CN103321724B - Scr催化消声器及其混合管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种SCR催化消声器及其混合管装置，混合管装置包括外管和插装于外管内的内管，内管的一端为进气端，供SCR催化消声器进气管内的排气进入，外管的管壁开设有外穿孔，所述内管的管壁开设有内穿孔。如此，尿素溶液和排气可在内管管壁进行第一次雾化，并在外管的外穿孔作用下，进行第二次雾化，然后进入进气腔。该种设计可促进尿素液滴的二次破碎和混合，显著提高尿素溶液、排气的雾化混合效果，为后续的还原反应创造有利条件；而且，雾化混合效果好也有助于阻止尿素液滴粘附、聚集在混合管装置或进气筒的壁面，进而阻止尿素结晶。另外，两层穿孔设计，加长了排气气流的行程，能够有效地降低噪声、减弱不同频率段上的噪声。

Description

SCR催化消声器及其混合管装置

技术领域

本发明涉及排气后处理技术领域，特别涉及一种SCR催化消声器及其混合管装置。

背景技术

SCR技术是消除发动机排气中氮氧化物的主要后处理技术之一。根据功能，SCR系统主要包括控制单元、尿素剂量单元和催化反应单元三部分。SCR系统的控制单元与发动机的控制单元(ECU)集成在一起，主要是用来执行SCR控制策略，并根据环境温度、排气温度、尿素液位、尿素温度、尿素压力、NOx浓度等传感器信号控制尿素剂量单元，尿素剂量单元则根据需求定时定量地将尿素溶液喷射到排气气流中。

尿素溶液经尿素喷嘴喷入排气管或者直接喷入SCR催化消声器内，通常在温度200℃以上发生热解反应，产生氨气(NH3)，氨气在催化剂的作用下在SCR催化消声器内与尾气中的氮氧化物(NOx)反应，达到消除柴油机尾气氮氧化物(NOx)的目的。

请参考图1，图1为一种典型的SCR催化消声器的结构示意图。

混合管装置主要包括混合管12，混合管12插入于SCR催化消声器的进气筒14的进气腔，混合管12的管壁在其周向上设有若干穿孔121。混合管12的一端用于连接进气管11，如图1所示，进气管11包括进气连接管111和变径偏心管112，进气连接管111连接发动机的排气管，变径偏心管112的两端分别连接发动机的排气管和混合管12。SCR催化消声器的喷嘴13向混合管12内喷射尿素溶液，尿素溶液与排入的气流在混合管12内混合，混合管12的穿孔121加强二者的雾化效果，以便二者充分混合并进入出气筒15内参与还原反应，最终由设于出气筒15的出口管16排出。

然而，上述技术方案存在下述技术问题：

第一、虽然混合管12设有穿孔121，但雾化效果还是不够理想，影响尿素溶液和排气的混合效果，导致后续还原反应不佳，而其尿素溶液的液滴也容易粘附在混合管12以及进气筒14的壁面上形成结晶。

第二、混合管12内气流扰动小，存在气流滞止区，也导致尿素液滴容易在进气筒14以及混合管12壁面聚集和粘附，使得尿素溶液在低温工况下形成尿素结晶，影响SCR后处理系统的可靠性和适应性。

有鉴于此，如何提高SCR催化消声器内排气和尿素溶液的混合效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种SCR催化消声器及其混合管装置。该混合管装置能够提高排气和尿素溶液的混合效果。

本发明提供的SCR催化消声器的混合管装置，包括外管和插装于所述外管内的内管，所述内管的一端为进气端，供SCR催化消声器进气管内的排气进入，所述外管的管壁开设有外穿孔，所述内管的管壁开设有内穿孔。

外管的管壁开设外穿孔，内管的管壁开设内穿孔。如此设计，尿素溶液和排气可在内管管壁进行第一次雾化，雾化后的尿素溶液、排气混合物进入外管，并在外管的外穿孔作用下，进行第二次雾化，然后进入进气腔。该种设计可促进尿素液滴的二次破碎和混合，故两次雾化能够显著提高尿素溶液、排气的雾化混合效果，进而提高尿素喷雾分布的均匀性，为后续的还原反应创造有利条件；而且，雾化混合效果好也有助于阻止尿素液滴粘附、聚集在混合管装置或进气筒的壁面，进而阻止尿素结晶。另外，两层穿孔设计，加长了排气气流的行程，能够有效地降低噪声、减弱不同频率段上的噪声。

