CN114542247B - Scr***和发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于发动机技术领域，本发明提出了一种SCR***和一种发动机，SCR***包括箱体、混合器、挡板和载体，混合器、挡板和载体沿箱体内部的气流流动方向依次设置在箱体的内部，挡板上设有多个通孔，通孔的分布密度和/或通孔的孔面积与挡板处的NH3的分布均匀指数呈负相关。本发明在混合器与载体之间设置挡板，根据载体前的NH3均匀性调整挡板上通孔的密度和/或通孔的孔面积，使NH3与废气二次混合，从而提升NH3分布的均匀性和气体速度均匀性，进而提升SCR转化效率。本发明可应用于所有结构的后处理，根据载体前NH3分布均匀性调整挡板的开孔密度，实现与不同结构后处理、不同排量发动机的完美匹配，并且该SCR***无复杂连接安装结构，可靠性高。

Description

SCR***和发动机
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种SCR***。本发明还涉及一种发动机。
背景技术
本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
现有的SCR***一般都配置有混合器，混合器将尿素与废气混合，混合后的混合气中的NH3分布通常是不均匀的，混合气进入载体后会与载体内的催化剂进行反应生成清洁物质，NH3分布不均会影响其与催化剂的反应效果，进而导致SCR转化效率降低。
发明内容
本发明的目的是至少解决现有技术中SCR***的进入载体的NH3分布不均导致SCR转化效率降低的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一方面提出了一种SCR***，包括箱体、混合器、挡板和载体，所述混合器、所述挡板和所述载体沿所述箱体内部的气流流动方向依次设置在所述箱体的内部，所述挡板上设有多个通孔，所述通孔的分布密度和/或所述通孔的孔面积与所述挡板处的NH3的分布均匀指数呈负相关。
本发明提出的SCR***在混合器与载体之间设置挡板，根据载体前的NH3均匀性调整挡板上通孔的密度和/或所述通孔的孔面积，使NH3与废气二次混合，从而提升NH3分布的均匀性和气体速度均匀性，进而提升SCR转化效率。本发明可应用于所有结构的后处理，根据载体前NH3分布均匀性调整挡板的开孔密度，实现与不同结构后处理、不同排量发动机的完美匹配，并且该SCR***无复杂连接安装结构，可靠性高。
另外，根据本发明的SCR***，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述分布均匀指数根据公式
Figure BDA0003476253510000021
获得，其中，m″i为所取平面上各单元网格上的NH3质量分数值，m″mean为所取平面上NH3质量分数平均值，Ai为所取平面上各单元网格的面积，A为所取平面的面积。
在本发明的一些实施例中，所述挡板的所述分布均匀指数大于预设阈值的位置不设置所述通孔。
在本发明的一些实施例中，所述通孔的分布密度还与所述挡板处的气体流动速度呈负相关。
在本发明的一些实施例中，所述多个通孔包括多个第一气孔和多个第二气孔，所述第一气孔沿所述多个第二气孔所在区域的周向***布置，所述第一气孔的孔面积小于所述第二气孔的孔面积。
在本发明的一些实施例中，所述第二气孔呈扇形，所述多个通孔还包括第三气孔，所述第三气孔设置在所述挡板的中心处，沿所述第三气孔的周向设置有多个所述第二气孔。
在本发明的一些实施例中，所述第一气孔呈圆形。
在本发明的一些实施例中，所述第三气孔呈圆形。
在本发明的一些实施例中，所述挡板与所述箱体的轴向方向垂直设置。
本发明的第二方面提出了一种发动机，包括本发明第一方面提出的SCR***。
本发明第二方面提出的发动机具有和本发明第一方面提出的SCR***相同的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施方式的SCR***的结构示意图；
图2示意性地示出了根据本发明实施方式的挡板的结构示意图；
图3示意性地示出了根据本发明实施方式的挡板在CFD软件中的模拟示意图。
附图中各标记表示如下：
