混合腔以及混合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用以將添加物混合到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)中的混合腔，該混合腔包括單一部分或者多部分的殼體。為此，所述殼體包括具有流動(dòng)截面以及中心進(jìn)入軸的排氣的進(jìn)入口，以及位于所述進(jìn)入口下游且包括具有流動(dòng)截面以及中心輸出軸的排氣的排出口。在所述殼體內(nèi)還設(shè)置有位于這兩個(gè)進(jìn)入口與排出口之間的導(dǎo)流元件。所述導(dǎo)流元件是管狀的且包括沿通道軸的方向延伸的至少一個(gè)通道，該通道設(shè)有通道壁。所述通道壁設(shè)有至少一個(gè)入口以及一個(gè)出口。整個(gè)排氣流在平行于所述通道軸的流動(dòng)方向上，被所述通道導(dǎo)向到具有出口截面的所述出口。所述流動(dòng)方向相對(duì)于所述中心輸出軸在角度為20°至80°的區(qū)間內(nèi)偏轉(zhuǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)專利US 2010/0005790 Al描述了一種管狀的流動(dòng)元件，其將排氣流朝向遠(yuǎn)離主流動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)一個(gè)區(qū)間在40°至50°之間的角度，且在其內(nèi)用以將排氣流與添加物進(jìn)行混合。所述流動(dòng)元件的壁部沿流動(dòng)方向連續(xù)開(kāi)設(shè)有開(kāi)孔，從而使排氣流沿著所述壁部的整個(gè)表面穿入到所述流動(dòng)元件中。
[0003]日本專利JP 2009 030560A揭示了一種混合裝置，其內(nèi)設(shè)有位于導(dǎo)流元件內(nèi)的若干用以混合添加物的整流器。
[0004]美國(guó)專利US 2011/0094206 Al描述了一種噴射裝置，其中添加物被噴射到平行排氣流中。
[0005]德國(guó)專利DE 11 2010 002 589 T5早已描述了一種位于兩個(gè)整塊材料(基質(zhì))之間的混合腔。該混合腔被設(shè)置在整塊材料之間用以使排氣在排氣道內(nèi)流通。所述混合腔設(shè)有由殼體所形成的且圍繞中心軸的通道，用以流通所述排氣流。在沿所述中心軸的方向上，所述通道的長(zhǎng)度至少比混合腔長(zhǎng)20%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)與提供一種整體長(zhǎng)度較小、能夠提高排氣與添加物在基體表面的分布以及同時(shí)避免添加物結(jié)晶的混合腔。
[0007]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下方案實(shí)現(xiàn)的:下游基體沿中心輸出軸的方向被設(shè)置于靠近出口。所述下游基體設(shè)有對(duì)應(yīng)于出口截面的基體截面。出口截面與基體截面相互之間的區(qū)別最多不超過(guò)8%。
[0008]因此，流動(dòng)的排氣流的所有部分流進(jìn)入口時(shí)都會(huì)被導(dǎo)流元件如下偏轉(zhuǎn):氣流的所有部分在所述導(dǎo)流元件的作用下，沿著大致相同的流動(dòng)方向，與出口呈某一角度被向混合腔之外導(dǎo)出。下游基體被設(shè)置于靠近所述出口。由于排氣被分布在出口的流動(dòng)截面上，其同樣被分布在下游基體的截面上。所述下游基體貫穿其整個(gè)端面因此被暴露于排氣部分的斜流，所述斜流大致平行于流動(dòng)方向。因此，向所述混合腔中導(dǎo)引的尿素能夠形成非常好的分布，且不會(huì)形成相對(duì)嚴(yán)重的添加物結(jié)晶。“大致平行于流動(dòng)方向”對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言可以被理解為相較于流動(dòng)方向作為主流動(dòng)方向的偏差不超過(guò)5°至8°。所述角度a優(yōu)選的介于55°至75°之間。在角度為65°時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)基體潤(rùn)濕的伽瑪大于0.9。
