用于混合添加剂与气体流的装置及排气系统和车辆的制作方法

1.本发明涉及一种用于将添加剂与气体流混合的装置，尤其涉及用于具有内燃机的车辆的排气系统的装置。


背景技术：

2.诸如选择性催化还原（selective catalytic reduction，scr）系统等的废气后处理系统可以用于还原具有内燃机的机动车辆的废气中的氮氧化物。此时scr是指一种化学反应，即选择性催化还原法，它优选还原比如一氧化氮和二氧化氮等氮氧化物，即将其转化为无害物质。在化学反应中，氨或尿素溶液（车用尿素adblue）必须作为添加剂混合到废气中，通过热分解从所述氨或尿素溶液产生氨，然后将提供添加剂的废气送入催化转化器，在其中进行催化还原。
3.scr系统（特别是商用车辆行业的scr系统）领域的挑战之一是，如何在不同的废气质量流量和不同的废气温度下实现无沉积蒸发以及适当的车用尿素计量量与废气的良好混合。
4.蒸发的性质主要取决于可用于蒸发添加剂的热表面，即所谓的蒸发器表面。为了蒸发良好，首选是采用大的表面，但这需要大体积的安装空间。此外，对于这样的大面积设计，使用分离的喷雾锥很难确保均匀润湿车用尿素。
5.在已知的解决方案中，其例如尝试将尿素溶液和废气沿废气流动方向通过喷雾漂移的方式喷到设置在排气系统中的管道的圆柱形夹套表面上。然而，在废气质量流量较小的情况下，这可能导致注入管道的尿素溶液会在管道内无阻碍地向排气方向喷射通过管道，因此不会被快速蒸发和进行混合，从而不能完全用于与废气发生化学反应。
6.在许多情况下，蒸发的车用尿素与废气的混合也不能令人满意。然而，尽可能均匀的混合物是最佳废气后处理的重要先决条件。
7.除了废气技术之外，在其他领域也需要添加剂与气体流的有效混合。


技术实现要素：

8.本发明的目的之一是提供一种在这方面改进了性能的装置。特别地，废气后处理的添加剂，例如尿素溶液，应能够应用于尽可能大的蒸发器表面，即使在废气流量很小的情况下，也应能够实现高蒸发量和尽可能均匀的混合。
9.这些目的可通过具有以下特征的装置得以实现。
10.根据本发明的第一方面，提供了一种用于混合添加剂和气体流的装置，其特别地用于具有内燃机的车辆的排气系统，该装置包括混合室和计量器件。混合室可以让气体流的至少一部分流过，并且混合室具有至少一个入口开口，气体流的主入口流在装置运行时通过该至少一个入口开口流入混合室。此外，混合室包括至少一个计量开口和至少一个出口开口。通过计量器件，添加剂的添加剂流，其特别地作为细液滴流，能够通过计量开口被引入混合室。入口开口和计量开口被布置和形成为使得主入口流和添加剂流以大致相反的
方向流入混合室中，从而主入口流和添加剂流相互碰撞。装置因此被设计成使得两种材料流——打个比方——在冲击流中相遇。
11.由于主入口流和添加剂流的撞击，二者相互混合，使得气态的主入口流和液态的添加剂流一起形成混合物。在这方面，主入口流和添加剂流的撞击并不一定意味着二者之一偏离了其流动方向，特别是如果液态的添加剂流与气态的主入口流的比例非常小，例如1:500。主入口流与添加剂流的直接撞击会导致添加剂流裂解、扩散或分裂，从而使添加剂流分布在混合室的内部。特别地，通过入口开口流入混合室的主入口流的相对高的流入速度有利于添加剂流在混合室中的有利分布。在这方面，添加剂流在混合室中的分布会导致添加剂流撞击热蒸发器表面，这会使添加剂的蒸发更有效，特别是如果尽可能垂直地流动在这些表面上。添加剂流或部分添加剂流可以或不可以撞击蒸发器表面的不同位置，这取决于主入口流的质量流的特性（例如取决于主入口流流入混合室的流入速度），例如，在相对高的流入速度下撞击位置更可能在计量开口附近的上壁段，而在相对低的流入速度下撞击位置则更可能在入口开口附近的下壁段。此外，由于入口开口和计量开口的布置和设计以及相应地使添加剂流和主入口流以相反方向引入到混合室，即使主入口流流量较小，例如在内燃机负荷较小的情况下，也可以实现与添加剂流的良好混合，因为只有撞击流结构移位而装置的基本功能不受影响。由于主入口流直接撞击添加剂流，可以进一步增加被撞击后分布在混合室中的添加剂流的停留时间，从而能更好地蒸发添加剂。
12.可以规定根据气体流或主入口流的至少一种特性来进行添加剂的计量。一种特性可以是例如单位时间内的质量流量。使计量适应相应的当前气体流或主入口流尤其可以防止气体流与添加剂的过饱和和/或确保适当形成撞击流，以确保气体与添加剂流的混合发生在混合室的适当区域中。例如，可以因此防止添加剂进入入口开口的区域，或者甚至在主入口流相对微弱时通过该区域。相反，当主入口流较强时，可以增大添加剂流。
13.内燃机可以配置为燃烧发动机，特别是柴油发动机。在内燃机运行期间，产生的废气作为气体流通过连接到内燃机的排气系统被输送到外部。该排气系统可以包括本文描述的装置。
14.添加剂可以是液态还原剂（例如尿素溶液），其通过废气蒸发并通过热分解或水解来提供废气净化所需的氨。液态还原剂可以储存在罐中，并可通过供料管线输送到计量器件。
15.计量器件可以构造成使添加剂雾化，例如借助喷射喷嘴来雾化，即将添加剂分离成小液滴，并以喷雾锥的形式将这些小液滴引入装置的混合室中。
16.混合室可以构造成基本上封闭的空间，例如由金属片包围的腔室。在混合室的内部，流体可以混合，或者流入的气体可以与注入的液体（例如尿素）结合。至少一部分气体流（例如一部分废气）可以通过入口开口流入混合室。通过计量开口可以把添加剂（例如尿素溶液）引入特别是注入混合室内。为了在装置运行时把所产生的混合物排出或流出到混合室中，混合室可以包括至少一个出口开口。该出口开口可以连接到车辆的排气系统。
17.本发明的其他实施例会在以下及从属权利要求和附图中予以阐述。
18.在一些实施例中，入口开口和计量开口设置在混合室的彼此相对设置的壁段上。彼此相对设置的壁段可以限定混合室，并可以例如由金属板形成。由于入口开口和计量开口的这种空间布置，因此能以简单的方式产生混合室内的主入口流和添加剂流的撞击，即
撞击流。