10：箱体、11：混合器、12：挡板、121：第一气孔、122：第二气孔、123：第三气孔、13：载体。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
如图1和图2所示，本发明的第一方面提出了一种SCR***，包括箱体10、混合器11、挡板12和载体13，混合器11、挡板12和载体13沿箱体10内部的气流流动方向依次设置在箱体10的内部，挡板12上设有多个通孔，通孔的分布密度和/或通孔的孔面积与挡板12处的NH3的分布均匀指数呈负相关。
需要说明的是，SCR技术的基本原理是向排气中喷射燃油或者添加其他还原剂，选择合适的催化剂，促进还原剂与NOx反应，同时抑制还原剂被排气中的氧气氧化。现有SCR技术按照还原剂的种类可以分为以尿素分解产生的NH3作为还原剂的尿素SCR技术和以碳氢作为还原剂的碳氢SCR技术两类。目前碳氢SCR技术仍在进一步的研究当中，实际应用不多；而尿素SCR技术较为成熟，实际应用较多。在实际的SCR反应开始前尿素先生成氨。尿素水溶液以微小液滴形式经喷嘴喷入排气管内，在温度较高的排气中水分蒸发，产生颗粒状的尿素CO(NH2)2。当温度高与180℃时，尿素发生热解反应产生异氰酸(HNCO)和一部分NH3。随后热解产生的异氰酸发生水解反应产生一部分NH3和CO2。NH3-SCR利用尿素在尾气中分解生成的NH3来选择催化NOx。
箱体10可呈圆筒形或方桶型，箱体10的一端开口引入发动机废气，混合器11上设置尿素喷嘴和气流引导结构，尿素喷嘴喷入尿素与废气混合，废气及尿素喷雾经气流引导结构加强混合，提高混合的均匀性，经混合器11混合均匀后的混合气流经挡板12上的通孔，挡板12在NH3均匀性高的位置上通孔密度较低甚至不开孔，在NH3均匀性低的位置通孔密度较高或者通孔的孔面积更大，设置更多或更大的通孔能够使得该处混合气的流速提高，进而加强NH3与废气混合，提高NH3的混合均匀性，使得进入载体13内的混合气的NH3分布均匀，进而提高载体13内的催化剂与混合气的反应效果，从而提高转化效率。
如图3所示，NH3的分布均匀指数可通过CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对SCR***进行模拟，在CFD软件中根据实际SCR***的结构进行建模，将边界条件及流体信息等输入至CFD软件中，CFD软件对SCR***进行网格划分，然后对气体反应及流动进行模拟，并基于上述网格进行计算，从而得出NH3分布的数据和彩图(即图3)，图3中区域的NH3的摩尔分数越高颜色越深，进而得出NH3的分布均匀指数。
本发明提出的SCR***在混合器11与载体13之间设置挡板12，根据载体13前的NH3均匀性调整挡板12上通孔的密度，使NH3与废气二次混合，从而提升NH3分布的均匀性和气体速度均匀性，进而提升SCR转化效率。本发明可应用于所有结构的后处理，根据载体13前NH3分布均匀性调整挡板12的开孔密度，实现与不同结构后处理、不同排量发动机的完美匹配，并且该SCR***无复杂连接安装结构，可靠性高。
在本发明的一些实施例中，分布均匀指数根据公式
Figure BDA0003476253510000051
获得，其中，m″i为所取平面上各单元网格上的NH3质量分数值，m″mean为所取平面上NH3质量分数平均值，Ai为所取平面上各单元网格的面积，A为所取平面的面积。上述所取平面可取箱体10位于混合器11和载体13之间的部分的某一径向截面，将该径向截面输入至CFD软件中，CFD软件对SCR***模型进行计算分析，从而得到Uvapor的数值，上述分布均匀指数的计算方法通过计算机软件获得，计算精度高，速度快，能够避免计算带来的误差。
另外，挡板12处的气体速度分布均匀性根据公式
Figure BDA0003476253510000052
获得，其中。ωi为所取平面上各单元网格上的气体速度值，ωmean为所取平面上气体速度的平均值。上述各值也通过CFD软件进行计算获得，挡板12上的通孔根据与NH3分布均匀性成反比的规律布置后，挡板12处的气体速度分布均匀性也得到相应的提高。
在本发明的一些实施例中，通孔的分布密度还与挡板12处的气体流动速度呈负相关。在气体流动速度快的地方，经过挡板12可以减弱混合气的流动速度，使得整个平面上混合气的流动速度的均匀性更好，而不至于有的地方气流很快，有的地方气流很慢。上述设置同样使得NH3的分布均匀性更好，进而提高了SCR***的转化效率。
