CN114738084A - 汽车后处理系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于汽车尾气处理技术领域，提供了一种汽车后处理系统及汽车，该方法包括：汽车尾气排气管路，以及设置在所述汽车尾气排气管路内的氨混装置、尿素喷嘴、尿素混合腔以及净化氮氧化物装置；所述氨混装置设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔之间，用于使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀，进而使净化氮氧化物装置截面的压力均匀，使得进入净化氮氧化物装置的载体内不同位置的载体孔道的NH3数量相同，从而降低NH3和NOX逃逸的现象。
Description
技术领域
本发明属于汽车尾气处理技术领域，尤其涉及一种汽车后处理系统及汽车。
背景技术
在汽车后处理系统中设置有净化氮氧化物(NOX)的装置，例如选择性催化还原装置(Selective Catalytic Reduction，SCR)或SDPR，SDPR为带有SCR功能的柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)。SCR或SDPR通过尿素喷嘴往柴油机排气管中喷射尿素，尿素在催化剂的作用下与NOX发生反应，将NOX排放控制在法规限值以内。
然而尿素喷嘴喷射尿素到汽车后处理系统中的排气管路中会热解为NH3，NH3在SCR或者SDPF内与NOX反应生成无害气体，但是如果NH3在SCR或者SDPF前分布不均匀，会造成NH3和NOX均逃逸。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种汽车后处理系统及汽车，旨在解决现有技术中在汽车后处理系统中造成NH3和NOX逃逸的问题。
为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种汽车后处理系统，包括：
汽车尾气排气管路，以及设置在所述汽车尾气排气管路内的氨混装置、尿素喷嘴、尿素混合腔以及净化氮氧化物装置；
所述氨混装置设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔之间，用于使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀；
所述尿素喷嘴设置在所述尿素混合腔的侧壁上；
所述净化氮氧化物装置设置在所述尿素混合腔之后。
作为本申请另一实施例，还包括：尾气处理装置；
所述尾气处理装置为稀燃NOX捕集装置、柴油氧化型催化器、三元催化转化器或者柴油颗粒捕集器；
所述尾气处理装置设置在所述汽车尾气排气管路中所述氨混装置的上游。
作为本申请另一实施例，所述氨混装置由多个用于汽车尾气流通的孔道集合而成。
作为本申请另一实施例，所述孔道截面为规则图形。
作为本申请另一实施例，所述氨混装置的外径与所述净化氮氧化物装置的外径相同。
作为本申请另一实施例，所述氨混装置为金属材料，且在所述氨混装置上设置脱氢涂层。
作为本申请另一实施例，所述尿素喷嘴的头部设置脱氢涂层。
作为本申请另一实施例，所述脱氢涂层的材料为碳化钨。
作为本申请另一实施例，所述脱氢涂层的厚度为1μm～25μm。
本发明实施例的第二方面提供了一种汽车，包括：上述任一实施例所述的汽车后处理系统。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过将氨混装置设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔之间，用于使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀，进而使净化氮氧化物装置截面的压力均匀，使得进入净化氮氧化物装置的载体内不同位置的载体孔道的NH3数量相同，从而降低NH3和NOX逃逸的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的汽车后处理系统的示意图；
图2是本发明另一实施例提供的汽车后处理系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的SCR载体的剖视图；
图4是本发明实施例提供的氨混装置的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的一种汽车后处理系统的示意图，所述汽车后处理系统可以包括：汽车尾气排气管路1，以及设置在所述汽车尾气排气管路1内的氨混装置11、尿素喷嘴12、尿素混合腔13以及净化氮氧化物装置14；
所述氨混装置11设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔13之间，用于使进入所述尿素混合腔13内的气体压力均匀；
所述尿素喷嘴12设置在所述尿素混合腔13的侧壁上；
所述净化氮氧化物装置14设置在所述尿素混合腔13之后。
在本实施例中，所述净化氮氧化物装置14包括SCR或者SDPF。
