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EP2974787A2 - Static mixer - Google Patents

Static mixer Download PDF

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Publication number
EP2974787A2
EP2974787A2 EP15172656.9A EP15172656A EP2974787A2 EP 2974787 A2 EP2974787 A2 EP 2974787A2 EP 15172656 A EP15172656 A EP 15172656A EP 2974787 A2 EP2974787 A2 EP 2974787A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
perforation
vane
mixer according
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15172656.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2974787A3 (en
Inventor
Andreas Resch
Silvia Calvo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Original Assignee
Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG filed Critical Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Publication of EP2974787A2 publication Critical patent/EP2974787A2/en
Publication of EP2974787A3 publication Critical patent/EP2974787A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/10Mixing gases with gases
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    • B01F25/313Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
    • B01F25/3131Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
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    • B01F25/43197Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor characterised by the mounting of the baffles or obstructions
    • B01F25/431974Support members, e.g. tubular collars, with projecting baffles fitted inside the mixing tube or adjacent to the inner wall
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    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
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    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103Oxidation catalysts for HC and CO only
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    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]

Definitions

  • the present invention relates to a static mixer for an exhaust system for mixing a reducing agent with an exhaust gas flow, having the features of the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an exhaust system equipped with such a mixer.
  • a fuel may be introduced into the exhaust flow to increase the heat of the exhaust flow by reacting the fuel in the oxidation catalyst, for example, to heat a downstream particulate filter to its regeneration temperature.
  • aqueous urea solution upstream of an SCR catalyst into the exhaust gas flow, where SCR stands for Selective Catalytic Reduction.
  • a static mixer which has a plurality of guide vanes for deflecting the exhaust gas flow.
  • the guide vanes protrude into the exhaust gas flow and are set in relation to the exhaust gas flow in order to be able to effect the respective deflection of the exhaust gas flow.
  • the guide vanes simultaneously form impact surfaces for the reducing agent introduced in liquid form.
  • they By acting on the vanes with the exhaust gas flow, they have a relatively high temperature, so that the vanes serve simultaneously as evaporation surfaces for reducing agent deposited thereon.
  • the largest possible impact surface on the one hand and the most intensive flow deflection on the other hand each have an increased flow resistance of the mixer result.
  • the flow resistance of the mixer causes a pressure increase in the exhaust system upstream of the mixer, which reduces the performance of an engine equipped with the exhaust system and increases their fuel consumption.
  • the present invention is concerned with the problem of providing for a static mixer of the aforementioned type or for an exhaust system equipped therewith an improved embodiment, which is characterized in particular by a comparatively low flow resistance, while at the same time realizes a sufficient mixing and in particular a sufficient evaporation can be.
  • the invention is based on the general idea of equipping at least one of the guide vanes, preferably all guide vanes, in each case with a perforation which can be flowed through by the exhaust gas, that is to say by a part of the exhaust gas flow. It has been found that such perforation can significantly reduce the flow resistance of the mixer while at the same time generating sufficient turbulence through the perforation to effect the desired intensive mixing.
  • perforation is understood to be any interruption of a structure of the guide blade that is otherwise closed or impermeable to exhaust gas.
  • perforation in particular in the case of openings, breakthroughs, exhibitions and the like, each is a perforation.
  • the perforation of the respective guide blade can have a plurality of passage openings, which are arranged in each case within a peripheral outer contour of the respective guide blade according to a preferred embodiment.
  • the respective vane has an outer contour that is not affected by the passage openings. In this way, the flow guiding function of the respective guide vanes is only comparatively slightly impaired by the perforation.
  • the passage openings may have a round or an angular cross-section.
  • the passage openings may be a point-like or an elongated cross-section exhibit.
  • Through openings with an oblong cross section may be rectilinear or simply curved or multiply curved.
  • the passage openings may each have an elongated cross section and be arranged side by side parallel to one another and along a blade length measured from a blade root to a blade tip of the respective guide blade.
  • a low flow resistance for the respective vane may show with sufficient or improved mixing effect.
  • the passage openings with their elongate cross sections can be arranged inclined to the blade length and inclined to a blade width measured from a leading edge to an outflow edge of the respective guide blade. This measure can also influence and optimize the mixing effect.
  • the perforation can have at least one or more passage openings which are open at the side at an outflow edge or at a leading edge of the respective guide blade.
  • these laterally or peripherally open passage openings influence an edge-side outer contour of the respective guide blade.
  • this can be used to selectively generate flow separations and vortices, which can have an advantageous effect on intensive mixing.
  • all passage openings of the perforation at the trailing edge or at the leading edge are laterally open.
  • the perforation has at least one passage opening open at the outer contour of the guide blade and at least one passage opening located completely within the outer contour.
  • the laterally open passage openings may be oblong and inclined with respect to a blade length of the guide blade and with respect to a blade width of the guide blade.
  • the blade length extends from a blade root to a blade tip as the blade width extends from the leading edge to the trailing edge.
  • the laterally open passage openings of the leading edge with respect to the blade length may be inclined in opposite directions to the passage openings of the trailing edge. This makes it possible to optimize the flow guidance of the guide vanes with regard to improved mixing.
  • the perforation in at least one of the vanes may be formed from a single passage.
  • Such a singular passage opening is expediently larger in terms of its flow cross-section than the individual passage openings of the perforations explained above, which are formed by a plurality of passage openings. Accordingly, such a perforation has a reduced flow resistance.
  • this singular passage opening can be arranged within a peripheral outer contour of the respective guide blade.
  • the passage opening does not influence the outer contour of the guide blade.
  • the singular passage opening can be elongated. In this case, it can essentially extend from a blade root to a blade tip.
  • the passage opening can be designed tapering, wherein the tip The passage opening can then be arranged in the region of the blade tip.
  • the passage opening can also be equipped with a constant width.
  • the singular passage opening it is also possible for the singular passage opening to be designed laterally open on a blade tip of the respective guide blade. If this singular, laterally open passage opening is also designed to be elongated, a division of the guide blade in the region of the passage opening can thus be achieved. Such a passage opening which is open in the region of the blade tip can lead to a particularly low flow resistance in the region of the respective guide blade.
  • the respective vane along its blade length may have a single or multiple curved course. While the vanes are usually designed to be rectilinear, it is now proposed to equip the respective vane with a curved with respect to their longitudinal central axis course.
  • the longitudinal central axis of the respective guide blade extends from the blade root to the blade tip approximately centrally with respect to the blade width.
  • a simply curved guide vane is then designed sickle-shaped.
  • a doubly curved vane is then configured S-shaped.
  • the respective vane may have a torsion with respect to its longitudinal central axis, which leads along the blade length to a varying angle of attack.
  • the mixer may have a cylindrical tubular body which encloses a flow cross-section through which the exhaust gas flow can flow in the circumferential direction and from which the guide vanes protrude inwards.
  • the guide vanes can be arranged free-standing radially in the region of their blade tips in this design be. Further, the vanes may be arranged relative to each other without contact.
  • the tubular body is made with all the guide vanes of a single sheet metal body by forming.
  • the mixer can be produced relatively inexpensively by stamping and forming operations.
  • the perforation may have at least one passage opening with an opening edge which is free-standing along its entire circulation.
  • a freestanding opening edge can be produced particularly easily by means of a punching process in the case of a guide blade designed as a sheet metal body.
  • the circulation is completely closed when the respective passage opening is arranged within the outer contour of the guide vane.
  • the passage opening on the outer contour of the guide vane is designed to be open at the side, the circulation of the opening edge on the outer contour is interrupted.
  • all passage openings of the respective vane are equipped with such a freestanding opening edge.
  • the perforation can have at least one passage opening with an opening edge which is connected to an exhibitor along a circulating section.
  • the issuer can at least partially cover the associated passage opening. Additionally or alternatively, the issuer may be inclined to an adjacent portion of the vane. Additionally or alternatively, the issuer may be at least partially offset from an adjacent portion of the vanes.
  • the arrangement of the exhibitor is preferred so that the exhibitor the passage opening at least partially covered and, accordingly, causes a flow deflection of a passing through the passage opening exhaust gas flow.
  • Such an issuer at the opening edge of the passage opening improves the mixing effect of the guide vane. At the same time can be reduced by the flow control with the exhibitor, the flow resistance.
  • the issuer is integrally formed on the respective vane.
  • the respective exhibitor can be an area of the respective guide blade which has been cut free and flared for producing the respective passage opening.
  • the respective vane can be particularly easy to equip with the passages and adjacent exhibitors.
  • At least one such exhibitor is designed as a wing, which is connected to the respective guide blade on only one side and, moreover, is arranged free-standing to the respective guide blade.
  • a wing acts as a flow guide element, so that the flow through the respective passage opening can be influenced in a particularly favorable manner with the aid of such a wing.
  • At least one such issuer is formed by a step, which in a blade longitudinal direction of a in the respective vane trained (other) step is spaced.
  • the respective step can be produced by double angling, preferably by about 90 °, of the vane transversely to its longitudinal direction.
  • the mixer presented here is heated in the operation of the exhaust system exclusively by the exhaust gas flow, so that he works without external energy in terms of its evaporation effect.
  • an injector for introducing a liquid reducing agent is provided in the exhaust gas flow, wherein also at least one mixer of the type described above with respect to the exhaust gas flow downstream of this injector is arranged.
  • the exhaust system may further include an SCR catalyst downstream of the mixer or an oxidation catalyst downstream of the mixer.
  • an internal combustion engine 1 comprises an engine block 2, which in each case contains a combustion chamber 4 in a plurality of cylinders 3.
  • pistons not shown here are arranged such that they can be adjusted in terms of stroke, so that the internal combustion engine 1 is a piston engine.
  • a fresh air system 5 is provided to supply the combustion chambers 4 with fresh air.
  • a corresponding fresh air flow 6 is indicated by an arrow.
  • the internal combustion engine 1 is also equipped with an exhaust system 7.
