CN202832721U

CN202832721U - 集成式车用scr系统

Info

Publication number: CN202832721U
Application number: CN2012202427402U
Authority: CN
Inventors: 樊高峰; 樊坚强; 甘在见; 周林; 王林; 徐明道
Original assignee: Tenneco China Co Ltd
Current assignee: Tenneco China Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-05-25

Abstract

本实用新型提供一种集成式车用SCR系统由于所述还原剂分解装置、催化剂载体、还原剂的喷嘴以及汽车尾气的第一通道和第二通道都设置在所述壳体内，这样结构上更加简单紧凑，可以给不同的汽车排气系统做配套。另外，由于进一步有效缩短了喷嘴与催化反应器之间的距离，使得废气进入催化剂载体前的温度相对得到提高。高温以及SCR反应器内管路的优化设计可以使得尿素水溶液喷出后的热解水解更加充分。

Description

集成式车用SCR系统

技术领域：

本发明属于汽车尾气后处理技术领域，涉及一种催化转化器与还原剂喷射系统组成的SCR全集成系统。

背景技术

从欧Ⅱ到欧Ⅲ，对柴油机本体进行了较多改进，如加强增压中冷、多气门技术、废气再循环及冷却、电控高压喷射系统（共轨、泵喷嘴、单体泵）等；从欧Ⅳ/Ⅴ开始，对NO_X和PM的排放提出了更高的要求。从欧Ⅲ到欧Ⅳ，PM的排放限值从0.1g/kW·h下降到0.02g/kW·h，NO_X的排放限值从5g/kW·h下降到2.5g/kW·h。在欧Ⅲ的基础上,仅仅对发动机内部参数进行优化,虽然可以继续降低排放,但不足以满足欧Ⅳ/Ⅴ标准。目前一种热门的机外净化技术方法是：先通过高压喷射并优化燃烧生成极少的PM，再使用选择性催化还原（SCR）技术来降低因燃烧优化而产生的NO_X。

SCR技术常用水基性氨溶液（例如32.5%的尿素水溶液）作为催化还原剂。其实施方式为在尾气排气管的适当位置接入还原剂喷嘴以及催化反应器。喷射计量控制器根据发动机的不同工况及废气、催化器的实时温度，驱使喷嘴喷出一定计量的还原剂。还原剂，如尿素水溶液在被喷入排气管后发生水解及热解，产生NH₃，NH₃与排气来流混合后一起进入催化反应器，之后在催化剂的催化作用下有选择性地同废气中的NO_X反应，生成N₂和水。

目前使用的SCR全系统应用存在以下几个方面的缺点：

1）SCR系统混合管（布置喷嘴和催化器的排气管路）的布置设计对SCR载体内的化学反应有很大的影响。在国Ⅳ柴油机的开发配套过程中，相当多的工作是对混合管路的优化设计，包括管道的几何形状、尿素喷射装置的位置和喷射角度等，从而保证在混合管路不出现粒子撞壁后的结晶，催化器入口速度分部均匀，及整个系统产生较小的压力损失。

2）由于不同的发动机和不同的车型的影响，排气管路多少会有各种不同的布置形式，因而同样一套SCR系统（包括还原剂供给系统与催化反应器）在给不同的排气系统做配套时，往往为了确定混合管段的布置形式，要进行大量的流体力学计算分析及设计。

3）一套SCR系统里的尿素喷射部分与催化反应器部分是分离的两个部分。当两个部分分别被设计好了之后，欲将之应用到具体排气系统之上时，还得再考虑混合管段的问题，喷嘴的安装位置，喷嘴到催化反应器之间的管段长度及形式都会影响到最终的反应效果。

4）从理论应用上讲，喷嘴与催化反应器之间的距离越长，还原剂与废气的混合均匀度虽然越好，但废气进入反应器前的温降也越大。从实际应用上讲，整车企业拿到一套子系统供应商提供的成品SCR系统后，还需考虑SCR系统的匹配及混合管路的布置问题。这样看来，SCR系统由于其下的还原剂供给系统和催化反应器两部分组件的整合程度不够，于是造成了一系列繁琐的后续匹配的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的喷嘴催化反应器集成型车用SCR系统，解决了现有技术中存在的尿素水解热解环境温度偏低和由于SCR系统组件分离造成需要整车企业需要再次根据不同车型设计组装的问题。

