CN111350577A - 柴油机u型后处理装置 - Google Patents

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CN111350577A CN202010332509.1A CN202010332509A CN111350577A CN 111350577 A CN111350577 A CN 111350577A CN 202010332509 A CN202010332509 A CN 202010332509A CN 111350577 A CN111350577 A CN 111350577A
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吕柏禹
袁可平
何瑞
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Abstract

本发明涉及发动机排气后处理技术领域，尤其是一种柴油机U型后处理装置。其包括上下平行设置的第二筒体和第一筒体，第一筒体内腔中沿着排气流动方向依次设有DOC载体、DPF载体和挡板，所述蚌壳进气端侧面焊接喷嘴安装座，喷嘴安装座上通过连接件拆卸式连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入蚌壳内并且尿素喷嘴朝向挡板上排气主流道出气端位置处；所述第二筒体内腔中沿着排气流动方向依次设有若干个SCR载体。本发明将DOC载体和DPF载体设置在SCR载体的下方，设置SCR载体的第二筒体能够和整车大梁处于同一水平面上，设置DOC载体和DPF载体的第一筒体位于整车大梁下方，大幅度减小柴油机U型后处理装置所需安装空间。

Description

柴油机U型后处理装置
技术领域
本发明涉及发动机排气后处理技术领域，尤其是一种柴油机U型后处理装置。
背景技术
采用氧化催化转化器(DOC)+颗粒捕集器(DPF)+选择性催化还原转化器(SCR)技术路线的柴油机后处理系统广泛采用的封装结构主要为直筒式、箱式等。目前，中小排量的柴油机多采用直筒式催化器封装结构，直筒式催化器封装结构通过吊架吊装在整车大梁下方，与传动轴平行放置，催化器离地间隙高但要求有一定的轴向空间。中大型柴油机使用的箱式催化器封装结构体积较大，通过悬架安装在整车大梁侧面，多布置在整车二、三轴之间。箱式催化器封装结构离地间隙低，为保证混合效果降低结晶风险，箱式催化器封装结构的混合结构多采用尿素射流与发动机排气在同一水平面上进行混合，导致排气通道存在多次折返，这将增大排气背压，对发动机性能造成一定影响。
目前，大部分整车增压器出口方向设置为朝向车尾方向，对应的后处理系统入口端设置在催化器上方，但是也存在部分发动机考虑到发动机本体布置要求增压器出口设置为朝下。增压器出口向下设置较难配置入口在上方的催化器，其原因是：增压器出来后的排气管路要经过多道弯折后(一般考虑整车大梁、轮胎、挡板等位置限值)才能进入催化器，不仅带来排气背压升高，还会导致布置困难，容易引起干涉。
为匹配增压器出口向下设置的发动机，使催化器结构尽可能紧凑，降低后处理系统为发动机排气带来的压力损失，减小油耗，需要开发一种DOC、DPF在下方，的柴油机催化排气柴油机U型后处理装置。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的柴油机U型后处理装置，将DOC载体和DPF载体设置在SCR载体的下方，设置SCR载体的第二筒体能够和整车大梁处于同一水平面上，设置DOC载体和DPF载体的第一筒体位于整车大梁下方，排气管从整车大梁下方和柴油机U型后处理装置连接，能够满足增压器出口设置为朝下的发动机的后处理安装需求，大幅度减小安装空间。
