CN103711552B

CN103711552B - 箱式scr催化消声器及其进气管装置

Info

Publication number: CN103711552B
Application number: CN201310647437.XA
Authority: CN
Inventors: 王志坚; 刘伟达; 王奉双; 王远景; 李俊普
Original assignee: Weichai Power Co Ltd
Current assignee: Weichai Power Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN103711552A

Abstract

本发明公开一种箱式SCR催化消声器及其进气管装置，进气管装置包括外管以及插装于所述外管内的进气椎管和直筒管，所述进气椎管的大径端与箱式SCR催化消声器的进气口连接，所述进气椎管的小径端与所述直筒管的一端相接；所述外管的管壁开设有外穿孔。该装置有效地延长了排气的流动路径，且进气的截面积变化使得声阻抗会发生变化，一部分声能会被反射回进气管装置，从而消耗声能。可见，该进气管装置提高了消声效果。而且，进气管装置进口处设计为锥形的进气椎管，可增加气流扰动，从而避免尿素结晶；同时，该进气管装置可直接应用于原有的箱式SCR催化消声器上，无需作其他改动。

Description

箱式SCR催化消声器及其进气管装置

技术领域

本发明涉及排气后处理技术领域，特别涉及一种箱式SCR催化消声器及其进气管装置。

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、NO_x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(NO_x)反应，达到消除柴油机尾气氮氧化物(NO_x)的目的。

请参考图1-2，图1为一种典型的箱式SCR催化消声器的结构示意图，该图部分剖视以示出消声器内部结构；图2为图1中消声器内进气管的结构示意图。

该催化消声器包括器体，器体设有进气口和出气口，如图1所示，器体的左上端设有进气接管，右下端设有出气接管13，器体内部则设有一层进气管12，进气管12的管壁在其周向上设有若干穿孔121。进气管12的一端用于连接进气接管，如图1所示，进气接管包括进气连接管111和变径偏心管112，进气连接管111连接发动机的排气管，则进气连接管111的进口即为消声器的进气口，变径偏心管112的两端分别连接进气连接管111和器体内部的进气管12。

箱式SCR催化消声器的喷嘴向器体内的进气管12喷射尿素溶液，尿素溶液与排入的气流在进气管12内混合，进气管12的穿孔121加强二者的雾化效果，以便二者充分混合后参与还原反应，最终由出口接管的出气口排出。

然而，上述技术方案存在下述技术问题：

箱式SCR催化消声器的进气管12结构单一，气体流线较短，气体在流动过程中不能有效地摩擦消耗声能，消音作用有限。

有鉴于此，如何提高箱式SCR催化消声器的消音效果，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箱式SCR催化消声器及其进气管装置。该进气管装置能够显著地提高箱式SCR催化消声器的消音效果。

本发明提供的箱式SCR催化消声器的进气管装置，包括外管和插装于所述外管内的进气椎管和直筒管，所述进气椎管的大径端与箱式SCR催化消声器的进气口连接，所述进气椎管的小径端与所述直筒管的一端相接；所述外管的管壁开设有外穿孔。

如此设置的进气管装置，发动机的排气进入进气管装置后，先经进气椎管增速进入直筒管，再进入直筒管和外管之间，然后排出外管。可达到下述技术效果：

第一、上述流动路径有效地延长了排气的流动路径，声能摩擦损失变大；

另外，直筒管和外管的嵌套设计，相当于在外管内加设一个扩张腔，而且，当排气的入射声波进入外管内部后，由于进气管装置的进口处设置进气椎管，使得进气的截面积产生变化，声阻抗会发生变化，一部分声能会被反射回进气管装置，从而消耗声能。可见，该进气管装置提高了消声效果。