优选地，所述内管的进气端处或所述内管内部设有使气体产生涡流的混合器。

优选地，所述内穿孔设于与所述进气端相对的另一端，且所述内穿孔沿所述内管的周向布置。

优选地，所述内穿孔布置于所述内管的整个管壁，且所述内穿孔沿所述内管的周向布置。

优选地，所述内穿孔靠近与所述进气端相对的另一端设置，且设有所述内穿孔的管壁截面呈扇形。

优选地，所述内穿孔的总面积与所述进气管截面积的比值范围为1.5～2.5。

优选地，所述外穿孔设于所述外管上远离所述进气管的一端。

优选地，所述外穿孔设置于所述外管的中部。

优选地，所述内穿孔的孔径小于所述外穿孔的孔径。

优选地，还设有碗型导流弧板，所述碗型导流弧板封堵所述外管上远离所述进气管的一端。

本发明还提供一种SCR催化消声器，包括进气管、混合管装置、进气筒以及出气筒，所述进气筒和所述出气筒相接，所述混合管装置为上述任一项所述的混合管装置，所述混合管装置的所述外管和所述内管插入所述进气筒的进气腔。

由于上述混合管装置具有上述技术效果，具有该混合管装置的SCR催化消声器也具有相同的技术效果。

附图说明

图1为一种典型的SCR催化消声器的结构示意图；

图2为本发明所提供混合管装置第一实施例的结构示意图；

图3为设有图2中混合管装置的SCR催化消声器的结构示意图；

图4为图2中混合器的结构示意图；

图5为本发明所提供混合管装置第二实施例的结构示意图；

图6为本发明所提供混合管装置第三实施例的结构示意图。

图1中：

11进气管、111进气连接管、112变径偏心管、12混合管、13喷嘴、14进气筒、15出气筒、16出口管

图2-6中：

21进气管、211进气连接管、212变径偏心管、22外管、221外穿孔、23喷嘴、24内管、241内穿孔、25进气筒、251扰流板、251a贯穿孔、26出气筒、27碗型导流弧板、28出口管、29混合器

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2-4，图2为本发明所提供混合管装置第一实施例的结构示意图；图3为设有图2中混合管装置的SCR催化消声器的结构示意图；图4为图2中混合器的结构示意图。

SCR催化消声器包括进气管21、进气筒25和出气筒26，混合管装置位于进气筒25的内腔，即进气腔。发动机排气管的废气通过该进气管21进入混合管装置，进而进入整个进气筒25的进气腔，再排向出气筒26的内腔，即出气腔。出气筒26可具有贯穿其端部而连通其出气腔的出口管28，还原后的气体经出口管28排出。

该混合管装置具体包括与SCR催化消声器的进气管21相接的外管22和内管24，内管24插装于外管22内，如图2所示，内管24的一端为进气端，进气管21内的排气首先通过内管24的进气端进入内管24。外管22和内管24均可设计为圆柱形。

另外，外管22的管壁开设外穿孔221，内管24的管壁开设内穿孔241。如此设计，尿素溶液和排气可在内管24管壁进行第一次雾化，雾化后的尿素溶液、排气混合物进入外管22，并在外管22的外穿孔221作用下，进行第二次雾化，然后进入进气腔。该种设计可促进尿素液滴的二次破碎和混合，故两次雾化能够显著提高尿素溶液、排气的雾化混合效果，进而提高尿素喷雾分布的均匀性，为后续的还原反应创造有利条件；而且，雾化混合效果好也有助于阻止尿素液滴粘附、聚集在混合管装置或进气筒25的壁面，进而阻止尿素结晶。另外，两层穿孔设计，加长了排气气流的行程，能够有效地降低噪声、减弱不同频率段上的噪声。

另外，内管24的进气端处可设置混合器29，混合器29能够使气体产生涡流，有助于排气和尿素溶液的混合，避免尿素液滴直接碰到壁面而结晶，进一步避免尿素结晶现象。混合器29的一种具体结构可参考图4理解，具有旋转叶片291，产生涡流，从而加速气流扰动。

此处，混合器29设置于内管24的进气端，并不是将混合器29限定于进气端内，只要设置于进气端附近即可。如图2所示，外管22的进气端超出内管24的进气端，将混合器29置于外管22的进气端内也是可行的(靠近内管24进气端的端口)。当然，排气最终经内管24进入，故设置于内管24的进气端，可更好地实现排气和尿素溶液在内管24内的混合。实际上，混合器29设置于内管24内部也是可行的，进入内管24内的排气和尿素溶液在混合器29扰流作用下加强混合。可知，混合器29设置于进气管21之后即可。

上述实施例中，内穿孔241可以布置于内管24的整个管壁，如图2所示，如此设计以便尿素溶液和排气可沿内管24任意位置进行第一次雾化并进入外管22进行第二次雾化，提高雾化效率。内穿孔241应当尽量均匀地开设于管壁，提高混合的均匀性。