19.入口开口可以设计为大致圆形或矩形；但也可以将入口开口设计为其他形状，例如椭圆形或者多边形。
20.主入口流的中心轴线和添加剂流的中心轴线基本上可以同轴地布置。主入口流的中心轴线可以从入口开口开始沿计量开口的方向延伸，而添加剂流的中心轴线可以从计量开口开始沿主入口开口的方向延伸。主入口流的中心轴线和添加剂流的中心轴线可以基本上同轴或者可以彼此偏移并平行地延伸。因此，主入口流和添加剂流的流动方向也可以基本上同轴对齐。由于添加剂流可以以喷雾锥的形式在与主入口流相反的方向上引入混合室中，因此主入口流和部分添加剂流也可以以小于180
°
的角度在混合室内相接触。
21.在另一个实施例中，添加剂流的一个中心轴线可以位于主入口流的中心平面中。特别地，主入口流的中心平面相对于入口开口大致居中地布置。
22.在一些实施例中，混合室的至少一个出口开口可以设置在一壁段上，其中，从主入口流的中心轴线的方向或添加剂流的中心轴线的方向上看，该壁段设置在计量开口和入口开口之间，例如设置在混合室的侧壁上。出口开口可以基本上是圆形的、椭圆形的或多边形的，并且其尺寸可以使得例如确保添加剂在混合室中的某一平均停留时间。设置在计量开口和入口开口之间的壁段可以由金属片形成，并且可以（例如整体）连接到混合室的彼此相对设置的壁段。
23.混合室的出口开口可以形成装置的气体出口，使得气体流能够从混合室通过出口开口流出装置。在一示例中，装置没有另外的出口开口，使得流入装置的气体只能通过一个出口开口流出。从混合室经由装置的出口开口流动的气体流可以具有基本上垂直于主入口流的中心轴线或添加剂流的中心轴线的流动方向。
24.在一些实施例中，混合室在平行于主入口流的中心轴线和/或添加剂流的中心轴线的平面中可以是圆形、环形或矩形的。混合室在垂直于主入口流和添加剂流的中心轴线的平面中的截面也可以根据要求来选择。在装置为大致球形的实施例中，混合室在这个平面中的截面可以是大致圆形的；在大致为圆柱形的实施例中，混合室在该平面中的截面可以是大致矩形的。在其他实施例中，混合室也可能有其他形状的截面，例如椭圆形的截面。
25.在一些实施例中，混合室的具有入口开口的至少一个壁段可以设计成至少部分弯曲；特别地，与入口开口相邻的至少一个壁段可以设计成u形。u形壁段可以具有不对称的腿，这些腿也不能彼此平行地延伸。此外，u形壁段的两个腿可以具有不同的长度。在与入口开口相邻的壁段的u形设计中，可以形成伸入混合体内部的凹部，以支撑入口开口。该凹部可以有助于更好地旋涡或者有助于混合室中的气体混合物更好地旋涡。
26.设置在入口出口和计量出口之间的（侧）壁段可以至少部分弯曲的（例如“凸出的”），特别是从设置在与主入口流和/或添加剂流或包括它们的中心轴线平行的平面看是弯曲的。在一示例中，混合室具有环形、“球形”或圆柱形的基本形状。由于这种设计，混合室的内部可以提供尽可能大的气体-添加剂混合物能够撞击的区域。尽可能大的区域有利于更好地蒸发气体-添加剂混合物。此外，侧壁段可以帮助在混合室中的气体混合物的流动模式中形成旋涡。
27.在一些实施例中，混合室可以具有至少一个第二开口；在装置运行时，气体流的第二入口流通过该第二开口流入混合室中。该第二开口可以设置在混合室的区域中的壁段上
或者设置在邻近混合室的入口开口的壁段上或者设置在混合室的侧壁段上。由于存在第二开口，除了入口开口外，气体流的一部分可以流入混合室中。第二入口流可以抵消混合室内压降的降低。
28.至少一个第二开口可以与至少一个导流段相关联，特别地，其为平展的和/或弯曲的壁段，该导流段可被设计和布置成使得第二入口流在进入混合室时被转向。第二开口的至少一个导流段可以由混合室的壁段形成。例如，可以将壁段的一部分冲压出来，使其可以向内弯曲，即进入混合室，以使气体流以适当的形式被偏转转向而通过第二开口流入混合室。这可以进一步有助于在混合室内部形成旋涡，并且可以加速废气与添加剂的混合。混合室上可以设置多个第二开口，每个第二开口具有至少一个导流段。
29.在一些实施例中，计量器件可以与具有至少一个冲洗孔的筛选器件相关联，气体流的一部分可以作为冲洗流穿过至少一个冲洗孔进入计量器件的计量区域；特别地，冲洗孔与导流单元相关联，该导流单元例如实现或至少有助于形成冲洗流的旋涡。如上所述，计量器件可以包括喷射喷嘴。筛选器件可以保护喷射喷嘴不受直接流入的影响，并能够同时确保通过冲洗孔的流入装置的至少一部分气体流流经冲洗孔流入筛选器件，并因此流入计量器件，从而清晰喷射喷嘴或防止在喷射喷嘴处形成沉积物。
30.在一些实施例中，混合室可以至少部分地被壳体包围，该壳体具有用于气体流的气体入口，其中该混合室的内部至少经由入口开口与壳体的内部连通。壳体可以完全地或仅部分地包围混合室。混合室可以设置在壳体中，使得流过气体入口进入壳体的气体流不能直接流入混合室。换言之，混合室的入口开口和计量开口可以相对于壳体设置成使得主入口流和添加剂流的流动方向不同于流入壳体的气体流的流动方向。例如，混合室的出口开口和气体入口使气体能够轴向地流出和流入装置。在一些实施例中，出口开口也可以设置为与气体开口成一角度，例如成90
°
。
31.在一些实施例中，混合室的出口开口可以与通道连通，从混合室流出的气体流通过该通道从壳体排出。为此目的，混合室的侧壁段中可以设置多个开口，通过这些开口可以将气体流从混合室引导到通道中。
32.在这样的实施例中，通道可以在计量开口和入口开口之间的区域的外侧沿周向至少部分地（特别是完全地）包围混合室。该实施例实现了用于相应应用的出口开口的优化设置，即出口开口可以设置在通道上的任何所需位置处。因此，可以考虑与安装空间相关的边际条件，并且可以灵活地调整装置。
33.可以想到的是，计量器件由壳体支撑，并设置成与入口开口间隔开。计量器件可以通过保持件固定到装置的壳体上。保持件能够以气密的方式密封壳体，使得气体流不能通过保持件流出壳体。
