DE102011120221A1 - Mixer for exhaust system for internal combustion engine of motor vehicle, has tubular housing with inlet and outlet, where mixing elements are arranged in flow direction of exhaust gas at inner wall of housing - Google Patents

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Abstract

The mixer (18) has a tubular housing (20) with an inlet (22) and an outlet (24) for integrating the mixer into the exhaust system. Multiple static mixing elements (28) are arranged within the housing. The mixing elements are arranged in flow direction of exhaust gas at inner wall of the housing. A deflection of the exhaust gas is carried out around 60 degree, particularly 180 degree between the inlet and the outlet. The housing is formed as flat component with two cover walls. An independent claim is included for an exhaust system for an internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mischer für eine Abgasanlage sowie eine einen solchen Mischer aufweisende Abgasanlage.The invention relates to a mixer for an exhaust system and a such a mixer having exhaust system.

Es ist bekannt, das Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von solchen, die nach dem Diesel-Prinzip arbeiten, mittels sogenannter SCR-Verfahren, d. h. Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion, nachzubehandeln. Dadurch soll insbesondere der Anteil der Stickoxide in dem Abgas reduziert werden. SCR-Verfahren beruhen darauf, die im Abgas enthaltene Stickoxide durch ein in das Abgas eingebrachtes Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, in nicht als Schadstoffe angesehene Endprodukte wie Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln.It is known that the exhaust gas of internal combustion engines, in particular those which operate on the diesel principle, by means of so-called SCR method, d. H. Process for selective catalytic reduction, post-treatment. This should in particular reduce the proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas. SCR methods are based on converting the nitrogen oxides contained in the exhaust gas by a reducing agent introduced into the exhaust gas, in particular ammonia, into end products, such as nitrogen, carbon dioxide and water, which are not regarded as pollutants.

Bei derzeitigen Anwendungen wird das Ammoniak aufgrund seiner toxischen Eigenschaften nicht in reiner Form in das Abgas eingebracht, sondern vielmehr wird dieses erst in der Abgasanlage selbst aus der ungiftigen Trägersubstanz Harnstoff gewonnen. Da Harnstoff eine sehr gute Löslichkeit in Wasser aufweist, ist regelmäßig vorgesehen, diesen als einfach zu dosierende wässrige Harnstofflösung einzusetzen.In current applications, the ammonia is not introduced into the exhaust gas in pure form due to its toxic properties, but rather this is obtained only in the exhaust system itself from the non-toxic carrier urea. Since urea has a very good solubility in water, it is regularly planned to use this as an easy to dose aqueous urea solution.

An der Gewinnung des für die SCR-Verfahren erforderlichen Ammoniaks aus der wässrigen Harnstofflösung sind mehrere chemische Reaktionen beteiligt, die sich vor allem in Hydrolyse und Thermolyse unterscheiden lassen. Diese Reaktionsschritte sind in möglichst hohem Umfang innerhalb der Strecke zwischen Eindosierung der wässrigen Harnstofflösung bis zur ersten nachfolgenden Reinigungskomponente umzusetzen. Der verbleibende gebundene Anteil Ammoniak in der HWL (Harnstoff-Wasser-Lösung) wird dann in dem nachfolgenden Reinigungselement oder aus einem sich gebildeten Wandfilm (bestehend aus HWL-Ablagerungen und chemischen Nebenprodukten) innerhalb der beschriebenen Strecke in Ammoniak umgesetzt.The extraction of the ammonia from the aqueous urea solution required for the SCR process involves several chemical reactions, which can be distinguished, above all, in hydrolysis and thermolysis. These reaction steps are to be implemented as far as possible within the distance between dosing of the aqueous urea solution to the first subsequent cleaning component. The remaining bound portion of ammonia in the HWL (urea-water solution) is then reacted in the subsequent purification element or from a wall film formed (consisting of HWL deposits and chemical by-products) within the described route in ammonia.

