專利名稱：用于在管道中引導(dǎo)的流體的混合件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在管道中引導(dǎo)的流體的混合件和一種管道，特別是汽車的排氣管，其中裝有至少一個這種混合件。
導(dǎo)入到管道中的熱流體，例如來自內(nèi)燃機的廢氣被供到一個裝置，例如一個三元催化轉(zhuǎn)化器或NOx儲存器，這種流體至少具有一股外側(cè)流，它由管道的外表面冷卻，因此在氣流的整個斷面上存在著不均勻的溫度分布。
為了使不均勻的溫度分布更均勻，已經(jīng)知道在管道中設(shè)置混合件，從管道的橫截面中來看，混合件或者是將較冷的外側(cè)流從管道的內(nèi)表面剝離出來并使其轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)的“剝離”元件(下面也將它稱作外導(dǎo)向表面)，或者是將較熱的內(nèi)側(cè)流轉(zhuǎn)向外側(cè)的轉(zhuǎn)向元件(下面也將它稱作內(nèi)導(dǎo)向表面)。混合件相對于主氣流方向傾斜地布置。因此，并且還由于混合件是串聯(lián)的，一對已知的混合體需要較長的流路，以實現(xiàn)徹底的混合。
在許多應(yīng)用中，也希望氣流通過與外界進行熱交換而盡可能有效地被冷卻。在這種情況下，特別是外導(dǎo)向表面具有下述缺點在外導(dǎo)向表面后面的流動盲區(qū)，幾乎沒有流體流到管道內(nèi)表面的大部分上，因此這部分內(nèi)表面對在大多數(shù)應(yīng)用場合中都希望有的熱交換不起作用。就冷卻而言，這實質(zhì)上會將由內(nèi)外側(cè)流的均勻混合帶來的優(yōu)點一掃而盡。
本發(fā)明的一個目的是為管道中引導(dǎo)的流體提供一種改進的混合件，它能避免上述缺點。具體地說，它將確保管道的基本上整個內(nèi)表面都用于冷卻目的。另外，在流體流過該混合件之后，在整個流動橫斷面上，流體的溫度分布盡可能地一致，以便例如防止對下游裝置的局部熱誘發(fā)損害或過早老化。最后，這種混合件的特點是能自動生產(chǎn)并具有緊湊的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個目的是提出一種管道，其中裝配有至少一個這種混合件。
這個目的是由具有權(quán)利要求1所述的特征的混合件和具有權(quán)利要求16所述的特征的管道實現(xiàn)的。在相應(yīng)的從屬權(quán)利要求中提出了一些有利的改進方案。
根據(jù)本發(fā)明的用于在管道中引導(dǎo)的流體的混合件的特別之處在于大致在管道的一個橫截平面中，具有同時用于將鄰近管道的內(nèi)表面的外側(cè)流部分朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向和將內(nèi)側(cè)流部分朝向外側(cè)轉(zhuǎn)向的裝置，其結(jié)果是，熱的和較冷的流體被有利地相互均勻混合，以使整個流體流具有盡可能一致的溫度分布，并且防止了對下游裝置的熱誘發(fā)損害。另外的優(yōu)點是，根據(jù)本發(fā)明的混合件與前面介紹的串聯(lián)布置的已知混合件相比，為獲得流體的外側(cè)流和內(nèi)側(cè)流的均勻混合需要短得多的流路。
該混合件最好具有至少一個用于將外側(cè)流朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向的外導(dǎo)向表面，和至少一個用于將內(nèi)側(cè)流朝向外側(cè)轉(zhuǎn)向的內(nèi)導(dǎo)向表面。
特別為了最大限度地減小流體中的壓力損失，建議使外和內(nèi)導(dǎo)向表面相對于主流動方向傾斜。對于外導(dǎo)向表面來說，使它相對于主流動方向傾斜大約30°-60°角，特別是大約45°角，被證明是有益的；而對于內(nèi)導(dǎo)向表面來說，使它相對于主流動方向傾斜大約30°-60°角，特別是大約45°角，也被證明是有益的。相對于主流動方向的傾斜度越大，壓力損失就越大，但混合卻更均勻。因此，導(dǎo)向表面的傾斜度可與特定的流動條件相適應(yīng)。內(nèi)和外導(dǎo)向表面兩者的傾斜度也可以不同，特別是當內(nèi)和外導(dǎo)向表面的總的表面積也不同時。
