0023]
为了混合排气和反应剂的可供使用的体积的高效利用，混合物流动路径可以具有基本上s形的结构。
[0024]
为了也可以将相对大的体积流量引导穿过混合区，提出，设置多个沿周向相继的第一流出开口。
[0025]
在此，第一流出开口的横截面尺寸可以沿背离混合物输出区域的方向减小。
[0026]
排气和反应剂已经在两种介质聚集时高效混合可以通过如下方式辅助：反应剂输出组件这样关于所述至少一个第一流入开口设置，使得反应剂输出线延伸超过所述至少一个第一流入开口。此外，在相对长的流动路径情况下的紧凑的结构型式可通过如下方式实现：反应剂输出组件这样关于所述至少一个第一流入开口设置，使得反应剂输出线与壳体纵轴线不相交，亦即相对于此例如歪斜地设置
[0027]
本发明还涉及一种用于内燃机的排气设备，其具有按照本发明构造的排气/反应剂混合组件和在排气/反应剂混合组件的下游具有scr催化器组件。
[0028]
基于按照本发明的排气/反应剂混合组件的沿排气主流动方向非常紧凑的结构方式，所述排气/反应剂混合组件完全特别适合用于如下构造，在所述构造中，关于排气/反应剂混合组件在上游设置排气处理单元、优选颗粒过滤器组件。尤其是在此，不同的系统区域排气处理单元、排气/反应剂混合组件和scr催化器组件可沿排气主流动方向基本上线性相继地设置。
附图说明
[0029]
接着参考在图中的详细说明来说明本发明。附图中：
[0030]
图1示出具有排气/反应剂混合组件的排气设备的原理纵剖面图；
[0031]
图2示出图1的排气设备沿图1中的线ii-ii剖切的原理横截面图；
[0032]
图3示出包括排气/反应剂混合组件的排气设备的一种替代的设计形式的对应于图1的示图；
[0033]
图4示出图3的排气设备沿图3中的线iv-iv剖切的原理横截面图。
具体实施方式
[0034]
在图1中示出例如在车辆中的内燃机的总体以10表示的排气设备的区段。该排气设备10具有排气/反应剂混合组件12作为中央的组成部分，所述排气/反应剂混合组件在排气设备10中例如可以设置在颗粒过滤器组件14下游和scr催化器组件16上游。
[0035]
排气/反应剂混合组件12具有例如管状的、沿壳体纵轴线g的方向纵长延伸的排气导向壳体18，该排气导向壳体包括基本上圆柱形并且例如以圆形的横截面构造的壳体壁20。在该排气导向壳体18中，可以关于排气/反应剂混合组件12在上游支承颗粒过滤器组件14。例如颗粒过滤器组件14可以具有整体构造的颗粒过滤区块22，所述颗粒过滤区块由纤
维垫或类似物缠绕地支承在排气导向壳体18中。在排气/反应剂混合组件12下游设置的scr催化器组件16也可以支承在排气导向壳体18中并且可以具有例如整体构造的催化剂块26，所述催化剂块可以通过包围其的纤维垫或类似物支承在排气导向壳体18中。
[0036]
要指出，排气设备10或排气导向壳体18可以分成多个沿排气主流动方向a相继的并且例如相互连接的部段，其中例如所述部段中的一个部段可以包含颗粒过滤器组件14，所述部段中的一个部段可以包含或提供接着详细说明的排气/反应剂混合组件12，并且所述部段中的一个部段可以包含scr催化器组件16。
[0037]
在排气导向壳体18中，形成基本上沿排气主流动方向a可由排气流经的排气通道30，其中，排气通道30具有关于排气/反应剂混合组件12处于上游的通道区域32和关于排气/反应剂混合组件12处于下游的通道区域34。
[0038]
混合区36朝上游的方向、亦即朝通道区域32通过上游的端壁38限界。此外，混合区36朝下游的方向、亦即朝通道区域34通过关于上游的端壁38朝下游的方向沿壳体纵轴线g错开地设置的下游的端壁40限界。
[0039]
沿壳体纵轴线g的方向在两个例如彼此平行并且相对于壳体纵轴线g正交设置的端壁38、40之间形成混合区36的混合室42。此外，配置于混合区36设置总体也称为注射器的反应剂输出组件46，所述反应剂输出组件例如借助接管支承在排气导向壳体18的壳体壁20上并且构成用于，将反应剂r、例如尿素/水溶液例如以喷射锥体的形式沿反应剂主输出方向h输出到混合区36中。在此，反应剂主输出方向h可以沿反应剂输出线l取向，所述反应剂输出线可以处于关于壳体纵轴线g正交的平面中。反应剂-主输出方向h或反应剂输出线l可以例如对应于反应剂r的由反应剂输出组件46输出的喷射锥体的中心线。
