混合器

技术领域

本发明涉及一种混合器，该混合器在内燃机的排气设备中用于将从内燃机排出的废气和喷射到废气中的反应介质混合。

背景技术

为了特别是在柴油内燃机中减少污染物排放，已知在排气设备中在SCR催化转化器装置上游将反应介质例如尿素/水溶液喷射到由内燃机排放的废气中。反应介质支持或者说允许在SCR催化转化器装置中进行选择性催化还原，以降低废气中氮氧化物含量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于内燃机的排气设备的混合器，用于混合废气和反应介质，利用该混合器实现废气和喷射到废气中的反应介质的高效、均匀的混合。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的用于内燃机的排气设备以混合废气和反应介质的混合器来实现。该混合器包括：

-混合室，该混合室由上游混合器壁、在混合器纵向轴线的方向上跟随上游混合器壁的并与上游混合器壁间隔开轴向距离地布置的下游混合器壁、以及在上游混合器壁和下游混合器壁之间延伸的周壁界定，

-反应介质输出装置，用于将反应介质输出到轴向地在上游混合器壁和下游混合器壁之间的混合室中，优选地在关于混合器纵向轴线基本上径向定向的反应介质主输出方向上进行输出，

-在上游混合器壁中的进入开口装置，

-在下游混合器壁或周壁中的排出开口装置，

-布置在上游混合器壁和下游混合器壁之间的导流装置，用于将废气或/和反应介质从进入开口装置引导到排出开口装置，其中，所述导流装置提供从进入开口装置导向排出开口装置的第一流动路径和从进入开口装置导向排出开口装置的第二流动路径，其中，每个流动路径具有从进入开口装置导向排出开口装置的至少两个流动通道。

通过在混合室中将废气流划分成多个分别对所有废气流的一部分导向的流动路径并且将废气流的每个在流动路径中被导向的部分引导通过多个流动通道，一方面通过在该流动导向或流动划分中不可避免地产生的湍流确保：废气和反应介质在朝排出开口装置的方向流动时好地混合。另一方面，通过将废气和反应介质引导通过多个分别由混合器的构件的表面界定的流动通道确保：存在特别是反应介质可以接触的大的总表面。在内燃机的工作运行中，这些表面通过沿其引导的废气流被带到相对较高的温度，由此支持通常以喷雾形式引入的反应介质的蒸发。

在根据本发明的混合器中，所有废气流的在两个流动路径中导向的部分在流动技术方面彼此并行地、但是在进入开口装置和排出开口装置之间在空间上原则上彼此分开地导向。同样地，在每个流动路径中在其流动通道中，所有废气流的在其中流动的部分在流动技术方面彼此并行地、但是在进入开口装置和排出开口装置之间在空间上原则上彼此分开地导向。这不排除：在一个或多个这样的流动通道中进行分隔的壁中存在开口，例如以便能够在各个流动通道之间实现压力平衡。即使在这样的设计方案中，所有废气流的在各个流动通道中导向的部分也流动到在空间上彼此分开的体积区域中并且不会形成在同一体积中导向的总流动的一部分。

为了避免废气和反应介质在两个流动路径中混合时的不均匀性，提出：第一流动路径以其流动通道并且第二流动路径以其流动通道关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面构造成相对于彼此基本上镜像对称的。在此，例如，通过反应介质输出装置输出到混合室中的反应介质可以以基本上位于混合器中心平面中的反应介质主输出方向被引入到混合室中。

通过混合室的均匀流动可以进一步通过如下方式得到支持，即：进入开口装置在优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面的两侧分别包括至少一个进入开口，或/和进入开口装置关于混合器中心平面构造成基本上镜像对称的。

此外，为此可以规定，排出开口装置包括关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面居中布置的至少一个排出开口，或/和排出开口装置关于混合器中心平面构造成基本上是镜像对称的，或/和排出开口装置包括在下游混合器壁中的关于混合器纵向轴线径向错开的至少两个排出开口。