Für eine hohe Umsatzrate von Stickoxiden in vor allem Stickstoff und Wasser ist zum einen eine möglichst hohe Umsatzrate von dem in der HWL enthaltenen Ammoniak in reines chemisch aktives Ammoniak und zum anderen eine möglichst gute Gleichverteilung dieses Ammoniaks über der nachfolgenden Reinigungskomponente erforderlich. Um dies zu erreichen, werden u. a. statische Mischelemente eingesetzt, die durch eine Verwirbelung des Abgases sowie der zuvor eingespritzten wässrigen Harnstofflösung für die gewünschte Durchmischung und als Folge davon für eine gute Umsetzung sorgen sollen.For a high conversion rate of nitrogen oxides in especially nitrogen and water on the one hand, the highest possible conversion rate of the contained in the HWL ammonia in pure chemically active ammonia and on the other hand the best possible uniform distribution of this ammonia on the subsequent cleaning component is required. To achieve this, u. a. static mixing elements are used, which should provide by a turbulence of the exhaust gas and the previously injected aqueous urea solution for the desired mixing and as a result of a good implementation.

Solche statischen Mischer sind beispielsweise aus der DE 10 2007 012 790 B4 , der DE 10 2007 035 226 A1 sowie der DE 10 2008 028 626 B4 bekannt. Diese weisen ein im Querschnitt kreisförmiges Gehäuse auf und sind in ein Rohrstück der Abgasanlage, das zwischen der Dosiervorrichtung für die wässrige Harnstofflösung und dem SCR-Katalysator angeordnet ist, integriert. Innerhalb der Gehäuses dieser statischen Mischer sind dann – über den gesamten Querschnitt des Gehäuses verteilt – eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Mischflügeln vorgesehen, die für die gewünschte Verwirbelung des mit der Harnstofflösung versetzten Abgases sorgen.Such static mixer are for example from the DE 10 2007 012 790 B4 , of the DE 10 2007 035 226 A1 as well as the DE 10 2008 028 626 B4 known. These have a cross-sectionally circular housing and are integrated into a pipe section of the exhaust system, which is arranged between the metering device for the aqueous urea solution and the SCR catalyst. Within the housing of these static mixers are then - distributed over the entire cross section of the housing - a plurality of juxtaposed mixing blades provided, which provide the desired turbulence of the mixed with the urea solution exhaust gas.

Die aus dem Stand der Technik bekannten statischen Mischer für Abgasanlagen zeichnen sich durch eine gute Durchmischung aus. Gleichzeitig weisen diese jedoch einen relativ hohen Strömungswiderstand auf.The known from the prior art static mixer for exhaust systems are characterized by a good mixing. At the same time, however, they have a relatively high flow resistance.

Aufgrund der stetig komplexer werdenden Technik heutiger Kraftfahrzeuge steht im Motorraum für die einzelnen Komponenten immer weniger Bauraum zur Verfügung. Dies gilt auch für denjenigen Teil der Abgasanlage, der die Dosiervorrichtung für die Harnstofflösung und den in Strömungsrichtung des Abgases nachfolgenden SCR-Katalysator verbindet. Bislang wurden dafür noch relativ lange (für eine möglichst lange Durchmischungsstrecke) und im Querschnitt kreisförmige Rohrstücke vorgesehen, in die die aus den genannten Druckschriften bekannten statischen Mischer ohne weiteres integriert werden konnten. Dies ist aufgrund der zunehmenden Bauraum-Problematik nicht mehr bei allen Fahrzeugen möglich. Insbesondere kann es erforderlich sein, den erwähnten statischen Mischer zur Verwirbelung des mit der wässrigen Harnstofflösung versetzten Abgases in einen Abschnitt der Abgasanlage zu integrieren, in dem das Abgasrohr keinen (kostengünstigen, jedoch Bauraum verschwendenden) kreisförmigen Querschnitt aufweist. Dabei hat sich gezeigt, dass eine einfache Adaption der aus den genannten Druckschriften bekannten statischen Mischer auf nicht-kreisförmige Querschnitte vielfach zu einer weiteren Erhöhung des Strömungswiderstands führt.Due to the ever more complex technology of today's motor vehicles, less space is available in the engine compartment for the individual components. This also applies to that part of the exhaust system which connects the metering device for the urea solution and the downstream in the flow direction of the exhaust gas SCR catalyst. So far, relatively long (for the longest possible mixing section) and circular cross-section pipe sections were provided for this, in which the known from the cited documents static mixer could be readily integrated. This is no longer possible on all vehicles due to the increasing space problem. In particular, it may be necessary to integrate the abovementioned static mixer for swirling the exhaust gas mixed with the aqueous urea solution into a section of the exhaust system in which the exhaust pipe has no (cost-effective, but space wasting) circular cross-section. It has been shown that a simple adaptation of the known from the cited references static mixer on non-circular cross-sections often leads to a further increase in the flow resistance.

