废气混合器的制作方法

本发明还涉及一种由废气混合管和混合器壳体构成的废气混合器，其中，混合器壳体具有用于废气的入气口和出气口，废气混合管通过与端壁对置的管末端定位在出口上。

本发明还涉及一种用于内燃机的废气设备，其具有废气混合器和在废气的流动方向上后置的废气再处理装置，如DPF和/或SCR。

从DE 20 2007 010 324 U1中已知一种混合管。混合管具有带有圆锥形扩宽部的圆柱形基本形状。总的提供九列开口，该开口分别设计成壁的无翼凹口。这种设计的混合级设置在圆锥形扩宽部的内部。

从DE 10 2012 010 878A1中同样已知一种混合管，该混合管前置有带有穿孔的外周面的漏斗元件。

从US 2014/0196441 A1中已知一种由两部分组成的混合管，其中，两个部分以一定的距离相互间隔布置并且具有至少部分地穿孔的外周面。

从EP 2 687 697 A2中已知一种具有混合管的废气混合器。混合管具有仅圆柱形的基本形状。总的设计十一列开口，其中，各开口设计成壁的成形加工部，壁的成形加工部分至少部分地形成翼。所述列相互间的距离和开口在周向上的距离沿流动方向增大。

本发明所要解决的技术问题是，设计并且布置混合管和废气混合器，使得保证添加剂改善地混合到废气流中。

该技术问题按本发明解决的方式是，设置第一序列的至少一个级、亦即级M1，其中，级M1具有带有平均开口横截面Q1的开口1.2，并且设置第二序列的至少一个级、亦即级M2，其中，级M2的开口的平均开口横截面Q2满足关系：Q2>＝fQ1，在此5<＝f<＝25，设有第一区S1，该第一区S1设计成冲洗区并且由至少这一个级M1形成，设有第二区S2，该第二区设计成混合区并且由至少这一个级M2形成，其中，在纵轴线L的方向上在端壁之后首先设置第一区S1，然后设置第二区S2。通过布置带有不同开口横截面的两个区S1、S2、实现区S1的冲洗作用，通过该冲洗作用阻止了在喷嘴区域内的反冲洗效果。这又有助于将添加剂混合到区2中，该区2的开口横截面更大。

对此还会有利的是，各级M，也就是说M1、M2、M3和/或M4，或区S，也就是说S1、S2、S3和/或S4至少主要具有开口，这些开口分别设计成壁的凹口，因此无翼地或无成形加工部地构成，和/或各级M或区S至少主要具有开口，这些开口设计成壳体壁的成形加工部，其中，壁的成形加工部分至少部分地形成翼。翼和孔均用于良好地混合。这也适合用于两个实施方式的组合。所有不同于壳体壁中的纯孔本身、具有不同于壳体壁的半径的其余壁部分的部位被称作翼。因此，留空的翼边棱的大小和数量并不关键。

翼也可以反向地定向。翼形状可以任意设计。翼至少部分地向外安置，但也可以至少部分地向内安置到管内部。翼可以在一侧、两侧或三侧被留空。翼的大小可不同于成形加工部的大小。

壳体壁的横截面形状可以设计成圆形、椭圆形或其他如圆形。相对地，多边形形状由于在周向上的流体导引是不利的。壳体壁也可以设计成两部分或多部分构成的。

所述列在圆周U上的布置首先只表示：所述列具有在周向UR上的方向分量。因此，列也可以螺旋状走向。用于一列的一个开口足以建立级。因为需要至少两个级，所以也设有至少两个开口，该至少两个开口分别形成一列或级。相等序列的多个级称作区。

端壁大多数相对纵轴线L布置在端侧。但它也可以缩进地定位，使得壳体壁或废气混合管在端侧突出于端壁。端壁焊接在废气混合管上或压入废气混合管并且也用于间接或直接地容纳喷嘴。

废气混合管可以至少在所有区的范围内或至少在单独区的范围内设计成柱状或锥状或锥壳状。

无论是翼还是成形加工部，开口的最小有效流动横截面被称为开口横截面。

此外还会有利的是，翼具有翼轴线，该翼轴线平行于纵轴线L走向或与圆周U相切地走向或与纵轴线L一起布置在一个共同的平面E内。翼可以纵向于废气混合管或横向于废气混合管安装或铰接，这也适用于圆锥形成形的管。

还会有利的是，区S1的开口横截面Q1的总和SQ1满足关系：SQ1<＝x1SQ，0.05<＝x1<＝0.25。作为更小的开口横截面的补充，总的减小开口大小，以便获得更好的冲洗效果。

