CN113417724B - Scr混合器及具有其的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种SCR混合器和一种发动机，SCR混合器安装在发动机后处理装置的连接腔中，包括旋流管和旋流混合底碗，旋流管包括旋流管，旋流管的外形与连接腔的外形相适配，旋流管一端用于接收尿素，旋流管上设有多个第一旋流孔，旋流管还包括设于第一旋流孔上的第一导流片，旋流混合底碗与旋流管的第二端连接，旋流混合底碗上设有多个第二旋流孔，旋流混合底碗还包括设于第二旋流孔上的第二导流片。本发明的旋流管的径向截面形状与后处理装置的连接腔的径向截面相似，可增大气体流通面积，降低背压，本发明在旋流管的底部设置旋流混合底碗增加二次混合，提升氨均匀性，增加尿素水解能力，避免尿素结晶。

Description

SCR混合器及具有其的发动机

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种SCR混合器和一种发动机。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

现有的SCR进气混合结构由旋流管、多孔管等组成；尿素和废气先经旋流管混合后，再经双层管混合蒸发后进入SCR催化剂。该方案的旋流管采用圆形截面，气流截面小，后处理背压较大，而且该方案对尿素与废气的混合程度有限，氨分布均匀性略低，导致NOx的排放值略大。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术中工程机械的后处理SCR混合器背压较大，以及尿素与废气混合效果有限的问题，该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种SCR混合器，安装在发动机后处理装置的连接腔中，包括：

旋流管，所述旋流管包括旋流管本体，所述旋流管本体的外形与所述连接腔的外形相适配，所述旋流管本体的第一端用于接收尿素喷嘴喷出的尿素，所述旋流管本体上设有多个第一旋流孔，所述旋流管还包括设于所述第一旋流孔上的第一导流片，所述第一导流片的部分与所述旋流管本体连接；

旋流混合底碗，所述旋流混合底碗包括底碗本体，所述底碗本体与所述旋流管本体的第二端连接，所述底碗本体上设有多个第二旋流孔，所述旋流混合底碗还包括设于所述第二旋流孔上的第二导流片，所述第二导流片的部分与所述底碗本体连接。

本发明提出的SCR混合器具有异型结构的旋流管，旋流管的径向截面形状与后处理装置的连接腔的径向截面相似，可增大气体流通面积，降低流通阻力，进而降低背压，旋流管上设置第一旋流孔，第一旋流孔上设置第一导流片，在废气即将进入第一旋流孔时，会受到第一导流片的导流作用，使得进入第一旋流孔内的气流产生旋转，本发明取消了常规混合器的多孔管设计，在旋流管的底部设置旋流混合底碗增加二次混合，废气经旋流管与尿素进行第一次混合后到达旋流混合底碗，混合气在第二导流片的作用进行第二次加强混合，提升氨均匀性，增加尿素水解能力，避免尿素结晶。

另外，根据本发明的SCR混合器，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述第一导流片引导气流的方向与所述第二导流片引导气流的方向相反。

在本发明的一些实施例中，所述第一旋流孔为沿所述旋流管本体的轴向方向延伸的矩形孔，所述第一导流片的外形与所述第一旋流孔的外形相适配。

在本发明的一些实施例中，所述第一旋流孔沿所述旋流管本体的周向方向均匀布置，所述第一旋流孔沿所述旋流管本体的轴向方向布置的范围与所述连接腔的进气口的范围对应设置。

在本发明的一些实施例中，所述SCR混合器还包括隔板，所述旋流管本体穿设于所述隔板中，所述隔板的内缘与所述旋流管本体位于所述第一旋流孔和所述第二端之间的位置连接，所述隔板的外缘用于连接所述连接腔。

在本发明的一些实施例中，所述第二旋流孔沿所述底碗本体的周向方向均匀布置，所述第二旋流孔为沿所述底碗本体的轴向方向延伸的矩形孔，所述第二导流片的外形与所述第二旋流孔的外形相适配。

在本发明的一些实施例中，所述SCR混合器还包括管头罩和环形挡板，所述旋流管本体的所述第一端设有开口，所述管头罩覆盖所述开口，所述环形挡板环绕所述管头罩并且与所述管头罩间隔设置，所述管头罩上设有多个第一气孔。

在本发明的一些实施例中，所述第二旋流孔设于所述底碗本体的侧部，所述底碗本体的底部设有多个第二气孔。

在本发明的一些实施例中，所述SCR混合器还包括设于所述连接腔的腔底的反射板，所述反射板与所述旋流管的轴线呈角度设置，所述反射板引导气流流向所述连接腔的出气口。

本发明的第二方面提出了一种发动机，包括SCR混合器，所述SCR混合器为本发明第一方面提出的SCR混合器。

本发明第二方面提出的发动机具有和本发明第一方面提出的SCR混合器相同的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的SCR混合器的结构示意图。

