一种SCR排气混合装置的制作方法

本申请属于发动机排气后处理技术领域，具体涉及一种scr排气混合装置。

背景技术：

重型柴油车污染物排放国六标准已经出台。6a阶段中城市车辆实施时间为2020年7月，所有车辆实施时间为2021年7月。scr(selectivecatalyticreduction，选择性催化还原)技术是国六重型柴油车降低nox排放的必然选择，特别是“无egr”路线下，scr对nox的平均转化效率要求高达95％以上。柴油车国六后处理系统必须包括doc(dieseloxidationcatalyst，柴油氧化型催化剂)、dpf(dieselparticulatefilter，柴油颗粒捕集器)和scr系统，由于车上空间的限制，再加上国六排放限值的高要求，后处理系统，特别是scr系统遇到了新的挑战。为满足scr高效率和低氨泄漏要求，喷射的反应剂(一般为液态尿素水溶液)在进入scr催化器前的流体速度均匀性和nh3的分布均匀性必须得到保证，同时系统压降损失和尺寸还要尽可能减小。

scr通过向排气管中喷入一定量的尿素水溶液，经过雾化、蒸发、热解和水解过程得到还原剂nh3，nh3在催化器表面选择性地将污染物nox还原成n2，从而减少了尾气中nox的含量。scr入口的nh3分布的均匀性对nox转化率和载体寿命有重要的影响。nh3分布不均匀会导致局部载体nh3过多，低温下易在金属和载体表面形成结晶，严重时会堵塞排气管，导致发动机动力性下降，还会引起nh3泄漏的发生。而在nh3稀少区域则造成nox转化效率过低。随着nh3均匀性的提高，scr转化效率增加，nh3泄漏减少。长时间的nh3分布不均匀会导致催化器老化程度不均匀，从而影响催化器的整体寿命和scr系统的性能。尿素液滴的不均匀分布会造成局部温度过低、尿素浓度过高，温度变化的不均匀容易使载体受热不均匀从而膨胀不均匀最终产生应力导致其破碎。

在柴油机后处理中，引起背压升高的主要是dpf和scr混合器，随着碳烟颗粒在dpf孔道内不断被捕集，dpf阻力特性增加，当总背压超过一定值后，发动机性能就会恶化。scr混合器的设计需要考虑多种因素的影响，不仅要求压力损失小、能够提高scr转化效率，还对尺寸的紧凑性、加工的方便性、使用安装的灵活性、使用的机械耐久性、材料耐腐蚀性等有较高要求。

现有的scr技术，都要想方设法使喷出的反应剂与发动机排气混合均匀，由于结构和尺寸的限制，反应剂与发动机排气无法达到绝对理想的混合状态。一般的优化方法是通过设计专门的混合装置，并让反应剂与排气混合足够长的时间后再进入scr催化单元。加长混合管长度的方法虽然最为简单有效，但这对整车布置提出了更高的要求，同时也会增加排气管的制造成本。如何在尽可能短的排气管中实现反应剂与排气充分快速混合，同时降低反应剂在排气管内的结晶风险，减小混合器结构对排气背压的影响，就成为了scr系统能否成功应用的关键问题之一。

本文开发了一种新型scr排气混合装置，目标是有效控制混合器轴向尺寸，提高排气混合均匀性，降低排气管内结晶风险，降低scr系统成本，满足国六后处理系统的要求。

技术实现要素：

本实用新型针对上述问题，提出了一种新型scr排气混合装置，能够有效控制混合器轴向尺寸，提高排气混合均匀性，降低排气管内结晶风险，降低scr系统成本，满足国六后处理系统的要求。

为实现上述目的，本申请提供了一种scr排气混合装置，至少包括外圆筒、内圆筒、入口隔板、出口隔板、流道隔板；外圆筒的长度大于内圆筒的长度，内圆筒圆弧面上开设有排气流入内圆筒的内筒连通流口；

入口隔板和出口隔板设置在外圆筒内部和内圆筒两端，在入口隔板上靠外位置设置有仅仅与内圆筒和外圆筒之间的排气流道空间相连通的混合气入口，混合气入口在圆筒圆周方向的一端靠近内筒连通流口；

在出口隔板的中心设置有仅仅与内圆筒空间相连通的混合气出口，入口隔板和出口隔板外圆固定于外圆筒，并与内圆筒的端面相连接；

流道隔板与内圆筒等长，并设置于外圆筒与内圆筒以及入口隔板和出口隔板之间，并与内圆筒接近切向相交于内筒连通流口之边缘，与入口隔板垂直相交于混合气入口边缘附近，从而形成从混合气入口开始的内外圆筒之间的圆周方向环形流道、通过内筒连通流口从外圆筒向内圆筒的径向流道、以及通向混合气出口的内圆筒内部的圆柱形流道。

