CN108757127B - 一种scr反应剂与发动机排气混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒、反应剂喷嘴、第一混合室、混合流道、流道隔板、第二混合室，其特征在于，所述混合流道由多个子流道组成，位于所述套筒内部，所有子流道的中心线与所述套筒中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室连通，从而排气从第一混合室依次经过每一个子流道后进入第二混合室，子流道中的排气流向，有的沿着套筒中心线的正向，有的沿着套筒中心线的反向。
Description
技术领域
本发明属于发动机排气后处理技术领域，具体涉及发动机排气选择性还原（SCR）技术的还原剂与发动机排气的混合装置。
背景技术
随着环境问题的日益突出，节能减排已经成为车辆及发动机的永无止境的要求，为此，各国都出台了一系列的车辆排放标准，并且越来越严格。对此，以内燃机为动力的车辆需要安装排放后处理系统以求满足排放要求。例如，目前主要用于对柴油发动机尾气中NOx等污染物进行催化处理的SCR（Selective Catalytic Reduction）技术等已经成为柴油车辆等必需使用的技术。
SCR技术需要将NOx还原反应剂定量喷射进柴油机排气中，与排气混合后进入SCR催化转换器。还原剂有32.5%重量浓度的尿素水溶液（也叫柴油排气处理液DEF=DieselExhaust Fluid，或者添蓝液AdBlue），或者氨气。DEF在排气中通过排气高温分解出的氨气，或者直接喷射出的气态氨气，在与发动机排气混合后进入SCR催化器，在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H2O。如果还原反应剂不能够与排气均匀混合，那么SCR催化器中氨气与NOx比值（氨氮比）就会很不均匀，结果部分催化器单元可能会有多余的氨气泄露到尾气中，而部分催化器单元因为缺乏氨气而难以使NOx得到有效降解。
另一方面，液体的DEF喷射到发动机排气管后，如果不能够快速热解为氨气并与排气混合均匀，则可能因为其他物理化学变化而变成固态结晶体残留在排气管内，长时间积累就会堵塞发动机排气管，使发动机性能严重恶化。
DEF在排气管内的结晶，受很多因素的影响，最主要的是温度和两相流流动速度。温度决定化学反应生成物，流动速度决定生成物中的固态结晶体是否会积累在管道内部。
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，为此有采用压缩空气雾化喷射DEF的气助SCR系统，也有依靠压力喷射雾化DEF的非气助SCR系统，也有直接喷射氨气的固态氨SCR系统。但由于结构尺寸的限制，做到绝对理想均匀混合的方案是不存在的，特别是非气助的SCR系统，喷雾粒径较大，喷雾分布又有自己的特性，需要设计专门的混合装置防止结晶并实现混合均匀。例如有的方案是故意把排气管折弯，在弯管处安装DEF喷嘴，并设置混合器，液体喷雾首先喷射到混合器上。不过这给排气管布置带来限制，排气管制造成本也会增加。如果在直管的排气管上直接安装DEF喷嘴，必然只能是：要么斜向喷射，喷雾就很难均匀射向混合器，结果结晶风险就会增加，氨氮比均匀度也比较低；要么把喷嘴深入到排气管内部中心附近，但这会导致位于排气管内部的喷嘴受热严重，不仅喷嘴容易损坏，并且结构变复杂，更关键的是还在反应剂为DEF时很可能导致喷嘴内部的DEF过早失去水分而产生尿素结晶，堵塞喷嘴。
为了保证尿素液快速蒸发并热解为有效的NOx还原气体——氨气，同时在进入下游的SCR催化器时混合均匀一致，混合流动路径必须足够长，以为尿素液蒸发热解混合提供足够的时间和空间，这样势必要增加催化器的长度，使催化器在车上搭载受到空间尺寸限制，难以布置。特别是在排放法规越来越严格、包括柴油机氧化催化器（DOC）、排气颗粒物过滤器（DPF）和SCR催化器在内的催化器越来越多的前提下，催化器封装尺寸问题越来越突出。所以如何在尽可能小的空间和尺度内实现尿素液及氨气与发动机排气的均匀混合，是发动机排气后处理系统设计的一大难题。
发明内容
本发明针对上述问题，之目的在于提供一种在尽可能短的催化器轴向空间内实现反应剂与排气混合均匀的SCR排气混合装置，提高催化器对整车搭载布置的适应性，并降低整体系统成本。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒、反应剂喷嘴、第一混合室、混合流道、流道隔板、第二混合室，其特征在于，混合流道由多个子流道组成，位于套筒内部，子流道的中心线与套筒中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与第一混合室或者一个相邻的子流道或者第二混合室连通，从而排气从第一混合室依次经过每一个子流道后进入第二混合室，子流道中的排气流向，有的沿着套筒中心线的正向，有的沿着套筒中心线的反向。