本发明提供一种集成式车用SCR系统，它包括：

一壳体；

一还原剂供给装置；

一设置在壳体内的第一通道，所述第一通道的第一进气端与所述壳体外的车辆废气管相连，所述第一通道的内部设置用来分解还原剂的还原剂分解装置；在所述第一通道内还设有喷嘴，所述喷嘴与所述还原剂供给装置相连从而向所述还原剂分解装置喷洒还原剂，这样经还原剂分解装置分解产生的还原气体与废气混合后从第一出气端排出；以及

一设置在所述壳体内的第二通道，在所述第二通道内设置用来促进还原剂器还原反应的催化剂载体；所述第一通道的第一出气端排出的还原气体与废气混合的气体通过壳体内的空间进入所述第二通道的第二进气端，所述第二通道内的第二出气端延伸出所述壳体外以便将处理的废气排出。

进一步，在所述第一通道和第二通道之间设有一隔板，所述隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔。

再进一步，所述壳体是方形的，所述第一通道设置在壳体的上方，而所述第二通道设置在所述壳体的下方，在所述第一通道的第一出气端与第二通道之间设有第一隔板，所述第一隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔，这样所述第一隔板与所述壳体的一内侧壁构成一第三通道以便所述第一出气端排出的还原气体与废气混合的气体进入所述第三通道并由所述第一隔板的小孔进入所述第二通道。

进一步，在所述第一通道的第一进气端与第二通道之间设有第二隔板，所述第二隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔，这样所述第二隔板与所述壳体的另一内侧壁构成一第四通道以便从所述第三通道排出的还原气体与废气混合的气体通过所述第二隔板的小孔进入所述第四通道，并由所述第四通道进入所述第二通道的第二进气端。

更进一步，本发明提供一种集成式车用SCR系统还包括一冷却喷头，所述喷头与所述还原剂供给装置相连并可将所述还原剂供给装置的常温的还原剂液体在喷头内部循环带走热量从而对其冷却。

又进一步，所述喷头喷出的冷却还原剂液体回流到所述还原剂供给装置。

另外，所述集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器设置在还原剂储存箱内部，所述还原剂储存箱与所述喷嘴相连。

所述集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器设置在还原剂储存箱的外面。

所述集成式车用SCR系统，其特征在于，所述壳体是圆形的。

本发明提供的集成式车用SCR系统由于所述还原剂分解装置、催化剂载体、还原剂的喷嘴以及汽车尾气的第一通道和第二通道都设置在所述壳体内，因此，具有以下技术效果：

a.由于喷嘴和SCR催化器整合在一起后，原先喷嘴和SCR催化器之间需要布置的一段管长空间得以节省，因而结构上更加简单紧凑；

b.由于上述主要部件集成在一壳体内，对于不同的汽车，只要在壳体的两端连接废气管道和还原剂供给装置与喷嘴之间的管道，而这些管道只是距离长短问题，安装比较方便，不需要再重新安装和布置还原剂分解装置、催化剂载体、还原剂的喷嘴而另外设计混合管路，也不用再考虑各种不同的车型其排气管路的具体形式对 SCR系统喷嘴及SCR催化器布置位置的影响，极大地方便了不同汽车的SCR系统的安装，使得一套SCR系统（包括还原剂供给系统与催化反应器）可以给不同的汽车排气系统做配套。

c.反应温度提高热解水解充分由于喷嘴和SCR催化器整合在一起后，整个排气管路的距离得以缩短（省去了原先喷嘴到SCR催化器进口的一段管路长度），废气温降得以变小，另外，由于进一步有效缩短了喷嘴与催化反应器之间的距离，使得废气进入催化剂载体前的温度相对得到提高。高温以及SCR反应器内管路的的优化设计可以使得尿素水溶液喷出后的热解水解更加充分。

d.在所述壳体内的第一通道和第二通道之间的剩余空间给第一通道排出的废气与氨气的混合气体提供了充分混合的时间和空间，从而增强了还原效果，提供的尾气的净化效率。

附图说明

图1是本发明提供的一种集成式车用SCR系统的第一实施例的结构示意图。

图2是本发明提供的一种集成式车用SCR系统的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的实施例作详细描述。

