DE102020124106A1

DE102020124106A1 - Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102020124106A1
Application number: DE102020124106.2A
Authority: DE
Inventors: Randy Cvelbar; Eduardo Alano; Amee Bhatt; Amaresh Rakkasagi
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-04-01
Also published as: CN112576347A; US11193412B2; US20210095587A1

Abstract

Ein Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem weist einen Reagenzmischer auf. Der Reagenzmischer weist einen Mischerkörper und einen Dosierer auf, der ein Reagenz in den Mischerkörper einspritzt. Der Reagenzmischer vermischt die Abgase und das Reagenz, bevor die Abgase aus dem Reagenzmischer ausgelassen werden.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgasnachbehandlungssysteme für Kraftfahrzeuganwendungen und insbesondere einen Reagenzmischer zum Einspritzen und Mischen eines Reagenzes in den Abgasstrom.
KURZFASSUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem auf. Der Motor erzeugt während des Betriebs Abgase, die über einen Abgasdurchlass zum Nachbehandlungssystem geleitet werden. Das Nachbehandlungssystem ist so ausgeführt, dass ein Reagenz, wie etwa Dieselemissionsfluid, in die Abgase eingespritzt wird. Das Reagenz verbindet sich so mit den Abgasen, dass eine chemische Reaktion hervorgerufen wird und abströmende Stoffe, wie etwa Stickoxide (NOx), in den Abgasen verringert werden, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden.
Bei veranschaulichenden Ausführungsformen weist das Abgasnachbehandlungssystem einen Reagenzmischer auf, der so ausgebildet ist, dass er die Rotation der Abgase und des Reagenzes herbeiführt, um das Vermischen zu fördern. Der Reagenzmischer weist einen Mischerkörper, einen Dosierer und eine Wirbeleinheit auf. Der Mischerkörper erstreckt sich längs einer primären Achse. Der Dosierer ist so ausgeführt, dass er das Reagenz längs einer Dosiererachse, die senkrecht zur primären Achse verläuft, in den Mischerkörper abgibt, so dass im Mischerkörper eine Mischung mit Abgasen entsteht. Die Wirbeleinheit ist so ausgebildet, dass sie das Gemisch dreht und eine Umwandlungsrate von NO_x im Gemisch in molekularen Stickstoff und Wasserdampf erhöht, indem sie das Vermischen des Reagenzes mit den Abgasen verbessert.
Bei der veranschaulichenden Ausführungsform ist die Wirbeleinheit so ausgebildet, dass sie die Abgase dazu anregt, um eine Einspritzstelle des Reagenzes zu wirbeln und das Reagenz von der Dosiererachse wegzuziehen, wenn es in den Mischer eingespritzt wird. Die Wirbeleinheit weist einen Einlassreaktor und einen Auslassreaktor auf, die so zusammenwirken, dass eine Wirbelkammer definiert ist, die sich längs der Dosiererachse in den Mischer erstreckt. Der Einlassreaktor nimmt einen Großteil der Abgase auf, die durch den Abgasdurchlass strömen, und ist so geformt, dass er eine Wirbelbewegung der Gase um die Einspritzstelle hervorruft. Der Auslassreaktor ist an ein distales Ende des Einlassreaktors gekoppelt. Der Auslassreaktor ist an seinem distalen Ende geschlossen, um die Strömungsrichtung der Abgase längs der Dosiererachse am distalen Ende vorbei zu blockieren und umzukehren.
Bei der veranschaulichenden Ausführungsform stellt der Einlassreaktor einen ersten Strömungsdurchlass und einen zweiten Strömungsdurchlass bereit, die die Abgase zur Einspritzstelle des Reagenzes leiten und eine Rotation der Abgase in der Wirbelkammer hervorrufen. Die Abgase wirbeln weiter um die Dosiererachse, während sie sich längs der Dosiererachse zum Auslassreaktor bewegen.
Der Auslassreaktor ist so ausgebildet, dass er mehrere Auslassbohrungen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse angeordnet sind. Die mehreren Auslassbohrungen sind so ausgebildet, dass die Abgase und das Reagenz aus der Wirbelkammer in mehrere Richtungen radial von der Dosiererachse weg abgegeben werden.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann bei Betrachtung veranschaulichender Ausführungsformen ersichtlich, die die beste Art der Ausführung der Offenbarung, wie sie derzeit wahrgenommen wird, beispielhaft darstellen.