根据上述技术方案，通过混合流道的DEF尿素液喷雾和发动机排气的混合路径，近似于绕套筒中心线的折线（蛇形线），因此路径长度较长，有利于在到达SCR催化器前，完全蒸发热解并混合均匀。另一方面，由于混合路径整体近似于绕套筒中心线进行周向运动，减少了混合室的轴向长度，进而减小整个排气混合装置的轴向长度，有利于整车布置。喷出的尿素液雾在进入混合流道附近首次碰撞固体壁面，由于子流道端部与第一混合室连通的连接孔面积小，此处排气流速大，因此混合得到加强，没有蒸发热解的液滴也难以滞留产生结晶。DEF和排气混合流在快速混合蒸发过程中进入第二混合室，因为扩散使速度变低，但通过扩散混合板时又会加速，整体流动基本通畅，因此产生大量结晶堵塞流道的可能性也比较小。
DEF受发动机排气加热后，首先会失去水分析出尿素结晶颗粒，但如果温度足够高，即高于尿素的气化温度，则不会出现尿素结晶颗粒而直接成为气态尿素。高温尿素和水蒸气反应就会热解形成氨气。同时，尿素也会进行其他化学反应，生成缩二脲、三聚氰酸、三聚氰胺等结晶体，不过这些反应的速度要比尿素热解为氨气的速度慢，在DEF不接触较低温度固体壁面时，结晶体不会积累。在两相流流速足够大时，结晶体即使形成也会随排气流走，也不会积累。
下面的技术方案，对本发明作进一步的限定或优化。
可选的，子流道与第一混合室之间设置的入口隔板构成所有子流道的入口端边界，入口隔板上设置有排气进入子流道的入口，喷嘴设置在距离子流道入口的上部最远位置，喷嘴喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入子流道进一步混合。
可选的，喷嘴喷出的伞状射流，其轴线垂直于套筒轴线，或与套筒轴线成一定角度使射流轴线与套筒下部壁面的相交位置靠近子流道入口，部分射流先碰撞到入口隔板然后进入子流道，部分射流直接进入子流道或者与套筒下部壁面碰撞后进入子流道。
可选的，在喷嘴的排气流来流一侧，设置有一个射流反射板，喷嘴喷出的伞状射流中，偏向排气来流一侧的部分射流首先碰撞射流反射板改变流向后朝向子流道入口。
可选的，子流道与所述第二混合室之间设置的出口隔板构成所有子流道的出口端边界，出口隔板上设置有排气流出子流道的出口，该出口构成所述第二混合室的排气的入口，在第二混合室的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在第二混合室进一步混合分布，均匀进入所述SCR催化器。
可选的，子流道共有3个，其中末级子流道为一与套筒同轴的小圆筒，末级子流道的出口即为第二混合室的排气的入口，第一个和第二个子流道为由套筒内壁面、末级子流道外表面和设置在套筒内壁和末级子流道外壁之间的两个径向隔板界定的空间流道，第一个子流道在出口隔板附近通过设置在第一径向隔板上的侧向连通孔与第二个子流道连通，第二个子流道在入口隔板附近通过设置在末级子流道的圆柱面上的径向连通孔与末级子流道连通。
可选的，子流道共有5个，其中末级子流道为一与套筒同轴的小圆筒，末级子流道的出口即为第二混合室的排气的入口，第一个到第四个子流道为由套筒内壁面、末级子流道圆外表面和设置在套筒内壁和末级子流道外壁之间的径向隔板界定的空间流道，第一个子流道在出口隔板附近通过设置在第一径向隔板上的侧向连通孔与第二个子流道连通，第二个子流道在进口隔板附近通过设置在第二径向隔板上的侧向连通孔与第三个子流道连通，第三个子流道又在出口隔板附近通过设置在第三径向隔板上的侧向连通孔与第四个子流道连通，第四个子流道又在入口隔板附近通过设置在末级子流道的圆柱面上的径向连通孔与末级子流道连通。
可选的，子流道共有3个，三个子流道在套筒中心线相交形成一个共同边界，为由套筒内壁面和设置在套筒内壁和套筒中心线之间的三个径向隔板界定的空间流道，第一个子流道的入口为与第一混合室连通的子流道入口，在出口隔板附近通过设置在第一径向隔板上的周向连通孔使第一个子流道与第二个子流道连通，第二个子流道在入口隔板附近通过设置在第二隔板的周向连通孔与第三个子流道连通，第三个子流道即为末级子流道，其出口即为第二混合室的入口。