第二、进气管装置进口处设计为锥形的进气椎管，可增加气流扰动，从而避免尿素结晶。

第三、双层管结构的进气管装置在外径、长度等可设计与原有的单层进气管相等，故该进气管装置可直接应用于原有的箱式SCR催化消声器上，无需作其他改动。

优选地，所述直筒管的管壁开设有内穿孔。

优选地，所述内穿孔设于所述直筒管上远离所述进气椎管的一端，且所述内穿孔沿所述直筒管的周向布置。

优选地，所述外穿孔的设置位置与所述内穿孔的位置在轴向上错开。

优选地，所述内穿孔布置于所述直筒管的整个管壁。

优选地，还包括设于所述外管内腔的碗型导流板，所述碗型导流板的开口朝向所述直筒管上远离所述进气椎管的一端。

优选地，所述碗型导流板的开口边缘焊接于所述外管的管壁。

本发明还提供一种箱式SCR催化消声器，包括器体，所述器体外部设有进气口和出气口，所述器体内部设有进气管装置，排气经所述进气口进入所述进气管装置，并由所述出气口排出，所述进气管装置为上述任一项所述的进气管装置。

该箱式SCR催化消声器具有上述的进气管装置，故具有上述进气管装置相同的技术效果。

优选地，所述器体内设有支撑所述进气管装置的前挡板和后挡板，所述前挡板和所述后挡板之间形成中腔，所述中腔内设有反应载体；所述前挡板和所述后挡板分别与所述器体内壁形成前腔、后腔；由所述外管排出的气体依次进入所述中腔、所述前腔、所述反应载体、所述后腔并经所述出气口排出。

附图说明

图1为一种典型的箱式SCR催化消声器的结构示意图，该图部分剖视以示出消声器内部结构；

图2为图1中消声器内混合管进气管的结构示意图；

图3为本发明所提供箱式SCR催化消声器一种具体实施例的结构示意图；

图4为图3中混合管进气管装置的结构示意图；

图5为图3的部分剖视图，以示出消声器内部结构；

图6为图5中前挡板的结构示意图；

图7为图5中后挡板的结构示意图。

图1-2中：

111进气连接管、112变径偏心管、12进气管、121穿孔、13出气接管；

图3-7中：

211进气连接管、211a进气口、212变径偏心管、221外管、221a外穿孔、222进气椎管、223直筒管、223a内穿孔、224碗型导流板、225支撑板、23出气接管、23a出气口、24前挡板、24a通孔、25后挡板、26前腔、27后腔、28中腔、29反应载体

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3-4，图3为本发明所提供箱式SCR催化消声器一种具体实施例的结构示意图；图4为图3中进气管装置的结构示意图。

该实施例中的SCR催化消声器为箱式催化消声器，其外形可呈方形设计，尤其适用于卡车。催化消声器的工作原理可参考背景技术以及现有技术理解，此处不再赘述。

箱式SCR催化消声器包括器体，和连接于器体的进气口211a、出气口23a，与背景技术相似，器体的外部可设有出气接管23，以及依次连接的进气连接管211和变径偏心管212，进气连接管211的进口可形成进气口211a，出气接管23的出口可形成出气口23a。且，消声器的器体内部设有进气管装置，发动机排气管内的废气经进气口211a进入进气管装置内，与尿素充分混合后，经器体内腔流向出气口23a，然后排出。

本实施例箱式SCR催化消声器内的进气管装置，包括外管221和插装于外管221内的进气椎管222以及直筒管223。进气椎管222呈锥形设置，且进气椎管222的大径端为进气端，与消声器的进气口211a连接，进气椎管222的小径端与直筒管223的一端相接，如图4所示。如此，自消声器进气口211a进入的排气经进气椎管222进入，即进气椎管222相当于进气管装置的进气接口，经进气椎管222流入的排气继而流向直筒管223，直筒管223内的排气能够流向外管221与直筒管223之间的空间，并经外管221流出。

此处，外管221的管壁开设有外穿孔221a，排气经外穿孔221a排出进气管装置，外穿孔221a可用于加强排气和尿素溶液的雾化混合效果，外管221可设计为圆柱形，以增强排气混合或流动的均匀性；而且，气流经外穿孔221a时能够消耗声能，从而起到一定的消声作用。进气椎管222设于进气管装置的进口处，其锥形设计可以使得排气增速，以迅速进入直筒管223内。

如此设计的进气管装置以及具有该进气管装置的箱式SCR催化消声器，均具有下述技术效果：

第一、直筒管223和外管221形成双层管结构的进气管装置，排气首先经进气椎管222进入直筒管223内，再流向外管221和直筒管223之间，则有效地延长了排气的流动路径，声能摩擦损失变大；