Figurenliste
Die ausführliche Beschreibung bezieht sich insbesondere auf die beigefügten Figuren. Darin zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines straßengebundenen Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem zur Verminderung verschiedener abströmender Stoffe wie etwa NO_x (Stickoxide) in den Motorabgasen, bevor die Motorabgase in die Atmosphäre abgegeben werden;
2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Reagenzmischers, der im Abgasnachbehandlungssystem enthalten ist, wobei ein Teil weggeschnitten ist, so dass gezeigt ist, dass der Reagenzmischer eine Wirbeleinheit aufweist, die so ausgebildet ist, dass sie die Motorabgase dreht/umlenkt, sowie einen Dosierer, der so ausgebildet ist, dass er ein Reagenz längs einer Dosiererachse in den Wirbel einspritzt;
3 eine Schnittansicht des Reagenzmischers längs der Linie 3-3 in 2 mit Blick in die Wirbeleinheit längs der Dosiererachse und in der gezeigt ist, dass die Wirbeleinheit einen Einlassreaktor aufweist, der so ausgebildet ist, dass er mehrere Strömungsdurchlässe aufweist, die die Abgase aufnehmen und die Abgase in eine Wirbelkammer leiten, wo die Abgase und das Reagenz miteinander vermischt werden;
4 eine Explosionsaufbauansicht des Reagenzmischers, die zeigt, dass der Reagenzmischer einen Mischerkörper, ein stromaufwärtiges Leitblech und ein stromabwärtiges Leitblech aufweist, und die zeigt, dass die Wirbeleinheit eine Dosiererhalterung, den Einlassreaktor und einen Auslassreaktor mit mehreren Austrittsbohrungen aufweist, um die Abgase aus der Wirbelkammer abzugeben, nachdem sie mit Reagenz vermischt wurden;
5 einen Querschnitt der Wirbeleinheit längs der Linie 5-5 in 3, der zeigt, dass die Strömungsdurchlässe eine dreieckige Form haben, um einen Großteil der in die Strömungsdurchlässe eintretenden Motorabgase zu einer Einspritzstelle des Reagenzes zu leiten, und der zeigt, dass die Wirbeleinheit wahlweise so bemessen ist, dass das Reagenz weg von den mehreren Bohrungen im Auslassreaktor geleitet wird; und
6 eine perspektivische Ansicht mit einem Querschnitt längs der Linie 6-6 in 3 mit Pfeilen, die zeigen, dass die Wirbeleinheit so ausgebildet ist, dass sie eine Rotation in der Wirbelkammer hervorruft, um die Abgase und das Reagenz miteinander zu vermischen, bevor die Abgase und das Reagenz durch die mehreren Bohrungen im Auslassreaktor abgegeben werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zum Zwecke des besseren Verständnisses der Grundsätze der Offenbarung wird nun auf eine Reihe veranschaulichender Ausführungsformen verwiesen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, und zu deren Beschreibung werden bestimmte Formulierungen verwendet.
In 1 ist ein veranschaulichendes straßengebundenes Fahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 11 und einem Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem 12 gezeigt. Ein Abgasdurchlass 20 ist so ausgebildet, dass von dem Motor 11 erzeugte Motorabgase zum Abgasnachbehandlungssystem 12 geleitet werden. Das Nachbehandlungssystem 12 weist z.B. einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 13, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 14, einen Reagenzmischer 16 und eine Einheit für selektive katalytische Reduktion (SCR-Einheit) 18 auf. Der DOC 13, der DPF 14, der Reagenzmischer 16 und der SCR 18 sind so eingerichtet, dass sie die Abgase behandeln und abströmende Stoffe aus den Abgasen entfernen, bevor die Abgase in die Atmosphäre abgegeben werden.
Bei der veranschaulichenden Ausführungsform weist der Reagenzmischer 16 einen Mischerkörper 24, einen Dosierer 26 und eine Wirbeleinheit 28 auf, wie in 2 gezeigt. Der Mischerkörper 24 definiert einen Teil des Abgasdurchlasses 20 und erstreckt sich längs einer primären Achse 30. Der Dosierer 26 ist so ausgeführt, dass er ein Reagenz längs einer zur primären Achse 30 senkrechten Dosiererachse 31 in den Abgasdurchlass abgibt. Bei der chemischen Reaktion zwischen dem Reagenz und einem Katalysator im SCR 18 werden in den Abgasen vorhandene Stickoxide (NO_x) in molekularen Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt, die für die Umwelt nicht schädlich sind. Die Wirbeleinheit 28 ist so ausgebildet, dass sie eine Umwandlungsrate des NO_x im SCR 18 erhöht, indem die Vermischung des Reagenzes mit den Abgasen stromaufwärts des SCR 18 verbessert wird.
Der Mischerkörper 24 weist ein Mischergehäuse 34, ein stromaufwärtiges Leitblech 36 und ein optionales stromabwärtiges Leitblech 38 auf, wie in den 2 und 3 gezeigt. Das Mischergehäuse 34, das stromaufwärtige Leitblech 36 und das stromabwärtige Leitblech 38 wirken so zusammen, dass sie eine Mischkammer 42 bilden. Das Mischergehäuse 34 erstreckt sich in Umfangsrichtung um die primäre Achse 30. Das stromaufwärtige Leitblech 36 ist insgesamt senkrecht zur primären Achse angeordnet. Das stromaufwärtige Leitblech 36 leitet einen Großteil der Abgase in eine primäre Einlassöffnung 32, während in kleinerer Teil der Abgase durch Bypassdurchlässe 33 geleitet wird, die in 4 gezeigt sind. Das stromabwärtige Leitblech 38 ist insgesamt senkrecht zur primären Achse 30 stromabwärts des stromaufwärtigen Leitblechs 36 und der Wirbeleinheit 28 angeordnet.