Aus der DE 10 2007 002 981 B4 ist weiterhin noch ein statischer Mischer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt. Dort ist in ein zwischen einer Dosiervorrichtung für die wässrige Harnstofflösung und dem SCR-Katalysator angeordnetes Rohrstück eine längs dieses Rohrstücks verlaufende Trennwand vorgesehen, die das Rohrstück in zwei Teilstränge unterteilt, wobei die Trennwand perforiert und mit Leitflügeln versehen ist, die dafür sorgen sollen, dass das Abgas zwischen den zwei Teilsträngen hin und her strömt. Es ist offensichtlich, dass bei diesem statischen Mischer ein besonders langes Rohrstück zwischen der Dosiervorrichtung und dem SCR-Katalysator erforderlich ist, wodurch sich dessen Einsatz bei geringem zur Verfügung stehenden Bauraum nicht anbietet.From the DE 10 2007 002 981 B4 Furthermore, a static mixer for an exhaust system of an internal combustion engine is still known. There is provided in an arranged between a metering device for the aqueous urea solution and the SCR catalyst pipe section extending along this pipe section partition that divides the pipe section into two sub-strands, wherein the partition is perforated and provided with guide vanes, which should ensure that the exhaust gas flows back and forth between the two sub-strands. It is obvious that in this static mixer, a particularly long piece of pipe between the metering device and the SCR catalyst is required, whereby its Use with low available space does not offer.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Mischer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeug anzugeben. Insbesondere sollte sich der Mischer bei guter Vermischung des Abgases durch geringe Bauraumanforderungen und/oder durch einen geringen Strömungswiderstand – insbesondere auch bei einer Integration in ein Gehäuse mit nicht-kreisförmigem Gehäuse – auszeichnen.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an improved mixer for an exhaust system of an internal combustion engine of a motor vehicle. In particular, the mixer should with good mixing of the exhaust gas by low space requirements and / or by a low flow resistance - especially in an integration in a housing with non-circular housing - distinguished.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Eine einen erfindungsgemäßen Mischer aufweisende Abgasanlage ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mischers bzw. der erfindungsgemäßen Abgasanlage sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is solved by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments of the mixer according to the invention or the exhaust system according to the invention are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description of the invention.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Strömungswiderstand eines gattungsgemäßen Mischers bei weiterhin gutem Mischungsverhalten dadurch zu verbessern, dass die (mehreren) statischen Mischelemente nicht mehr nebeneinander und somit eine Misch(quer)ebene ausbildend angeordnet werden, sondern vielmehr in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander randseitig angeordnet sind, wodurch über die gesamte Länge des Mischers ein relativ großer, freier Strömungsquerschnitt bereit gestellt werden kann. Die intensive Drosselwirkung der bekannten statischen Mischer kann dadurch vermieden werden.The invention is based on the idea to improve the flow resistance of a generic mixer with continued good mixing behavior in that the (more) static mixing elements are no longer side by side and thus a mixing (transverse) plane forming, but rather in the flow direction of the exhaust gas behind one another edge are arranged, whereby over the entire length of the mixer, a relatively large, free flow cross-section can be provided. The intense throttle effect of the known static mixer can be avoided.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, einen gattungsgemäßen Mischer für eine Abgasanlage, der ein rohrförmiges Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass zur Integration in die Abgasanlage sowie mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete statische Mischelemente aufweist, dadurch zu verbessern, dass die Mischelemente in (Haupt-)Strömungsrichtung des Abgases (zwischen Einlass und Auslass) hintereinander an der Innenwand des Gehäuses angeordnet sind. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Mischelemente an unterschiedlichen Umfangspositionen an der Innenwand des Gehäuses befestigt sind.According to the invention, it is therefore provided to improve a generic mixer for an exhaust system, which has a tubular housing with an inlet and an outlet for integration into the exhaust system and a plurality of static mixing elements disposed within the housing, thereby improving the mixing elements in the (main) flow direction of the exhaust gas (between inlet and outlet) are arranged behind one another on the inner wall of the housing. Preferably, it can be provided that the mixing elements are fastened to different circumferential positions on the inner wall of the housing.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Mischers für eine Abgasanlage können besonders kompakt gebaute Mischer mit einem guten Mischungsverhalten bei relativ geringem Strömungswiderstand ausgebildet werden. Dies gilt insbesondere auch für solche Mischer, die derart in eine Abgasanlage integriert werden sollen, dass sie zwei parallel verlaufende Rohrabschnitte der Abgasanlage miteinander verbinden. Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mischers vorgesehen, dass zwischen Einlass und Auslass des Gehäuses eine Richtungsumlenkung des Abgases um mindestens 60° und vorzugsweise um ca. 180° erfolgt.The inventive design of a mixer for an exhaust system particularly compact mixer can be formed with a good mixing behavior at relatively low flow resistance. This is especially true for such mixers that are to be integrated into an exhaust system such that they connect two parallel pipe sections of the exhaust system together. Accordingly, in a preferred embodiment of the mixer according to the invention, provision is made for a directional deflection of the exhaust gas between the inlet and the outlet of the housing by at least 60 ° and preferably by approximately 180 °.