图1是本发明提供的一种集成式车用SCR系统的第一实施例的结构示意图。参见图1，本发明提供的一种集成式车用SCR系统包括壳体1和还原剂供给装置。还原剂供给装置的还原剂是采用尿素，当然也可以采用其它常用的还原剂材料。该还原剂供给装置包括还原剂储存箱和喷射计量控制器，它们可采用空气或非空气辅助式装置。在本实施例中，还原剂采用尿素，这样还原剂储存箱采用尿素箱2，喷射计量控制器3是一泵总成。尿素箱2储存所需的尿素水溶液。在本实施例中，喷射计量控制器（泵总成）3设置在尿素箱2中，也进一步增加了整个SCR系统的集成，结构更加紧凑，进一步便于安装以及与不同车辆的配套使用。当然，喷射计量控制器（泵总成）3与尿素箱2也可如现有的产品布置方式，分开布置。

在壳体1内设置有第一通道108，第一通道108的第一进气端A与壳体1外的车辆废气管31相连，且第一通道108的内部设置用来分解还原剂的还原剂分解装置11。还原剂分解装置11采用热解水解装置，当然也可以采用其它分解装置，例如，热解装置或分解装置。在第一通道108内还设有喷嘴41，该喷嘴41是喷射装置4的一部分，喷射装置4与还原剂供给装置的尿素箱2和喷射计量控制器3相连，尿素箱2的尿素水溶液经过喷射计量控制器3的定量计量，被泵入到喷射装置4并由喷嘴41喷出到还原剂分解装置11，尿素水溶液经还原剂分解装置11分解而产生的还原气体，即氨气，与废气混合后从第一通道108的第一出气端B排出。在本实施例中，壳体1是长方体或正方体，当然也可以采用其它形状，例如，球形。

喷嘴41将尿素液体喷射到还原剂分解装置11上，这样，还原剂分解装置11对喷射的尿素进行分解，产生还原性的气体氨气。再参见图1，第一通道108设置在长方体壳体1的上方。

在壳体1内的下方设置第二通道107，在第二通道107内设置用来促进还原剂还原反应的催化剂载体12。第一通道107的第一出气端B排出的废气与氨气的混合气体通过壳体1内的空间进入第二通道107的第二进气端E。由于壳体1是封闭的，这样，第一通道107排出的废气与氨气的混合气体必然通过壳体1内的剩余空间进入第二通道107。该剩余空间实际上就给第一通道107排出的废气与氨气的混合气体提供了充分混合的时间和空间。第二通道107内的第二出气端F伸出壳体1外以便将经催化剂载体12催化还原反应后而处理的废气排出到废气管32。

在本实施例中，在第一通道108的第一出气端B和第二通道108的第二出气端F之间设有第一隔板122，隔板122上设有若干个以便废气与氨气的混合气体通过的小孔（图中未示意出）。这样，第一隔板122与壳体1的右边的内侧壁101构成第三通道109，这样，从第一通道108的第一出气端B排出的废气与氨气的混合气体就经过该第三通道109的第一隔板122上的小孔进入第二通道107。

在第一通道108的第一进气端A和第二通道107的第二进气端E之间设有第二隔板121，第二隔板121上设有若干个以便废气与氨气的混合气体通过的小孔（图中未示意出）。第二隔板121与壳体1的左边的内侧壁102构成第四通道110，这样，从第三通道109排出的废气与氨气的混合气体就经过第二隔板121上的小孔进入第四通道110，然后进入第二通道107来进行还原反应，还原反应后经处理的废气排出到壳体外的废气管32。

再参见图1，在壳体1上第一通道108的第一进气端A附近设有第一传感器21用来测定进入壳体1的废气中NOX气体（各种氧化氮气体）的含量。同样，在第二通道107的第二出气端F附近设有第二传感器22,用来测定从壳体1排出的经处理的废气中的NOX气体的含量。在第二通道107的第二进气端E附近设有温度传感器23用来测定进入第二通道107的催化剂载体12前的温度。上述第一传感器21、第二传感器22和温度传感器23与喷射计量控制器3相联以便对喷嘴41的尿素喷射和催化剂载体12的工作进行控制。

