(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応剤を排ガス流（３）と混合する、内燃機関の排ガス装置（１）用の混合器であって、
排ガス流（３）により通流可能な流れ横断面（１６）を周方向（１７）で取り囲む管部分（１３）であって、軸方向（１８）で該管部分（１３）の第１の軸方向側（１９）から該管部分（１３）の第２の軸方向側（２０）にまで延びる管部分（１３）と、
前記両軸方向側（１９，２０）のうちの少なくとも一方の軸方向側に、前記流れ横断面（１６）に突入するように前記管部分（１３）から突設されている複数の静翼（１４，１５）とを備えていて、
第１の静翼グループ（２１）と第２の静翼グループ（２２）が設けられており、
第１の静翼グループ（２１）の静翼（１４）が、第２の静翼グループ（２２）の静翼（１５）に対して軸方向でずらされて配置されている、内燃機関の排ガス装置（１）用の混合器において、
前記第１の静翼グループ（２１）と前記第２の静翼グループ（２２）は周方向において隣接し合っていて、該各静翼グループ（２１，２２）は、前記管部分（１３）の円周の一部にわたってしか延びていない、
ことを特徴とする、内燃機関の排ガス装置用の混合器。
【請求項２】
前記両軸方向側（１９，２０）のうちの少なくとも一方の軸方向側に、軸方向で互いにずらされて配置された２つの静翼グループ（２１，２２）が設けられている、請求項１記載の混合器。
【請求項３】
第１の静翼グループ（２１）の静翼（１４）が、一方の軸方向側（１９）に配置されており、第２の静翼グループ（２２）の静翼（１５）が、他方の軸方向側（２０）に配置されている、請求項１記載の混合器。
【請求項４】
第１の静翼グループ（２１）の静翼（１４）が、第２の静翼グループ（２２）の静翼（１５）とは異なる迎え角（２９，３０）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項５】
第１の静翼グループ（２１）の静翼（１４）の迎え角（２９）が、第２の静翼グループ（２２）の静翼（１５）の迎え角（３０）とは逆向きに向けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項６】
管部分（１３）と静翼（１４，１５）とが、唯一つの金属薄板成形部品（２３）により形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項７】
前記両静翼グループ（２１，２２）のうちの少なくともいずれか一方の静翼グループの内部で、少なくとも１つの静翼（１４，１５）が、軸方向（１８）に対して、少なくとも１つの別の静翼（１４，１５）とは異なる迎え角（２９，３０）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項８】
一方の静翼グループ（２１，２２）の少なくとも１つの静翼（１４，１５）が、他方の静翼グループ（２１，２２）の少なくとも１つの静翼（１４，１５）とは異なる翼長を有し、該翼長は、それぞれ管部分（１３）に配置された翼根元（２６）から、管部分（１３）から遠ざけられた翼先端（３１）までの長さとして測定されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項９】
前記両静翼グループ（２１，２２）の少なくともいずれか一方の静翼グループの内部で、少なくとも１つの静翼（１４’，１５’）が、少なくとも１つの別の静翼（１４，１５）とは異なる翼長を有し、該翼長は、それぞれ管部分（１３）に配置された翼根元（２６）から、管部分（１３）から遠ざけられた翼先端（３１）までの長さとして測定されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項１０】
長い方の静翼（１４’，１５’）の少なくとも１つの静翼が、長手方向中心軸線（２４）を越えるまで延びている、請求項８または９記載の混合器。
【請求項１１】
第１の静翼グループ（２１）と第２の静翼グループ（２２）とが、周方向（１７）で、それぞれ３０°〜３３０°の角度範囲にわたって延びているか、またはそれぞれ管部分（１３）の円周の約１／２にわたって延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項１２】
前記角度範囲が６０°〜３００°である、請求項１１記載の混合器。
【請求項１３】
前記角度範囲が９０°〜２７０°である、請求項１１記載の混合器。
【請求項１４】
第１の静翼グループ（２１）と第２の静翼グループ（２２）とが、それぞれ同じ数または互いに異なる数の静翼（１４，１５）を含んでおり、かつ／または
第１の静翼グループ（２１）の静翼（１４）が、第２の静翼グループ（２２）の静翼（１５）とは異なる翼幅を有しており、かつ／または
全ての静翼（１４，１５）が、互いに相対的に無接触に配置されている、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の混合器。
【請求項１５】
内燃機関の排ガス装置（１）用の反応剤供給装置において、
排ガス流（３）を案内する管アッセンブリ（１０）と、
反応剤を排ガス流（３）内に導入するための、反応剤から成るスプレー噴流（６）を発生させる、前記管アッセンブリ（１０）に配置された噴射器（１１）と、
排ガス流（３）に関して前記噴射器（１１）の下流側で前記管アッセンブリ（１０）内に配置された、請求項１から１４までのいずれか１項記載の混合器と、
を備えることを特徴とする、内燃機関の排ガス装置用の反応剤供給装置。
【請求項１６】
内燃機関用の排ガス装置において、
ＳＣＲ触媒（９）と、