可选的，三个径向隔板为螺旋扭曲板，从而组成的第一个子流道的入口面积大于套筒横截面积的三分之一，而组成的第三个子流道的出口面积也大于套筒横截面积的三分之一，排气流动通道在第一个子流道内沿流动方向越来越小，从而流速越来越高，而在第三个子流道内沿流动方向越来越大，从而在进入第二混合室后流速分布更加均匀。
可选的，子流道共有3个，其中第二子流道为一与套筒同轴的小圆筒内部空间流道，第一子流道和末级子流道为由套筒内壁面、第二子流道外表面和设置在套筒内壁和第二子流道外壁之间的两个隔板界定的空间流道，第一子流道在出口隔板附近通过设置在第二子流道小圆筒上的侧向连通孔与第二子流道连通，第二子流道在入口隔板附近通过设置在圆柱面上的径向连通孔与末级子流道连通，末级子流道的出口即为第二混合室的排气的入口。
可选的，在套筒内壁和第二子流道外壁之间的两个隔板为与套筒轴线有一定夹角α的平面板，由其界定的第一子流道流通面积沿流动方向越来越小，而由其界定的末级子流道流通面积沿流动方向越来越大。
可选的，在第二混合室中设置有一个扩散混合板，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，子流道出口直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。
本发明的有益效果是：在采用结构简单安装布置方便的直筒型排气混合管时，缩短排气系统总尺寸，降低发动机排气管内结晶风险、提高反应剂与排气混合均匀度，同时能够降低SCR系统成本。
附图说明
图1是本发明第一实施例的剖视图。
图2是本发明第一实施例的一种混合流道的正向示意图。
图3是本发明第一实施例的一种混合流道的正向示意图。
图4是本发明第一实施例的一种混合流道的后向示意图。
图5是本发明第二实施例的一种混合流道的正向示意图。
图6是本发明第二实施例的一种混合流道的后向示意图。
图7是本发明第三实施例的剖视图。
图8是本发明第三实施例的一种混合流道的结构示意图。
图9是本发明第四实施例的一种混合流道的结构示意图。
图10是本发明第五实施例的一种混合流道的结构示意图。
图11是本发明第六实施例的一种混合流道的侧视图。
图中：11为套筒、12为伞状射流、13为射流反射板、14为反应剂喷嘴、15为混合流道、16为第二混合室、17为第一混合室、18为入口隔板、19为出口隔板、20为扩散混合板。
21为第一径向隔板、22为子流道入口、23为子流道出口、24为末级子流道、25为第一个子流道、26为侧向连通孔、261为第二个侧向连通孔、27为径向隔板、28为第二个子流道、29为径向连通孔。
31为第一个子流道、32为第一径向隔板、33为侧向连通孔、34为第二个子流道、35为第二径向隔板、36为侧向连通孔、37为第三个子流道、38为第三径向隔板、39为侧向连通孔、40为第四个子流道、41为径向连通孔、42为末级子流道出口、43为末级子流道。
51为入口隔板、52为出口隔板、53为子流道入口、54为第一个子流道、55为第一径向隔板、56为周向连通孔、57为子流道入口、58为第二隔板、59为周向连通孔、60为第三个子流道。
61为第一个子流道、62为第三个子流道。
71为入口隔板、72为第一子流道、73为出口隔板、74为侧向连通孔、75为第二子流道、76为径向连通孔、77为末级子流道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图4所示：本发明的柴油机SCR反应剂与发动机排气混合装置的第一实施例，包括套筒11、反应剂喷嘴14、第一混合室17、混合流道15、流道隔板21、第二混合室16。
反应剂喷嘴14安装在第一混合室17内，反应剂喷嘴14喷出的伞状射流在发动机尾气气流中蒸发混合，通过设置在入口隔板18上的子流道入口22进入混合流道15内进一步蒸发混合。
混合流道15由多个子流道组成，位于套筒11内部，所有子流道的中心线与套筒11中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与第一混合室17或者一个相邻的子流道或者第二混合室16连通，从而排气从第一混合室17依次经过每一个子流道后进入第二混合室16，子流道中的排气流向，有的沿着套筒11中心线的正向，有的沿着套筒11中心线的反向。
子流道与第一混合室17之间设置的入口隔板18构成了所有子流道的入口端边界，入口隔板18上设置有排气进入子流道的入口22，喷嘴14设置在距离子流道入口22上部最远位置，喷嘴14喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入子流道进一步混合。