现有技术中，尿素喷嘴将尿素喷射到尿素混合腔内部的时候，是有喷射锥角的，虽然经过混合器使得“尾气和尿素颗粒(或者NH3)”混合，但是混合效果不好，如图2所示，沿A-A’对SCR载体进行剖视，剖视图如图3所示，31为SCR外壳，32为SCR载体，在SCR载体内包括多个载体孔道，我们随机选择5个载体孔道进行描述，33为载体孔道a、34为载体孔道b、35为载体孔道c、36为载体孔道d以及37为载体孔道e：
当SCR载体前的NH3混合不均匀的时候，例如(假设)SCR载体内的各管道平均每秒需要100个NH3分子，但是“NH3混合不均匀”造成进度各孔道的NH3数量可以分别是：载体孔道a内存在90个NH3；载体孔道b内存在90个NH3；载体孔道c内存在110个NH3；载体孔道d内存在110个NH3；载体孔道e内存在100个NH3。
当载体孔道内有100个NH3分子时，NH3可以被完全使用，相当于反应掉了所有的NOX。因此载体孔道e内的NH3可以被完全使用。但是载体孔道a和载体孔道b内的NH3不够用，相当于没有完全反应掉NOX，进而造成了NOX逃逸。而载体孔道c和载体孔道d内存在NH3多余的情况，相当于完全反应掉NOX后还剩余10个NH3，进而造成了NH3逃逸。
如图1中，汽车尾气进入汽车尾气排气管路入口后，由于汽车尾气排气管路入口位置B-B’的截面的压力也是不均匀的，图2所示的A-A’位置处的截面的压力不均匀，导致进入SCR载体内不同位置的载体孔道的NH3数量不同，本实施例中的汽车后处理系统中，通过增加氨混装置，使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀，进而使图2所示的A-A’位置处的截面的压力均匀，使得进入SCR载体内不同位置的载体孔道的NH3数量相同，从而降低NH3和NOX逃逸的现象。
可选的，在汽车后处理系统中还可以包括其他的尾气处理装置。在一实施例中，汽车后处理系统，还可以包括：尾气处理装置；
所述尾气处理装置为与所述净化氮氧化物装置不同的尾气处理装置；例如，尾气处理装置包括：稀燃NOX捕集装置(Lean NOX Trap，LNT)、柴油氧化型催化器(DieselOxidation type Catalyst，DOC)、三元催化转化器(Three-way Catalyst，TWC)或者柴油颗粒捕集器(Diesel Particulate Filter，DPF)。
所述尾气处理装置设置在所述汽车尾气排气管路中所述氨混装置的上游。例如与所述净化氮氧化物装置平行但不共轴线；或者设置在所述汽车尾气排气管路中所述净化氮氧化物装置之前，且与所述净化氮氧化物装置不平行。
在一些实施例中，在尾气处理装置与所述净化氮氧化物装置平行但不共轴线，或者尾气处理装置与所述净化氮氧化物装置不平行时，尾气在净化氮氧化物装置截面处的形成的压力不均匀，设置氨混装置后，可以使尾气在净化氮氧化物装置截面处的形成的压力基本均匀，从而降低NH3和NOX逃逸的现象。
可选的，如图1所示，在汽车后处理系统中还可以包括：混合器15；
所述混合器15设置在所述尿素混合腔13与所述净化氮氧化物装置14之间，用于进一步混合尿素混合腔13内的汽车尾气。
可选的，如图4所示，所述氨混装置11由多个用于汽车尾气流通的孔道集合而成。
可选的，所述孔道截面可以为规则图形，例如，孔道截面可以为圆形、正方形、长方形、菱形等。
可选的，孔道截面还可以为不规则图形。
所述氨混装置11因为本身被细化为了多个“孔道”，这无疑在汽车尾气排气管路入口处的弯头和氨混装置接口部位对汽车尾气形成了适当的阻力，“此阻力”“平均了”图2中A-A剖视截面前的“汽车尾气压力”，使汽车尾气有规律的、整个截面压力都是均匀的进入到尿素混合腔13中，达到更优的氨混效果。
可选的，所述氨混装置11的外径与所述净化氮氧化物装置14的外径相同，提高汽车尾气的整流效果。
可选的，所述氨混装置11包括的各个孔道的孔径可以为预设值，在本实施例中不限定孔道的孔径的大小，可以根据实验确定最适合的值。
所述氨混装置11的轴向方向的长度可以为预设长度值，在本实施例中不限定预设长度值的取值，可以根据实验确定其取值并进行标定。
可选的，所述氨混装置11可以为金属材料，且在所述氨混装置11上设置脱氢涂层。由于在发动机熄火时，尾气有倒流的短暂情况，尿素会返到氨混装置11上，势必会造成氨混装置11的结晶，因此在氨混装置11上设置脱氢涂层，使得尿素被反应掉，进而不会结晶。
现有技术中，结晶产生的原因为：
SCR或者SDPF是净化氮氧化物(NOX)的装置，当然他所必须的反应剂是氨(NH3)，氨(NH3)在SCR或者SDPF中与氮氧化物(NOX)反应如公式(1)(2)(3)：
2NH3+NO+NO2→2N2+3H2O (1)
8NH3+6NO2→7N2+12H2O (2)
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O (3)
车用尿素[CO(NH2)2]是氨(NH3)的载体，依靠尿素喷嘴的[CO(NH2)2]喷射，尿素喷嘴喷出的液滴颗粒状的[CO(NH2)2]在排气系统中热解生成二氧化碳(CO2)和氨(NH3)，如公式(4)(5)，即[CO(NH2)2]热解首先生成异氰酸(HNCO)和氨(NH3)；异氰酸(HNCO)在有H2O的环境下生成二氧化碳(CO2)和氨(NH3)。