該ＳＣＲ触媒（９）の上流側に配置された、請求項１５記載の反応剤供給装置（５）と、
を備えることを特徴とする、内燃機関の排ガス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応剤を排ガス流と混合する、内燃機関の排ガス装置用の混合器であって、
排ガス流により通流可能な流れ横断面の輪郭を周方向で取り囲む管部分であって、軸方向で該管部分の第１の軸方向側から該管部分の第２の軸方向側にまで延びる管部分と、
前記両軸方向側のうちの少なくとも一方の軸方向側に、前記流れ横断面に突入するように突設されている複数の案内翼もしくは静翼と、
を備えた、内燃機関の排ガス装置用の混合器に関する。
【０００２】
さらに本発明は、このような混合器を備えた、内燃機関の排ガス装置用の反応剤供給装置に関する。
【０００３】
さらに本発明は、このような反応剤供給装置を備えた、内燃機関用の排ガス装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
独国特許出願公開第１０２００７０２８４４９号明細書に基づき公知の、内燃機関の排ガス装置用の反応器は、還元剤を排ガス流と混合しかつ蒸発させるために使用される。このためには、混合器が、排ガス流によって流通可能な流れ横断面の輪郭を周方向で取り囲む管部分を有する。この管部分は軸方向で、この管部分の第１の軸方向側または流入側の軸方向側から、この管部分の第２の軸方向側または流出側の軸方向側にまで延びている。さらに、この管部分は複数の案内翼もしくは静翼を有し、これらの静翼は前記管部分の両軸方向側のうちの一方の軸方向側に突設されており、この場合、これらの静翼は前記流れ横断面に突入している。公知の混合器では、これらの静翼が、前記管部分からほぼ半径方向に突設されている。さらに、公知の混合器では、全ての静翼が、前記管部分の同一の軸方向側に配置されている。さらに、公知の混合器では、全ての静翼が、それぞれ軸方向に対して同じ迎え角を持って設置されている。これにより、排ガス流は混合器を通流する際に、混合器の長手方向中心軸線に対して同心にスワール（旋回流）を付与される。
【０００５】
内燃機関の排ガス装置においては、しばしば、反応剤、すなわち好ましくは酸化剤または還元剤を、排ガス流に導入することが必要となる。たとえば、酸化触媒の上流側では、酸化剤として燃料が導入され得る。これにより、酸化触媒における燃料の接触反応により、排ガス流内の熱が高められる。たとえば、こうしてパーティキュレートフィルタが再生温度にまで加熱され得る。さらに、いわゆるＳＣＲシステムの枠内では、ＳＣＲ触媒の上流側で還元剤として尿素水溶液を排ガス流に導入し、これによりＳＣＲ触媒において窒素酸化物の還元を行うことが知られている。ＳＣＲとは、「選択的な触媒還元（Selective Catalytic Reduction）」を表す。このような混合器を用いて、導入された反応剤と排ガス流との混合が改善され得る。さらに、液状の反応剤の場合、混合器は蒸発器として働いて、各触媒への液状反応剤の衝突を阻止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０２８４４９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の混合器を改良して、特に減少された通流抵抗および／または反応剤と排ガス流との間の改善された混合の点ですぐれているような混合器を提供することである。さらに、本発明の課題は、このような混合器を備えた反応剤供給装置ならびにこのような反応剤供給装置を備えた排ガス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の混合器の構成では、冒頭で述べた形式の混合器において、前記静翼が、少なくとも第１の静翼グループと第２の静翼グループとにグループ分けされており、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが、周方向でずらされて配置されており、第１の静翼グループの静翼が、第２の静翼グループの静翼に対して軸方向でずらされて配置されているようにした。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の反応剤供給装置の構成では、排ガス流を案内する管アッセンブリと、反応剤を排ガス流内に導入するための、反応剤から成るスプレー噴流を発生させる、前記管アッセンブリに配置された噴射器と、排ガス流に関して前記噴射器の下流側で前記管アッセンブリ内に配置された上記混合器と、を備えるようにした。
【００１０】
さらに上記課題を解決するために、本発明の排ガス装置の構成では、ＳＣＲ触媒と、該ＳＣＲ触媒の上流側に配置された上記反応剤供給装置と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、静翼を少なくとも２つの静翼グループにグループ分けするという一般的な思想に基づいている。この場合、前記少なくとも２つの静翼グループは周方向において隣接し合っているか、または少なくとも互いに周方向でずらされて配置されているので、各静翼グループは周方向において管部分の円周の一部にわたってしか延びていない。さらに、本発明によれば、一方の静翼グループまたは第１の静翼グループの静翼を、他方の静翼グループまたは第２の静翼グループの静翼に対して軸方向にずらして配置することが提案される。このことは、第１の静翼グループの静翼が、軸方向において第２の静翼グループの静翼を越えて突出しているか、または第２の静翼グループの静翼に対して後退していることを意味する。後者の構成は、第２の静翼グループの静翼が、軸方向で第１の静翼グループの静翼を越えて突出している場合である。