Damit der Mischer einen möglichst geringen Bauraum beansprucht, kann weiterhin vorgesehen sein, dass das rohrförmige Gehäuse einen nicht-kreisförmigen Querschnitt aufweist und insbesondere als flaches Bauteil mit zwei sich gegenüber liegenden Deckwänden ausgebildet ist, deren Breiten und Höhen größer als die Breite von die Hauptwände verbindenden Seitenwänden ist.In order for the mixer to take up as little space as possible, it can further be provided that the tubular housing has a non-circular cross-section and is designed, in particular, as a flat component with two cover walls lying opposite each other whose widths and heights are greater than the width of the main walls Sidewalls is.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Mischers kann vorsehen, dass ein Dosiereinlass für ein in das Abgas einzubringendes Fluid und insbesondere eine wässrige Harnstofflösung in eine der Seitenwände integriert ist, wobei die Anordnung vorzugsweise in der Nähe des Einlasses des statischen Mischers vorgesehen ist.An advantageous embodiment of the mixer according to the invention can provide that a metering inlet for a fluid to be introduced into the exhaust gas and in particular an aqueous urea solution is integrated into one of the side walls, wherein the arrangement is preferably provided in the vicinity of the inlet of the static mixer.

Weiterhin können der Einlass und der Auslass in derselben Deckwand angeordnet sein, d. h. deren Öffnungsquerschnitte können in derselben oder in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sein. Vorzugsweise ist dann vorgesehen, dass die Mischelemente an der nicht den Einlass und den Auslass aufweisenden Deckwand befestigt sind.Furthermore, the inlet and the outlet can be arranged in the same top wall, i. H. The opening cross-sections may be arranged in the same or in mutually parallel planes. It is then preferably provided that the mixing elements are fastened to the cover wall which does not have the inlet and the outlet.

Eine bevorzugte Ausbildung der Mischelemente kann vorsehen, dass diese in Form von verdrillten Mischflügeln ausgebildet sind. Eine alternative Ausführungsform kann vorsehen, dass die Mischelemente in Form von Mischwänden ausgebildet sind, die in Strömungsrichtung des Abgases konkav gekrümmt (insbesondere auch halbkreisförmig) sind. Weiterhin können die Mischelemente beispielsweise auch einen zylindrischen oder tropfenförmigen Querschnitt aufweisen. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Formen von Mischelementen in einem Mischer zu kombinieren.A preferred embodiment of the mixing elements can provide that they are designed in the form of twisted mixing blades. An alternative embodiment may provide that the mixing elements are designed in the form of mixing walls which are concavely curved in the flow direction of the exhaust gas (in particular also semicircular). Furthermore, the mixing elements may for example also have a cylindrical or drop-shaped cross-section. Of course, it is possible to combine different forms of mixing elements in a mixer.

