CN110017202B - 尿素收集器、尿素均匀性检测系统、检测尿素均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尿素收集器、尿素均匀性检测系统、检测尿素均匀性的方法，所述尿素收集器适于安装在尾气后处理系统的排气管内，且具有：通气孔和环绕所述通气孔的多个收集腔，所述收集腔的敞开端的朝向与气流的方向相反，且每个所述收集腔内设有用于吸附尿素的吸附介质。本发明实施例的尿素收集器可以方便地收集管道内各个区域的尿素，实现混合均匀性的可视化数据收集。

Description

尿素收集器、尿素均匀性检测系统、检测尿素均匀性的方法

技术领域

本发明属于车辆制造技术领域，具体而言，涉及一种尿素收集器、尿素均匀性检测系统、检测尿素均匀性的方法。

背景技术

随着汽车排放法规愈加严格，柴油机的后处理器将起到越来越重要的作用。自国五排放之后，对于柴油机的NOx的排放而言，后处理系统的SCR(选择还原催化器)必不可少。SCR一般使用质量浓度为32.5％的尿素溶液作为还原剂，将柴油机排放污染物中的NOx还原为N2和水，达到排放法规要求。

尿素溶液经尿素泵加压和尿素喷嘴雾化后，喷射到SCR前端的排气管内。由于尿素泵和尿素喷嘴能力所限，尿素溶液与尾气的混合效果不能很好地满足反应效率的要求，所以需要在排气管内增加混合器装置，混合器可以使雾化后的尿素液滴进一步破碎，同时改善气流，使尿素与尾气充分混合。但是排气管路的设计中，没有尿素混合均匀性测量装置，导致无法进行针对性测量。

相关技术中，仅能通过CFD进行模拟计算，配合发动机长时间运行结晶的苛刻工况，观测排气管是否产生尿素结晶，粗略判断尿素管路和混合器设计的方案是否可行。上述方案有较多的缺点：通过长时间发动机运行苛刻的结晶工况，只能粗略判断是否可行，无法定性、定量的对管路和尿素混合器的设计，提出优化性方案；通过CFD进行动态模拟无法对众多工况进行模拟，且模拟值与实际值因受加工偏差等，存在偏差；租赁发动机台架费用高昂，且需投入发动机、专业标定人员等，造成极大的浪费。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种尿素收集器，所述尿素收集器可以方便地收集管道内各个区域的尿素。

根据本发明实施例的尿素收集器，所述尿素收集器适于安装在尾气后处理系统的排气管内，且具有：通气孔和环绕所述通气孔的多个收集腔，所述收集腔的敞开端的朝向与气流的方向相反，且每个所述收集腔内设有用于吸附尿素溶液的吸附介质。

根据本发明实施例的尿素收集器可以方便地收集管道内各个区域的尿素，实现混合均匀性的可视化数据收集。

根据本发明一个实施例的尿素收集器，多个所述收集腔沿所述通气孔的周向均匀间隔开设置，且每个所述收集腔的形状相同。

根据本发明一个实施例的尿素收集器，所述收集腔从内侧到敞开端的截面积逐渐变大。

根据本发明一个实施例的尿素收集器，包括：圆环形的主板体和所述收集腔的腔壁，所述腔壁与所述主板体相连，且所述收集腔的敞开端形成在所述主板体上。

根据本发明一个实施例的尿素收集器，所述吸附介质为吸水棉。

根据本发明一个实施例的尿素收集器，所述收集腔的敞开端通过吸水纸遮盖。

本发明还提出了一种用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统，尿素均匀性检测系统包括：排气管(20)，，所述排气管内设有尿素混合器，尿素喷射系统通过喷嘴与所述排气管相连，且所述喷嘴位于所述尿素混合器的上游，如上述任一种所述的尿素收集器布置在所述排气管内，且位于所述喷嘴的下游，所述收集腔的敞开端的朝向与气流的方向相反。

