CN110332035B - Scr混合器及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR混合器及发动机，其中SCR混合器包括第一多孔管、第二多孔管及套设在第二多孔管外侧的旋流管，第一多孔管的管壁设有第一通气孔，第二多孔管的管壁设有第二通气孔，第二多孔管的出气端与第一多孔管的进气端连接，第二多孔管的进气端用于与喷嘴连接，第二多孔管的管壁为由进气端至出气端渐扩的锥形管。在本申请提供的SCR混合器中，由于喷嘴喷出的携带有尿素的气体为发散状排出，将第二多孔管设置为扩口的锥形管，减少尿素喷雾直接碰壁的颗粒数，从而降低了旋流管结晶风险，SCR混合器的雾化效果提高。

Description

SCR混合器及发动机

技术领域

本发明涉及发动机后处理技术领域，特别涉及一种SCR尿素混合器。本发明还涉及一种包括上述SCR混合器的发动机。

背景技术

SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原技术）是利用氨气和NOx发生催化还原反应消除柴油机尾气中氮氧化物的技术。而SCR混合器为设置在排气管与SCR载体之间装置，主要用于改善尿素喷雾与废气之间混合均匀性、增加氨气蒸发，提高NOx转化效率。

传统的SCR混合器包括旋流管、多孔管及挡板，其中，挡板用于支撑旋流管，其中旋流管设有周向平行设置的旋流叶片，尿素及气体经过旋流管后进入多孔管混合排出。

然而，由于尿素喷出后在形成固定方向的高速气流，尿素喷雾依靠旋流管旋流与气体混合，尿素容易在旋流管的旋流叶片上结晶，导致SCR混合器的雾化效果较差。

因此，如何提高SCR混合器的雾化效果，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种SCR混合器，该SCR混合器的雾化效果提高。本发明的另一目的是提供一种包括上述SCR混合器的发动机。

为实现上述目的，本发明提供一种SCR混合器，包括第一多孔管、第二多孔管及套设在所述第二多孔管外侧的旋流管，所述第一多孔管的管壁设有第一通气孔，所述第二多孔管的管壁设有第二通气孔，所述第二多孔管的出气端与所述第一多孔管的进气端连接，所述第二多孔管的进气端用于与喷嘴连接，所述第二多孔管的管壁为由进气端至出气端渐扩的锥形管。

优选地，所述旋流管包括第一支撑环、第二支撑环及两端分别与所述第一支撑环和所述第二支撑环连接的多个旋流叶片，所述第二支撑环靠近所述第二多孔管的出气端，所述第一支撑环靠近所述第二多孔管的进气端，所述旋流叶片由所述第一支撑环至所述第二支撑环位置外扩设置。

优选地，还包括：

套设在所述第一多孔管外侧的混合器外管，所述混合器外管与所述第一多孔管之间形成混合器外设腔体；

尾端支撑环，所述尾端支撑环与所述混合器外管内壁及所述第一多孔管出气端的外壁连接，所述尾端支撑环上设有连通所述混合器外设腔体及SCR载体的出气孔；

及翅片紊流环，所述翅片紊流环与所述混合器外管内壁及所述第二多孔管和所述第一多孔管的连接处固定连接，所述翅片紊流环包括紊流翅片，所述紊流翅片上开设有连通所述旋流叶片出气端及所述混合器外设腔体的进气孔。

优选地，所述翅片紊流环还包括外圈固定环、内圈固定环，所述紊流翅片设置在所述内圈固定环和与所述外圈固定环之间，所述内圈固定环套设在所述第一多孔管和所述第二多孔管外侧，所述外圈固定环与所述混合器外管及所述第二支撑环固定连接。