本发明所采用的技术方案如下：
一种柴油机U型后处理装置，包括上下平行设置的第二筒体和第一筒体，所述第一筒体出气端连接蚌壳进气端，所述蚌壳出气端连接第二筒体进气端，蚌壳连接第一筒体和第二筒体的端面中部设有底板，所述底板两端分别和第一筒体和第二筒体密封连接，所述第一筒体进气端设有前端盖，前端盖中心位置设有催化器进气口，第一筒体内腔中沿着排气流动方向依次设有DOC载体、DPF载体和挡板，所述挡板上设有排气主流道；
所述蚌壳进气端侧面焊接喷嘴安装座，喷嘴安装座上通过连接件拆卸式连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入蚌壳内并且尿素喷嘴朝向挡板上排气主流道出气端位置处；所述蚌壳内设有圆弧形结构的导向板，挡板上设有若干个导向板插孔，所述导向板一侧焊接在挡板的导向板插孔中，另一侧插入底板的插孔中并焊接，导向板位于尿素喷嘴的尿素射流路径一侧，尿素喷嘴的尿素射流边界线与导向板相切；所述蚌壳内设有多个圆弧形结构的筛板，多个筛板位于导向板和蚌壳下部内侧壁之间，挡板上设有若干个筛板插孔，若干个筛板插孔沿着主流道边缘分布，所述筛板一侧插入挡板的筛板插孔中并焊接，另一侧插入底板的插孔中并焊接，筛板位于尿素喷嘴的尿素射流路径上；
所述第二筒体内腔中沿着排气流动方向依次设有若干个SCR载体，第二筒体出气端侧面焊接排气尾管，所述排气尾管一端设有排气出口，另一端的进气端伸入第二筒体内；所述排气出口位于第二筒体外，排气尾管的进气端位于若干个SCR载体的下游，排气尾管的进气端表面设有多个排气筛孔；所述第二筒体进气端设有旋流板，旋流板与第二筒体内气流方向相互垂直，旋流板上设有多个倾斜设置的旋流叶片，多个旋流叶片沿着圆周方向均匀分布；
所述蚌壳内中部固设有导向孔板，导向孔板侧面插入蚌壳侧壁的插孔中并焊接，导向孔板上均匀设置多个导向流动孔；所述导向孔板为圆弧形板体结构，导向孔板的圆弧凸面面向导向板和蚌壳下部内侧壁形成的气流导向通道出口端。
进一步的，前端盖由设置催化器进气口一侧向另一侧横截面尺寸逐渐变大。
进一步的，挡板上设有多个流通孔，多个流通孔中距离排气主流道越远的流通孔面积越小。
进一步的，挡板沿外边缘设有一圈挡板翻边结构。
进一步的，尿素喷嘴的尿素射流的中心线与SCR载体中心和DPF载体中心的连线之间的夹角为α，α的角度范围为15°～45°。
进一步的，尿素喷嘴朝向挡板上排气主流道位置倾斜设置，并且尿素喷嘴的尿素射流方向与蚌壳面向第一筒体端面设置方向的夹角为β，β的角度范围为5°～10°。
进一步的，筛板上设有多个倾斜设置的导向叶片，每个导向叶片对应在筛板上的投影位置设有筛板孔，筛板孔和导向叶片结构相同大小相等。
进一步的，每个旋流叶片在旋流板上对应的投影位置设有叶片孔，叶片孔和旋流叶片结构相同大小相等，旋流板上设有多个旋流流通孔，多个旋流流通孔沿着旋流板圆周方向均匀分布，旋流板中心位置设有中心流通孔。
进一步的，旋流板沿外圈边缘设有旋流板翻边结构。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，将DOC载体和DPF载体设置在SCR载体的下方，设置SCR载体的第二筒体能够和整车大梁处于同一水平面上，设置DOC载体和DPF载体的第一筒体位于整车大梁下方，排气管从大梁下方和柴油机U型后处理装置连接，能够满足增压器出口设置为朝下的发动机的后处理安装需求，大幅度减小柴油机U型后处理装置所需安装空间；DPF载体下游设置挡板，挡板上设置排气主流道，大部分的发动机排气经由主流道通过，使发动机排气与尿素射流尽可能充分接触，发动机排气的热量带动尿素热解、水解；挡板上设置多个流通孔，流通孔距离排气主流道越远面积越小，该流通孔处的排气流速越大，