根据本发明实施例的用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统，还包括：热交换机(10)，所述热交换机(10)的排气口与所述排气管(20)相连，所述热交换机与所述排气管之间设有比例阀。

所述尿素均匀性检测系统与上述的尿素收集器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明还提出了一种检测尿素均匀性的方法，使用上述任一种所述的尿素均匀性检测系统，检测尿素均匀性的方法包括如下步骤：将所述尿素收集器安装于所述尿素混合器的上游，开启所述热交换机并运行预定时间，取下所述尿素收集器，取出每个所述收集腔内的所述吸附介质，并对所述吸附介质称重。

所述检测尿素均匀性的方法与上述的尿素均匀性检测系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明还提出了一种检测尿素均匀性的方法，使用上述任一种所述的尿素均匀性检测系统，检测尿素均匀性的方法包括如下步骤：将所述尿素收集器安装于所述尿素混合器的下游，开启所述热交换机并运行预定时间，取下所述尿素收集器，取出每个所述收集腔内的所述吸附介质，并对所述吸附介质称重。

所述检测尿素均匀性的方法与上述的尿素均匀性检测系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的尿素收集器的结构示意图；

图2是图1中A-A处的断面图；

图3和图4是根据本发明实施例的尿素均匀性检测系统的结构示意图。

附图标记：

尿素均匀性检测系统100，

热交换机10，比例阀11，

排气管20，

尿素混合器30，

尿素收集器40，主板体41，腔壁42，收集腔43，通气孔44，

尿素喷射系统50。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统100。

用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统100用于检测尾气后处理系统中的尿素分布均匀性。如图3-图4所示，根据本发明一个实施例的用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统100包括：热交换机10、比例阀11、尿素收集器40。

热交换机10的排气口与排气管20相连，热交换机10用于模拟发动机，热交换机10与排气管20之间设有比例阀11，比例阀11用于调节进入排气管20的尾气流量，热交换机10与比例阀11结合后，通过控制热交换机10和比例阀11，可以产生与发动机实际工况中温度、流量一致的尾气，这样尿素均匀性检测系统100不依赖发动机和发动机台架，极大的降低开发费用。

尿素喷射系统50通过喷嘴与排气管20相连，喷嘴可以向排气管20喷射尿素溶液，排气管20内设有尿素混合器30，且喷嘴位于尿素混合器30的上游，尿素混合器30用于使雾化后的尿素液滴进一步碎化，改善气流，使尿素与尾气充分混合。

进入SCR的混合气体中尿素的均匀性主要受到喷嘴、排气管20的走向、尿素混合器30的结构和安装位置等的影响。

尿素收集器40布置在排气管20内，尿素收集器40可拆卸地安装于排气管20内，比如尿素收集器40可以通过V形卡箍安装在排气管40内，这样密封性好，便于调整位置。尿素收集器40位于喷嘴的下游，尿素收集器40的收集腔43的敞开端的朝向与气流的方向相反，即尿素收集器40的收集腔43的敞开端迎着气流。尿素收集器40用于收集排气管20中不同区域的尿素，并以此来确定不同区域的尿素含量的差异，设计人员通过对尿素收集装置进行分析，来判断排气管20设计、尿素混合器30、尿素喷嘴等的设计缺陷。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的尿素收集器40。

尿素收集器40适于安装在尾气后处理系统的排气管20内，且尿素收集器40具有：通气孔44和环绕通气孔44的多个收集腔43，收集腔43具有敞开端，且每个收集腔43内设有用于吸附尿素溶液的吸附介质，吸附介质可以为吸水棉。

尾气与尿素的混合气体可以通过通气孔44向后面流动，部分混合气体流入收集腔43内，并被收集腔43内的吸附介质吸附掉尿素雾滴，通过检测吸附介质中的尿素含量，即可定性、定量地分析出该区域的尿素含量，比如可以直接检测各个收集腔43内的吸附介质的质量变化即可。由此，可以方便地对尾气后处理系统进行定性、定量的分析，指导柴油机后处理的管路设计和尿素混合器30的设计。