Der Dosierer 26 ist an der Wirbeleinheit 28 angebracht und spritzt an einer Einspritzstelle 42 Reagenz in die Mischkammer 40 ein, wie in den 2 und 3 gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen kann der Dosierer 26 am Mischerkörper 24 angebracht sein. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist das Reagenz eine wässrige Harnstofflösung wie etwa Dieselemissionsfluid (DEF). In weiteren Ausführungsformen kann ein gasförmiges Reagenz verwendet werden.
Die Wirbeleinheit 28 ist axial zwischen dem stromaufwärtigen Leitblech 36 und dem stromabwärtigen Leitblech 38 in der Mischkammer 40 angeordnet, wie in den 2 und 3 gezeigt. Die Einlassöffnung 32 ist im stromaufwärtigen Leitblech 36 direkt stromaufwärts der Einspritzstelle 42 ausgebildet, so dass der Großteil der Abgase durch die Einlassöffnung 32 direkt neben der Einspritzstelle 42 in die Mischkammer 40 eintritt. Im Gebrauch treten mindestens 50% der Abgase in die Einlassöffnung 32 ein und werden von der Wirbeleinheit 28 zur Einspritzstelle 42 geleitet. In einigen Ausführungsformen treten mindestens 80% der Abgase in die Einlassöffnung 32 ein und werden von der Wirbeleinheit 28 zur Einspritzstelle 42 geleitet. In einigen Ausführungsformen treten mindestens 90% der Abgase in die Einlassöffnung 32 ein und werden von der Wirbeleinheit 28 zur Einspritzstelle 42 geleitet. Der restliche Teil der Abgase tritt in die Bypassdurchlässe 33 ein, die im stromaufwärtigen Leitblech 34 ausgebildet sind, wie in 4 gezeigt.
Die Wirbeleinheit 28 ist so ausgebildet, dass sie die Verwirbelung der Abgase um die Einspritzstelle 42 herum fördert, um die Bildung von Ablagerungen an umgebenden Strukturen im Reagenzmischer 16 zu verhindern. Die Wirbeleinheit 28 weist einen Einlassreaktor 44 und einen Auslassreaktor 46 auf, die zusammenwirken, um eine Wirbelkammer 48 in der Mischkammer 40 zu definieren, wie in den 2 und 3 gezeigt. Der Einlassreaktor 44 ist bezogen auf die primäre Achse 30 axial und radial auf die Einlassöffnung 32 ausgerichtet. Der Einlassreaktor 44 ist bezogen auf die Dosiererachse 31 ebenfalls axial auf den Dosierer 26 ausgerichtet. Der Auslassreaktor 46 ist an ein distales Ende des Einlassreaktors 44 gekoppelt, das bezogen auf die Dosiererachse 31 axial von der Einspritzstelle 42 beabstandet ist.
Der Auslassreaktor 46 ist mit einem Durchmesser bemessen, der mit dem distalen Ende des Einlassreaktors 44 übereinstimmt, um einen glatten Übergang vom Einlassreaktor 44 zum Auslassreaktor 46 zu gewährleisten. Der Auslassreaktor 46 ist an einem distalen Ende 50 geschlossen, um die Abgasströmung längs der Dosiererachse 31 zu blockieren und die Richtung umzukehren. Der Auslassreaktor 46 ist so ausgebildet, dass er mehrere Auslassbohrungen 52 aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse 31 angeordnet sind. Die mehreren Auslassbohrungen 52 sind so ausgebildet, dass die Abgase in mehrere Richtungen radial weg von der Dosiererachse 31 aus der Wirbelkammer 48 in den Abgasdurchlass 20, genauer gesagt in die Mischkammer 40 abgegeben werden.
Der Einlassreaktor 44 weist eine Dosiererhalterung 54, eine äußere Kammerwand 56 und eine erste strömungslenkende Rippe 58 auf, wie in den 2 bis 4 gezeigt. Die Dosiererhalterung 54 ist an den Mischerkörper 24 gekoppelt und so ausgebildet, dass sie den Dosierer 26 aufnimmt, um den Dosierer 26 an der Wirbeleinheit 28 zu befestigen. Die äußere Kammerwand 56 ist an die Dosiererhalterung 56 gekoppelt und erstreckt sich bezogen auf die Dosiererachse 31 axial in die Mischkammer 40. Die äußere Kammerwand 56 bildet eine radiale Begrenzung der Wirbelkammer 48 relativ zur Dosiererachse 31. Die erste strömungslenkende Rippe 58 ist an die Dosiererhalterung 54 gekoppelt und erstreckt sich in die Wirbelkammer, um einen ersten Strömungsdurchlass 60 und einen zweiten Strömungsdurchlass 62 zu bilden. Der erste Strömungsdurchlass 60 und der zweite Strömungsdurchlass 62 nehmen jeweils entsprechende Abgasströme durch die Einlassöffnung 32 auf. Der erste und der zweite Strömungsdurchlass 60, 62 leiten die Ströme in die Wirbelkammer 48 an entgegengesetzten Umfangspositionen relativ zur Dosiererachse 31, um eine Rotation der Abgase in der Wirbelkammer 48 hervorzurufen.
