CN103334818B - Scr催化消声器及其混合管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种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，所述外管开设有外穿孔；且，所述内管沿其进气端至另一端的方向，管径渐缩。如此设计，气流随着管径渐缩而流速增大，气流扰动增强；尿素在排气中发生热解和水解反应，较强的气流扰动更有利于分解后的氨气均匀分布于排气中，从而加强了尿素的雾化，减少尿素未分解的几率，避免形成尿素结晶。

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、混合管12内气流扰动小，存在气流滞止区，则尿素液滴容易在混合管12以及进气筒14的壁面聚集和粘附，导致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。

第二、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，从而影响后续的还原反应，而且也会导致尿素结晶。

有鉴于此，如何改善SCR催化消声器内的结晶状况，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。该混合管装置能够有效避免尿素溶液在SCR催化消声器内结晶。

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，所述外管开设有外穿孔；且，所述内管沿其进气端至另一端的方向，管径渐缩。

如此设计，气流随着管径渐缩而流速增大，气流扰动增强；尿素在排气中发生热解和水解反应，较强的气流扰动更有利于分解后的氨气均匀分布于排气中，从而加强了尿素的雾化，减少尿素未分解的几率，避免形成尿素结晶。

优选地，所述内管为锥形管。

优选地，所述内管的管壁设有内穿孔。

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，所述内穿孔设于与所述进气端相对的另一端，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，所述外管上远离所述进气管的一端，设有封堵该端端面的堵盖；所述堵盖具有内凹部和相接于所述内凹部外缘的外周部；所述内凹部嵌套于所述内管的管腔，且所述外周部设有通气孔。

优选地，所述内管的另一端相接有扩压管，所述扩压管的管壁设有扩压穿孔；所述扩压管沿与所述内管相接的一端至另一端的方向，管径渐缩。

优选地，所述扩压管为锥形管。

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。

优选地，所述进气管包括用于连接发动机排气管的进气连接管，所述进气连接管的外壁设有固定支架，所述固定支架安装有冷却水管和连接线束。

优选地，SCR催化消声器具有喷嘴、温度传感器以及氮氧传感器，所述进气管集成有分别用于安装所述喷嘴和所述温度传感器的喷嘴座、温度传感器座；所述出气筒设有出口管，所述出口管集成有安装所述氮氧传感器的氮氧传感器座。

优选地，还包括连接所述进气管和发动机排气管的卡箍。

优选地，所述外管以及所述内管自所述进气筒的一端插入，所述SCR催化消声器的出口设于所述出气筒的另一端。

优选地，所述进气筒内设有扰流板，所述混合管装置贯穿并支撑于所述扰流板，且所述扰流板设有贯穿孔。

优选地，所述出气筒设有出口管，所述出口管的管壁设有出口穿孔。

优选地，所述进气筒的外壳具有双层壁面结构。

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为本发明所提供混合管装置第二实施例的结构示意图；

图5为本发明所提供混合管装置第三实施例的结构示意图；

图6为本发明所提供混合管装置第四实施例的结构示意图；

图7为图6的右视图；

图8为图6中内管的右视图；

图9为本发明所提供混合管装置第五实施例的结构示意图；

图10为本发明所提供SCR催化消声器一种具体实施例的结构示意图；

图11为图10中进气管的俯视图。

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2-11中：

21进气管、211进气连接管、211a进气法兰、211b固定支架、212变径偏心管、212a喷嘴座、212b温度传感器座、22外管、221外穿孔、23喷嘴、24内管、241内穿孔、24′扩压管、24′1扩压穿孔、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、281出口穿孔、282氮氧传感器座、29堵盖、291外周部、292内凹部、291a通气孔

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2-3，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。

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，出口管28部分位于出气腔，该部分的管壁可设有出口穿孔281，如图2所示，出口穿孔281便于气体快速排出。

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可设计为圆柱形，并在其管壁上开设外穿孔221，用于加强排气和尿素溶液的雾化混合效果。

另外，内管24自进气端至尾端的方向，其管径渐缩，进气端即与进气管21连接的一端，尾端即相对的另一端。如图2所示，内管24的进气端为上端，尾端为下端，自上向下，管径渐缩。

如此设计，气流随着管径渐缩而流速增大，气流扰动增强；尿素在排气中发生热解和水解反应，较强的气流扰动更有利于分解后的氨气均匀分布于排气中，从而加强了尿素的雾化，减少尿素未分解的几率，避免形成尿素结晶。

内管24管径渐缩，具体可将内管24设计为图2中所示的锥形管。锥形管管壁的横截面为圆周，气流通过时，均匀性较好。从而能够确保气流扰动效果的均匀性，提高尿素溶液和排气的混合效果。当然，管径渐缩的结构也不限于锥形，比如棱锥形。

请继续参考图4，图4为本发明所提供混合管装置第二实施例的结构示意图。

图4中，混合管装置横置，此时，外管22、内管24的进气端为左端，尾端为右端。该实施例中，内管24结构和上述实施例相似，能够降低结晶，另外，内管24的管壁设有内穿孔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，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。

内穿孔241可以布置于内管24的整个管壁，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三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6-8，图6为本发明所提供混合管装置第四实施例的结构示意图；图7为图6的右视图；图8为图6中内管的右视图。

该实施例中，内管24的管壁同样开设有内穿孔241，内穿孔241与第三实施例类似，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，如图8所示。