每个收集腔43的形状相同，多个收集腔43沿通气孔44的周向均匀间隔开设置，比如收集腔43为8个，8个收集腔43沿通气孔44的周向均匀间隔开设置，每个收集腔43内的吸附介质的质量相同。这样每个收集腔43内的吸附介质吸附的尿素量只收到收集腔43的位置影响，可以方便地判断出排气管20的各个区域的尿素均匀性。

如图1和图2所示，收集腔43具有扇环形横截面，排气管40通常为圆形，扇环形横截面可以最大程度利用有限的面积收集混合气体；收集腔43从内侧到敞开端的截面积逐渐变大，这样便于在有限的空间内吸附更多的混合气体，这样混合气体在进入收集腔43后逐渐向收集腔43的尖端汇集，并旋出，便于吸附介质吸附尿素，比如收集腔43具有V形纵截面或U形纵截面。

如图1和图2所示，尿素收集器40包括：圆环形的主板体41和收集腔43的腔壁42，腔壁42与主板体41相连，且收集腔43的敞开端形成在主板体41上。主板体41和腔壁42一体成型，比如腔壁42可以为主板体41的一部分拉深成型。这样尿素收集器40的成型简单。

虽然尿素收集器40会阻隔混合气体的流动，但是因为尿素收集器40为全对称结构，不会对尾气和尿素混合气的走向造成差异化干扰，所以对最终试验结果不会产生影响。

收集腔43的敞开端通过吸水纸遮盖，在工作过程中，尿素均匀性检测系统100运行一段时间后吸水纸即进入饱和状态，尿素可以渗透过吸水纸，进而被吸附介质吸附。吸水纸用于防止吸附介质从收集腔43滑落，且使收集腔43的敞开端为平面形，防止出现紊流，影响气流走向。吸水纸可以为圆环形，且多个收集腔43通过同一个吸水纸遮盖，这样便于安装以及取下吸水纸。当然，也可以采用多张小的吸水纸，每张吸水纸遮盖一个收集腔43。

根据本发明实施例的尿素收集器40可以方便地收集管道内各个区域的尿素，实现混合均匀性的可视化数据收集。

根据本发明实施例的用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统100实现混合均匀性的可视化检测，且不依赖发动机和发动机台架，极大的降低开发费用，显著降低混合均匀性的检测成本，减少设备、人力浪费，可以实现精准混合均匀性测试，提供具有指导性的管路和混合器的优化建议。

如图3所示，本发明还公开了一种检测尿素均匀性的方法，该检测尿素均匀性的方法使用上述尿素均匀性检测系统100，且包括如下步骤：将尿素收集器40安装于尿素混合器30的上游，开启热交换机10并运行预定时间，调节比例阀11、控制尿素喷射系统50喷射尿素，取下尿素收集器40，取出每个收集腔43内的吸附介质，并对吸附介质称重。

可以理解的是，尿素收集器40放置在尿素混合器30的前端，可以测量出尿素混合器30前的管路对尿素与尾气的混合均匀性影响，从而指导混合器前端管路的设计，减少因管路设计缺陷造成的混合气不均匀，造成的尿素结晶问题。

在测试后，若图1中8个方向收集腔43内的吸附介质的质量基本相同，证明混合气的均匀性很好。

在测试后，若图1中1-4号收集腔43内的吸附介质的质量明显高于5-8号收集腔43，证明混合器混合均匀性差，优化1-4号方向的排气管20路，减少阻力，增强空气流速。

根据本发明实施例的检测尿素均匀性的方法可以实现混合均匀性的可视化检测，且不依赖发动机和发动机台架，极大的降低开发费用，显著降低混合均匀性的检测成本，减少设备、人力浪费，可以实现精准混合均匀性测试，提供具有指导性的管路和混合器的优化建议。