為了能生產(chǎn)出單件式的混合件，建議使外和內(nèi)導(dǎo)向表面保持在一個共同的保持架上。
為此目的，在一個優(yōu)選實施例中，保持架為具有至少四個邊的設(shè)計，最好為具有至少六個邊的設(shè)計，或設(shè)計成具有偶數(shù)個邊的其他任何多邊形的形式。
為使混合更均勻，建議將外和內(nèi)導(dǎo)向表面交替地布置在保持架的周邊上，外導(dǎo)向表面的表面積最好大致對應(yīng)于內(nèi)導(dǎo)向表面的表面積。
根據(jù)本發(fā)明，外導(dǎo)向表面最好至少部分地吻合于管道內(nèi)表面的輪廓，這樣做的益處是使邊緣流部分也能被從管道的內(nèi)表面“剝離”出來并朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向。
為了改善流體和管道外壁之間的熱交換，外導(dǎo)向表面具有至少一個開口，一部分外側(cè)流通過此開口向前流動。結(jié)果是，位于外導(dǎo)向表面緊后面的管道表面部分也能致力于熱交換。此開口的尺寸最好大約為外導(dǎo)向表面的面積的20-40％。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，該開口設(shè)計成部分圓形，它朝向管道的內(nèi)表面開口，從而有利地保證利用整個管道表面來冷卻。這一部分圓可被完全切掉。然而，特別適宜的是，不將此用于形成開口的部分完全切下，而是簡單地將它向外彎折成一個連接片的形式，該連接片連在混合件上，利用它將混合件固定到管道的內(nèi)表面上。
特別適宜的是，作為一種替換或附加，使從內(nèi)側(cè)向外側(cè)轉(zhuǎn)向的內(nèi)側(cè)流在周邊方向額外地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)(渦流)，這樣，熱流被從內(nèi)側(cè)又直接轉(zhuǎn)入外導(dǎo)向表面后面的流動盲區(qū)。因此，建議將內(nèi)導(dǎo)向表面設(shè)計成渦旋葉片。
最好通過外導(dǎo)向表面或從這些表面向外彎折的連接片，以對接，特別是焊接或釬焊的方式將混合件連到管道上。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，可利用沖壓一個金屬板件或使用激光切割來生產(chǎn)出單件式的混合件，這有益于低成本自動化生產(chǎn)。
根據(jù)另一個實施例，混合件至少被部分涂覆。涂覆混合件的優(yōu)點是確?；旌霞茉谝粋€很長的時間段內(nèi)承受出現(xiàn)的熱和動載荷。另外，例如，局部的涂覆使得在混合件和管道之間易于形成對接連接。
根據(jù)本發(fā)明的管道，特別是汽車排氣管的特別之處在于，裝有至少一個如權(quán)利要求1-16中一項所述的混合件。與帶有串聯(lián)布置的混合件的已知管道相比，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)點至少是，在內(nèi)側(cè)流和外側(cè)流混合之后，流體中的溫度分布盡可能均勻，并且由于本發(fā)明的混合件所需要的流路變短，從而使得對軸向空間的需求小了。
采取下述措施還能進一步有利地提高混合度沿著主流動方向看去，在第一混合件的下游，在管道中安置第二混合件，使此第二混合件的內(nèi)和外導(dǎo)向表面相對于第一混合件的內(nèi)和外導(dǎo)向表面偏置(錯位)。針對一種假想的穩(wěn)態(tài)流的流線來說，這將意味著，例如，外側(cè)流部分將由第一混合件朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向，然后將由下游的第二混合件朝向外側(cè)轉(zhuǎn)向。
下面將結(jié)合附圖根據(jù)用于汽車工業(yè)中的示例性的實施例對本發(fā)明的進一步的優(yōu)點和特征做更詳細的說明，不過，本發(fā)明并不限于此。在附圖中，


