CN114458428B - Scr混合器和发动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，本发明提出了一种SCR混合器和一种发动机，包括筒体，第一导流件和第二导流件，筒体的内部形成混合腔，筒体上设有用于连接尿素喷嘴的喷嘴座孔；第一导流件与筒体的一端开口连接，第一导流件的内部形成锥形的第一导流腔，第一导流腔与混合腔连通；第二导流件与筒体的另一端开口连接，第二导流件的内部形成锥形的第二导流腔，第二导流腔与混合腔连通；筒体的内壁与第一导流件的外壁以及第二导流件外壁合围形成曲折型的导流通道。在第一导流件、混合腔和第二导流件的导流作用下，废气在原本有限的混合空间内流经更长的路径，保证尿素液滴有足够的时间与废气充分混合、蒸发分解，提高NH3混合均匀性及抗结晶性能。

Description

SCR混合器和发动机

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。本发明还涉及一种发动机。

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。

SCR(Selective Catalytic Reduction)混合器的作用是将尿素与废气混合以提高转化效率，而现有的SCR混合器混合空间有限，尿素与废气的混合路径较短，导致尿素没有足够的时间与废气充分混合，混合后的混合气中的NH₃分布不均匀，影响其与催化剂的反应效果，进而导致SCR转化效率降低。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有技术中SCR混合器混合均匀性不佳导致SCR转化效率降低的问题，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，包括：

筒体，所述筒体的内部形成混合腔，所述筒体的两端开口，所述筒体上设有用于连接尿素喷嘴的喷嘴底座；

第一导流件，所述第一导流件设于所述筒体的内部并与所述筒体的一端开口连接，所述第一导流件的内部形成第一导流腔，所述第一导流腔呈锥形并且与所述混合腔连通；

第二导流件，所述第二导流件设于所述筒体的内部并与所述筒体的另一端开口连接，所述第二导流件的内部形成第二导流腔，所述第二导流腔呈锥形并且与所述混合腔连通；

所述筒体的内壁与所述第一导流件的外壁以及所述第二导流件外壁合围形成曲折型的导流通道。

本发明提出的SCR混合器具有曲折型的导流通道，在第一导流件、混合腔和第二导流件的导流作用下，废气在原本有限的混合空间内流经更长的路径，保证尿素液滴有足够的时间与废气充分混合、蒸发分解，从而达到提高后处理系统NH3混合均匀性及抗结晶性能的目的，解决发动机低速、低负荷工况下SCR后处理的尿素结晶问题和NOX排放不达标问题；

而且，本发明还可实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据不同规格后处理，对第一导流件和第二导流件的结构进行合理调整，实现与发动机的完美匹配。无复杂连接安装结构，可靠性高。

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SCR混合器还包括至少一个尿素破碎板，所述尿素破碎板设置在所述导流通道内并与所述尿素喷嘴的喷射路径上相对设置。

在本发明的一些实施例中，所述SCR混合器沿所述尿素喷嘴的喷射路径间隔布置有多个所述尿素破碎板，部分所述尿素破碎板与所述筒体的轴向方向呈角度布置，另一部分所述尿素破碎板与所述筒体的轴向方向平行布置。

在本发明的一些实施例中，所述尿素破碎板沿所述筒体的轴向方向的长度与所述尿素破碎板与所述喷嘴底座的距离呈正相关，并且所述尿素破碎板沿所述筒体的径向方向呈台阶型布置。

在本发明的一些实施例中，所述第一导流件呈锥型，所述第一导流件的大径端与所述筒体的所述一端开口连接，所述第一导流件的小径端伸入至所述混合腔中，所述第二导流件呈锥型，所述第二导流件的大径端与所述筒体的所述另一端开口连接，所述第二导流件的小径端伸入至所述混合腔中。

在本发明的一些实施例中，所述第一导流件的小径端靠近所述喷嘴底座设置，所述第一导流件对应所述喷嘴底座的位置设有缺口，所述第二导流件的小径端靠近所述筒体与所述喷嘴底座相对的一侧设置。

在本发明的一些实施例中，所述SCR混合器还包括设置在所述混合腔内的第三导流件和第四导流件，所述第三导流件位于所述筒体和所述第二导流件之间，所述第四导流件位于所述第一导流件和所述第二导流件之间。

在本发明的一些实施例中，所述导流通道呈S形。

在本发明的一些实施例中，所述第一导流件上还设有流量传感器安装孔。

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混合器的剖视结构示意图；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的第一导流件的第一视角的结构示意图；

图4示意性地示出了根据本发明实施方式的第一导流件的第二视角的结构示意图；

图5示意性地示出了根据本发明实施方式的第二导流件的结构示意图；

图6示意性地示出了根据本发明实施方式的尿素破碎板的第一视角的结构示意图；

图7示意性地示出了根据本发明实施方式的尿素破碎板的第二视角的结构示意图。

附图中各标记表示如下：

10：筒体、101：喷嘴底座、11：第一导流件、111：流量传感器安装孔、112：插槽、12：第二导流件、13：第三导流件、14：第四导流件、15：尿素破碎板。

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“所述”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7所示，本发明的第一方面提出了一种SCR混合器，包括：

