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DE112012007347B3 - Metering device and mixing device for a vehicle exhaust system - Google Patents

Metering device and mixing device for a vehicle exhaust system Download PDF

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DE112012007347B3
DE112012007347B3 DE112012007347.9T DE112012007347T DE112012007347B3 DE 112012007347 B3 DE112012007347 B3 DE 112012007347B3 DE 112012007347 T DE112012007347 T DE 112012007347T DE 112012007347 B3 DE112012007347 B3 DE 112012007347B3
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DE
Germany
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mixing device
baffle
central axis
metering
metering device
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DE112012007347.9T
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Inventor
Chris Chapman
Eduardo Alano
Philippe Nappez
Eric Ottaviani
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.)
Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Original Assignee
Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
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Abstract

Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung für ein Fahrzeugabgassystem mit einer ersten Abgaskomponente (14) mit einem Einlass zur Aufnahme von Motorabgasen, einer zweiten Abgaskomponente (28), die stromabwärts der ersten Abgaskomponente angeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung (30) so konfiguriert ist, dass sie stromabwärts der ersten Abgaskomponente (14) und stromaufwärts der zweiten Abgaskomponente angeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung (30) eine Mittelachse (A1) definiert, die sich entlang einer Länge davon erstreckt, und einen Mischeinrichtungskörper umfasst, der ein stromaufwärts gelegenes Leitblech (60) umfasst, das von einer Außenumfangsfläche (64) umgeben ist, und wobei die Dosiereinrichtung (36) an einer Öffnung (80) der Außenumfangsfläche (64) aufgenommen ist und eine Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) definiert, die nicht radial in Bezug auf die Mittelachse (A1) der Mischeinrichtung (30) ausgerichtet ist, wobei das stromaufwärtige Leitblech (60) so konfiguriert ist, dass es eine Verwirbelung des Abgasstroms hervorruft, und mehrere Öffnungen hat, von denen eine größer ist als die übrigen, die den Großteil des Abgases aufnimmt,dadurch gekennzeichnet, dassder Mischeinrichtungskörper ferner ein stromabwärts gelegenes Leitblech (62) umfasst, das von der Außenumfangsfläche (64) umgeben ist und von dem stromaufwärts gelegenen Leitblech in axialer Richtung entlang einer Länge der Mischeinrichtung (30) beabstandet ist, wobei die Öffnung (80), die die Dosiereinrichtung (36) aufnimmt, zwischen dem stromaufwärts gelegenen Leitblech (60) und dem stromabwärts gelegenen Leitblech (62) angeordnet ist, wobei das stromabwärts gelegene Leitblech (62) mehrere Öffnungen (70) und Ablenkabschnitte (72) aufweist, wobei die größte Öffnung (70A) größer ist als alle anderen Öffnungen, unddass die Dosiereinrichtung (36) neben der größten Öffnung (66) des stromaufwärtigen Leitblechs (60) so angeordnet ist, dass sich ein aus der Dosiereinrichtung (36) austretender Strahl mit dem verwirbelten Strom der Abgase vermischt, so dass das Gemisch um die genannte Mittelachse (A1) wirbelt.A metering device and mixing device for a vehicle exhaust system having a first exhaust component (14) with an inlet for receiving engine exhaust gases, a second exhaust component (28) disposed downstream of the first exhaust component, the mixing device (30) being configured to be downstream of the first exhaust component (14) and upstream of the second exhaust component, the mixer (30) defining a central axis (A1) extending along a length thereof and comprising a mixer body comprising an upstream baffle (60) that surrounded by an outer peripheral surface (64), and wherein the metering device (36) is received at an opening (80) of the outer peripheral surface (64) and defines a metering device central axis (A2) that is non-radial with respect to the central axis (A1) of the mixing device (30), the upstream baffle (60) being configured to induce turbulence in the flow of exhaust gas and having a plurality of openings, one larger than the others, which receives the bulk of the exhaust gas, characterized in thatthe The mixer body further comprises a downstream baffle (62) surrounded by the outer peripheral surface (64) and spaced axially from the upstream baffle along a length of the mixer (30), the aperture (80) receiving the metering device (36) is disposed between the upstream baffle (60) and the downstream baffle (62), the downstream baffle (62) having a plurality of apertures (70) and baffle portions (72), the largest aperture (70A ) is larger than all other openings, and that the metering device (36) is arranged next to the largest opening (66) of the upstream baffle (60) such that a jet emerging from the metering device (36) mixes with the turbulent flow of the exhaust gases, so that the mixture swirls around said central axis (A1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung für eine Fahrzeugabgasanlage.The present invention relates to a dosing device and mixing device for a vehicle exhaust system.

Eine Abgasanlage leitet durch einen Motor erzeugte heiße Abgase durch verschiedene Abgaskomponenten, um die Emissionen zu reduzieren und die Geräusche zu steuern. Das Abgassystem weist ein Einspritzsystem auf, das ein Reduktionsmittel, wie etwa eine Lösung aus Harnstoff und Wasser, stromaufwärts eines Selektivkatalysators (SCR-Katalysators) einspritzt. Eine Mischeinrichtung ist stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet, vermischt Motorabgase und erzeugt eine Harnstoffumwandlung.An exhaust system directs hot exhaust gases generated by an engine through various exhaust components to reduce emissions and control noise. The exhaust system includes an injection system that injects a reductant, such as a solution of urea and water, upstream of a selective catalyst (SCR) catalyst. A mixer is located upstream of the SCR catalyst, mixes engine exhaust and produces urea conversion.