第１の静翼グループの静翼はこの場合、管部分の通流可能な流れ横断面の第１の横断面範囲をカバーしており、第２の静翼グループの静翼は、流れ横断面の第２の横断面範囲をカバーしている。本発明のこのような構成に基づき、混合器もしくは排ガス装置の運転時に排ガス流はまず、上流側に位置する静翼グループに衝突し、そしてその後ではじめて、下流側に位置する静翼グループに衝突するようになる。この場合には、混合器の通流時における圧力増大は、少なくとも２段階で行われる。しかし、このときに全体的に生じる圧力増大は、全ての静翼が同じ軸方向区分に配置されていて、これに相応して全ての静翼が排ガス流によって同時に流過される場合に生じる圧力増大には及ばない。この減じられた圧力増大は、排ガス流が、上流側に位置する静翼グループへの衝突時に部分的に、下流側に位置する静翼グループに対応する別の横断面範囲へ逃出し得ることにより説明される。引き続き、排ガス流が、下流側に位置する静翼グループに衝突すると、排ガス流は再び部分的に、上流側に位置する静翼グループに対応する横断面範囲へ逃出し得る。したがって、静翼の、軸方向にずらされたこのような配置では、流れ横断面全体が静翼によってブロックされているのではなく、それぞれ所定の横断面範囲だけがブロックされているので、排ガス流はその都度逃出し、かつこうして減じられた流れ抵抗において混合器を貫流することができる。
【００１２】
本発明の好適な実施態様では、前記両軸方向側のうちの少なくとも一方の軸方向側で、所属の静翼が、軸方向で互いにずらされて配置された少なくとも２つの静翼グループにグループ分けされている。したがって、静翼グループを巡って流れる段付けされた流過が、混合器の流入部（混合器の上流側の軸方向側または流入側）で行われるか、または混合器の流出部（混合器の下流側の軸方向側または流出側）で行われる。また、軸方向でずらされた静翼グループが、流入側にしか設けられていないか、または流出側にしか設けられていない、という構成も考えられる。その場合、それぞれ他方の軸方向側には、静翼が設けられていないか、またはコンベンショナルな形式で１つの共通の軸方向区分に配置された静翼が設けられている。また、流入側にも流出側にも、軸方向でずらされた静翼グループが設けられている構成も考えられる。
【００１３】
択一的な別の実施態様では、第１の静翼グループの静翼が、一方の軸方向側、たとえば流出側に配置されており、第２の静翼グループの静翼が、他方の軸方向側、たとえば流入側に配置されている。
【００１４】
好適には、前記静翼のうちの少なくとも幾つかの静翼が、軸方向に対してそれぞれ迎え角を有していてよい。これにより、流れ混合が改善される。
【００１５】
さらに別の有利な実施態様では、第１の静翼グループの静翼の迎え角が、第２の静翼グループの静翼とは異なる迎え角を有していてよい。これにより、混合器への通流に影響を与えることができる。著しく偏倚した迎え角は、静翼グループの軸方向のずれによってはじめて可能となる。なぜならば、同一の軸方向区分では、静翼が、互いに著しく異なる迎え角を有している場合、隣接し合った静翼の衝突が生じる恐れがあるからである。
【００１６】
特に有利な実施態様では、第１の静翼グループの静翼の迎え角が、第２の静翼グループの静翼の迎え角とは逆向きに向けられていてよい。両静翼グループの、軸方向にずらされた配置により、一方の静翼グループの静翼に、その迎え角に関して、他方の静翼グループの静翼とは異なる向きを与えることが可能になる。たとえば、これによって、第１の静翼グループの静翼を用いて排ガス流に、第１の旋回流方向で第１の旋回流もしくは第１のスワール、たとえば右回りのスワールを付与することが可能になる。その場合、第２の静翼グループの静翼を用いて、排ガス流に、第１の旋回流方向とは逆向きの第２の旋回流方向で第２のスワール、たとえば左回りスワールを付与することができる。全体的にはこれによって、第１の静翼グループに対応した横断面範囲においては第１の翼端渦が発生し、第２の静翼グループに対応した横断面範囲においては第１の翼端渦に対して平行であるが、逆向きに回転する第２の翼端渦が発生する。これにより、激しい混合が得られる。
【００１７】
さらに別の実施態様では、管部分と静翼とが、唯一つの金属薄板成形部品により形成されていてよい。言い換えれば、管部分は静翼と共に唯一つの金属薄板体から変形加工により製造されている。これにより、混合器を特に廉価に実現することができる。特に、管部分への静翼の取付けが不要となる。基本的には、管部分もしくは混合器は任意の流れ横断面を有していてよく、この流れ横断面に静翼が突入する。特に任意の多角形の横断面が考えられる。この場合、このような多角形の横断面の角隅は、有利には丸められていてよい。しかし、曲線を有する横断面、特に円形または楕円形または卵形の横断面が有利である。
【００１８】
さらに別の実施態様では、両静翼グループのうちの少なくともいずれか一方の静翼グループの内部で、少なくとも１つの静翼が、軸方向に対して、同一の静翼グループの少なくとも１つの別の静翼とは異なる迎え角を有する。１つまたは複数の静翼において迎え角を変えることにより、混合器への通流にさらに影響を与えるか、もしくは混合器への通流を最適化することが可能になる。特に、一方の静翼グループから他方の静翼グループへの移行部の範囲では、通流時のスワール形成を改善し、ひいては混合を改善するために、迎え角を変えることが好適になり得る。
【００１９】
さらに別の実施態様では、一方の静翼グループの静翼のうちの少なくとも１つの静翼が、他方の静翼グループの少なくとも１つの静翼とは異なる翼長を有する。この場合、翼長は、それぞれ管部分に配置された翼根元から、管部分から遠ざけられた翼先端までの長さとして測定されている。個々の静翼を延長することにより、混合器の中心の範囲をも翼面によってカバーし、これにより混合器の、流れ横断面の中央の範囲を、逆側が覗けなくなるように形成することが可能となる。