为了提供与两个流动路径相配设地设置的流动通道，所述导流装置可以与至少一个、优选每个流动路径相配设地包括在上游混合器壁和下游混合器壁之间延伸的至少两个导流壁，其中，至少一个导流壁与周壁共同界定一个流动通道或/和至少一个导流壁与一个另外的导流壁共同界定一个流动通道。

对于简单实现的但同时稳定的构造，提出：导流壁在上游混合器壁和下游混合器壁之间基本上平行于混合器纵向轴线延伸，或/和导流壁与上游混合器壁和下游混合器壁通过材料锁合、优选熔焊或钎焊或/和形状锁合来连接。

简单的、支持限定的流动导向的构造可以进一步通过如下方式实现，即：导流装置包括为每个流动路径分别提供一个导流壁的至少一个导流元件。这样的导流元件例如可以构造为一件式的、即由唯一的部件构成或者说构造为整体式的。

导流装置可包括外部导流元件，其中，外部导流元件例如与周壁共同界定第一流动路径的外部流动通道并且界定第二流动路径的外部流动通道，其中，外部导流元件提供外部过渡区域，其中，在外部过渡区域中，第一流动路径的由外部导流元件提供的外部导流壁过渡到第二流动路径的由外部导流元件提供的外部导流壁中，或/和，外部导流元件具有外部开口区域，用于使废气或/和反应介质进入混合室的由外部导流元件包围的区域中。

为了能够在此沿着外部导流元件产生尽可能最大的流动行程，由外部导流元件提供的外部开口区域可以与由外部导流元件提供的外部过渡区域关于混合器纵向轴线基本上相对置地定位。

所述导流装置可以包括内部导流元件，其中，内部导流元件例如与一个另外的导流元件共同界定第一流动路径的内部流动通道和第二流动路径的内部流动通道，其中，内部导流元件提供内部过渡区域，其中，在内部过渡区域中，第一流动路径的由内部导流元件提供的内部导流壁过渡到第二流动路径的由内部导流元件提供的内部导流壁中，或/和，内部导流元件具有内部开口区域，用于使废气或/和反应介质进入混合室的由内部导流元件包围的区域中。

为了也能够沿内部导流元件产生尽可能长的且在两个流动路径中长度基本上相同的流动行程，提出：由内部导流元件提供的内部开口区域与由内部导流元件提供的内部过渡区域关于混合器纵向轴线基本上相对置地定位。

在此，内部过渡区域可以在围绕混合器纵向轴线的周向方向上布置在外部开口区域的区域中或/和内部导流元件可以在周向方向上覆盖外部开口区域。此外，外部过渡区域可以在围绕混合器纵向轴线的周向方向上布置在内部开口区域的区域中或/和外部导流元件可以在周向方向上覆盖内部开口区域。

为了通过导流元件的造型来支持通过混合室的均匀穿流并因此支持废气和反应介质的均匀混合，提出：外部导流元件关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面构造成基本上镜像对称的，或/和内部导流元件关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面构造成基本上镜像对称的或者关于优选与中心纵向轴线正交的对称轴线构造成基本上点对称的。

为了提供多个流动通道，导流装置可以与第一流动路径相配设地包括第一流动路径的布置在第一流动路径的外部导流壁和第一流动路径的内部导流壁之间的至少一个中间导流壁，其中，第一流动路径的所述至少一个中间导流壁与第一流动路径的外部导流壁界定第一流动路径的中间流动通道并且与第一流动路径的内部导流壁界定第一流动路径的内部流动通道，或/和导流装置可以与第二流动路径相配设地包括第二流动路径的布置在第二流动路径的外部导流壁和第二流动路径的内部导流壁之间的至少一个中间导流壁，其中，第二流动路径的所述至少一个中间导流壁与第二流动路径的外部导流壁界定第二流动路径的中间流动通道并且与第二流动路径的内部导流壁界定第二个流动路径的内部流动通道。

