CN114542248A - Scr***和发动机 - Google Patents

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、尿素喷嘴和混合器，混合器设置在箱体的内部，混合器呈筒型，混合器的第一端朝向尿素喷嘴，混合器包括依次连接的挡圈、旋流管和多孔管，挡圈靠近尿素喷嘴设置，挡圈上设有多个第一通孔，旋流管上设有多个第二通孔，多孔管上设有多个第三通孔，混合器还包括挡环，挡环的内圈与旋流管和/或多孔管的外壁连接，挡环的外圈与箱体的内壁连接。在以上结构的综合作用下，尿素液滴能够与废气充分混合、破碎、碰壁、剥离、蒸发和分解，从而提高NH3混合均匀性及抗结晶性，解决发动机低速低负荷工况下的SCR尿素结晶问题，并且本发明可模块化设计，适配性好，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。

SCR(Selective Catalytic Reduction)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。以尿素分解产生的NH3作为还原剂的尿素SCR技术较为成熟，实际应用较多。现有的尿素SCR***一般都配置有混合器，混合器将尿素喷雾与发动机废气混合，但是目前的混合器由于自身结构的局限性，存在尿素过早碰壁结晶，以及混合均匀性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术中SCR***的混合器易出现尿素过早结晶并且混合均匀性不佳的问题，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、尿素喷嘴和混合器，所述混合器设置在所述箱体的内部，所述混合器呈筒型，所述混合器的第一端朝向所述尿素喷嘴，所述混合器的第二端用于排出混合气，所述混合器包括依次连接的挡圈、旋流管和多孔管，所述挡圈靠近所述尿素喷嘴设置，所述挡圈上设有多个第一通孔，所述旋流管上设有多个第二通孔，所述多孔管上设有多个第三通孔，所述混合器还包括挡环，所述挡环的内圈与所述旋流管和/或所述多孔管的外壁连接，所述挡环的外圈与所述箱体的内壁连接。

本发明提出的SCR***具有由挡圈、旋流管、挡环和多孔管组成的混合器结构，在以上结构的综合作用下，尿素液滴能够与废气充分混合、破碎、碰壁、剥离、蒸发和分解，从而达到提高后处理系NH3混合均匀性及抗结晶性能的目的，解决发动机低速、低负荷工况下SCR后处理的尿素结晶问题；

另外，本发明可实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据不同规格后处理，对混合器内径、旋流管结构、多孔管的开孔尺寸和数量进行合理微调，实现与发动机的完美匹配。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，所述旋流管包括旋流管本体和多个旋流片，所述旋流管本体呈筒型，所述旋流管本体的两端分别与所述挡圈和所述多孔管连接，所述旋流管本体上设有多个所述第二通孔，所述旋流片与所述第二通孔一一对应设置，所述旋流片的第一端与所述旋流管本体连接，所述旋流片的第二端沿所述旋流管本体的径向方向倾斜向外延伸。

在本发明的一些实施例中，在所述多个旋流片中，第一部分所述旋流片的倾斜角度小于第二部分所述旋流片的倾斜角度，所述第一部分的旋流片在气体流动方向上位于所述第二部分的旋流片的上游。

在本发明的一些实施例中，所述旋流片呈弧形，并且所述旋流片的第一端沿所述旋流管本体的径向方向倾斜向内伸入至所述旋流管本体的内部。

在本发明的一些实施例中，所述第三通孔包括多个圆孔和多个条形孔，所述多孔管的第一端与所述旋流管连接，所述多个圆孔呈阵列并且靠近所述多孔管的第一端分布，所述多个条形孔呈阵列并且靠近所述多孔管的第二端分布。

在本发明的一些实施例中，所述圆孔沿所述多孔管的周向方向错位布置。

在本发明的一些实施例中，所述条形孔沿所述多孔管的轴向和周向均匀布置。

在本发明的一些实施例中，所述第一通孔呈条形孔结构，所述第一通孔的长度方向与所述挡圈的周向方向一致。

在本发明的一些实施例中，所述挡环上设有多个第四通孔，所述第四通孔呈条形孔结构，并且所述第四通孔的中心线呈弧线。

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混合器的结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的旋流管的结构示意图。

图4示意性地示出了根据本发明实施方式的挡环的结构示意图。

图5示意性地示出了根据本发明实施方式的混合器在CFD软件中的模拟云图。

附图中各标记表示如下：

10：箱体；

20：挡圈、201：第一通孔、21：旋流管、211：旋流管本体、212：旋流片、22：多孔管、221：圆孔、222：条形孔、23：挡环、231：第四通孔。

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至图4所示，本发明的第一方面提出了一种SCR***，包括箱体10、尿素喷嘴和混合器，混合器设置在箱体10的内部，混合器呈筒型，混合器的第一端朝向尿素喷嘴，混合器的第二端用于排出混合气，混合器包括依次连接的挡圈20、旋流管21和多孔管22，挡圈20靠近尿素喷嘴设置，挡圈20上设有多个第一通孔201，旋流管21上设有多个第二通孔，多孔管22上设有多个第三通孔，混合器还包括挡环23，挡环23的内圈与旋流管21和/或多孔管22的外壁连接，挡环23的外圈与箱体10的内壁连接。