Die äußere Kammerwand 56 weist eine Umfangswand 64 und eine zweite strömungslenkende Rippe 66 auf, wie in den 2 und 3 gezeigt. Die Umfangswand 64 wirkt mit der ersten strömungslenkenden Rippe 58 zusammen, um den ersten Strömungsdurchlass 60 zu definieren. Die zweite strömungslenkende Rippe 66 ist an die Umfangswand 64 gekoppelt und wirkt mit der ersten strömungslenkenden Rippe 58 zusammen, um den zweiten Strömungsdurchlass 62 zu definieren. In der veranschaulichenden Ausführungsform haben der erste Strömungsdurchlass 60 und der zweite Strömungsdurchlass 62 eine dreieckige Form, wenn sie senkrecht zur Dosiererachse 31 betrachtet werden.
Die äußere Kammerwand 56 und die erste strömungslenkende Rippe 58 wirken zusammen, um einen Wirbelkonus zu bilden, der zumindest einen Teil der Wirbelkammer 48 definiert, wie in den 3, 5 und 6 gezeigt. Der Wirbelkonus vergrößert sich mit dem Verlauf des Einlassreaktors 44 axial von der Dosiererhalterung 54 längs der Dosiererachse 31 zum Auslassreaktor 46. Die erste strömungslenkende Rippe 58 weist ein erstes Ende 68 auf, das an der Einlassöffnung 32 liegt, und ein zweites Ende 70 stromabwärts des ersten Endes 68 in der Wirbelkammer 48. Das erste Ende 68 erstreckt sich insgesamt parallel zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40. Die erste strömungslenkende Rippe 58 biegt sich stromabwärts des ersten Endes 68 nach innen zur Dosiererachse 31 hin, so dass sich das zweite Ende 70 in einem Winkel relativ zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40 erstreckt. Das zweite Ende 70 ist nach innen zur Dosiererachse 31 hin abgewinkelt, so dass die dreieckige Form des ersten Strömungsdurchlasses 60 entsteht.
Die zweite strömungslenkende Rippe 66 weist ein erstes Ende 72 an einer ersten Kante 76 der Einlassöffnung 32 und ein zweites Ende 74 stromabwärts des ersten Endes 72 in der Wirbelkammer 48 auf, wie in den 3 und 5 gezeigt. Das erste Ende 72 erstreckt sich insgesamt parallel zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40. Die zweite strömungslenkende Rippe 66 biegt sich stromabwärts des ersten Endes 72 nach innen zur Dosiererachse 31 hin, so dass sich das zweite Ende 74 in einem Winkel relativ zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40 erstreckt. Das zweite Ende 74 ist nach innen zur Dosiererachse 31 hin abgewinkelt, so dass die dreieckige Form des zweiten Strömungsdurchlasses 62 entsteht, wie in 5 gezeigt.
Die Umfangswand 64 weist ein erstes Ende 78 an einer zweiten Kante 80 der Einlassöffnung 32 und ein zweites Ende 82 auf, das an das zweite Ende 74 der zweiten strömungslenkenden Rippe 66 gekoppelt ist, wie in den 3 und 5 gezeigt. Das erste Ende 78 erstreckt sich insgesamt parallel zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40. Das zweite Ende 82 erstreckt sich mit dem zweiten Ende 74 der zweiten strömungslenkenden Rippe 66 in einem Winkel relativ zur Dosiererachse 31 in die Mischkammer 40. Die erste strömungslenkende Rippe 58 ist zumindest teilweise von der Umfangswand 64 weg abgewinkelt, um die dreieckige Form des ersten Strömungsdurchlasses 60 zu bilden, wie in 5 gezeigt.
Der Auslassreaktor 46 weist eine Seitenwand 84 und eine gewölbte Kappe 86 auf, wie in den 5 und 6 gezeigt. Die Seitenwand 84 hat eine zylindrische Form und erstreckt sich längs der Dosiererachse 31 von einem proximalen Ende 88 zu einem distalen Ende 90. Die Seitenwand 84 ist am proximalen Ende 88 an den Einlassreaktor 44 gekoppelt. Die gewölbte Kappe 86 ist am distalen Ende 90 an die Seitenwand 84 gekoppelt und bildet das geschlossene Ende 50 des Auslassreaktors 46. In der veranschaulichenden Ausführungsform sind die mehreren Auslassbohrungen 52 um mehr als 50 Prozent einer zwischen dem proximalen Ende 88 und dem distalen Ende 90 definierten Länge des Auslassreaktors 46 von dem proximalen Ende 88 beabstandet. Auf diese Weise strömen die Abgase und das Reagenz in der Wirbelkammer 48 über nahezu den gesamten Durchmesser der Mischkammer 40. Dies erhöht die Verweildauer der Abgase und des Reagenzes in der Wirbelkammer und verstärkt die Vermischung von Reagenz und Abgasen.
