CN109931131A - 尿素混合器、scr***、车辆和尿素混合方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种尿素混合器、SCR***、车辆和尿素混合方法，其中尿素混合器(100)包括可转动地安装在排气管中的混合本体，并且该混合本体具有与驱动件相连的驱动端。通过上述技术方案，本公开提供的尿素混合器通过与驱动端相连的驱动件进而驱动混合本体动态旋转，并且可以依据发动机工况控制混合本体转速，实现对尿素混合器的主动控制，以使尿素雾滴与排气管中的尾气充分混合，提高SCR***的转化效率，降低尿素溶液在混合器上结晶的风险，并且通过引导气流流动来减小排气背压、节省油耗。

Description

尿素混合器、SCR***、车辆和尿素混合方法

技术领域

本公开涉及车辆的后处理技术领域，具体地，涉及一种尿素混合器、SCR***、车辆和尿素混合方法。

背景技术

随着汽车排放法规愈加严格，车辆的后处理器将起到越来越重要的作用。为达到排放法规要求，车辆后处理***的SCR必不可少，SCR使用一定浓度的尿素溶液作为还原剂，将排放污染物中的NOx还原为N₂和水，再排放到大气中。尿素溶液经尿素泵加压和尿素喷嘴雾化，喷射到SCR前端的排气管中，由于尿素泵和尿素喷嘴的能力有限，为使尿素溶液与尾气的混合效果满足反应效率的要求，需在排气管内增加混合器装置。混合器可以使雾化后的尿素液滴进一步破碎，同时改善气流，使尿素与尾气充分混合。

现有的尿素混合器结构大多为被动式混合器，无法根据发动机工况动态调整混合效果。为达到混合效果，必须增大混合器表面积，但大表面积的混合器容易造成背压升高，带来动力下降、高油耗等问题。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种尿素混合器，该尿素混合器能够有效改善尿素溶液与尾气的混合效果，提高反应效率，并且减小背压、降低车辆油耗。

本公开的另一个目的是提供一种SCR***，该SCR***配置有本公开提供的尿素混合器。

本公开的又一个目的是提供一种车辆，该车辆配置有本公开提供的SCR***。

本公开的再一个目的是提供一种尿素混合方法，该尿素混合方法使用了本公开提供的尿素混合器。

为了实现上述目的，本公开提供一种尿素混合器，所述尿素混合器包括可转动地安装在排气管中的混合本体，并且该混合本体具有与驱动件相连的驱动端。

可选地，所述混合本体包括可转动地安装在所述排气管中的转轴和设置在所述转轴外侧的扇叶，所述转轴的一端形成为所述驱动端。

可选地，所述转轴具有扇叶段和安装段，所述安装段具有所述驱动端，所述扇叶段形成为朝远离所述安装段的方向渐缩的伞状结构，该伞状结构用于安装所述扇叶的外侧壁形成为向内凹入的弧形壁。

可选地，所述伞状结构的底壁为平面结构。

可选地，所述伞状结构的底壁上形成有贯通至所述外侧壁的导流缺口，该导流缺口在所述底壁上的延伸方向相对于所述转轴的径向呈角度，并且所述导流缺口的开口朝向所述转轴的转动方向设置。

可选地，所述扇叶为多个，并且沿周向均匀分布在所述转轴上，所述扇叶的外边缘沿远离所述驱动端的方向逐渐靠近所述转轴的轴线倾斜。

根据本公开的第二个方面，提供一种SCR***，包括上述的尿素混合器；旋转驱动装置，与所述驱动端相连；以及车辆ECU，与所述旋转驱动装置电连接以根据发动机工况控制所述混合本体转动。

根据本公开的第三个方面，提供一种车辆，包括上述的SCR***。

根据本公开的第四个方面，还提供一种尿素混合方法，包括：

在车辆排气管中安装上述的尿素混合器，以及获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制所述混合本体转动。