【００２０】
付加的にまたは択一的に、両静翼グループの少なくともいずれか一方の静翼グループの内部で、少なくとも１つの静翼が、この静翼グループの少なくとも１つの別の静翼とは異なる翼長を有する。この場合にも、翼長は、管部分に配置された翼根元から、管部分から離反して位置する翼先端までの長さとして測定される。この手段も、流れ横断面を翼面によって覆うことを改善するために使用され得る。
【００２１】
さらに別の有利な改良形では、長い方の静翼の少なくとも１つの静翼が、長手方向中心軸線を越えるまで延びている。これにより、長手方向中心軸線の範囲も、長い方の各静翼によって軸方向もしくは主流れ方向で覆われるので、混合器のこの中央の横断面範囲においても、液滴貫通の危険が減じられている。
【００２２】
さらに別の好適な実施態様では、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが、周方向で、それぞれ３０°（３０°を含む；≧３０°）〜３３０°（３３０°を含む；≦３３０°）の角度範囲、好ましくは６０°（６０°を含む）〜３００°（３００°を含む）の角度範囲、特に９０°（９０°を含む）〜２７０°（２７０°を含む）の角度範囲にわたって延びているか、またはそれぞれ管部分の円周の約１／２にわたって延びていてよい。静翼グループが管部分の同じ軸方向側に配置されている場合には、静翼グループに対応する個々の円周区分の総和が最大で３６０°を生ぜしめる。それに対して、静翼グループが管部分の互いに異なる軸方向区分に配置されていると、静翼グループに対応する個々の円周区分の総和は、３６０°よりも大きくなり得る。こうして全体的に３６０°よりも大きな角度が静翼によって覆われていると、軸方向において、軸方向にずらされた静翼グループの相互の重なりが得られる。
【００２３】
両静翼グループがそれぞれ管部分の円周の約１／２にわたって延びている場合には、正確に２つの静翼グループが設けられている。両静翼グループはそれぞれ１８０°にわたって延びている。別の実施態様では、やはり２つの静翼グループしか設けられていないが、この場合、一方の静翼グループは周方向に１８０°よりも大きな角度にわたって延び、他方の静翼グループは相応して少ない周方向割合を有することが考えられる。さらに別の実施態様では、静翼を合計３つまたはそれ以上の静翼グループに分けることが考えられる。３つの静翼グループの場合、第３の静翼グループの静翼は軸方向で第１の静翼グループの静翼と第２の静翼グループの静翼との間に配置されている。
【００２４】
さらに別の実施態様では、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが、それぞれ同じ数の静翼を含んでいてよい。これにより、混合器はその通流に関して比較的対称な構造を有する。択一的には、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが互いに異なる数の静翼を有するような構成も考えられる。
【００２５】
さらに別の実施態様では、第１の静翼グループの静翼が、第２の静翼グループの静翼とは異なる翼幅を有していてよい。各翼幅は、翼長に対して直交する横方向で測定されていて、各静翼の流入縁もしくは上流縁から各静翼の流出縁もしくは下流縁にまで延びている。翼幅差に基づき、一方では衝突面に、他方では流れ変向に、それぞれ影響を与えることができ、ひいては混合および流れ抵抗に影響を与えることができる。
【００２６】
さらに別の有利な実施態様では、前記静翼グループのうちの少なくとも１つの静翼グループの内部で、前記静翼のうちの少なくとも１つの静翼が、同じ静翼グループの別の少なくとも１つの静翼に対して軸方向にずらされて配置されていてよい。こうして、既に各静翼グループ内で、排ガス流による個々の静翼の、軸方向で段付けされた流過を得ることができる。極端な事例では、各静翼グループが、唯一つの静翼からしか成っていなくてもよい。しかし、各静翼グループがそれぞれ複数の静翼を含んでいる構成が有利である。
【００２７】
さらに別の特に有利な実施態様では、全ての静翼が、互いに相対的に無接触に配置されていてよい。このような構造では、望ましくないノイズ発生の危険が減じられている。さらに、静翼は、応力歪みが生じることなしに、妨げられることなく熱膨張することができる。
【００２８】
本発明による反応剤供給装置においては、排ガス流を案内する管アッセンブリが設けられている。この場合、この管アッセンブリには、反応剤を排ガス流内に導入するための、反応剤から成るスプレー噴流を発生させるための噴射器（インジェクタ）が設けられている。その場合、このガス流に関して、噴射器の下流側では管アッセンブリ内に、前で述べた形式の混合器が配置されている。
【００２９】
有利な改良形では、噴射器が、管アッセンブリの側方に配置されていてよい。その場合、混合器は、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが、混合器の流入側に位置し、かつ第１の静翼グループが噴射器寄りに位置し、第２の静翼グループが噴射器から離反して位置するように管部分内に配置されている。さらに、第１の静翼グループの静翼は混合器の流出側の方向で、第２の静翼グループの静翼に対して軸方向にずらされて配置されている。その結果、側方に配置された噴射器では、スプレー噴流が一層良好に静翼に衝突し得るようになる。これにより、混合器を貫く液滴貫通の危険が減じられることが判った。
【００３０】