需要说明的是，SCR箱体10可以是直筒型或者U型，箱体10的内部具有空腔，SCR***的混合器和载体等安装在空腔内，箱体10上开设有喷嘴口，正对混合器的顶部，尿素喷嘴安装在喷嘴口上，用于喷射尿素喷雾。混合器整体呈筒型，其组件挡圈20、旋流管21和多孔管22也均为筒型。

挡圈20靠近尿素喷嘴设置，挡圈20的作用一是能够阻挡尿素喷雾并且隔离尿素喷雾和废气气流，防止高速气流将从喷嘴喷射出的初始喷束吹偏；二是第一通孔201能够提高该处气流流动，防止喷嘴座区域形成流动死区或气流循环流动区域，从而避免喷嘴座区域产生尿素结晶；三是削弱喷束初始旋流效果，避免尿素液滴过早碰壁形成结晶。

旋流管21的作用是使通过其中的气流高速旋转，并裹挟尿素液滴向下旋转流动，使尿素溶液与废气充分混合并蒸发分解，总体降低液滴碰壁数量，从而大大降低尿素结晶风险。为达到上述目的，可将旋流管21设计为旋风式结构，即在旋流管21上开孔并且加装导流片，导流片设计成使得通过的废气气流生成旋流的形式，开孔的形式可采用条形孔或者矩形孔，在此不再限定。

多孔管22的作用是使来自上方旋流片212的旋转气流穿出，并在箱体10的内壁上反弹后从多孔管22穿入，在内外层气流交互作用的过程中，尿素溶液再次与废气混合、蒸发分解。

挡环23的作用，一是通过连接混合器主体部分和箱体10以固定混合器，提升其装配可靠性。二是封闭混合器和箱体10之间的气体通道，迫使气体全部通过旋流管21向下流动，提高旋流管21的利用率，使废气气流受旋流管21导流产生高速旋转的流动，裹挟尿素液滴旋转向下流动。

本发明提出的SCR***具有由挡圈20、旋流管21、挡环23和多孔管22组成的混合器结构，在以上结构的综合作用下，尿素液滴经尿素喷嘴喷出后经过挡圈20导流，在旋流部与来自柴油颗粒过滤器的废气气流进行混合生成混合气，旋流部的导流结构使混合气高速旋转，混合气旋转向下流动经多孔管22二次混合，最后排出流向SCR载体与催化剂进行进一步的反应，废气与尿素能够在混合器中充分混合、破碎、碰壁、剥离、蒸发和分解，从而达到提高后处理系NH3混合均匀性及抗结晶性能的目的，解决发动机低速、低负荷工况下SCR后处理的尿素结晶问题。

如图5所示，经CFD(计算流体力学)软件对本发明的混合器进行建模并模拟，可知液滴碰壁现象得到进一步缓解，使得尿素碰壁结晶问题得到一定的缓解。

另外，本发明可实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据不同规格后处理，对混合器内径、旋流管21结构、多孔管22的开孔尺寸和数量进行合理微调，实现与发动机的完美匹配。无复杂连接安装结构，可靠性高。

在本发明的一些实施例中，旋流管21包括旋流管本体211和多个旋流片212，旋流管本体211呈筒型，旋流管本体211的两端分别与挡圈20和多孔管22连接，旋流管本体211上设有多个第二通孔，旋流片212与第二通孔一一对应设置，旋流片212的第一端与旋流管本体211连接，旋流片212的第二端沿旋流管本体211的径向方向倾斜向外延伸。

旋流片212由12片周向均布并呈一定角度分布的叶片组成，旋流片212的作用是使通过其中的气流高速旋转，并裹挟尿素液滴向下旋转流动，使尿素溶液与废气充分混合并蒸发分解，总体降低液滴碰壁数量，从而大大降低尿素结晶风险。

在本发明的一些实施例中，在多个旋流片212中，第一部分旋流片212的倾斜角度小于第二部分旋流片212的倾斜角度，第一部分的旋流片212在气体流动方向上位于第二部分的旋流片212的上游。

如图3所示，旋流片212中，正对废气气流的旋流片212的倾斜角度较其他旋流片212小(一般小于10度)，其他旋流片212的倾斜角度相同。正对气流的旋流片212的角度较小，使得开口较小，旋流片212自身能够阻挡废气气流，防止气流直接进入管内吹偏尿素喷束，避免喷束随气流旋转下流过程中提前集中撞击在旋流管21的内壁，或通过旋流管21撞击并附着在箱体10的内壁上结晶。相反，在该旋流片212的阻挡作用下，气流从旋流片212两侧进入，裹挟尿素旋转下行，未在空中蒸发分解的尿素液滴均匀性地撞击在整个旋流管21上，在一定程度上增大了尿素碰壁蒸发面积，从而显著降低结晶风险。

