CN112539101B - 一种涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮增压器，包括涡轮壳、涡轮和尿素喷嘴。本方案将混合器设置在高度旋转的涡轮上，且位于涡轮的出口端。涡轮增压器的涡轮温度高于排气温度，相对应的，设置在涡轮上的混合器的温度也高于排气温度，尿素喷射到混合器上可以快速蒸发，抑制尿素结晶，同时利用涡轮高速旋转的离心力，涡轮将喷射到混合器上的尿素加速甩到高度旋转的高温气流中，加强尿素与高温废气的混合，有利于提升尿素与排气混合的均匀性，进一步抑制尿素结晶，同时特殊设计的混合器具有大的比表面积，可以显著提升传热速度，促进尿素的蒸发速率。

Description

一种涡轮增压器
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种涡轮增压器。
背景技术
现有技术中，尿素混合器设置在SCR的进口处，尿素喷射器能够向尿素混合器内喷射尿素，一部分尿素会快速在尿素混合器表面蒸发，另一部份尿素会由于受到离心力被甩到高温废气中，与高温废气混合后进入SCR的催化器进行化学反应。
由于增压器的涡轮的出气端与SCR的进口处之间管路较长，高温废气自增压器进入SCR会有热量损失，导致进入SCR的废气温度低于增压器的涡轮出口的废气温度，造成尿素喷射量受限，影响局部工况点废气与尿素的混合效率，容易出现尿素结晶，致使Nox的排放控制难度加大。
因此，如何提高尿素混合的均匀性，降低尿素结晶的风险，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种涡轮增压器，以提高尿素混合的均匀性，降低尿素结晶的风险。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种涡轮增压器，包括：
涡轮壳；
涡轮，安装在所述涡轮壳内，所述涡轮的出气端设置有与所述涡轮同轴布置混合器，
尿素喷嘴，安装在所述蜗壳上，能够向所述混合器内喷射尿素。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述混合器为开设在所述涡轮的出气端的圆台形凹槽或者圆锥形凹槽，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽与所述涡轮同轴布置，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽的直径沿气体的流动方向逐渐增大。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽的深度为所述涡轮的直径的0.005-1倍。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述尿素喷嘴为L型尿素喷嘴，所述L型尿素喷嘴的竖直段与所述涡轮壳连接，所述L型尿素喷嘴的倾斜段与所述混合器位置对应。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述L型尿素喷嘴的倾斜段朝向所述涡轮的端面，所述倾斜段的出气口设置有多个圆形喷射孔。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述竖直段的轴线与所述混合器之间的距离为所述涡轮的直径的0.005-3倍。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述倾斜段与所述竖直段之间的夹角为90-120°。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述倾斜段水平布置，所述倾斜段的轴线与所述涡轮的轴线之间的竖直距离为所述涡轮的直径的0.005-0.5倍。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述L型尿素喷嘴的倾斜段与所述涡轮的端面平行，所述倾斜段靠近所述混合器的侧壁上设置有多个圆形喷射孔。
优选的，在上述涡轮增压器中，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽与所述涡轮一体成型；