さらに別の有利な実施態様では、噴射器が、混合器の軸方向に対して傾けられたスプレー噴流を発生し得る。側方の配置および傾けられたスプレー噴流の場合、管アッセンブリへの噴射器の取付けが容易になる。それと同時に、これにより排ガス流内部に、特別な流れ動的特性が得られ、この流れ動的特性は、この場合に提供された混合器を用いて、たとえば混合器を貫く液滴貫通を回避するために考慮され得る。さらに、液状の形で静翼に衝突する反応剤の蒸発を改善することができる。
【００３１】
特にコンパクトとなるのは、管アッセンブリが、排ガス流に関して混合器の上流側で、排ガス流内に死水域を発生させる曲がり部もしくはベンド部を有するような構成である。混合器はこの場合、第１の静翼グループと第２の静翼グループとが、混合器の流入側に位置し、かつ第２の静翼グループの静翼が前記死水域内に軸方向で突入するように配置されていると好適である。このような死水域では、減少された流速が生ぜしめられ、このように減少された流速は、スプレー噴流が、管アッセンブリの通流可能な横断面を画成する管壁に衝突することを招く恐れがある。この管壁は比較的冷たく、このことは迅速な蒸発を妨げる。この死水域内に第２の静翼グループの静翼を位置決めすることにより、スプレー噴流は最良には第２の静翼グループの静翼に衝突する。混合器は、前記管壁よりも高い温度を有し、これにより反応剤の蒸発が助成される。
【００３２】
本発明による排ガス装置では、ＳＣＲ触媒が設けられている。さらに、ＳＣＲ触媒の上流側には、前で述べた形式の反応剤供給装置が配置されている。反応剤もしくは還元剤としては、尿素水溶液が使用されることが好適である。尿素水溶液は加熱分解および加水分解によってアンモニアと二酸化炭素とに変換される。次いで、ＳＣＲ触媒内では、窒素酸化物の還元による窒素および水の生成が行われ得る。
【００３３】
噴射器の上流側に酸化触媒、たとえばディーゼル酸化触媒が配置されているような構成が有利である。酸化触媒は公知の形式で排ガス流の燃料残分を変換することができる。付加的にまたは択一的に、混合器の下流側にパーティキュレートフィルタ、たとえばディーゼルパーティキュレートフィルタが配置されていてよい。パーティキュレートフィルタを用いて、排ガス流から粒子、特に煤粒子が濾別され得る。
【００３４】
基本的に、このようなパーティキュレートフィルタは、ＳＣＲ触媒に対して付加的に存在する別個のパーティキュレートフィルタであってよい。パーティキュレートフィルタはこの場合、ＳＣＲ触媒の下流側に配置されていることが好適である。特に有利な実施態様では、ＳＣＲ触媒が、ＳＣＲ触媒コーティングとして形成されていてよい。その場合、このＳＣＲ触媒コーティングを備えたパーティキュレートフィルタが設けられている。こうして、ＳＣＲ触媒機能はパーティキュレートフィルタに組み込まれる。ＳＣＲ触媒コーティングを備えたこのようなパーティキュレートフィルタは、たとえば独国特許出願公開第１０２０１２１０５８２２号明細書に基づき公知である。
【００３５】
本発明のさらに別の重要な特徴および利点は、従属項形式の各請求項、図面および図面の説明から明らかとなる。
【００３６】
もちろん、前で挙げた特徴および以下に説明する特徴は、それぞれ記載された組合せの形でしか使用可能でないわけではなく、本発明の枠から逸脱することなしに、別の組合せの形でも、あるいは単独の形でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】混合器を有する反応剤供給装置を備えた排ガス装置を回路図式に著しく簡略化して示す原理図である。
【図２】排ガス装置の別の実施形態を示す図である。
【図３】排ガス装置内の混合器の別の実施形態を示す図である。
【図４】排ガス装置内の混合器のさらに別の実施形態を示す図である。
【図５】排ガス装置内の混合器のさらに別の実施形態を示す図である。
【図６】排ガス装置内の混合器のさらに別の実施形態を示す図である。
【図７】排ガス装置内の混合器のさらに別の実施形態を示す図である。
【図８】混合器を軸方向で見た図である。
【図９】混合器の斜視図である。
【図１０】混合器の側面図である。
【図１１】混合器を製造するために使用される金属薄板体の展開図である。
【図１２】混合器の別の実施形態における金属薄板体の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本発明を実施するための形態を、図面につき詳しく説明する。図面中、同一の構成部分または類似の構成部分または同一機能の構成部分は同じ符号で示されている。
【００３９】
図１〜図７には、内燃機関において燃焼排ガスを排出するために用いられる排ガス装置１が部分的にのみ図示されている。この排ガス装置１は、矢印により示した排ガス流３を案内するための排ガス経路２を有する。排ガス経路２には、ＳＣＲ触媒４が配置されている。ＳＣＲ触媒４の上流側では、排ガス経路２に反応剤供給装置５が配置されている。この反応剤供給装置５を用いて、反応剤を、たとえばスプレー噴流６の形で排ガス流３に供給することができる。このようなＳＣＲ触媒４と関連して、反応剤として還元剤が使用される。還元剤を用いて、ＳＣＲ触媒４内で窒素酸化物を還元することができる。本実施形態では、排ガス経路２が反応剤供給装置５の上流側に酸化触媒７を有している。この酸化触媒７は、好ましくはディーゼル酸化触媒である。反応剤供給装置５の下流側では、排ガス経路２がパーティキュレートフィルタ８を有していてよい。パーティキュレートフィルタ８は、特にディーゼルパーティキュレートフィルタである。パーティキュレートフィルタ８は、基本的にはＳＣＲ触媒４の下流側に配置されていてよい。その場合には、ＳＣＲ触媒４とパーティキュレートフィルタ８とは、互いに別個の構成部分を形成する。しかし、図１〜図７に示した好適な実施形態では、ＳＣＲ触媒４が、パーティキュレートフィルタ８に施与されたＳＣＲ触媒コーティング９によって形成されている。パーティキュレートフィルタ８は、たとえばセラミック製のフィルタボディを有し、このフィルタボディは、流出側で閉じられている多数の流入通路と、流入側で閉じられている多数の流出通路とを有している。この場合、これらの流入通路と流出通路とを分離する隔壁は、排ガス流３に対しては透過性であるが、一緒に運ばれてきた粒子に対しては実質的に不透過性である。流入通路および／または流出通路は、前記ＳＣＲ触媒コーティング９を備えていてよく、これによりＳＣＲ触媒４の機能はパーティキュレートフィルタ８に統合されている。