筒体10、第一导流件11和第二导流件12，筒体10的内部形成混合腔，筒体10上设有用于连接尿素喷嘴的喷嘴底座101，筒体10的两端开口；第一导流件11设于筒体10的内部并且与筒体10的一端开口连接，第一导流件11的内部形成锥形的第一导流腔，第一导流腔与混合腔连通；第二导流件12设于筒体10的内部并且与筒体10的另一端开口连接，第二导流件12的内部形成锥形的第二导流腔，第二导流腔与混合腔连通；筒体10的内壁与第一导流件11的外壁以及第二导流件12外壁合围形成曲折型的导流通道。

需要说明的是，筒体10可以是圆筒形结构或者是方桶型结构，其内部呈空腔，筒体10的第一端用于接收发动机废气，筒体10的第二端用于排出混合气。第一导流件11和第二导流件12为方便形成锥形的导流腔可设计为漏斗形结构，其可通过钣金冲压制成。曲折型的导流通道可以是S型或者Z型等，只需在有限的空间内通过筒体10和第一导流件11及第二导流件12构建出曲折的路径即可。第一导流件11和第二导流件12的外缘通过焊接或者卡接的方式与筒体10连接。尿素喷嘴安装在喷嘴底座101上，来自发动机的废气通过第一导流件11进入混合腔，受锥形影响，废气的流速逐渐增大，使得废气流动性提高，随尿素喷入，废气与尿素在混合腔内混合，沿曲折型的导流通道流动，实现混合路径的增长，使得尿素与废气充分混合，最后混合气自第二导流件12流出。

本发明提出的SCR混合器具有曲折型的导流通道，在第一导流件11、混合腔和第二导流件12的导流作用下，废气在原本有限的混合空间内流经更长的路径，保证尿素液滴有足够的时间与废气充分混合、蒸发分解，从而达到提高后处理系统NH3混合均匀性及抗结晶性能的目的，解决发动机低速、低负荷工况下SCR后处理的尿素结晶问题和NOX排放不达标问题；

而且，本发明还可实现结构的模块化设计，应用于不同排量的发动机，根据不同规格后处理，对第一导流件11和第二导流件12的结构进行合理调整，实现与发动机的完美匹配。无复杂连接安装结构，可靠性高。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器还包括至少一个尿素破碎板15，尿素破碎板15设置在导流通道内并且与尿素喷嘴的相对设置。尿素破碎板15可设计为方形或者圆形，还可以是星型等不规则形状，尿素破碎板15上可设置通孔阵列，使得尿素被进一步打碎。尿素破碎板15可以通过焊接或者卡接的方式安装在第一导流件11上或者筒体10上，优选为尿素破碎板15插接在第一导流件11的插槽112中。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器沿尿素喷嘴的喷射路径间隔布置有多个尿素破碎板15，部分尿素破碎板15与筒体10的轴向方向呈角度布置，另一部分尿素破碎板15与筒体10的轴向方向平行布置。尿素喷嘴的喷射方向一般与废气进气方向垂直，与筒体10的轴向方向平行设置的尿素破碎板15一方面能够使喷射到的尿素破碎，使尿素形成更小的液滴与废气充分混合，另一方面起到整流的作用，使得废气进气被尿素破碎板15导流，流动更加平稳快速。而与筒体10的轴向方向呈角度布置的部分尿素破碎板15能够使得尿素的溅射方向更加多样，进而使尿素与废气充分混合。

在本发明的一些实施例中，尿素破碎板15沿筒体10的轴向方向的长度与尿素破碎板15与喷嘴底座101的距离呈正相关，并且尿素破碎板15沿筒体10的径向方向呈台阶型布置。发动机废气从第一导流件11进入，其流速随第一导流件11的流通截面积减小而逐渐增大，在第一导流件11的出口处达到最大值。尿素溶液从尿素喷嘴方向喷射后撞击下方尿素破碎板15，部分液滴反弹破碎再次进入废气，被高温废气裹挟向前流动；部分液滴沉积在尿素破碎板15表面，但随即便被第一导流件11的出口的高速气体吹扫剥离，再次进入高温废气，被高温废气裹挟向前流动。

在本发明的一些实施例中，第一导流件11呈锥型，第一导流件11的大径端与筒体10的一端开口连接，第一导流件11的小径端伸入至混合腔中，第二导流件12呈锥型，第二导流件12的大径端与筒体10的另一端开口连接，第二导流件12的小径端伸入至混合腔中。第一导流件11和第二导流件12均设置在筒体10的内部使得混合器整体结构紧凑，第一导流件11和第二导流件12可通过钣金冲压成型形成锥形结构，第一导流件11和第二导流件12可通过焊接或卡接的方式与筒体10连接。另外，还可以对第一导流件11和第二导流件12的出口直径和入口直径等尺寸进行合理调整，实现与发动机的完美匹配。无复杂连接安装结构，可靠性高。