从而降低挡板上远离排气主流道位置处的气体碰撞，降低排气压力损失；尿素喷嘴的尿素射流方向与蚌壳面向第一筒体端面设置方向形成夹角β，夹角β能够让尿素喷嘴喷出的尿素溶液与发动机排气方向呈一定对向，能够尽量减少尿素喷嘴喷出的尿素溶液被流出挡板的发动机排气直接冲击到蚌壳内壁面上；蚌壳内设置的导向板能够逐渐改变排气流向，从而避免尿素溶液直接喷射在导向板上形成液膜，降低了结晶风险；蚌壳内设置筛板，筛板能够将混合气导向进入第二筒体内；混合气体在蚌壳下部经过多个筛板分成多路后进入蚌壳上部，然后主气流通过导向孔板分散，使得进入旋流板左右两侧区域的气流能够分布均匀。
附图说明
图1为本发明主视图。
图2为本发明后视图。
图3为本发明后视半剖图。
图4为本发明蚌壳的半剖图。
图5为本发明去掉蚌壳侧板的立体图。
图6为本发明挡板的结构图。
图7为本发明筛板的结构图。
图8为本发明旋流板的结构图。
图9为本发明导向孔板的结构图。
其中：1、第一筒体；2、第二筒体；3、蚌壳；4、前端盖；6、DOC载体；7、DPF载体；8、SCR载体；9、催化器进气口；10、挡板；11、排气主流道；12、流通孔；13、挡板翻边结构；14、喷嘴安装座；15、导向板；16、筛板；17、导向叶片；18、筛板孔；19、排气尾管；20、排气筛孔；21、旋流板；22、旋流叶片；23、旋流流通孔；24、中心流通孔；25、叶片孔；26、旋流板翻边结构；27、导向孔板；28、导向流动孔；29、排气出口；30、底板；31、筛板插孔；32、导向板插孔。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1～3所示，本发明主要包括上下平行设置的第二筒体2和第一筒体1，第一筒体1出气端连接蚌壳3进气端，蚌壳3出气端连接第二筒体2进气端。蚌壳3连接第一筒体1和第二筒体2的端面中部设有底板30，底板30两端分别和第一筒体1和第二筒体2密封连接。
如图1～3所示，第一筒体1的进气端设有前端盖4，前端盖4中心位置设有催化器进气口9，在使用时，前端盖4的催化器进气口9与发动机排气管可拆卸的连接。
如图1～3所示，为了有利于进入第一筒体1的发动机排气扩散，前端盖4由设置催化器进气口9一侧向另一侧横截面尺寸逐渐变大，发动机排气管的排气进入前端盖4后，由小管径端向大管径端逐渐扩散开，提高了气流扩散的均匀性。
如图3所示，第一筒体1内腔中沿着排气流动方向依次设有DOC载体6、DPF载体7和挡板10。
如图6所示，挡板10上设有排气主流道11，排气主流道11的面积等于第一筒体1横截面的1/3。挡板10上设有多个流通孔12，多个流通孔12中距离排气主流道11越远的流通孔12面积越小。挡板10沿外边缘设有一圈挡板翻边结构13，挡板翻边结构13能够提高挡板10的结构强度。
当发动机排气经过DOC载体6和DPF载体7后，由于气体扩散和多孔介质对气流的分散作用，流出DPF载体7的气流近似认为是在端面均匀分布。但是由于尿素喷嘴的设置位置，要求从DPF载体7流出的发动机排气必须全部流经尿素喷嘴的喷射范围，使发动机排气与尿素射流尽可能充分接触，发动机排气的热量带动尿素热解、水解。因此在DPF载体7下游设置挡板10，挡板10上设置排气主流道11，大部分的发动机排气经由主流道11通过，挡板10处的气体流通面积骤降导致排气流速迅速增加。但是，DPF载体7出气端的气流碰撞挡板10本体也带来一定的排气压降。为了降低压力损失，在挡板10上设置多个流通孔12，流通孔12距离排气主流道11越远面积越小，该流通孔12处的排气流速越大，从而降低挡板10上远离排气主流道11位置处的气体碰撞，降低排气压力损失。同时，位于挡板10下游的尿素喷嘴喷出的尿素水溶液容易向挡板10与导向板15构成的流通死角处扩散，挡板10上的流通孔12的设置能够让排气将扩散到这个位置的尿素水溶液带走，降低结晶风险。
