CN114439581B - 一种混合器、柴油发动机尾气处理系统及柴油车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合器、柴油发动机尾气后处理系统及柴油车，属于柴油发动机尾气后处理技术领域，解决了氨气与尾气混合均匀度差且尿素产生结晶的问题，包括外壳，外壳设有尿素喷射嘴，所述外壳内沿废气流向依次设有导流部件、分散部件、换热部件及混合部件；所述导流部件设置在外壳的进气端，导流部件设有至少一个导流通道，导流通道朝向分散部件设置以将流经导流通道的尾气朝向分散部件排放；所述分散部件正对尿素喷射嘴设置，包括至少一个弧形板，弧形板朝向尿素喷射嘴方向弯曲；所述混合部件设置在外壳的出气端，采用本发明的混合器尿素不易产生结晶且混合均匀性好。

Description

一种混合器、柴油发动机尾气处理系统及柴油车

技术领域

本发明涉及柴油发动机尾气处理技术领域，具体涉及一种混合器、柴油发动机尾气处理系统及柴油车。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

SCR混合器是设置在排气管与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。

随着道路及非道路排放法规升级，NOx排放要求逐渐加严。整车工况更为恶劣，低温低排量的工况占比更大，在此工况下，尿素喷雾的混合及蒸发条件不利，氨气的生成减少，排放难达标准，同时大量喷射尿素容易形成结晶堵塞，使SCR失效。

现有的SCR混合器为U型混合器，如图1所示，包括U型的外壳，外壳内部设置有旋流管、多孔管、挡板及多孔板等部件，柴油发动机工作时产生上尾气通过外壳的进气口进入外壳内部，经过旋流管、多孔管的混合作用后，在挡板的反射作用下经过外壳的出气口排出，发明人发现，目前的U型混合器存在以下缺陷：

(1)尿素喷射嘴直接喷出的尿素喷束与尾气通过旋流管和多孔管混合，由于尿素喷束的喷射范围有限，因此与尾气的混合效果不好。

(2)尿素喷雾受到气流向下运动作用，在混合器底部的浓度较高，降低了氨分布的均匀性。

(3)由于挡板上开设有多个通孔，因此尿素喷雾容易喷射至挡板下方的气流死区，容易形成结晶。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种混合器，提高了氨分布的均匀性并降低了尿素的结晶。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案

第一方面，本发明的实施例提供了一种混合器，包括外壳，外壳设有尿素喷射嘴，所述外壳内沿废气流向依次设有导流部件、分散部件、换热部件及混合部件；

所述导流部件设置在外壳的进气端，导流部件设有至少一个导流通道，导流通道朝向分散部件设置以将流经导流通道的尾气朝向分散部件排放；

所述分散部件正对尿素喷射嘴设置，包括至少一个弧形板，弧形板朝向尿素喷射嘴方向弯曲；

所述混合部件设置在外壳的出气端。

可选的，所述换热部件采用金属换热丝网制成。

可选的，所述混合部件包括混合管，混合管与外壳的出气口同轴设置，所述混合管包括多孔管段和扩散管段，所述多孔管段与扩散管段面积较小的端部固定，所述扩散管段面积较大的端部固定至外壳的出气口处。

可选的，所述混合管内部同轴设置有旋流管。

可选的，所述外壳的出气口处还设置有旋流板，所述旋流板开设有多个沿圆周设置的旋流孔，旋流孔处设有向外壳外侧方向倾斜的导流叶片。

第二方面，本发明的实施例提供了一种柴油发动机尾气处理系统，设置有第一方面所述的混合器。

第三方面，本发明的实施例提供了一种柴油车，设置有第二方面所述的柴油发动机尾气处理系统。

本发明的有益效果：

1.本发明的混合器，具有分散部件，由于分散部件采用了朝向尿素喷射嘴方向弯曲的弧形板，因此尿素液滴喷射至弧形板表面后，能够进行进一步的分散，尿素液滴进一步分散后再进行混合，提高了混合均匀性，同时在导流通道的作用下，尾气能够吹向弧形板，避免了尿素液滴的结晶。