【００４０】
図１〜図７に図示されているように、反応剤供給装置５は管アッセンブリ１０を有する。この管アッセンブリ１０は排ガス経路２に組み込まれており、したがって同じく排ガス流３を案内するために用いられる。さらに、反応剤供給装置５は、反応剤を排ガス流３に導入するために、反応剤から成るスプレー噴流６を発生させるための噴射器（インジェクタ）１１を有する。このためには、噴射器１１が管アッセンブリ１０に配置されている。反応剤供給装置５はさらに、混合器１２を有する。この混合器１２は、排ガス流３に関して噴射器１１の下流側で管アッセンブリ１０内に配置されている。混合器１２は、管アッセンブリ１０に関して別個の構成部分である。混合器１２は管アッセンブリ１０内に挿入されていて、適当な手段により管アッセンブリ１０に取り付けられている。
【００４１】
以下に、図８〜図１２につき、混合器１２の好適な実施形態について詳しく説明する。混合器１２は、１つの管部分１３と複数の静翼１４，１５とを有する。管部分１３は、排ガス流３によって通流可能な流れ横断面１６の輪郭を周方向１７で取り囲むように画定している。さらに、管部分１３は、管部分１３もしくは混合器１２の長手方向中心軸線２４に対して平行に延びる軸方向１８において、第１の軸方向側１９から第２の軸方向側２０にまで延びている。静翼１４，１５は、両軸方向側１９，２０のうちの少なくともいずれか一方の軸方向側に配置されている。図８〜図１１に示した実施形態では、全ての静翼１４，１５が第１の軸方向側１９に配置されている。それに対して、図１２に示した実施形態では、静翼１４，１５が両軸方向側１９，２０に分配されている。各軸方向側１９；２０において、静翼１４，１５は、流れ横断面１６に突入するように管部分１３に突設されている。この場合、個々の静翼１４，１５は、ほぼ半径方向に延びている。もちろん、静翼１４，１５の延在方向は、基本的には軸方向成分をも有していてよい。しかし、一般に、半径方向成分の方が、軸方向成分よりも大きく形成されている。
【００４２】
図８〜図１２に示したように、静翼１４，１５は周方向１７において第１の静翼グループ２１と第２の静翼グループ２２とにグループ分けされている。符号１４で示した静翼は、第１の静翼グループ２１に対応しており、符号１５で示した静翼は、第２の静翼グループ２２に対応している。両静翼グループ２１，２２は、これらの実施形態では周方向１７において連続しているので、両静翼グループ２１，２２は、軸方向では実質的に相互に重なり合わない。図８〜図１１に示した混合器１２では、第１の静翼グループ２１の静翼１４が第１の軸方向側１９において、第２の静翼グループ２２の静翼１５に対して軸方向１８にずらされて配置されている。第１の軸方向側１９は、有利には排ガス流が流入してくる軸方向側、つまり混合器１２の流入側もしくは上流側である。この事例については、図１０に排ガス流３が、相応する流れ方向矢印により示されている。これに相応して、第１の静翼グループ２１の静翼１４は排ガス流３の流れ方向に関して、第２の静翼グループ２２の静翼１５に対して後方にずらされて、つまり下流側にずらされている。
【００４３】
これとは異なり、図１２に示した実施形態では、両静翼グループ２１，２２が、管部分１３の互いに異なる軸方向側１９，２０に配置もしくは形成されている。すなわち、図１２に示した実施形態では、第１の静翼グループ２１の第１の静翼１４が、第２の軸方向側２０に相当する流出側に形成されており、第２の静翼グループ２２の第２の静翼１５は、第１の軸方向側１９に相当する流入側に形成されている。
【００４４】
図８〜図１２に示した混合器１２は、好ましくは金属薄板成形部品２３として構成されている。このことは、管部分１３が、全ての静翼１４，１５と一緒に、唯一つの金属薄板体から変形加工により製造されていることを意味する。その場合、この金属薄板体は変形加工後に金属薄板成形部品２３を形成する。図１１および図１２には、それぞれ金属薄板成形部品２３の展開図が図示されている。この展開図は、変形加工前の金属薄板成形部品２３の状態を表している。図１１および図１２では、金属薄板成形部品２３が平坦である。管部分１３および個々の静翼１４，１５は、既に存在している。混合器１２を形成するためには、金属薄板成形部品２３が混合器１２もしくは管部分１３の長手方向中心軸線２４を中心にして周方向１７に曲げられるだけでよい。さらに、静翼１４はそれぞれ曲げ縁２５に沿って折り曲げられなければならない。翼根元２６の範囲には、アンダカット部２７が設けられている。これらのアンダカット部２７はノッチ作用を減少させる。さらに、管部分１３には、２つの開口２８が設けられている。これらの開口２８は、たとえば混合器１２を管アッセンブリ１０内に位置固定するために使用され得る。付加的にまたは択一的に、これらの開口２８は混合器１２の製造時および／またはハンドリング時でも使用され得る。
【００４５】