喷嘴14喷出的伞状射流12，其轴线垂直于套筒11轴线，或与套筒11轴线成一定角度使射流轴线与套筒11下部壁面的相交位置靠近子流道入口22，部分射流Q1先碰撞到入口隔板17然后进入子流道，部分射流Q2直接进入子流动道或者与套筒下部壁面碰撞后进入子流道。
在喷嘴14排气流来流一侧，设置有一个射流反射板13，喷嘴14喷出的伞状射流12中，偏向排气来流一侧的部分射流Q3首先碰撞射流反射板改变流向后朝向子流道入口22
子流道与第二混合室之间16设置的出口隔板19构成了子流道的出口端边界，出口隔板19上设置有排气流出子流道的出口23，该出口构成了第二混合室16的排气入口，第二混合室16中设置有一个扩散混合板20，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，子流道出口23直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。使进入第二混合室16的混合气的混合速度再次增加。在第二混合室16的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在第二混合室16进一步混合分布，均匀进入SCR催化器。
在本发明第一实施例中，子流道共有3个，其中末级子流道24为一与套筒11同轴的小圆筒，末级子流道24的出口即为第二混合室16的排气的入口，第一个子流道25和第二个子流道28为由套筒11内壁面、末级子流道24外表面和设置在套筒11内壁和末级子流道24外壁之间的径向隔板界定的空间流道，第一个子流道25在出口隔板19附近通过设置在第一径向隔板21上的侧向连通孔26与第二个子流道28连通，第二个子流道28在入口隔板17附近通过设置在末级子流道24的圆柱面上的径向连通孔29与末级子流道24连通。
上述第一实施例中，如图3所示，还可以在径向隔板27上设置第二个侧向连通孔261，这样进入第一个子流道25的排气流可以分为两路进入第二个子流道28，并在第二个子流道28内汇合再进入末级子流道24。
反应剂喷嘴14喷出的尿素液喷雾，将顺着发动机尾气气流流动到子流道入口，气流和混合蒸发速度会逐渐加快，通过流动通道入口22时混合速度达到一个峰值，进入混合流道15，在通过第一径向隔板21上的侧向连通孔26后进入第二个子流道28，此时气流的运动方向发生改变，由于侧向连通孔26的面积很小，气流在此处的运动速度加快。进入第二个子流道28后，通过设置在末级子流道24圆柱面上的径向连通孔29进入末级子流道24，充分混合后进入第二混合室16内。混合气运动路径为绕套筒周向和轴向的复合运动，延长混合路径，加长混合时间并多次强化了混合速度，从而保证了最后进入SCR催化器的是尿素热解形成的氨气与发动机排气的均匀混合气。
本发明的混合流道也可以如图5-图6所示，从而形成了本发明的第二实施例。在第二实施例中，子流道共有5个，其中末级子流道43为一与套筒11同轴的小圆筒，末级子流道43的出口即为第二混合室16的排气入口，第一个子流道31到第四个子流道40为套筒11内壁面、末级子流道43圆外表面和设置在套筒11内壁和末级子流道43圆外表面和设置在套筒11内壁和末级子流道43外壁之间的径向隔板界定的空间流道，第一个子流道31在出口隔板18附近通过设置在第一径向隔板32上的侧向连通孔33与第二个子流道34连通，第二个子流道34在进口隔板18附近通过设置在第二径向隔板上35的侧向连通孔36与第三个子流道37连通，第三个子流道37又在出口隔板19附近通过设置在第三径向隔板38上的侧向连通孔39与第四个子流道40连通，第四个子流道40又在入口隔板18附近通过设置在末级子流道43的圆柱面上的径向连通孔41与末级子流道43连通。
这样尿素液与发动机尾气混合气依次经过第一至第四子流道，进入下一个子流道时，混合气与进口隔板18或出口隔板19碰撞改变流动方向，排气流的运动是绕排气管轴线的周向流动及与排气管轴线相同或相反的轴向运动的合成。子流道数的增加使混合气在轴向上的运动路径增加，混合路径进一步加强。由于侧向连通孔的面积远小于径向隔板的面积，气流在此处流速增大，混合速度得到强化，增大混合效果。第四个子流道40内的混合气通过设置在末级子流道43圆柱面上的径向连通孔41进入末级子流道43，进一步混合蒸发后进入第二混合室16。
依据同样的原理，可以通过进一步增加子流道数目的方式增加流道长度，例如子流道数目可以为7个、9个，等等。