2.本发明的混合器，混合部件设置在外壳的出气口位置处，在外壳出气口处对氨气和尾气进行混合，由于没有设置挡板，不会存在气流死区，因此避免了尿素液滴形成结晶，同时由于混合部件设置在出气口位置处，在出气口处进行混合，避免了混合器在出气口处尿素浓度高的缺陷，提高了氨分布的均匀性。

3.本发明的混合器，换热部件采用金属换热丝网，安装方便，具有较高的比表面积，能够被尾气加热，将尿素液滴蒸发分解成氨气。

4.本发明的混合器，混合管通过扩散管段的设置，能够使得气体全部通过多孔管段进入旋流管，保证了气体的混合效果，同时对气体进行减速，方便后续的SCR转化。

5.本发明的混合器，通过旋流板的设置，提高了氨气与尾气的混合效果，提高了氨分布均匀性，有利于SCR转化效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为现有混合器整体结构示意图；

图2为本发明实施例1整体结构示意图一；

图3为本发明实施例1整体结构示意图二；

图4为本发明实施例1外壳结构示意图；

图5为本发明实施例1端盖结构示意图；

图6为本发明实施例1导流部件侧视图；

图7为本发明实施例1导流部件结构示意图；

图8为本发明实施例1分散部件结构示意图一；

图9为本发明实施例1分散部件结构示意图二；

图10为本发明实施例1换热部件结构示意图；

图11为本发明实施例1扩散管段结构示意图；

图12为本发明实施例1多孔管段结构示意图；

图13为本发明实施例1旋流管结构示意图；

图14为本发明实施例1旋流板结构侧视图；

图15为本发明实施例1旋流板整体结构示意图；

其中，1.导流部件，2.分散部件，3.换热部件，4.扩散管段，5.多孔管段，6.旋流管，7.旋流板，8.外壳，9.端盖；

1-1.挡板，1-2.格栅条；

2-1.第一弧形板，2-2.第二弧形板，2-3.连接杆，2-4.开口；

6-1.管体，6-2.第一旋流孔，6-3.第一导流叶片；

7-1.第二旋流孔，7-2.第二导流叶片。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种混合器，如图2-图3所示，为U型混合器,包括外壳8，如图4-图5所示，外壳8为U型结构，包括第一壳部8-1及设置在第一壳部8-1两端的第二壳部8-2和第三壳部8-3，第二壳部8-2作为尾气的进气端，进气口处安装有端盖9，第三壳部8-3作为尾气的出气端，出气口处安装有端盖9，上述外壳结构采用现有U型混合器外壳结构即可，本实施例中，定义第二壳部8-2所在的外壳的一端为顶端，另一端为底端，外壳的顶端设置有尿素喷射嘴，尿素喷射嘴能够向外壳内部喷射入尿素喷雾，本实施例中的尿素喷射嘴为六孔尿素喷射嘴。

本实施例中，沿尾气的流动方向，外壳内部依次设置有导流部件1、分散部件2、换热部件3及混合部件，导流部件1设置在第二壳部内，位于外壳的进气口处，用于对外壳进气口流入的尾气进行导向，使得尾气吹向分散部件，分散部件2正对尿素喷射嘴设置，尿素喷射嘴能够将尿素喷雾喷射至分散部件2，分散部件2能够将尿素液滴进行分散，提高了尿素与尾气的混合均匀性，换热部件3设置在第一壳部的中部位置，能够被进入外壳9的尾气加热，进而将尿素液滴进行加热蒸发，分解成氨气，混合部件设置在第三壳部的出气口处，用于将尾气和氨气进行混合。

导流部件1设置有至少一个导流通道，导流通道朝向分散部件设置以将尾气吹向分散部件2。

如图6-图7所示，导流部件采用一个与外壳进气口形状相匹配的挡板1-1，当进气口为圆形时，挡板1-1为圆形挡板，当进气口为方形时，挡板1-1为方形挡板，本实施例中，导流部件1为一个圆形挡板，挡板固定在外壳的进气口处，圆形挡板上设置有至少一个导流孔，本实施例中,设置多个导流孔，导流孔内设置有多个平行设置导流片，本实施例中，导流片为格栅条1-2，格栅条1-2朝向外壳底部的方向倾斜以使得相邻两个格栅条1-2之间形成导流通道，使得尾气在格栅条1-2的作用下能够吹向分散部件2。即格栅条1-2靠近分散部件一侧与外壳底部之间的距离小于另一侧与外壳底部的距离，所述格栅条1-2的倾斜角度为28°-32°，本实施例中，所述格栅条1-2的倾斜角度为30°。