另外，直筒管223和外管221的嵌套设计，相当于在外管221内加设一个扩张腔，而且，当排气的入射声波进入外管221内部后，由于进气管装置的进口处设置进气椎管222，使得进气的截面积产生变化，声阻抗会发生变化，一部分声能会被反射回进气管装置，从而消耗声能。可见，该实施例中进气管装置的消音效果相较于背景技术，得以进一步改善。

第二、进气管装置进口处设计为锥形的进气椎管222，可增加气流扰动，从而避免尿素结晶。

第三、双层管结构的进气管装置在外径、长度等可设计与原有的单层进气管相等，故该实施例中的进气管装置可直接应用于原有的箱式SCR催化消声器上，无需作其他改动。

进一步地，直筒管223的管壁可开设内穿孔223a，如图3、4所示。与外穿孔221a的作用相似，内穿孔223a也可消耗声能，提高消声效果，并可用于加强排气和尿素溶液的雾化混合效果。实际上设置内穿孔223a后，排气和尿素溶液在内穿孔223a处进行一次雾化混合，经外穿孔221a后，又进行一次雾化混合，二次雾化混合显然大大提高了排气和尿素溶液的混合效果，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、聚集在进气管装置或器体的壁面，阻止尿素结晶。另外，两层穿孔设计，进一步加长了排气气流的行程，有效地降低噪声、减弱不同频率段上的噪声。

在此基础上，内穿孔223a可设于直筒管223上远离进气椎管222的一端，且内穿孔223a沿直筒管223的周向布置。如图4所示，直筒管223的左端与进气椎管222相接，直筒管223的右端设有内穿孔223a，且内穿孔223a沿其周向360度布置。排气自左端进入直筒管223内，行进一段路径后经右端的内穿孔223a流向外管221和直筒管223之间。如此，排气进入直筒管223后，需流动一段路径后再流出直筒管223，流动路线较长，可以加强消音效果。周向布置内穿孔223a，则排气流动的均匀性较好。

优选的方案是，外穿孔221a的设置位置与内穿孔223a的位置可以在轴向上错开，轴向即外管221、直筒管223的轴向。如图4所示，外穿孔221a靠近外管221的左端设置，外管221的左端则靠近进气椎管222，而内穿孔223a则靠近直筒管223的右端设置。如此，排气经内穿孔223a排出后，还需朝进气椎管222的方向再运行一段距离，才能经外穿孔221a流出，可见，排气的流动路径进一步加长，消音效果也更好。

可以根据流体力学原理、背压、混合均匀度等因素计算，并结合试验验证，设计出内穿孔223a、外穿孔221a的最佳孔径、开孔长度以及错开长度等，以获得最佳的消声效果。

当然，内穿孔223a也不限于上述设置方式，比如，内穿孔223a可以布置于直筒管223的整个管壁。虽然，排气在该种设计结构下的流动路径小于上述实施例，但使得排气和尿素溶液的雾化混合效果更好。

针对上述各实施例，还可以在外管221内腔设置碗型导流板224，碗型导流板224的开口朝向直筒管223上远离进气椎管222的一端。请继续参考图4，碗型导流板224的开口朝向直筒管223的右端，直筒管223的右端可以抵接于碗型导流板224，此时，碗型导流板224对直筒管223还可以起到一定的支撑作用，进一步地，直筒管223的端部可以与碗型导流板224焊接。当然，直筒管223也可以与碗型导流板224具有适当距离。

排气进入进气管装置后，随着流动路径的增长，在进气管装置的底部(图4中进气管装置的右端，与进气椎管222相对)可能存在流动滞止的现象，而碗型导流板224结构能够有效增强进气管装置底部的排气气流的扰动，从而改善流动滞止现象，促进尿素溶液液滴的二次破碎和混合，从而防止尿素形成尿素结晶，增强与排气的混合效果。

该实施例中，碗型导流板224的开口边缘可焊接于外管221的管壁，以使碗型导流板224牢靠地固定于外管221内，且保证气流扰动效果。当然，碗型导流板224也可以采用其他常规连接方式固定于外管221，比如，卡接、螺纹连接等方式。