为了使废气进入两个流动路径的不同流动通道，第一流动路径的所述至少一个中间导流壁和第二流动路径的所述至少一个中间导流壁可以提供第一中间开口区域。在此，第一中间开口区域可以在关于混合器纵向轴线的周向方向上布置在外部开口区域的区域中或/和具有比外部开口区域小的周向延伸长度，或/和，第一流动路径的所述至少一个中间导流壁和第二流动路径的所述至少一个中间导流壁可以提供第二中间开口区域，其中，第二中间开口区域在关于混合器纵向轴线的周向方向上布置在内部开口区域的区域中或/和具有比内部开口区域小的周向延伸长度。

为了混合器的对称设计方案，第一流动路径的至少一个中间导流壁和第二流动路径的至少一个中间导流壁可以关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面构造成基本上镜像对称的。

在其中例如仅设置一个内部导流元件以共同提供两个流动路径的内部导流壁的替代实施例中，所述导流装置与第一流动路径相配设地可以包括第一流动路径的布置在周壁和第一流动路径的内部导流壁之间的至少一个另外的导流壁，其中，第一流动路径的所述至少一个另外的导流壁例如与周壁界定第一流动路径的外部流动通道并且与第一流动路径的内部导流壁界定第一流动路径的内部流动通道，或/和所述导流装置与第二流动路径相配设地可包括第二流动路径的布置在周壁和第二流动路径的内部导流壁之间的至少一个另外的导流壁，其中，第二流动路径的所述至少一个另外的导流壁例如与周壁界定第二流动路径的外部流动通道并且与第二流动路径的内部导流壁界定第二流动路径的内部流动通道。

为了即使在这样的构造中也提供尽可能数量多的流动通道，所述导流装置可以与第一流动路径相配设地包括两个另外的导流壁，其中，第一流动路径的所述另外的导流壁界定第一流动路径的外部流动通道，或/和所述导流装置可以与第二流动路径相配设地包括两个另外的导流壁，其中，第二流动路径的所述另外的导流壁界定第二流动路径的外部流动通道。

在此，通过如下方式可以支持均匀混合，即，第一流动路径的所述至少一个另外的导流壁和第二流动路径的所述至少一个另外的导流壁关于优选包含混合器纵向轴线的混合器中心平面基本上镜像对称地布置。

为了进一步支持废气和反应介质也在混合室下游混合，可以在排出开口装置的下游设置具有多个废气穿通开口的混合元件。

为了构造纵长延伸的排气设备，周壁可以由在混合器纵向轴线的方向上纵长延伸的管状的混合器壳体提供，其中，混合器壳体在上游混合器壁上游的和下游混合器壁下游的区域中分别提供在混合器纵向轴线的方向上连接到混合室上的废气流动通道，其中，布置在上游混合器壁上游的废气流动通道通过在上游混合器壁中构造的进入开口装置朝混合室敞开，并且混合室通过在下游混合器壁中构造的排出开口装置朝布置在下游混合器壁下游的废气流动通道敞开，并且其中，在布置在上游混合器壁上游的废气流动通道中的废气主流动方向基本上对应于在布置在下游混合器壁下游的废气流动通道中的废气主流动方向。

在具有弯曲废气流动行程的排气设备中，上游混合器壁和下游混合器壁可以由箱状的混合器壳体提供，其中，箱状的混合器壳体具有导向上游混合器壁的流入开口区域和流出开口区域，其中，在流出开口区域中的废气主流动方向与在流入开口区域中的废气主流动方向基本相反。

本发明还涉及一种用于内燃机的排气设备，该排气设备包括根据本发明的混合器。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细描述。在附图中：