在此还有利地规定，区S1由最大三个、四个或五个级M1形成和/或区S2由最大两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个级M2形成。作为补充还会有利的是，两个区S1，S2的至少一个具有至少两个级M1，M2。

对于本发明特别重要的是，设置至少一个另外的区S3，该区S3具有第三序列的至少一个级M3，其平均开口横截面Q3和开口横截面Q3的总和SQ3满足关系：SQ3<＝x2SQ，0.05<＝x2<＝0.35。开口横截面的变型整体上导致良好的混合效果。

与按本发明的构造和布置关联地有利的是，级M3的开口到纵轴线L的平均距离r3和级M2的开口到纵轴线L的平均距离r2满足关系：r3>＝1.05r2。因此，可以通过区S3实现包绕流体或称为包被流体，该包绕流体围绕基本流体，使得基本流体得到所谓的保护。因此，在继续的流体流动中阻止了壁沉积。到纵轴线L的距离r3，r2相当于一半的直径DS2，DS3并且表示平均距离并且涉及各开口的假设的中点。

还会有利的是，设置至少一个另外的区S4，其具有至少一个级M1，M2和/或M3，其中，区S4布置在区S2和区S3之间。通过另外的区S4实现增强的混合。

此外还有利的是，废气混合管在区S1的区域内的平均直径DS1和区S1到端壁的最大距离AS1满足关系：AS1<＝y1DS1，0<＝y1<＝0.3或0<＝y1<＝0.2。通过区S1靠近端壁布置(在端壁中设置喷嘴)，实现并且促进了前述的冲洗效果，因此避免了逆向流动。距离AS1或AS2涉及各开口或级面朝端壁的部分或端壁面朝开口的端部。

此外还会有利的是，开口横截面Q2或Q3在可面向流体的100°至180°的第一部分圆周Ua上的值Qa和在相对纵轴线L对置的100°至180°的部分圆周Ub上的值Qb满足关系1.1qa<＝Qb。通过改变在圆周上的开口横截面可以考虑在废气混合管圆周的动态流动环境。具有更高的动态压力的被废气流入的侧面具有比背向废气流的侧面更小的开口率，使得整体上实现尽可能均匀的流入废气混合管。

在此会有利的是，各混合级M1、M2、M3的开口和/或翼相对纵轴线L的方向相互错位地布置。通过错位的布置实现翼或开口的螺纹状布置，这可以对流入表现产生积极的影响。翼和开口的大小也可以相对纵轴线L的方向改变，如实施例所示。

最后会有利的是，废气混合管至少在管开端和/或管末端的区域内相对直径和/或横截面形状被校准。通过校准实现，废气混合管可以简单地既与端壁或喷射嘴体，又与另外的废气壳体或出口管套连接或耦连。该校准确保所述的部件的压入。

为此，会有利的是，废气混合管在区S1的范围内的平均直径DS1和在区S2的范围内的平均直径DS2满足关系：DS1＝DS2或直径DS1与直径DS2相差最大5％-10％。优选，两个区S1，S2例如设置在相同的直径上。为此，5％-10％的差会是有利的。

此外还会有利的是，入气口的流入横截面T满足关系：0.8SQ<＝T<＝4SQ。在流入横截面T和所有横截面开口SQ的总和之间的比例应当优选在前述范围内，以便一方面最小化流动损失，另一方面确保足够的混入。

也会有利的是，在废气混合管的管末端和出气口之间的环形缝隙的开口横截面QR满足关系：QR<＝x3SQ，0.05<＝x3<＝0.35。作为相对区S2具有更大的直径DS3的区S3的备选使用环形缝隙。通过环形缝隙同样提供保护废气混合管中的中心流体的包绕流体。

最后会有利的是，废气混合管在管开端上和/或在管末端上具有圆锥形扩径部。通过圆锥形扩径部有助于前述的包绕效果(Manteleffect)。

最后会有利的是，喷嘴设计具有用于引入添加剂的出口，其中，废气混合管在区S1的范围内的平均直径DS1和到端壁的出口的最大距离ADA满足关系：ADA<＝y2DS1，0.4<＝y2<＝0.8或y2＝0.5。相应于区S1的距离，喷嘴或其最前方的出口在端壁的附近区域内的布置是有利的。出口在此可以布置在废气混合管的内部也或前置于废气混合管，因此也就是说相对流动方向布置在端壁之前。