  • An exhaust gas flow 8 is indicated by an arrow.
  • the exhaust system 7 is equipped with an SCR system 9, which has an injector 10 for introducing a liquid reducing agent into the exhaust gas flow 8, an SCR catalyst 11 for reducing nitrogen oxides with the aid of the previously injected reducing agent and a static mixer 12.
  • the SCR catalytic converter 11 is arranged downstream of the injector 10.
  • the mixer 12 is disposed downstream of the injector 10 and upstream of the SCR catalyst 11 with respect to the flow direction of the exhaust gas flow 8.
  • the exhaust system 7 has an exhaust system 13, in which the aforementioned components of the SCR system 9 are integrated.
  • the mixer 12 has a plurality of guide vanes 14 which each serve to deflect the exhaust gas flow 8.
  • the mixer 12 also has a cylindrical tubular body 15 which encloses a flow cross section 16 through which the exhaust gas flow 8 can flow in the circumferential direction 17.
  • the circumferential direction 17 refers to a longitudinal central axis 18 of the tubular body 15 and the mixer 12.
  • the guide vanes 14 are inwardly, ie in the direction of the longitudinal central axis 18 from.
  • an extension direction of the respective vane 14 has at least one radial component. Furthermore, this extension direction can optionally also have an axial component.
  • this tubular body 15 is made integral with the vanes 14 of a single sheet metal body 19, namely by forming, so that it is the mixer 12 ultimately a single sheet metal part.
  • a development of the sheet metal body 19 and the mixer 12 is in Fig. 4 played.
  • the sheet metal body 19 has a jacket portion 20 which forms the tubular body 15 in the formed state. From this shell portion 20 are the vanes 14 from. In the settlement of the Fig. 4 the individual vanes 14 are already cut free, with individual sections are designated 21. The cuts 21 go over the shell portion 20 in round holes 22 in order to avoid cracking at this transition.
  • the blades 14 are each bent over a bending edge 23 and the shell portion 20 is bent around the longitudinal central axis 18 of the mixer 12 in the circumferential direction 17.
  • longitudinal ends 24 of the shell portion 20 on the tubular body 15 in the circumferential direction 17 form a shock and are attached to each other.
  • the guide vanes 14 are formed in the example shown here of the mixer 12 exclusively on a flow side of the tubular body 15.
  • the exhaust gas flow 8 is indicated by a flow arrow.
  • an embodiment is conceivable in which all the guide vanes 14 are arranged on a downstream side of the tubular body 15.
  • the use of two mixers 12 is conceivable, which are arranged one behind the other in the flow direction of the exhaust gas flow 8.
  • At least one of the guide vanes 14 is equipped with a perforation 25.
  • the perforation 25 is configured in such a way that it passes through the otherwise closed guide blade 14, so that the guide blade 14 can be flowed through by the respective perforation 25 from the exhaust gas flow 8 or from partial flows of the exhaust gas flow 8.
  • not all of the vanes 14 are provided with such a perforation 25, an embodiment is preferred in which all the guide vanes 14 have such a perforation 25.
  • the perforated vanes 14 each have an identical perforation 25.
  • the respective perforation 25 may have a plurality of passage openings 26, which are arranged within a peripheral outer contour 27 of the respective guide blade 14.
  • the Fig. 5 to 10 . 15 and 18 show embodiments in which all passage openings 26 of the perforation 25 are arranged within the outer contour 27 of the guide vane 14.
  • all passage openings 26 are provided with a round and punctiform cross-section.
  • the passage openings 26 each have a circular cross-section.
  • the passage openings 26 are elongated and rectilinear. Furthermore, they extend parallel to each other. Furthermore, the parallel arranged passage openings 26 are arranged side by side along a blade length 28. The blade length 28 is measured from a blade root 29 to a blade tip 30.
  • the Blade root 29 is arranged on the tubular body 15, while the blade tip 30 is arranged free-standing in the region of the longitudinal central axis 18.
  • FIG. 7 corresponds to in Fig. 6 shown embodiment, with the proviso that the passage openings 26 have different cross-sections.
  • Fig. 8 shows an embodiment in which the elongated passage openings 26 have a polygonal, here parallelogram cross-section. Furthermore, the passage openings 26 are arranged inclined with respect to their elongated cross section with respect to the blade length 28 and with respect to a blade width 31. The blade width 31 is measured from a leading edge 32 to an outflow edge 33 of the respective guide blade 14. In contrast, the elongated passage openings 26 in the examples of Fig. 6 and 7 oriented parallel to the blade width 31
  • Fig. 9 now shows an embodiment in which in the direction of the blade width 31 a plurality of elongate passage openings 26 are arranged one behind the other, which are also arranged offset to one another here in the direction of the blade length 28. Furthermore, the passage openings 26 are arranged alongside one another along the blade length 28 and are aligned parallel to one another and parallel to the blade width 31.
  • the passage openings 26 have at the in Fig. 9 shown perforation 25 clearly smaller flow-through cross-sections than in the embodiments of Fig. 5 to 8 ,
  • Fig. 10 shows an embodiment in which the passage openings 26 have an elongated cross-section and are simply curved. Regardless of the geometry and number of passages 26 shows Fig. 10
  • an embodiment in which the respective guide blade 14 along its blade length 28 has a double-curved course. Owns this the vane 14 with respect to its blade length 28 an S-shaped course.
  • the respective perforation 25 has a plurality of passage openings 26, which are laterally open at the leading edge 32 or at the trailing edge 33 of the respective guide blade 14.
  • the passage openings 26 influence the edge-side outer contour 27 of the guide vane 14.
  • all openings 26 of the perforation 25 designed laterally open.
  • all passage openings 26 are here elongated and provided with a quadrangular cross-section.
  • the arranged at the leading edge 32 through openings 26 are each arranged parallel to each other and with respect to the blade length 28 side by side.
  • passage openings 26 are arranged parallel to each other and in the blade length 28 side by side. Furthermore, the passage openings 26 shown here are aligned with respect to both the blade length 28 and the blade width 31. In this case, it is also provided that the passage openings 26 of the leading edge 32 with respect to the blade length 28 are oppositely inclined to the passage openings 26 of the trailing edge 33. In particular, they are arranged mirror-symmetrically with respect to a longitudinal center axis of the respective vane 14, whereby the perforation 25 shows a sweep and the Guide vane 25 is designed herringbone. The sweep of the perforation 25 is oriented towards the blade tip 30 for this purpose.
  • Fig. 16 only one single laterally open through opening 26 is provided at the leading edge 32 and at the outflow edge 33.
  • FIG. 5 to 11 . 15 . 17 and 18 each show perforations 25 which have a plurality of passage openings 26, show the Fig. 12 to 14 and 19, 20
  • this passage opening 26 is provided with an elongate cross section which is aligned parallel to the blade length 28.
  • the respective passage openings 26 extend over a substantial longitudinal section of the respective guide blade 14. In these examples, the respective passage opening 26 extends over at least 75% of the blade length 28.
  • FIG Fig. 12 has the passage opening 26 has a rectangular cross-section, while in the in Fig.
  • a triangular cross-section is provided.
  • Fig. 14 again a rectangular cross-section is provided.
  • Fig. 12 and 14 has the passage opening 26 along the blade length 28 a constant cross-section, while in Fig. 13 the cross section decreases in the direction of the blade tip 30.
  • the passage opening 26 may be arranged and / or dimensioned so that it is laterally open at the blade tip 30, whereby the guide blade 14 in the region of this passage opening 26 is shared.
  • the passage openings 26 are each equipped with an opening edge 34 which is free-standing along its entire circulation.
  • the respective circulation of the opening edge 24 is closed, while the circulation at the in Fig. 11 shown embodiment in which the passage openings 26 on the outer contour 27 are laterally open, in each case interrupted by the lateral opening of the respective passage openings 26.
  • the perforation 25 may have at least one passage opening 26, the opening edge 34 of which is connected to an issuer 35 along a circulating section.
  • This exhibitor 35 is in the Ausurugnsformen the Fig. 16 to 18 arranged inclined relative to an adjacent region of the respective guide blade 14.
  • the respective exhibitor 35 causes a cover at least part of the respective passage opening 26.
  • the Fig. 16 to 18 form at a rectangular passage opening 26 three consecutive rectilinear circulation sections each have a free opening edge 34, while the remaining fourth, rectilinear circulation section is then connected to the exhibitor 35, whereby the respective exhibitor 35 forms a wing 36.
  • the exhibitor 35 forms an area of the guide blade 14 which has been cut and exposed in the production of the respective passage opening 26.
  • the respective exhibitor 35 is integrally formed on the guide blade 14.
  • the perforation 25 has at least one passage opening 26 with an opening edge 34 which is connected along at least one circulation section with an exhibitor 35 which at least partially covers the associated passage opening 26 and / or inclined relative to an adjoining region of the guide blade 14 and / or staggered.
  • At least one such exhibitor 35 has a central region 36 and two lateral regions 37, wherein the central region 36 extends substantially parallel to the respective guide vane 14 and is connected via the two lateral regions 37 with the respective vane 14.
  • At least one such exhibitor 35 is designed as a wing 36, which is characterized in that it is connected to the respective vane 14 on only one side, while otherwise being arranged free-standing to the respective vane 14.
  • These wings 36 can be as in Fig. 16 be integrated into the outer contour 27, so that their passage openings 26seitseitlich are open. Likewise, in another embodiment, a distance to the outer contour 27 can be maintained.
  • Fig. 16 Two different geometries for the wings 36 are shown.
  • Fig. 17 shows further variants A, B, C and D for the geometric design of such wings 36. So shows Fig. 17A a straight-line wing 36.
  • FIG. 17B shows a wing 36 with a concave in the Ausstellraum profile.
  • Fig. 17C shows a wing 36 with a convex in the Ausstellraum curved profile.
  • Fig. 17D shows a wing 36 with an aerodynamically shaped profile, in particular drop profile.
  • Fig. 18 shows an example of an embodiment in which the perforation 25 by a plurality of different passage openings 26 with exhibitors 35 (left half in Fig. 18 ) and without exhibitors 35 (right half in Fig. 18 ), which also differ by different geometries and cross sections.
  • FIGS. 19 and 20 another embodiment for a particular perforation 25 is shown, in which the vane 15 is provided with a step 38 which is formed by means of two bending edges 39.
  • two other bending edges 40 are provided, which are arranged offset to the aforementioned Biegecardn 39 in a blade longitudinal direction 42 which is parallel to the blade length 28, and in which the guide vane 14 is bent in the opposite direction.
  • the exhibitor 35 forms a step 41, which is arranged offset in the blade longitudinal direction 42 to the stage 38 of the guide vane 14.
  • the mixer 12 is designed as a shaped sheet metal part, in another embodiment it can also be designed as a cast part or as a sintered part.
  • the respective perforation 25 is then incorporated appropriately later.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen statischen Mischer (12) für eine Abgasanlage (7) zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit einer Abgasströmung (8), mit mehreren Leitschaufeln (14) zur Umlenkung der Abgasströmung (8). Ein reduzierter Strömungswiderstand ergibt sich, wenn wenigstens eine der Leitschaufeln (14) eine von der Abgasströmung (8) durchströmbare Perforation (25) aufweist.The present invention relates to a static mixer (12) for an exhaust system (7) for mixing a reducing agent with an exhaust gas flow (8), with a plurality of guide vanes (14) for deflecting the exhaust gas flow (8). A reduced flow resistance results if at least one of the guide vanes (14) has a perforation (25) through which the exhaust gas flow (8) can flow.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen statischen Mischer für eine Abgasanlage zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit einer Abgasströmung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einem derartigen Mischer ausgestattete Abgasanlage.The present invention relates to a static mixer for an exhaust system for mixing a reducing agent with an exhaust gas flow, having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to an exhaust system equipped with such a mixer.

Bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen besteht bei bestimmten Anwendung das Bedürfnis, ein Reduktionsmittel in die Abgasströmung einzubringen. Beispielsweise kann stromauf eines Oxidationskatalysators ein Kraftstoff in die Abgasströmung eingebracht werden, um durch eine Umsetzung des Kraftstoffs im Oxidationskatalysator die Wärme der Abgasströmung zu erhöhen, beispielsweise um einen stromab angeordneten Partikelfilter auf dessen Regenerationstemperatur aufzuheizen. Ebenso ist es bei SCR-Systemen üblich, eine wässrige Harnstofflösung stromauf eines SCR-Katalysators in die Abgasströmung einzubringen, wobei SCR für Selektiv Catalytic Reduction steht. Durch Thermolyse und Hydrolyse kann die wässrige Harnstofflösung in Ammoniak und Kohlendioxyd umgewandelt werden, was im SCR-Katalysator eine Umsetzung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser ermöglicht.In exhaust systems of internal combustion engines there is a need in certain applications to introduce a reducing agent into the exhaust gas flow. For example, upstream of an oxidation catalyst, a fuel may be introduced into the exhaust flow to increase the heat of the exhaust flow by reacting the fuel in the oxidation catalyst, for example, to heat a downstream particulate filter to its regeneration temperature. It is also common in SCR systems to introduce an aqueous urea solution upstream of an SCR catalyst into the exhaust gas flow, where SCR stands for Selective Catalytic Reduction. By thermolysis and hydrolysis, the aqueous urea solution can be converted into ammonia and carbon dioxide, which allows the implementation of nitrogen oxides in nitrogen and water in the SCR catalyst.

Um die jeweilige Reaktion, die mit dem eingebrachten Reduktionsmittel bewirkt werden soll, zu optimieren, ist es von erhöhter Bedeutung, das eingebrachte Reduktionsmittel möglichst homogen mit der Abgasströmung zu vermischen. Häufig wird das Reduktionsmittel in flüssiger Form in die Abgasströmung eingebracht, so dass es außerdem erforderlich ist, das Reduktionsmittel möglichst vollständig zu verdampfen. Zu diesem Zweck kommt ein eingangs genannter statischer Mischer zum Einsatz, der bei seiner Durchströmung eine intensive Durchmischung von Abgas und Reduktionsmittel bewirkt.In order to optimize the respective reaction which is to be effected with the introduced reducing agent, it is of increased importance to mix the introduced reducing agent as homogeneously as possible with the exhaust gas flow. Frequently, the reducing agent is introduced in liquid form into the exhaust gas flow, so that it is also necessary to evaporate the reducing agent as completely as possible. For this purpose, an initially mentioned static mixer used, which causes an intensive mixing of exhaust gas and reducing agent in its flow.

Aus der EP 1 985 356 A2 ist ein statischer Mischer bekannt, der mehrere Leitschaufeln zur Umlenkung der Abgasströmung aufweist. Zu diesem Zweck ragen die Leitschaufeln in die Abgasströmung hinein und sind gegenüber der Abgasströmung angestellt, um die jeweilige Umlenkung der Abgasströmung bewirken zu können. Hierdurch bilden die Leitschaufeln gleichzeitig Auftreffflächen für das in flüssiger Form eingebrachte Reduktionsmittel. Durch die Beaufschlagung der Leitschaufeln mit der Abgasströmung besitzen diese eine relativ hohe Temperatur, so dass die Leitschaufeln gleichzeitig als Verdampfungsflächen für darauf niedergeschlagenes Reduktionsmittel dienen.From the EP 1 985 356 A2 a static mixer is known which has a plurality of guide vanes for deflecting the exhaust gas flow. For this purpose, the guide vanes protrude into the exhaust gas flow and are set in relation to the exhaust gas flow in order to be able to effect the respective deflection of the exhaust gas flow. As a result, the guide vanes simultaneously form impact surfaces for the reducing agent introduced in liquid form. By acting on the vanes with the exhaust gas flow, they have a relatively high temperature, so that the vanes serve simultaneously as evaporation surfaces for reducing agent deposited thereon.

Eine möglichst große Aufprallfläche einerseits und eine möglichst intensive Strömungsumlenkung andererseits haben jeweils einen erhöhten Durchströmungswiderstand des Mischers zur Folge. Der Durchströmungswiderstand des Mischers bewirkt einen Druckanstieg in der Abgasanlage stromauf des Mischers, was die Leistungsfähigkeit einer mit der Abgasanlage ausgestatteten Brennkraftmaschine reduziert bzw. deren Kraftstoffverbrauch erhöht.The largest possible impact surface on the one hand and the most intensive flow deflection on the other hand each have an increased flow resistance of the mixer result. The flow resistance of the mixer causes a pressure increase in the exhaust system upstream of the mixer, which reduces the performance of an engine equipped with the exhaust system and increases their fuel consumption.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen statischen Mischer der vorstehend genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Abgasanlage eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen vergleichsweise geringen Durchströmungswiderstand auszeichnet, während gleichzeitig eine hinreichende Durchmischung und insbesondere eine hinreichende Verdampfung realisiert werden können.The present invention is concerned with the problem of providing for a static mixer of the aforementioned type or for an exhaust system equipped therewith an improved embodiment, which is characterized in particular by a comparatively low flow resistance, while at the same time realizes a sufficient mixing and in particular a sufficient evaporation can be.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest eine der Leitschaufeln, vorzugsweise sämtliche Leitschaufeln, jeweils mit einer Perforation auszustatten, die vom Abgas, also von einem Teil der Abgasströmung durchströmbar ist. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Perforation den Durchströmungswiderstand des Mischers signifikant reduzieren kann, wobei gleichzeitig durch die Perforation hinreichend Turbulenz erzeugt wird, um die gewünschte intensive Durchmischung zu bewirken.The invention is based on the general idea of equipping at least one of the guide vanes, preferably all guide vanes, in each case with a perforation which can be flowed through by the exhaust gas, that is to say by a part of the exhaust gas flow. It has been found that such perforation can significantly reduce the flow resistance of the mixer while at the same time generating sufficient turbulence through the perforation to effect the desired intensive mixing.

Als Perforation wird im vorliegenden Zusammenhang jegliche Unterbrechung einer im Übrigen geschlossenen bzw. für Abgas undurchlässigen Struktur der Leitschaufel verstanden. Somit handelt es sich insbesondere bei Öffnungen, Durchbrüchen, Austellungen und dergleichen jeweils um eine Perforation.In the present context, perforation is understood to be any interruption of a structure of the guide blade that is otherwise closed or impermeable to exhaust gas. Thus, in particular in the case of openings, breakthroughs, exhibitions and the like, each is a perforation.

Die Perforation der jeweiligen Leitschaufel kann dabei mehrere Durchtrittsöffnungen aufweisen, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform jeweils innerhalb einer randseitigen Außenkontur der jeweiligen Leitschaufel angeordnet sind. Somit besitzt die jeweilige Leitschaufel eine Außenkontur, die nicht von den Durchtrittsöffnungen beeinträchtigt ist. Auf diese Weise wird die Strömungsleitfunktion der jeweiligen Leitschaufeln durch die Perforation nur vergleichsweise gering beeinträchtigt.The perforation of the respective guide blade can have a plurality of passage openings, which are arranged in each case within a peripheral outer contour of the respective guide blade according to a preferred embodiment. Thus, the respective vane has an outer contour that is not affected by the passage openings. In this way, the flow guiding function of the respective guide vanes is only comparatively slightly impaired by the perforation.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung können die Durchtrittsöffnungen einen runden oder einen eckigen Querschnitt aufweisen. Ebenso können die Durchtrittsöffnungen einen punktförmigen oder aber einen länglichen Querschnitt aufweisen. Durchtrittsöffnungen mit länglichem Querschnitt können geradlinig oder einfach gekrümmt oder mehrfach gekrümmt sein.According to an advantageous development, the passage openings may have a round or an angular cross-section. Likewise, the passage openings may be a point-like or an elongated cross-section exhibit. Through openings with an oblong cross section may be rectilinear or simply curved or multiply curved.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die Durchtrittöffnungen jeweils einen länglichen Querschnitt aufweisen und parallel zueinander und entlang einer von einem Schaufelfuß zu einer Schaufelspitze der jeweiligen Leitschaufel gemessenen Schaufellänge nebeneinander angeordnet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform kann sich ein geringer Durchströmungswiderstand für die jeweilige Leitschaufel zeigen bei hinreichender oder verbesserter Durchmischungswirkung.In another advantageous development, the passage openings may each have an elongated cross section and be arranged side by side parallel to one another and along a blade length measured from a blade root to a blade tip of the respective guide blade. In such an embodiment, a low flow resistance for the respective vane may show with sufficient or improved mixing effect.

Gemäß einer Weiterbildung können die Durchtrittsöffnungen mit ihren länglichen Querschnitten geneigt zur Schaufellänge und geneigt zu einer von einer Anströmkante zu einer Abströmkante der jeweiligen Leitschaufel gemessenen Schaufelbreite angeordnet sein. Durch diese Maßnahme lässt sich außerdem die Durchmischungswirkung beeinflussen und optimieren.According to a further development, the passage openings with their elongate cross sections can be arranged inclined to the blade length and inclined to a blade width measured from a leading edge to an outflow edge of the respective guide blade. This measure can also influence and optimize the mixing effect.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Perforation zumindest eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen aufweisen, die an einer Abströmkante oder an einer Anströmkante der jeweiligen Leitschaufel seitlich offen sind. Bei dieser Ausführungsform beeinflussen diese seitlich oder randseitig offenen Durchtrittsöffnungen eine randseitige Außenkontur der jeweiligen Leitschaufel. Beispielsweise können dadurch gezielt Strömungsablösungen und Wirbel generiert werden, die sich vorteilhaft für eine intensive Durchmischung auswirken können. Bevorzugt sind sämtliche Durchtrittsöffnungen der Perforation an der Abströmkante bzw. an der Anströmkante seitlich offen. Generell ist jedoch auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Perforation zumindest eine an der Außenkontur der Leitschaufel offene Durchtrittsöffnung und wenigstens eine vollständig innerhalb der Außenkontur liegende Durchtrittsöffnung aufweist.According to another embodiment, the perforation can have at least one or more passage openings which are open at the side at an outflow edge or at a leading edge of the respective guide blade. In this embodiment, these laterally or peripherally open passage openings influence an edge-side outer contour of the respective guide blade. By way of example, this can be used to selectively generate flow separations and vortices, which can have an advantageous effect on intensive mixing. Preferably, all passage openings of the perforation at the trailing edge or at the leading edge are laterally open. In general, however, an embodiment is also conceivable in which the perforation has at least one passage opening open at the outer contour of the guide blade and at least one passage opening located completely within the outer contour.

Bei einer Weiterbildung, die davon ausgeht, dass mehrere seitlich offene Durchtrittsöffnungen vorgesehen sind, können die seitlich offenen Durchtrittsöffnungen länglich sein und gegenüber einer Schaufellänge der Leitschaufel sowie gegenüber einer Schaufelbreite der Leitschaufel geneigt sein. Wie zuvor erstreckt sich die Schaufellänge von einem Schaufelfuß bis zu einer Schaufelspitze, während sich die Schaufelbreite von der Anströmkante zur Abströmkante erstreckt.In a development which assumes that a plurality of laterally open passage openings are provided, the laterally open passage openings may be oblong and inclined with respect to a blade length of the guide blade and with respect to a blade width of the guide blade. As before, the blade length extends from a blade root to a blade tip as the blade width extends from the leading edge to the trailing edge.