本发明的混合流道也可以如图7-图8所示，从而形成第三实施例。第三实施例中，子流道共有3个，三个子流道在套筒11中心线相交形成一个共同边界，为由套筒11内壁面和设置在套筒11内壁和套筒11中心线之间的三个径向隔板界定的空间流道，第一个子流道54的入口为与第一混合室17连通的子流道入口53，在出口隔板52附近通过设置在第一径向隔板55上的周向连通孔56使第一个子流道54与第二个子流道57连通，第二个子流道57在入口隔板51附近通过设置在第二隔板58的周向连通孔59与第三个子流道60连通，第三个子流道60即为末级子流道，其出口即为第二混合室16的入口。
本发明的混合流道也可以如图9所示，从而形成第四实施例。三个径向隔板为螺旋扭曲板，组成的第一个子流道61的入口面积大于套筒11横截面积的三分之一，而组成的第三个子流道62的出口面积也大于套筒11横截面积的三分之一，排气流动通道在第一个子流道61内沿流动方向越来越小，流速越来越高，而在第三个子流道62内沿流动方向越来越大，在进入第二混合室16后流速分布更加均匀。
本发明的混合流道也可以如图10所示，从而形成第五实施例。子流道共有3个，其中第二子流道75为一与套筒同轴的小圆筒内部空间流道，第一子流道72和末级子流道77为由套筒11内壁面、第二子流道75外表面和设置在套筒11内壁和第二子流道外壁之间的两个隔板78界定的空间流道，第一子流道72在出口隔板73附近通过设置在第二子流道75小圆筒上的侧向连通孔74与第二子流道75连通，第二子流道75在入口隔板71附近通过设置在圆柱面上的径向连通孔76与末级子流道77连通，末级子流道77的出口即为所述第二混合室16的排气的入口。
本发明的混合流道也可以如图11所示，从而形成第六实施例。设置在套筒11内壁和第二子流道83外壁之间的两个隔板82为与套筒11轴线有一定夹角α的平面板，由其界定的第一子流道81流通面积沿流动方向越来越小，而由其界定的末级子流道84流通面积沿流动方向越来越大。夹角α可以为30°以内的一个角度。
上述实施例仅用于说明本发明的实质，但并不限制本发明。在未背离本发明原理的情况下，所作的任何修改，简化等替换方式，都包括在本发明的保护范围之内。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (14)
1.一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒(11)、反应剂喷嘴(14)、第一混合室(17)、混合流道(15)、径向隔板、第二混合室(16)，其特征在于，所述混合流道(15)由多个子流道组成，位于所述套筒(11)内部，所述子流道的中心线与所述套筒(11)中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室(17)或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室(16)连通，从而排气从第一混合室(17)依次经过每一个子流道后进入第二混合室(16)，子流道中的排气流向，有的沿着套筒(11)中心线的正向，有的沿着套筒(11)中心线的反向；
所述子流道与所述第一混合室(17)之间设置的入口隔板(18)构成所有子流道的入口端边界，所述入口隔板(18)上设置有排气进入子流道的入口(22)，所述喷嘴(14)设置在距离子流道入口(22)的上部最远位置，喷嘴(14)喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入所述子流道进一步混合；
所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)，其轴线垂直于所述套筒(11)轴线，或与所述套筒(11)轴线成一定角度使射流轴线与所述套筒(11)下部壁面的相交位置靠近所述子流道入口(22)，部分射流Q1先碰撞到所述入口隔板(18)然后进入子流道，部分射流Q2直接进入子流道或者与所述套筒(11)下部壁面碰撞后进入子流道；
所述子流道与所述第二混合室(16)之间设置的出口隔板(19)构成所有子流道的出口端边界，所述出口隔板(19)上设置有排气流出子流道的出口(23)，该出口构成所述第二混合室(16)的排气入口，在所述第二混合室(16)的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在所述第二混合室(16)进一步混合分布，均匀进入所述SCR催化器；