34.在一些实施例中，混合室和壳体之间可以至少部分地形成间隙，并且在运行期间，通过气体入口进入壳体的至少一部分气体流流过该间隙，从而使混合室至少从外部分段加热。如此可以改善撞击壁段的添加剂液滴的蒸发，这对于连接到包含根据本发明的装置的排气系统的内燃机的冷启动特别有利。如果该装置（如以上通过示例描述的那样）具有连接到混合室的至少一个出口开口的通道，则该通道可以设置在混合室和壳体之间的间隙中。这使得流入壳体的气体流在通道周围流动，从而从外部加热通道。该通道也可以由流出混合室的气体流从内部进行加热。因此，在混合室内部可能未完全的气体-添加剂混合物的任
何蒸发也可以在通道内或通道的壁面上发生，然后混合物通过出口开口排出。
35.在一些实施例中，至少一个导气部件可以设置在间隙中或设置在间隙上游的流动方向上，以便影响间隙中和/或进入间隙中的气体流。导气部件可以具有开口，气体流可以通过这些开口流入间隙。然而，也有可能导气部件在某些位置没有开口，从而间隙在这些区域中会被阻塞。这些开口可以被设计成使得通过开口流入间隙的气体流会减慢速度、分离和/或转向。例如，流入间隙的一部分气体流可以作为主入口流在混合室的入口开口的方向上被导气部件转向，而另一部分气体流则是在混合室的计量开口的方向上被转向。由于混合室的入口开口的空间布置和/或由于导气部件的适当设计，如果需要，可以防止直接流到入口开口上。
36.计量开口可以被设置和设计成使得壳体中的一部分气体流作为回流和添加剂流一起穿过计量开口流入混合室中。在计量器件的方向上被导气部件转向并流入壳体或间隙中的一部分气体流可形成回流。气体回流可以辅助添加剂流流入混合室，并可与主入口流一起产生停滞流。由于主入口流与回流的冲击，这些流（以及至少一部分添加剂流）被偏转，使得在撞击后主入口流的流动方向和回流的流动方向在径向上被向外推动，理想地基本上垂直于流入混合室的气体流的流动方向。一方面，主入口流与回流和添加剂流的直接碰撞可以使主入口流与添加剂流和回流发生旋涡，由此实现两种气体流（主入口流和回流）与液态添加剂流更好地混合。另一方面，被向外推动的流会撞击热的蒸发器表面，使得添加剂的蒸发更加有效，特别是在此情况下如果这些区域上有尽可能垂直的流动。
37.在一些实施例中，可以提供导流器件，用于在回流进入计量开口之前影响回流。导流器件可以例如构造成有孔的金属片和/或包括引导面。由于导流器件的设计，相比气体流的流入混合室并形成主入口流的部分，可以确定气体流的流入混合室并形成回流的部分。导流器件能够使流过导流器件的气体流形成旋涡。
38.导流器件可以包括分离部件和/或它可以由至少一个部件形成，如果是后者，该至少一个部件形成在筛选器件上和/或在混合室上，特别地，该至少一个部件呈套环的形式形成在筛选器件（如果提供）上和/或在混合室上。导流器件可以限定计量器件所处的空间。
39.优选地，装置被设计成使得在运行期间气体流的主入口流部分大于回流的部分和/或回流的部分大于气体冲洗流的部分，其中主入口流占气体流的70%~30%，优选60%~40%，特别是55%~45%，和/或回流占气体流的60%~30%，优选50%~35%，特别是45%~40%，和/或冲洗流占气体流的20%~1%，优选15%~5%，特别是12%~8%。气体流的分流已被证明是有利的，其中流入壳体的气体流的很大一部分（即超过50%）作为主入口流流入混合室。多种因素和设计措施可有助于将流入壳体的气体流划分为不同部分的流，特别是主入口流、回流和冲洗流。例如，导流部件或导流器件的孔或导流元件或导流面的尺寸和布置能影响流入的气体流的分布以及由装置产生的背压。这同样尤其适用于间隙的尺寸和混合室的几何设计。类似地，该划分可以取决于流入装置的壳体的气体流的流速或气压。当在排气系统中使用该装置时，气压可以作用于相应内燃机的负荷状态。
40.通常，可能存在的第二入口流也应小于主入口流。但是，第二入口流可以大于、等于或小于气体流的回流部分。
41.在一些实施例中，装置还可以包括至少一个另外的计量器件，通过该另外的计量器件，添加剂的另外的添加剂流可以通过混合室的计量开口或者通过混合室的另外的计量
开口被引入混合室。入口开口和计量开口或另外的计量开口可以被设置和形成为使得主入口流和至少一个添加剂流以大致相反的方向流入混合室，从而主入口流和添加剂流相互碰撞。
42.本发明还涉及一种排气系统，其具有根据前述至少一个实施例的装置。
43.本发明还涉及一种车辆，其连接到根据前述的排气系统的内燃机。
附图说明
44.下面将参照实施例和附图仅以示例的方式描述本发明。附图包括：图1a是根据本发明的装置的一实施例的示意图；图1b是根据本发明的装置的另一实施例的示意图；图2是根据本发明的装置的圆柱形实施例的入口侧的透视图；图3是图2的实施例的出口侧的透视图；图4a是图2的实施例的截面图；图4b是图2的实施例在主入口流的流入速度相对高的情况下添加剂流的分布的示意图；图4c是图2的实施例在主入口流的流入速度相对低的情况下添加剂流的分布的示意图；图5是图2的实施例不含壳体的透视图；图6和图7是图2的实施例的不同截面；图8和图9是图2的实施例被稍微修改后的不同截面；图10是根据本发明的装置的球形实施例的入口侧的透视图；图11是图10的球形实施例的侧视截面图；图12是图10的球形实施例在具有可替换的出口管道设置的情况下的平面图。
具体实施方式
45.图1a示出了用于将添加剂和气体流（例如废气流）进行混合的装置100的示意图。该装置可以集成到废气净化装置中，或者连接在该装置的上游以通过scr方法等来净化内燃机的废气。
46.装置100包括混合室102和计量器件104。混合室102可以由至少一部分气体流流过，该混合室102具有入口开口108、计量开口112和出口开口114（图1a中未示出，请例如见图3）。在装置100运行时，气体流的主入口流106通过入口开口108流入混合室102。在装置100运行时，借助计量器件104，添加剂的添加剂流110通过计量开口112被引入混合室102。计量器件104可以附接到混合室102。