图1示出用于排气设备的混合器的第一实施形式的透视图；

图2示出图1的混合器向下游方向看的视图；

图3示出图1的混合器在上游混合器壁和下游混合器壁之间剖开的向下游方向看的横截面视图；

图4示出图1的混合器向上游方向看的视图；

图5示出图1的混合器向上游方向看的另一视图；

图6示出用于排气设备的混合器的替代实施构型的透视图；

图7示出图6的混合器向上游方向看的横截面视图；

图8示出图6的混合器向下游方向看的横截面视图。

具体实施方式

用于内燃机的排气设备的混合器10的第一实施形式在图1至5中示出。

基本上在混合器纵向轴线L的方向上纵长延伸的混合器10包括在混合器纵向轴线L的方向上纵长延伸的或者说包围该混合器纵向轴线的周壁12、上游混合器壁14和在混合器纵向轴线的方向上与上游混合器壁14间隔开轴向距离地布置的下游混合器壁16。优选由板材材制成的混合器壁14、16可以与优选也由板材制成的且基本上提供管状的混合器壳体13的周壁12通过熔焊、钎焊或类似方法固定地连接。混合室18轴向地形成在上游混合器壁14和下游混合器壁16之间。在废气主流动方向H

通过通常称为喷射器的反应介质输出装置28(其被支承在周壁12上)，反应介质例如以喷雾锥的形式基本上垂直于混合器纵向轴线被喷射。在此，反应介质输出装置可以布置成使得反应介质以例如对应于喷雾锥的中心轴线的反应介质主输出方向R喷射到混合室18中，该反应介质主输出方向位于也包含混合器纵向轴线L的混合器中心平面E中。

在所示的实施例中，进入开口装置22包括两个进入开口30、32，这两个进入开口关于混合器中心平面E布置在两侧并且关于该混合器中心平面构造成基本上镜像对称的。这两个进入开口关于混合器纵向轴线L向径向外部偏移并且特别是与混合器纵向轴线L相比更靠近周壁12。混合器纵向轴线L例如可以是混合器壳体13的纵向中心轴线。

排出开口装置34设置在下游混合器壁16中。在所示的实施例中，排出开口装置包括径向错开地布置的两个排出开口36、38，这两个排出开口关于混合器中心平面E构造成基本上镜像对称的。这两个径向错开的排出开口36、38径向地位于混合器纵向轴线L(即混合器10的径向中心)和周壁12之间，并且特别是布置成使得当在混合器纵向轴线L的方向上观察时在进入开口装置22和排出开口装置34之间没有重叠。因此，通过进入开口装置22进入混合室18中的废气不能在没有在混合室18中偏转的情况下轴向通过混合室18并通过排出开口装置34从混合室流出。

在上游混合器壁14和下游混合器壁16之间设置大体上以40表示的导流装置。导流装置40包括多个在下文更详细说明的导流壁或提供该导流壁的导流元件并且提供两个流动路径42、42'。流动路径42、42'将经由进入开口装置22进入混合室18中的废气通过混合室18导向排出开口装置34。在流动技术方面并行于排出开口装置34导向的流动路径42、42'关于混合器中心平面E构造成基本镜像对称的。

在所示的实施例中，两个流动路径42、42'中的每一个流动路径都具有三个流动通道。相应的外部流动通道44、44'形成在周壁12和相应的外部导流壁46、46'之间。相应的中间流动通道48、48'形成在相应的外部导流壁46、46'和相应的中间导流壁50、50'之间。最后，在相应的中间导流壁50、50'和相应的内部导流壁54、54'之间的每个流动路径42、42'中形成或界定相应的内部流动通道52、52'。

在图3的图示中可以看出，两个外部导流壁46、46'共同由一个外部导流元件56提供。例如作为板材成型件提供的外部导流元件56在基本上对应于排出开口装置34的定位的周向区域中提供外部过渡区域58，在该外部过渡区域中，两个外部导流壁46、46'相互连接或过渡到彼此。在关于混合器纵向轴线L与外部过渡区域58相对置的周向区域中，外部导流元件56形成外部开口区域60，废气或者说反应介质可以通过该外部开口区域进入混合室18的由外部导流元件56包围的区域中。