Die Dosiereinrichtung sprüht üblicherweise den Harnstoff in den Abgasstrom. Bei einer bekannten Ausgestaltung ist die Dosiereinrichtung an einer Außenumfangsfläche der Mischeinrichtung angebracht und dazu ausgebildet, den Strahl radial nach innen zu einer Mitte der Mischeinrichtung zu leiten. Diese Ausgestaltung hat jedoch den Nachteil einer erhöhten Bildung von Harnstoffablagerungen.The dosing device usually sprays the urea into the exhaust gas stream. In a known embodiment, the metering device is attached to an outer peripheral surface of the mixing device and is designed to direct the jet radially inward towards a center of the mixing device. However, this configuration has the disadvantage of increased formation of urea deposits.

Die DE 11 2010 002 589 T5 zeigt eine Fahrzeugabgasanlage mit einer Mischeinrichtung für Motorabgase und einer Dosiereinrichtung, die ein Reduktionsmittel in die Mischeinrichtung sprüht. Eine Einspritzrichtung ist parallel zur Tangente eines Einspritzabschnitts gerichtet.The DE 11 2010 002 589 T5 shows a vehicle exhaust system with a mixing device for engine exhaust gases and a dosing device that sprays a reducing agent into the mixing device. An injection direction is parallel to the tangent of an injection section.

In der KR 10 2011 0 049 152 A ist eine Achse der Dosiereinrichtung tangential zu einem theoretischen Zylinder ausgerichtet, welcher eine Mittelachse der Dosiereinrichtung umgibt.In the KR 10 2011 0 049 152 A an axis of the metering device is oriented tangentially to a theoretical cylinder surrounding a central axis of the metering device.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach Anspruch 1.The present invention provides a metering and mixing device according to claim 1.

Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Fahrzeugabgasanlage eine Mischeinrichtung und eine Dosiereinrichtung auf, die ein Reduktionsmittel in die Mischeinrichtung sprüht, das sorgfältig mit Motorabgasen zu vermischen ist, bevor das Gemisch in eine stromabwärtige Abgaskomponente eingeleitet wird. Die Dosiereinrichtung ist in einer tangentialen Ausrichtung angebracht.In an exemplary embodiment, a vehicle exhaust system includes a mixer and a metering device that sprays a reductant into the mixer to be thoroughly mixed with engine exhaust before the mixture is introduced into a downstream exhaust component. The metering device is mounted in a tangential orientation.

Bei einer weiteren Ausführungsform zum Obengenannten definiert die Mischeinrichtung eine Mittelachse, die sich entlang einer Länge der Mischeinrichtung erstreckt, und die Dosiereinrichtung definiert eine Dosiereinrichtungsmittelachse, die bezogen auf einen Punkt an einer Schnittstelle der Mittelachse der Dosiereinrichtung mit einem theoretischen Zylinder, der die Mittelachse umgibt und durch einen variablen Radius definiert ist, tangential ausgerichtet ist.In a further embodiment of the above, the mixing device defines a central axis that extends along a length of the mixing device, and the metering device defines a metering device center axis that is related to a point at an intersection of the central axis of the metering device with a theoretical cylinder surrounding the central axis and defined by a variable radius is oriented tangentially.

Bei einer weiteren Ausführungsform zum Obengenannten weist die Mischeinrichtung ein stromaufwärtiges Leitblech angrenzend an das Einlassende und ein stromabwärtiges Leitblech angrenzend an das Auslassende auf. Das stromaufwärtige Leitblech weist mehrere Öffnungen auf, wobei eine Öffnung aus den mehreren Öffnung größer ist als die übrigen Öffnungen, so dass ein wesentlicher Teil der Motorabgase durch die eine Öffnung strömt. Die Dosiereinrichtung ist stromaufwärts und angrenzend an die eine Öffnung angeordnet.In a further embodiment of the above, the mixing means includes an upstream baffle adjacent the inlet end and a downstream baffle adjacent the outlet end. The upstream baffle has a plurality of openings, with one opening in the plurality of openings being larger than the remaining openings such that a substantial portion of the engine exhaust flows through the one opening. The metering device is located upstream and adjacent to the one opening.

Bei einer weiteren Ausführungsform zum Obengenannten ist die eine Öffnung durch einen Innenumfangsrand und einen radial nach außen von dem Innenumfangsrand beabstandeten Außenumfangsrand definiert ist, wobei sich die Mittelachse der Dosiereinrichtung in eine Richtung erstreckt, die insgesamt parallel zu einer zu einer Außenumfangsfläche der Mischeinrichtung tangentialen Linie verläuft.In another embodiment of the above, the one opening is defined by an inner peripheral edge and an outer peripheral edge spaced radially outwardly from the inner peripheral edge, with the central axis of the metering device extending in a direction generally parallel to a line tangent to an outer peripheral surface of the mixing device .

Bei einer weiteren Ausführungsform zum Obengenannten liegt die Mittelachse der Dosiereinrichtung näher am Außenumfangsrand als am Innenumfangsrand.In a further embodiment of the above, the central axis of the dosing device is closer to the outer peripheral edge than to the inner peripheral edge.

Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist eine Fahrzeugabgasanlage eine erste Abgaskomponente mit einem Einlass zur Aufnahme von Motorabgasen, eine zweite Abgaskomponente, die stromabwärts der ersten Abgaskomponente angeordnet ist, und eine Mischeinrichtung auf, die stromabwärts der ersten Abgaskomponente und stromaufwärts der zweiten Abgaskomponente angeordnet ist. Die Mischeinrichtung weist ein Einlassende auf, das dazu ausgebildet ist, aus der ersten Abgaskomponente austretende Motorabgase aufzunehmen, sowie ein Auslassende, so dass verwirbeltes Motorabgas zur zweiten Abgaskomponente geleitet wird. Die Mischeinrichtung weist ein stromaufwärtiges Leitblech angrenzend an das Einlassende und ein stromabwärtiges Leitblech angrenzend an das stromabwärtige Ende auf, wobei das stromaufwärtige Leitblech eine Leitblechöffnung aufweist, durch die ein Großteil der Motorabgase in die Mischeinrichtung strömt. Eine Dosiereinrichtung sprüht ein Reduktionsmittel in die Mischeinrichtung, wobei die Dosiereinrichtung stromaufwärts der Leitblechöffnung an einer Außenumfangsfläche der Mischeinrichtung angebracht ist. Die Dosiereinrichtung definiert eine Dosiereinrichtungsmittelachse, die bezogen auf einen Punkt an einer Schnittstelle der Achse der Dosiereinrichtung mit einem theoretischen Zylinder, der die Mittelachse umgibt und durch einen variablen Radius definiert ist, tangential ausgerichtet ist.In another exemplary embodiment, a vehicle exhaust system includes a first exhaust component having an inlet for receiving engine exhaust gases, a second exhaust component disposed downstream of the first exhaust component, and a mixing device disposed downstream of the first exhaust component and upstream of the second exhaust component. The mixer has an inlet end configured to receive engine exhaust exiting the first exhaust component and an outlet end such that swirled engine exhaust is directed to the second exhaust component. The mixer includes an upstream baffle adjacent the inlet end and a downstream baffle adjacent the downstream end, the upstream baffle having a baffle opening through which a majority of the engine exhaust flows into the mixer. A metering device sprays a reducing agent into the mixing device, the metering device being mounted on an outer peripheral surface of the mixing device upstream of the baffle opening. The metering device defines a metering device central axis oriented tangentially with respect to a point at an intersection of the metering device axis with a theoretical cylinder surrounding the central axis and defined by a variable radius.

Diese und weitere Merkmale dieser Anmeldung ergeben sich am besten aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die nachfolgend kurz beschrieben sind.

  • 1 veranschaulicht schematisch ein Beispiel einer Abgasanlage mit einer Mischeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Seitenansicht im Teilschnitt der Mischeinrichtung aus 1.
  • 3 ist eine Ansicht des Einlassendes der Mischeinrichtung aus 2.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Auslassendes der Mischeinrichtung aus 2.
  • 5 ist eine Draufsicht der Mischeinrichtung aus 2.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht der Mischeinrichtung.
  • 7 ist eine Seitenansicht der Mischeinrichtung.
  • 8 ist eine Schnittansicht der Mischeinrichtung.
  • 9 ist eine schematische Darstellung einer Reihe von Positionen der Dosiereinrichtung.
  • 10 zeigt eine Seitenansicht des stromaufwärtigen Leitblechs.
  • 11 zeigt eine Teilschnittansicht der Mischeinrichtung, die eine erste Ebene definiert.
  • 12 zeigt die Mischeinrichtung aus 12, die eine zweite Ebene definiert.
These and other features of this application are best understood from the following description and drawings, which are briefly described below.
  • 1 Figure 12 schematically illustrates an example of an exhaust system with a mixing device according to the present invention.
  • 2 Fig. 13 is a side view in partial section of the mixing device 1 .
  • 3 Figure 12 is an inlet end view of the mixer 2 .
  • 4 FIG. 14 is a perspective view of the outlet end of the mixer of FIG 2 .
  • 5 FIG. 12 is a plan view of the mixer of FIG 2 .
  • 6 Fig. 14 is a perspective view of the mixing device.
  • 7 is a side view of the mixing device.
  • 8th Fig. 12 is a sectional view of the mixing device.
  • 9 Figure 12 is a schematic representation of a number of metering device positions.
  • 10 Figure 12 shows a side view of the upstream baffle.
  • 11 Figure 12 shows a partial sectional view of the mixing device defining a first plane.
  • 12 shows the mixing device 12 , which defines a second level.

1 zeigt eine Fahrzeugabgasanlage 10, die von einem Motor 12 erzeugte heiße Abgase durch verschiedene stromaufwärtige Abgaskomponenten 14 leitet, um auf bekannte Weise die Emissionen zu reduzieren und Geräusche zu steuern. Die verschiedenen stromaufwärtigen Abgaskomponenten 14 können eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweisen: Leitungen, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Bei einem Ausführungsbeispiel leiten die stromaufwärtigen Abgaskomponenten 14 Abgase in einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 16 mit einem Einlass 18 und einem Auslass 20. Stromabwärts des DOC 16 kann ein Dieselpartikelfilter (DPF) 21 angeordnet sein, der dazu verwendet wird, Verunreinigungen in bekannter Weise aus dem Abgas zu entfernen. Stromabwärts des DOC 16 und optional des DPF 21 liegt ein Selektivkatalysator (SCR-Katalysator) 22 mit einem Einlass 24 und einem Auslass 26. Der Auslass 26 leitet Abgase zu stromabwärtigen Abgaskomponenten 28. Optional kann die Komponente 22 einen Katalysator umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine SCR-Funktion und eine Partikelfilterfunktion auszuführen. Die verschiedenen stromabwärtigen Abgaskomponenten 28 können eines oder mehrere der nachfolgenden Elemente aufweisen: Leitungen, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Diese stromaufwärtigen 14 und stromabwärtigen Komponenten 28 können in Abhängigkeit von der Fahrzeuganwendung und dem verfügbaren Montageraum in vielen unterschiedlichen Ausgestaltungen und Kombinationen angebracht werden. 1 1 shows a vehicle exhaust system 10 that directs hot exhaust gases generated by an engine 12 through various upstream exhaust components 14 to reduce emissions and control noise in a known manner. The various upstream exhaust components 14 may include one or more of the following: conduits, filters, valves, catalysts, mufflers, etc. In one embodiment, the upstream exhaust components 14 direct exhaust gases into a diesel oxidation catalyst (DOC) 16 having an inlet 18 and an outlet 20. Downstream of the DOC 16 may be a Diesel Particulate Filter (DPF) 21, which is used to remove contaminants from the exhaust gas in a known manner. Downstream of the DOC 16 and optionally the DPF 21 is a selective catalyst (SCR) catalyst 22 having an inlet 24 and an outlet 26. The outlet 26 directs exhaust gases to downstream exhaust components 28. Optionally, the component 22 may include a catalyst configured to do so to perform an SCR function and a particle filter function. The various downstream exhaust components 28 may include one or more of the following: conduits, filters, valves, catalytic converters, mufflers, etc. These upstream 14 and downstream 28 components may be mounted in many different configurations and combinations depending on the vehicle application and available mounting space .