47.入口开口108和计量开口112的设置和形成使得主入口流106和添加剂流110以大致相反的方向流入混合室102，从而主入口流106和添加剂流110在混合室中相互撞击。在这方面，术语“大致”、“基本上”应理解为，主入口流106和添加剂流110的流动方向确实是相反方向，但不必彼此严格平行或同轴对齐，即对应于各个流之间的角度为180
°
。添加剂流110的中心轴线b与主入口流106的中心轴线a的偏差可达+45
°
和-45
°
之间（对应于两中心轴线a、b之间的角度为215
°
或135
°
），特别地在+20
°
和-20
°
之间，优选在+10
°
和-10
°
之间，特别优
选在+5
°
和-5
°
之间。由于主入口流106和添加剂流110的流动方向相反，这两种流在混合室102中相互碰撞。通过控制/调节计量器件104，可以使流110适应于流106，以确保它们在混合室102内部的适当区域中发生碰撞。
48.混合室102具有彼此相对设置的第一侧116和第二侧120。第一侧116包括第一壁段118，混合室102的入口开口108布置在该第一壁段处。第二侧120包括第二壁段122，混合室102的计量开口112设置在该第二壁段122处。特别地，第一壁段118或第二壁段122的边缘区域中可以设置有弯曲部分。混合室102还具有至少一个连接第一壁段118和第二壁段122的侧壁段124，该侧壁段设置在混合室102的第一侧116和第二侧120之间。第一壁段118、第二壁段122和/或侧壁段124可以是平展的或弯曲的，其中弯曲的壁段118、122、124可以协助在混合室102的内部形成气体流的旋涡。特别地，侧壁段124被证明是有利的，其在包括主入口流106的中心轴线a和/或添加剂流110的中心轴线b的平面中的横截面中呈肾形设计。混合室102的垂直于主入口流106的中心轴线a和/或添加剂流110的中心轴线b的横截面可以是矩形或圆形。但是，混合室102也可以具有其他可选的几何形状或截面，例如椭圆形或多边形。
49.计量器件104设置在混合室102的第二侧120处，用于通过注射装置（例如喷嘴）将添加剂通过计量开口112引入混合室102。添加剂可以通过注射装置以例如喷雾锥126的形式注入到混合室102中。
50.主入口流106以基本上对称于中心轴线a的方式通过入口开口108流入混合室102。主入口流106的中心轴线a以大致居中于入口开口108的方式延伸。在这方面，主入口流106朝向计量开口112流动。添加剂流110以基本上对称于中心轴线b通过计量开口112流入混合室102。添加剂流110的中心轴线b以大致居中于计量开口112的方式延伸。在这方面，添加剂流110朝向入口开口108流动。在本示例中，主入口流106的中心轴线a和添加剂流110的中心轴线b同轴设置。在入口开口108为矩形的设计中，添加剂流110的中心轴线b可以位于主入口流106的中心平面中。主入口流106的中心平面包括主入口流的中心轴线a，并基本上与混合室102的至少一个侧壁段124平行设置。
51.由于主入口流106和添加剂流110的碰撞，气态主入口流108和液态添加剂流110在混合室102中混合。此外，主入口流106与添加剂流110的直接碰撞导致添加剂流110裂解、扩展或分裂，从而使添加剂流110分布在混合室102的内部。
52.入口开口108和计量开口112的布置和设计以及相应地使添加剂流110和主入口流106以相反方向引入到混合室102可以实现与添加剂流110的良好混合，即使是在主入口流110的流量很小（例如内燃机的负荷很小）的情况下。例如，可以在很大程度上避免添加剂“喷射”通过混合室102，且添加剂与主入口流106没有接触或只有很少的接触。
53.混合室102内部的流动条件取决于质量流110、106的特性，并且由于通常有更大的质量流106而与负荷有关。
54.图1b示出了根据本发明的装置100的另一实施例的示意图，其中还示出了可选的气体回流128。回流128与添加剂流110（液滴流）可以一起通过计量开口112引入混合室102。回流128有助于将添加剂流110引入混合室，因为回流128与添加剂流110混合，并且以这种方式产生的气体-添加剂混合物通过计量开口112流入混合室102。在混合室102的内部，主入口流106和回流128在（理想化的）停滞位置129处相互碰撞。由于碰撞，主入口流106和气
体-添加剂混合物发生转向，使得主入口流106的流动方向和回流128的流动方向在停滞位置129处相互碰撞后基本垂直于主入口流106的中心轴线a或添加剂流110的中心轴线b而延伸。换言之，流106、128在相互撞击之后相对于中心轴线a、b向外径向偏转，并朝向侧壁段124流动。由于撞击，主入口流106、添加剂流110和回流128混合，并且在混合室102中会发生添加剂的蒸发以及出现上述材料流的混合。由于流动方向在侧壁段124的方向上向外偏转，添加剂在混合室102中的停留时间会进一步增加，这又导致添加剂得以更好地蒸发。在偏转气体流106、110、128撞击侧壁段124时，先前未被蒸发的添加剂液滴会发生蒸发。在气体流106、110、128撞击侧壁段124之后，气体流106、110、128会再次发生偏转，并沿着侧壁段124向上或向下流动（见图4a至图4c）。这导致气体流106、110、128的旋涡或旋涡形成，有利地进一步的混合和蒸发。
55.停滞位置129在很大程度上取决于主入口流106和回流128质量流的特性，因为液态添加剂流110的质量流通常比气体质量流106、128的质量流小得多。如果存在固定的几何结构，则，即使在内燃机的不同负荷状态下，停滞位置129也不会移动或仅轻微移动。
56.图2示出了根据本发明的装置100的实施例的入口侧130的透视图。混合室102至少部分地被圆柱形壳体132包围，其中壳体132在入口侧130处具有气体入口。气体入口对应于壳体132的整个横截面。
57.导气部件134设置在入口侧130处，并构造成具有选择性地分布的开口136的圆形板，气体流可通过开口136流入壳体132和混合室102之间的间隙138（见图4）。
