CN113047928B - 一种用于sdpf的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，包括依次连接的进气组件、DOC组件、紧耦合式尿素碳烟双效混合装置、扩张管、SDPF组件及出气组件；紧耦合式尿素碳烟双效混合装置包括连接腔体，连接腔体上部侧面为腔体输入端，下部侧面为腔体输出端，连接腔体上部安装喷嘴底座，尿素喷嘴固定在喷嘴底座上。本发明结构简单，占用空间小；根据紧耦合净化器特点，净化器的DOC部分和SDPF部分上下呈V型布置，通过紧凑的混合装置连接，大大减小了净化器所占空间，减少了温度损失，提高了SDPF的平均排温；DOC后端设置挡流片，用以防止DOC后气流直吹尿素喷束，减小气流对尿素颗粒的影响。

Description

一种用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，涉及用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置。

背景技术

SDPF是将SCR催化剂涂层涂覆到DPF上，实现双层功能的后处理路线，目前主要应用于轻型柴油车净化器。SDPF既要满足SCR***的较高NH3混合均匀性要求以提升NOx的转化效率，其次也要满足DPF***的较高的流速均匀性和较高的碳烟分布均匀性要求以降低碳烟堵塞风险和再生不均匀风险。另外，由于少量的尿素结晶即可能引起严重的DPF堵塞，必须尽可能的提升尿素的破碎效果和分解速率，降低SDPF的结晶风险。

轻型柴油车一般采用紧耦合式净化器布置，由于净化器安装于发动机仓内，布置空间紧凑，混合装置设计难度较大。常规重型柴油车通常采用的增加混合距离，增大混合空腔容积等措施已经难以施展。如何在紧凑的布置空间下保证碳烟均匀性、尿素混合均匀性和尿素破碎等多层效果是SDPF紧耦合净化器开发过程中的难点问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，能解决上述的问题，且实现狭小空间下的尿素、碳烟双效混合，同时提升尿素分解效率。

按照本发明提供的技术方案：一种用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，包括依次连接的进气组件、DOC组件、紧耦合式尿素碳烟双效混合装置、扩张管、SDPF组件及出气组件；紧耦合式尿素碳烟双效混合装置包括连接腔体，连接腔体上部侧面为腔体输入端，下部侧面为腔体输出端，连接腔体上部安装喷嘴底座，尿素喷嘴固定在喷嘴底座上，腔体输出端与DOC组件出气端中焊接翅片隔板，连接腔体中间颈部设有涡轮叶片组件，腔体输出端设有锥形孔板。

作为本发明的进一步改进，尿素喷嘴通过连接卡箍固定在喷嘴底座上。

作为本发明的进一步改进，翅片隔板上部设置焊接凸点，翅片隔板底部设有翻边，翅片隔板左右两侧分别设置引流翅片和密闭翅片。

作为本发明的进一步改进，翅片隔板下部开有通风孔。

作为本发明的进一步改进，翅片隔板下部两侧设有泄压口。

作为本发明的进一步改进，涡轮叶片组件呈碗状，包括弧形叶片，弧形叶片重叠布置，向中心凹陷，中间留有混合气体通孔，相邻叶片之间留有叶片间隙，叶片顶端开有破碎孔。

作为本发明的进一步改进，叶片间隙由外至内逐渐收拢，并具有水平及竖直夹角。

作为本发明的进一步改进，锥形孔板呈斗状，由外至内逐步紧密布置分流孔，锥形孔板中间开有聚拢孔。

作为本发明的进一步改进，连接腔体下部设有导向面。

本申请的积极进步效果在于：

1、本发明结构简单，占用空间小；根据紧耦合净化器特点，净化器的DOC部分和SDPF部分上下呈V型布置，通过紧凑的混合装置连接，大大减小了净化器所占空间，减少了温度损失，提高了SDPF的平均排温。

2、本发明DOC后端设置挡流片，用以防止DOC后气流直吹尿素喷束，减小气流对尿素颗粒的影响。

3、本发明挡流片呈半环状，且两侧翅片长度不同，引导气流从短翅片处流入挡流片后方腔室，从而初步形成旋流效果。

4、本发明喷嘴下方采用涡轮叶片式混合结构，涡轮叶片式混合结构上均布8个叶片，交错布置，逆时针旋转，其旋流方向和挡流片旋流方向一致，进一步增强混合装置的旋流效果。两者互相作用，将气流和尿素颗粒旋转混合。