図８〜図１２に示した実施形態では、金属薄板成形部品２３が円形に曲げられており、これにより流れ横断面１６は円形に形成されている。さらに、図９に示したように、金属薄板成形部品２３の２つの長手方向端部３４，３５は突合わせ成形されているので、両長手方向端部３４，３５は突合わせ部３６において周方向１７で互いに突き合わされている。この突合わせ部３６は図８にも図示されている。また、曲線を有する別の横断面または曲線を有しない横断面も考えられる。
【００４６】
図８〜図１２に示した実施形態では、静翼１４，１５が軸方向１８に対して角度設定されているので、静翼１４，１５はそれぞれ迎え角２９；３０を有する。各静翼１４，１５においては、各迎え角２９，３０が各静翼１４，１５の長手方向に沿って変化し得る。この場合、第１の静翼グループ２１の静翼１４は第１の迎え角２９を有し、第２の静翼グループ２２の静翼１５は第２の迎え角３０を有する。迎え角２９，３０とは、各静翼１４，１５の弦が軸方向１８に対して成す角度を意味する。各静翼１４，１５の弦は、各静翼１４，１５の横断面プロフィール内で各静翼１４，１５の流入側の上流縁（前縁）と流出側の下流縁（後縁）とを結ぶ直線である。横断面プロフィールはこの場合、翼長に対して直角に測定されている。図１１および図１２に示したように、翼長はこの場合、各静翼１４，１５内で翼根元２６から翼先端３１にまで延びている。静翼１４，１５が管部分１３もしくは混合器１２の流入側に配置されている場合には、図９および図１０において、上流縁のうちの幾つかが符号３２で、下流縁のうちの幾つかが符号３３で、それぞれ示されている。
【００４７】
特に図９〜図１１から判るように、第１の静翼グループ２１の静翼１４の迎え角２９は第２の静翼グループ２２の静翼１５の迎え角３０とは逆向きに配向されている。図１０に示したように、第１の静翼グループ２１の静翼１４は図面で見て右側に向かって角度設定されており、それに対して、第２の静翼グループ２２の静翼１５は左側に向かって角度設定されている。第１の静翼グループ２１内では、所属の静翼１４（以降、「第１の静翼１４」とも呼ぶ）の迎え角２９が同じ向きを有している。第２の静翼グループ２２内では、所属の静翼１５（以降、「第２の静翼１５」とも呼ぶ）の迎え角３０が同じ向きを有している。したがって、第１の静翼グループ２１の第１の静翼１４は、第１の回転方向に向けられた旋回流もしくはスワールを発生させ、第２の静翼グループ２２の第２の静翼１５は、通流時に逆向きの第２の回転方向に向けられた旋回流もしくはスワールを発生させる。これにより、混合器１２への通流時では、特に激しい混合が得られる。
【００４８】
特に図１１から判るように、第１の静翼グループ２１では、図面で見て左側の２つの静翼１４が、軸方向１８に対して、右側の３つの静翼１４とば異なる配向を有している。これにより、各曲げ縁２５に沿った折曲げ時に、第１の静翼グループ２１の第１の静翼１４では、互いに異なる迎え角２９が生じる。その場合、迎え角２９は、大きさの点では互いに異なるが、その向きに関しては同じ向きを有している。同様のことは、第２の静翼グループ２２の第２の静翼１５についても云える。この場合にも、図面で見て左側の３つの静翼１５は、軸方向１８に対して、右側の２つの静翼１５とは異なる配向を有している。
【００４９】
さらに、特に図１１および図１２から判るように、各静翼グループ２１，２２内では、同じ静翼グループ２１，２２内のその他の静翼１４，１５よりも大きな翼長を有する、それぞれ少なくとも１つの静翼１４，１５が存在している。図１１および図１２には、この長めの静翼が符号１４’，１５’で示されている。図面から判るように、各静翼グループ２１，２２は、その他の静翼１４，１５よりも長く形成された３つの静翼１４’，１５’を有している。これらの長めの静翼１４’，１５’は図８にも図示されている。しかし、第１の静翼１４と第２の静翼１５とは、ほぼ同一に形成されていることが好適である。特に、短めの第１の静翼１４は短めの第２の静翼１５に相当しており、長めの第１の静翼１４’は長めの第２の静翼１５’に相当している。
【００５０】
さらにこの場合、第１の静翼グループ２１と第２の静翼グループ２２とは、それぞれ同数の静翼１４，１５を有している。図示の実施形態では、各静翼グループ２１，２２がそれぞれ５つの静翼１４，１５を有している。もちろん、基本的には別の個数も可能である。さらに、この場合には、２つの静翼グループ２１，２２しか形成されていない。両静翼グループ２１，２２はこの場合、周方向１７でほぼ同じ周長にわたって、すなわちそれぞれ１８０°にわたって延びているので、各静翼グループ２１，２２はそれぞれ管部分１３の円周の約１／２を占めている。この場合にも、もちろん、別の分割および別の静翼グループ数も可能である。
【００５１】
全ての静翼１４，１５は、半径方向内側に自由端を有しており、すなわちその翼先端３１の範囲が自由端となるように片持ち式に形成されている。さらに、静翼１４，１５はそれぞれ、互いに接触し合わないように延びている。図８に示したように、全ての静翼１４，１５の自由端は長手方向中心軸線２４の手前に位置しており、すなわち全ての静翼１４，１５は長手方向中心軸線２４の手前までしか延びていない。それに対して、別の実施形態では、静翼１４，１５のうちの少なくとも１つが、長手方向中心軸線２４を越えて延び、これにより図８では中心で開いている、長手方向中心軸線２４を含むコア範囲をも覆うような長さに形成されていてよい。
【００５２】
図８〜図１１に示した有利な実施形態では、軸方向で互いに対してずらされた静翼グループ２１，２２が、第１の軸方向側１９に相当する混合器１２の流入側（以降、符号１９でも示す）にしか配置されていない。この有利な実施形態は、図１および図２にも示されている。図１および図２には、両静翼グループ２１，２２が、流入側１９において簡略化されて図示されている。この場合にも、静翼１４，１５は流入側１９にしか設けられていない。