Eine Mischeinrichtung 30 ist stromabwärts des Auslasses 20 des DOC 16 oder des DPF 21 und stromaufwärts des Einlasses 24 des SCR-Katalysators 22 angeordnet. Die Mischeinrichtung 30 wird dazu verwendet, eine Verwirbelungs- oder Drehbewegung des Abgases zu erzeugen. Es kann jegliche Art von Mischelement verwendet werden, wie etwa das Element, das in dem Dokument US 2012/ 0 216 513 A1 dargelegt ist, das der Anmelderin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.A mixing device 30 is arranged downstream of the outlet 20 of the DOC 16 or the DPF 21 and upstream of the inlet 24 of the SCR catalyst 22 . The mixing device 30 is used to create a swirling or rotating movement of the exhaust gas. Any type of mixing element can be used, such as the element set forth in document US 2012/0 216 513 A1, assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference.

Ein Einspritzsystem 32 wird dazu verwendet, ein Reduktionsmittel, wie etwa eine Lösung aus Harnstoff und Wasser, stromaufwärts des SCR-Katalysators 22 in den Abgasstrom einzuspritzen, so dass die Mischeinrichtung 30 den Harnstoff und das Abgas sorgfältig vermischen kann. Das Einspritzsystem 32 umfasst eine Fluidzuführung 34, eine Dosiereinrichtung 36 und eine Steuereinheit 38, die das Einspritzen des Harnstoffs auf bekannte Weise steuert.An injection system 32 is used to inject a reductant, such as a solution of urea and water, into the exhaust stream upstream of the SCR catalyst 22 so that the mixer 30 can thoroughly mix the urea and exhaust. The injection system 32 includes a fluid supply 34, a metering device 36 and a control unit 38 which controls the injection of the urea in a known manner.

Die Mischeinrichtung 30 ist in den 2 bis 5 ausführlicher gezeigt. Die Mischeinrichtung 30 umfasst einen Mischeinrichtungskörper mit einem Einlassende 42 (3), das dazu ausgelegt ist, die Motorabgase aufzunehmen, und mit einem Auslassende 44 (4), um eine Mischung aus verwirbeltem Motorabgas und aus Harnstoff umgewandelten Produkten zum SCR-Katalysator 22 zu leiten.The mixing device 30 is in the 2 until 5 shown in more detail. The mixer 30 includes a mixer body having an inlet end 42 ( 3 ) adapted to receive the engine exhaust and having an outlet end 44 ( 4 ) to direct a mixture of swirled engine exhaust and urea converted products to the SCR catalyst 22 .

Wie in den 3 bis 5 gezeigt, weist der Mischeinrichtungskörper ein stromaufwärtiges Leitblech 60 und ein stromabwärtiges Leitblech 62 auf, die von einer Außenumfangsfläche 64 umgeben sind. Das stromaufwärtige Leitblech ist dazu ausgelegt, eine Verwirbelung der Abgasströmung hervorzurufen. Die Mischeinrichtung weist auch eine Innenumfangsfläche 52 auf, die nach innen zu einer Mitte der Mischeinrichtung 30 gewandt ist. Das stromaufwärtige Leitblech 60 am Einlass 42 weist eine große Öffnung 66 auf (3), die den Großteil des Abgases aufnimmt (zumindest 60 % des Abgasdurchflusses aufnimmt) und die dazu ausgelegt ist, die Verwirbelungsbewegung hervorzurufen. Das stromaufwärtige Leitblech 60 weist auch mehrere Perforierungen 68 auf, die eine optimale Homogenisierung der Abgase gewährleisten und den Gegendruck verringern. Das stromabwärtige Leitblech 62 weist mehrere Öffnungen 70 und Ablenkabschnitte 72 auf, durch die das Abgas austritt. Der Hauptaustritt der Mischung erfolgt durch die größte Öffnung 70A. Weitere Einzelheiten zum Betrieb des stromaufwärtigen 60 und stromabwärtigen Leitblechs 62 sind in der US 2012/ 0 216 513 A1 zu finden.As in the 3 until 5 As shown, the mixer body includes an upstream baffle 60 and a downstream baffle 62 surrounded by an outer peripheral surface 64 . The upstream baffle is designed to induce turbulence in the flow of exhaust gas. The mixer also has an inner peripheral surface 52 that faces inward toward a center of the mixer 30 . The upstream baffle 60 at the inlet 42 has a large opening 66 ( 3 ) that captures most of the exhaust (captures at least 60% of the exhaust flow) and is designed to create the swirling motion. The upstream baffle 60 also has a plurality of perforations 68 that ensure optimal homogenization of the exhaust gases and reduce back pressure. The downstream baffle 62 has a plurality of openings 70 and baffle sections 72 through which the exhaust gas exits. The main exit of the mixture is through the largest opening 70A. Further details on the operation of the upstream 60 and downstream 62 baffles can be found in US 2012/0 216 513 A1.