两个内部导流壁54、54'共同由一个内部导流元件62提供。内部导流元件也可以构造为板材成型件并且大致在混合器纵向轴线L的区域内提供内部过渡区域64，在该内部过渡区域中，内部导流壁54、54'相互连接或过渡到彼此。内部导流元件62的内部过渡区域64定位成使得其位于外部导流元件56的外部开口区域60的区域中或覆盖该区域。在与外部导流元件56的外部过渡区域58相对置的周向区域中，内部导流元件62具有内部开口区域66，废气或者说反应介质可以通过该内部开口区域进入混合室18的由内部导流元件62包围的区域中。

作为分立构件提供的两个中间导流壁50、50'在外部导流元件56的外部开口区域60和内部导流元件62的内部过渡区域64定位于其中的周向区域中提供第一中间开口区域68，并且在外部导流元件56的外部过渡区域58和内部导流元件62的内部开口区域66定位于其中的周向区域中提供第二中间开口区域70。第一中间开口区域68具有比外部开口区域60小的周向延伸，并且第二中间开口区域70具有比内部开口区域66小的周向延伸。中间导流壁50、50'的在其间形成第二中间开口区域70的端部区域可以被成形为使得它们接合在两个排出开口36、38之间并且将流过相应的内部流动通道52、52'的废气或者说反应介质朝径向更向内的且具有更大开口横截面的排出开口36的方向引导。

在图3中可以清楚地看出，特别是也为了获得流动路径42、42'的镜像对称的设计方案，分别与流动路径相配设的一方面的导流壁46、50、54和另一方面的导流壁46'、50'、54'关于混合器中心平面E基本上镜面对称地布置，从而特别是开口区域60、66、68、70也关于混合器中心平面E基本上镜面对称地或者说居中地布置。

布置在上游混合器壁14和下游混合器壁16之间的导流壁46、46'、50、50'、54、54'或提供这些导流壁的导流元件56、62基本上在混合器纵向轴线L的方向上在混合器壁14、16之间延伸。为了固定附接到上游混合器壁14和下游混合器壁16上，可以在上游混合器壁和下游混合器壁中设置槽状开口，导流壁或导流元件的轴向端部区域上的接合突起可以接合地定位在这些槽状开口中。这些突起可以在图2和4的轴向视图中看到。在这些区域中，导流壁或导流元件可以与混合器壁14、16例如通过材料锁合、例如熔焊或钎焊固定连接。替代地或附加地，在这些区域中导流壁或导流元件可以通过形状锁合与混合器壁14、16固定连接。导流壁或导流元件完全气密地连接到混合器壁14、16上虽然是有利的，但不是强制必需的，因为由于进入开口30、32或者说排出开口36、38的尺寸，基本上所有废气流都将通过它们。

在下游混合器壁16的下游延伸的废气流动通道26中布置有在图5中可见的例如半圆盘状或月状成形的混合元件72。该混合元件与下游混合器壁16间隔开轴向距离，并且被布置或确定尺寸为使得当在轴向方向上观察时其完全覆盖排出开口装置34。在与上游混合器壁14和下游混合器壁16一样构造为基本上板状的且基本上与混合器纵向轴线L正交布置的混合元件72中设置多个废气穿通开口74。经由排出开口装置34从混合室18流出的废气和反应介质的混合物首先在废气流动通道26中遇到混合元件72。废气和反应介质流的一部分被混合元件72侧向偏转并到达废气流动通道26的未被混合元件72覆盖的横截面区域中。离开混合室18的废气和反应介质的混合物的剩余部分流过混合元件72的废气穿通开口74。这支持废气和反应介质的混合，使得在废气流动通道26中的混合元件72之后，与反应介质基本上均匀混合的废气流基本上在混合器纵向轴线L的方向上沿废气主流动方向H

用于内燃机的排气设备的混合器10的替代实施形式在图6至8中示出。在构造或功能方面与上述部件对应的部件由相同的附图标记表示。

在图6至8所示的实施例中，上游混合器壁14和下游混合器壁16以及周壁12的一部分由箱状的混合器壳体76提供。与上游混合器壁14相配设地，在箱状的混合器壳体76上提供例如由圆柱形凸肩提供的流入开口区域78。通过该流入开口区域或连接到该流入开口区域上的管状的废气导向元件，废气可以在废气主流动方向H