Eine erfindungsgemäße Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine weist neben einer Dosiervorrichtung zum Einbringen eines Fluids in ein in der Abgasanlage strömendes Abgas und neben einer in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Dosiervorrichtung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung einen erfindungsgemäßen statischen Mischer auf, der zwischen der Dosiervorrichtung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung (innerhalb des jeweiligen Verbindungsbauteils) angeordnet ist. Dabei bezieht sich die Angabe, dass der Mischer zwischen der Dosiervorrichtung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, auf die die Durchmischung des Abgases und des Fluids bewirkenden statischen Mischelemente und nicht notwendigerweise auf den gesamten Mischer.An exhaust gas system according to the invention for an internal combustion engine has, in addition to a metering device for introducing a fluid into an exhaust gas flowing in the exhaust system and next to an exhaust aftertreatment device downstream of the metering device in the flow direction of the exhaust gas to a static mixer according to the invention between the metering device and the exhaust aftertreatment device (within the respective Connecting component) is arranged. In this case, the statement that the mixer is arranged between the metering device and the exhaust gas aftertreatment device refers to the mixing of the exhaust gas and the fluid causing static mixing elements and not necessarily on the entire mixer.

Wie bereits erwähnt ist der erfindungsgemäße Mischer insbesondere für die Durchmischung von Abgas und wässriger Harnstofflösung zum Zwecke einer selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden im Abgas vorgesehen, so dass in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abgasanlage vorgesehen sein kann, dass das Fluid, das mittels der Dosiervorrichtung eingebracht wird, eine wässrige Harnstofflösung ist und die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden in (zumindest) Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser (d. h. einen SCR-Katalysator) umfasst.As already mentioned, the mixer according to the invention is provided in particular for the mixing of exhaust gas and aqueous urea solution for the purpose of selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas, so that in a preferred embodiment of the exhaust system according to the invention can be provided that the fluid introduced by means of the metering device is an aqueous urea solution and the exhaust aftertreatment device comprises a catalyst for converting nitrogen oxides into (at least) nitrogen, carbon dioxide and water (ie an SCR catalyst).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In the drawings shows

1: eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage; 1 an internal combustion engine with an exhaust system according to the invention;

2: eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1; 2 a first embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to the 1 ;

3: eine zweite Ausführungsform eines erfidungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1. 3 A second embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to 1 ,

4: eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1; 4 a third embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to the 1 ;

5: eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1. 5 a fourth embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to the 1 ,

6: eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1; 6 a fifth embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to the 1 ;

7: eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen statischen Mischers zur Integration in beispielsweise die Abgasanlage gemäß der 1. 7 a sixth embodiment of a static mixer according to the invention for integration into, for example, the exhaust system according to the 1 ,

Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einer erfindungsgemäßen Abgasanlage. Hierbei handelt es sich um eine Diesel-Brennkraftmaschine.The 1 shows an internal combustion engine 10 with an exhaust system according to the invention. This is a diesel internal combustion engine.

Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Brennkraftmaschine 10 sind hinreichend bekannt, so dass auf weitere detaillierte Ausführungen dazu verzichtet werden kann.The structure and operation of such an internal combustion engine 10 are well known, so that can be dispensed with further detailed explanations.

Das in Brennräumen der Brennkraftmaschine 10 durch eine Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugte Abgas wird in eine Abgasanlage 12 eingeleitet, in der dieses vor dem Abführen in die Umgebung nachbehandelt wird. Die Abgasanlage umfasst einen Oxidationskatalysator 14 sowie einen kombinierten Partikelfilter/SCR-Katalysator 16. Sowohl der Oxidationskatalysator 14 als auch der kombinierte Partikelfilter/SCR-Katalysator 16 weisen ein im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse auf und sind direkt benachbart zueinander (im Wesentlichen parallel bezüglich der Längsachsen ihrer Gehäuse) sowie zu einem Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Das Abgas durchströmt zunächst den Oxidationskatalysator 14 und dann den kombinierten Partikelfilter/SCR-Katalysator 16.That in combustion chambers of the internal combustion engine 10 Exhaust gas generated by combustion of a fuel-air mixture is introduced into an exhaust system 12 initiated, in which this is post-treated before discharging into the environment. The exhaust system includes an oxidation catalyst 14 and a combined particulate filter / SCR catalyst 16 , Both the oxidation catalyst 14 as well as the combined particulate filter / SCR catalyst 16 have a substantially cylindrical housing and are directly adjacent to each other (substantially parallel with respect to the longitudinal axes of their housing) and to a cylinder crankcase of the internal combustion engine 10 arranged. The exhaust gas first flows through the oxidation catalyst 14 and then the combined particulate filter / SCR catalyst 16 ,