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的SCR混合器的分解结构示意图。

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的SCR混合器的旋流混合底碗的结构示意图。

附图中各标记表示如下：

10：旋流管本体、11：第一旋流孔、12：第一导流片、13：底碗本体、14：第二旋流孔、15、第二导流片、16：隔板、17：反射板、18：管头罩、19：环形挡板、20：第一气孔、21：第二气孔、23：尿素喷嘴、24：连接腔、25：进气口、26：出气口、27：多孔板。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

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“”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、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、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部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。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

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“内部”、“外部”、“内侧”、“侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”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装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，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。装置可以另外定向(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。

如图1至图3所示，本发明的第一方面提出了一种SCR混合器，安装在发动机后处理装置的连接腔24中，包括旋流管和旋流混合底碗，旋流管包括旋流管本体10，旋流管本体10的外形与连接腔24的外形相适配，旋流管本体10的第一端用于接收尿素喷嘴23喷出的尿素，旋流管本体10上设有多个第一旋流孔11，旋流管还包括设于第一旋流孔11上的第一导流片12，第一导流片12的部分与旋流管本体10连接，旋流混合底碗包括底碗本体13，底碗本体13与旋流管本体10的第二端连接，底碗本体13上设有多个第二旋流孔14，旋流混合底碗还包括设于第二旋流孔14上的第二导流片15，第二导流片15的部分与底碗本体13连接。

可以理解的是旋流管本体10可以根据连接腔24的结构进行适配，其径向截面可以是圆形或者带圆角的矩形，以提高气流流通面积，降低背压。连接腔24的顶部为尿素喷入位置，旋流管本体10的第一端设置开口以接收喷出的尿素，该开口的形状可以是大圆孔或者阵列圆孔，以方便尿素喷入，在此不做限定。底碗本体13的直径与旋流管本体10一致，底碗本体13为类似棱锥的碗形结构或者轴向截面为类似半圆的碗形结构，其具体结构根据旋流管的结构进行适配。第一旋流孔11和第二旋流孔14可以是矩形孔或者椭圆形孔等长条形孔，以方便沿轴向延伸。第一导流片12和第二导流片15的形状可以是矩形或者梯形，导流片与旋流孔所在平面呈锐角设置，以利于产生旋流。旋流混合底碗可通过焊接或者卡接等方式与旋流管连接。

本发明提出的SCR混合器具有异型结构的旋流管，旋流管本体10的径向截面形状与后处理装置的连接腔24的径向截面相似，可增大气体流通面积，降低流通阻力，进而降低背压，旋流管本体10上设置第一旋流孔11，第一旋流孔11上设置第一导流片12，在废气即将进入第一旋流孔11时，会受到第一导流片12的导流作用，使得进入第一旋流孔11内的气流产生旋转，本发明取消了常规混合器的多孔管设计，在旋流管的底部设置旋流混合底碗增加二次混合，废气经旋流管与尿素进行第一次混合后到达旋流混合底碗，混合气在第二导流片15的作用进行第二次加强混合，提升氨均匀性，增加尿素水解能力，避免尿素结晶。

在本发明的一些实施例中，第一导流片12引导气流的方向与第二导流片15引导气流的方向相反，即第一导流片12沿第一方向向旋流管本体10的外侧延伸，第二导流片15沿第二方向向底碗本体13的外侧延伸，第一导流片12形成的开口方向与第二导流片15形成的开口方向在SCR混合器的周向方向上呈相反关系，使得废气与尿素进行两次不同方向的旋流混合，能够有效提升混合效果。

在本发明的一些实施例中，第一旋流孔11为沿旋流管本体10的轴向方向延伸的矩形孔，第一导流片12的外形与第一旋流孔11的外形相适配，在制造时，矩形孔方便在旋流管本体10上加工，也方便其沿旋流管本体10的轴向延伸布置，第一导流片12可通过钣金折弯与旋流管本体10一体成型，也可通过焊接与旋流管本体10连接。

在本发明的一些实施例中，第一旋流孔11沿旋流管本体10的周向方向均匀布置，第一旋流孔11沿旋流管本体10的轴向方向布置的范围与连接腔24的进气口25的范围对应设置，连接腔24的进气口25用于引入废气，第一旋流孔11的长度与进气口25的直径一致，能够最大化提高废气的导流效果，使旋流管吸入大部分废气。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器还包括隔板16，旋流管本体10穿设于隔板16中，隔板16的内缘与旋流管位于第一旋流孔11和第二端之间的位置连接，隔板16的外缘用于连接连接腔24，隔板16用于密封旋流管本体10和连接腔24之间的区域，通过设置隔板16防止废气不经过旋流管本体10内部直接进入连接腔24的底部，进而提高SCR混合器的混合效果。