优选地，所述紊流翅片为多个，多个所述紊流翅片沿所述翅片紊流环周向均匀分布。

优选地，所述翅片紊流环为一体成型结构，所述紊流翅片的旋流方向与所述旋流叶片的旋流方向一致。

优选地，所述尾端支撑环包括环形支撑板及外端与所述环形支撑板固定连接，内部与所述第一多孔管外壁连接的支撑叶片，相邻两个支撑叶片之间形成所述出气孔。

优选地，所述尾端支撑环为一体成型结构，所述支撑叶片为多个，多个所述支撑叶片沿所述尾端支撑环周向均匀分布，所述支撑叶片的旋流方向与所述紊流翅片的旋流方向一致。

优选地，所述第二多孔管的出气端内径与所述第一多孔管的进气端内径相等，所述第二多孔管的出气端内径大于所述第二多孔管的进气端内径。

一种发动机，包括喷嘴及与所述喷嘴出气端连接的SCR混合器，所述SCR混合器为上述任一项所述的SCR混合器。

在上述技术方案中，本发明提供的SCR混合器包括第一多孔管、第二多孔管及套设在第二多孔管外侧的旋流管，第一多孔管的管壁设有第一通气孔，第二多孔管的管壁设有第二通气孔，第二多孔管的出气端与第一多孔管的进气端连接，第二多孔管的进气端用于与喷嘴连接，第二多孔管的管壁为由进气端至出气端渐扩的锥形管。喷嘴喷出的尿素进入第二多孔管，尾气通过旋流管和第二多孔管上的第二通气孔进入第二多孔管内部，混合后的气体进入第一多孔管混合后，通过第一多孔管的出气端排出。

通过上述描述可知，在本申请提供的SCR混合器中，由于喷嘴喷出的携带有尿素的气体为发散状排出，将第二多孔管设置为扩口的锥形管，减少尿素喷雾直接碰壁的颗粒数，从而降低了旋流管结晶风险，因此，SCR混合器的雾化效果提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的SCR混合器的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的SCR混合器的分解图；

图3为本发明实施例所提供的第二多孔管的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的旋流管的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的翅片紊流环的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的第一多孔管的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的尾端支撑环的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的发动机的局部结构示意图。

其中图1-8中：

1、第二多孔管；1-1、管壁；1-2、第二通气孔；1-3、进气端；1-4、出气端；

2、旋流管；2-1、旋流叶片；2-2、第一支撑环；2-3、第二支撑环；

3、翅片紊流环；3-1、外圈固定环；3-2、紊流翅片；3-3、内圈固定环；

4、第一多孔管；4-1、第一通气孔；

5、混合器外管

6、尾端支撑环；6-1、环形支撑板；6-2、支撑叶片。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种SCR混合器，该SCR混合器的雾化效果提高。本发明的另一核心是提供一种包括上述SCR混合器的发动机。

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

请参考图1至图8。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的SCR混合器包括第一多孔管4、第二多孔管1及套设在第二多孔管1外侧的旋流管2，第一多孔管4的管壁设有第一通气孔4-1，第一通气孔4-1沿第一多孔管4壁面周向均匀分布。第二多孔管1的管壁1-1设有第二通气孔1-2，第二通气孔1-2沿第二多孔管1壁面周向均匀分布，第二多孔管1的出气端1-4与第一多孔管4的进气端连接，第二多孔管1的进气端1-3用于与喷嘴连接，第二多孔管1的管壁1-1为由进气端1-3至出气端1-4渐扩的锥形管。优选，如图1所示，第二多孔管1两端与旋流管2两端大致齐平。

具体的，第一多孔管4开有密集的小孔作为第一通气孔4-1，尿素喷雾的后半部分会碰壁到第一多孔管4上，利用第一通气孔4-1处气流的加速与扰动作用，喷雾颗粒进一步与气体混合，同时运动轨迹延长，蒸发时间延长。

喷嘴喷出的尿素进入第二多孔管1，尾气通过旋流管2和第二多孔管1上的第二通气孔1-2进入第二多孔管1内部，混合后的气体进入第一多孔管4混合后，通过第一多孔管4的出气端排出。

通过上述描述可知，在本申请提供的SCR混合器中，由于喷嘴喷出的携带有尿素的气体为发散状排出，将第二多孔管1设置为锥形管的扩口设计，减少尿素喷雾直接碰壁的颗粒数，从而降低了旋流管结晶风险，因此SCR混合器的雾化效果提高。

另一方面，第二多孔管1呈锥形设置，对进入的高压气体进行降压，延长SCR混合器的使用寿命。

具体的，旋流管2包括第一支撑环2-2、第二支撑环2-3及两端分别与第一支撑环2-2和第二支撑环2-3连接的多个旋流叶片2-1，第二支撑环2-3靠近第二多孔管1的出气端1-4，第一支撑环2-2靠近第二多孔管1的进气端1-3，旋流叶片2-1由第一支撑环2-2至第二支撑环2-3位置外扩设置。