58.导气部件134的开口设置在径向边缘区域中。导气部件134的中心区域构成壁段124的一部分。在与混合室102的入口开口108相邻的区域中，导气部件134中没有设置开口136。因此，可以防止至少一部分气体流不发生实质性偏转地流入开口108，从而使其不能直接流入混合室102。开口136的设计使流经开口136流入间隙138的气体流被偏转和分流，即分成流入计量器件104的相对较小部分的流、流向计量开口112的稍大部分的流、以及流向入口开口108的相对较大部分的流。由于气体流的流入，导气部件134会被气体流进一步加热，从而加热混合室102的侧壁段124。
59.图3是图2所示实施例的出口侧140的透视图。轴向壁144中的出口开口114同样形成混合室102的壁段124的一部分，该出口开口具有眼镜形横截面，例如在其侧面上呈横躺的8字形的横截面，其中，出口开口114的横截面小于混合室102的横截面。流入壳体132然后流入混合室102的气体流只能通过出口开口114从混合室102流出。因此，混合室102的出口开口114形成装置100的气体出口。壳体132本身不具有气体出口。
60.图4a是图2所示实施例的截面示意图。混合室102的边界为第一壁段118、第二壁段122和侧壁段124。在所描述的圆柱形实施例的装置100中，不同情况下的混合室102具有两个第一壁段118、两个第二壁段122和两个侧壁段124（由部件134或壁144的一部分形成）。混合室102的两个第一壁段118被入口开口108分隔开，每一段至少在部分地设计为凹形弯曲，特别是呈平的u形，从而为入口开口108形成漏斗效应。
61.计量开口112的布置和设计使壳体132中的一部分气体流作为回流128与添加剂流110一起通过计量开口112流入混合室102。计量器件104由壳体132所支撑，并设置为与入口开口间隔开。
62.然而，在其他实施例中，第一壁段118页可以以不同的方式弯曲。第一壁段118的弯
曲可有助于混合室102内部的气体流的旋涡形成。流106、110、128（流入的主入口流106、在与主入口流106相反的方向上流入的添加剂流110、以及回流128）在停滞位置129汇合而产生停滞流。第一壁段118尤其可以用作一种导流板，其引导停滞流再次在计量开口112的方向上沿着第一壁段118的弯曲表面流动。设置在入口出口108和计量开口112之间的侧壁段124同样至少部分地弯曲。各个壁段118、122、124的弯曲度适应于装置100运行时的预期条件，以便在混合室102内部产生旋涡结构或涡流结构。
63.间隙138至少部分地形成于壳体132和混合室102之间。在装置100运行时，至少一部分气体流流经所述间隙138并通过气体入口，特别是通过导气部件134的开口136（参见图2），进入间隙138。导气部件134因此用于影响间隙138中的气体流和/或进入间隙138中的气体流。根据需要，可以在间隙138中布置其他部件以设计流动模式。
64.下面会更详细描述设置在间隙138和计量开口112之间的导流器件142。它影响回流128的形成。形成在壁段122上并伸入混合室102内部的套环123有助于回流128流入混合室102。套环123也可以使沿壁段124流入混合室102内部的气体再次转向，以帮助形成旋涡或形成涡流。
65.通过导流单元154保护计量器件104免受气体的直接流入，这会在下文中进行更详细的解释。此外，还可设置屏蔽金属板145，其具有向计量器件104突出的套环143。屏蔽金属板145的侧向边缘部分145a可防止气体从计量区域侧向流出进入间隙138，反之亦然（见图5）。
66.混合室102内部至少经由入口开口108连通壳体132内部。在混合室102内部，主入口流106和添加剂流110在装置100运行时相互碰撞，其中添加剂流110和回流128一起流过计量开口112进入混合室102，主入口流106流过入口开口108进入混合室102。由此产生的停滞流能使气体-添加剂混合物大面积地分布于混合室102内。混合室102的边界壁段，即第一壁段118、第二壁段122和侧壁段124，用作蒸发器金属片，流过开口136进入间隙138的废气流绕边界壁段的外侧流动，因此该边界壁段会被加热，从而可以改善在混合室102内部的添加剂混合物的蒸发。
67.除了装置100的各部件的集合形状外，混合室102内部产生的流106、110、128的流动模式的形成还取决于工作状态，即气体流的特性（其反过来取决于内燃机的负荷状态）和添加剂的计量特性。这将参考下图进行解释。
68.除了图4a外，图4b还示意性地示出了在主入口流106相对较高的流入速度下混合室102中添加剂流110的分布。当主入口流106以相对高的速度流入混合室102时，添加剂流110和回流128一起沿撞击表面152的方向偏转，其中撞击表面设置在上壁段124上，在计量开口112附近。
69.与图4b相反，图4c示意性示出了在主入口流106相对较低的流入速度下混合室102中添加剂流110的分布。当主入口流106以相对较低的速度流入混合室102时，添加剂流110和回流128一起沿撞击表面152的方向被偏转，其中撞击表面设置在下壁段124上，在入口出口108的附近。
70.停滞位置129基本上保持不变，并且与主入口流106的流入速度无关，因为主入口流106和回流128（如所解释的那样）基本上取决于几何条件（例如取决于尺寸比和/或取决于主入口流106和回流128的开口设计）以及因此彼此之间处于固定的关系。无论主入口流
106的流入速度如何，混合室102内部形成的停滞流会令添加剂流110有效地蒸发，因为停滞流使添加剂流110向外径向偏转到蒸发器表面上，而蒸发器表面的几何设计会导致停滞流在混合室102内部形成旋涡，从而延长了添加剂流110停留在混合室102中的时间。
71.图5示出了图2的实施例不含壳体132时的透视图。在装置100的入口侧130通过导流部件134的开口136流入的气体流被分成主入口流106和回流128等。主入口流106通过入口开口108流入混合室102。回流128通过计量开口112流入混合室102，该计量开口前面有导流器件142。在本例中，导流器件142是局部区域带孔（分离的）的金属板部件。带孔的设计限定了回流128。
