CN204344210U - 车辆scr系统及其还原剂供应装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于车辆SCR系统的还原剂供应装置，包括：还原剂注射器，其被配置用于沿喷射方向喷射还原剂流；和冷却适配器，其包括第一空气喷射部和第二空气喷射部，所述第一空气喷射部具有围绕着从所述还原剂注射器喷出的还原剂流对称设置并且以一定压力向从所述还原剂注射器喷出的还原剂流喷射空气而形成空气和还原剂颗粒的混合物的结构，所述第二空气喷射部具有沿车辆排气管内的废气流动方向分布在从所述还原剂注射器喷出的还原剂流的上游侧并且向所述混合物喷射空气使其以倾斜于所述废气流动方向的最终流动方向进入废气的结构。本实用新型还涉及包括上述还原剂供应装置的车辆SCR系统。

Description

车辆SCR系统及其还原剂供应装置
技术领域
本实用新型涉及用于车辆SCR(选择性催化还原)系统的还原剂供应装置和包括该还原剂供应装置的车辆SCR系统。
背景技术
从车辆发动机排出的废气包括诸如PM，NOX，HC和CO等有害成分，如果随车辆废气排放到空气中会对人体健康不利。近年来，越来越严格的车辆废气排放标准被制定和实施，以求减少排放到环境大气中的车辆废气的有害成分和保护环境。
为了减少排放到环境大气中的废气有害成分NOX，向车辆排气管内的废气中喷射还原剂是常用的且有效的解决办法。还原剂被与废气中的有害成分NOX混合，继而发生化学反应，将废气中的有害成分NOX转化为无害成分(比如N2和H2O)再排放到环境大气中。这也称为排气后处理技术。
在现有的排气后处理系统中，尿素(也称为AdBlue或DEF)通常被用做还原剂，用于车辆SCR系统的还原剂供应装置总体上包括以一定压力供应DEF还原剂的还原剂注射器和安装法兰，还原剂注射器被借助于安装法兰安装和固定到排气管。
DEF还原剂通常以DEF还原剂颗粒的形式从还原剂注射器喷出，DEF还原剂颗粒具有相对较大的索特平均直径(SMD)，例如约120微米。
由于SMD较大，作为还原剂的DEF颗粒不能充分地与废气中的NOX混合，并且因此不能充分地发生化学反应，废气中NOX量的减少受到限制。
为此，一定压力的空气被供应至从还原剂喷射器喷出的还原剂流内，以减小DEF颗粒的直径，同时，生成空气和还原剂颗粒的混合物。然而，空气和还原剂颗粒的混合物以横向于废气流动方向的方向被供应到废气中，空气和还原剂颗粒之间的混合长度短、混合不均匀。
为了增大空气和还原剂颗粒之间的混合长度，并避免DEF碰到排气管，通常安装法兰被倾斜地焊接到排气管。将安装法兰倾斜地焊接到排气管操作困难。
希望能够解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是增大空气和还原剂颗粒之间的混合长度；减少排放到环境大气中的有害成分的量。
为此目的，根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于车辆SCR系统的还原剂供应装置，包括还原剂注射器，其被配置用于沿喷射方向喷射还原剂流；和冷却适配器，其包括第一空气喷射部和第二空气喷射部，所述第一空气喷射部具有围绕着从所述还原剂注射器喷出的还原剂流对称设置并且以一定压力向从所述还原剂注射器喷出的还原剂流喷射空气而形成空气和还原剂颗粒的混合物的结构，所述第二空气喷射部具有沿车辆排气管内的废气流动方向分布在从所述还原剂注射器喷出的还原剂流的上游侧并且向所述混合物喷射空气使其以倾斜于所述废气流动方向的最终流动方向进入废气的结构，所述最终流动方向具有沿着所述废气流动方向的分量和垂直于所述废气流动方向的分量。
根据一个可行实施例，所述第一空气喷射部沿喷射方向位于所述还原剂注射器下游，所述第二空气喷射部沿喷射方向位于所述第一空气喷射部下游。
根据一个可行实施例，所述最终流动方向与所述废气流动方向之间的夹角在30°和35°之间。
根据一个可行实施例，所述第一空气喷射部和所述第二空气喷射部共用同一空气源，并且以相同的压力喷射空气。