Bei einigen Ausführungsformen sind die mehreren Auslassbohrungen 52 im Auslassreaktor 46 wahlweise von der Einspritzstelle 42 des Dosierers 26 längs der Dosiererachse 31 axial beabstandet, so dass eine Bahn des Reagenzes von jeder der mehreren Auslassbohrungen 52 entfernt ist, wie in 5 angedeutet. Die gestrichelten Linien in 5 stellen Begrenzungen dar, wo die mehreren Auslassbohrungen 52 im Auslassreaktor 46 ausgebildet werden können, um zu vermeiden, dass das Reagenz in Richtung der Kanten der mehreren Bohrungen 52 gespritzt wird. Bei einigen Ausführungsformen wird das Reagenz stromaufwärts der mehreren Bohrungen 52 in Richtung der Seitenwand 84 gespritzt, wie durch die Begrenzungslinien 92, 94 angedeutet. Bei anderen Ausführungsformen wird das Reagenz stromabwärts der mehreren Bohrungen 52 in Richtung der Seitenwand 84 eingespritzt, wie durch die Begrenzungslinien 96, 98 angedeutet.
Bei der veranschaulichenden Ausführungsform weist der Mischerkörper 24 ferner ein stromabwärtiges Leitblech 38 auf, wie in den 4 und 6 gezeigt. Das stromabwärtige Leitblech 38 erstreckt sich über den Abgasdurchlass 20 senkrecht zur primären Achse 30. Das stromabwärtige Leitblech 36 ist so ausgebildet, dass es mehrere Austrittslöcher 100 aufweist, deren Größe mit dem Verlauf des stromabwärtiges Leitblechs 38 axial längs der Dosiererachse 31 vom Auslassreaktor 46 zum Einlassreaktor 44 zunimmt. Das stromabwärtige Leitblech 38 fördert die weitere Vermischung der Abgase in der Mischkammer 40, bevor die Abgase durch die mehreren Austrittslöcher 100 zum SCR 18 freigesetzt werden.
Bei der veranschaulichenden Ausführungsform ist eine erste Hälfte des stromabwärtigen Leitblechs 38 so ausgebildet, dass sie eine erste Mehrzahl von Austrittslöchern 102 mit einem ersten Durchmesser aufweist, und eine zweite Hälfte des stromabwärtigen Leitblechs 38 ist so ausgebildet, dass sie eine zweite Mehrzahl von Austrittslöchern 104 mit einem zweiten Durchmesser aufweist. Der erste Durchmesser ist kleiner als der zweite Durchmesser. Die mehreren Bohrungen 52 im Auslassreaktor 46 sind bezogen auf die primäre Achse 30 axial auf die erste Hälfte des stromabwärtigen Leitblechs 36 ausgerichtet. Die aus den mehreren Bohrungen 52 austretenden Abgase werden dazu angeregt, in Richtung der zweiten Hälfte des stromabwärtigen Leitblechs 38 zu strömen, wodurch sich die Verweildauer in der Mischkammer und die Vermischung mit dem Reagenz erhöhen.
Das Mischergehäuse 34 weist eine Seitenwand 106 auf, die so ausgebildet ist, dass sie eine Seitenwandöffnung 108 aufweist, die die Wirbeleinheit 28 aufnimmt, wie in 4 gezeigt. Die Wirbeleinheit 28 wird in die Öffnung 108 eingesetzt. Eine Umfangskante 110 der Dosiererhalterung 54 ist geringfügig größer als die Öffnung 108. Sobald die Wirbeleinheit 28 vollständig eingesetzt ist, wird die Umfangskante 110 an die Seitenwand 106 gekoppelt, um die Wirbeleinheit 28 relativ zum Mischergehäuse 34 zu positionieren. Der Auslassreaktor 46 ist vom Mischergehäuse 34 so beabstandet, dass die Wirbeleinheit 28 in der Mischkammer 40 einfach durch die Dosiererhalterung 54 abgestützt wird. Auf diese Weise ist die Wirbeleinheit 28 eine Unterbaugruppe, die getrennt von dem Mischerkörper gefertigt und später angebracht werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen kann durch die vorliegende Offenbarung des Mischers 16 eine hohe DEF (Reagenz)-Mischleistung in einem kompakten Mischer mit begrenzter Gegendruckerzeugung erreicht werden. Der Mischer besteht aus einem Einlassreaktor 44 und einem Auslassreaktor 46. Der Einlassreaktor 44 ist eine Struktur zur Erzeugung einer Verwirbelung, und der Auslassreaktor 46 ist so ausgelegt, dass er den am Einlass erzeugten Wirbel ausbreitet und das Gemisch zum Auslassleitblech 38 leitet.
Bei einigen Ausführungsformen fördert der Einlassreaktor 44 eine Verwirbelung um die Harnstoffeinspritzsprühstelle 42, die die Harnstofftröpfchen radial von der Dosiererachse wegzieht und die Verteilung der Tröpfchen auf einem großen Oberflächenbereich erhöht. Die Wirbelströmung kann in einem Reaktor eingeschlossen sein, der es ermöglicht, dass sich der Wirbel fast über den gesamten Durchmesser des kompakten Mischers 16 fortsetzt, bevor er austritt, um sich in Richtung des Auslassleitblechs 38 zu bewegen. Durch die Verwendung eines Einlassreaktors 44 mit einem Wirbel um den Sprühkegel kann der verfügbare Raum zum Verteilen der Tröpfchen besser genutzt und der lokale Kühleffekt, der durch ein lokales Auftreffen auf umgebende Strukturen im Mischer 16 erzeugt werden könnte, verringert werden.