在本发明的一些实施例中，第二旋流孔14沿底碗本体13的周向方向均匀布置，第二旋流孔14为沿底碗本体13的轴向方向延伸的矩形孔，第二导流片15的外形与第二旋流孔14的外形相适配。在制造时，矩形孔方便在底碗本体13上加工，也方便其沿底碗本体13的轴向延伸布置，第二导流片15可通过钣金折弯与底碗本体13一体成型，也可通过焊接与底碗本体13连接。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器还包括管头罩18和环形挡板19，旋流管本体10的第一端设有开口，管头罩18覆盖开口，环形挡板19环绕管头罩18并且与管头罩18间隔设置，管头罩18上设有多个第一气孔20。该开口可以是圆形或者方形，管头罩18的结构根据开口的形状进行适配，管头罩18优选为圆盆形罩，管头罩18上设置圆孔，用于接收喷出的尿素，环形挡板19的高度与管头罩18的高度一致，环形挡板19可以将气流导流至尿素喷嘴23下方吹击尿素喷嘴23，防止尿素喷嘴23处尿素结晶。

在本发明的一些实施例中，第二旋流孔14设于底碗本体13的侧部，底碗本体13的底部设有多个第二气孔21，其形状可以是圆形或者椭圆形，通过设置第二气孔21可使气流较顺畅，降低背压，具有较好的降噪作用。底碗本体13的底部也可以开设向下的喇叭口，进一步提升混合器的降噪能力。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器还包括设于连接腔24的腔底的反射板17，反射板17与旋流管的轴线呈角度设置，反射板17引导气流流向连接腔24的出气口26。反射板17的倾斜角度优选为45°左右，混合气流动到混合腔底部时顺着反射板17反流，使发动机尾气在SCR端面均匀分布。反射板17表面进行压型，设置提高气体流速的流道槽或者凹坑结构，使气流在SCR前端面均匀分布，提高导流板模态和可靠性。

在本发明的一些实施例中，为增加尿素液滴在SCR前端面雾化蒸发效果，提高SCR催化剂氨分布均匀性，在SCR催化剂前端布置有多孔板27结构。

本发明的第二方面提出了一种发动机，包括SCR混合器，SCR混合器为本发明第一方面提出的SCR混合器。

该SCR混合器可布置在所有的发动机U型后处理装置中，应用于非道路四阶段、国VI柴油机后处理产品机型，通用性强，可有效提高混合器内NH3在混合气体中的浓度均匀性，降低尿素结晶风险，从而满足国六阶段后处理排放需求。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种SCR混合器，安装在发动机后处理装置的连接腔中，其特征在于，包括：

旋流管，所述旋流管包括旋流管本体，所述旋流管本体的外形与所述连接腔的外形相适配，所述旋流管本体的第一端用于接收尿素喷嘴喷出的尿素，所述旋流管本体上设有多个第一旋流孔，所述旋流管还包括设于所述第一旋流孔上的第一导流片，所述第一导流片的部分与所述旋流管本体连接；

旋流混合底碗，所述旋流混合底碗包括底碗本体，所述底碗本体与所述旋流管本体的第二端连接，所述底碗本体上设有多个第二旋流孔，所述旋流混合底碗还包括设于所述第二旋流孔上的第二导流片，所述第二导流片的部分与所述底碗本体连接；

所述第一导流片引导气流的方向与所述第二导流片引导气流的方向相反；

所述SCR混合器还包括管头罩和环形挡板，所述旋流管本体的所述第一端设有开口，所述管头罩覆盖所述开口，所述环形挡板环绕所述管头罩并且与所述管头罩间隔设置，所述管头罩上设有多个第一气孔。

2.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述第一旋流孔为沿所述旋流管本体的轴向方向延伸的矩形孔，所述第一导流片的外形与所述第一旋流孔的外形相适配。

3.根据权利要求2所述的SCR混合器，其特征在于，所述第一旋流孔沿所述旋流管本体的周向方向均匀布置，所述第一旋流孔沿所述旋流管本体的轴向方向布置的范围与所述连接腔的进气口的范围对应设置。

4.根据权利要求3所述的SCR混合器，其特征在于，所述SCR混合器还包括隔板，所述旋流管本体穿设于所述隔板中，所述隔板的内缘与所述旋流管本体位于所述第一旋流孔和所述第二端之间的位置连接，所述隔板的外缘用于连接所述连接腔。

5.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述第二旋流孔沿所述底碗本体的周向方向均匀布置，所述第二旋流孔为沿所述底碗本体的轴向方向延伸的矩形孔，所述第二导流片的外形与所述第二旋流孔的外形相适配。

6.根据权利要求1至5任一项所述的SCR混合器，其特征在于，所述第二旋流孔设于所述底碗本体的侧部，所述底碗本体的底部设有多个第二气孔。

7.根据权利要求1至5任一项所述的SCR混合器，其特征在于，所述SCR混合器还包括设于所述连接腔的腔底的反射板，所述反射板与所述旋流管的轴线呈角度设置，所述反射板将从所述旋流管流出的气流反射引导流向所述连接腔的出气口。

8.一种发动机，其特征在于，包括SCR混合器，所述SCR混合器为根据权利要求1至7任一项所述的SCR混合器。

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