根据一个可行实施例，从所述还原剂注射器喷出的还原剂流在遇到从所述第一空气喷射部喷出的空气之前自身初级破碎成具有第一SMD的还原剂颗粒，所述还原剂颗粒在遇到从所述第一空气喷射部喷出的空气之后被破碎成具有第二SMD，所述第二SMD小于所述第一SMD。
根据一个可行实施例，所述第一SMD为约120微米，所述第二SMD为约30微米。
根据一个可行实施例，所述第一空气喷射部包括被提供于所述冷却适配器上围绕着从所述还原剂注射器喷出的还原剂流均匀分布的多个第一孔，和/或，所述第二空气喷射部包括被提供于所述冷却适配器上位于从所述还原剂注射器喷出的还原剂流的上游侧上的多个第二孔。
根据一个可行实施例，所述还原剂供应装置还包括被垂直于排气管固定至排气管的安装法兰，所述冷却适配器被固定至所述安装法兰。
根据一个可行实施例，所述冷却适配器被成形为一筒状件，包括用于固定到所述安装法兰的大致圆柱形外壁，用于部分地限定出容置所述还原剂注射器的空间的大致圆柱形内壁，以及在冷却适配器的靠近排气管的端部处连接所述外壁和内壁的大致锥形壁，所述第一空气喷射部和所述第二空气喷射部被提供有所述大致锥形壁上。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种包括上述还原剂供应装置的车辆SCR系统。
根据一个可行实施例，所述车辆SCR系统是用于柴油机车辆的SCR系统。
利用上述包括冷却适配器的还原剂供应装置，增大了空气和还原剂颗粒之间的混合长度；减小了DEF还原剂颗粒的SMD，最大程度地减少了排放到环境大气中的有害成分的量；另外简化了还原剂供应装置的安装法兰到车辆排气管的安装。
附图说明
本实验新型的其它目的、特征和优势从下面结合附图给出的详细描述中变得显然。本领域内的技术人员应了解附图只是示意性的并没有按比例绘制。
图1是根据本实用新型的车辆SCR系统的示意图；和
图2是根据本实用新型的还原剂供应装置的示意图。
具体实施方式
根据本实用新型的车辆SCR系统用于各种交通车辆中，特别是用于柴油发动机车辆中。
车辆发动机产生的废气一般包括HC，CO，CO2，NO，NO2和PM等。如图1所示的根据本公开内容的车辆SCR系统主要包括，但不仅限于，被配置用于减少废气中的HC和CO的量的氧化(简称OXI)模块2，位于OXI模块下游的被配置用于减少废气中的PM(颗粒)的量的柴油机颗粒过滤器(简称DPF)模块4，和位于DPF模块下游的被配置用于通过选择性催化还原工艺减少废气中的NOX的量的SCR模块6，通常利用此技术能够使废气中的NOX减少50％以上。
在本申请中公开的并且在图2中示出的还原剂供应装置100是图1中的车辆SCR系统的SCR模块6的一部分，其被配置用于将还原剂供应或喷射到大部分HC，CO和PM已经去除了的废气内。
在根据本公开内容的还原剂供应装置100中，主要成分为NH3的还原剂被使用，例如在本申请的实施例中，还原剂可以是DEF溶液。在废气中的NOX和还原剂的成分NH3之间发生化学反应，生成对人体无害的N2和H2O而排放到环境大气中。以这种方式，实现了降低废气中的有害成分NOX的目的。
如图2所示，还原剂供应装置100包括被配置用于沿喷射方向D1以特定压力喷射DEF还原剂流的还原剂注射器10。还原剂注射器10具有本领域内已知的结构并且在这里不再赘述。
为了进一步减小将与废气混合的DEF还原剂颗粒的SMD，以增进DEF还原剂与废气的混合并且增进在废气的NOX和还原剂中的NH3之间发生的化学反应，根据本实用新型，还原剂供应装置100被提供有向从还原剂注射器10喷出的DEF还原剂流中供应空气的冷却适配器20。
从冷却适配器20喷出的空气在距还原剂喷射器10一距离处进入DEF还原剂流中，在此距离中，从还原剂喷射器10喷出的还原剂流随着其沿喷射方向D1的流动而自身发生初级破碎，成为具有第一SMD的DEF还原剂颗粒，所述第一SMD相对较大，例如约120微米。从冷却适配器20喷出的空气进入还原剂流内，用于冷却DEF还原剂流并且将DEF还原剂颗粒破碎成更小的颗粒。
