混合腔以及混合的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用以將添加物混合到內燃發動機的排氣系統中的混合腔，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截面以及中心進入軸的排氣的進入口，以及位于所述進入口下游且包括具有流動截面以及中心輸出軸的排氣的排出口。在所述殼體內還設置有位于這兩個進入口與排出口之間的導流元件。所述導流元件是管狀的且包括沿通道軸的方向延伸的至少一個通道，該通道設有通道壁。所述通道壁設有至少一個入口以及一個出口。整個排氣流在平行于所述通道軸的流動方向上，被所述通道導向到具有出口截面的所述出口。所述流動方向相對于所述中心輸出軸在角度為20°至80°的區間內偏轉。
【背景技術】
[0002]美國專利US 2010/0005790 Al描述了一種管狀的流動元件，其將排氣流朝向遠離主流動方向偏轉一個區間在40°至50°之間的角度，且在其內用以將排氣流與添加物進行混合。所述流動元件的壁部沿流動方向連續開設有開孔，從而使排氣流沿著所述壁部的整個表面穿入到所述流動元件中。
[0003]日本專利JP 2009 030560A揭示了一種混合裝置，其內設有位于導流元件內的若干用以混合添加物的整流器。
[0004]美國專利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]德國專利DE 11 2010 002 589 T5早已描述了一種位于兩個整塊材料(基質)之間的混合腔。該混合腔被設置在整塊材料之間用以使排氣在排氣道內流通。所述混合腔設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，所述通道的長度至少比混合腔長20%。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于設計與提供一種整體長度較小、能夠提高排氣與添加物在基體表面的分布以及同時避免添加物結晶的混合腔。
[0007]本發明的目的是通過如下方案實現的:下游基體沿中心輸出軸的方向被設置于靠近出口。所述下游基體設有對應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別最多不超過8%。
[0008]因此，流動的排氣流的所有部分流進入口時都會被導流元件如下偏轉:氣流的所有部分在所述導流元件的作用下，沿著大致相同的流動方向，與出口呈某一角度被向混合腔之外導出。下游基體被設置于靠近所述出口。由于排氣被分布在出口的流動截面上，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方向。因此，向所述混合腔中導引的尿素能夠形成非常好的分布，且不會形成相對嚴重的添加物結晶。“大致平行于流動方向”對所屬技術領域的技術人員而言可以被理解為相較于流動方向作為主流動方向的偏差不超過5°至8°。所述角度a優選的介于55°至75°之間。在角度為65°時能夠實現基體潤濕的伽瑪大于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截面小20%。所述導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流元件的作用下與排氣流進行混合。
[0010]本發明的有益效果通過如下方式來現實:所述通道壁直接或者間接通過所述出口截面與所述下游基體實現流體連通，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，如下設置是有利的:所述導流元件設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，所述入口截面比出口截面小10%至70%。另夕卜，在適應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口處就提高進入所述通道中排氣流速，從而提高了被導引至入口區域的添加物的混合效果以及減小了液滴尺寸。
[0012]如下設置也許是有利的:所述通道設有沿所述通道軸且以所述中心輸出軸為起點的長度，所述長度對應于所述進入口的半徑除以sin a的至少70%，例如L2彡R12/sin a。如此設置，所述導流元件幾乎或者完全在中心進入軸的方向阻擋了排氣的流動截面，并迫使排氣在流入所述導流元件之前，從起初的軸向朝徑向偏轉。
[0013]如果上游基體的截面積按一定最大數量小于進入口的流動截面，那么所述通道具有減小的長度。所述長度至少對應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，如下設置是有利的:所述殼體設有相對于中心進入軸沿徑向凸伸超過流動截面的凸起，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。如此設置，氣流中即使位于最外部的部分也能夠沿著徑向偏轉。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]在本發明中，如下設置是有利的:在流動方向上位于所述入口的上游，設有安裝在所述通道上的噴射裝置，以及靠近所述入口及/或位于所述通道內的一個或者多個混合器，用以混合被噴射入所述混合腔內的添加物。無論所述入口是由一個單獨的開口或者是由多個開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。混合器被設置于所述噴射裝置的下游。