会有利的是，废气混合管在区S1的范围内的平均直径DS1和在区S2的范围内的平均直径DS2和各区在纵轴线L的方向上彼此间隔布置的距离AS2满足的条件是：DS2<＝5AS2或DS1<＝5AS2和2AS2<＝DS1或2AS2<＝DS2。

会有利的是，各级M1，M2的开口和/或翼参照周向UR设计为不同大小的。

此外会有利的是，废气混合管在管末端处通过在出气口区域内的最大三个或四个支柱固定在混合器壳体上。

本发明的其他优点和详情在各从属权利要求和说明书中说明并且在附图中描述。附图中示出：

图1至10是废气混合管1的不同的实施形式；

图11是开口横截面的原理图；

图12是废气混合器的原理图；

图13是废气设备的原理图。

废气混合管1的所有实施形式都是一个壳体壁1.1、具有多列1.3的开口1.2、在管开端1.7上的端壁2和在管末端1.6上的开口的端部。此外还具有带有两列1.3的开口1.2的第一区S1，该开口1.2具有平均开口横截面Q1，因此第一区S1具有第一序列的两个级M1。开口1.2分别设计成壳体壁1.1无翼的凹口。区S1的所有开口横截面Q1的总和是SQ1。废气混合管1的所有列1.3的所有开口1.2的所有开口横截面Q的总和是SQ。对于SQ1与SQ的关系首先适用SQ1<＝0.15SQ.

壳体壁1.1具有直径DS1，该直径DS1等于一个到纵轴线L的距离的两倍(参见图9，9a)。区S1到端壁2的距离AS1满足关系：AS1<＝0.2DS1。

对于废气混合管1的所有的实施形式，具有多个级M2的第二区S2由多列1.3的开口1.2构成，该开口1.2具有平均开口横截面Q2。区S2的所有开口横截面Q2的总和是SQ2。在图1、3-6、8、9的实施形式中涉及设计成壳体壁1.1的成形加工部的开口1.2，其中，壳体壁1.1的成形加工部分形成翼1.4，而在图10和11的实施形式中各开口1.2设计成壳体壁1.1的无翼的凹口。在图2和7的实施形式中涉及开口1.2混合的变型。各列1.3一方面由带有翼1.4的成形加工部形成，另一方面由布置在翼之间的凹口形成。在这种情况下，区S2中的平均开口横截面Q2等于一列1.3的开口横截面Q的总和除以该列1.3的开口1.2的数量。

对于图1-7和9的实施形式考虑级M3作为第三区S3，该级M3具有一列1.3的开口1.2，该开口1.2具有平均开口横截面Q3。第三区与废气混合管1的圆锥形扩径部1.9结合布设置在管末端1.6上，从而实现按图9a的剖面图的扩大的直径DS3。关于直径DS3以及其与直径DS2的关系，区S2的各开口1.2在图9a中示出图9的剖面A-A。SQ3与SQ的关系首先适用SQ3<＝0.2SQ。

按图8，10和12的实施形式，作为开口1.2的备选，具有端侧的环形缝隙5。该环形缝隙5根据图12通过混合器壳体4的出气口4.2或出口管套限定边界。在周向上设有三个支柱1.8，这三个支柱1.8邻接在管末端1.6上，该管末端根据图12与混合器壳体4的出气口4.2连接。在管末端1.6上根据图10设置圆锥形扩径部1.9，在圆锥形扩径部1.9上邻接支柱1.8。

根据图2的实施形式，在区S2的内部设置两个分别带有不同的开口横截面Q5、Q6的级M5、M6。区S2是指分别设计成壳体壁1.1的无翼的凹口的开口1.2。在确定开口横截面SQ2时不考虑两个级M5、M6，从而为带有两个级M5、M6的区S2确定独立的用于开口横截面的总和的值。

根据图4，6和7的实施形式设置区S4，该区S4分别以一个明确的距离布置在区S2和S3之间。区S4根据图4具有六个级M4，根据图6具有三个级M4，并且根据图7具有两个级M4，这些级M4分别具有开口横截面Q4。在图4和6的两个实施形式中，级M4直接彼此相邻地布置。根据图7，在两个级M4之间设置级M5。区S4是指分别设计成壳体壁1.1的无翼的凹口的开口1.2，而级M5是指设计成壳体壁1.1的成形加工部的开口，其中，壳体壁1.1的成形加工部分形成翼1.4。为带有级M5的区S4确定一个单独的用于开口横截面的总和的值。