Die Außenumfangsfläche 64 des Mischeinrichtungskörpers weist einen Dosiereinrichtung-Befestigungsbereich mit einer Öffnung 80 zur Aufnahme der Dosiereinrichtung 36 auf. Das stromaufwärtige und das stromabwärtige Leitblech 60, 62 sind in axialer Richtung entlang einer Länge der Mischeinrichtung 30 voneinander beabstandet. Die Öffnung 80 für die Dosiereinrichtung ist zwischen den beiden Leitblechen angeordnet, so dass der Harnstoff an einer Stelle stromaufwärts der Öffnung 66 in den verwirbelten Gasstrom gesprüht wird.The outer peripheral surface 64 of the mixer body includes a meter attachment area with an opening 80 for receiving the meter 36 therein. The upstream and downstream baffles 60, 62 are axially spaced along a length of the mixer 30 from one another. The metering device opening 80 is located between the two baffles so that the urea is sprayed into the swirling gas stream at a point upstream of the opening 66 .

Die Mischeinrichtung 30 definiert eine Mittelachse A1 (5), die sich entlang einer Länge der Mischeinrichtung 30 erstreckt. Die Dosiereinrichtung 36 definiert eine Dosiereinrichtungsmittelachse A2, die bezogen auf die Mittelachse A1 der Mischeinrichtung 30, wie in 3 gezeigt, tangential, d.h. nicht radial ausgerichtet ist. Als solche ist die Dosiereinrichtung 36 dazu ausgelegt, den Harnstoff in eine Richtung weg von einer Mitte der Mischeinrichtung 30 zu sprühen, so dass wenn er versprüht wird, der Harnstoff nicht zur Mittelachse A1, sondern zur Innenumfangswand der Mischeinrichtung 30 gerichtet wird. Die Dosiereinrichtung 36 ist somit dazu ausgelegt, das Reduktionsmittel zur Innenumfangsfläche 52 zu sprühen, so dass die Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung die Mittelachse A1 der Mischeinrichtung nicht schneidet.The mixing device 30 defines a central axis A1 ( 5 ) extending along a length of the mixing device 30. The dosing device 36 defines a dosing device center axis A2, which is related to the center axis A1 of the mixing device 30, as shown in FIG 3 shown, tangentially, ie not radially aligned. As such, the metering device 36 is configured to spray the urea in a direction away from a center of the mixer 30 such that when sprayed, the urea is not directed toward the center axis A1 but toward the inner peripheral wall of the mixer 30 . The metering device 36 is thus designed to spray the reducing agent to the inner peripheral surface 52 such that the central axis A2 of the metering device does not intersect the central axis A1 of the mixing device.

Die Dosiereinrichtung ist an der Außenumfangsfläche 64 angebracht, um den Harnstoff durch eine Öffnung (3) in der Innenumfangsfläche 52 zu sprühen. Die Dosiereinrichtung 36 ist derart ausgerichtet, dass der Strahl entlang einer Dosiereinrichtungsbahn, die die Mittelachse A1 nicht schneidet, zu einer der Öffnung 80 gegenüberliegenden Wand 82 geleitet wird. Wenn der Strahl aus der Dosiereinrichtung 36 austritt, vermischt er sich mit dem verwirbelten Strom der Abgase, so dass das Gemisch um die Mittelachse A1 wirbelt.The metering device is attached to the outer peripheral surface 64 to deliver the urea through an opening ( 3 ) in the inner peripheral surface 52 to spray. The meter 36 is oriented such that the jet is directed to a wall 82 opposite the opening 80 along a meter path that does not intersect the central axis A1. As the jet exits the metering device 36, it mixes with the swirling flow of exhaust gases so that the mixture swirls about the central axis A1.

Die Mischeinrichtung 30 hat eine Querschnittsfläche, die definiert ist durch eine senkrechte Achse V in einer senkrechten Ebene P1, die senkrecht zur Mittelachse A1 verläuft, und durch eine waagerechte Achse H in einer waagerechten Ebene P2, die sowohl zur senkrechten Ebene P1 als auch zur Mittelachse A1 senkrecht verläuft. Die senkrechte Ebene P1 erstreckt sich entlang einer Länge der Mischeinrichtung und unterteilt die Mischeinrichtung in eine rechte und eine linke Hälfte. Die Mittelachse A1 erstreckt sich entlang der waagerechten Ebene P2, die die Mischeinrichtung in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt.The mixer 30 has a cross-sectional area defined by a vertical axis V in a vertical plane P1 that is perpendicular to the central axis A1, and by a horizontal axis H in a horizontal plane P2 that is perpendicular to both the vertical plane P1 and the central axis A1 runs vertically. The vertical plane P1 extends along a length of the mixer and divides the mixer into right and left halves. The central axis A1 extends along the horizontal plane P2, which divides the mixing device into upper and lower halves.

Die waagerechte Achse H und die senkrechte Achse V unterteilen die Querschnittsfläche in vier Quadranten Q1, Q2, Q3 und Q4. Der erste Quadrant Q1 und der zweite Quadrant Q2 umfassen obere Quadranten für eine obere Hälfte der Querschnittsfläche, und der dritte Quadrant Q3 und der vierte Quadrant Q4 umfassen untere Quadranten für eine untere Hälfte der Querschnittsfläche. Bei einem Beispiel erstreckt sich die Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung lediglich über die oberen Quadranten Q1, Q2. Dadurch wird ein effektiveres Einleiten des Harnstoffs in die verwirbelten Motorabgase vereinfacht.The horizontal axis H and the vertical axis V divide the cross-sectional area into four quadrants Q1, Q2, Q3 and Q4. The first quadrant Q1 and the second quadrant Q2 include upper quadrants for an upper half of the cross-sectional area, and the third quadrant Q3 and fourth quadrant Q4 include lower quadrants for a lower half of the cross-sectional area. In one example, the central axis A2 of the metering device only extends across the upper quadrants Q1, Q2. This facilitates more effective introduction of the urea into the swirling engine exhaust.