如图2和图4所示，蚌壳3进气端侧面焊接喷嘴安装座14，喷嘴安装座14上通过连接件拆卸式连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入蚌壳3内并且尿素喷嘴朝向挡板10上排气主流道11出气端位置处。尿素喷嘴的尿素射流的中心线与SCR载体8中心和DPF载体7中心的连线之间的夹角为α，α的大小根据载体尺寸和喷嘴射流锥角确定，α的角度范围为15°～45°。
如图4和图5所示，蚌壳3内设有圆弧形结构的导向板15。如图6所示，挡板10上设有若干个导向板插孔32，导向板插孔32用于连接导向板15。导向板15一侧焊接在挡板10的导向板插孔32中，另一侧插入底板30的插孔中并焊接。导向板15位于尿素喷嘴的尿素射流路径一侧。尿素喷嘴的尿素射流边界线与导向板15相切，导向板15能够逐渐改变排气流向，从而避免尿素溶液直接喷射在导向板15上形成液膜，降低了结晶风险。
如图2所示，为了尽量减少尿素喷嘴喷出的尿素溶液被流出挡板10的发动机排气直接冲击到蚌壳3内壁面上，尿素喷嘴朝向挡板10上排气主流道11位置倾斜设置，并且尿素喷嘴的尿素射流方向与蚌壳3面向第一筒体1端面设置方向的夹角为β，β的角度范围为5°～10°，夹角β能够让尿素喷嘴喷出的尿素溶液与发动机排气方向呈一定对向，能够尽量减少尿素喷嘴喷出的尿素溶液被流出挡板10的发动机排气直接冲击到蚌壳3内壁面上。
工作时，发动机排气从第一筒体1流动到蚌壳3内，蚌壳3侧面的尿素喷嘴向蚌壳3内的发动机排气喷射尿素射流。在发动机排气和尿素射流接触后，二者组成混合气开始反应过程。如图4和图5所示，为了改变混合气方向，使混合气向上运动进入第二筒体2内，蚌壳3内设有多个圆弧形结构的筛板16，多个筛板16位于导向板15和蚌壳3下部内侧壁之间。
如图6所示，挡板10上设有若干个筛板插孔31，筛板插孔31用于连接筛板，若干个筛板插孔31沿着排气主流道11边缘分布。如图4和图5所示，筛板16一侧插入挡板10的筛板插孔31中并焊接，另一侧插入底板30的插孔中并焊接，筛板16位于尿素喷嘴的尿素射流路径上。
如图7所示，筛板16上设有多个倾斜设置的导向叶片17，每个导向叶片17对应在筛板16上的投影位置设有筛板孔18，筛板孔18和导向叶片17结构相同大小相等。筛板16上的导向叶片17能够进一步改变气流方向，使得混合气向第二筒体2方向移动，同时避免大幅改变气流方向带来的压力损失，导向叶片17对应的筛板孔18能够让尿素溶液更破碎。
如图3所示，第二筒体2内腔中沿着排气流动方向依次设有若干个SCR载体8，第二筒体2出气端侧面焊接排气尾管19。排气尾管19一端设有排气出口29，排气出口29位于第二筒体2外。排气尾管19另一端的进气端伸入第二筒体2内，排气尾管19的进气端位于若干个SCR载体8的下游。排气尾管19的进气端表面设有多个排气筛孔20。第二筒体2进气端设有旋流板21，旋流板21与第二筒体2内气流方向相互垂直。
如图8所示，旋流板21上设有多个倾斜设置的旋流叶片22，多个旋流叶片22沿着圆周方向均匀分布。每个旋流叶片22在旋流板21上对应的投影位置设有叶片孔25，叶片孔25和旋流叶片22结构相同大小相等。旋流板21上设有多个旋流流通孔23，多个旋流流通孔23沿着旋流板21圆周方向均匀分布。旋流板21中心位置设有中心流通孔24。旋流板21沿外圈边缘设有旋流板翻边结构26，旋流板翻边结构26能够提高旋流板21的结构强度。旋流叶片22和旋流流通孔23能够让进入第二筒体2的混合气气流改变方向，改变方向过程中尽量平缓减少气体背压损失。经过旋流板21后的混合气形成混合气涡流，进一步加强混合效果，然后进入SCR载体8进行反应。