72.两种从相反方向引入的流106、128在混合室102中彼此碰撞，并形成前面多次描述的停滞流，该停滞流配合混合室102的几何设计形成复杂的旋涡结构或者涡流结构。
73.图6示出了图2的实施例在垂直于添加剂流110的中心轴线b的平面中的截面图，其中示出了沿计量器件104的方向从混合室102的内部观察的视图。混合室102在纵向上（即垂直于气体流的流动轴线c）由入口侧130处的导气部件134和出口侧140处的轴向壁144限定。所述导气部件和所述轴向壁插入到圆柱形壳体132中。形成腔室102的壁段118、122、124设置在板状部件134、144之间。所述壁段形成于两个基本相同的弯曲金属板部件（一个在轴线c的右侧，一个在轴线c的左侧），这两个部件彼此间隔开，从而第一壁段118和第二壁段122形成举行开口108或112（也见图7）。
74.图7示出了图2的实施例在垂直于主入口流106的中心轴线a的平面中的截面图，其中示出了沿入口开口108的方向从混合室102的内部观察的视图。如上所述，在本实施例中，由第一壁段118形成的入口开口108被设计为大致矩形。在本例中，入口开口108形成得比计量开口112小。因此，在恒定的排气背压下，与回流128的流入速度相比，主入口流106可以实现更高的流入速度。
75.图8示出了图2的实施例在包括中心轴线b的平面中的截面图。通过导气部件134的开口136流入壳体132的气体流在流经导流器件142之后通过计量开口112进入混合室102。导流器件142用于在回流128进入计量开口112之前影响回流128。它还充当喷雾锥126的筛网。导流器件142的另一个功能是可以在回流128中产生另外的旋涡。受旋涡影响的回流128可有助于喷雾锥126的稳定。与所示不同的是，可以设置形成这种旋涡的平的和/或弯曲的引导面。如果需要，还可以在混合室102中提供回流128与添加剂流110的（部分）混合。
76.从图8还可以看出，导流单元154具有伸入到屏蔽金属板145的套环143中的套环143a。
77.图9示出了图2的装置100在垂直于中心轴线b的平面中通过产生旋涡的导流单元154（优选为单独的金属板部件）通过具有涡流形成的导流单元154（优选为单独的金属板部件）的截面图。在本实施例中，导流单元154被设计为圆形，并且具有复数个导流面162，该导流面沿周向分布设置并且各自与冲洗孔158相关联。导流面162是从导流单元154的护套表面弯曲并延伸到导流单元154内部的部分。对于在入口侧130处特别是通过导气部件134的开口136流入壳体132的气体流，其一部分会被引导沿计量器件104的方向通过开口136中的一个。然后，这部分气体流作为冲洗流通过导流单元154流向计量器件104。在这方面，在冲洗流碰撞添加剂流110之前，通过导流面162使冲洗流绕添加剂流110的中心轴线b作旋动运动或旋转运动。冲洗流可防止在计量器件104的喷嘴区域内形成沉积物。导流面162没有设
置在根据图2的实施例中，但参照图5可以则可以很容易地认出它们。
78.图10示出了根据本发明的装置100的另一实施例的入口侧130的透视图。途11示出了图10所示装置的截面。
79.混合室102具有环形基本形状，并包括多个开口出口114（见图11），这些出口与通道146连通，该通道146沿周向包围混合室102。所述通道由环形金属板壳体形成，该环形金属板壳体固定于至少部分直的侧壁段124并覆盖出口开口114。
80.通道146具有出口164，出口164又连接到出口管道166。先前完全流过混合室102的气体流通过出口管道166离开装置100。
81.混合室102包括多个第二开口148，这些开口优选地以规则的方式沿周向分布，在装置100运行时，气体流的第二入口流156通过这些开口流入混合室102。每个第二开口148与至少一个导流段150相关联，该导流段被设计和布置成使得第二入口流156在进入混合室102时会被偏转进入弯曲的壁段118（在所示的示例中）。通过第二开口148流入混合室102的第二入口流156会引起主入口流106的反冲洗，这可导致主入口流106的加速。特别地，至少一个导流段150能设计成平的和/或弯曲的壁段，以便防止第二入口流156垂直（即垂直于混合室102的壁段）流入混合室102。导流段150能产生具有另外的旋涡组分的气体流和/或能增大已经存在的旋涡组分。混合室102中的压力损失可以通过第二开口148进一步减小。
82.计量器件104与筛选器件152（例如金属板部件）相关联，该筛选器件优选地单独形成并具有多个冲洗孔158，通过这些冲洗孔，一部分气体流作为冲洗流进入计量器件104的注入区并保护后者不形成沉积物。筛选器件152包括沿混合室102的方向突出的套环143b。
83.此外，还提供设置在筛选器件152和混合室102之间的导流单元154。
84.具有漩涡形成的导流单元154能形成为单独的铸造部件，并包括导流面162，该导流面用作旋涡片以产生流过导流单元154的回流128绕添加剂流110的中心轴线b的旋转。绕添加剂流110的中心轴线b旋转的回流128撞击筛选器件152的套环143b，由此回流128被偏转到混合室102内部。同时，套环143b保护喷雾锥126免于过度扩散。
85.图12示出了图10的球形实施例的平面图，其中交替设置了出口管道166（虚线所示）。装置100的球形实施例提供了这样的优点，即出口管道166可以根据装置100在排气系统中的安装位置设置在装置100的任何期望的出口侧140。