内穿孔241也可以按照下述方式设置，如图5所示，图5为本发明所提供混合管装置第二实施例的结构示意图。

该实施例中，内穿孔241并非开设于整个内管24的管壁，而是设于内管24的底端，并沿其周向布置，即360度开孔，底端即图5中所示的右端。如此设计，内管24进气端无开孔，则随着排气的流动，尿素溶液和排气在内管24的进气端可高速地充分融合一段时间，融合后在尾端处，借助于内穿孔241，实现第一次雾化，然后再进入外管22进行第二次雾化。相较于整体周壁均开孔的技术方案，可提高混合效果。

请参考图6，图6为本发明所提供混合管装置第三实施例的结构示意图。

该实施例中，内管24的管壁同样开设有内穿孔241，内穿孔241与第二实施例类似，也是靠近内管24的尾端设置，图6中，内穿孔241自尾端部延伸到中部，此实施例中内穿孔241并非360度开孔，而是扇形开孔，即设有内穿孔241的管壁截面呈扇形。

如此设计，尿素溶液和排气可在内管24尾端(图6中左端)充分混合，进入尾端时，内管24上未开设内穿孔241的部分管壁依然具有较强的扰动作用，尿素溶液和排气可在强扰动混合的伴随下，经内穿孔241进行第一次雾化混合。该种混合雾化方式的效果较优。开设的内穿孔241形成的扇形角度大小可结合实际工况进行调整。

此时，内穿孔241的总面积与进气管21截面积的比值范围可处于1.5～2.5之间，最优的方案是比值为2。如此，有利于排气和尿素溶液混合物的气流快速穿过内穿孔241，气流的通畅性较好。

在尾端进行扇形开孔时，外管22的外穿孔221可设于外管22上远离进气管21的一端，如图6所示，外穿孔221设置于右端，外穿孔221可360度沿其周向设置。如此设计，与内管24的内穿孔241设计相适应，均靠近右端。由于内管24的部分管壁未开设内穿孔241，外穿孔221靠近内穿孔241设计，便于二次雾化混合。鉴于已经过一次雾化，外管22无需整个管壁均开设外穿孔221，如此在满足二次雾化的前提下，可降低加工成本。

针对上述各实施例，外穿孔221可设置于外管22的中部。如第三实施例所述，外管22无需整个管壁设置外穿孔221，设置部分即可满足经第一次雾化后的二次雾化需求，从而降低加工成本。设置于外管22的中部有利于充斥于外管22内的尿素溶液和排气混合物，较为均匀地顺利地进行二次雾化。当然，外穿孔221的设置位置可结合具体的内穿孔241设置方式进行布置，如图5所示，外穿孔221设置于外管22的右端，自右端部基本延伸到中部。实际上，图2、5中，外穿孔221也可设置于右端。

上述实施例中，内管24设置内穿孔241，外管22设置外穿孔221时，可使内穿孔241的孔径小于外穿孔221的孔径。排气和尿素溶液最初在内管24内混合流动，速度较快，内管24开设小孔径的内穿孔241，可加速混合；经内管24后再流向外管22，已进行了较好的混合，且速度降低，此时外穿孔221孔径可设计偏大，与当前的混合排气、尿素溶液状态相适应，使其能够进一步混合。而且，内、外两层管体开设的穿孔孔径不同，能够较好地降低不同频率的噪声。

针对上述各实施例，混合管装置还可包括碗型导流弧板27，此时，内管24和外管21可焊接固定于进气管21以及碗型导流弧板27上，从图2、5、6可看出，设有内穿孔241的内管24的尾端均抵接至碗型导流弧板27。碗型导流弧板27用于封堵外管22底端的端面。一般，尿素溶液和排气的混合物进入内管24，再经外管22的外穿孔221流出而进入SCR催化消声器进气筒25的进气腔，然后再进入出气筒26的出气腔。进气腔底部的流动滞止现象较为严重，碗型导流弧板27结构能够有效增强混合管装置底部的排气气流的扰动，进一步改善进气腔底部流动滞止现象，促进尿素溶液液滴的二次破碎和混合，从而防止液滴在进气腔内形成尿素结晶。

除了上述混合管装置，本发明实施例还提供一种SCR催化消声器，包括进气管21、混合管装置、进气筒25以及出气筒26，进气筒25和出气筒26相接，混合管装置为上述任一实施例所述的混合管装置，混合管装置的外管22和内管24插入进气筒25的进气腔。由于上述混合管装置具有上述技术效果，具有上述混合管装置的SCR催化消声器也具有相同的技术效果。