如图4所示，混合气体在蚌壳3下部经过多个筛板16分成多路后进入蚌壳3上部，大部分的混合气体随着筛板16导向蚌壳3上部左侧区域，然后进入旋流板21的左侧区域，少部分的混合气体进入蚌壳3上部右侧区域，然后进入旋流板21的右侧区域。这就导致旋流板21两侧气流分布不均匀，即使有旋流效果也无法让到达SCR载体8处的混合气充分混合均匀。为了让到达旋流板21两侧的气流分布均匀，蚌壳3内中部固设有导向孔板27，导向孔板27侧面插入蚌壳3侧壁的插孔中并焊接。如图9所示，导向孔板27上均匀设置多个导向流动孔28。导向孔板27为圆弧形板体结构，导向孔板27的圆弧凸面面向导向板15和蚌壳3下部内侧壁形成的气流导向通道出口端。
本发明的工作原理是：本发明将DOC载体6和DPF载体7设置在SCR载体8的下方，设置SCR载体8的第二筒体2能够和整车大梁处于同一水平面上，设置DOC载体6和DPF载体7的第一筒体1位于整车大梁下方，排气管从整车大梁下方和柴油机U型后处理装置连接，能够满足增压器出口设置为朝下的发动机的后处理安装需求，大幅度减小安装空间。DPF载体下游设置挡板10，挡板10上设置排气主流道11，大部分的发动机排气经由排气主流道11通过，使发动机排气与尿素射流尽可能充分接触，发动机排气的热量带动尿素热解、水解。挡板10上设置多个流通孔12，流通孔12距离排气主流道11越远面积越小，该流通孔12处的排气流速越大，从而降低挡板10上远离排气主流道11位置处的气体碰撞，降低排气压力损失。尿素喷嘴的尿素射流方向与蚌壳3面向第一筒体1端面设置方向形成夹角β，夹角β能够让尿素喷嘴喷出的尿素溶液与发动机排气方向呈一定对向，能够尽量减少尿素喷嘴喷出的尿素溶液被流出挡板10的发动机排气直接冲击到蚌壳3内壁面上。蚌壳3内设置的导向板15能够逐渐改变排气流向，从而避免尿素溶液直接喷射在导向板15上形成液膜，降低了结晶风险。蚌壳3内设置圆弧形结构的筛板16，筛板16能够将混合气导向进入第二筒体2内。混合气体在蚌壳3下部经过多个筛板16分成多路后进入蚌壳3上部，然后主气流通过导向孔板27分散，使得进入旋流板21左右两侧区域的气流能够分布均匀。经过旋流板21后的混合气形成混合气涡流，进一步加强混合效果，然后进入SCR载体8进行反应。最后气体从排气尾管19排出。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种柴油机U型后处理装置，包括上下平行设置的第二筒体(2)和第一筒体(1)，所述第一筒体(1)出气端连接蚌壳(3)进气端，所述蚌壳(3)出气端连接第二筒体(2)进气端，蚌壳(3)连接第一筒体(1)和第二筒体(2)的端面中部设有底板(30)，所述底板(30)两端分别和第一筒体(1)和第二筒体(2)密封连接，其特征在于：所述第一筒体(1)进气端设有前端盖(4)，前端盖(4)中心位置设有催化器进气口(9)，第一筒体(1)内腔中沿着排气流动方向依次设有DOC载体(6)、DPF载体(7)和挡板(10)，所述挡板(10)上设有排气主流道(11)；
所述蚌壳(3)进气端侧面焊接喷嘴安装座(14)，喷嘴安装座(14)上通过连接件拆卸式连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入蚌壳(3)内并且尿素喷嘴朝向挡板(10)上排气主流道(11)出气端位置处；所述蚌壳(3)内设有圆弧形结构的导向板(15)，挡板(10)上设有若干个导向板插孔(32)，所述导向板(15)一侧焊接在挡板(10)的导向板插孔(32)中，另一侧插入底板(30)的插孔中并焊接，导向板(15)位于尿素喷嘴的尿素射流路径一侧，尿素喷嘴的尿素射流边界线与导向板(15)相切；所述蚌壳(3)内设有多个圆弧形结构的筛板(16)，多个筛板(16)位于导向板(15)和蚌壳(3)下部内侧壁之间，挡板(10)上设有若干个筛板插孔(31)，若干个筛板插孔(31)沿着主流道(11)边缘分布，所述筛板(16)一侧插入挡板(10)的筛板插孔(31)中并焊接，另一侧插入底板(30)的插孔中并焊接，筛板(16)位于尿素喷嘴的尿素射流路径上；