[0009]就此而言，如果出口的出口截面垂直于所述中心輸出軸也是有利的。所述出口截面最多比所述排出口的流動(dòng)截面小20%。所述導(dǎo)流元件在排出口的方向上，聚集氣流以及通道的全部。所述添加物在所述導(dǎo)流元件的作用下與排氣流進(jìn)行混合。
[0010]本發(fā)明的有益效果通過(guò)如下方式來(lái)現(xiàn)實(shí):所述通道壁直接或者間接通過(guò)所述出口截面與所述下游基體實(shí)現(xiàn)流體連通，所述通道壁及/或所述下游基體之間的距離最多為8毫米。
[0011]為此，如下設(shè)置是有利的:所述導(dǎo)流元件設(shè)有具有入口截面的入口，所述入口位于所述通道軸的方向的上游且與所述出口相對(duì)，所述入口截面比出口截面小10%至70%。另夕卜，在適應(yīng)各自的液壓截面的下游基板和上游基板中，減小入口截面的尺寸可以從所述通道的開(kāi)口處就提高進(jìn)入所述通道中排氣流速，從而提高了被導(dǎo)引至入口區(qū)域的添加物的混合效果以及減小了液滴尺寸。
[0012]如下設(shè)置也許是有利的:所述通道設(shè)有沿所述通道軸且以所述中心輸出軸為起點(diǎn)的長(zhǎng)度，所述長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于所述進(jìn)入口的半徑除以sin a的至少70%，例如L2彡R12/sin a。如此設(shè)置，所述導(dǎo)流元件幾乎或者完全在中心進(jìn)入軸的方向阻擋了排氣的流動(dòng)截面，并迫使排氣在流入所述導(dǎo)流元件之前，從起初的軸向朝徑向偏轉(zhuǎn)。
[0013]如果上游基體的截面積按一定最大數(shù)量小于進(jìn)入口的流動(dòng)截面，那么所述通道具有減小的長(zhǎng)度。所述長(zhǎng)度至少對(duì)應(yīng)于所述基體的半徑除以sin a，例如L2多R51/sin a。
[0014]在這種情況下，如下設(shè)置是有利的:所述殼體設(shè)有相對(duì)于中心進(jìn)入軸沿徑向凸伸超過(guò)流動(dòng)截面的凸起，所述凸起至少部分形成了所述通道或者所述通道至少部分凸伸入所述凸起內(nèi)。如此設(shè)置，氣流中即使位于最外部的部分也能夠沿著徑向偏轉(zhuǎn)。所述凸起形成了在徑向上位于外部的體積，限制了殼體的剩余部分。
[0015]在本發(fā)明中，如下設(shè)置是有利的:在流動(dòng)方向上位于所述入口的上游，設(shè)有安裝在所述通道上的噴射裝置，以及靠近所述入口及/或位于所述通道內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)混合器，用以混合被噴射入所述混合腔內(nèi)的添加物。無(wú)論所述入口是由一個(gè)單獨(dú)的開(kāi)口或者是由多個(gè)開(kāi)槽或者是由穿孔而形成的，排氣都能憑借此被旋入所述通道中。混合器被設(shè)置于所述噴射裝置的下游。
[0016]結(jié)合本發(fā)明的設(shè)計(jì)和布局，如下設(shè)置可能是有利的:如果設(shè)有位于所述凸起或者所述導(dǎo)流元件上的噴射裝置，所述噴射裝置在噴射方向上將所述添加物導(dǎo)引入所述導(dǎo)流元件內(nèi)，所述噴射方向相對(duì)于所述通道軸最多呈90°。通過(guò)與通道軸形成一個(gè)可能的角度，添加物能夠被噴射入排氣流或者反向匯入排氣流。
[0017]關(guān)于排氣系統(tǒng)包括的其他部件，如下設(shè)置是有利的:設(shè)有上游基體的上游轉(zhuǎn)化殼體被設(shè)置成位于所述進(jìn)入口的上游，所述上游基體與所述入口實(shí)現(xiàn)流體連接。這種排布在上游基體是催化劑以及下游基體是微粒過(guò)濾器時(shí)尤其有效。
[0018]將排氣流與添加物進(jìn)行混合的基本原則根據(jù)方向的不同是變化的，為此所述中心進(jìn)入軸與所述中心輸出軸被設(shè)置為相互平行、或者相互同軸、或者以角度b為10°至170°的區(qū)間內(nèi)相互交叉。就此而言，【具體實(shí)施方式】的例子在這方面可參考附圖的描述。
[0019]根據(jù)這種多樣性，如下設(shè)置是有利的:所述進(jìn)入口以及所述排出口被設(shè)置為在所述中心進(jìn)入軸的方向上一個(gè)位于另一個(gè)之后，或者在相比于所述中心進(jìn)入軸的徑向上至少部分相鄰。憑借這一點(diǎn)，并根據(jù)上述角度的變化，能夠確保適應(yīng)廣泛的安裝條件。最后，如下設(shè)置也許是有利的:如果進(jìn)入口的流動(dòng)截面相比于排出口的流動(dòng)截面具有不同的尺寸。