请继续参考图3，混合管装置自进气筒25的一端插入，SCR催化消声器的出口则设于出气筒26的另一端，即排气的进口、出口分别位于SCR催化消声器的两端，相当于采取排气“端进端出”的设计，区别于图1中的排气“侧进端出”的结构。

采用侧进端出设计，若车辆底盘较低时，会减少车辆离地间隙，不利于整车布置。本实施例，采用端进端出结构，可提供足够的车辆离地间隙，有利于整车布置，尤其对整车底盘较低的车辆具有很好的适应性，比如卡车。

该实施例中，进气筒25内可设置扰流板251，混合管装置贯穿并支撑于扰流板251，且扰流板251设有贯穿孔251a。如图3所示，扰流板251的环形周壁定位于进气筒25的内壁，外管22底部安装的碗型导流弧板27贯穿并支撑于扰流板251。则扰流板251对混合管装置可以起到较好的支撑、定位作用，另外，扰流板251上设有贯穿孔251a，排气和尿素溶液的混合物可从扰流板251的贯穿孔251a流出并进入出气筒26内，贯穿孔251a在实现流通的同时，还兼具扰流功能，从而进一步防止尿素溶液在进气筒25壁面上结晶。

针对上述各实施例，进气管21包括用于连接发动机排气管的进气连接管211，以及变径偏心管212，变径偏心管212便于连接混合管装置。其中，进气连接管211的外壁设有固定支架，固定支架安装有冷却水管和连接线束。进气连接管211直接连接排气管，排气管外表高温，冷却水管和连接线束容易接触高温排气管而导致高温损毁，导致失效。设置固定支架后，可有效定位冷却水管以及连接线束，避免二者与高温排气管接触而失效，而且，也有助于管路、线束的有序布置。固定支架可直接焊接固定在进气管21连接管的外壁。

此外，SCR催化消声器具有喷嘴23、温度传感器以及氮氧传感器，喷嘴23用于向混合管装置内喷射尿素溶液，温度传感器用于检测排气温度，氮氧传感器用于检测SCR催化消声器的还原效果。喷嘴23、温度传感器以及氮氧传感器均可集成于SCR催化消声器。具体地，安装温度传感器座和喷嘴23的温度传感器座、喷嘴座，均集成于变径偏心管212，安装氮氧传感器的氮氧传感器座集成于出气筒26的出口管28。如此设计，可以节省整车布置空间，同时允许采用较短的排气管，减少排气热量损失，提高载体前气流温度，为高效地消除NOX创造有利条件。

SCR催化消声器还可以包括连接进气管21和发动机排气管的卡箍。通常，发动机的排气管通过法兰和SCR催化消声器进气管21的进气法兰连接，两个法兰通过卡箍连接时，安装极为方便，便于操作。

上述各实施例中，进气筒25的外壳可具有双层壁面结构，双层壁面结构可增强进气筒25外壳的强度，也可达到消除噪声的目的。

以上对本发明所提供的一种SCR催化消声器及其混合管装置均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种SCR催化消声器的混合管装置，其特征在于，包括外管(22)和插装于所述外管(22)内的内管(24)，所述内管(24)的一端为进气端，供SCR催化消声器进气管(21)内的排气进入，所述外管(22)的管壁开设有外穿孔(221)，所述内管(24)的管壁开设有内穿孔(241)；

所述内穿孔(241)的孔径小于所述外穿孔(221)的孔径；

还设有碗型导流弧板(27)，所述碗型导流弧板(27)封堵所述外管(22)上远离所述进气管(21)的一端。

2.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述内管(24)的进气端处或所述内管(24)内部设有使气体产生涡流的混合器(29)。

3.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述内穿孔(241)设于与所述进气端相对的另一端，且所述内穿孔(241)沿所述内管(24)的周向布置。

4.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述内穿孔(241)布置于所述内管(24)的整个管壁，且所述内穿孔(241)沿所述内管(24)的周向布置。

5.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述内穿孔(241)设于与所述进气端相对的另一端，且设有所述内穿孔(241)的管壁截面呈扇形。

6.如权利要求5所述的混合管装置，其特征在于，所述外穿孔(221)设于所述外管(22)上远离所述进气管(21)的一端。

7.如权利要求1-5任一项所述的混合管装置，其特征在于，所述外穿孔(221)设置于所述外管(22)的中部。

8.一种SCR催化消声器，包括进气管(21)、混合管装置、进气筒(25)以及出气筒(26)，所述进气筒(25)和所述出气筒(26)相接，其特征在于，所述混合管装置为权利要求1-7任一项所述的混合管装置，所述混合管装置的所述外管(22)和所述内管(24)插入所述进气筒(25)的进气腔。