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個混合件的側(cè)面圖，該混合件裝配在一臺內(nèi)燃機的排氣管中；圖2是圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的混合件的正面圖；圖3是圖1和2所示的根據(jù)本發(fā)明的混合件的示意性展開圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的混合件的一個內(nèi)導(dǎo)向表面的正面圖，該內(nèi)導(dǎo)向表面設(shè)計成渦旋葉片式；圖5是帶有兩個串聯(lián)的根據(jù)本發(fā)明混合件的管道的縱軸向剖面圖，其中有部分側(cè)面圖。
圖1以側(cè)面圖示意地表示了根據(jù)本發(fā)明的混合件1，該混合件裝在管道2，例如一臺內(nèi)燃機(未示出)的一排氣管中。來自內(nèi)燃機(未示出)的廢氣通入排氣管2，混合件1這樣安置在排氣管中，使得大致在一個平面內(nèi)，同時將鄰近管道2內(nèi)表面3的外側(cè)流A部分朝內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向，而將內(nèi)側(cè)流I部分朝外側(cè)轉(zhuǎn)向。
為此，根據(jù)此示例性實施例的混合件1在每種情況下都具有3個外導(dǎo)向表面4和3個內(nèi)導(dǎo)向表面5，如從圖2和3中可清楚地看出，外導(dǎo)向表面4類似于一個梯形，而內(nèi)導(dǎo)向表面5為三角形。外導(dǎo)向表面4用于將外側(cè)流A朝內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向；內(nèi)導(dǎo)向表面5用于將內(nèi)側(cè)流I朝外側(cè)轉(zhuǎn)向。具體地，為了最大限度地減小流體中的壓力損失，外導(dǎo)向表面4和內(nèi)導(dǎo)向表面5相對于主流動方向S傾斜，在根據(jù)此示例性實施例的混合件1的情況中，外導(dǎo)向表面4相對于主流動方向S的傾斜度約為45°，而內(nèi)導(dǎo)向表面5相對于主流動方向S的傾斜度約為60°。
外導(dǎo)向表面4和內(nèi)導(dǎo)向表面5保持在一個公共的保持架6上，在根據(jù)此示例性實施例的混合件1中，保持架6優(yōu)選為六邊形設(shè)計。
外導(dǎo)向表面4和內(nèi)導(dǎo)向表面5以有利于流體流動的方式交替地布置在保持架6的周邊上，保持架6完全位于流動橫斷面之內(nèi)并且基本上平行于主流動方向S伸展。外導(dǎo)向表面4的總的表面積最好大致對應(yīng)于內(nèi)導(dǎo)向表面5的總的表面積，這樣做的優(yōu)點是使被朝內(nèi)側(cè)導(dǎo)向的外側(cè)流A與被朝外側(cè)導(dǎo)向的內(nèi)側(cè)流I的比例大致相等。
從圖2或3中具體可見，在每種情況下，梯形的外導(dǎo)向表面4的最長側(cè)邊至少部分地吻合于排氣管2的內(nèi)表面3的輪廓。這樣，例如能通過外導(dǎo)向表面4的對接而有利于將混合件1連到排氣管2上。
另外，外導(dǎo)向表面4最好具有至少一個開口7，一部分外側(cè)流通過此開口向前流動。在根據(jù)本示例性實施例的混合件1中，開口7設(shè)計成大致半圓形，它朝向管2的內(nèi)表面3開口。作為一種選擇或補充，外導(dǎo)向表面4可具有通孔(未示出)，一部分外側(cè)流也同樣能通過它向前流動。如圖3所示，為形成開口7而要去掉的部分圓片9也可以不與外導(dǎo)向表面4完全分離，而是沿一條彎折線10向外彎折。這樣也形成了所要的開口7，而且還能使被向外彎折的部分圓片9形成固定連接片，該連接片基本上抵靠在管2的內(nèi)表面3上，并且能通過面或者點連接而連接到此管上。在許多情況下，這種連接比那種在外導(dǎo)向表面4的邊緣和管2之間的連接更容易制造。
特別有利的是，作為一種選擇或者除了開口7之外，可使被從內(nèi)側(cè)朝外側(cè)轉(zhuǎn)向的內(nèi)側(cè)流在圓周方向產(chǎn)生額外的旋轉(zhuǎn)，以使熱流I從內(nèi)側(cè)又直接轉(zhuǎn)入外側(cè)導(dǎo)向表面4后面的流動盲區(qū)中。因此，如果內(nèi)側(cè)導(dǎo)向表面5被設(shè)計成所知的渦旋葉片的形式，如圖4示意所示的那樣，那將是有利的。