可选地，所述获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制所述混合本体转动的步骤包括：

在所述发动机启动或关闭后的预定时间内，控制所述混合本体旋转；和/或，

在所述发动机的低速工况下，控制所述混合本体沿排气方向旋转以加快气流流速；和/或，

在所述发动机的中速工况下，控制所述混合本体与排气方向相反转动以减缓气流流速。

通过上述技术方案，本公开提供的尿素混合器通过与驱动端相连的驱动件进而驱动混合本体动态旋转，并且可以依据发动机工况控制混合本体转速，实现对尿素混合器的主动控制，以使尿素雾滴与排气管中的尾气充分混合，提高SCR***的转化效率，降低尿素溶液在混合器上结晶的风险，并且通过引导气流流动来减小排气背压、节省油耗。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合器的结构示意图；

图2是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合器的另一角度的结构示意图；

图3是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合器的剖视图；

图4是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合器的俯视图；

图5是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合器放置于排气管中的位置示意图；

图6是本公开一种示例性实施方式提供的SCR***的框图；

图7是本公开一种示例性实施方式提供的尿素混合方法的流程图。

附图标记说明

1转轴 2扇叶

11扇叶段 12安装段

111导流缺口 100尿素混合器

200旋转驱动装置 300车辆ECU

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是基于附图所示的方位或位置关系进行定义的，具体地可参考图1至图5所示的图面方向，而“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1至图3所示，本公开提供一种尿素混合器，该尿素混合器100包括可转动地安装在排气管中的混合本体，并且该混合本体具有与驱动件相连的驱动端。即，混合本体通过其驱动端与驱动件相连，因此可以通过控制驱动件的工作与否，控制是否执行混合本体的混合工作，从而可以实现对尿素混合器的主动控制。例如当驱动件具有动力时，可以带动混合本体动态旋转，这样，从尿素喷嘴喷射出的尿素雾滴在混合本体的作用下进一步破碎，从而与排气管中的尾气充分混合，不仅提高了SCR***的转化效率，而且降低尿素溶液在混合器上结晶的风险，还能够通过引导气流流动来减小排气背压、节省油耗。

具体地，如图1所示，混合本体包括可转动地安装在排气管中的转轴1和设置在转轴1外侧的扇叶2，转轴1的一端形成为驱动端。转轴1的轴线与安装处排气管的轴线垂直，以占据排气管直径方向上的大部分空间，使沿管道排出的废气能够大部分经过混合本体而与尿素液滴混合。另外，排气管的侧壁开有孔道，转轴1的驱动端通过该孔道与驱动件连接。

更具体地，如图3所示，转轴1具有扇叶段11和安装段12，扇叶段上布置有扇叶2，安装段12具有驱动端，从而安装在驱动件上，扇叶段11形成为朝远离安装段12的方向渐缩的伞状结构，该伞状结构用于安装扇叶2的外侧壁形成为向内凹入的弧形壁。气流经过尿素混合器，扇叶段11具有引导气流的作用，而伞状结构的内凹弧形壁可以加大单位面积的引导气流量，并且因为内凹，其两侧边缘能够有效阻止气流向外流出，使其只能沿扇叶2转动的方向加速流动。

在本实施方式中，如图2所示，上述伞状结构的底壁为平面结构，以将扇叶段11和安装段12分隔开来，使其与排气管壁具有一定空间距离，保证扇叶2转动的平衡性，即，改善了气流均匀性，不会影响到气流的正常流动方向而造成排气背压，并且避免喷射到混合本体上的部分尿素雾滴沿转轴1的轴向直接流向安装段12的孔道，影响尿素混合器正常工作。

当发动机在启动后或关闭后的短时间内，尿素泵会将大量尿素喷射到混合器上，此时排气温度低、空气流速低，尿素无法反应，只能积累在混合器上，造成混合器结晶风险较高，相对于静态混合器而言，本公开的尿素混合器此时仍然可以通过驱动件控制混合本体继续旋转，从而将尿素破碎，并且伞状结构的底壁上形成有贯通至外侧壁的导流缺口111，破碎后的尿素便可顺着导流缺口111流出，不会堆积在混合器底部，降低混合器结晶风险。此外，导流缺口111在底壁上的延伸方向相对于转轴1的径向呈角度，并且该导流缺口111的开口朝向转轴1的转动方向设置，以使尿素可以沿着转轴1的转动方向快速地从导流缺口111流出。其中，导流缺口111的个数可以为一个，也可以为沿周向布置的多个。