在箱状的混合器壳体12的内部布置周壁元件82，该周壁元件与箱状的混合器壳体76的周壁区段83共同提供向径向外部包围混合室18的周壁12。在周壁元件82的关于混合器10的混合器中心平面E居中的区段中设置排出开口装置34的排出开口84。在该排出开口84的区域中，管状的废气导向元件86连接到周壁元件82上。在排出开口84的区域中从混合室18排出的废气或者说废气与反应介质的混合物到达废气导向元件86中并且在排出开口88的区域中在基本上与废气主流动方向H

在图6至图8中所示的混合器中还设置导流装置40，其具有在流动技术方面彼此基本上并行于排出开口装置34导向的两个流动路径42、42'。这些流动路径42、42'也被设计成关于混合器中心平面E基本上镜像对称的。在该实施形式中，导流装置40也包括内部导流元件62，其内部过渡区域64朝向上游方向定向。

导流装置40还包括两个中间导流壁50、50'，它们与内部导流元件62或由该内部导流元件提供的内部导流壁54、54'共同界定内部流动通道52、52'。

导流装置40还包括外部导流壁46、46'，所述外部导流壁与中间导流壁50、50'共同界定外部流动通道44、44'。在该实施形式中，两个外部导流壁46、46'不是由一个共同的导流元件提供，而是构造为分立构件，并且在它们的下游端部区域中连接到周壁12或周壁元件82上。在替代实施形式中，两个外部导流壁46、46'可以与周壁元件82一件式地构造，使得周壁元件82在这样的设计方案中将形成提供两个导流壁的导流元件。

在图6至图8所示的混合器10的构造中，通过进入开口装置22到达混合室18中的废气以及通过反应介质输出装置28输出的反应介质朝形成在外部导流壁46、46'的上游端部之间的外部开口区域60或者说形成在中间导流壁50、50'的上游端部之间的第一中间开口区域68的方向流动。废气或者说反应介质被划分到两个流动路径42、42'上或存在于两个流动路径42、42'的每一个中的两个流动通道44、52或44'、52'上并且沿着这些流动通道44、52或44'、52'朝在周壁元件82中形成的排出开口84的方向流动。在此，在相应的内部和外部流动通道44、52或44'、52'的上游端部上在每个流动路径42、42'中废气和反应介质流再次合并并且一方面通过周壁元件82并且另一方面通过内部导流壁54、54'的下游端部区域引导到排出开口84。

为了在废气和反应介质的混合物进入排出开口84时或之前进一步促进废气和反应介质的混合，设有在内部导流壁54、54'的在其间形成内部开口区域66的端部上通过弯曲提供的流动偏转元件92、92'。流动偏转元件使废气和反应介质流的在相应的流动路径42、42'中导向的部分在混合器纵向轴线L的方向上沿彼此相反的方向偏转，从而在流入排出开口84中时产生涡流。

在该设计方案中，提供内部导流壁54、54'的导流元件62关于混合器中心平面E构造成不完全镜像对称的，因为特别是在提供流动偏转元件92、92'的端部区域中导流壁54、54'不是镜像对称的，而是具有关于与混合器纵向轴线L基本上正交的对称轴线而言点对称的设计方案。该对称轴线在图7和8的图示中例如由表示与图平面正交的混合器中心平面的线E来表示。

由于根据本发明的混合器的设计方案使得废气流在混合室的区域中被划分到两个流动路径上并在每个流动路径中流过至少两个流动通道，因此确保废气以及喷射到其中的反应介质能够在相对较大的表面上与混合器或其部件发生接触。这一方面促进湍流并且另一方面促进反应介质的加热，从而高效地支持其蒸发以及因此支持与废气的混合。