冷却适配器20可采用任何适当的形式并且包括任何适当的结构。例如，在图2的实施例中，示出了冷却适配器20的示例性结构。
冷却适配器20被形成为一筒状件，并且总体上包括大致圆柱形的外壁22，部分地限定出容置还原剂注射器10的空间的大致圆柱形的内壁24，以及在冷却适配器20的靠近排气管40的端部处在外壁22和内壁24之间进行连接的大致锥形壁26。外壁22、内壁24和锥形壁26至少部分地限定出空气容纳空间28。锥形壁26从与内壁24相连的一端朝向排气管40向外张开至与外壁22相连的另一端。
优选地，如图2所示，DEF还原剂流的喷射方向D1垂直于排气管40内的废气的流动方向D2，在本示例中也是排气管40的轴线方向。锥形壁26的中心轴线也垂直于废气的流动方向D2，然而，这不是必须的。
除了还原剂注射器10和冷却适配器20之外，还原剂供应装置100至少还包括安装法兰30。冷却适配器20例如通过其外壁22被安装并且固定到安装法兰30，还原剂注射器10被安装到由冷却适配器20的内壁24限定的空间内。通过将安装法兰30固定例如焊接到排气管40，还原剂供应装置100被安装和固定到排气管40。
在冷却适配器20的锥形壁26上，提供有第一空气喷射部，其沿喷射方向D1位于还原剂注射器10的下游。从冷却适配器20经由第一空气喷射部喷出的空气撞击到具有第一SMD的DEF还原剂颗粒上，导致DEF还原剂颗粒被进一步分裂为具有第二SMD的颗粒，该第二SMD小于第一SMD，例如约30微米，并且由此产生具有第二SMD的DEF还原剂颗粒和空气的混合物。
具体地，所述第一空气喷射部被配置为围绕着从还原剂注射器10喷出的DEF还原剂流、即围绕着喷射方向D1布置的多个第一孔32。优选地，所述多个第一孔32可包括一组或多组孔，每一组第一孔32围绕着从还原剂注射器10喷出的DEF还原剂流均匀间隔地分布。作为例子，本实施例的还原剂供应装置100包括一组第一孔32，数量为8个。但第一孔32的数量不限制于8个。如图所示，孔的“组”表示在垂直于喷射方向D1的平面中的孔的集合。
有利地，锥形壁26还被提供有第二空气喷射部，其沿喷射方向D1位于第一空气喷射部的下游。借助于从冷却适配器20经由第二空气喷射部喷出的空气，具有第二SMD的DEF还原剂颗粒的流动方向被改变为优化的流动方向D，该优化的流动方向D具有与废气的流动方向D2相同的分量和垂直于所述废气流动方向的分量。例如，该优化的流动方向D与废气的流动方向D2可以形成在30°和35°之间的角度。
由于该优化的流动方向D与废气的流动方向D2之间具有夹角而不垂直，与两者相垂直的情况相比，空气和具有第二SMD的DEF还原剂颗粒构成的混合物在进入排气管的废气之前，混合物的运动长度增加，也就是，空气与DEF还原剂的混合长度增加了，空气与DEF还原剂之间的混合得以增强，两者的混合更加均匀，有助于避免大量的DEF还原剂碰到排气管的管壁。
具体地，所述第二空气喷射部被配置为多个第二孔34。同样，第二孔34可包括一组或多组，例如在图2中包括两组，每组包括3个第二孔34。每组中的3个第二孔34被分布在锥形壁26的相对于喷射方向D1的一侧上，例如图2所示的左侧。
对于本领域内的技术人员来讲很显然地，第一孔32和第二孔34可以具有任何适当的数目、形状和分布形式，只要能够获得DEF还原剂颗粒的第二SMD和优化的流动方向D即可。
根据本申请，所述第一空气喷射部和所述第二空气喷射部使用同一空气源，既可以进一步减小DEF还原剂的颗粒直径，还可以获得DEF还原剂与空气的混合物的优化的流动方向，增加DEF还原剂与空气之间的混合长度。
利用如上所述的结构，对于作为还原剂的DEF颗粒来说，可以获得约30微米的较小的SMD，这样DEF还原剂颗粒能够更充分且高效地与废气混合并且更充分地与废气中的NOX发生反应，从而最大程度地减小废气中NOX的量。
利用如上所述的结构，DEF还原剂倾斜地进入排气管中的废气，可以避免碰触到排气管的管壁，还原剂更少地发生结晶。
利用如上所述的结构，安装法兰被垂直地固定例如焊接到排气管，这更容易实现并且因此降低了相关成本。