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θ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。

此实施例中，外管22上远离进气管21的一端，可设置堵盖29，如图6所示。堵盖29具有内凹部292和相接于内凹部292外缘的外周部291，相当于盖帽状。内凹部292凹进于内管24的管腔，图6中，内凹部292恰好嵌套于内管24，外周部291则封住内管24和外管22之间的间隙，从而封住外管22底端的整个端面。另外，外周部291设有通气孔291a。堵盖29的内凹部292嵌于内管24，以支撑、定位内管24；在堵盖29的外周部291设置通气孔291a，可有效增加气流扰动，且降低了混合管装置内排气的背压。

请参考图9，图9为本发明所提供混合管装置第五实施例的结构示意图。

该实施例中，与上述实施例的原理一致，均是设置管径渐缩的内管24，以避免结晶。该混合管装置中内管24的底部相接有扩压管24′，扩压管24′的管壁设有扩压穿孔24′1，且扩压管24′沿与内管24相接的一端至另一端的方向，其管径渐扩，即扩压管24′与内管24的管径变化方向恰好相反。扩压穿孔24′1可开设于扩压管24′的整个壁面。与上述实施例中描述的内管24结构形成相似，扩压管24′最好为锥形管，也可是棱锥管等。扩压管24′的小径端和内管24的尾端相接，如图9所示，扩压穿孔24′1设置于扩压管24′的管壁。

如此设计，由于内管24未设置内穿孔241，有利于加速尿素溶液和排气的混合；而扩压管24′设置扩压穿孔24′1，则与设置内穿孔241的原理相同，与外穿孔221结合，可实现二次雾化，加强雾化效果，降低噪声，此处不再赘述。扩压管24′的扩口形状有助于快速混合的大量尿素溶液和排气能够迅速进入外管22和内管24之间，从而达到外穿孔221处进行二次雾化，提高雾化效率。

针对上述各实施例，外穿孔221可设置于外管22的中部。如第四实施例所述，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6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4、5、9中，外穿孔221也可设于右端。

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。

可以理解，外管22内部管体开孔时，即可使其内部管体的开孔孔径小于外穿孔241孔径。故内部开孔设置于上述扩压管24′的实施例时，扩压管24′上的扩压穿孔24′1的孔径，也设计为小于外穿孔221的孔径，其原理与上述一致，此处不再赘述。

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4、5、9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。

请参考图10-11，图10为本发明所提供SCR催化消声器一种具体实施例的结构示意图；图11为图10中进气管的俯视图。

该实施例中，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2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10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。可以理解，该实施例中，内管24加工出如上实施例所述的内穿孔241也是可行的，再比如，外管22的底部还可安装堵盖29，此时，外管22可直接支撑于扰流板251。

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211b，固定支架211b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211b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211b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，可如图11所示，安装温度传感器座212b和喷嘴23的温度传感器座212b、喷嘴座212a，均集成于变径偏心管212，安装氮氧传感器的氮氧传感器座282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211a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，如图10所示，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 (13)

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)开设有外穿孔(221)；且，所述内管(24)沿其进气端至另一端的方向，管径渐缩；

所述内管(24)的另一端相接有扩压管(24′)，所述扩压管(24′)的管壁设有扩压穿孔(24′1)；所述扩压管(24′)沿与所述内管(24)相接的一端至另一端的方向，管径渐扩。

2.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述扩压管(24′)为锥形管。

3.如权利要求1所述的混合管装置，其特征在于，所述扩压穿孔(24′1)的孔径小于所述外穿孔(221)的孔径。

4.如权利要求1-3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。

5.如权利要求1-3任一项所述的混合管装置，其特征在于，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。

6.一种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1-5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。

7.如权利要求6所述的SCR催化消声器，其特征在于，所述进气管(21)包括用于连接发动机排气管的进气连接管(211)，所述进气连接管(211)的外壁设有固定支架(211b)，所述固定支架(211b)安装有冷却水管和连接线束。

8.如权利要求6所述的SCR催化消声器，其特征在于，SCR催化消声器具有喷嘴(23)、温度传感器以及氮氧传感器，所述进气管(21)集成有分别用于安装所述喷嘴(23)和所述温度传感器的喷嘴座(212a)、温度传感器座(212b)；所述出气筒(26)设有出口管(28)，所述出口管(28)集成有安装所述氮氧传感器的氮氧传感器座(282)。

9.如权利要求6所述的SCR催化消声器，其特征在于，还包括连接所述进气管(21)和发动机排气管的卡箍。

10.如权利要求6所述的SCR催化消声器，其特征在于，所述外管(22)以及所述内管(24)自所述进气筒(25)的一端插入，所述SCR催化消声器的出口设于所述出气筒(26)的另一端。

11.如权利要求10所述的SCR催化消声器，其特征在于，所述进气筒(25)内设有扰流板(251)，所述混合管装置贯穿并支撑于所述扰流板(251)，且所述扰流板(251)设有贯穿孔(251a)。

12.如权利要求10所述的SCR催化消声器，其特征在于，所述出气筒(26)设有出口管(28)，所述出口管(28)的管壁设有出口穿孔(281)。

13.如权利要求6-12任一项所述的SCR催化消声器，其特征在于，所述进气筒(25)的外壳具有双层壁面结构。