在本发明的一些实施例中，旋流片212呈弧形，并且旋流片212的第一端沿旋流管本体211的径向方向倾斜向内伸入至旋流管本体211的内部。弧形的旋流片212导流效果好，旋流片212的一端延伸至旋流管21的内部也使得导流效果得到加强，使得气流能够充分地流动到旋流管21的内部，避免旋流片212与旋流管本体211的连接处出现流动死区或尿素结晶。

在本发明的一些实施例中，第三通孔包括多个圆孔221和多个条形孔222，多孔管22的第一端与旋流管21连接，多个圆孔221呈阵列并且靠近多孔管22的第一端分布，多个条形孔222呈阵列并且靠近多孔管22的第二端分布。

多孔管22有两段组成，上方为圆孔221段，下方为竖向条形孔222段。由于条形孔222本身的抗结晶性能是优于圆孔221的，但旋转气流裹挟尿素液滴下行过程中会先通过多孔管22上段的开孔撞击在箱体10的内壁上，如果上方开孔为条形孔222，由于撞击在箱体10的内壁上的尿素液滴过度集中，且箱体10和多孔管22之间的气体流速较低，撞击在箱体10的内壁上的尿素液滴会不断累积，从而在箱体10的内壁上形成结晶。相反，如果上方为圆孔221，由于圆孔221的分散破碎作用，首先穿过多孔管22上段并撞击在箱体10的内壁上的尿素液滴不至于过于集中，从而在气流作用下剥离或蒸发分解，从而降低上段箱体10的内壁的结晶风险。

具体地，圆孔221沿多孔管22的周向方向错位布置，避免撞击在箱体10的内壁上的尿素液滴过于集中，降低上段外层管壁的结晶风险，条形孔222沿多孔管22的轴向和周向均匀布置，条形孔222本身的抗结晶性能优于圆孔221，进一步提高抗结晶能力。

在本发明的一些实施例中，第一通孔201呈条形孔结构，第一通孔201的长度方向与挡圈20的周向方向一致。条形孔的两端呈弧形，使得气流流动效果更好，避免该处出现流动死区或尿素结晶。

在本发明的一些实施例中，挡环23上设有多个第四通孔231，第四通孔231呈条形孔结构，并且第四通孔231的中心线呈弧线。挡环23上可均布多个弧形条孔，其作用是使部分气流通过该条孔进入内外层管之间的通道，从而促进附着在外层管壁上的尿素液滴剥离、蒸发分解，降低外层管壁的结晶风险。

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 (10)

1.一种SCR***，其特征在于，包括箱体、尿素喷嘴和混合器，所述混合器设置在所述箱体的内部，所述混合器呈筒型，所述混合器的第一端朝向所述尿素喷嘴，所述混合器的第二端用于排出混合气，所述混合器包括依次连接的挡圈、旋流管和多孔管，所述挡圈靠近所述尿素喷嘴设置，所述挡圈上设有多个第一通孔，所述旋流管上设有多个第二通孔，所述多孔管上设有多个第三通孔，所述混合器还包括挡环，所述挡环的内圈与所述旋流管和/或所述多孔管的外壁连接，所述挡环的外圈与所述箱体的内壁连接。

2.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述旋流管包括旋流管本体和多个旋流片，所述旋流管本体呈筒型，所述旋流管本体的两端分别与所述挡圈和所述多孔管连接，所述旋流管本体上设有多个所述第二通孔，所述旋流片与所述第二通孔一一对应设置，所述旋流片的第一端与所述旋流管本体连接，所述旋流片的第二端沿所述旋流管本体的径向方向倾斜向外延伸。

3.根据权利要求2所述的SCR***，其特征在于，在所述多个旋流片中，第一部分所述旋流片的倾斜角度小于第二部分所述旋流片的倾斜角度，所述第一部分的旋流片在气体流动方向上位于所述第二部分的旋流片的上游。

4.根据权利要求2所述的SCR***，其特征在于，所述旋流片呈弧形，并且所述旋流片的第一端沿所述旋流管本体的径向方向倾斜向内伸入至所述旋流管本体的内部。

5.根据权利要求1所述的SCR***，其特征在于，所述第三通孔包括多个圆孔和多个条形孔，所述多孔管的第一端与所述旋流管连接，所述多个圆孔呈阵列并且靠近所述多孔管的第一端分布，所述多个条形孔呈阵列并且靠近所述多孔管的第二端分布。

6.根据权利要求5所述的SCR***，其特征在于，所述圆孔沿所述多孔管的周向方向错位布置。

7.根据权利要求5所述的SCR***，其特征在于，所述条形孔沿所述多孔管的轴向和周向均匀布置。

8.根据权利要求1至7任一项所述的SCR***，其特征在于，所述第一通孔呈条形孔结构，所述第一通孔的长度方向与所述挡圈的周向方向一致。

9.根据权利要求1至7任一项所述的SCR***，其特征在于，所述挡环上设有多个第四通孔，所述第四通孔呈条形孔结构，并且所述第四通孔的中心线呈弧线。

10.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的SCR***。

Images