Bei einigen Ausführungsformen leitet der Mischer 16 den größten Teil des Abgasstroms zum Einlassreaktor. Dies erfolgt durch das Einlassleitblech 34. Der Abgasstrom strömt durch einen oder mehrere dreieckige Durchlässe 60, 62, um einen Wirbel zu erzeugen, der um die Harnstoffsprühstelle 42 zentriert ist. Der Einlassreaktor 44 wird verwendet, um den Wirbel zentriert zu halten, so dass er den Strahl nicht zu einer Seite ablenkt, sondern den Kern des Strahls zentriert hält, während er sich nahezu über den gesamten Durchmesser des Mischers 16 bewegt. Die am Einlassreaktor 44 erzeugte Wirbelströmung zieht die kleineren Tröpfchen von der Dosiererachse 31 weg, um den Harnstoff im Mischer 16 besser zu verteilen. Die konische Form des Einlassreaktors 44 ermöglicht einen sanften Übergang in den Auslassreaktor 46, der am konischen Abschnitt befestigt ist. Dieser sanfte Übergang sollte es den Harnstofftröpfchen ermöglichen, sich weiterhin um die Wände herum auszubreiten, während sich der Wirbel längs der Achse 31 und um den Umfang des Reaktors herum fortsetzt, bis der Wirbel die Kammer 48 verlässt, nachdem der größte Teil des Mischerdurchmessers zum Mischen des Harnstoffs mit dem Abgas verwendet wurde.
Die folgenden nummerierten Abschnitte enthalten Ausführungsformen, die in Betracht gezogen werden und nicht einschränkend sind:

Abschnitt 1. Reagenzmischer, der Folgendes aufweist
einen Mischerkörper, der ein Mischergehäuse aufweist, der zumindest einen Teil eines Abgasdurchlasses definiert, der sich längs einer primären Achse erstreckt, und ein stromaufwärtiges Prallblech, das so ausgebildet ist, dass es eine primäre Einlassöffnung aufweist, die sich stromabwärts öffnet, so dass Abgase parallel zur primären Achse durch diese hindurchströmen können,
einen Dosierer, der so ausgebildet ist, dass er ein Reagenz in den Auslassdurchlass insgesamt längs einer Dosiererachse einspritzt, die senkrecht zur primären Achse verläuft, und
eine Wirbeleinheit mit (a) einem Einlassreaktor, der so ausgebildet ist, dass er eine Rotation der durch die primäre Einlassöffnung strömenden Abgase um und längs der Dosiererachse hervorruft, und (b) mit einem Auslassreaktor, der an den Einlassreaktor gekoppelt ist und mit dem Einlassreaktor zusammenwirkt, um eine Wirbelkammer bereitzustellen, die sich längs der Dosiererachse erstreckt, wobei der Auslassreaktor ein distales Ende aufweist, das geschlossen ist, um die Strömung der Abgase längs der Dosiererachse am distalen Ende vorbei zu blockieren, und so ausgebildet ist, dass es mehrere Auslassbohrungen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse herum angeordnet und so ausgebildet sind, dass die Abgase in mehrere Richtungen radial weg von der Dosiererachse aus der Wirbelkammer in den Abgasdurchlass abgegeben werden.

Abschnitt 2. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei der Einlassreaktor einen Wirbelkonus bereitstellt, der zumindest einen Teil der Wirbelkammer definiert, und eine Dosiererhalterung aufweist, die an den Mischerkörper gekoppelt und so ausgebildet ist, dass sie den Dosierer aufnimmt, eine äußere Kammerwand, die sich bezogen auf die Dosiererachse axial in den Abgasdurchlass erstreckt und eine radiale Begrenzung der Wirbelkammer bildet, und eine erste strömungslenkende Rippe, die sich in die Wirbelkammer erstreckt, um einen ersten Strömungsdurchlass und einen zweiten Strömungsdurchlass bereitzustellen.
Abschnitt 3. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei die äußere Kammerwand eine Umfangswand, die mit der ersten strömungslenkenden Rippe zusammenwirkt, um den ersten Strömungsdurchlass zu definieren, und eine zweite strömungslenkende Rippe aufweist, die mit der ersten strömungslenkenden Rippe zusammenwirkt, um den zweiten Strömungsdurchlass zu definieren.
Abschnitt 4. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei der erste Strömungsdurchlass und der zweite Strömungsdurchlass bei Betrachtung senkrecht zur Dosiererachse eine dreieckige Form haben.