Bei einer weiteren Weiterbildung können die seitlich offenen Durchtrittsöffnungen der Anströmkante bezüglich der Schaufellänge entgegengesetzt geneigt sein zu den Durchtrittsöffnungen der Abströmkante. Hierdurch lässt sich die Strömungsleitwirkung der Leitschaufeln hinsichtlich einer verbesserten Durchmischung optimieren.In a further development, the laterally open passage openings of the leading edge with respect to the blade length may be inclined in opposite directions to the passage openings of the trailing edge. This makes it possible to optimize the flow guidance of the guide vanes with regard to improved mixing.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Perforation bei wenigstens einer der Leitschaufeln aus einer einzigen Durchtrittsöffnung gebildet sein. Eine derartige singuläre Durchtrittsöffnung ist hinsichtlich ihres Durchströmungsquerschnitts zweckmäßig größer dimensioniert als die einzelnen Durchtrittöffnungen der vorstehend erläuterten Perforationen, die durch eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen gebildet sind. Dementsprechend besitzt eine derartige Perforation einen reduzierten Durchströmungswiderstand.In an alternative embodiment, the perforation in at least one of the vanes may be formed from a single passage. Such a singular passage opening is expediently larger in terms of its flow cross-section than the individual passage openings of the perforations explained above, which are formed by a plurality of passage openings. Accordingly, such a perforation has a reduced flow resistance.

Bei einer Weiterbildung kann diese singuläre Durchtrittsöffnung innerhalb einer randseitigen Außenkontur der jeweiligen Leitschaufel angeordnet sein. Mit anderen Worten, auch hier wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher die Durchtrittsöffnung die Außenkontur der Leitschaufel nicht beeinflusst. Die singuläre Durchtrittsöffnung kann länglich ausgestaltet sein. Dabei kann sie sich im Wesentlichen von einem Schaufelfuß bis zu einer Schaufelspitze erstrecken. Ferner kann die Durchtrittsöffnung spitz zulaufend ausgestaltet sein, wobei die Spitze der Durchtrittsöffnung dann im Bereich der Schaufelspitze angeordnet sein kann. Alternativ kann die Durchtrittsöffnung auch mit einer konstanten Breite ausgestattet sein.In a further development, this singular passage opening can be arranged within a peripheral outer contour of the respective guide blade. In other words, an embodiment is preferred in which the passage opening does not influence the outer contour of the guide blade. The singular passage opening can be elongated. In this case, it can essentially extend from a blade root to a blade tip. Furthermore, the passage opening can be designed tapering, wherein the tip The passage opening can then be arranged in the region of the blade tip. Alternatively, the passage opening can also be equipped with a constant width.

Grundsätzlich ist es ebenso möglich, die singuläre Durchtrittsöffnung an einer Schaufelspitze der jeweiligen Leitschaufel seitlich offen auszugestalten. Sofern diese singuläre, seitlich offene Durchtrittsöffnung außerdem länglich ausgestaltet ist, kann damit quasi eine Teilung der Leitschaufel im Bereich der Durchtrittsöffnung erzielt werden. Eine derartige, im Bereich der Schaufelspitze offene Durchtrittsöffnung kann zu einem besonders geringen Durchströmungswiderstand im Bereich der jeweiligen Leitschaufel führen.In principle, it is also possible for the singular passage opening to be designed laterally open on a blade tip of the respective guide blade. If this singular, laterally open passage opening is also designed to be elongated, a division of the guide blade in the region of the passage opening can thus be achieved. Such a passage opening which is open in the region of the blade tip can lead to a particularly low flow resistance in the region of the respective guide blade.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Leitschaufel entlang ihrer Schaufellänge einen einfach oder mehrfach gebogenen Verlauf aufweisen. Während die Leitschaufeln üblicherweise geradlinig ausgestaltet sind, wird hier nun vorgeschlagen, die jeweilige Leitschaufel mit einem bezüglich ihrer Längsmittelachse gekrümmten Verlauf auszustatten. Die Längsmittelachse der jeweiligen Leitschaufel erstreckt sich dabei vom Schaufelfuß zur Schaufelspitze etwa mittig bezüglich der Schaufelbreite. Eine einfach gekrümmte Leitschaufel ist dann sichelförmig ausgestaltet. Eine zweifach gekrümmte Leitschaufel ist dann S-förmig ausgestaltet. Zusätzlich oder alternativ kann die jeweilige Leitschaufel bezüglich ihrer Längsmittelachse eine Verwindung besitzen, was entlang der Schaufellänge zu einem variierenden Anstellwinkel führt.In another advantageous embodiment, the respective vane along its blade length may have a single or multiple curved course. While the vanes are usually designed to be rectilinear, it is now proposed to equip the respective vane with a curved with respect to their longitudinal central axis course. The longitudinal central axis of the respective guide blade extends from the blade root to the blade tip approximately centrally with respect to the blade width. A simply curved guide vane is then designed sickle-shaped. A doubly curved vane is then configured S-shaped. Additionally or alternatively, the respective vane may have a torsion with respect to its longitudinal central axis, which leads along the blade length to a varying angle of attack.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann der Mischer einen zylindrischen Rohrkörper aufweisen, der einen von der Abgasströmung durchströmbaren Strömungsquerschnitt in der Umfangsrichtung umschließt und von dem die Leitschaufeln nach innen abstehen. Insbesondere können die Leitschaufeln bei dieser Bauform radial innen im Bereich ihrer Schaufelspitzen freistehend angeordnet sein. Ferner können die Leitschaufeln relativ zueinander berührungslos angeordnet sein.In another advantageous embodiment, the mixer may have a cylindrical tubular body which encloses a flow cross-section through which the exhaust gas flow can flow in the circumferential direction and from which the guide vanes protrude inwards. In particular, the guide vanes can be arranged free-standing radially in the region of their blade tips in this design be. Further, the vanes may be arranged relative to each other without contact.

Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei welcher der Rohrkörper mit allen Leitschaufeln aus einem einzigen Blechkörper durch Umformung hergestellt ist. Hierdurch lässt sich der Mischer vergleichsweise preiswert durch Stanz- und Umformvorgänge herstellen.Particularly advantageous is a development in which the tubular body is made with all the guide vanes of a single sheet metal body by forming. As a result, the mixer can be produced relatively inexpensively by stamping and forming operations.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Perforation wenigstens eine Durchtrittsöffnung mit einem Öffnungsrand aufweisen, der entlang seines gesamten Umlaufs freistehend ist. Ein derartiger freistehender Öffnungsrand kann bei einer als Blechkörper ausgestalteten Leitschaufel besonders einfach durch einen Stanzvorgang hergestellt werden. Vorzugsweise ist der Umlauf vollständig geschlossen, wenn die jeweilige Durchtrittsöffnung innerhalb der Außenkontur der Leitschaufel angeordnet ist Ist dagegen die Durchtrittsöffnung an der Außenkontur der Leitschaufel seitlich offen ausgestaltet, ist der Umlauf des Öffnungsrands an der Außenkontur unterbrochen.In another advantageous embodiment, the perforation may have at least one passage opening with an opening edge which is free-standing along its entire circulation. Such a freestanding opening edge can be produced particularly easily by means of a punching process in the case of a guide blade designed as a sheet metal body. Preferably, the circulation is completely closed when the respective passage opening is arranged within the outer contour of the guide vane. Conversely, if the passage opening on the outer contour of the guide vane is designed to be open at the side, the circulation of the opening edge on the outer contour is interrupted.

Zweckmäßig sind alle Durchtrittsöffnungen der jeweiligen Leitschaufel mit einem derartigen freistehenden Öffnungsrand ausgestattet.Suitably, all passage openings of the respective vane are equipped with such a freestanding opening edge.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Perforation wenigstens eine Durchtrittsöffnung mit einem Öffnungsrand aufweisen, der entlang eines Umlaufabschnitts mit einem Aussteller verbunden ist Der Aussteller kann die zugehörige Durchtrittsöffnung zumindest teilweise abdecken. Zusätzlich oder alternativ kann der Aussteller gegenüber einem daran angrenzenden Bereich der Leitschaufel geneigt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Aussteller zumindest teilweise gegenüber einem daran angrenzenden Bereich der Leitschaufeln versetzt angeordnet sein. Die Anordnung des Ausstellers ist dabei bevorzugt so, dass der Aussteller die Durchtrittsöffnung zumindest teilweise überdeckt und dementsprechend eine Strömungsumlenkung einer durch die Durchtrittsöffnung hindurch tretenden Abgasströmung bewirkt. Ein derartiger Aussteller am Öffnungsrand der Durchtrittöffnung verbessert die Durchmischungswirkung der Leitschaufel. Gleichzeitig kann durch die Strömungslenkung mit dem Aussteller der Strömungswiderstand reduziert werden.In another embodiment, the perforation can have at least one passage opening with an opening edge which is connected to an exhibitor along a circulating section. The issuer can at least partially cover the associated passage opening. Additionally or alternatively, the issuer may be inclined to an adjacent portion of the vane. Additionally or alternatively, the issuer may be at least partially offset from an adjacent portion of the vanes. The arrangement of the exhibitor is preferred so that the exhibitor the passage opening at least partially covered and, accordingly, causes a flow deflection of a passing through the passage opening exhaust gas flow. Such an issuer at the opening edge of the passage opening improves the mixing effect of the guide vane. At the same time can be reduced by the flow control with the exhibitor, the flow resistance.

Zweckmäßig ist, der Aussteller integral an der jeweiligen Leitschaufel ausgeformt. Besonders vorteilhaft kann der jeweilige Aussteller ein zum Herstellen der jeweiligen Durchtrittsöffnung freigeschnittener und ausgestellter Bereich der jeweiligen Leitschaufel sein. Somit lässt sich die jeweilige Leitschaufel besonders einfach mit den Durchtrittsöffnungen und daran angrenzenden Ausstellern ausstatten.Suitably, the issuer is integrally formed on the respective vane. Particularly advantageously, the respective exhibitor can be an area of the respective guide blade which has been cut free and flared for producing the respective passage opening. Thus, the respective vane can be particularly easy to equip with the passages and adjacent exhibitors.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein solcher Aussteller einen mittleren Bereich und zwei seitliche Bereiche aufweist, wobei sich der mittlere Bereich im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Leitschaufel erstreckt und über die beiden seitlichen Bereiche mit der jeweiligen Leitschaufel verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders effiziente Abdeckung der jeweiligen Durchtrittsöffnung.According to an advantageous development, provision can be made for at least one such exhibitor to have a central region and two lateral regions, wherein the central region extends substantially parallel to the respective guide vane and is connected to the respective vane via the two lateral regions. This results in a particularly efficient coverage of the respective passage opening.