或者，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽通过切削工艺制作。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的涡轮增压器，包括涡轮壳、涡轮和尿素喷嘴。本方案将混合器设置在高度旋转的涡轮上，且位于涡轮的出口端。涡轮增压器的涡轮温度高于排气温度，相对应的，设置在涡轮上的混合器的温度也高于排气温度，尿素喷射到混合器上可以快速蒸发，抑制尿素结晶，同时利用涡轮高速旋转的离心力，涡轮将喷射到混合器上的尿素加速甩到高度旋转的高温气流中，加强尿素与高温废气的混合，有利于提升尿素与排气混合的均匀性，进一步抑制尿素结晶，同时特殊设计的混合器具有大的比表面积，可以显著提升传热速度，促进尿素的蒸发速率。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的涡轮增压器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的涡轮的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的涡轮与尿素喷嘴配合的结构示意图；
图4为本发明第一个实施例提供的尿素喷嘴的倾斜段的结构示意图；
图5为本发明第二个实施例提供的尿素喷嘴的倾斜段的结构示意图。
其中，
1、涡轮壳，2、涡轮，3、尿素喷嘴，4、混合器。
具体实施方式
本发明公开了一种涡轮增压器，以提高尿素混合的均匀性，降低尿素结晶的风险。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5。
本发明公开了一种涡轮增压器，如图1-3所示，包括涡轮壳1、涡轮2和尿素喷嘴3。
涡轮2安装在涡轮壳1内，涡轮2的出气端设置有与涡轮2同轴布置的混合器4；
尿素喷嘴3安装在涡轮壳1上，尿素喷嘴3用于喷射尿素，尿素喷嘴3的尿素喷射在混合器4上。
本方案将混合器4设置在高度旋转的涡轮2上，且位于涡轮2的出口端。涡轮增压器的涡轮2温度高于排气温度，相对应的，设置在涡轮2上的混合器4的温度也高于排气温度，尿素喷射到混合器4上可以快速蒸发，抑制尿素结晶，同时利用涡轮2高速旋转的离心力，涡轮2将喷射到混合器4上的尿素加速甩到高度旋转的高温气流中，加强尿素与高温废气的混合，有利于提升尿素与排气混合的均匀性，进一步抑制尿素结晶，同时特殊设计的混合器具有大的比表面积，可以显著提升传热速度，促进尿素的蒸发速率。
本方案将混合器4设置在涡轮2上，排气直接在涡轮2的混合器4上与尿素进行混合，无管路散热损失，可用在更低负荷更低排气温度进行尿素喷射，降低尿素起喷温度，提升尿素转化效率。
尿素喷嘴3集成设置在涡轮壳1上，尿素喷嘴3的喷射位置更加靠近高温的排气侧，有利于降低尿素喷嘴3的起喷温度，进一步抑制尿素结晶。
在本方案的一个具体实施例中，混合器4为开设在涡轮2的出气端的圆台形凹槽或者圆锥形凹槽，圆台形凹槽或者圆锥形凹槽与涡轮2同轴布置，能够充分利用涡轮2高速旋转产生的离心力。
如图3和4所示，圆台形凹槽或者圆锥形凹槽的直径沿气体的流动方向逐渐增大，此处需要说明的是，气体的流动方向为气体在涡轮增压器内由进气口向出气口流动的方向。
混合器4采用圆台形凹槽或者圆锥形凹槽，一方面增加了混合器4的蒸发传热面积，有利于提升尿素的蒸发速率，另一方面可以充分利用涡轮2高速旋转产生的离心力，将尿素加速甩到高速旋转的高温气流中，进一步加强尿素与高温排气的混合，有利于提升尿素与高温排气混合的均匀性。
混合器4不限于圆台形凹槽或者圆锥形凹槽，还可以为圆弧形凹槽、立方体形凹槽、棱锥形凹槽、阶梯型凹槽、棱台形凹槽或者其他形状的凹槽。
本方案公开的涡轮增压器将混合器4设置在涡轮2内，尿素可以直接喷射到涡轮2内，利用涡轮2的高温、旋转的离心力和高速旋转的气流提升尿素蒸发分解的速度，提高尿素与高温废气混合的均匀度，防止结晶。
在本方案的一个具体实施例中，圆台形凹槽或者圆锥形凹槽的深度为涡轮2的直径的0.005-1倍。
进入圆台形凹槽或者圆锥形凹槽的废气在离心力的作用下，沿着凹槽的方向加速甩到废气中。圆台形凹槽或者圆锥形凹槽的深度越大，废气的速度越高。
圆台形凹槽或者圆锥形凹槽的深度会影响混合器4的表面积，影响尿素的传热量和蒸发速度。深度越深，面积越大，尿素的传热量和蒸发速度越快。
在本方案的一个具体实施例中，尿素喷嘴3为L型尿素喷。
L型尿素喷包括竖直段和倾斜段，竖直段的上端与涡轮壳1连接，竖直段的下端与倾斜段的一端连接，倾斜段的另一端为自由端。倾斜段与混合器4的位置对应。L型尿素喷的竖直段与倾斜段的连接位置设置有圆角。