根据本公开提供的具体实施方式，如图1和图2所示，上述扇叶2为多个，当然，扇叶2的数量要适宜，太少会造成混合效果不佳，达不到预期效果，过多又会增加车辆的负荷量，优选地，本公开设置扇叶2的数量为八个，并且为使气流流动均匀，各个扇叶2沿周向均匀分布在转轴1上。另外，为与扇叶2的数量相匹配，导流缺口111也开设有多个，并且每两个扇叶2之间布置有一个导流缺口111，以使每两个扇叶2之间的尿素溶液都能够通过导流缺口111流出，进一步降低尿素混合器的结晶风险。

具体地，如图4所示，扇叶2在转轴1转动时具有迎风侧和背风侧，其中扇叶2形成为朝向背风侧凸出的外鼓状，外鼓状的扇叶结构可以使得迎风侧加大单位面积的引导气流量，使两个扇叶2之间容纳更多的气流，充分保证气流与尿素雾滴混合的均匀性。

此外，如图1至图3所示，扇叶2的外边缘沿远离驱动端的方向逐渐靠近转轴1的轴线倾斜。这种设计结构能够最大程度适应尿素喷入的方向，使尿素喷入方向尽可能地与扇叶2扇面的切线方向垂直，不会有多余方向的分力使尿素部分喷射或者未喷射到混合器上，从而达到更好的破碎效果。另外，这种结构还使得尿素喷嘴与混合器之间留有空隙，进而预留了足够空间给尿素喷嘴的雾化，不会因混合器距离尿素喷嘴太近而造成尿素雾化不好，增加尿素结晶的风险，这种布置在结构紧凑的排气管中非常重要。并且倾斜的末端距离转轴1的轴线仍有一定的垂直距离，这样还可以避免空间浪费，满足排气管内的空间布置。

如图6所示，本公开还提供一种SCR***，包括以上所述的尿素混合器100；旋转驱动装置200，与驱动端相连，例如电机或者旋转油缸；以及车辆ECU 300，与旋转驱动装置电连接以根据发动机工况控制混合本体转动。该SCR***具有上述的尿素混合器的全部有益效果，即尿素是否混合以及混合程度均是根据发动机的工况，由车辆自动控制的。具体地，发动机的工况可以包括是否启动，启动时长以及转速、载荷等工况，车辆ECU可以通过收集这些信息实现对当前发动机工况的判断，其中对于发动机的工况采集和判断是车辆ECU自有功能，此处不再赘述，在判断当前工况后，根据预设控制策略，可以实现对电机的控制。其中具体控制策略在下述中详细描述。

本公开还提供一种车辆，该车辆配置有上述的SCR***。如图5所示，尿素混合器100放置于车辆的排气管中，扇叶2的转动方向顺着排气管的轴向，以与气流的流向保持一致。旋转驱动装置200优选为电机，尿素混合器100设置在距离尿素喷射***的250-450mm处，电机与尿素混合器100的驱动端相连，并设置在车辆的排气管附近，具***置可依据车辆后处理***的布置空间而定。

本公开还提供一种尿素混合方法，包括：

在车辆排气管中安装以上所述的尿素混合器100，以及获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制混合本体转动。

具体地，如图7所示，作为一种实施方式，获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制混合本体转动的步骤包括下述中的工况中的至少一者：

在发动机启动或关闭后的预定时间内，控制混合本体旋转，此处的预定时间范围为20-40s。

在本实施方式中，优选地，当发动机启动后的30s，尿素泵会将建压阶段的大量尿素喷射到尿素混合器上，此时排气温度低、空气流速低，尿素无法反应，大量尿素堆积在混合器上，通过继续控制混合本体旋转将尿素破碎，从而降低尿素混合器的结晶风险。