Ferner kann gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen sein, dass zumindest ein solcher Aussteller als Flügel ausgestaltet ist, der nur an einer Seite mit der jeweiligen Leitschaufel verbunden und im Übrigen zur jeweiligen Leitschaufel freistehend angeordnet ist. Ein derartiger Flügel wirkt als Strömungsleitelement, so dass mithilfe eines derartigen Flügels sich die Durchströmung der jeweiligen Durchtrittsöffnung besonders günstig beeinflussen lässt.Furthermore, according to another development, it can be provided that at least one such exhibitor is designed as a wing, which is connected to the respective guide blade on only one side and, moreover, is arranged free-standing to the respective guide blade. Such a wing acts as a flow guide element, so that the flow through the respective passage opening can be influenced in a particularly favorable manner with the aid of such a wing.

Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass zumindest ein solcher Aussteller durch eine Stufe gebildet ist, die in einer Schaufellängsrichtung von einer in der jeweiligen Leitschaufel ausgebildeten (anderen) Stufe beabstandet ist. Die jeweilige Stufe kann durch doppeltes Abwinkeln, vorzugsweise jeweils um etwa 90°, der Leitschaufel quer zu ihrer Längsrichtung erzeugt werden.In addition, it can be advantageously provided that at least one such issuer is formed by a step, which in a blade longitudinal direction of a in the respective vane trained (other) step is spaced. The respective step can be produced by double angling, preferably by about 90 °, of the vane transversely to its longitudinal direction.

Es ist klar, dass die vorstehend aufgezählten unterschiedlichen Varianten für die Perforation - soweit sinnvoll - an zumindest einer einzigen Leitschaufel oder bei verschiedenen Leitschaufeln desselben Mischers realisierbar sind, also insbesondere Durchtrittsöffnungen unterschiedlicher Größen und/oder Geometrien und/oder mit bzw. ohne Aussteller.It is clear that the above-listed different variants for the perforation - as far as appropriate - on at least one vane or different vanes of the same mixer can be realized, ie in particular through openings of different sizes and / or geometries and / or with or without exhibitors.

Der hier vorgestellte Mischer wird im Betrieb der Abgasanlage ausschließlich durch die Abgasströmung aufgeheizt, so dass er hinsichtlich seiner Verdampfungswirkung fremdenergiefrei arbeitet.The mixer presented here is heated in the operation of the exhaust system exclusively by the exhaust gas flow, so that he works without external energy in terms of its evaporation effect.

Bei einer erfindungsgemäßen Abgasanlage, die sich bei einer Brennkraftmaschine zum Abführen der Verbrennungsabgase eignet, ist ein Injektor zum Einbringen eines flüssigen Reduktionsmittels in die Abgasströmung vorgesehen, wobei außerdem wenigstens ein Mischer der vorstehend beschriebenen Art bezüglich der Abgasströmung stromab diese Injektors angeordnet ist. Die Abgasanlage kann ferner einen SCR-Katalysator stromab des Mischers oder einen Oxidationskatalysator stromab des Mischers aufweisen.In an exhaust system according to the invention, which is suitable for discharging the combustion exhaust gases in an internal combustion engine, an injector for introducing a liquid reducing agent is provided in the exhaust gas flow, wherein also at least one mixer of the type described above with respect to the exhaust gas flow downstream of this injector is arranged. The exhaust system may further include an SCR catalyst downstream of the mixer or an oxidation catalyst downstream of the mixer.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondem auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the particular combination specified, but can also be used in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1
eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage, die einen statischen Mischer enthält,
Fig. 2
eine isometrische Ansicht des Mischers,
Fig. 3
eine Axialansicht des Mischers,
Fig. 4
eine Abwicklung des Mischers,
Fig. 5 bis 13
jeweils eine vereinfachte Ansicht einer Leitschaufel des Mischers bei verschiedenen Ausführungsformen,
Fig. 14 bis 19
jeweils eine vereinfachte Ansicht einer Leitschaufel des Mischers bei verschiedenen Ausführungsformen und teilweise mit zugehörigen Schnittansichten bzw. Varianten A, B, C und D,
Fig. 20
eine isometrische Ansicht einer Leitschaufel des Mischers aus Fig. 19 im Bereich einer Perforation.
Show, in each case schematically,
Fig. 1
1 is a schematic diagram of an internal combustion engine having an exhaust system including a static mixer;
Fig. 2
an isometric view of the mixer,
Fig. 3
an axial view of the mixer,
Fig. 4
a handling of the mixer,
Fig. 5 to 13
each a simplified view of a vane of the mixer in various embodiments,
FIGS. 14 to 19
in each case a simplified view of a guide vane of the mixer in various embodiments and partly with corresponding sectional views or variants A, B, C and D,
Fig. 20
an isometric view of a guide vane of the mixer Fig. 19 in the area of a perforation.

Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 einen Motorblock 2, der in mehreren Zylindern 3 jeweils einen Brennraum 4 enthält. In den Zylindern 3 sind hier nicht gezeigten Kolben hubverstellbar angeordnet, so dass es sich bei der Brennkraftmaschine 1 um einen Kolbenmotor handelt. Zur Versorgung der Brennräume 4 mit Frischluft ist eine Frischluftanlage 5 vorgesehen. Eine entsprechende Frischluftströmung 6 ist durch einen Pfeil angedeutet. Um von den Brennräumen 4 Verbrennungsabgase abführen zu können, ist die Brennkraftmaschine 1 außerdem mit einer Abgasanlage 7 ausgestattet. Eine Abgasströmung 8 ist durch einen Pfeil angedeutet. Im Beispiel der Fig. 1 ist die Abgasanlage 7 mit einem SCR-System 9 ausgestattet, das einen Injektor 10 zum Einbringen eines flüssigen Reduktionsmittels in die Abgasströmung 8, einen SCR-Katalysator 11 zum Reduzieren von Stickoxiden unter Zuhilfenahme des zuvor eingespritzten Reduktionsmittels sowie einen statischen Mischer 12 aufweist. Bezüglich der Strömungsrichtung der Abgasströmung 8 ist der SCR-Katalysator 11 stromab des Injektors 10 angeordnet. Ferner ist der Mischer 12 bezüglich der Strömungsrichtung der Abgasströmung 8 stromab des Injektors 10 und stromauf des SCR-Katalysators 11 angeordnet. Die Abgasanlage 7 besitzt einen Abgasstrang 13, in den die zuvor genannten Komponenten des SCR-Systems 9 eingebunden sind.Corresponding Fig. 1 For example, an internal combustion engine 1 comprises an engine block 2, which in each case contains a combustion chamber 4 in a plurality of cylinders 3. In the cylinders 3, pistons not shown here are arranged such that they can be adjusted in terms of stroke, so that the internal combustion engine 1 is a piston engine. To supply the combustion chambers 4 with fresh air, a fresh air system 5 is provided. A corresponding fresh air flow 6 is indicated by an arrow. In order to remove combustion gases from the combustion chambers 4, the internal combustion engine 1 is also equipped with an exhaust system 7. An exhaust gas flow 8 is indicated by an arrow. In the example of Fig. 1 the exhaust system 7 is equipped with an SCR system 9, which has an injector 10 for introducing a liquid reducing agent into the exhaust gas flow 8, an SCR catalyst 11 for reducing nitrogen oxides with the aid of the previously injected reducing agent and a static mixer 12. With regard to the flow direction of the exhaust gas flow 8, the SCR catalytic converter 11 is arranged downstream of the injector 10. Further, the mixer 12 is disposed downstream of the injector 10 and upstream of the SCR catalyst 11 with respect to the flow direction of the exhaust gas flow 8. The exhaust system 7 has an exhaust system 13, in which the aforementioned components of the SCR system 9 are integrated.

Entsprechend den Fig. 2 und 3 besitzt der Mischer 12 mehrere Leitschaufeln 14, die jeweils zur Umlenkung der Abgasströmung 8 dienen. Beim hier gezeigten bevorzugten Beispiel besitzt der Mischer 12 außerdem einen zylindrischen Rohrkörper 15, der einen von der Abgasströmung 8 durchströmbaren Strömungsquerschnitt 16 in der Umfangsrichtung 17 umschließt. Die Umfangsrichtung 17 bezieht sich dabei auf eine Längsmittelachse 18 des Rohrkörpers 15 bzw. des Mischers 12. Vom Rohrkörper 15 stehen die Leitschaufeln 14 nach innen, also in Richtung der Längsmittelachse 18 ab. Dabei besitzt eine Erstreckungsrichtung der jeweiligen Leitschaufel 14 zumindest eine Radialkomponente. Ferner kann diese Erstreckungsrichtung optional auch eine Axialkomponente aufweisen. Zweckmäßig ist dieser Rohrkörper 15 integral mit den Leitschaufeln 14 aus einem einzigen Blechkörper 19 hergestellt, nämlich durch Umformung, so dass es sich beim Mischer 12 letztlich um ein einziges Blechformteil handelt. Eine Abwicklung des Blechkörpers 19 bzw. des Mischers 12 ist in Fig. 4 wiedergegeben. Der Blechkörper 19 besitzt einen Mantelabschnitt 20, der im umgeformten Zustand den Rohrkörper 15 bildet. Von diesem Mantelabschnitt 20 stehen die Leitschaufeln 14 ab. In der Abwicklung der Fig. 4 sind die einzelnen Leitschaufeln 14 bereits freigeschnitten, wobei einzelne Schnitte mit 21 bezeichnet sind. Die Schnitte 21 gehen am Mantelabschnitt 20 in Rundlöcher 22 über, um an diesem Übergang eine Rissbildung zu vermeiden.According to the FIGS. 2 and 3 the mixer 12 has a plurality of guide vanes 14 which each serve to deflect the exhaust gas flow 8. In the preferred example shown here, the mixer 12 also has a cylindrical tubular body 15 which encloses a flow cross section 16 through which the exhaust gas flow 8 can flow in the circumferential direction 17. The circumferential direction 17 refers to a longitudinal central axis 18 of the tubular body 15 and the mixer 12. From the tubular body 15, the guide vanes 14 are inwardly, ie in the direction of the longitudinal central axis 18 from. In this case, an extension direction of the respective vane 14 has at least one radial component. Furthermore, this extension direction can optionally also have an axial component. Suitably, this tubular body 15 is made integral with the vanes 14 of a single sheet metal body 19, namely by forming, so that it is the mixer 12 ultimately a single sheet metal part. A development of the sheet metal body 19 and the mixer 12 is in Fig. 4 played. The sheet metal body 19 has a jacket portion 20 which forms the tubular body 15 in the formed state. From this shell portion 20 are the vanes 14 from. In the settlement of the Fig. 4 the individual vanes 14 are already cut free, with individual sections are designated 21. The cuts 21 go over the shell portion 20 in round holes 22 in order to avoid cracking at this transition.