86.前述各实施例的共同特征是在相应的装置中产生撞击流，并混合所引入的添加剂（例如尿素溶液）与气流（例如废气流）。可选地，可以提供回流128，其与添加剂流110一起被引入混合室102中，由此产生停滞流。在这方面，材料流被径向向外推动，使得已经部分混合的流会流向相对较大的蒸发器表面。撞击流和/或停滞流可以嵌入因混合室102的设计而产生的涡流结构中，该涡流结构可改善（蒸发的）添加剂与气体流的混合。装置100的功能也可以工作在相对小的废气质量流量下。利用较小的废气流和较少分散的液滴状添加剂也可以实现高的液滴蒸发。因此，根据本发明的装置100的优点是添加剂的有效蒸发及其在大负荷范围内与气体流的可靠混合。利用根据本发明的装置100，还可以得到在安装空间方面的优点，例如由于以模块化方式设计所述装置100和/或只需少量的设计工作使其适应相应的当前条件。
87.上述参照实施例通过示例来描述的细节可以以各种方式组合来实现所需的流动条件。
88.附图标记列表100装置102混合室104计量器件106主入口流108入口开口110添加剂流112计量开口114出口开口116混合室的第一侧118第一壁段120混合室的第二侧122第一壁段123套环124侧壁段126喷雾锥128回流129停滞位置130入口侧132壳体134导气部件136开口138间隙140出口侧142导流器件143, 143a, 143b
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套环144
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轴向壁145
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屏蔽金属板145a
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边缘部分146
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通道148
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第二开口150
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导流段152
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筛选器件154
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导流单元158
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冲洗孔162
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导流面164
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出口166
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出口管道a
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主入口流的中心轴线bꢀꢀꢀꢀꢀ
添加剂流的中心轴线c
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气体流的流动轴线

技术特征：
1.一种用于混合添加剂与气体流的装置（100），特别是用于具有内燃机的车辆的排气系统，其特征在于，所述装置（100）包括：混合室（102），其能让所述气体流的至少一部分流过，所述混合室（102）具有至少一个入口开口（108）、至少一个计量开口（112）和至少一个出口开口（114），所述气体流的主入口流（106）在所述装置（100）运行时通过所述入口开口（108）流入所述混合室（102）；计量器件（104），用于使所述添加剂的添加剂流（110）能通过所述计量开口（112）引入所述混合室（102），其中所述入口开口（108）和所述计量开口（112）被布置和形成为使得所述主入口流（106）和所述添加剂流（110）以大致相反的方向流入所述混合室（102）中，从而所述主入口流（106）和所述添加剂流（110）相互碰撞。2.根据权利要求1所述的装置（100），其特征在于，所述入口开口（108）和所述计量开口（112）设置在所述混合室（102）的彼此相对布置的壁段（118,122）。3.根据权利要求1或2所述的装置（100），其特征在于，所述入口开口（108）设计成大致圆形或矩形。4.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述主入口流（106）的中心轴线（a）和所述添加剂流（110）的中心轴线（b）大致同轴地设置，或者，所述添加剂流（110）的中心轴线（b）位于所述主入口流（106）的中心平面中。5.根据权利要求4所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）的出口开口（114）设置在一壁段上；从所述主入口流（106）的中心轴线（a）或所述添加剂流（110）的中心轴线（b）的方向上看，所述壁段设置在所述计量开口（112）和所述入口开口（108）之间。6.根据权利要求4或5所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）的出口开口（114）形成所述装置（100）的气体出口。7.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）在垂直于所述主入口流（106）的中心轴线（a）和所述添加剂流（110）的中心轴线（b）的平面中是圆形或矩形的。8.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）的具有所述入口开口（108）的至少一个壁段（118）设计成至少部分弯曲，特别地，与所述入口开口（108）相邻的所述至少一个壁段（118）设计成u形。9.