图2是本发明提供的一种集成式车用SCR系统的第二实施例的结构示意图。图2的第二实施例与图1的第一实施例相同的标号的部件表示同样的部件。图2的第二实施例与图1的第一实施例的区别是图2的第二实施例包括一冷却喷头（图中未示意出），所述冷却喷头与还原剂供给装置2相连并可将所述还原剂供给装置的常温的尿素溶液在喷头内部循环带走热量从而对喷嘴41进行冷却。由于喷嘴41离高温的汽车废气很近，这样，喷嘴41温度会较高，为了不影响工作，故采用上述冷却，进行冷却后的还原剂液体通过管路43再回流到还原剂供给装置2。

从上面的描述可以看出，本发明提供的集成式车用SCR系统仅包含尿素供给控制系统及SCR催化反应装置两大部分，其中尿素供给控制系统又可分为尿素储存单元和喷射计量控制单元（喷射计量控制器3）。尿素供给控制系统与现有尿素供给单元与吸纳有技术基本相同，但将其中的喷嘴41从尿素供给单元中分离开来，将原安装在排气管上或尾管段的上述第一传感器21、第二传感器22和温度传感器23与SCR催化反应装置整合在壳体中。同时，喷嘴41的安装位置不同于现有技术的安装在排气管31或32上，而是在壳体1内与SCR反应装置整合在一起。喷嘴41直接将尿素水溶液喷到还原剂分解装置11而不经过排气管，喷入的尿素经还原剂分解装置11分解产生的还原性气体（氨气）经过第三通道109和第四通道110的流道与从排气管31进来的废气充分混合。排气管31和32与SCR反应器的壳体1的连接仍然遵照以往的正常方式，排气管31的管口往SCR反应器的壳体1的内部通入发动机排出的废气，另一个排气管32的管口接SCR反应器排出管口从而排出经净化处理过的废气。废气或废气与还原性氨气混合的气体的流动过程如图1中的箭头所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种调整、变化和改进，这些调整、变化和改进在不偏离本发明的基本原理和主要特征的情况下都应该落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书限定。

Claims

1.一种集成式车用SCR系统，其特征在于，包括：

一壳体；

一还原剂供给装置；

一设置在壳体内的第一通道，所述第一通道的第一进气端与所述壳体外的车辆废气管相连，所述第一通道的内部设置用来分解还原剂的还原剂分解装置；在所述第一通道内还设有雾化还原剂的喷嘴，所述喷嘴与所述还原剂供给装置相连从而向所述还原剂分解装置喷洒还原剂，这样经还原剂分解装置分解产生的还原气体与废气混合后从第一出气端排出；以及

2.如权利要求1所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，在所述第一通道和第二通道之间设有一隔板，所述隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔。

3.如权利要求1所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述壳体是方形的，所述第一通道设置在壳体的上方，而所述第二通道设置在所述壳体的下方，在所述第一通道的第一出气端与第二通道之间设有第一隔板，所述第一隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔，这样所述第一隔板与所述壳体的一内侧壁构成一第三通道以便所述第一出气端排出的还原气体与废气混合的气体进入所述第三通道并由所述第一隔板的小孔进入所述第二通道。

4.如权利要求1到3任一所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，在所述第一通道的第一进气端与第二通道之间设有第二隔板，所述第二隔板上设有若干个以便还原气体与废气混合的气体通过的小孔，这样所述第二隔板与所述壳体的另一内侧壁构成一第四通道以便从所述第三通道排出的还原气体与废气混合的气体通过所述第二隔板的小孔进入所述第四通道，并由所述第四通道进入所述第二通道的第二进气端。

5.如权利要求4所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，还包括一冷却喷头，所述喷头与所述还原剂供给装置相连并可将所述还原剂供给装置的常温的还原剂液体在喷头内部循环带走热量从而对其冷却。

6.如权利要求5所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述喷头喷出的冷却还原剂液体回流到所述还原剂供给装置。

7.如权利要求1所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，还原剂供给装置包括：

一控制还原剂喷射的还原剂喷射计量控制器；以及

一存储还原剂的还原剂储存箱。

8.如权利要求7所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器是空气辅助式还原剂喷射计量泵总成。

9.如权利要求7所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器是非空气辅助式还原剂喷射计量泵总成。

10.如权利要求7所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器设置在还原剂储存箱内部，所述还原剂储存箱与所述喷嘴相连。

11.如权利要求7所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述还原剂喷射计量控制器设置在还原剂储存箱的外面。

12.如权利要求1所述的集成式车用SCR系统，其特征在于，所述壳体是圆形的。