上面描述的仅仅是本实用新型的优选实施例。本领域内的技术人员应了解在不偏离本实用新型的本质原理的情况下可以进行各种修改，并且这些修改被认为落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆SCR系统的还原剂供应装置，其特征在于，所述还原剂供应装置包括：
还原剂注射器，其被配置用于沿喷射方向喷射还原剂流；和
冷却适配器，其包括第一空气喷射部和第二空气喷射部，所述第一空气喷射部具有围绕着从所述还原剂注射器喷出的还原剂流对称设置并且以一定压力向从所述还原剂注射器喷出的还原剂流喷射空气而形成空气和还原剂颗粒的混合物的结构，所述第二空气喷射部具有沿车辆排气管内的废气流动方向分布在从所述还原剂注射器喷出的还原剂流的上游侧并且向所述混合物喷射空气使其以倾斜于所述废气流动方向的最终流动方向进入废气的结构，所述最终流动方向具有沿着所述废气流动方向的分量和垂直于所述废气流动方向的分量。
2.根据权利要求1所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述第一空气喷射部沿喷射方向位于所述还原剂注射器下游，所述第二空气喷射部沿喷射方向位于所述第一空气喷射部下游。
3.根据权利要求2所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述最终流动方向与所述废气流动方向之间的夹角在30°和35°之间。
4.根据权利要求3所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述第一空气喷射部和所述第二空气喷射部共用同一空气源，并且以相同的压力喷射空气。
5.根据权利要求4所述的还原剂供应装置，其特征在于，从所述还原剂注射器喷出的还原剂流在遇到从所述第一空气喷射部喷出的空气之前自身初级破碎成具有第一SMD的还原剂颗粒，所述还原剂颗粒在遇到从所述第一空气喷射部喷出的空气之后被破碎成具有第二SMD，所述第二SMD小于所述第一SMD。
6.根据权利要求5所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述第一SMD为约120微米，所述第二SMD为约30微米。
7.根据权利要求6所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述第一空气喷射部包括被提供于所述冷却适配器上围绕着从所述还原剂注射器喷出的还原剂流均匀分布的多个第一孔，和/或，所述第二空气喷射部包括被提供于所述冷却适配器上位于从所述还原剂注射器喷出的还原剂流的上游侧上的多个第二孔。
8.根据权利要求1-7中任一所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述还原剂供应装置还包括被垂直于排气管固定至排气管的安装法兰，所述冷却适配器被固定至所述安装法兰。
9.根据权利要求8所述的还原剂供应装置，其特征在于，所述冷却适配器被成形为一筒状件，包括用于固定到所述安装法兰的大致圆柱形外壁，用于部分地限定出容置所述还原剂注射器的空间的大致圆柱形内壁，以及在冷却适配器的靠近排气管的端部处连接所述外壁和内壁的大致锥形壁，所述第一空气喷射部和所述第二空气喷射部被提供有所述大致锥形壁上。
10.一种车辆SCR系统，其特征在于，所述SCR系统包括根据权利要求1-9中任一所述的还原剂供应装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3139011A1 (de) * 2015-09-03 2017-03-08 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Abgasanlage für eine brennkraftmaschine

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