根据上述技术方案，还原剂喷嘴将还原剂喷射至发动机排气中后，由于从入口隔板上游的外圆筒内部空间流通至混合气入口处流通面积减小，混合气入口处排气流速大，还原剂和发动机排气在混合气入口的混合效果得到第一次加强。同时由于混合气入口处排气流速大，未充分热解的还原剂液滴也难以产生结晶滞留。进入混合器之后，混合气的运动空间为圆周方向环形流道、外圆筒向内圆筒的径向流道以及内圆筒内部的圆柱形流道，混合气的运动路径为经过多次方向改变的折线，因此路径长度延长，有利于在到达scr催化器前还原剂充分热解，发动机排气与还原剂充分混合均匀。

圆周方向环形流道上设置有导流板，内圆筒上设置有导流孔。混合气碰撞导流板后速度方向发生改变，排气流速减小。但导流板使圆周方向环形流道的流通面积减小，此处排气流速增大，同时导流孔流通面积小也增加流通处的排气流速。还原剂和发动机排气的混合效果在导流板处得到第二次加强。

混合气经圆周方向环形流道到达流道隔板附近时，混合气碰撞流道隔板，扩散速度减小，同时混合气经过内筒连通流口做径向运动进入内圆筒内部的圆柱形流道。通过导流孔进入内圆筒内部圆柱形流道的混合气与通过内筒连通流口进入内圆筒内部圆柱形流道的混合气产生碰撞，产生绕内圆筒轴线的旋转流，还原剂和发动机排气的混合效果在内圆筒内部圆柱形流道得到第三次加强。

整个流通过程中，除小局部的拐角滞留点外，混合气流动基本顺畅，还原剂产生大量结晶的风险较低。

下面的技术方案，对本申请作进一步的限定或优化。

可选的，scr排气混合装置还包括入口隔板上游的外圆筒内部空间，以及出口隔板下游的外圆筒内部空间，scr还原剂喷嘴将还原剂从距离混合气入口较远的外圆筒一侧喷入入口隔板上游的外圆筒空间，并对着混合气入口喷射，还原剂与发动机排气的混合空间包括入口隔板上游的外圆筒内部空间、圆周方向环形流道、内圆筒内部的圆柱形流道、以及出口隔板下游的外圆筒内部空间。

可选的，混合气入口的开口面积等于外圆筒横截面积的1/6～1/3，内圆筒内部流通截面的面积、混合气出口的开口面积、圆周方向环形流道的横截面面积、以及内筒连通流口面积，都与混合气入口的开口面积相当，即为混合气入口的开口面积的0.7～1.5倍。

可选的，scr排气混合装置还包括位于圆周方向环形流道内部的导流板，导流板的长度小于入口隔板与出口隔板之间的距离，导流板与圆筒轴线倾斜一角度固定在内圆筒的外壁上和出口隔板上，使在圆周方向环形流道内部流动的混合气产生向入口隔板方向的轴向变向。

可选的，内圆筒上位于圆周方向环形流道的中部设置有导流孔，导流孔与内筒连通流口接近轴对称设置，位于导流板的上游。

可选的，scr排气混合装置包括至少两对导流板和导流孔，导流孔位于内圆筒上，并位于对应导流板的上游。

可选的，导流板的法线与内圆筒轴线呈倾斜角30°～60°，与内圆筒的周向切线呈倾斜角30°～60°。

可选的，scr排气混合装置还包括一个筛孔板，筛孔板位于出口隔板的下游并与出口隔板平行设置。

可选的，scr排气混合装置的上游设置有doc催化器或/和dpf，下游设置有scr催化器。

本申请技术方案至少包括如下有益效果：

有效控制混合器轴向尺寸，提高排气混合均匀性，降低排气管内结晶风险，降低scr系统成本，满足国六后处理系统的要求。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种柴油机scr催化排气系统的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种scr排气混合装置的结构示意图a；

图3是本申请实施例提供的一种scr排气混合装置的结构示意图b；

图4是本申请实施例提供的一种scr排气混合装置的结构示意图c；

图5是本申请实施例提供的一种scr排气混合装置的结构示意图d；

图6是本申请实施例提供的一种scr排气混合装置的结构示意图e；

图7是本申请实施例提供的另一种scr排气混合装置的结构示意图；

图8是本申请实施例提供的又一种scr排气混合装置的示意图

图9是是本申请实施例提供的再一种scr排气混合装置的示意图；

图10是本申请实施例提供的一种筛孔板的结构示意图。

图中：1为外圆筒，2为内圆筒，3为入口隔板，4为出口隔板，5为流道隔板，6为内筒连通流口，7为混合气入口，8为混合气出口，9为圆周方向环形流道，10为径向流道，11为圆柱形流道，12为scr还原剂喷嘴，13为导流板，14为导流孔，15为倾斜角，16为筛孔板，17为doc载体，18为dpf载体，19为scr载体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