在其他一些实施例中，所述挡板可设置多个朝向外壳底端方向倾斜的导流管，导流管形成导向通道，使得尾气吹向分散部件2，或者所述导流片为弧形板，以使得尾气吹向分散部件2。

所述分散部件2用于将尿素喷射嘴喷射至其表面的尿素液滴进行分散，分散部件2采用至少一个弧形板，弧形板朝向尿素喷射嘴方向弯曲，为了防止尿素产生结晶，弧形板不宜尺寸过大，因此本实施例中，设置多个弧形板，多个弧形板沿尿素喷射方向依次设置，为了使得多个弧形板能够覆盖尿素喷嘴的喷射范围，多个弧形板具有错开部分，使得多个弧形板能够覆盖尿素喷嘴的喷射范围。

如图8-图9所示，本实施例中，弧形板设置两个，分别为第一弧形板2-1和第二弧形板2-2，两个弧形板在中部位置通过连接件连接，连接件采用连接杆2-3即可，连接杆2-3采用圆柱型杆或方形杆，第一弧形板2-1靠近尿素喷射嘴设置。

第一弧形板2-1和第二弧形板2-2的长轴线均平行于外壳8进气口的轴线，第一弧形板2-1和第二弧形板2-2相对于长轴线对称向两侧弯曲以形成弧形板。

第一弧形板2-1的面积小于第二弧形板2-2的面积，使得第一弧形板2-1和第二弧形板2-2具有错开的部分，第一弧形板2-1的面积约为第二弧形板2-2面积的1/3，第一弧形板2-1和第二弧形板2-2的覆盖范围刚好覆盖尿素喷射嘴的尿素喷射投射范围。

第二弧形板2-2远离导流部件1的端部与外壳8的内侧面固定，以实现分散部件2在外壳8内部的固定。

本实施例中，第一弧形板2-1倾斜设置，第一弧形板2-1靠近导流部件1的一端端部与尿素喷射嘴的距离大于另一端与尿素喷射嘴的距离，即第一弧形板靠近导流部件的端部与第二弧形板之间的距离小于另一端与第二弧形板之间的距离，使得第一弧形板2-1能够更好的迎向尾气的来向，提高了尾气对弧形板的吹扫效果。且通过第一弧形板2-1上滴落的尿素液滴能够落至第二弧形板2-2表面，进一步进行扩散。

第二弧形板2-2上设置有开口2-4，开口2-4靠近第二弧形板2-2与外壳8的连接端部设置，且开口2-4延伸至第二弧形板2-2用于与外壳8连接的端部，当收到尾气吹扫时，第二弧形板2-2上朝向外壳8内侧面流动的尿素液滴能够通过开口2-4下落，避免了尿素液滴在第二弧形板2-2与外壳8的连接位置处堆积而产生结晶。

本实施例中，尿素液滴喷射至第一弧形板2-1和第二弧形板2-2后，能够使得呈束的尿素液滴分散，提高了尿素与废气的混合效果，同时，通过导流部件吹来的尾气能够对第一弧形板2-1和第二弧形板2-2上的尿素液滴进行吹扫，防止尿素液滴产生结晶。

换热部件3设置在第一壳部的中部位置，位于分散部件和混合部件之间。

如图10所示，本实施例中，换热部件3采用金属换热丝网，金属换热丝网加工成立体状结构，金属换热丝网的宽度为45mm左右，金属换热丝网覆盖第一壳部8-1的截面，使得分散后的尿素液滴均能够进入金属换热丝网，金属换热丝网具有较高的比表面积，尾气通过后能够对金属换热丝网进行加热，可以使得进入金属换热丝网的分散的尿素液滴蒸发、分解成氨气等。

采用金属换热丝网，重量轻，安装方便，在其他一些实施例中，换热部件3也可采用换热管等，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