如图4所示，本发明还公开了一种检测尿素均匀性的方法，该检测尿素均匀性的方法使用上述尿素均匀性检测系统100，且包括如下步骤：将尿素收集器40安装于尿素混合器30的下游，开启热交换机10并运行预定时间，调节比例阀11、控制尿素喷射系统50喷射尿素，取下尿素收集器40，取出每个收集腔43内的吸附介质，并对吸附介质称重。

可以理解的是，尿素收集器40放置在尿素混合器30的后端，从而对尿素混合器30后的混合气进行均匀性分析，指导尿素混合器30的设计，确保混合气到SCR载体端面的气流均匀性，保证充分反应面积，来提高后处理转化效率。

在测试后，若图1中8个方向收集腔43内的吸附介质的质量基本相同，证明混合气的均匀性很好。

在测试后，若图1中1-4号收集腔43内的吸附介质的质量明显高于5-8号收集腔43，证明混合器混合均匀性差，优化1-4号方向的尿素混合器30的结构，减少阻力，增强空气流速。

根据本发明实施例的检测尿素均匀性的方法可以实现混合均匀性的可视化检测，且不依赖发动机和发动机台架，极大的降低开发费用，显著降低混合均匀性的检测成本，减少设备、人力浪费，可以实现精准混合均匀性测试，提供具有指导性的管路和混合器的优化建议。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种尿素收集器（40），其特征在于，所述尿素收集器（40）适于安装在尾气后处理系统的排气管（20）内，且具有：通气孔（44）和环绕所述通气孔（44）的多个收集腔（43），所述收集腔（43）的敞开端的朝向与气流的方向相反，每个所述收集腔（43）内设有用于吸附尿素的吸附介质。

2.根据权利要求1所述的尿素收集器（40），其特征在于，多个所述收集腔（43）沿所述通气孔（44）的周向均匀间隔开设置，且每个所述收集腔（43）的形状相同。

3.根据权利要求1所述的尿素收集器（40），其特征在于，所述收集腔（43）从内侧到敞开端的截面积逐渐变大。

4.根据权利要求1所述的尿素收集器（40），其特征在于，包括：圆环形的主板体（41）和所述收集腔（43）的腔壁（42），所述腔壁（42）与所述主板体（41）相连，且所述收集腔（43）的敞开端形成在所述主板体（41）上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的尿素收集器（40），其特征在于，所述吸附介质为吸水棉。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的尿素收集器（40），其特征在于，所述收集腔（43）的敞开端通过吸水纸遮盖。

7.一种用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统（100），其特征在于，包括：排气管（20），所述排气管（20）内设有尿素混合器（30），尿素喷射系统（50）通过喷嘴与所述排气管（20）相连，且所述喷嘴位于所述尿素混合器（30）的上游，如权利要求1-6中任一项所述的尿素收集器（40）布置在所述排气管（20）内，且位于所述喷嘴的下游，所述收集腔（43）的敞开端的朝向与气流的方向相反。

8.根据权利要求7所述的用于尾气后处理系统的尿素均匀性检测系统（100），其特征在于，还包括：热交换机（10），所述热交换机（10）的排气口与所述排气管（20）相连，所述热交换机（10）与所述排气管（20）之间设有比例阀（11）。

9.一种检测尿素均匀性的方法，使用如权利要求8所述的尿素均匀性检测系统（100），其特征在于，包括如下步骤：

将所述尿素收集器（40）安装于所述尿素混合器（30）的上游，开启所述热交换机（10）并运行预定时间，取下所述尿素收集器（40），取出每个所述收集腔（43）内的所述吸附介质，并对所述吸附介质称重。

10.一种检测尿素均匀性的方法，使用如权利要求8所述的尿素均匀性检测系统（100），其特征在于，包括如下步骤：

将所述尿素收集器（40）安装于所述尿素混合器（30）的下游，开启所述热交换机（10）并运行预定时间，取下所述尿素收集器（40），取出每个所述收集腔（43）内的所述吸附介质，并对所述吸附介质称重。

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