根据图6的实施形式，在区S4的范围内设置环绕的引入漏斗8，通过该引入漏斗可以将废气流动输入区S4。

根据图7，翼1.4的翼轴线1.5基本上在相对纵轴线L的切向方向延伸。根据图8，壳体壁1.1在区S2的范围内设计成圆锥形，因此，翼1.4的翼轴线1.5不平行于纵轴线L延伸。但各翼轴线1.5和纵轴线L布置在一个共同的平面E内。

根据图10,10a，在可面朝废气流动的大致180°的第一部分圆周Ua上的开口横截面Q2等于参照纵轴线L对置的大致180°的部分圆周Ub的开口横截面Q2的一半。因此考虑废气流入的动态压力降。图10a示出从图10的B-B方向容易看到的视图。开口横截面Q或开口密度的变型方案在下部分圆周Ub中，如图10的侧视图中可见，在图10a中立体地并且按原理通过壳体壁1.1上的阴影线密度表示。

图11示范性示出开口横截面Q，该开口横截面Q根据定义是最小的通过开口。在凹口1.2，因而简单的孔(左边的变型方案)中，开口横截面Q的定义明确，而在使用翼1.4时根据迎角(Anstellwinkel)而表现不同。在迎角较大的翼1.4(中间的变型方案)中可能同样考虑凹口1.2的开口横截面Q，因为三面环绕的翼缝隙大于翼面。而在迎角较小的翼1.4(右边变型方案)中考虑四周或三面环绕的翼缝隙作为最小开口横截面Q，因为成形加工部本身、在此是翼面变大。

在按图12的废气混合器3中，混合器壳体4设有入气口4.1或入口管套和出气口4.2或出口管套。入气口4.1的流入横截面T满足关系：1.3SQ<＝T<＝1.5SQ。在出口管套4.2上连接有废气混合管1。该连接通过在管末端1.6上的所述的支柱1.8实现，该支柱1.8确保所述的环形缝隙5。由于废气混合管1的圆锥形扩径部1.9或出气口4.2扩大的直径可以确保流出废气在出口管套4.2中的包绕流体。包绕流体包围通过废气混合管1流出的废气流体，从而防止在出口管套4.2或管壁上的凝结。环形缝隙5的开口横截面QR首先满足关系：QR<＝0.2SQ。

在端壁2的区域内提供带有出口2.2的喷射嘴2.1。出口2.2到端壁2的所示距离ADA满足关系：ADA<＝0.5DS1。

图13以原理图示出具有废气设备7的内燃机，在废气设备7中设置废气混合器3，在该废气混合器3的下游设有废气再处理单元7.1。

对于区S1、S2、S3，S4或具有多个混合级M5、M6的其他区S5和S6的构造的所有前述的变型方案以及混合级M1、M2、M3，M4，M5、M6的数量和序列本身是举例，还可以考虑所述变型方案的其他组合。

附图标记列表

1 废气混合管

1.1 壳体壁

1.2 开口，凹口

1.3 列

1.4 翼

1.5 翼轴线

1.6 管末端

1.7 管开端

1.8 支柱

1.9 扩径部

2 端壁

2.1 喷射嘴，喷嘴

2.2 出口

3 废气混合器

4 混合器壳体

4.1 入气口

4.2 出气口

5 环形缝隙

6 内燃机

6.1 出口

7 废气设备

7.1 废气再处理装置

8 引入漏斗

ADA 出口到端壁的最大距离

AS1距离 S1,S2

AS2S1到S2 之间的距离

DS1S1 区的直径

DS2S2 区的直径

DS3S3 区的直径

E 平面

f 系数

L 纵轴线

i 系数

k 系数

M 级

M1 级

M2 级

M3 级

M4 级

M5 级

M6 级

Q 开口横截面

Q1 M1的开口横截面

Q2 M2的开口横截面

Q3 M3的开口横截面

Q4 M4的开口横截面

Q5 M5的开口横截面

Q6 M6的开口横截面

QR 环形缝隙的开口横截面

qa 值

qb 值

r2 距离，半径

r3 距离，半径

S1 区

S2 区

S3 区

S4 区

S5 区

S6 区

SQ Q的总和

SQ1 S1的平均开口横截面Q1的总和

SQ2 S2的平均开口横截面Q2的总和

SQ3 S3的平均开口横截面Q3的总和

SQ4 S4的平均开口横截面Q4的总和

T 入气口的流入横截面

U 圆周

Ua 部分圆周

Ub 部分圆周

UR 周向

x1 系数

x2 系数

x3 系数

y1 系数

y2 系数