[0016]結合本發明的設計和布局，如下設置可能是有利的:如果設有位于所述凸起或者所述導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引入所述導流元件內，所述噴射方向相對于所述通道軸最多呈90°。通過與通道軸形成一個可能的角度，添加物能夠被噴射入排氣流或者反向匯入排氣流。
[0017]關于排氣系統包括的其他部件，如下設置是有利的:設有上游基體的上游轉化殼體被設置成位于所述進入口的上游，所述上游基體與所述入口實現流體連接。這種排布在上游基體是催化劑以及下游基體是微粒過濾器時尤其有效。
[0018]將排氣流與添加物進行混合的基本原則根據方向的不同是變化的，為此所述中心進入軸與所述中心輸出軸被設置為相互平行、或者相互同軸、或者以角度b為10°至170°的區間內相互交叉。就此而言，【具體實施方式】的例子在這方面可參考附圖的描述。
[0019]根據這種多樣性，如下設置是有利的:所述進入口以及所述排出口被設置為在所述中心進入軸的方向上一個位于另一個之后，或者在相比于所述中心進入軸的徑向上至少部分相鄰。憑借這一點，并根據上述角度的變化，能夠確保適應廣泛的安裝條件。最后，如下設置也許是有利的:如果進入口的流動截面相比于排出口的流動截面具有不同的尺寸。
[0020]關于最優可能的混合，如下設置是有利的:所述通道的半徑從所述入口至所述出口連續增大。就這一點而言，如下設置是有利的:所述通道被所述通道壁圍繞，在流動方向上位于所述入口下游的通道壁是封閉的、或者未開孔的、或者開孔的。鑒于通道的入口的入口截面比出口截面相對要小，提高了進入所述通道的流速。因為這個，進入通道中的添加物能夠被很好的混合。
[0021]通道截面到對應于下游基體的截面的截面，在尺寸上的隨后增加，導致在整個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一個封閉的通道壁來實現的。所述進入以及出口在此情況下形成所述導流元件的僅有的開口。通道的開孔，特別是位于通道旁側且朝向進入口的開孔，防止在殼體下部三分之一處形成任何排氣旋流以及累積，在中心進入軸方向的通道的立即上游。
[0022]上述混合腔的優勢還能夠結合更廣范圍的排氣系統，包括與內燃發動機的系統相全士么云口口 ο
[0023]此外，如下設置可能是有利的:如果殼體以及下游轉化殼體及/或上游轉化殼體是單一部分或者多部分的共有部件。
[0024]此外，如下設置可能是有利的:如果混合器被設計為具有一個或者多個混合階段的靜態混合器。
[0025]如下設置也可能是有利的:如果混合腔或者導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。
【附圖說明】
[0026]本發明其它的優勢以及細節，在權力要求和說明書中加以說明且在附圖中示出。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的一個實施方式的剖視圖； 圖2顯示了具有同軸噴射方向以及基體位于入口側與出口側的一個實施方式的剖視圖；
圖3顯示了幾何關系的示意圖；
圖4顯示了沿著剖面Α-Α’且與流動方向相反的剖面圖；
圖5顯示了一種實施方式的導流元件中具有槽狀開口的混合元件；
圖6顯示了具有錐形導流元件的一種實施方式；
圖7顯示了具有開孔導流元件的一種實施方式；
圖8顯示了相互平行排列且相互錯位的基體的一種實施方式；
圖9顯示了基體相互呈某一角度的一種實施方式；
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施方式。
【具體實施方式】
[0027]圖1及圖2揭示了一種混合腔1，其包括具有進入口 12以及排出口 13的殼體11。所述進入口 12以及排出口 13被設置為與中心進入軸Ml2以及中心輸出軸Ml3均同軸。
[0028]當排氣流穿過所述進入口 12時，一個設置在所述進入口 12與排出口 13之間的管狀的導流元件2使排氣流動方向發生偏轉。其中，因為所述導流元件2擋住了朝向所述排出口 13的軸向流動截面S12，所以沿著所述中心進入軸Ml2流動的排氣被迫向徑向偏轉。
[0029]為此，所述導流元件2被設計成具有通道壁21的通道20，且所述通道20的出口23靠近安裝在上游轉化殼體5內的上游基體51。隨著徑向偏轉，所述排氣流被所述入口 22導引至所述通道20中，并且以相對于排出口 13呈65°的角度a被導引到所述下游基體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