[0040]
在上游的端壁38中，偏心于壳体纵轴线g形成第一流入开口48。穿过所述第一流入开口48，排气可以如通过流箭头p48表示的那样从通道区域32进入混合室42中。
[0041]
在下游的端壁40中沿周向相继设置三个第一流出开口50、52、54，穿过所述三个第一流出开口，排气和反应剂r的混合物可以从混合室42流出到通道区域34中，如在图1中通过流箭头p
50
、p
52
、p
54
表示的。在此，在图1中可看出的流箭头p
48
、p
50
、p
52
、p
54
的粗细分别代表引导穿过相应的流入开口或流出开口的体积流量并且因此也代表其横截面积。
[0042]
在混合区36中，在端壁38、40之间设置基本上沿壳体纵轴线g的方向延伸的第一和第二分离壁56、58。第一分离壁56从壳体壁20出发到混合室42中地在设于上游的端壁38中的第一流入开口48和设于下游的端壁40中的第一流出开口50、52、54之间延伸。在此，第一分离壁56沿周向沿壳体壁20的内侧以相对于所述内侧的增加的径向距离延伸并且沿周向以也相对于第一流入开口增加的距离包围第一流入开口48。
[0043]
第二分离壁58也从壳体壁20出发在第一流入开口48的另一个周侧上延伸并且在其周边的部分区域中包围所述第一流入开口。
[0044]
在第一分离壁56和第二分离壁58之间，形成总体以62表示的并且从第一流入开口48引导至第一流出开口50、52、54的混合物流动路径的混合物产生区域60，所述第一分离壁和第二分离壁可以在其轴向的端部区域中连接到端壁38、40上并且例如与所述端壁通过材料锁合连接并且在其连接到壳体壁20上的端部区域中可以连接到壳体壁20上。到混合物产生区域60中，排气从通道区域32进入混合室42中。同样地，反应剂r沿反应剂输出线l喷射到混合物产生区域60中。图2明显示出，反应剂输出线l基本上横向跨过第一流入开口48延伸，
从而由反应剂输出组件46输出的反应剂r基本上直接由流动穿过第一流入开口48的排气流捕获并且已经由此与排气流混合。
[0045]
在混合物产生区域60中产生的排气和反应剂r的混合物然后从混合物产生区域60沿混合物流动路径62流动至总体以64表示的第一流动转向区域。第一流动转向区域64具有弓状围绕第一流入开口48延伸的第一分离壁56的提供第一流动转向壁66的区段作为重要的组成部分。在混合物产生区域60中产生的排气和反应剂r的混合物在第一流动转向区域64中碰到通过第一分离壁56的区段提供的第一流动转向壁66上并且因此用于沿混合物流动路径62沿混合物流动方向s的流动沿第一转向方向转向。这在图2的示图中沿混合物流动方向s看是向左的转向。
[0046]
第二流动转向区域68沿混合物流动方向r跟随第一转向区域64。第二流动转向区域68基本上通过总体以72表示的第三分离壁的提供第二流动转向壁70的区段提供。第三分离壁72也沿壳体纵轴线g的方向在两个端壁38、40之间延伸并且可以例如通过材料锁合连接到所述端壁上。在其周边端部区域之一中，第三分离壁72连接到第二分离壁58上，从而在第三分离壁72和壳体壁20之间形成的排气流动空间74在第一周边端部区域76中通过第二分离壁58封闭。在其第二周边端部区域79中，排气流动空间74通过向径向外部引出直至壳体壁20的第三分离壁72封闭，从而原则上实现排气流动空间74与混合室42的基本上完全的流体技术的分开。
[0047]
从第一流动转向区域64引导到第二流动转向区域68中的排气和反应剂的混合物在第二流动转向区域68上通过第二流动转向壁70沿与在第一流动转向区域64中的第一转向方向相反的第二流动转向方向转向并且引导到在第一分离壁56、尤其是还有其第一流动转向壁66和第三分离壁72之间形成的混合物输出区域中。沿第二流动转向方向的转向尤其是也因此进行，因为第二流动转向区域68通过第二分离壁58相对于混合物产生区域60隔开并且因此在流经第一流动转向区域64之后排气和反应剂r的混合物不会回流到混合物产生区域60中。在图2的示图中，第二流动转向方向的转向沿混合物流动方向s看是向右的转向。
[0048]
流经混合物输出区域78的排气和反应剂r的混合物然后到达第一流出开口50、52、54的区域中，所述第一流出开口对应于第一分离壁56的关于壳体壁20改变的径向间隔沿混合物流动方向s具有减小的横截面尺寸、例如具有减小的直径。