发动机启动后，当其处于低速工况时，尾气中的NOx含量较低，不需要喷射尿素或者尿素喷射量较少，要求尿素混合器对气流的阻碍应尽可能小，此时通过驱动件控制尿素本体沿排气方向旋转以加快气流流速，使其通过SCR载体，从而保证排气通畅，增强发动机动力性，降低油耗。

发动机启动后，当其处于中速工况时，由于轻型车辆的载荷低，排气温度低，达不到催化剂温度窗口，造成转化效率低，此时通过驱动件控制混合本体与排气方向相反转动以减缓气流流速，这样，混合本体对气体的流动形成阻碍，气流之间相互碰撞抵触，产生热量，从而提高了尿素混合器周边及SCR入口的排温，使其满足催化剂温度窗口，提高转化效率。

需要说明的是，本实施方式中的低速工况的低速范围可以设置在发动机转速为750-1000r/min之间，中速工况的中速范围可以设置在发动机转速为1000-2000r/min之间，用户可根据不同车型及不同车载情况进一步确定发动机工况，从而控制尿素混合器的转速。

当发动机关闭后的30s，尿素泵会将残留其内的多余尿素喷射到尿素混合器上，此时通过继续控制混合本体旋转而将尿素破碎，防止尿素积累在混合器上，同样降低了尿素混合器的结晶风险。

此外，用户可以根据车辆ECU上显示的发动机转速、排气管中温度传感器数值及排气量等指标来确定发动机所处工况，从而通过调整电机的转速来控制尿素混合器的转动，方便快捷。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种尿素混合器，其特征在于，所述尿素混合器(100)包括可转动地安装在排气管中的混合本体，并且该混合本体具有与驱动件相连的驱动端。

2.根据权利要求1所述的尿素混合器，其特征在于，所述混合本体包括可转动地安装在所述排气管中的转轴(1)和设置在所述转轴(1)外侧的扇叶(2)，所述转轴(1)的一端形成为所述驱动端。

3.根据权利要求2所述的尿素混合器，其特征在于，所述转轴(1)具有扇叶段(11)和安装段(12)，所述安装段(12)具有所述驱动端，所述扇叶段(11)形成为朝远离所述安装段(12)的方向渐缩的伞状结构，该伞状结构用于安装所述扇叶(2)的外侧壁形成为向内凹入的弧形壁。

4.根据权利要求3所述的尿素混合器，其特征在于，所述伞状结构的底壁为平面结构。

5.根据权利要求3或4所述的尿素混合器，其特征在于，所述伞状结构的底壁上形成有贯通至所述外侧壁的导流缺口(111)，该导流缺口(111)在所述底壁上的延伸方向相对于所述转轴(1)的径向呈角度，并且所述导流缺口(111)的开口朝向所述转轴(1)的转动方向设置。

6.根据权利要求2所述的尿素混合器，其特征在于，所述扇叶(2)为多个，并且沿周向均匀分布在所述转轴(1)上，所述扇叶(2)的外边缘沿远离所述驱动端的方向逐渐靠近所述转轴(1)的轴线倾斜。

7.一种SCR***，其特征在于，包括

根据权利要求1-6中任意一项所述的尿素混合器(100)；

旋转驱动装置(200)，与所述驱动端相连；以及

车辆ECU(300)，与所述旋转驱动装置电连接以根据发动机工况控制所述混合本体转动。

8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7所述的SCR***。

9.一种尿素混合方法，其特征在于，包括：

在车辆排气管中安装根据权利要求1-6中任意一项所述的尿素混合器(100)，以及

获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制所述混合本体转动。

10.根据权利要求9所述的尿素混合方法，其特征在于，所述获取当前发动机工况，并根据当前发动机工况控制所述混合本体转动的步骤包括：

在所述发动机启动或关闭后的预定时间内，控制所述混合本体旋转；和/或，

在所述发动机的低速工况下，控制所述混合本体沿排气方向旋转以加快气流流速；和/或，

在所述发动机的中速工况下，控制所述混合本体与排气方向相反转动以减缓气流流速。