所述子流道共有3个，其中末级子流道(24)为一与所述套筒(11)同轴的小圆筒，末级子流道(24)的出口即为所述第二混合室(16)的排气的入口，第一个子流道(25)和第二个子流道(28)为由所述套筒(11)内壁面、末级子流道(24)外表面和设置在所述套筒(11)内壁和末级子流道(24)外壁之间的两个径向隔板界定的空间流道，第一个子流道(25)在所述出口隔板(19)附近通过设置在第一径向隔板(21)上的侧向连通孔(26)与第二个子流道(28)连通，第二个子流道(28)在所述入口隔板(18)附近通过设置在末级子流道(24)的圆柱面上的径向连通孔(29)与末级子流道(24)连通。
2.如权利要求1所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述喷嘴(14)的排气流来流一侧，设置有一个射流反射板(13)，所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)中，偏向排气来流一侧的部分射流Q3首先碰撞所述射流反射板(13)改变流向后朝向所述子流道入口(22)。
3.如权利要求1所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述第二混合室(16)中设置有一个扩散混合板(20)，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，所述子流道出口直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。
4.一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒(11)、反应剂喷嘴(14)、第一混合室(17)、混合流道(15)、径向隔板、第二混合室(16)，其特征在于，所述混合流道(15)由多个子流道组成，位于所述套筒(11)内部，所述子流道的中心线与所述套筒(11)中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室(17)或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室(16)连通，从而排气从第一混合室(17)依次经过每一个子流道后进入第二混合室(16)，子流道中的排气流向，有的沿着套筒(11)中心线的正向，有的沿着套筒(11)中心线的反向；
所述子流道与所述第一混合室(17)之间设置的入口隔板(18)构成所有子流道的入口端边界，所述入口隔板(18)上设置有排气进入子流道的入口(22)，所述喷嘴(14)设置在距离子流道入口(22)的上部最远位置，喷嘴(14)喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入所述子流道进一步混合；
所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)，其轴线垂直于所述套筒(11)轴线，或与所述套筒(11)轴线成一定角度使射流轴线与所述套筒(11)下部壁面的相交位置靠近所述子流道入口(22)，部分射流Q1先碰撞到所述入口隔板(18)然后进入子流道，部分射流Q2直接进入子流道或者与所述套筒(11)下部壁面碰撞后进入子流道；
所述子流道与所述第二混合室(16)之间设置的出口隔板构成所有子流道的出口端边界，所述出口隔板上设置有排气流出子流道的出口(23)，该出口构成所述第二混合室(16)的排气入口，在所述第二混合室(16)的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在所述第二混合室(16)进一步混合分布，均匀进入所述SCR催化器；
所述子流道共有5个，其中末级子流道(43)为一与所述套筒(11)同轴的小圆筒，末级子流道出口即为所述第二混合室(16)的排气的入口，第一个子流道(31)到第四个子流道(40)为由所述套筒(11)内壁面、末级子流道(43)圆外表面和设置在所述套筒(11)内壁和末级子流道(43)外壁之间的径向隔板界定的空间流道，第一个子流道(31)在所述出口隔板附近通过设置在第一径向隔板(32)上的侧向连通孔(33)与第二个子流道(34)连通，第二个子流道(34)在所述入口隔板(18)附近通过设置在第二径向隔板(35)上的侧向连通孔(36)与第三个子流道(37)连通，第三个子流道(37)又在所述出口隔板附近通过设置在第三径向隔板(38)上的侧向连通孔(39)与第四个子流道(40)连通，第四个子流道(40)又在所述入口隔板(18)附近通过设置在末级子流道(43)的圆柱面上的径向连通孔(41)与末级子流道(43)连通。