Abschnitt 5. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei die erste strömungslenkende Rippe ein erstes Ende, das sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das in der Wirbelkammer angeordnet ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Abschnitt 6. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei die zweite strömungslenkende Rippe ein erstes Ende, das eine erste Kante der primären Einlassöffnung definiert und sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das an die Umfangswand gekoppelt ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Abschnitt 7. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei die Umfangswand ein erstes Ende, das eine zweite Kante der primären Einlassöffnung definiert und sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das an die zweite strömungslenkende Rippe gekoppelt ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Abschnitt 8. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei der Auslassreaktor eine Seitenwand an einem proximalen Ende des Auslassreaktors und eine Wölbung an einem distalen Ende des Auslassreaktors aufweist, die das geschlossene Ende bildet und eine Länge des Auslassreaktors zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende definiert, und die mehreren Bohrungen um mehr als 50 Prozent der Länge von dem proximalen Ende des Auslassreaktors beabstandet sind.
Abschnitt 9. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei die mehreren Bohrungen im Auslassreaktor wahlweise von einer Einspritzstelle des Dosierers axial längs der Dosiererachse beabstandet sind, so dass eine Bahn des Reagenzes von jeder der mehreren Bohrungen weg gerichtet ist.
Abschnitt 10. Mischer oder Fahrzeug aus einem anderen geeigneten Abschnitt oder einer Kombination von Abschnitten, wobei das Mischergehäuse ferner ein stromabwärtiges Leitblech aufweist, das sich über den Abgasdurchlass senkrecht zur primären Achse erstreckt, und das stromabwärtige Leitblech so ausgebildet ist, dass es mehrere Austrittslöcher aufweist, deren Größe beim Verlauf des stromabwärtigen Leitblechs axial längs der Dosiererachse vom Auslassreaktor zum Einlassreaktor zunimmt, um ein weiteres Vermischen der Abgase zwischen der Wirbeleinheit und dem stromabwärtigen Leitblech zu fördern, bevor die Abgase durch die mehreren Austrittslöcher abgegeben werden.
Abschnitt 11. Straßengebundenes Fahrzeug, das Folgendes aufweist
einen Verbrennungsmotor und
ein Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem, das an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, um die Abgase aus dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, wobei das Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem Folgendes umfasst:

einen Mischerkörper, der ein Mischergehäuse aufweist, der zumindest einen Teil eines Abgasdurchlasses definiert, der sich längs einer primären Achse erstreckt, und ein stromaufwärtiges Prallblech, das so ausgebildet ist, dass es eine primäre Einlassöffnung aufweist, die sich stromabwärts öffnet, so dass Abgase parallel zur primären Achse durch diese hindurchströmen können,
einen Dosierer, der so ausgebildet ist, dass er ein Reagenz insgesamt längs einer Dosiererachse, die senkrecht zur primären Achse verläuft, in den Auslassdurchlass einspritzt und
eine Wirbeleinheit mit (a) einem Einlassreaktor, der so ausgebildet ist, dass er eine Rotation der durch die primäre Einlassöffnung strömenden Abgase um und längs der Dosiererachse hervorruft, und (b) mit einem Auslassreaktor, der an den Einlassreaktor gekoppelt ist und mit dem Einlassreaktor zusammenwirkt, um eine Wirbelkammer bereitzustellen, die sich längs der Dosiererachse erstreckt, wobei der Auslassreaktor ein distales Ende aufweist, das geschlossen ist, um die Strömung der Abgase längs der Dosiererachse am distalen Ende vorbei zu blockieren, und so ausgebildet ist, dass es mehrere Auslassbohrungen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse herum angeordnet und so ausgebildet sind, dass die Abgase in mehrere Richtungen radial weg von der Dosiererachse aus der Wirbelkammer in den Abgasdurchlass abgegeben werden.

Claims

Reagenzmischer, der Folgendes aufweist einen Mischerkörper, der ein Mischergehäuse aufweist, der zumindest einen Teil eines Abgasdurchlasses definiert, der sich längs einer primären Achse erstreckt, und ein stromaufwärtiges Prallblech, das so ausgebildet ist, dass es eine primäre Einlassöffnung aufweist, die sich stromabwärts öffnet, so dass Abgase parallel zur primären Achse durch diese hindurchströmen können, einen Dosierer, der so ausgebildet ist, dass er ein Reagenz in den Auslassdurchlass insgesamt längs einer Dosiererachse einspritzt, die senkrecht zur primären Achse verläuft, und eine Wirbeleinheit mit (a) einem Einlassreaktor, der so ausgebildet ist, dass er eine Rotation der durch die primäre Einlassöffnung strömenden Abgase um und längs der Dosiererachse hervorruft, und (b) mit einem Auslassreaktor, der an den Einlassreaktor gekoppelt ist und mit dem Einlassreaktor zusammenwirkt, um eine Wirbelkammer bereitzustellen, die sich längs der Dosiererachse erstreckt, wobei der Auslassreaktor ein distales Ende aufweist, das geschlossen ist, um die Strömung der Abgase längs der Dosiererachse am distalen Ende vorbei zu blockieren, und so ausgebildet ist, dass es mehrere Auslassbohrungen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse herum angeordnet und so ausgebildet sind, dass die Abgase in mehrere Richtungen radial weg von der Dosiererachse aus der Wirbelkammer in den Abgasdurchlass abgegeben werden.