在本发明的一些实施例中，多个通孔包括多个第一气孔121和多个第二气孔122，第一气孔121沿多个第二气孔122所在区域的周向***布置，第一气孔121的孔面积小于第二气孔122的孔面积。第一气孔121可呈圆形、多边形等，第二气孔122可设置为弧形、扇形等，在此不做限定。根据CFD软件计算结果显示，挡板12靠近中心处的位置NH3分布均匀性比挡板12的边缘处更差，因此需要在挡板12靠近中心处设置更密或者更大截面积的通孔，即第二气孔122，以提高该处的气流速度，加强NH3与废气混合，提高NH3的分布均匀性。
在本发明的一些实施例中，第二气孔122呈扇形，多个通孔还包括第三气孔123，第三气孔123设置在挡板12的中心处，沿第三气孔123的周向设置有多个第二气孔122。扇形的第二气孔122可沿第三气孔123的外周向设置四个，形成圆形。根据CFD软件模拟显示，挡板12中心处的NH3分布均匀性比挡板12中心处稍外位置的NH3分布均匀性更高，因此可将第三气孔123设置成孔面积比第二气孔122更小的形式，使得挡板12上NH3分布均匀性较差的位置的气体流速得到提高，进而提高NH3的分布均匀性和SCR的转化效率。
在本发明的一些实施例中，挡板12的分布均匀指数大于预设阈值的位置不设置通孔。可根据实际情况和CFD软件的计算结果设置一个预设阈值，在挡板12的分布均匀指数较高的位置不开孔，以免进一步削弱挡板12的NH3分布均匀性。
在本发明的一些实施例中，第一气孔121呈圆形，第三气孔123呈圆形，圆形的气孔一是方便加工，二是气体流通效果好。
在本发明的一些实施例中，挡板12与箱体10的轴向方向垂直设置，使得挡板12方便安装并且挡板12正面气流的流向，有利于调整气流，另外，挡板12的外缘可通过焊接或者螺栓连接的形式固定在箱体10的内侧壁上。
本发明的第二方面提出了一种发动机，包括本发明第一方面提出的SCR***。
本发明第二方面提出的发动机具有和本发明第一方面提出的SCR***相同的有益效果，在此不再赘述。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种SCR***，其特征在于，包括箱体、混合器、挡板和载体，所述混合器、所述挡板和所述载体沿所述箱体内部的气流流动方向依次设置在所述箱体的内部，所述挡板上设有多个通孔，所述通孔的分布密度和/或所述通孔的孔面积与所述挡板处的NH3的分布均匀指数呈负相关；
所述多个通孔包括多个第一气孔和多个第二气孔，所述第一气孔沿所述多个第二气孔所在区域的周向***布置，所述第一气孔的孔面积小于所述第二气孔的孔面积；
所述第二气孔呈扇形，所述多个通孔还包括第三气孔，所述第三气孔设置在所述挡板的中心处，沿所述第三气孔的周向设置有多个所述第二气孔。
2.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述分布均匀指数根据公式
Figure FDA0004059446060000011
获得，其中，m″i为所取平面上各单元网格上的NH3质量分数值，m″ mean为所取平面上NH3质量分数平均值，Ai为所取平面上各单元网格的面积，A为所取平面的面积。
3.根据权利要求2所述的SCR***，其特征在于，所述挡板的所述分布均匀指数大于预设阈值的位置不设置所述通孔。
4.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述通孔的分布密度还与所述挡板处的气体流动速度呈负相关。
5.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述第一气孔呈圆形。
6.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述第三气孔呈圆形。
7.根据权利要求1至6任一项所述的SCR***，其特征在于，所述挡板与所述箱体的轴向方向垂直设置。
8.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至7任一项所述的SCR***。
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