【００５３】
図３〜図７には、純例示的に混合器１２の別の実施形態が示されている。これらの実施形態は、特に下流側もしくは流出側にも静翼が配置されていることにより特徴付けられる。流出側は第２の軸方向側２０に相当している（以降、同じく符号２０でも示す）。さらに、図３に示した実施形態では、流出側２０において、静翼１４，１５の段付けされた配置もしくは静翼グループ２１，２２への静翼１４，１５の段付けされた分割が行われる。これとは異なり、流入側１９では、静翼が管部分１３の共通の軸方向区分に配置されている。
【００５４】
図４に示した実施形態では、図３に示した混合器１２が、軸方向側１９，２０の構成を反転した形で取り付けられているので、流入側１９において再び静翼の段付けされた配置が行われており、それに対して流出側２０では、静翼が管部分１３の共通の軸方向区分に配置されている。
【００５５】
図５に示した実施形態では、流入側１９に向かってずらされた第２の静翼グループ２２の静翼１５が、さらに第２の静翼グループ２２の内部でも軸方向に互いにずらされて配置されている。これにより、第２の静翼グループ２２内では、流出側２０に向かってずらされて配置されている第１の静翼グループ２１の静翼１４への多段式の移行部が提供される。
【００５６】
図６に示した実施形態では、流入側１９においても、流出側２０においても、軸方向に互いにずらされた静翼を備えた２つの静翼グループ２１，２２が設けられている。図７に示した実施形態においても、流入側と流出側とに、軸方向に互いにずらされているそれぞれ２つの静翼グループ２１，２２が設けられている。図６に示した実施形態では、流入側１９における両静翼グループ２１，２２のずれが、流出側２０に対して逆向きである。これとは異なり、図７に示した実施形態では、流入側１９と流出側２０とに設けられた両静翼グループ２１，２２のずれが同じ向きに形成されている。
【００５７】
図１〜図７に示した実施形態では、噴射器１１が管アッセンブリ１０の側方に配置されている。さらに、前で説明した混合器１２は、図１、図２および図４〜図７に示した実施形態では、管アッセンブリ１０において、両静翼グループ２１，２２がそれぞれ混合器１２の流入側１９に位置するように配置されている。さらに、混合器１２の配置はその回転位置に関して、第１の静翼グループ２１が噴射器１１寄りの側に位置し、第２の静翼グループ２２が噴射器１１から離反して位置するように行われる。これに相応して、第１の静翼グループ２１は、噴射器１１に関して近位の横断面範囲に位置し、第２の静翼グループ２２は、噴射器１１に関して遠位の横断面範囲に配置されている。さらに、第１の静翼グループ２１は混合器１２の流出側２０の方向で第２の静翼グループ２２に対して軸方向にずらされて配置されている。
【００５８】
図示の実施形態では、さらに、噴射器１１は、この噴射器１１によって形成可能となるスプレー噴流６が混合器１２の軸方向１８に対して傾けられるように配置されているか、もしくは形成されている。たとえば、スプレー噴流６は混合器１２の軸方向１８に対して約４５°だけ傾けられていてよい。
【００５９】
図２に示した特別な実施形態では、管アッセンブリ１０が混合器１２の上流側で曲がり部もしくはベンド部３７を有する。このベンド部３７は、排ガス流３内に、噴射器１１に向かい合って位置する側方もしくは壁近傍の死水域（静止状態の流体領域）３８を発生させる。混合器１２はこの場合、第２の静翼グループ２２がこの死水域３８内に軸方向で突入するように管アッセンブリ１０内に位置決めされている。
【００６０】
図２に示した実施形態においてさらに注目すべき点は、前で述べたベンド部３７が約９０°のベンド角を成していることである。したがって、排ガス流３は９０°変向される。ベンド部３７のすぐ上流側には、酸化触媒７が配置されている。図２に示した実施形態では、管アッセンブリ１０に別の曲がり部もしくはベンド部３９が形成されており、このベンド部３９は別の流れ変向、好ましくはやはり約９０°の流れ変向を生ぜしめる。第１のベンド部３７と、この第２のベンド部３９とは、好適には同じ平面に位置するので、排ガス流３は合計１８０°変向される。直接に第２のベンド部３９には、ＳＣＲ触媒４もしくはＳＣＲ触媒コーティング９を備えたパーティキュレートフィルタ８が続いている。これにより、反応剤供給装置５のための特にコンパクトな構造が得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１  排ガス装置
２  排ガス経路
３  排ガス流
４  ＳＣＲ触媒
５  反応剤供給装置
６  スプレー噴流
７  酸化触媒
８  パーティキュレートフィルタ
９  ＳＣＲ触媒コーティング
１０  管アッセンブリ
１１  噴射器
１２  混合器
１３  管部分
１４，１５  静翼
１６  流れ横断面
１７  周方向
１８  軸方向
１９  第１の軸方向側
２０  第２の軸方向側
２１  第１の静翼グループ
２２  第２の静翼グループ
２３  金属薄板成形部品
２４  長手方向中心軸線
２５  曲げ縁
２６  翼根元
２７  アンダカット部
２８  開口
２９，３０  迎え角
３１  翼先端
３２  上流縁
３３  下流縁
３４，３５  長手方向端部
３６  突合わせ部
３７  ベンド部
３８  死水域
３９  ベンド部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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