旋流管2采用锥形外扩方案，气体先进入旋流管2形成强旋流，旋流管2内部的第二多孔管1上设有第二通气孔1-2，通过第二通气孔1-2的气流局部流速加速，有效强化了旋流的作用。有利于发动机废气流场与尿素喷雾粒子间相互作用，流场对颗粒运动的裹挟作用增强，提高了颗粒的蒸发效果。由于喷嘴的喷雾的存在锥角，旋流管2和采用扩口设计的第二多孔管1，能够明显减少喷雾直接碰壁的颗粒数，减小结晶风险。

该SCR混合器还包括混合器外管5、尾端支撑环6及翅片紊流环3。

混合器外管5套设在第一多孔管4外侧，混合器外管5与第一多孔管4之间形成混合器外设腔体，其中第一多孔管4内部为混合器主腔体。具体的，混合器外管5为筒型周向侧壁结构，优选，混合器外管5为圆柱形管体结构。为了延长使用寿命，优选，混合器外管5为金属管。

尾端支撑环6与混合器外管5和第一多孔管4出气端的外壁连接，尾端支撑环6上设有连通混合器外设腔体及SCR载体的出气孔。具体的，出气孔可以为直接开设在尾端支撑环6上的孔体结构。其中，尾端支撑环6的外壁与混合器外管5内壁连接

尾端支撑环6包括环形支撑板6-1及外端与环形支撑板6-1固定连接，内部与第一多孔管4外壁连接的支撑叶片6-2，相邻两个支撑叶片6-2之间形成出气孔，支撑叶片6-2也可以焊接在环形支撑板6-1上。具体的，支撑叶片6-2可以设置为四个至六个，结构简单，用于固定第一多孔管4，避免形成悬臂结构。尾端支撑环6的结构设计简单，便于生产安装。

尾端支撑环6为一体成型结构，支撑叶片6-2为多个，多个支撑叶片6-2沿尾端支撑环6周向均匀分布。

优选，尾端支撑环6为金属结构一体成型。

翅片紊流环3与混合器外管5及第二多孔管1和第一多孔管4的连接处固定连接，翅片紊流环3包括紊流翅片3-2，紊流翅片3-2上开设有连通旋流叶片2-1出气端及混合器外设腔体的进气孔，具体的，翅片紊流环3与混合器外管5内壁连接。支撑叶片6-2的旋流方向与紊流翅片3-2的旋流方向一致，或大致相同。通过旋流方向一致，便于进入第一多孔管4与混合器外管5的气体及时排出，减少尿素结晶情况。

具体的，紊流翅片3-2与旋流叶片2-1的旋流方向一致或大致相同。

在一种具体实施方式中，翅片紊流环3即相当于在传统挡板开孔设计，并向外弯折一定角度的形成紊流翅片3-2设计，紊流翅片3-2折弯会改变废气的流动方向，使气体通过翅片紊流环3后形成旋流，同时紊流翅片3-2具有扰动作用，附近气体的紊流效果增强，有助于尿素喷雾的混合雾化和蒸发，进而降低挡板处的结晶风险。

翅片紊流环3还包括外圈固定环3-1、内圈固定环3-3，紊流翅片3-2设置在内圈固定环3-3和与外圈固定环3-1之间，内圈固定环3-3套设在第一多孔管4和第二多孔管1外侧，外圈固定环3-1与混合器外管5及第二支撑环2-3固定连接。优选，紊流翅片3-2焊接在内圈固定环3-3和外圈固定环3-1上。为了提高加工效率，优选翅片紊流环3为一体成型结构。

具体的，优选，外圈固定环3-1和内圈固定环3-3均为直径环体结构。

紊流翅片3-2为多个，多个紊流翅片3-2沿翅片紊流环3周向均匀分布。

紊流翅片3-2的旋流方向与旋流叶片2-1的旋流方向一致。

通过设置翅片紊流环3和尾端支撑环6，使得气体经过翅片紊流孔环进入混合器外设腔体，对混合器外管5内壁和第一多孔管4外壁上的尿素结晶进行吹扫，减少尿素结晶积存的情况。

在上述各方案的基础上，第二多孔管1的出气端1-4内径与第一多孔管4的进气端内径相等，第二多孔管1的出气端1-4内径大于第二多孔管1进气端1-3内径。

由旋流管2、翅片紊流环3和前后第二多孔管1和第一多孔管4组合设计的SCR混合器，旋流管2具有强旋流、翅片紊流环3具有扰动作用形成紊流，孔管附近气流局部高速流动，流向因小孔存在而改变，混合效果显著。以上综合作用，可以强化废气与喷雾粒子的混合，延长粒子的运动轨迹，并且有效增加了SCR混合器的换热面积，增加液滴蒸发时间，从而提高SCR前氨气的浓度并且降低结晶风险，便于广泛推广使用。