Ein erfindungsgemäßer Mischer 18 verbindet einen Auslass des Oxidationskatalysators 14 mit einem Einlass des kombinierten Partikelfilter/SCR-Katalysator 16 und stellt somit einen Teil der erfindungsgemäßen Abgasanlage 12 dar. Der Mischer 18 umfasst ein Gehäuse 20, in das ein Einlass 22 sowie ein Auslass 24 integriert sind. Der Einlass 22 des Mischers 18 ist dabei in Überdeckung mit dem Auslass des Oxidationskatalysators 14 während der Auslass 24 des statischen Mischers in Überdeckung mit dem Einlass des kombinierten Partikelfilter/SCR-Katalysators 16 ist. Das Gehäuse 20 ist flach ausgebildet, wobei eine obere Deckwand sowie eine untere, den Einlass 22 und den Auslass 24 des Mischers 18 ausbildende Deckwand länger und breiter als die die beiden Deckwände verbindenden Seitenwände sind. Die besondere Ausgestaltung des Gehäuses 20 des Mischers 18 ermöglicht eine besonders platzsparende Verbindung des Oxidationskatalysators 14 und des kombinierten Partikelfilter/SCR-Katalysators 16, wobei durch deren parallele Anordnung und durch die dadurch bedingte Integration des Einlasses 22 und des Auslasses 24 in dieselbe Deckwand des Gehäuses 20 des Mischers 18 zudem eine Umlenkung des Abgasstroms innerhalb des Mischers um 180° erfolgen muss.An inventive mixer 18 connects an outlet of the oxidation catalyst 14 with an inlet of the combined particulate filter / SCR catalyst 16 and thus constitutes part of the exhaust system according to the invention 12 dar. The mixer 18 includes a housing 20 into which an inlet 22 as well as an outlet 24 are integrated. The inlet 22 of the mixer 18 is in overlap with the outlet of the oxidation catalyst 14 during the outlet 24 of the static mixer in registry with the inlet of the combined particulate filter / SCR catalyst 16 is. The housing 20 is flat, with an upper top wall and a lower, the inlet 22 and the outlet 24 of the mixer 18 forming top wall longer and wider than the two top walls connecting side walls. The special design of the housing 20 of the mixer 18 allows a particularly space-saving connection of the oxidation catalyst 14 and the combined particulate filter / SCR catalyst 16 , Wherein by their parallel arrangement and the consequent integration of the inlet 22 and the outlet 24 in the same top wall of the housing 20 of the mixer 18 In addition, a deflection of the exhaust gas flow within the mixer must be done by 180 °.

In der Nähe des Einlasses 22 des Mischers 18 ist in eine der Seitenwände ein Dosiereinlass 26 integriert, über den mittels einer Dosiervorrichtung eine wässrige Harnstofflösung in den Mischer 18 eingebracht werden kann. Die Harnstofflösung soll dort mit dem durchströmenden Abgas vermischt werden, um im Rahmen eines SCR-Verfahrens eine Umwandlung der in dem Abgas zunächst noch enthaltenen Stickoxide in unschädliche Endprodukte zu bewirken.Near the inlet 22 of the mixer 18 is in one of the side walls a Dosiereinlass 26 integrated, via the means of a metering an aqueous urea solution in the mixer 18 can be introduced. The urea solution is to be mixed there with the exhaust gas flowing through, in order to effect a conversion of the nitrogen oxides initially contained in the exhaust gas into harmless end products within the scope of an SCR process.

Die Mischwirkung des Mischers 18 wird durch eine Vielzahl von statischen Mischelementen 28 erreicht, die in dem von dem Gehäuse 20 des Mischers 18 ausgebildeten Innenraum angeordnet sind.The mixing effect of the mixer 18 is through a variety of static mixing elements 28 reached in the of the housing 20 of the mixer 18 trained interior are arranged.