5.如权利要求4所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述喷嘴(14)的排气流来流一侧，设置有一个射流反射板(13)，所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)中，偏向排气来流一侧的部分射流Q3首先碰撞所述射流反射板(13)改变流向后朝向所述子流道入口(22)。
6.如权利要求4所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述第二混合室(16)中设置有一个扩散混合板(20)，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，所述子流道出口直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。
7.一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒(11)、反应剂喷嘴(14)、第一混合室(17)、混合流道(15)、径向隔板、第二混合室(16)，其特征在于，所述混合流道(15)由多个子流道组成，位于所述套筒(11)内部，所述子流道的中心线与所述套筒(11)中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室(17)或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室(16)连通，从而排气从第一混合室(17)依次经过每一个子流道后进入第二混合室(16)，子流道中的排气流向，有的沿着套筒(11)中心线的正向，有的沿着套筒(11)中心线的反向；
所述子流道与所述第一混合室(17)之间设置的入口隔板构成所有子流道的入口端边界，所述入口隔板上设置有排气进入子流道的入口(22)，所述喷嘴(14)设置在距离子流道入口的上部最远位置，喷嘴(14)喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入所述子流道进一步混合；
所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)，其轴线垂直于所述套筒(11)轴线，或与所述套筒(11)轴线成一定角度使射流轴线与所述套筒(11)下部壁面的相交位置靠近所述子流道入口，部分射流Q1先碰撞到所述入口隔板然后进入子流道，部分射流Q2直接进入子流道或者与所述套筒(11)下部壁面碰撞后进入子流道；
所述子流道与所述第二混合室(16)之间设置的出口隔板构成所有子流道的出口端边界，所述出口隔板上设置有排气流出子流道的出口(23)，该出口构成所述第二混合室(16)的排气入口，在所述第二混合室(16)的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在所述第二混合室(16)进一步混合分布，均匀进入所述SCR催化器；
所述子流道共有3个，三个子流道在所述套筒(11)中心线相交形成一个共同边界，为由所述套筒(11)内壁面和设置在所述套筒内壁和套筒中心线之间的三个径向隔板界定的空间流道，第一个子流道(54)的入口为与第一混合室(17)连通的子流道入口，在所述出口隔板(52)附近通过设置在第一径向隔板(55)上的周向连通孔(56)使第一个子流道(54)与第二个子流道(57)连通，第二个子流道(57)在所述入口隔板附近通过设置在第二隔板(58)的周向连通孔(59)与第三个子流道(60)连通，第三个子流道(60)即为末级子流道，其出口即为第二混合室(16)的入口。
8.如权利要求7所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述喷嘴(14)的排气流来流一侧，设置有一个射流反射板(13)，所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)中，偏向排气来流一侧的部分射流Q3首先碰撞所述射流反射板(13)改变流向后朝向所述子流道入口。
9.如权利要求7所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：所述三个径向隔板为螺旋扭曲板，从而组成的第一个子流道的入口面积大于所述套筒(11)横截面积的三分之一，而组成的第三个子流道的出口面积也大于所述套筒(11)横截面积的三分之一，排气流动通道在第一个子流道内沿流动方向越来越小，从而流速越来越高，而在第三个子流道内沿流动方向越来越大，从而在进入第二混合室(16)后流速分布更加均匀。