Um aus dem in Fig. 4 ebenen Blechkörper 19 den Mischer 12 herzustellen, werden die Schaufeln 14 jeweils um eine Biegekante 23 umgebogen und der Mantelabschnitt 20 wird um die Längsmittelachse 18 des Mischers 12 in der Umfangsrichtung 17 umgebogen. Dabei können Längsenden 24 des Mantelabschnitts 20 am Rohrkörper 15 in der Umfangsrichtung 17 einen Stoß bilden und aneinander befestigt werden.To get out of the in Fig. 4 planar sheet metal body 19 to produce the mixer 12, the blades 14 are each bent over a bending edge 23 and the shell portion 20 is bent around the longitudinal central axis 18 of the mixer 12 in the circumferential direction 17. In this case, longitudinal ends 24 of the shell portion 20 on the tubular body 15 in the circumferential direction 17 form a shock and are attached to each other.

Wie sich den Fig. 2 bis 4 entnehmen lässt, sind die Leitschaufeln 14 bei dem hier gezeigten Beispiel des Mischers 12 ausschließlich an einer Anströmseite des Rohrkörpers 15 ausgebildet. Zur Orientierung ist die Abgasströmung 8 durch einen Strömungspfeil angedeutet. Ebenso ist eine Ausführungsform denkbar, bei der sämtliche Leitschaufeln 14 an einer Abströmseite des Rohrkörpers 15 angeordnet sind. Ferner ist denkbar, am Rohrkörper 15 sowohl an der Anströmseite als auch an der Abströmseite jeweils derartige Leitschaufeln 14 vorzusehen. Auch ist die Verwendung von zwei Mischern 12 denkbar, die in der Strömungsrichtung der Abgasströmung 8 hintereinander angeordnet sind.How the Fig. 2 to 4 can be seen, the guide vanes 14 are formed in the example shown here of the mixer 12 exclusively on a flow side of the tubular body 15. For orientation, the exhaust gas flow 8 is indicated by a flow arrow. Likewise, an embodiment is conceivable in which all the guide vanes 14 are arranged on a downstream side of the tubular body 15. Furthermore, it is conceivable to provide such guide vanes 14 on the tube body 15 both on the inflow side and on the outflow side. Also, the use of two mixers 12 is conceivable, which are arranged one behind the other in the flow direction of the exhaust gas flow 8.

Wie sich den Fig. 2 bis 4 entnehmen lässt, ist zumindest eine der Leitschaufeln 14 mit einer Perforation 25 ausgestattet. Die Perforation 25 ist dabei so konfiguriert, dass sie die im Übrigen geschlossene Leitschaufel 14 durchsetzt, so dass die Leitschaufel 14 durch die jeweilige Perforation 25 hindurch von der Abgasströmung 8 bzw. von Teilströmen der Abgasströmung 8 durchströmbar ist. Obwohl in den Beispielen der Fig. 2 bis 4 nicht alle Leitschaufeln 14 mit einer derartigen Perforation 25 ausgestattet sind, wird jedoch eine Ausführungsform bevorzugt, bei der sämtlichen Leitschaufeln 14 eine derartige Perforation 25 aufweisen. Obwohl in den Fig. 2 bis 4 bei den einzelnen Leitschaufeln 14 verschiedene Perforationen 25 vorgesehen sind, ist eine Ausführungsform bevorzugt, bei der die perforierten Schaufeln 14 jeweils eine identische Perforation 25 besitzen.How the Fig. 2 to 4 can be seen, at least one of the guide vanes 14 is equipped with a perforation 25. The perforation 25 is configured in such a way that it passes through the otherwise closed guide blade 14, so that the guide blade 14 can be flowed through by the respective perforation 25 from the exhaust gas flow 8 or from partial flows of the exhaust gas flow 8. Although in the examples of the Fig. 2 to 4 However, not all of the vanes 14 are provided with such a perforation 25, an embodiment is preferred in which all the guide vanes 14 have such a perforation 25. Although in the Fig. 2 to 4 In the case of the individual guide vanes 14, different perforations 25 are provided, an embodiment is preferred in which the perforated vanes 14 each have an identical perforation 25.

Unterschiedliche Ausführungsformen einer derartigen Perforation 25 werden nachfolgend anhand der Fig. 5 bis 20 näher erläutert. Beispielsweise kann die jeweilige Perforation 25 mehrere Durchtrittsöffnungen 26 aufweisen, die innerhalb einer randseitigen Außenkontur 27 der jeweiligen Leitschaufel 14 angeordnet sind. Die Fig. 5 bis 10, 15 und 18 zeigen Ausführungsformen, bei denen sämtliche Durchtrittsöffnungen 26 der Perforation 25 innerhalb der Außenkontur 27 der Leitschaufel 14 angeordnet sind. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform sind sämtliche Durchtrittsöffnungen 26 mit einem runden und punktförmigen Querschnitt ausgestattet. Insbesondere zeigen die Durchtrittsöffnungen 26 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt.Different embodiments of such a perforation 25 will be described below with reference to FIG Fig. 5 to 20 explained in more detail. For example, the respective perforation 25 may have a plurality of passage openings 26, which are arranged within a peripheral outer contour 27 of the respective guide blade 14. The Fig. 5 to 10 . 15 and 18 show embodiments in which all passage openings 26 of the perforation 25 are arranged within the outer contour 27 of the guide vane 14. At the in Fig. 5 In the embodiment shown, all passage openings 26 are provided with a round and punctiform cross-section. In particular, the passage openings 26 each have a circular cross-section.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform sind die Durchtrittsöffnungen 26 länglich und geradlinig ausgestaltet. Ferner erstrecken sie sich parallel zueinander. Des Weiteren sind die parallel angeordneten Durchtrittsöffnungen 26 entlang einer Schaufellänge 28 nebeneinander angeordnet Die Schaufellänge 28 ist dabei von einem Schaufelfuß 29 bis zu einer Schaufelspitze 30 gemessen. Bei einem Mischer 12 gemäß der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform ist der Schaufelfuß 29 am Rohrkörper 15 angeordnet, während die Schaufelspitze 30 im Bereich der Längsmittelachse 18 freistehend angeordnet ist.At the in Fig. 6 the embodiment shown, the passage openings 26 are elongated and rectilinear. Furthermore, they extend parallel to each other. Furthermore, the parallel arranged passage openings 26 are arranged side by side along a blade length 28. The blade length 28 is measured from a blade root 29 to a blade tip 30. In a mixer 12 according to the in the Fig. 2 to 4 the embodiment shown is the Blade root 29 is arranged on the tubular body 15, while the blade tip 30 is arranged free-standing in the region of the longitudinal central axis 18.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform entspricht der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform, mit der Maßgabe, dass die Durchtrittsöffnungen 26 unterschiedliche Querschnitte besitzen. Fig. 8 zeigt dagegen eine Ausführungsform, bei welcher die länglichen Durchtrittsöffnungen 26 einen eckigen, hier parallelogrammartigen Querschnitt besitzen. Ferner sind die Durchtrittsöffnungen 26 hinsichtlich ihres länglichen Querschnitts gegenüber der Schaufellänge 28 sowie gegenüber einer Schaufelbreite 31 geneigt angeordnet. Die Schaufelbreite 31 ist dabei von einer Anströmkante 32 bis zu einer Abströmkante 33 der jeweiligen Leitschaufel 14 gemessen. Im Unterschied dazu sind die länglichen Durchtrittsöffnungen 26 bei den Beispielen der Fig. 6 und 7 parallel zur Schaufelbreite 31 orientiertIn the Fig. 7 embodiment shown corresponds to in Fig. 6 shown embodiment, with the proviso that the passage openings 26 have different cross-sections. Fig. 8 on the other hand shows an embodiment in which the elongated passage openings 26 have a polygonal, here parallelogram cross-section. Furthermore, the passage openings 26 are arranged inclined with respect to their elongated cross section with respect to the blade length 28 and with respect to a blade width 31. The blade width 31 is measured from a leading edge 32 to an outflow edge 33 of the respective guide blade 14. In contrast, the elongated passage openings 26 in the examples of Fig. 6 and 7 oriented parallel to the blade width 31

Fig. 9 zeigt nun eine Ausführungsform, bei der in der Richtung der Schaufelbreite 31 mehrere längliche Durchtrittsöffnungen 26 hintereinander angeordnet sind, die hier außerdem in Richtung der Schaufellänge 28 zueinander versetzt angeordnet sind. Ferner sind die Durchtrittsöffnungen 26 entlang der Schaufellänge 28 nebeneinander angeordnet, sowie parallel zueinander und parallel zur Schaufelbreite 31 ausgerichtet. Die Durchtrittsöffnungen 26 besitzen bei der in Fig. 9 gezeigten Perforation 25 deutlich kleinere durchströmbare Querschnitte als bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 8. Fig. 9 now shows an embodiment in which in the direction of the blade width 31 a plurality of elongate passage openings 26 are arranged one behind the other, which are also arranged offset to one another here in the direction of the blade length 28. Furthermore, the passage openings 26 are arranged alongside one another along the blade length 28 and are aligned parallel to one another and parallel to the blade width 31. The passage openings 26 have at the in Fig. 9 shown perforation 25 clearly smaller flow-through cross-sections than in the embodiments of Fig. 5 to 8 ,

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Durchtrittsöffnungen 26 einen länglichen Querschnitt besitzen und dabei einfach gekrümmt sind. Unabhängig von der Geometrie und Anzahl der Durchtrittsöffnungen 26 zeigt Fig. 10 außerdem eine Ausführungsform, bei welcher die jeweilige Leitschaufel 14 entlang ihrer Schaufellänge 28 einen zweifach gebogenen Verlauf aufweist. Hierdurch besitzt die Leitschaufel 14 bezüglich ihrer Schaufellänge 28 einen S-förmigen Verlauf. Fig. 10 shows an embodiment in which the passage openings 26 have an elongated cross-section and are simply curved. Regardless of the geometry and number of passages 26 shows Fig. 10 In addition, an embodiment in which the respective guide blade 14 along its blade length 28 has a double-curved course. Owns this the vane 14 with respect to its blade length 28 an S-shaped course.