對于根據(jù)本發(fā)明的這個示例性實施例的混合件1，可利用沖壓一金屬片或利用激光切割方便地生產(chǎn)出單件式的混合件。圖3中示意出了根據(jù)本發(fā)明的混合件的一個相應(yīng)的展開圖。然而，根據(jù)具體的流體和應(yīng)用場合，例如在熱水應(yīng)用場合，混合件也可由其他材料，特別是相應(yīng)適合的塑料生產(chǎn)。所用的制造技術(shù)包括切割或沖壓和變形加工，特別是深沖，注模和類似工藝。
如果制造混合件1的原料是金屬片或類似物，在沖壓或激光切割出如圖3示意出的展開形式的混合件1的基本形狀之后，首先可利用已知的變形加工技術(shù)，特別是適合的壓制方法，將外導(dǎo)向表面4或內(nèi)導(dǎo)向表面5向前或向后彎折，直到達到所需的傾斜度，然后成形保持架的多邊形形狀，這樣最后僅僅在其對接側(cè)8需要進行連接，例如焊接。
能以這種方式低成本大批量生產(chǎn)的根據(jù)本發(fā)明的混合件1，尤其適合于裝在汽車的排氣管2中，特別是裝在一個蜂窩狀載體，特別是一個涂覆有催化活性材料和/或用作吸收劑的材料的蜂窩狀載體的上游側(cè)。與那種在起始側(cè)裝有用于在一個長的路徑中以層流的方式引導(dǎo)廢氣的蜂窩狀載體的管道相比-從外側(cè)向內(nèi)側(cè)或反過來基本上沒有熱交換，根據(jù)本發(fā)明的帶有一個或多個混合件1的管道可有利地實現(xiàn)較大的冷卻作用，同時伴隨著較低的壓力損失。
如圖5所示，當沿主流動方向S看去時，在第一混合件1的下游，可在排氣管2中設(shè)置一第二混合件1’。在這種情況下，已經(jīng)證實將第二混合件1’按以下方式設(shè)置是有利的使它的外導(dǎo)向表面5’和它的內(nèi)導(dǎo)向表面4’相對于第一混合件1的外導(dǎo)向表面5和內(nèi)導(dǎo)向表面4偏置。
根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)不限于在示例性實施例中所表示的廢氣技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明的混合件1，1’還能用于對在管道2中引導(dǎo)的流體進行均勻冷卻或加熱和/或使其具有盡可能均勻的溫度分布的任何場合，以便特別是為了防止對下游裝置，特別是對NOx儲存器的局部熱誘發(fā)損害。
參考標號表1，1’ 混合件2 管道3 管道2的內(nèi)表面4，4’ 外導(dǎo)向表面5，5’ 內(nèi)導(dǎo)向表面6 保持架7 開口8 對接側(cè)9 固定連接片10 彎折線A 外側(cè)流I 內(nèi)側(cè)流S 主流動方向
權(quán)利要求
1.一種用于在管道(2)中引導(dǎo)的流體的混合件(1)，其特征是，大致在管道(2)的一個橫截平面中，同時具有用于將鄰近管道(2)的內(nèi)表面(3)的外側(cè)流(A)部分朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向的裝置(4)和用于將內(nèi)側(cè)流(I)部分朝向外側(cè)轉(zhuǎn)向的裝置(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合件(1)，其特征是，用于將外側(cè)流(A)朝向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向的裝置包括至少一個外導(dǎo)向表面(4)，而用于將內(nèi)側(cè)流(I)朝向外側(cè)轉(zhuǎn)向的裝置包括至少一個內(nèi)導(dǎo)向表面(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)相對于主流動方向S傾斜30°到60°角，特別是傾斜大約45°角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的混合件(1)，其特征是，內(nèi)導(dǎo)向表面(5)相對于主流動方向S傾斜30°到60°角，特別是傾斜大約45°角。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)和內(nèi)導(dǎo)向表面(5)被保持在一個公共的保持架(6)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合件(1)，其特征是，保持架(6)為具有至少四個邊的設(shè)計，最好為六邊形設(shè)計或為具有偶數(shù)個邊的任何其他多邊形設(shè)計。