[0049]
在上游的端壁38中，配置于排气流动空间74沿周向相继设置第二流入开口80、82、84。如通过在图1中的流箭头p
80
、p
82
、p
84
表示的，排气通过第二流入开口80、82、84从通道区域32进入排气流动空间74中并且沿周向从第二周边端部区域79流动至在下游的端壁40中的在第一周边端部区域76中设置的第二流出开口86、88、90。如通过图1中的流箭头p
86
、p
88
、p
90
表示的，排气流的流经排气流动空间74的部分离开混合区36朝通道区域34那边去。
[0050]
通过提供由第三分离壁72朝混合物流动路径62限定的排气流动空间74，尽量避免排气和反应剂r的流与壳体壁20的直接的接触。排气和反应剂r的混合物流的转向在沿混合物流动方向s沿混合物流动路径62流动时在流动转向壁66、70上的两个流动转向区域64、68中进行，所述流动转向壁相对于壳体壁20具有距离并且在运行中在两侧由排气或排气和反应剂r的混合物环流。这尤其是在起动运行中是有利的，因为由此可以尽量排除反应剂r在相对冷的壳体壁20上冷凝的风险。在排气和反应剂r的混合物流从混合物输出区域78朝向第一流出开口50、52、54运动的区域中，混合物流才可以与壳体壁20的内表面进入接触中。
然而，在该区域中已经实现反应剂r的高效的混匀或蒸发，从而在该区域中不存在反应剂r在壳体壁20的内侧上冷凝的风险。
[0051]
在图2中明显可看出，混合物流动路径60在第一流入开口48和第一流出开口50、52、54之间具有弧形的、基本上s形的结构。为了可以在排气导向壳体18的限定的横截面中对此实现，反应剂主输出方向h或反应剂输出线l这样取向，使得其关于壳体纵轴线l歪斜延伸并且与其不相交。尽管如此，如在图1中可看出的，反应剂输出线l可以处于与壳体纵轴线g基本上正交的平面中。通过反应剂r的倾斜的或切向的引入可实现，将混合物流动路径26以其s形的结构和相对大的流动面设置在混合区36中。同时，通过尤其是第一分离壁56的定位，阻止在第一流入开口48和第一流出开口50、52、54之间的直接的流动连接。
[0052]
这样的混合组件12的一种替代的设计形式在图3和4中示出。关于构造或功能对应于在先所述构件的构件以相同的附图标记表示。
[0053]
排气/反应剂混合组件12的在图3和4中示出的设计在重要的方面对应于在先关于图1和2所述的设计。因此接着基本上只讨论在两个设计形式之间存在的不同。
[0054]
尤其是在图4中可看出，在该设计中，排气流动空间74不与混合室42分开，而是在其两个周边端部区域76、78中朝所述混合室开放。在第一周边端部区域76中，排气流动空间74朝向混合物产生区域60开放。在第二周边端部区域79中，排气流动空间朝混合物输出区域78在其引导至第一流出开口50、52、54的端部区域上或朝这些第一流出开口50、52、54开放。排气的通过第一流入开口48进入混合室42中的一部分通过开放的第一周边端部区域76流动到排气流动空间74中并且在此对第三分离壁72在其与混合物流动路径62背离的背侧上环流并且对所述第三分离壁加热或将其与壳体壁20热解耦。通过排气流动空间74的排气流在第二周边端部区域79上离开所述排气流动空间并且通过第一流出开口50、52、54离开混合区36。因为在该设计形式中不存在引导至排气流动空间74的第二流入开口和从排气流动空间74中引导出的第二流出开口，所以第一流入开口48形成唯一的流入开口，而第一流出开口50、52、54形成该设计形式的唯一的流出开口。
[0055]
为了在该设计中实现简单可实现的结构，如在图4中可看出的，第三分离壁72和第二分离壁58可以相互一件式地构成，并且同样如第一分离壁56或还有端壁38、40由板料构造。
[0056]
也在图3和4中示出的设计中实现简单可实现的设计，其中通过混合物流动路径62的该弧形的结构可以确保在相对长的流动路径上排气和反应剂r的高效混匀。
[0057]
要指出，在不同的设计方面，前文所述设计形式可以不同地构成。这样例如不同的流入开口或流出开口的数量可以不同于示出的数量。这些开口的横截面几何形状也可以具有与示出的圆形的横截面几何形状不同的几何结构，并且排气导向壳体也可以具有与示出的圆形的横截面几何形状不同的横截面几何形状。