[0020]關(guān)于最優(yōu)可能的混合，如下設(shè)置是有利的:所述通道的半徑從所述入口至所述出口連續(xù)增大。就這一點(diǎn)而言，如下設(shè)置是有利的:所述通道被所述通道壁圍繞，在流動(dòng)方向上位于所述入口下游的通道壁是封閉的、或者未開(kāi)孔的、或者開(kāi)孔的。鑒于通道的入口的入口截面比出口截面相對(duì)要小，提高了進(jìn)入所述通道的流速。因?yàn)檫@個(gè)，進(jìn)入通道中的添加物能夠被很好的混合。
[0021]通道截面到對(duì)應(yīng)于下游基體的截面的截面，在尺寸上的隨后增加，導(dǎo)致在整個(gè)基體上形成混合分布。全部流體或者全部排氣流的偏向是通過(guò)一個(gè)封閉的通道壁來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所述進(jìn)入以及出口在此情況下形成所述導(dǎo)流元件的僅有的開(kāi)口。通道的開(kāi)孔，特別是位于通道旁側(cè)且朝向進(jìn)入口的開(kāi)孔，防止在殼體下部三分之一處形成任何排氣旋流以及累積，在中心進(jìn)入軸方向的通道的立即上游。
[0022]上述混合腔的優(yōu)勢(shì)還能夠結(jié)合更廣范圍的排氣系統(tǒng)，包括與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)相全士么云口口 ο
[0023]此外，如下設(shè)置可能是有利的:如果殼體以及下游轉(zhuǎn)化殼體及/或上游轉(zhuǎn)化殼體是單一部分或者多部分的共有部件。
[0024]此外，如下設(shè)置可能是有利的:如果混合器被設(shè)計(jì)為具有一個(gè)或者多個(gè)混合階段的靜態(tài)混合器。
[0025]如下設(shè)置也可能是有利的:如果混合腔或者導(dǎo)流元件或者它們的部分，面向排氣的表面，至少被部分地覆蓋有催化劑。
【附圖說(shuō)明】
[0026]本發(fā)明其它的優(yōu)勢(shì)以及細(xì)節(jié)，在權(quán)力要求和說(shuō)明書(shū)中加以說(shuō)明且在附圖中示出。附圖中:
圖1顯示了具有某一角度的噴射方向以及基體位于出口側(cè)的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖； 圖2顯示了具有同軸噴射方向以及基體位于入口側(cè)與出口側(cè)的一個(gè)實(shí)施方式的剖視圖；
圖3顯示了幾何關(guān)系的示意圖；
圖4顯示了沿著剖面Α-Α’且與流動(dòng)方向相反的剖面圖；
圖5顯示了一種實(shí)施方式的導(dǎo)流元件中具有槽狀開(kāi)口的混合元件；
圖6顯示了具有錐形導(dǎo)流元件的一種實(shí)施方式；
圖7顯示了具有開(kāi)孔導(dǎo)流元件的一種實(shí)施方式；
圖8顯示了相互平行排列且相互錯(cuò)位的基體的一種實(shí)施方式；
圖9顯示了基體相互呈某一角度的一種實(shí)施方式；
圖10顯示了相互平行排列且沿徑向相互靠近的基體的一種實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1及圖2揭示了一種混合腔1，其包括具有進(jìn)入口 12以及排出口 13的殼體11。所述進(jìn)入口 12以及排出口 13被設(shè)置為與中心進(jìn)入軸Ml2以及中心輸出軸Ml3均同軸。
[0028]當(dāng)排氣流穿過(guò)所述進(jìn)入口 12時(shí)，一個(gè)設(shè)置在所述進(jìn)入口 12與排出口 13之間的管狀的導(dǎo)流元件2使排氣流動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其中，因?yàn)樗鰧?dǎo)流元件2擋住了朝向所述排出口 13的軸向流動(dòng)截面S12，所以沿著所述中心進(jìn)入軸Ml2流動(dòng)的排氣被迫向徑向偏轉(zhuǎn)。
[0029]為此，所述導(dǎo)流元件2被設(shè)計(jì)成具有通道壁21的通道20，且所述通道20的出口23靠近安裝在上游轉(zhuǎn)化殼體5內(nèi)的上游基體51。隨著徑向偏轉(zhuǎn)，所述排氣流被所述入口 22導(dǎo)引至所述通道20中，并且以相對(duì)于排出口 13呈65°的角度a被導(dǎo)引到所述下游基體41的端面。
[0030]為了使排氣的所有部分能夠沿著大致平行于通道