Die 2 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Ausbildung und Anordnung dieser Mischelemente 28. Die konkrete, für den jeweilige Einsatzzweck optimal geeignete Ausbildung des erfindungsgemäßen Mischers 18 kann dabei durch Versuche und insbesondere auch durch eine strömungstechnische Simulation ermittelt werden.The 2 to 7 show various possibilities for training and arrangement of these mixing elements 28 , The concrete, for the particular application optimally suitable design of the mixer according to the invention 18 can be determined by experiments and in particular by a fluidic simulation.

Die Ausführungsformen gemäß den 2 bis 7 haben gemeinsam, dass die statischen Mischelemente 28 nicht alle nebeneinander (und somit in einer quer zur Strömungsrichtung des Abgases liegenden Ebene) sondern zumindest einige (in Strömungsrichtung des Abgases) hintereinander in den Innenraum des Gehäuses 20 des Mischers 18 ragen. Weiterhin sind die Mischelemente 28 an beiden Innenwänden des Gehäuses 20 befestigt und ragen von dort in dessen Innenraum.The embodiments according to the 2 to 7 have in common that the static mixing elements 28 not all side by side (and thus in a direction transverse to the flow direction of the exhaust gas plane) but at least some (in the flow direction of the exhaust gas) in a row into the interior of the housing 20 of the mixer 18 protrude. Furthermore, the mixing elements 28 on both inner walls of the housing 20 attached and protrude from there in its interior.

Bei den Mischern 18 gemäß den 2 bis 4 kommen sowohl solche Mischelemente 28 zum Einsatz, die als gerade oder verdrillte Mischflügel ausgebildet sind, als auch solche, die die Form einer gekrümmten Wand aufweisen, wobei die Ausrichtung der Wand jeweils derart ist, dass sich in Strömungsrichtung des Abgases eine konkave Krümmung ergibt.At the mixers 18 according to the 2 to 4 come both such mixing elements 28 used, which are formed as straight or twisted mixing blades, as well as those having the shape of a curved wall, wherein the orientation of the wall is such that in the flow direction of the exhaust gas results in a concave curvature.

Bei den Mischern 18 gemäß den 5 bis 7 kommen – in unterschiedlichen Konfigurationen – dagegen nur an einer Innenwand befestigte, gerade oder verdrillte Mischflügel als statische Mischelemente 28 zum Einsatz.At the mixers 18 according to the 5 to 7 come in different configurations - on the other hand, only on an inner wall mounted, straight or twisted mixing blades as static mixing elements 28 for use.

Ein Großteil der Mischelemente 28 der Mischer 18 gemäß den 2 bis 7 sind in einem Bereich des Innenraums des Gehäuses 20 angeordnet der zwischen dem Einlass 22 und dem Auslass 24 des Mischers 18 liegt. In allen Ausführungsformen sind jedoch auch einzelne der Mischelemente 28 im Bereich des Auslasses 24 des Mischers 18 sowie – bei der Ausführungsform gemäß der 7 – im Bereich des Dosiereinlasses 26 angeordnet.Much of the mixing elements 28 the mixer 18 according to the 2 to 7 are in an area of the interior of the housing 20 arranged between the inlet 22 and the outlet 24 of the mixer 18 lies. In all embodiments, however, are also individual of the mixing elements 28 in the area of the outlet 24 of the mixer 18 and - in the embodiment according to the 7 - in the area of the metering inlet 26 arranged.