5、本发明为了进一步提升尿素颗粒的破碎效果，涡轮叶片式混合结构的叶片前端均布小孔，小孔和叶片一起对尿素喷束形成分流作用，同时对尿素实现破碎。

6、本发明为了保证强旋转气流在SDPF前端面上的均匀分布，在涡轮叶片式混合结构下方布置了锥形孔板。锥形孔板***稀疏布置直径5mm的孔，内部密集布置直径6mm的孔，中间位置布置一个20mm大孔，用于将气流向中间聚拢，提升气流（碳烟）及尿素的分布均匀度。

附图说明

图1为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置的应用示意图。

图2为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置的应用剖视图。

图3为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置的应用分解示意图。

图4为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置翅片隔板的结构示意图。

图5为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置涡轮叶片组件的结构示意图。

图6为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置锥形孔板的结构示意图。

图7为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置的气流示意图。

图8为本发明紧耦合式尿素碳烟双效混合装置的分解状态气流示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1-6中，包括进气组件1、DOC组件2、紧耦合式尿素碳烟双效混合装置3、扩张管4、SDPF组件5及出气组件6等。

如图1、图2所示，本发明是一种SDPF净化器主要由进气组件1、DOC组件2、紧耦合式尿素碳烟双效混合装置3、扩张管4、SDPF组件5及出气组件6等部分组成。各部分之间通过焊接连接。

如图2、图3所示，本发明所述的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置3在SDPF净化器上应用时，安装于DOC组件2后。其主要由尿素喷嘴3-1、喷嘴底座3-2、翅片隔板3-3、涡轮叶片组件3-4、连接腔体3-5以及锥形孔板3-6等部分组成。

如图所示，连接腔体3-5上部侧面为腔体输入端，下部侧面为腔体输出端，腔体输入端用于连通DOC组件2出气端，腔体输出端用于连通扩张管4进气端。连接腔体3-5上部焊接喷嘴底座3-2，喷嘴底座3-2与腔体输入端垂直，尿素喷嘴3-1通过连接卡箍固定在喷嘴底座3-2上，喷射尿素方向与DOC组件2出气端相垂直。腔体输出端与DOC组件2出气端中焊接翅片隔板3-3，连接腔体3-5中间颈部设有涡轮叶片组件3-4，腔体输出端设有锥形孔板3-6。

如图4所示，翅片隔板3-3上部设置焊接凸点3-31，可直接焊接在连接腔体3-5上端，翅片隔板3-3底部翻边3-32和DOC组件2焊接。左右两侧设置翅片，左侧引流翅片3-33较短，右侧密闭翅片3-34较长。翅片主要用于防止气流直吹尿素喷嘴3-1喷出的尿素喷束，同时，引导气流从引流翅片3-33一侧进入腔室。翅片隔板3-3下部开有通风孔3-36，用来引入尾气，防止尿素喷覆在翅片隔板3-3上，翅片隔板3-3下部两侧设有泄压口3-35，用来对尾气进行泄压，防止尾气输入压力过大造成翅片隔板3-3的脱落。

涡轮叶片组件3-4安装于连接腔体3-5中间颈部，通过焊接连接。如图5所示，涡轮叶片组件3-4呈碗状，包括8个弧形叶片3-41组成，重叠布置，向中心凹陷，中间留有混合气体通孔3-42，相邻叶片3-41之间留有叶片间隙3-43，叶片间隙3-43由外至内逐渐收拢，并具有水平及竖直夹角，可使通过的气流产生强烈的旋流，且8个叶片3-41顶端各自开3个破碎孔3-44。涡轮叶片组件3-4主要用于承接尿素喷束，叶片3-41和叶片上的破碎孔3-44对尿素颗粒的破碎具有良好效果。同时，叠加排布的弧形叶片3-41能够形成强旋转气流，完成尿素和气流混合，促进尿素的分解。

锥形孔板3-6焊接在连接腔体3-5腔体输出端。如图6所示，锥形孔板3-6呈斗状，由外至内逐步紧密布置分流孔3-61，提升气流（碳烟）及尿素的分布均匀度。锥形孔板3-6中间开有聚拢孔3-62，用于将气流向中间聚拢。