本申请实施例提供的一种scr排气混合装置，该scr排气混合装置适用于柴油机scr催化排气系统。

如图1和图2所示，该scr排气混合装置至少包括外圆筒1、内圆筒2、入口隔板3、出口隔板4、流道隔板5。

外圆筒1的长度大于内圆筒的长度2，内圆筒2位于外圆筒1的内部。

如图3所示，内圆筒2的圆弧面上开设有内筒连通流口6，内筒连通流口6用于令排气流入内圆筒。

入口隔板3和出口隔板4设置在外圆筒1内部，入口隔板3和出口隔板4设置在内圆筒3的两端。

入口隔板3上设置有混合气入口7，混合气入口7用于令从dpf载体18流出的气体，再流入外圆筒1和内圆筒2之间的排气流道空间。

如图4所示，出口隔板4的中心设置有混合气出口8。

入口隔板3和出口隔板4外圆固定于外圆筒1。入口隔板3与出口隔板4与内圆筒相连接。具体地，入口隔板3与内圆筒2的一个端面相连接。出口隔板4与内圆筒2的另一个端面相连接，或，出口隔板4中心固定在内圆筒2的圆弧面，且出口隔板4靠近内圆筒2的另一个端面。

可选的，混合气出口8的内径与内圆筒2的外径相等。

流道隔板5与内圆筒2等长，流道隔板5设置于外圆筒1与内圆筒2之间，且位于入口隔板3和出口隔板4之间，流道隔板5与内圆筒2的圆弧面连接。如图4所示，流道隔板5将混合气入口7和内筒连通流口6分隔，即流道隔板5的一侧为混合气入口7，流道隔板5的另一侧为内筒连通流口6。

可选的，流道隔板5尽可能地位于所述内圆筒2圆弧面的切面。

从图3、图4、图5可以看出，该scr排气混合装置至少包括从混合气入口7开始的内外圆筒之间的圆周方向环形流道9、通过内筒连通流口6从外圆筒向内圆筒的径向流道10、以及通向混合气出口8的内圆筒内部的圆柱形流道11。

scr排气混合装置还包括入口隔板3上游的外圆筒内部空间，以及出口隔板4下游的外圆筒内部空间，scr还原剂喷嘴12将还原剂从距离混合气入口7较远的外圆筒一侧喷入入口隔板3上游的外圆筒空间，并对着混合气入口7喷射；还原剂与发动机排气的混合空间包括入口隔板3上游的外圆筒内部空间、圆周方向环形流道9、内圆筒内部的圆柱形流道11、以及出口隔板4下游的外圆筒内部空间。

可选的，混合气入口7的开口面积等于外圆筒1横截面积的1/6～1/3。

可选的，内圆筒内部流通截面的面积、混合气出口8的开口面积、圆周方向环形流道9的横截面面积、内筒连通流口6的面积都与混合气入口7的开口面积相当，即内圆筒内部流通截面的面积、混合气出口8的开口面积、圆周方向环形流道9的横截面面积、内筒连通流口6的面积均为混合气入口7的开口面积的0.7～1.5倍。

在基于上述实施例的可选实施例中，该scr排气混合装置还包括导流板13。

导流板13的长度小于入口隔板3与出口隔板3之间的距离。

导流板13位于导流板位于圆周方向环形流道9内部。具体地，导流板13倾斜固定于内圆筒2的外壁上，即导流板与内圆筒轴线倾斜一角度固定在所述内圆筒的外壁上；且导流板13固定于出口隔板4上。

导流板13使在圆周方向环形流道9内部流动的混合气产生向入口隔板3方向的轴向变向。

内圆筒2上位于圆周方向环形流道的中部设置有导流孔14，导流孔14与内筒连通流口6接近轴对称设置，导流孔13位于导流板14的上游。

可选的，scr排气混合装置包括至少两对导流板13和导流孔14，导流孔14位于内圆筒2上，并位于对应导流板14的上游，如图7所示。

可选的，导流板14的法线与内圆筒轴线呈倾斜角30°至60°，与内圆筒的周向切线呈倾斜角30°至60°。如图8所示，导流板14的法线与内圆筒轴线呈倾斜角40°；如图9所示，导流板14的法线与内圆筒轴线呈倾斜角50°。

在基于上述实施例的可选是实施例中，该scr排气混合装置还包括一个筛孔板16，筛孔板位于出口隔板的下游并与出口隔板平行设置。

可选的，筛孔板16上的筛孔均匀分布，如图10所示。

可选的，筛孔板的直径与出口隔板的直径相等。

如图1所示，当该scr排气混合装置安装于柴油机scr催化排气系统时，scr排气混合装置的上游设置有doc催化器或/和dpf，下游设置有scr催化器。

需要说明的是，本申请实施例中所提及的“上游”、“下游”是根据气体的流通方向确定的，气体从流入到流出为上游到下游；以图1为例，气体从左侧进入，气体从右侧排出，则从左向右为从上游到下游。

在未背离本实用新型原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。