本申请提供的一种发动机包括喷嘴及与喷嘴出气端连接的SCR混合器，其中SCR混合器为上述任一种SCR混合器，前文叙述了关于SCR混合器的具体结构，本申请包括上述SCR混合器，同样具有上述技术效果。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或比段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“下方”、“竖直”、“上方”、“水平”、“横”、“垂直”、“底部”、“中部”、“顶部”、“一侧”、“一端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中机构的不同方位。例如，如果在图中的机构翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。机构可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种SCR混合器，其特征在于，包括第一多孔管(4)、第二多孔管(1)及套设在所述第二多孔管(1)外侧的旋流管(2)，所述第一多孔管(4)的管壁设有第一通气孔(4-1)，所述第二多孔管(1)的管壁(1-1)设有第二通气孔(1-2)，所述第二多孔管(1)的出气端(1-4)与所述第一多孔管(4)的进气端连接，所述第二多孔管(1)的进气端(1-3)用于与喷嘴连接，所述第二多孔管(1)的管壁(1-1)为由进气端(1-3)至出气端(1-4)渐扩的锥形管；

所述旋流管(2)包括第一支撑环(2-2)、第二支撑环(2-3)及两端分别与所述第一支撑环(2-2)和所述第二支撑环(2-3)连接的多个旋流叶片(2-1)，所述第二支撑环(2-3)靠近所述第二多孔管(1)的出气端(1-4)，所述第一支撑环(2-2)靠近所述第二多孔管(1)的进气端(1-3)，所述旋流叶片(2-1)由所述第一支撑环(2-2)至所述第二支撑环(2-3)位置外扩设置；

还包括：

套设在所述第一多孔管(4)外侧的混合器外管(5)，所述混合器外管(5)与所述第一多孔管(4)之间形成混合器外设腔体；

尾端支撑环(6)，所述尾端支撑环(6)与所述混合器外管(5)内壁及所述第一多孔管(4)出气端的外壁连接，所述尾端支撑环(6)上设有连通所述混合器外设腔体及SCR载体的出气孔；

及翅片紊流环(3)，所述翅片紊流环(3)与所述混合器外管(5)内壁及所述第二多孔管(1)和所述第一多孔管(4)的连接处固定连接，所述翅片紊流环包括紊流翅片(3-2)，所述紊流翅片(3-2)上开设有连通所述旋流叶片(2-1)出气端及所述混合器外设腔体的进气孔。

2.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述翅片紊流环(3)还包括外圈固定环(3-1)、内圈固定环(3-3)，所述紊流翅片(3-2)设置在所述内圈固定环(3-3)与所述外圈固定环(3-1)之间，所述内圈固定环(3-3)套设在所述第一多孔管(4)和所述第二多孔管(1)外侧，所述外圈固定环(3-1)与所述混合器外管(5)及所述第二支撑环(2-3)固定连接。

3.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述紊流翅片(3-2)为多个，多个所述紊流翅片(3-2)沿所述翅片紊流环(3)周向均匀分布。

4.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述翅片紊流环(3)为一体成型结构，所述紊流翅片(3-2)的旋流方向与所述旋流叶片(2-1)的旋流方向一致。

5.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述尾端支撑环(6)包括环形支撑板(6-1)及外端与所述环形支撑板(6-1)固定连接，内部与所述第一多孔管(4)外壁连接的支撑叶片(6-2)，相邻两个支撑叶片(6-2)之间形成所述出气孔。

6.根据权利要求5所述的SCR混合器，其特征在于，所述尾端支撑环(6)为一体成型结构，所述支撑叶片(6-2)为多个，多个所述支撑叶片(6-2)沿所述尾端支撑环(6)周向均匀分布，所述支撑叶片(6-2)的旋流方向与所述紊流翅片(3-2)的旋流方向一致。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的SCR混合器，其特征在于，所述第二多孔管(1)的出气端(1-4)内径与所述第一多孔管(4)的进气端内径相等，所述第二多孔管(1)的出气端(1-4)内径大于所述第二多孔管(1)的进气端(1-3)内径。

8.一种发动机，包括喷嘴及与所述喷嘴出气端连接的SCR混合器，其特征在于，所述SCR混合器为权利要求1-7中任一项所述的SCR混合器。

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