10.如权利要求7所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述第二混合室(16)中设置有一个扩散混合板(20)，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，所述子流道出口直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。
11.一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒(11)、反应剂喷嘴(14)、第一混合室(17)、混合流道(15)、隔板、第二混合室(16)，其特征在于，所述混合流道(15)由多个子流道组成，位于所述套筒(11)内部，所述子流道的中心线与所述套筒(11)中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室(17)或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室(16)连通，从而排气从第一混合室(17)依次经过每一个子流道后进入第二混合室(16)，子流道中的排气流向，有的沿着套筒(11)中心线的正向，有的沿着套筒(11)中心线的反向；
所述子流道与所述第一混合室(17)之间设置的入口隔板构成所有子流道的入口端边界，所述入口隔板上设置有排气进入子流道的入口(22)，所述喷嘴(14)设置在距离子流道入口(22)的上部最远位置，喷嘴(14)喷射的反应剂经过最长的自由空间与发动机排气进行混合，然后加速进入所述子流道进一步混合；
所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)，其轴线垂直于所述套筒(11)轴线，或与所述套筒(11)轴线成一定角度使射流轴线与所述套筒(11)下部壁面的相交位置靠近所述子流道入口(22)，部分射流Q1先碰撞到所述入口隔板然后进入子流道，部分射流Q2直接进入子流道或者与所述套筒(11)下部壁面碰撞后进入子流道；
所述子流道与所述第二混合室(16)之间设置的出口隔板构成所有子流道的出口端边界，所述出口隔板上设置有排气流出子流道的出口(23)，该出口构成所述第二混合室(16)的排气入口，在所述第二混合室(16)的下游设置SCR催化器，SCR反应剂与发动机排气在所述第二混合室(16)进一步混合分布，均匀进入所述SCR催化器；
所述子流道共有3个，其中第二子流道(75)为一与所述套筒(11)同轴的小圆筒内部空间流道，第一子流道(72)和末级子流道(77)为由所述套筒(11)内壁面、第二子流道(75)外表面和设置在所述套筒(11)内壁和第二子流道(75)外壁之间的两个隔板(78)界定的空间流道，第一子流道(72)在所述出口隔板附近通过设置在第二子流道(75)小圆筒上的侧向连通孔(74)与第二子流道(75)连通，第二子流道(75)在所述入口隔板附近通过设置在圆柱面上的径向连通孔(76)与末级子流道(77)连通，末级子流道(77)的出口即为所述第二混合室(16)的排气的入口。
12.如权利要求11所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述喷嘴(14)的排气流来流一侧，设置有一个射流反射板(13)，所述喷嘴(14)喷出的伞状射流(12)中，偏向排气来流一侧的部分射流Q3首先碰撞所述射流反射板(13)改变流向后朝向所述子流道入口(22)。
13.如权利要求11所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：设置在所述套筒(11)内壁和第二子流道外壁之间的两个隔板为与所述套筒(11)轴线有一定夹角α的平面板，由其界定的第一子流道流通面积沿流动方向越来越小，而由其界定的末级子流道流通面积沿流动方向越来越大。
14.如权利要求11所述的SCR反应剂与发动机排气混合装置,其特征在于：在所述第二混合室(16)中设置有一个扩散混合板(20)，其上分布着疏密度或者大小不同的扩散孔，所述子流道出口直接对着部位的扩散孔相对于远离子流道出口部位的扩散孔设计得比较小或比较稀疏。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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