Reagenzmischer nach Anspruch 1, wobei der Einlassreaktor einen Wirbelkonus bereitstellt, der zumindest einen Teil der Wirbelkammer definiert, und eine Dosiererhalterung aufweist, die an den Mischerkörper gekoppelt und so ausgebildet ist, dass sie den Dosierer aufnimmt, eine äußere Kammerwand, die sich bezogen auf die Dosiererachse axial in den Abgasdurchlass erstreckt und eine radiale Begrenzung der Wirbelkammer bildet, und eine erste strömungslenkende Rippe, die sich in die Wirbelkammer erstreckt, um einen ersten Strömungsdurchlass und einen zweiten Strömungsdurchlass bereitzustellen.
Reagenzmischer nach Anspruch 2, wobei die äußere Kammerwand eine Umfangswand, die mit der ersten strömungslenkenden Rippe zusammenwirkt, um den ersten Strömungsdurchlass zu definieren, und eine zweite strömungslenkende Rippe aufweist, die mit der ersten strömungslenkenden Rippe zusammenwirkt, um den zweiten Strömungsdurchlass zu definieren.
Reagenzmischer nach Anspruch 3, wobei der erste Strömungsdurchlass und der zweite Strömungsdurchlass bei Betrachtung senkrecht zur Dosiererachse eine dreieckige Form haben.
Reagenzmischer nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste strömungslenkende Rippe ein erstes Ende, das sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das in der Wirbelkammer angeordnet ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Reagenzmischer nach Anspruch 5, wobei die zweite strömungslenkende Rippe ein erstes Ende, das eine erste Kante der primären Einlassöffnung definiert und sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das an die Umfangswand gekoppelt ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Reagenzmischer nach Anspruch 6, wobei die Umfangswand ein erstes Ende, das eine zweite Kante der primären Einlassöffnung definiert und sich insgesamt parallel zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt, und ein zweites Ende aufweist, das an die zweite strömungslenkende Rippe gekoppelt ist und sich in einem Winkel relativ zur Dosiererachse in den Abgasdurchlass erstreckt.
Reagenzmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslassreaktor eine Seitenwand an einem proximalen Ende des Auslassreaktors und eine Wölbung an einem distalen Ende des Auslassreaktors aufweist, die das geschlossene Ende bildet und eine Länge des Auslassreaktors zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende definiert, und die mehreren Bohrungen um mehr als 50 Prozent der Länge von dem proximalen Ende des Auslassreaktors beabstandet sind.
Reagenzmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Bohrungen im Auslassreaktor wahlweise von einer Einspritzstelle des Dosierers axial längs der Dosiererachse beabstandet sind, so dass eine Bahn des Reagenzes von jeder der mehreren Bohrungen weg gerichtet ist.
Reagenzmischer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mischergehäuse ferner ein stromabwärtiges Leitblech aufweist, das sich über den Abgasdurchlass senkrecht zur primären Achse erstreckt, und das stromabwärtige Leitblech so ausgebildet ist, dass es mehrere Austrittslöcher aufweist, deren Größe beim Verlauf des stromabwärtigen Leitblechs axial längs der Dosiererachse vom Auslassreaktor zum Einlassreaktor zunimmt, um ein weiteres Vermischen der Abgase zwischen der Wirbeleinheit und dem stromabwärtigen Leitblech zu fördern, bevor die Abgase durch die mehreren Austrittslöcher abgegeben werden.
Straßengebundenes Fahrzeug, das Folgendes aufweist einen Verbrennungsmotor und ein Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem, das an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, um die Abgase aus dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, wobei das Kraftfahrzeugabgasnachbehandlungssystem Folgendes umfasst: einen Mischerkörper, der ein Mischergehäuse aufweist, der zumindest einen Teil eines Abgasdurchlasses definiert, der sich längs einer primären Achse erstreckt, und ein stromaufwärtiges Prallblech, das so ausgebildet ist, dass es eine primäre Einlassöffnung aufweist, die sich stromabwärts öffnet, so dass Abgase parallel zur primären Achse durch diese hindurchströmen können, einen Dosierer, der so ausgebildet ist, dass er ein Reagenz insgesamt längs einer Dosiererachse, die senkrecht zur primären Achse verläuft, in den Auslassdurchlass einspritzt und eine Wirbeleinheit mit (a) einem Einlassreaktor, der so ausgebildet ist, dass er eine Rotation der durch die primäre Einlassöffnung strömenden Abgase um und längs der Dosiererachse hervorruft, und (b) mit einem Auslassreaktor, der an den Einlassreaktor gekoppelt ist und mit dem Einlassreaktor zusammenwirkt, um eine Wirbelkammer bereitzustellen, die sich längs der Dosiererachse erstreckt, wobei der Auslassreaktor ein distales Ende aufweist, das geschlossen ist, um die Strömung der Abgase längs der Dosiererachse am distalen Ende vorbei zu blockieren, und so ausgebildet ist, dass es mehrere Auslassbohrungen aufweist, die in Umfangsrichtung um die Dosiererachse herum angeordnet und so ausgebildet sind, dass die Abgase in mehrere Richtungen radial weg von der Dosiererachse aus der Wirbelkammer in den Abgasdurchlass abgegeben werden.