Bei einem Beispiel ist die Dosiereinrichtung 36 angrenzend und stromaufwärts der großen Öffnung 66 angeordnet. Die große Öffnung 66 liegt beispielsweise in einem der oberen Quadranten Q1, Q2. Die große Öffnung 66 wird durch einen Innenumfangsrand 90 und einen radial nach außen von dem Innenumfangsrand 90 beabstandeten Außenumfangsrand 92 definiert. Bei einem Beispiel erstreckt sich die Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung in eine Richtung, die zu einer zur Außenumfangsfläche 64 tangentialen Linie insgesamt parallel verläuft.In one example, metering device 36 is located adjacent and upstream of large opening 66 . The large opening 66 is, for example, in one of the upper quadrants Q1, Q2. The large opening 66 is defined by an inner peripheral edge 90 and an outer peripheral edge 92 spaced radially outward from the inner peripheral edge 90 . In one example, the central axis A2 of the metering device extends in a direction generally parallel to a line tangent to the outer peripheral surface 64 .

Bei einem Beispiel liegt die Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung näher am Außenumfangsrand 92 als am Innenumfangsrand 90.In one example, the central axis A2 of the metering device is closer to the outer peripheral edge 92 than to the inner peripheral edge 90.

6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Mischeinrichtung 30 von dem Einlassende 42 aus gesehen. Die große Öffnung 66 wird durch eine maximale Öffnungsweite W (9) und eine maximale Öffnungshöhe Ho (8) definiert. Die Öffnung 66 hat den Punkt C. Ein Radius R1 ist vom Innenradius R2 zum Außenradius R3 überall variabel, um eine Reihe von theoretischen Zylindern zu definieren, die die Achse A1 umgeben. Wie in 9 gezeigt, hat die maximale Öffnungsweite W einen innersten Umfangsrand bei Ri und einen äußersten Umfangsrand bei Re. Die Weite ist W = Re - Ri. 6 12 shows a perspective view of the mixing device 30 as viewed from the inlet end 42. FIG. The large opening 66 is defined by a maximum opening width W ( 9 ) and a maximum opening height Ho ( 8th ) Are defined. Aperture 66 has point C. A radius R1 is variable throughout from inner radius R2 to outer radius R3 to define a series of theoretical cylinders surrounding axis A1. As in 9 As shown, the maximum opening width W has an innermost peripheral edge at Ri and an outermost peripheral edge at Re. The width is W = Re - Ri.

Wie in 9 gezeigt, definiert eine tangentiale Linie 100 zu einem durch R1 am Punkt C definierten Zylinder eine mögliche Position 102 der Dosiereinrichtung, wobei die Linie 100 kollinear zur Achse A2 der Dosiereinrichtung verläuft. Dieser Zylinderradius R1 kann in Bezug auf die Öffnungsweite W wie folgt verändert werden: R2 = R1 - 1/3 W (kleinerer Zylinder) zu R3 = R1 + 1/3 W (größerer Zylinder). Wie oben beschrieben, definiert R1 einen theoretischen Zylinder B ( 10), der die Achse A1 umgibt. Eine Schnittstelle dieses Zylinders B und einer Randfläche des stromaufwärtigen Leitblechs definiert einen Punkt Po (10). As in 9 As shown, a tangent line 100 to a cylinder defined by R1 at point C defines a possible doser position 102, the line 100 being collinear with doser axis A2. This cylinder radius R1 can be changed in relation to the opening width W as follows: R2 = R1 - 1/3 W (smaller cylinder) to R3 = R1 + 1/3 W (larger cylinder). As described above, R1 defines a theoretical cylinder B ( 10 ) surrounding axis A1. An intersection of this cylinder B and an edge surface of the upstream baffle defines a point Po ( 10 ).

Dieser Punkt Po definiert eine Ebene P4 (11), die parallel zur Achse A1 und tangential zum Zylinder B verläuft. Eine Ebene P5 ist als senkrecht zu A1 ( 12) und als durch den Mittelpunkt von Ho verlaufend definiert. Der Schnittstelle zwischen dieser Ebene P5 und 92 definiert einen Punkt Pa. Die Linie, die an der Achse A1 beginnt und durch den Punkt Pa auf der Ebene P5 verläuft, die wie in 12 gezeigt definiert ist, wird als Linie L bezeichnet. Die Schnittstelle des durch den Radius R1 und die Linie L definierten Zylinders B definiert den Punkt C.This point Po defines a plane P 4 ( 11 ) parallel to axis A1 and tangential to cylinder B. A plane P 5 is defined as perpendicular to A1 ( 12 ) and defined as passing through the center of Ho. The intersection between this plane P 5 and 92 defines a point Pa. The line starting from the axis A1 and passing through the point Pa on the plane P 5 , which is as in 12 is defined as line L. The intersection of the cylinder B defined by the radius R1 and the line L defines the point C.

Somit ist die Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung bezogen auf einen Punkt C tangential ausgerichtet, der durch die Schnittstelle der Linie L und des Zylinders, der A1 umgibt und dessen Radius R1 von R2 nach R3 variieren kann, definiert ist. Als solcher kann der Punkt C entlang der Linie L zwischen den radialen Rändern R2 und R3 gleiten, d.h. entlang dieser Linie verändert werden. Die Achse A2 der Dosiereinrichtung ist zum Punkt C tangierend.Thus, the central axis A2 of the metering device is oriented tangentially with respect to a point C defined by the intersection of the line L and the cylinder which surrounds A1 and whose radius R1 can vary from R2 to R3. As such, the point C can slide along the line L between the radial edges R2 and R3, i.e. be changed along this line. The axis A2 of the metering device is tangent to the point C.