CO(NH2)2→HNCO+NH3 (4)
HNCO+H2O→NH3+CO2 (5)
实际运行过程中，如果[CO(NH2)2]热解不充分，在其自尿素喷嘴喷出后，在排温较低或者排温流量较低的情况下，由于液滴的惯性以及尿素水解热解速度较慢，在排气温度较低或者局部气流流速较低，导致有部分[CO(NH2)2]形成湿壁现象，湿在尿素喷嘴头部，[CO(NH2)2]会随着水分的迅速蒸发，逐渐饱和析出异氰酸(HNCO)，进而形成结晶的必要前提条件。
如公式(6)(7)，[CO(NH2)2]热解不充分时，与异氰酸(HNCO)生成了中间产物缩二脲[NH(CO)2(NH2)2]；缩二脲[NH(CO)2(NH2)2]和异氰酸(HNCO)反应生成三聚氰酸[(HNCO)3]和NH3。三聚氰酸[(HNCO)3]就是“结晶物”。反应式(6)(7)的反应温度一般在160℃～190℃。
CO(NH2)2+HNCO→NH(CO)2(NH2)2 (6)
HNCO+NH(CO)2(NH2)2→NH3+(HNCO)3 (7)
如公式(8)，3个异氰酸(HNCO)可直接快速生成“结晶物”三聚氰酸[(HNCO)3]。尤其是在金属表面这个过程更典型。
3HNCO→(HNCO)3 (8)
从最初的三聚氰酸[(HNCO)3]聚合，到结晶体不断长大，使得尿素CO(NH2)2喷在其表面的机会被增加，进而造成尿素结晶不断积累，形成大块结晶物。三聚氰酸[(HNCO)3]结晶物是白色固体。
可选的，脱氢涂层包括碳化钨。碳化钨(WC)具有催化剂的作用，碳化钨(WC)具有优秀的“脱氢”能力。如公式(9)，异氰酸(HNCO)在碳化钨(WC)表面被进行催化反应，生成“NCO-”和“H+”。进而不会结晶。
HNCO→NCO-+H+ (9)
可选的，在尿素喷嘴12的头部设置脱氢涂层。可选的，脱氢涂层的材料为碳化钨。
可选的，所述脱氢涂层的厚度为1μm～25μm。
上述汽车后处理系统，通过将氨混装置设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔之间，用于使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀，进而使图2所示的A-A’位置处的截面的压力均匀，使得进入SCR载体内不同位置的载体孔道的NH3数量相同，从而降低NH3和NOX逃逸的现象。在氨混装置上设置脱氢涂层，使异氰酸在脱氢涂层被进行催化反应，使倒流进入氨混装置上的尿素不会结晶。在尿素喷嘴头部设置脱氢涂层，降低结晶程度。
本发明实施例提供一种汽车，包括：上述任一实施例所述的汽车后处理系统，且具有上述任一实施例所述的汽车后处理系统带来的有益效果。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车后处理系统，其特征在于，包括：汽车尾气排气管路，以及设置在所述汽车尾气排气管路内的氨混装置、尿素喷嘴、尿素混合腔以及净化氮氧化物装置；
所述氨混装置设置在汽车尾气排气管路入口与所述尿素混合腔之间，用于使进入所述尿素混合腔内的气体压力均匀；
所述尿素喷嘴设置在所述尿素混合腔的侧壁上；
所述净化氮氧化物装置设置在所述尿素混合腔之后。
2.如权利要求1所述的汽车后处理系统，其特征在于，还包括尾气处理装置；
所述尾气处理装置为稀燃NOX捕集装置、柴油氧化型催化器、三元催化转化器或者柴油颗粒捕集器；
所述尾气处理装置设置在所述汽车尾气排气管路中所述氨混装置的上游。
3.如权利要求1所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述氨混装置由多个用于汽车尾气流通的孔道集合而成。
4.如权利要求3所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述孔道截面为规则图形。
5.如权利要求1-4中任一项所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述氨混装置的外径与所述净化氮氧化物装置的外径相同。
6.如权利要求1所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述氨混装置为金属材料，且在所述氨混装置上设置脱氢涂层。
7.如权利要求1所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述尿素喷嘴的头部设置脱氢涂层。
8.如权利要求6或7所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述脱氢涂层的材料为碳化钨。
9.如权利要求8所述的汽车后处理系统，其特征在于，所述脱氢涂层的厚度为1μm～25μm。
10.一种汽车，其特征在于，包括：上述权利要求1-9中任一项所述的汽车后处理系统。
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