分流孔3-61为***稀疏布置直径5mm的孔及内部密集布置直径6mm的孔。

聚拢孔3-62为20mm大孔。

由于车辆空间结构的关系，涡轮叶片组件3-4与锥形孔板3-6存在50°-60°的夹角，为了使混合气路流向锥形孔板3-6，在连接腔体3-5下部设有导向面3-51。

本发明的工作过程如下：

如图7、图8所示，一方面，尿素经尿素喷嘴3-1喷入连接腔体3-5，尿素的流动压力较大，进入连接腔体3-5后呈圆锥形雾状，从上往下流动，大颗粒的尿素在重力的作用下位于喷雾的中间，颗粒较小的尿素位于圆柱状喷雾的外部。另一份面，气流通过DOC组件2后进入紧耦合式尿素碳烟双效混合器装置3腔体输入端时，首先被翅片隔板3-3上的翅片阻挡，防止气流直吹尿素喷嘴3-1喷入的尿素颗粒，从而避免尿素被吹到连接腔体3-5的壁面上。同时，由于翅片隔板3-3上引流翅片3-33能够引导气流紧贴连接腔体3-5进入，从而在连接腔体3-5内壁一周初步形成了旋转气流，防止颗粒较小的尿素覆在连接腔体3-5内壁，造成尿素堆积。旋转气流带动尿素进入涡轮叶片组件3-4中。并在涡轮叶片组件3-4中相邻叶片3-41之间叶片间隙3-43的作用下进一步气流的旋转效果。同时，8个弧形叶片3-41以及弧形叶片顶端的破碎孔3-44对位于尿素喷雾中部的大颗粒尿素进行破碎，大大加速了尿素的分解。破碎产生的尿素小颗粒更容易受到气流影响，从而使尿素、碳烟及气流融合旋转。由于气流沿着内壁旋转，应该大量的小颗粒尿素处于尿素喷雾外周。SDPF对气体中尿素颗粒及尾气中的碳烟分布的要求为尽量均匀分布，防止边缘位置颗粒分布过多。为了保证SDPF前端尿素、碳烟的均能够分布均匀，同时防止碳烟在SDPF边缘位置过多积累，锥形孔板3-6采用由外至内逐步紧密布置分流孔3-61及位于中心聚拢孔3-62引导旋转气流、碳烟及尿素向中心聚集，达到双效均匀混合的效果。

混合均匀的尿素和碳烟进入SDPF组件5后，能够大大提高SDPF组件5的NOx转化效率，同时也能够提升碳烟的捕集效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，包括依次连接的进气组件（1）、DOC组件（2）、紧耦合式尿素碳烟双效混合装置（3）、扩张管（4）、SDPF组件（5）及出气组件（6）；紧耦合式尿素碳烟双效混合装置（3）包括连接腔体（3-5），连接腔体（3-5）上部侧面为腔体输入端，下部侧面为腔体输出端，连接腔体（3-5）上部安装喷嘴底座（3-2），尿素喷嘴（3-1）固定在喷嘴底座（3-2）上，腔体输出端与DOC组件（2）出气端中焊接翅片隔板（3-3），连接腔体（3-5）中间颈部设有涡轮叶片组件（3-4），腔体输出端设有锥形孔板（3-6）；翅片隔板（3-3）上部设置焊接凸点（3-31），翅片隔板（3-3）底部设有翻边（3-32），翅片隔板（3-3）左右两侧分别设置引流翅片（3-33）和密闭翅片（3-34）；左侧引流翅片（3-33）较短，右侧密闭翅片（3-34）较长；翅片隔板（3-3）下部开有通风孔（3-36）；翅片隔板（3-3）下部两侧设有泄压口（3-35）。

2.如权利要求1所述的用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，尿素喷嘴（3-1）通过连接卡箍固定在喷嘴底座（3-2）上。

3.如权利要求1所述的用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，涡轮叶片组件（3-4）呈碗状，包括弧形叶片（3-41），弧形叶片（3-41）重叠布置，向中心凹陷，中间留有混合气体通孔（3-42），相邻叶片（3-41）之间留有叶片间隙（3-43），叶片（3-41）顶端开有破碎孔（3-44）。

4.如权利要求3所述的用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，叶片间隙（3-43）由外至内逐渐收拢，并具有水平及竖直夹角。

5.如权利要求1所述的用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，锥形孔板（3-6）呈斗状，由外至内逐步紧密布置分流孔（3-61），锥形孔板（3-6）中间开有聚拢孔（3-62）。

6.如权利要求1所述的用于SDPF的紧耦合式尿素碳烟双效混合装置，其特征在于，连接腔体（3-5）下部设有导向面（3-51）。