Bei einem Beispiel beträgt die Toleranz bei der Position der Dosiereinrichtung ausgehend von ihrer Mittelachse bis zu 30 Grad. 8 zeigt einen Winkelbereich β zwischen 0 und 30 Grad in einer Ebene, und 9 zeigt einen Winkelbereich α zwischen 0 und 30 Grad in einer weiteren Ebene.In one example, the tolerance on the position of the metering device is up to 30 degrees from its central axis. 8th shows an angular range β between 0 and 30 degrees in a plane, and 9 shows an angular range α between 0 and 30 degrees in another plane.

Die Ausrichtung der Dosiereinrichtung 36 und der Mittelachse A2 der Dosiereinrichtung umfasst eine tangentiale Ausgestaltung, die im Vergleich zu einer herkömmlichen radialen Befestigungsausgestaltung Vorteile bietet. Die vorliegende tangentiale Dosierungseinrichtungsanordnung leitet den Strahl wirksamer in die verwirbelten Motorabgase, um eine sorgfältigere Vermischung aus Abgas und Harnstoff bereitzustellen, die in den SCR-Katalysator eingeleitet werden kann. Die tangentiale Ausrichtung verringert ferner die Bildung von Harnstoffablagerungen.The orientation of the metering device 36 and the central axis A2 of the metering device includes a tangential configuration that offers advantages over a conventional radial mounting configuration. The present tangential doser arrangement directs the spray more efficiently into the swirling engine exhaust to provide a more thorough mixture of exhaust and urea that can be introduced into the SCR catalyst. The tangential orientation also reduces the formation of urea deposits.

Es ist zwar eine Ausführungsform dieser Erfindung offenbart worden, doch ein Durchschnittsfacharbeiter auf diesem Gebiet wird erkennen, dass bestimmte Änderungen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche zur Bestimmung des tatsächlichen Umfangs und Inhalts der vorliegenden Erfindung untersucht werden.While an embodiment of this invention has been disclosed, one of ordinary skill in the art would recognize that certain modifications would come within the scope of the present invention. For that reason the following claims should be studied to determine the true scope and content of the present invention.

Claims (11)

Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung für ein Fahrzeugabgassystem mit einer ersten Abgaskomponente (14) mit einem Einlass zur Aufnahme von Motorabgasen, einer zweiten Abgaskomponente (28), die stromabwärts der ersten Abgaskomponente angeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung (30) so konfiguriert ist, dass sie stromabwärts der ersten Abgaskomponente (14) und stromaufwärts der zweiten Abgaskomponente angeordnet ist, wobei die Mischeinrichtung (30) eine Mittelachse (A1) definiert, die sich entlang einer Länge davon erstreckt, und einen Mischeinrichtungskörper umfasst, der ein stromaufwärts gelegenes Leitblech (60) umfasst, das von einer Außenumfangsfläche (64) umgeben ist, und wobei die Dosiereinrichtung (36) an einer Öffnung (80) der Außenumfangsfläche (64) aufgenommen ist und eine Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) definiert, die nicht radial in Bezug auf die Mittelachse (A1) der Mischeinrichtung (30) ausgerichtet ist, wobei das stromaufwärtige Leitblech (60) so konfiguriert ist, dass es eine Verwirbelung des Abgasstroms hervorruft, und mehrere Öffnungen hat, von denen eine größer ist als die übrigen, die den Großteil des Abgases aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischeinrichtungskörper ferner ein stromabwärts gelegenes Leitblech (62) umfasst, das von der Außenumfangsfläche (64) umgeben ist und von dem stromaufwärts gelegenen Leitblech in axialer Richtung entlang einer Länge der Mischeinrichtung (30) beabstandet ist, wobei die Öffnung (80), die die Dosiereinrichtung (36) aufnimmt, zwischen dem stromaufwärts gelegenen Leitblech (60) und dem stromabwärts gelegenen Leitblech (62) angeordnet ist, wobei das stromabwärts gelegene Leitblech (62) mehrere Öffnungen (70) und Ablenkabschnitte (72) aufweist, wobei die größte Öffnung (70A) größer ist als alle anderen Öffnungen, und dass die Dosiereinrichtung (36) neben der größten Öffnung (66) des stromaufwärtigen Leitblechs (60) so angeordnet ist, dass sich ein aus der Dosiereinrichtung (36) austretender Strahl mit dem verwirbelten Strom der Abgase vermischt, so dass das Gemisch um die genannte Mittelachse (A1) wirbelt.A metering device and mixing device for a vehicle exhaust system having a first exhaust component (14) with an inlet for receiving engine exhaust gases, a second exhaust component (28) disposed downstream of the first exhaust component, the mixing device (30) being configured to be downstream of the first exhaust component (14) and upstream of the second exhaust component, the mixer (30) defining a central axis (A1) extending along a length thereof and comprising a mixer body comprising an upstream baffle (60) that surrounded by an outer peripheral surface (64), and wherein the metering device (36) is received at an opening (80) of the outer peripheral surface (64) and defines a metering device central axis (A2) that is non-radial with respect to the central axis (A1) of the mixing device (30), the upstream baffle (60) being configured to induce turbulence in the flow of exhaust gas and having a plurality of openings, one larger than the others, which receives the bulk of the exhaust gas, characterized in that the mixer body further comprises a downstream baffle (62) surrounded by the outer peripheral surface (64) and spaced from the upstream baffle in an axial direction along a length of the mixer (30), the opening (80) containing the metering device (36) is disposed between the upstream baffle (60) and the downstream baffle (62), the downstream baffle (62) having a plurality of apertures (70) and baffle portions (72), the largest aperture ( 70A) is larger than all other openings, and that the metering device (36) is arranged next to the largest opening (66) of the upstream baffle (60) so that a jet emerging from the metering device (36) merges with the swirling flow of the exhaust gases mixed so that the mixture swirls about said central axis (A1). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dosiereinrichtung (36) so konfiguriert ist, dass sie das Reduktionsmittel in eine Richtung weg von der Mitte des Mischers (30) sprüht.dosing device and mixing device claim 1 wherein the metering device (36) is configured to spray the reducing agent in a direction away from the center of the mixer (30). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mischeinrichtung eine Außenumfangsfläche und eine Innenumfangsfläche aufweist und wobei die Dosiereinrichtung (36) so konfiguriert ist, dass sie das Reduktionsmittel in Richtung zur Innenumfangsfläche sprüht.dosing device and mixing device claim 2 wherein the mixing device has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface, and wherein the metering device (36) is configured to spray the reducing agent toward the inner peripheral surface. Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) in einer Richtung erstreckt, die insgesamt parallel zu einer zu einer Außenumfangsfläche (64) der Mischeinrichtung (30) tangentialen Linie verläuft.The metering device and mixing device according to any one of the preceding claims, wherein the metering device central axis (A2) extends in a direction generally parallel to a line tangent to an outer peripheral surface (64) of the mixing device (30). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stromaufwärtige Leitblech mehrere Öffnungen aufweist, wobei eine Öffnung (66) größer ist als die übrigen Öffnungen (68) und die größere Öffnung (66) im stromaufwärtigen Leitblech (60) durch einen Innenumfangsrand (90) und einen Außenumfangsrand (92) definiert ist, der radial nach außen vom Innenumfangsrand (90) beabstandet ist, und wobei die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) näher am Außenumfangsrand (92) liegt als am Innenumfangsrand (90).A metering and mixing device as claimed in any preceding claim, wherein the upstream baffle has a plurality of openings, one opening (66) being larger than the remaining openings (68) and the larger opening (66) in the upstream baffle (60) defined by an inner peripheral edge (90 ) and an outer peripheral edge (92) spaced radially outwardly from the inner peripheral edge (90), and wherein the meter center axis (A2) is closer to the outer peripheral edge (92) than to the inner peripheral edge (90). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die größere Öffnung (66) im stromaufwärtigen Leitblech (60) eine maximale Öffnungsweite (W) aufweist, die durch einen inneren Umfangsrand (90) und einen äußeren Umfangsrand (92) definiert ist, wobei die maximale Öffnungsweite (W) durch eine Differenz eines innersten Radius (Ri) und eines äußersten Radius (Re) bestimmt ist, die jeweils bezüglich der Mittelachse (A1) definiert sind, und wobei die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) näher am Außenumfangsrand (92) liegt als am Innenumfangsrand (90).The metering and mixing device of any preceding claim, wherein the larger opening (66) in the upstream baffle (60) has a maximum opening width (W) defined by an inner peripheral edge (90) and an outer peripheral edge (92), the maximum opening width (W) is determined by a difference of an innermost radius (Ri) and an outermost radius (Re), each defined with respect to the central axis (A1), and wherein the dosing device central axis (A2) is closer to the outer peripheral edge (92) than at the inner peripheral edge (90). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Ansicht in Richtung der Mittelachse (A1) der Mischeinrichtung (30) gesehen die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) die größere Öffnung (66) im stromaufwärtigen Leitblech (60) schneidet.The metering and mixing device of any preceding claim, wherein in a view looking down the central axis (A1) of the mixing device (30), the metering device central axis (A2) intersects the larger opening (66) in the upstream baffle (60). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Ansicht in Richtung der Mittelachse (A1) der Mischeinrichtung gesehen die größte Öffnung (66) im stromaufwärtigen Leitblech (60) eine in radialer Richtung zur Mittelachse (A1) der Mischereinrichtung größte Weite (W) hat und die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) senkrecht zur radialen Linie, an der die größte Weite (W) definiert ist, verläuft.Dosing device and mixing device according to one of the preceding claims, wherein in a view in the direction of the central axis (A1) of the mixing device, the largest opening (66) in the upstream baffle (60) has a maximum width (W ) and the doser center axis (A2) is perpendicular to the radial line where the greatest width (W) is defined. Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach Anspruch 8, wobei in einer Ansicht in Richtung der Mittelachse (A1) der Mischeinrichtung gesehen die Dosiereinrichtungsmittelachse (A2) durch die radiale Mitte der die größte Weite (W) definierenden Strecke oder in einem Bereich der radialen Mitte verläuft, der sich maximal 1/3 der größten Weite von der radialen Mitte radial nach innen und nach außen erstreckt.dosing device and mixing device claim 8 , wherein seen in a view in the direction of the central axis (A1) of the mixing device, the dosing device central axis (A2) runs through the radial center of the section defining the greatest width (W) or in a region of the radial center which is at most 1/3 of the greatest Width extending radially inward and outward from the radial center. Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stromabwärtige Leitblech (62) Ablenkabschnitte (72) aufweist.Metering and mixing apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the downstream baffle (62) has baffles (72). Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die größte Öffnung (66) im stromaufwärtigen Leitblech (60) zumindest 60 % des gesamten Abgasdurchflusses aufnimmt.A metering and mixing device as claimed in any preceding claim, wherein the largest opening (66) in the upstream baffle (60) accommodates at least 60% of the total exhaust gas flow.
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