在本发明的一些实施例中，第一导流件11的小径端靠近喷嘴底座101设置，第一导流件11对应喷嘴底座101的位置设有缺口，第二导流件12的小径端靠近筒体10与喷嘴底座101相对的一侧设置。筒体10的轴向一般与水平方向平行，尿素喷雾自上至下喷入混合腔中，此时将第一导流件11的出口端，即小径端靠近尿素喷嘴处设置，可使得通过第一导流件11提速的废气气流与尿素喷雾迅速混合，提高其混合均匀性。并且，第二导流件12远离尿素喷嘴设置，可使得混合路径增长，提高尿素与废气的混合时间，进一步提高其混合均匀性。

在本发明的一些实施例中，SCR混合器还包括设置在混合腔内的第三导流件13和第四导流件14，第三导流件13位于筒体10和第二导流件12之间，第四导流件14位于第一导流件11和第二导流件12之间。由于第一导流件11和第二导流件12呈锥形，其与筒体10之间的部分可能会形成流动死区，导致气流流动缓慢，进而导致尿素在该处碰壁形成结晶，将第三导流件13设置在筒体10和第二导流件12之间，使得气流被第三导流件13所阻挡，避免气流流向死角处，提高气流流动速度，进而提高尿素与废气的混合均匀性。第三导流件13可设计为弧形板结构，通过焊接或者卡接的方式与筒体10和第二导流件12连接。第四导流件14的作用及结构同第三导流件13，在此不再赘述。

在本发明的一些实施例中，导流通道呈S形或者Z型，其由筒体10的内壁和第一导流件11的外壁以及第二导流件12的外壁所合围成，第一导流件11的出口对应尿素喷嘴设置，第二导流件12的进口也伸入至尿素喷嘴的位置，使得废气在第一导流件11出口处于尿素初次混合，然后向前流动被第三导流件13阻挡，继续流至第一导流件11和第二导流件12之间的位置，继续流动被第四导流件14阻挡，最后自第二导流件12流出混合器。上述曲折的导流通道使得废气流动路径在有限的混合腔空间内尽可能延长，从而使废气与尿素喷雾的混合时间得到延长，进而使得废气与尿素的混合均匀性得到提高。

在本发明的一些实施例中，第一导流件11上还设有流量传感器安装孔111。用于安装SCR上游温度传感器，SCR上游温度传感器可与ECU电连接，其作用是监测SCR上游(即混合器上游)废气温度，控制尿素起喷时刻。

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。

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 (7)

1.一种SCR混合器，其特征在于，包括：

筒体，所述筒体的内部形成混合腔，所述筒体的两端开口，所述筒体上设有用于连接尿素喷嘴的喷嘴底座；

第一导流件，所述第一导流件设于所述筒体的内部并与所述筒体的一端开口连接，所述第一导流件的内部形成第一导流腔，所述第一导流腔呈锥形并且与所述混合腔连通；

第二导流件，所述第二导流件设于所述筒体的内部并与所述筒体的另一端开口连接，所述第二导流件的内部形成第二导流腔，所述第二导流腔呈锥形并且与所述混合腔连通；

所述筒体的内壁与所述第一导流件的外壁以及所述第二导流件外壁合围形成曲折型的导流通道；

所述第一导流件呈锥型，所述第一导流件的大径端与所述筒体的所述一端开口连接，所述第一导流件的小径端伸入至所述混合腔中，所述第二导流件呈锥型，所述第二导流件的大径端与所述筒体的所述另一端开口连接，所述第二导流件的小径端伸入至所述混合腔中；

所述SCR混合器还包括设置在所述混合腔内的第三导流件和第四导流件，所述第三导流件位于所述筒体和所述第二导流件之间，所述第四导流件位于所述第一导流件和所述第二导流件之间；

所述导流通道呈S形。

2.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述SCR混合器还包括至少一个尿素破碎板，所述尿素破碎板设置在所述导流通道内并与所述尿素喷嘴相对设置。

3.根据权利要求2所述的SCR混合器，其特征在于，所述SCR混合器沿所述尿素喷嘴的喷射路径间隔布置有多个所述尿素破碎板，部分所述尿素破碎板与所述筒体的轴向方向呈角度布置，另一部分所述尿素破碎板与所述筒体的轴向方向平行布置。

4.根据权利要求3所述的SCR混合器，其特征在于，所述尿素破碎板沿所述筒体的轴向方向的长度与所述尿素破碎板与所述喷嘴底座的距离呈正相关，并且沿所述筒体的径向方向设有呈台阶型布置的多个所述尿素破碎板。

5.根据权利要求1所述的SCR混合器，其特征在于，所述第一导流件的小径端靠近所述喷嘴底座设置，所述第一导流件对应所述喷嘴底座的位置设有缺口，所述第二导流件的小径端设于所述混合腔远离所述喷嘴底座的一侧。

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，所述第一导流件上还设有流量传感器安装孔。

7.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的SCR混合器。