Die, erfindungsgemäßen Mischer 18 zeichnen sich durch eine gutes Mischverhalten bei gleichzeitig geringem Strömungswiderstand (Gegendruckverhalten), geringem Bauraumbedarf und geringen chemischen Ablagerungen an deren Wandungen aus.The mixers according to the invention 18 are characterized by a good mixing behavior with low flow resistance (counter-pressure behavior), low space requirement and low chemical deposits on the walls.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
1212
Abgasanlageexhaust system
1414
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
1616
kombinierter Partikelfilter/SCR-Katalysatorcombined particulate filter / SCR catalyst
1818
Mischermixer
2020
Gehäusecasing
2222
Einlassinlet
2424
Auslassoutlet
2626
Dosiereinlassmetering inlet
2828
Mischelementmixing element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102008028626 B4 [0006] DE 102008028626 B4 [0006]
  • DE 102007002981 B4 [0009] DE 102007002981 B4 [0009]

Claims (10)

Mischer (18) für eine Abgasanlage (12) mit einem rohrförmigen Gehäuse (20) mit einem Einlass (22) und einem Auslass (24) zur Integration des Mischers (18) in die Abgasanlage (12) sowie mit mehreren innerhalb des Gehäuse (20) angeordneten statischen Mischelementen (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (28) in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander an der Innenwand des Gehäuses (20) angeordnet sind.Mixer ( 18 ) for an exhaust system ( 12 ) with a tubular housing ( 20 ) with an inlet ( 22 ) and an outlet ( 24 ) for integration of the mixer ( 18 ) into the exhaust system ( 12 ) as well as with several within the housing ( 20 ) arranged static mixing elements ( 28 ), characterized in that the mixing elements ( 28 ) in the flow direction of the exhaust gas behind one another on the inner wall of the housing ( 20 ) are arranged. Mischer (18) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Einlass (22) und Auslass (24) eine Umlenkung des Abgases um mindestens 60° und vorzugsweise um ca. 180° erfolgt.Mixer ( 18 ) according to claim 1, characterized in that between inlet ( 22 ) and outlet ( 24 ), a deflection of the exhaust gas by at least 60 ° and preferably by about 180 °. Mischer (18) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) als flaches Bauteil mit zwei sich gegenüberliegenden Deckwänden ausgebildet ist, deren Breiten und Höhen größer als die Breiten von die Deckwände verbindenden Seitenwänden ist.Mixer ( 18 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 20 ) is formed as a flat member with two opposite top walls whose widths and heights is greater than the widths of the top walls connecting side walls. Mischer (18) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiereinlass (26) für ein in das Abgas einzubringendes Fluid in eine der Seitenwände integriert istMixer ( 18 ) according to claim 3, characterized in that a metering inlet ( 26 ) is integrated into one of the side walls for a fluid to be introduced into the exhaust gas Mischer (18) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (22) und der Auslass (24) in einer der Deckwände angeordnet ist.Mixer ( 18 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the inlet ( 22 ) and the outlet ( 24 ) is arranged in one of the cover walls. Mischer (18) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (28) an der nicht den Einlass (22) und den Auslass (24) aufweisenden Deckwand befestigt sind.Mixer ( 18 ) according to claim 5, characterized in that the mixing elements ( 28 ) at the not the inlet ( 22 ) and the outlet ( 24 ) having the top wall are fastened. Mischer (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (28) in Form von verdrillten Mischflügeln ausgebildet sind.Mixer ( 18 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing elements ( 28 ) are formed in the form of twisted mixing blades. Mischer (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischelemente (28) in Form von Mischwänden ausgebildet sind, die in Strömungsrichtung des Abgases konkav gekrümmt sind.Mixer ( 18 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing elements ( 28 ) are formed in the form of mixing walls which are concavely curved in the flow direction of the exhaust gas. Abgasanlage (12) für eine Brennkraftmaschine (10) mit einer Dosiervorrichtung zum Einbringen eines Fluids in ein in der Abgasanlage (12) strömendes Abgas, einer in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Dosiervorrichtung ungeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie einem zwischen der Dosiervorrichtung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Mischer (18) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Exhaust system ( 12 ) for an internal combustion engine ( 10 ) with a metering device for introducing a fluid into a in the exhaust system ( 12 ) flowing exhaust gas, a downstream of the metering device in the flow direction of the exhaust gas after-treatment device and an arranged between the metering device and the exhaust gas aftertreatment device mixer ( 18 ) according to one of the preceding claims. Abgasanlage gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine wässrige Harnstofflösung ist und die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser umfasst.Exhaust system according to claim 9, characterized in that the fluid is an aqueous urea solution and the exhaust aftertreatment device comprises a catalyst for the conversion of nitrogen oxides into nitrogen, carbon dioxide and water.
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