所述第二筒体(2)内腔中沿着排气流动方向依次设有若干个SCR载体(8)，第二筒体(2)出气端侧面焊接排气尾管(19)，所述排气尾管(19)一端设有排气出口(29)，另一端的进气端伸入第二筒体(2)内；所述排气出口(29)位于第二筒体(2)外，排气尾管(19)的进气端位于若干个SCR载体(8)的下游，排气尾管(19)的进气端表面设有多个排气筛孔(20)；所述第二筒体(2)进气端设有旋流板(21)，旋流板(21)与第二筒体(2)内气流方向相互垂直，旋流板(21)上设有多个倾斜设置的旋流叶片(22)，多个旋流叶片(22)沿着圆周方向均匀分布；
所述蚌壳(3)内中部固设有导向孔板(27)，导向孔板(27)侧面插入蚌壳(3)侧壁的插孔中并焊接，导向孔板(27)上均匀设置多个导向流动孔(28)；所述导向孔板(27)为圆弧形板体结构，导向孔板(27)的圆弧凸面面向导向板(15)和蚌壳(3)下部内侧壁形成的气流导向通道出口端。
2.如权利要求1所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述前端盖(4)由设置催化器进气口(9)一侧向另一侧横截面尺寸逐渐变大。
3.如权利要求1所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述挡板(10)上设有多个流通孔(12)，多个流通孔(12)中距离排气主流道(11)越远的流通孔(12)面积越小。
4.如权利要求3所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述挡板(10)沿外边缘设有一圈挡板翻边结构(13)。
5.如权利要求1所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述尿素喷嘴的尿素射流的中心线与SCR载体(8)中心和DPF载体(7)中心的连线之间的夹角为α，α的角度范围为15°～45°。
6.如权利要求5所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述尿素喷嘴朝向挡板(10)上排气主流道(11)位置倾斜设置，并且尿素喷嘴的尿素射流方向与蚌壳(3)面向第一筒体(1)端面设置方向的夹角为β，β的角度范围为5°～10°。
7.如权利要求1所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述筛板(16)上设有多个倾斜设置的导向叶片(17)，每个导向叶片(17)对应在筛板(16)上的投影位置设有筛板孔(18)，筛板孔(18)和导向叶片(17)结构相同大小相等。
8.如权利要求1所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：每个所述旋流叶片(22)在旋流板(21)上对应的投影位置设有叶片孔(25)，叶片孔(25)和旋流叶片(22)结构相同大小相等，旋流板(21)上设有多个旋流流通孔(23)，多个旋流流通孔(23)沿着旋流板(21)圆周方向均匀分布，旋流板(21)中心位置设有中心流通孔(24)。
9.如权利要求8所述的柴油机U型后处理装置，其特征在于：所述旋流板(21)沿外圈边缘设有旋流板翻边结构(26)。
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