Bei den in den Fig. 11 und 16 gezeigten Ausführungsformen besitzt die jeweilge Perforation 25 mehrere Durchtrittsöffnungen 26, die an der Anströmkante 32 bzw. an der Abströmkante 33 der jeweiligen Leitschaufel 14 seitlich offen sind. Hierdurch beeinflussen die Durchtrittsöffnungen 26 die randseitige Außenkontur 27 der Leitschaufel 14. Im Beispiel der Fig. 11 sind sämtliche Durchtrittsöffnungen 26 der Perforation 25 seitlich offen ausgestaltet. Ferner sind sämtliche Durchtrittsöffnungen 26 hier länglich und mit einem Viereckquerschnitt versehen. Außerdem sind die an der Anströmkante 32 angeordneten Durchtrittsöffnungen 26 jeweils parallel zueinander und bezüglich der Schaufellänge 28 nebeneinander angeordnet. Auch die an der Abströmkante 33 vorgesehenen Durchtrittsöffnungen 26 sind parallel zueinander und in der Schaufellänge 28 nebeneinander angeordnet. Des Weiteren sind die hier gezeigten Durchtrittsöffnungen 26 sowohl gegenüber der Schaufellänge 28 also gegenüber der Schaufelbreite 31 geneigt ausgerichtet. Dabei ist hier außerdem vorgesehen, dass die Durchtrittsöffnungen 26 der Anströmkante 32 bezüglich der Schaufellänge 28 entgegengesetzt geneigt sind zu den Durchtrittöffnungen 26 der Abströmkante 33. Insbesondere sind sie bezüglich einer Längsmittelachse der jeweiligen Leitschaufel 14 spiegelsymmetrisch angeordnet, wodurch die Perforation 25 einen Pfeilung zeigt und die Leitschaufel 25 fischgrätartig gestaltet ist. Die Pfeilung der Perforation 25 ist hierzu zur Schaufelspitze 30 orientiert.In the in the Fig. 11 and 16 In the embodiments shown, the respective perforation 25 has a plurality of passage openings 26, which are laterally open at the leading edge 32 or at the trailing edge 33 of the respective guide blade 14. As a result, the passage openings 26 influence the edge-side outer contour 27 of the guide vane 14. In the example of FIG Fig. 11 are all openings 26 of the perforation 25 designed laterally open. Furthermore, all passage openings 26 are here elongated and provided with a quadrangular cross-section. In addition, the arranged at the leading edge 32 through openings 26 are each arranged parallel to each other and with respect to the blade length 28 side by side. Also provided at the trailing edge 33 passage openings 26 are arranged parallel to each other and in the blade length 28 side by side. Furthermore, the passage openings 26 shown here are aligned with respect to both the blade length 28 and the blade width 31. In this case, it is also provided that the passage openings 26 of the leading edge 32 with respect to the blade length 28 are oppositely inclined to the passage openings 26 of the trailing edge 33. In particular, they are arranged mirror-symmetrically with respect to a longitudinal center axis of the respective vane 14, whereby the perforation 25 shows a sweep and the Guide vane 25 is designed herringbone. The sweep of the perforation 25 is oriented towards the blade tip 30 for this purpose.

In Fig. 16 ist dagegen an der Anströmkante 32 und an der Abströmkante 33 jeweils nur eine einzige seitlich offene Durchtrittsöffnung 26 vorgesehen.In Fig. 16 on the other hand, only one single laterally open through opening 26 is provided at the leading edge 32 and at the outflow edge 33.

Während die Beispiele der Fig. 5 bis 11, 15, 17 und 18 jeweils Perforationen 25 zeigen, die mehrere Durchtrittsöffnungen 26 besitzen, zeigen die Fig. 12 bis 14 und 19, 20 hier jeweils eine Ausführungsform, bei der die Perforation 25 jeweils nur eine einzige Durchtrittsöffnung 26 aufweist. Zumindest in den Beispielen der Fig. 12 bis 14 ist diese Durchtrittsöffnung 26 mit einem länglichen Querschnitt versehen, der parallel zur Schaufellänge 28 ausgerichtet ist. Ferner erstreckt sich die jeweilige Durchtrittsöffnungen 26 über einen wesentlichen Längsabschnitt der jeweiligen Leitschaufel 14. Bei diesen Beispielen erstreckt sich die jeweilige Durchtrittsöffnung 26 über wenigstens 75% der Schaufellänge 28. Im Beispiel der Fig. 12 besitzt die Durchtrittsöffnung 26 einen rechteckigen Querschnitt, während bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform ein Dreiecksquerschnitt vorgesehen ist. In Fig. 14 ist wieder ein Rechteckquerschnitt vorgesehen. In Fig. 12 und 14 besitzt die Durchtrittsöffnung 26 entlang der Schaufellänge 28 einen konstanten Querschnitt, während in Fig. 13 der Querschnitt in Richtung zur Schaufelspitze 30 abnimmt. Bei den Beispielen der Fig. 12 bis 14 und 19, 20 verbleibt die Durchtrittsöffnung 26 innerhalb der randseitigen Außenkontur 27 der zugehörigen Leitschaufel 14. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Durchtrittsöffnung 26 dagegen so angeordnet und/oder so dimensioniert sein, dass sie an der Schaufelspitze 30 seitlich offen ist, wodurch die Leitschaufel 14 im Bereich dieser Durchtrittsöffnung 26 quasi geteilt wird.While the examples of the Fig. 5 to 11 . 15 . 17 and 18 each show perforations 25 which have a plurality of passage openings 26, show the Fig. 12 to 14 and 19, 20 Here in each case an embodiment in which the perforation 25 each has only a single passage opening 26. At least in the examples of Fig. 12 to 14 this passage opening 26 is provided with an elongate cross section which is aligned parallel to the blade length 28. Furthermore, the respective passage openings 26 extend over a substantial longitudinal section of the respective guide blade 14. In these examples, the respective passage opening 26 extends over at least 75% of the blade length 28. In the example of FIG Fig. 12 has the passage opening 26 has a rectangular cross-section, while in the in Fig. 13 shown embodiment, a triangular cross-section is provided. In Fig. 14 again a rectangular cross-section is provided. In Fig. 12 and 14 has the passage opening 26 along the blade length 28 a constant cross-section, while in Fig. 13 the cross section decreases in the direction of the blade tip 30. In the examples of Fig. 12 to 14 and 19, 20 In contrast, the passage opening 26 may be arranged and / or dimensioned so that it is laterally open at the blade tip 30, whereby the guide blade 14 in the region of this passage opening 26 is shared.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 13 sind die Durchtrittsöffnungen 26 jeweils mit einem Öffnungsrand 34 ausgestattet, der entlang seines gesamten Umlaufs freistehend ist. Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 bis 10, 12 und 13, bei denen die Durchtrittsöffnungen 26 innerhalb der Außenkontur 27 angeordnet sind, ist der jeweilige Umlauf des Öffnungsrands 24 geschlossen, während der Umlauf bei der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsform, bei der die Durchtrittsöffnungen 26 an der Außenkontur 27 seitlich offen sind, jeweils durch die seitliche Öffnung der jeweiligen Durchtrittsöffnungen 26 unterbrochen ist.In the embodiments of the Fig. 5 to 13 the passage openings 26 are each equipped with an opening edge 34 which is free-standing along its entire circulation. In the embodiments of the Fig. 5 to 10 . 12 and 13 in which the passage openings 26 are arranged within the outer contour 27, the respective circulation of the opening edge 24 is closed, while the circulation at the in Fig. 11 shown embodiment in which the passage openings 26 on the outer contour 27 are laterally open, in each case interrupted by the lateral opening of the respective passage openings 26.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 14 bis 20 kann die Perforation 25 zumindest eine Durchtrittsöffnung 26 aufweisen, deren Öffnungsrand 34 entlang eines Umlaufabschnitts mit einem Aussteller 35 verbunden ist. Dieser Aussteller 35 ist bei den Ausführugnsformen der Fig. 16 bis 18 gegenüber einem daran angrenzenden Bereich der jeweiligen Leitschaufel 14 geneigt angeordnet. Dabei bewirkt der jeweilige Aussteller 35 eine Abdeckung zumindest eines Teils der jeweiligen Durchtrittsöffnung 26. In den Fig. 16 bis 18 bilden bei einer rechteckigen Durchtrittsöffnung 26 drei aufeinander folgende, geradlinige Umlaufabschnitte jeweils einen freien Öffnungsrand 34, während der verbleibende vierte, geradlinige Umlaufabschnitt dann mit dem Aussteller 35 verbunden ist, wodurch der jeweilge Aussteller 35 einen Flügel 36 bildet. Zweckmäßig bildet der Aussteller 35 einen bei der Herstellung der jeweiligen Durchtrittsöffnung 26 freigeschnittenen und ausgestellten Bereich der Leitschaufel 14. Somit ist der jeweilige Aussteller 35 integral an der Leitschaufel 14 ausgeformt.In the embodiments of the FIGS. 14 to 20 For example, the perforation 25 may have at least one passage opening 26, the opening edge 34 of which is connected to an issuer 35 along a circulating section. This exhibitor 35 is in the Ausführugnsformen the Fig. 16 to 18 arranged inclined relative to an adjacent region of the respective guide blade 14. In this case, the respective exhibitor 35 causes a cover at least part of the respective passage opening 26. In the Fig. 16 to 18 form at a rectangular passage opening 26 three consecutive rectilinear circulation sections each have a free opening edge 34, while the remaining fourth, rectilinear circulation section is then connected to the exhibitor 35, whereby the respective exhibitor 35 forms a wing 36. Expediently, the exhibitor 35 forms an area of the guide blade 14 which has been cut and exposed in the production of the respective passage opening 26. Thus, the respective exhibitor 35 is integrally formed on the guide blade 14.

Bei den Fig. 14 bis 20 ist vorgesehen, dass die Perforation 25 wenigstens eine Durchtrittsöffnung 26 mit einem Öffnungsrand 34 aufweist, der entlang wenigstens eines Umlaufabschnitts mit einem Aussteller 35 verbunden ist, der die zugehörige Durchtrittsöffnung 26 zumindest teilweise abdeckt und/oder der gegenüber einem daran angrenzenden Bereich der Leitschaufel 14 geneigt und/oder versetzt angeordnet ist.Both FIGS. 14 to 20 it is provided that the perforation 25 has at least one passage opening 26 with an opening edge 34 which is connected along at least one circulation section with an exhibitor 35 which at least partially covers the associated passage opening 26 and / or inclined relative to an adjoining region of the guide blade 14 and / or staggered.

Bei den Fig. 14 und 15 ist vorgesehen, dass zumindest ein solcher Aussteller 35 einen mittleren Bereich 36 und zwei seitliche Bereiche 37 aufweist, wobei sich der mittlere Bereich 36 im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Leitschaufel 14 erstreckt und über die beiden seitlichen Bereiche 37 mit der jeweiligen Leitschaufel 14 verbunden ist.Both FIGS. 14 and 15 it is provided that at least one such exhibitor 35 has a central region 36 and two lateral regions 37, wherein the central region 36 extends substantially parallel to the respective guide vane 14 and is connected via the two lateral regions 37 with the respective vane 14.