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，设置于所述入口开口（108）和所述计量开口（112）之间的壁段（124）至少部分弯曲。10.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）具有一个第二开口（148），所述气体流的第二入口流（156）在所述装置（100）运行时通过所述第二开口流入所述混合室（102）。11.根据权利要求10所述的装置（100），其特征在于，所述第二开口（148）与至少一个导流段（150）有关，特别地其为平展的和/或弯曲的壁段，该导流段设计并设置成使得所述第二入口流（156）在进入所述混合室（102）时被转向。12.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述计量器件（104）与具有至少一个冲洗孔（158）的筛选器件（152）有关，所述气体流的一部分作为冲洗流从所述冲洗孔流过而进入所述计量器件（104）的注入区，特别地，所述冲洗孔（158）与导流单元（154）相关。
13.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）至少部分被壳体（132）包围，所述壳体具有用于所述气体流的气体入口，所述混合室（102）的内部至少经由所述入口开口（108）与所述壳体（132）的内部连通。14.根据权利要求13所述的装置（100），其特征在于，所述混合室（102）的出口开口（114）与通道（146）连通，从所述混合室（102）流出的所述气体流通过所述通道从所述壳体（132）排出。15.根据权利要求14所述的装置（100），其特征在于，所述通道在所述计量开口（112）和所述入口开口（108）之间的区域的外侧沿周向至少部分、特别是完全包围所述混合室（102）。16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置（100），其特征在于，所述计量器件（104）由所述壳体（132）支撑，并被设置成与所述入口开口（108）间隔开。17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置（100），其特征在于，在所述混合室（102）和所述壳体（132）之间至少部分地形成间隙（138），在运行期间，通过所述气体入口进入所述壳体（132）的至少一部分所述气体流流过所述间隙。18.根据权利要求17所述的装置（100），其特征在于，至少一个导气部件（136）设置在所述间隙（138）中，或者设置在所述间隙（138）上游的流动方向中，以便影响所述间隙（138）中的所述气体流和/或影响所述气体流进入所述间隙（138）。19.根据权利要求14至18中任一项所述的装置（100），其特征在于，所述计量开口（112）被设置和设计成使得所述壳体（132）中的一部分所述气体流作为回流（128）和所述添加剂流（110）一起穿过所述计量开口（112）流入所述混合室（102）。20.根据权利要求19所述的装置（100），其特征在于，设置导流器件（142,154），用于在进入所述计量开口（112）之前影响所述回流（128）。21.根据权利要求20所述的装置（100），其特征在于，所述导流器件（142,154）包括一分离部件，和/或，所述导流器件（142,154）由至少一个部件形成，在此情况下，所述至少一个部件形成在所述筛选器件（152）上和/或形成在所述混合室（102）上，特别地形成为套环的形式，所述套环形成在所述筛选器件（152）（如果有）上和/或形成在所述混合室（102）上。22.根据权利要求12至21中任一项所述的装置（100），其特征在于，所述装置（100）被设计成使得，在运行期间，所述气体流的主入口流（106）部分大于所述回流（128）部分和/或所述回流（128）部分大于所述冲洗流的部分；所述主入口流（106）占所述气体流的70%至30%，优选60%至40%，特别是55%至45%，和/或，所述回流（128）占所述气体流的60%至30%，优选50%至35%，特别是45%至40%，和/或，所述冲洗流占所述气体流的20%至1%，优选15%至5%，特别是12%至8%。23.根据前述任一项权利要求所述的装置（100），其特征在于，所述装置（100）还包括至少一个另外的计量器件（104），用于使所述添加剂的另一添加剂流（110）能通过所述混合室（102）的计量开口（112）或者能通过所述混合室（102）的另外的计量开口（112）而引入所述混合室（102），其中，所述入口开口（108）和所述计量开口（112）或所述另外的计量开口（112）被设计和形成为使得所述主入口流（106）和至少一添加剂流（110）以大致相反的方向流入所述混合室（102），从而所述主入口流（106）和所述添加剂流（110）相互碰撞。24.一种排气系统，其特征在于，包括根据前述任一项权利要求所述的装置（100）。
25.一种车辆，其特征在于，包括连接到根据权利要求24所述的排气系统的内燃机。

技术总结
一种用于混合添加剂与气体流的装置及排气系统和车辆，其中该装置特别是用于具有内燃机的车辆的排气系统，该装置包括混合室，其能让至少一部分所述气流流过，所述混合室具有至少一个入口开口、至少一个计量开口和至少一个出口开口，所述气流的主入口流在所述装置运行时通过所述入口开口流入所述混合室。该装置还包括计量器件，用于将所述添加剂的添加剂流通过所述计量开口引入所述混合室，其中所述入口开口和所述计量开口被布置和形成为使得所述主入口流和所述添加剂流以大致相反的方向流入所述混合室中，从而所述主入口流和所述添加剂流相互碰撞。剂流相互碰撞。剂流相互碰撞。


技术研发人员：斯特凡
受保护的技术使用者：波森公司
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/8/28