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)和內(nèi)導(dǎo)向表面(5)交替地設(shè)置在保持架(6)的周邊上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中一項所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)的表面積大致對應(yīng)于內(nèi)導(dǎo)向表面(5)的表面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8中一項所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)至少部分地吻合于管道(2)的內(nèi)表面(3)的輪廓。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9中一項所述的混合件(1)，其特征是，外導(dǎo)向表面(4)具有至少一個開口(7)，一部分外側(cè)流(A’)通過此開口向前流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的混合件(1)，其特征是，開口(7)設(shè)計成一部分圓，其開口朝向管道(2)的內(nèi)表面(3)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11中一項所述的混合件(1)，其特征是，內(nèi)導(dǎo)向表面(5)設(shè)計成一個渦旋葉片，使得從內(nèi)側(cè)向外側(cè)轉(zhuǎn)向的流I沿周邊方向產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12中一項所述的混合件(1)，其特征是，混合件(1)通過外導(dǎo)向表面(4)以對接方式，特別是以焊接或釬焊，連接到管道(2)上。
14.根據(jù)上述一項權(quán)利要求所述的混合件(1)，其特征是，它以單件的形式由一金屬板件通過激光切割或沖壓而制成。
15.根據(jù)上述一項權(quán)利要求所述的混合件(1)，其特征是，它至少被部分地涂覆。
16.一種管道(2)，特別是汽車的排氣管，其中裝配有至少一個根據(jù)上述一項權(quán)利要求所述的混合件(1)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的管道(2)，其中，在沿著主流動方向(S)看去時，至少一個第二混合件(1’)設(shè)置在第一混合件(1)的下游，它設(shè)置成使其內(nèi)導(dǎo)向表面(5’)和外導(dǎo)向表面(4’)相對于第一混合件(1)的內(nèi)導(dǎo)向表面(5)和外導(dǎo)向表面(4)偏置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在管道(2)引導(dǎo)的流體的混合件(1),特別是用于內(nèi)燃機排氣管中的混合件。鄰近管道(2)內(nèi)表面(3)的外側(cè)流A部分由一個外導(dǎo)向面(4)朝向內(nèi)側(cè)導(dǎo)向,同時并且大致在一共同平面內(nèi),內(nèi)側(cè)流I部分由一個內(nèi)導(dǎo)向面(5)朝外側(cè)導(dǎo)向。利用設(shè)在外導(dǎo)向面(4)中的至少一個開口,可很好地確保管道(2)的整個內(nèi)表面(3)都被用于冷卻的目的。本發(fā)明為實現(xiàn)在管道中引導(dǎo)的流體的均勻的溫度分布和良好的冷卻提供了一種簡單的裝置。本發(fā)明混合件(1)與已知的混合件的一個特別的區(qū)別點在于其緊湊的結(jié)構(gòu)。
文檔編號F01N3/28GK1370255SQ00811717
公開日2002年9月18日 申請日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月17日
發(fā)明者羅爾夫·布魯克, 克特瑞恩·沙佩爾, 揚·霍德格遜 申請人:排放技術(shù)有限公司