上述实施例中，在外管221内可设置支撑直筒管223的支撑板225，以确保直筒管223能够稳定地嵌套于外管221内，如图4所示，支撑板225固定于外管221的内壁，直筒管223直接贯穿该支撑板225，则支撑板225较为可靠地支撑起直筒管223。进气椎管222的进气端与外管221的端部焊接固定，另一端与直筒管223相接，则进气椎管222、直筒管223均稳定地固定于外管221内。

另外，本实施例提供的箱式SCR催化消声器，其器体内可设置支撑进气管装置的外管221的前挡板24和后挡板25，如图5-7所示，图5为图3的部分剖视图，以示出消声器内部结构；图6为图5中前挡板的结构示意图；图7为图5中后挡板的结构示意图。

前挡板24和后挡板25之间形成中腔28，中腔28内设有反应载体29，前挡板24和后挡板25分别与器体内壁形成前腔26、后腔27，后腔27靠近出气口23a设置。前挡板24设有连通中腔28和前腔26的通孔24a，由外管221排出的气体先进入中腔28，然后通过前挡板24的通孔24a进入前腔26。反应载体29的进口插装于前挡板24，则前腔26内的气体可进入反应载体29进行参与催化反应，反应载体29的出口连通后腔27，则反应后的气体可进入后腔27，再经出气口23a排出。即气体的流动路径为外管221-中腔28-前腔26-反应载体29-后腔-出气口23a。

如此，排气经外管221排出后，其流动路径也得以增长，进一步提高消音效果。而且，前挡板24、后挡板25在形成三个腔室的情况下，还起到支撑外管221的作用，实际上支撑了整个进气管装置，确保进气管装置能够稳定地安装于消声器的器体内。

以上对本发明所提供的一种箱式SCR催化消声器及其进气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

1.一种箱式SCR催化消声器的进气管装置，其特征在于，包括外管(221)以及插装于所述外管(221)内的进气椎管(222)和直筒管(223)，所述进气椎管设置于所述进气管装置的进口处，所述进气椎管(222)的大径端与箱式SCR催化消声器的进气口(211a)连接，所述进气椎管(222)的小径端与所述直筒管(223)的一端相接；所述外管(221)的管壁开设有外穿孔(221a)。

2.如权利要求1所述的进气管装置，其特征在于，所述直筒管(223)的管壁开设有内穿孔(223a)。

3.如权利要求2所述的进气管装置，其特征在于，所述内穿孔(223a)设于所述直筒管(223)上远离所述进气椎管(222)的一端，且所述内穿孔(223a)沿所述直筒管(223)的周向布置。

4.如权利要求3所述的进气管装置，其特征在于，所述外穿孔(221a)的设置位置与所述内穿孔(223a)的位置在轴向上错开。

5.如权利要求2所述的进气管装置，其特征在于，所述内穿孔(223a)布置于所述直筒管(223)的整个管壁。

6.如权利要求1-5任一项所述的进气管装置，其特征在于，还包括设于所述外管(221)内腔的碗型导流板(224)，所述碗型导流板(224)的开口朝向所述直筒管(223)上远离所述进气椎管(222)的一端。

7.如权利要求6所述的进气管装置，其特征在于，所述碗型导流板(224)的开口边缘焊接于所述外管(221)的管壁。

8.一种箱式SCR催化消声器，包括器体，所述器体外部设有进气口(211a)和出气口(23a)，所述器体内部设有进气管装置，排气经所述进气口(211a)进入所述进气管装置，并由所述出气口(23a)排出，其特征在于，所述进气管装置为权利要求1-6任一项所述的进气管装置。

9.如权利要求8所述的箱式SCR催化消声器，其特征在于，所述器体内设有支撑所述进气管装置的前挡板(24)和后挡板(25)，所述前挡板(24)和所述后挡板(25)之间形成中腔(28)，所述中腔(28)内设有反应载体(29)；所述前挡板(24)和所述后挡板(25)分别与所述器体内壁形成前腔(26)、后腔(27)；

由所述外管(221)排出的气体依次进入所述中腔(28)、所述前腔(26)、所述反应载体(29)、所述后腔(27)并经所述出气口(23a)排出。