混合部件包括设置在外壳出气口处的混合管，混合管用于将氨气和尾气进行混合与扩散，在混合器的底部进行混合，避免了尿素在混合器底部浓度过高而导致的混合不均匀，混合管的截面为圆形或矩形或正方形。

如图11-图12所示，本实施例中，混合管包括多孔管段5和扩散管段4，多孔管段5和扩散管段4同轴设置，且多孔管段5和扩散管段4与外壳的出气口同轴设置，多孔管段5一端与扩散管段4的面积较小的端部固定连接，多孔管段5的另一端与外壳8内侧面固定，扩散管段4面积较大的端部与外壳8的出气端固定连接，且扩散管段4面积较大的端部与外壳8的出气口的面积相同，通过设置扩散管段4，能够使得尾气和氨气全部流经多孔管段5。

多孔管段5及扩散管段4与外壳8的连接方式可以为焊接或者通过螺栓可拆卸固定连接。多孔管段5与扩散管段4之间可采用一体式连接或者采用焊接或者采用螺栓等可拆卸连接方式。

多孔管段5的管壁上设置有多个沿阵列排布的通孔，即多孔管段沿360°均设置有通孔，通孔为圆形孔或方形孔或其他形状的孔，本实施例中，通孔为圆形孔，多个通孔等间隔布置，本实施例中通孔的直径为6mm，通过设置通孔，促进了氨气与尾气气流间的扩散与混合，同时有助于未蒸发的尿素液滴受热蒸发分解。

扩散管段4一方面可以使得氨气和尾气完全进入多孔管段5，另一方面可以对气流进行减速降压，降低了发动机的排气背压，并且降低了发动机的燃油消耗。

混合管内部设置有旋流管6，旋流管6与混合管同轴设置，旋流管6的一侧端部与外壳8内侧面固定连接，旋流管6与外壳8的内侧面焊接固定或通过螺栓可拆卸固定。

如图13所示，旋流管6采用现有的旋流管即可，包括圆柱形的管体6-1，管体上开设有多个第一旋流孔6-2，本实施例中，第一旋流孔6-2采用矩形孔，矩形孔的长轴线与管体6-1的轴线平行，多个第一旋流孔6-2沿圆周等间隔排布。

第一旋流孔6-2处设置有第一导流叶片6-3，第一导流叶片6-3采用矩形叶片，矩形叶片固定在第一旋流孔6-2处并向外侧倾斜延伸，第一导流叶片6-3的一侧长边缘固定在管体6-1的第一旋流孔6-2的一侧长边处，第一导流叶片6-3与管体6-1采用焊接的方式固定，或者第一导流叶片6-3和管体6-1采用冲压一体式加工而成。

通过设置旋流管6，有利于增强气流的旋流效果，氨气与分期的组分间对流扩散作用增加，混合作用好，有利于SCR前氨分布的均匀，同时使得后处理的背压保持在合理的范围内。

外壳8的出气口处还设置有旋流板7，利用旋流板对排气的旋流作用，提高了氨气与尾气的混合效果，提高了氨分布的均匀性，有利于SCR转化效率。

如图14-图15所示，旋流板7采用环形板，环形板的形状与外壳出气口的形状相匹配，本实施例中，旋流板7采用圆环形板，圆环形板与旋流管及混合管同轴设置，圆环形板外圆面固定在第三壳部的内侧面，固定方式为焊接或螺栓等可拆卸连接方式。

圆环形板上开设有多个第二旋流孔7-1，第二旋流孔7-1为矩形孔，为了使得排气均匀，多个第二旋流孔7-1沿圆周等间隔设置。

第二旋流孔7-1处设置有第二导流叶片7-2，第二导流叶片7-2为矩形叶片，第二导流叶片7-2的一侧长边边缘固定于第二旋流孔7-1的一侧长边位置处，且朝向外壳外侧的方向倾斜。