Bei den Fig. 17 und 18 ist dagegen vorgesehen, dass zumindest ein solcher Aussteller 35 als Flügel 36 ausgestaltet ist, der sich dadurch charakterisiert, dass er nur an einer Seite mit der jeweiligen Leitschaufel 14 verbunden ist, während er im Übrigen zur jeweiligen Leitschaufel 14 freistehend angeordnet ist. Diese Flügel 36 können dabei wie in Fig. 16 in die Außenkontur 27 integriert sein, so dass ihre Durchtrittsöffnungen 26seitlich offen sind. Ebenso kann bei einer anderen Ausführungsform ein Abstand zur Außenkontur 27 eingehalten sein. In Fig. 16 sind zwei verschiedene Geometrien für die Flügel 36 gezeigt. Fig. 17 zeigt weitere Varianten A, B, C und D für die geometrische Ausgestaltung derartiger Flügel 36. So zeigt Fig. 17A einen im Profil geradlinigen Flügel 36. Fig. 17B zeigt einen Flügel 36 mit einem in der Ausstellrichtung konkav gekrümmten Profil. Fig. 17C zeigt einen Flügel 36 mit einem in der Ausstellrichtung konvex gekrümmten Profil. Fig. 17D zeigt dagegen einen Flügel 36 mit einem aerodynamisch geformten Profil, insbesondere Tropfenprofil.Both FIGS. 17 and 18 on the other hand, it is provided that at least one such exhibitor 35 is designed as a wing 36, which is characterized in that it is connected to the respective vane 14 on only one side, while otherwise being arranged free-standing to the respective vane 14. These wings 36 can be as in Fig. 16 be integrated into the outer contour 27, so that their passage openings 26seitseitlich are open. Likewise, in another embodiment, a distance to the outer contour 27 can be maintained. In Fig. 16 Two different geometries for the wings 36 are shown. Fig. 17 shows further variants A, B, C and D for the geometric design of such wings 36. So shows Fig. 17A a straight-line wing 36. Fig. 17B shows a wing 36 with a concave in the Ausstellrichtung profile. Fig. 17C shows a wing 36 with a convex in the Ausstellrichtung curved profile. Fig. 17D on the other hand shows a wing 36 with an aerodynamically shaped profile, in particular drop profile.

Fig. 18 zeigt exemplarisch eine Ausführungsform bei der die Perforation 25 durch mehrere verschiedene Durchtrittsöffnungen 26 mit Ausstellern 35 (linke Hälfte in Fig. 18) und ohne Ausstellern 35 (rechte Hälfte in Fig. 18), die sich außerdem durch unterschiedliche Geometrien und Querschnitte voneinander unterscheiden. Fig. 18 shows an example of an embodiment in which the perforation 25 by a plurality of different passage openings 26 with exhibitors 35 (left half in Fig. 18 ) and without exhibitors 35 (right half in Fig. 18 ), which also differ by different geometries and cross sections.

In den Fig. 19 und 20 ist eine weitere Ausführungsform für eine besondere Perforation 25 dargestellt, bei der die Leitschaufel 15 mit einer Stufe 38 ausgestattet ist, die mithilfe von zwei Biegekanten 39 ausgebildet ist. Im Bereich der Perforation 25 sind zwei andere Biegekanten 40 vorgesehen, die zu den vorgenannten Biegekannten 39 in einer Schaufellängsrichtung 42, die parallel zur Schaufellänge 28 verläuft, versetzt angeordnet sind und in denen die Leitschaufel 14 in der Gegenrichtung gebogen ist. Dementsprechend bildet auch der Aussteller 35 eine Stufe 41, die in der Schaufellängsrichtung 42 zur Stufe 38 der Leitschaufel 14 versetzt angeordnet ist. Hierdurch entstehen zwei in einer Schaufelquerrichtung 43, die sich parallel zur Schaufelbreite 31 erstreckt, voneinander beabstandete offene Querschnitte, die ein seitliches Einströmen oder ein seitliches Ausströmen von Abgas ermöglichen.In the FIGS. 19 and 20 another embodiment for a particular perforation 25 is shown, in which the vane 15 is provided with a step 38 which is formed by means of two bending edges 39. In the region of the perforation 25, two other bending edges 40 are provided, which are arranged offset to the aforementioned Biegekannten 39 in a blade longitudinal direction 42 which is parallel to the blade length 28, and in which the guide vane 14 is bent in the opposite direction. Accordingly, the exhibitor 35 forms a step 41, which is arranged offset in the blade longitudinal direction 42 to the stage 38 of the guide vane 14. This results in two in a blade transverse direction 43, which extends parallel to the blade width 31, spaced apart open cross-sections, which allow lateral inflow or lateral outflow of exhaust gas.

Obwohl bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform der Mischer 12 als Blechformteil ausgestaltet ist, kann er bei einer anderen Ausführungsform auch als Gussteil oder als Sinterteil konzipiert sein. Die jeweilige Perforation 25 wird dann zweckmäßig nachträglich eingearbeitet.Although in the preferred embodiment shown here, the mixer 12 is designed as a shaped sheet metal part, in another embodiment it can also be designed as a cast part or as a sintered part. The respective perforation 25 is then incorporated appropriately later.

Claims (15)

Statischer Mischer für eine Abgasanlage (7) zum Vermischen eines Reduktionsmittels mit einer Abgasströmung (8), mit mehreren Leitschaufeln (14) zur Umlenkung der Abgasströmung (8),
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine der Leitschaufeln (14) eine vom Abgas (8) durchströmbare Perforation (25) aufweist.
Static mixer for an exhaust system (7) for mixing a reducing agent with an exhaust gas flow (8), with a plurality of guide vanes (14) for deflecting the exhaust gas flow (8),
characterized,
in that at least one of the guide vanes (14) has a perforation (25) through which the exhaust gas (8) can flow.
Mischer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) mehrere Durchtrittsöffnung (26) aufweist, die innerhalb einer randseitigen Außenkontur (27) der jeweiligen Leitschaufel (14) angeordnet sind.
Mixer according to claim 1,
characterized,
in that the perforation (25) has a plurality of passage openings (26) which are arranged within a peripheral outer contour (27) of the respective guide blade (14).
Mischer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchtrittsöffnungen (26) jeweils einen länglichen Querschnitt aufweisen und parallel zueinander und entlang einer von einem Schaufelfuß (29) zu einer Schaufelspitze (30) der jeweiligen Leitschaufel (14) gemessenen Schaufellänge (28) nebeneinander angeordnet sind.
Mixer according to claim 2,
characterized,
that the passage openings (26) each have an elongated cross section and parallel to each other and along one of a blade root (29) to a blade tip (30) of the respective vane (14) measured blade length (28) are arranged side by side.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) zumindest eine Durchtrittsöffnung (26) aufweist, die an einer Anströmkante (32) oder an einer Abströmkante (33) der jeweiligen Leitschaufel (14) seitlich offen ist.
Mixer according to one of claims 1 to 3,
characterized,
in that the perforation (25) has at least one passage opening (26) which is laterally open at an inflow edge (32) or at an outflow edge (33) of the respective guide blade (14).
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) mehrere Durchtrittsöffnungen (26) aufweist, die an einer Anströmkante (32) oder an einer Abströmkante (33) der jeweiligen Leitschaufeln (14) seitlich offen sind, wobei die seitlich offenen Durchtrittsöffnungen (26) länglich sind und gegenüber einer Schaufellänge (28) der Leitschaufel (14) sowie gegenüber einer Schaufelbreite (31) der Leitschaufel (14) geneigt sind.
Mixer according to one of claims 1 to 4,
characterized,
in that the perforation (25) has a plurality of passage openings (26) which are laterally open at a leading edge (32) or at a trailing edge (33) of the respective guide vanes (14), the laterally open passage openings (26) being oblong and opposite one another Blade length (28) of the guide vane (14) and with respect to a blade width (31) of the guide vane (14) are inclined.
Mischer nach Anspruch 1, 4 oder 5
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) aus einer einzigen Durchtrittsöffnung (26) gebildet ist.
Mixer according to claim 1, 4 or 5
characterized,
in that the perforation (25) is formed from a single passage opening (26).
Mischer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchtrittsöffnung (26) innerhalb einer randseitigen Außenkontur (27) der jeweiligen Leitschaufel (14) angeordnet ist.
Mixer according to claim 6,
characterized,
that the passage opening (26) within a peripheral outer contour (27) of the respective vane (14) is arranged.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die jeweilige Leitschaufel (14) entlang ihrer Schaufellänge (28) einen einfach oder mehrfach gebogenen Verlauf aufweist.
Mixer according to one of claims 1 to 7,
characterized,
that the respective guide blade (14) along their blade length (28) comprises a singly or multiply curved course.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (26) mit einem Öffnungsrand (34) aufweist, der entlang seines gesamten Umlaufs freistehend ist.
Mixer according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that the perforation (25) has at least one passage opening (26) with an opening edge (34) which is free-standing along its entire circumference.
Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Perforation (25) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (26) mit einem Öffnungsrand (34) aufweist, der entlang wenigstens eines Umlaufabschnitts mit einem Aussteller (35) verbunden ist, der die zugehörige Durchtrittsöffnung (26) zumindest teilweise abdeckt und/oder der gegenüber einem daran angrenzenden Bereich der Leitschaufel (14) geneigt und/oder versetzt angeordnet ist.
Mixer according to one of claims 1 to 9,
characterized,
in that the perforation (25) has at least one passage opening (26) with an opening edge (34) which is connected along at least one circulation section to an issuer (35) which at least partially covers the associated passage opening (26) and / or the one opposite to one adjacent thereto portion of the vane (14) inclined and / or arranged offset.
Mischer nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der jeweilige Aussteller (35) ein zum Herstellen der jeweiligen Durchtrittsöffnungen (26) freigeschnittener und ausgestellter Bereich der jeweiligen Leitschaufel (14) ist.
Mixer according to claim 10,
characterized,
that the respective exhibitor (35) is a for making the respective through openings (26) cut free and flared region of the respective vane (14).
Mischer nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein solcher Aussteller (35) einen mittleren Bereich (36) und zwei seitliche Bereiche (37) aufweist, wobei sich der mittlere Bereich (36) im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Leitschaufel (14) erstreckt und über die beiden seitlichen Bereiche (37) mit der jeweiligen Leitschaufel (14) verbunden ist.
Mixer according to claim 10 or 11,
characterized,
in that at least one such exhibitor (35) has a middle region (36) and two lateral regions (37), wherein the central region (36) extends substantially parallel to the respective guide vane (14) and over the two lateral regions (37). is connected to the respective vane (14).
Mischer nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein solcher Aussteller (35) als Flügel (36) ausgestaltet ist, der nur an einer Seite mit der jeweiligen Leitschaufel (14) verbunden und im Übrigen zur jeweiligen Leitschaufel (14) freistehend angeordnet ist.
Mixer according to one of claims 10 to 12,
characterized,
in that at least one such exhibitor (35) is configured as a wing (36), which is connected to the respective guide blade (14) on only one side and, moreover, is arranged free-standing to the respective guide blade (14).
Mischer nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein solcher Aussteller (35) durch eine Stufe (41) gebildet ist, die in einer Schaufellängsrichtung (42) von einer in der jeweiligen Leitschaufel (14) ausgebildeten Stufe (38) beabstandet ist.
Mixer according to one of claims 10 to 13,
characterized,
in that at least one such issuer (35) is formed by a step (41) spaced in a blade longitudinal direction (42) from a step (38) formed in the respective vane (14).
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (1), - mit einem Injektor (10) zum Einbringen eines flüssigen Reduktionsmittels in eine Abgasströmung (8), - mit wenigstens einem Mischer (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der bezüglich der Abgasströmung (8) stromab des Injektors (10) angeordnet ist. Exhaust system for an internal combustion engine (1), with an injector (10) for introducing a liquid reducing agent into an exhaust gas flow (8), - With at least one mixer (12) according to one of claims 1 to 14, with respect to the exhaust gas flow (8) downstream of the injector (10) is arranged.
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