在本方案的一个具体实施例中，如图4所示，L型尿素喷的倾斜段朝向涡轮2的端面，倾斜段的自由端设置有多个圆形喷射孔。
L型尿素喷的竖直段的轴线与混合器4的端面之间的距离为涡轮2的直径的0.005-3倍。
L型尿素喷的竖直段的轴线与混合器4的端面之间的距离影响影响尿素的雾化，满足该距离时，一部分尿素喷射到混合器4上，另一部分直接被甩起来带走蒸发，距离太大，尿素喷射落点会有问题，距离太小大部分尿素都喷到涡轮2混合器4上蒸发量不够。
该实施例中，倾斜段与竖直段之间的夹角为90-120°。尿素喷嘴3的喷射角度可以调整优化，提高在不同的流场下的混合均匀性，降低尿素的喷射温度。
优选的，倾斜段水平布置，倾斜段的轴线与涡轮2的轴线之间的竖直距离为涡轮2的直径的0.005-0.5倍。
在本方案的另一个具体实施例中，如图5所示，L型尿素喷的倾斜段与涡轮2的端面平行，倾斜段靠近混合器4的侧壁上设置有多个圆形喷射孔，此时倾斜段的自由端封堵。该实施例中，L型尿素喷的喷射面积更大。
圆台形凹槽或者圆锥形凹槽与涡轮2一体成型，即圆台形凹槽或者圆柱形凹槽在涡轮2加工制作的过程中随涡轮2一起制作完成；
或者，圆台形凹槽或者圆锥形凹槽在涡轮2加工完成后，在涡轮2上通过切削工艺制作完成。
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 (9)

1.一种涡轮增压器，其特征在于，包括：
涡轮壳(1)；
涡轮(2)，安装在所述涡轮壳(1)内，所述涡轮(2)的出气端设置有与所述涡轮(2)同轴布置混合器(4)，所述混合器(4)为开设在所述涡轮(2)的出气端的圆台形凹槽或者圆锥形凹槽，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽与所述涡轮(2)同轴布置，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽的直径沿气体的流动方向逐渐增大，设置在所述涡轮(2)上的所述混合器(4)的温度高于排气温度，尿素喷射到所述混合器(4)上可以快速蒸发，抑制尿素结晶，同时利用所述涡轮(2)高速旋转的离心力，所述涡轮(2)将喷射到混合器上的尿素加速甩到高度旋转的高温气流中，加强尿素与高温废气的混合，有利于提升尿素与排气混合的均匀性；
尿素喷嘴(3)，安装在所述涡轮壳 上，能够向所述混合器(4)内喷射尿素。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽的深度为所述涡轮(2)的直径的0.005-1倍。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述尿素喷嘴(3)为L型尿素喷，所述L型尿素喷的竖直段与所述涡轮壳(1)连接，所述L型尿素喷的倾斜段与所述混合器(4)位置对应。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述L型尿素喷的倾斜段朝向所述涡轮(2)的端面，所述倾斜段的出气口设置有多个圆形喷射孔。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，所述竖直段的轴线与所述混合器(4)之间的距离为所述涡轮(2)的直径的0.005-3倍。
6.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，所述倾斜段与所述竖直段之间的夹角为90-120°。
7.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，所述倾斜段水平布置，所述倾斜段的轴线与所述涡轮(2)的轴线之间的竖直距离为所述涡轮(2)的直径的0.005-0.5倍。
8.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述L型尿素喷的倾斜段与所述涡轮(2)的端面平行，所述倾斜段靠近所述混合器(4)的侧壁上设置有多个圆形喷射孔。
9.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽与所述涡轮(2)一体成型；
或者，所述圆台形凹槽或者所述圆锥形凹槽通过切削工艺制作。
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