在其他一些实施方式中，所述第二旋流孔7-1可采用梯形孔或椭圆形孔或圆形孔，相应的，第二导流叶片7-2为梯形板或椭圆形板或圆形板等。

第二导流叶片7-2与圆环形板焊接固定或者圆环形板与第二导流叶片7-2采用一体式冲压加工而成。

本实施例中，混合部件设置在外壳的出气口位置处，与传统的混合器相比，在外壳出气口处没有设置反射板，不会存在气流死区，因此避免了在外壳底部尿素产生结晶的现象，同时，在混合器底部进行混合，避免了混合器底部尿素浓度高的缺陷，本实施例的混合器，在分散部件2、换热部件3及混合部件的配合作用下，在混合器的底部进行混合，提升了氨分布的均匀性，避免了传统的混合器尿素在混合器底部浓度较高，降低氨分布均匀性的缺陷。

本实施例的混合器工作时，外壳8的进气口处进入柴油发动机工作时排出的尾气，尾气通过DFP装置后进入外壳内部，尿素喷射嘴向外壳内部喷射尿素喷束，尿素喷束喷射至第一弧形板2-1和第二弧形板2-2后，尿素液滴分散，同时在导向部件1的作用下，尾气对第一弧形板2-1和第二弧形板2-2进行吹扫，防止了尿素结晶，分散的尿素液滴进入金属换热丝网，被尾气加热的金属换热丝网使得分散后的尿素液滴蒸发，并分解成氨气，氨气和尾气依次通过多孔管段5、旋流管6和旋流板7的作用进行混合并排除外壳。

通过本实施例的混合器，改善了尿素的蒸发，提高了氨分布的均匀性以及尾气流场的均匀性，使得后处理的性能得到提升。

实施例2

本实施例提供了一种柴油发动机尾气后处理系统，设置有实施例1所述的混合器，混合器设置在柴油发动机的排气尾管和SCR载体之间，柴油发动机尾气后处理系统的其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。

实施例3

本实施例提供了一种柴油车，设置有实施例2所述的柴油机发动机尾气后处理系统，所述柴油车为采用柴油发动机的商用车、工程机械车辆或农用机械等。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种混合器，包括外壳，外壳设有尿素喷射嘴，其特征在于，所述外壳内沿废气流向依次设有导流部件、分散部件、换热部件及混合部件；

所述导流部件设置在外壳的进气端，导流部件设有至少一个导流通道，导流通道朝向分散部件设置以将流经导流通道的尾气朝向分散部件排放；

所述分散部件正对尿素喷射嘴设置，包括至少一个弧形板，弧形板朝向尿素喷射嘴方向弯曲；多个所述的弧形板沿尿素喷射方向依次排布，多个所述的弧形板具有错开部分以使得多个弧形板能够覆盖尿素喷射嘴的喷射范围；

所述混合部件设置在外壳的出气端；所述混合部件包括混合管；

所述弧形板设置两个，分别为通过连接件连接的第一弧形板和第二弧形板，所述第二弧形板的面积大于所述第一弧形板的面积，所述第二弧形板与外壳内侧面固定，所述第二弧形板设有开口，开口靠近第二弧形板用于与外壳连接的端部；

所述第一弧形板倾斜设置，靠近导流部件的端部与第二弧形板之间的距离小于另一端与第二弧形板之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种混合器，其特征在于，所述导流部件包括固定在外壳进气口的挡板，所述挡板开设有至少一个导流孔，所述导流孔处设置有导流片以形成导流通道。

3.如权利要求1所述的一种混合器，其特征在于，所述换热部件采用金属换热丝网制成。

4.如权利要求1所述的一种混合器，其特征在于，混合管与外壳的出气口同轴设置，所述混合管包括多孔管段和扩散管段，所述多孔管段与扩散管段面积较小的端部固定，所述扩散管段面积较大的端部固定至外壳的出气口处。

5.如权利要求1所述的一种混合器，其特征在于，所述混合管内部同轴设置有旋流管。

6.如权利要求1所述的一种混合器，其特征在于，所述外壳的出气口处还设置有旋流板，所述旋流板开设有多个沿圆周设置的旋流孔，旋流孔处设有向外壳外侧方向倾斜的导流叶片。

7.一种柴油发动机尾气处理系统，其特征在于，设置有权利要求1-6任一项所述的混合器。

8.一种柴油车，其特征在于，设置有权利要求7所述的柴油发动机尾气处理系统。

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