CN205370704U - Scr进气混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及SCR进气混合器，属于发动机的排气装置技术领域。其解决了现有技术存在的结晶现象严重的问题。本实用新型包括圆柱形的管体，管体包括进气外层管、进气内层管和过渡连接板，进气外层管通过过渡连接板连接进气内层管，进气内层管的直径小于70mm，过渡连接板延伸到进气内层管内部构成封闭结构，过渡连接板和进气内层管均为防止尿素凝结的不规则形状。通过进气内层管直径变小、过渡连接板和进气内层管设计为不规则形状，实现了进气内层管防结晶的功能。本实用新型结构简单，加工方便，实用性较强，可广泛运用于发动机的排气装置场合。

Description

SCR进气混合器

技术领域

本实用新型涉及SCR进气混合器，属于发动机的排气装置技术领域。

背景技术

SCR技术是消除柴油机排气中氮氧化物的主要后处理技术之一。根据功能主要分为控制单元、尿素剂量单元和催化反应单元三部分；SCR系统的控制单元与发动机的控制单元(ECU)集成在一起，主要是用来执行SCR控制策略，并根据环境温度、排气温度、尿素液位、尿素温度、尿素压力传感器信号控制尿素剂量单元，根据需求定时定量地将尿素溶液喷射到排气气流中；尿素剂量单元主要包括尿素箱、尿素供给单元、尿素喷射单元、加热组件及连接管路和线路，保证尿素溶液的充分雾化和分解；催化反应单元主要包括SCR催化剂、载体及其封装，用来将柴油机排气中的主要有害成分氮氧化物还原为氮气和水。

由喷嘴喷出的尿素水溶液水解生成氨气的过程中，会发生一系列复杂的化学反应。化学反应过程中会生成多种中间产物，如缩二脲、三聚氰酸等。而附着在SCR催化消声器的进气混合管路，尤其是尿素喷射落点的尿素结晶在高温下会缩合成缩二脲、三聚氰酸，甚至会生成三聚氰胺等，形成结石。在更高温度下也会发生分解，但上述中间产物分解的速度如果小于形成的速度，则结石就会不断积累，这样就大大增加了尿素水溶液碰壁的几率，加速了结晶形成。在小排量发动机上这种情况尤其突出，因为小排量发动机的排温、排气流量都相对较低，不利于尿素水溶液的水解、热解及雾化，喷嘴喷出的尿素溶液落壁导致的结晶问题尤为严重。

SCR进气混合器中的进气内层管与过渡连接板之间通常采用焊接的方式进行连接，由此在连接处会形成一条焊缝。尿素喷嘴的三个喷孔发出的尿素液滴被吹到焊缝处的机率很大，容易在焊缝处形成结晶。对于7L以下排量较小的发动机，进气内层管直径通常设计为80mm，轻型发动机如2L左右排量，为加快气体流速，进气内层管直径会进一步缩小。对于直径在70mm以下的进气内层管，使用传统规则形状的圆柱状，尿素喷嘴三条喷束中的下面两条喷束，在喷射过程中会有尿素液滴落在过渡连接板上，对于直径为50mm的进气内层管，则会直接喷射到过渡连接板上引起结晶。若为解决此落点问题而降低进气内层管的高度，尿素喷嘴喷出的上面一条喷束又会有大量液滴落在过渡连接板3上或过渡连接板与进气内层管的焊缝处引起结晶，因此对于小直径进气内层管，难以兼顾三条喷束的落点平衡带来的结晶问题，进而引起SCR进气混合器内严重的结晶现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有传统SCR箱混合器存在的上述缺陷，提出了一种SCR进气混合器，通过进气内层管直径变小、过渡连接板和进气内层管设计为不规则形状，实现了进气内层管防结晶的功能。

本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种SCR进气混合器，包括圆柱形的管体，管体包括进气外层管、进气内层管和过渡连接板，进气外层管通过过渡连接板连接进气内层管，进气内层管的直径小于70mm，过渡连接板延伸到进气内层管内部构成封闭结构，过渡连接板和进气内层管均为防止尿素凝结的不规则形状。

进一步的，SCR进气混合器还包括尿素喷束和尿素喷嘴，尿素喷束和尿素喷嘴位于管体外侧，管体通过尿素喷嘴与尿素喷嘴相连。

进一步的，不规则形状包括阶梯形、凹凸形和斜边形。

进一步的，进气内层管的直径方向200°范围内从上到下开有通孔。

进一步的,尿素喷嘴一侧，以管体确定好的进气端为起点，向下切割去掉直径方向150°范围的进气内层管，切割高度为确保尿素喷嘴喷出的尿素水溶液不能碰到进气内层管。

进一步的，进气内层管的底部开有四个方形槽。

进一步的，根据进气内层管高度确定过渡连接板的尺寸。

进一步的，进气内层管内的气体只能通过通孔排出。

本实用新型的实施过程如下：对于使用SCR路线的发动机，尿素喷出后先发生水解，生成CO2和NH3，在排温较低或者排气流量较低的情况下，由于液滴的惯性以及尿素水解热解速度较慢，在排气管壁温度较低或者局部气流流速较低，导致有部分尿素直接喷到管壁上，形成湿壁，湿壁蒸发吸热导致管壁温度进一步降低，逐渐积累出部分尿素结晶。为有效解决此结晶问题，本实用新型公开一种防止尿素结晶的SCR箱进气混合器设计，该SCR进气混合器主要由进气外层管、进气内层管和过渡连接板三部分组成。其中进气内层管是一个不规则形状的管路，管路由一个规则的管体加工而成。管体上面的位置(即进气端)根据远离尿素喷嘴的一侧进行确定，确定原则为确保尿素喷嘴喷出的尿素水溶液完全进入到进气内层管即可。同时在进气内层管的直径方向200°范围内从上到下开有通孔，使得混合后的气体流出。靠近尿素喷嘴一侧，以管体确定好的进气端为起点，向下切割去掉直径方向150°范围的管路，切割高度为确保尿素喷嘴喷出的尿素水溶液不能碰到进气内层管。进气内层管的底部开有四个方形槽，以防止进气内层管底部形成流动死区。其次根据确定好的进气内层管高度进行过渡连接板的设计，过渡连接板设计的原则是将进气内层管与进气外层管充分、可靠的进行连接，保证气体最终且唯一的流向为进气内层管上开的通孔，以便提高尾气的混合均匀性，加大SCR催化消声器的催化转化效率。

本实用新型的有益效果是：

(1)不规则形状的进气内层管可以从根本上解决传统混合器在过渡连接板处、过渡连接板与进气内层管的焊缝位置产生的尿素结晶问题，使得尿素利用率进一步提高，加大了SCR箱的转化效率；

(2)不规则形状的进气内层管可以补长取短:靠近喷嘴的一侧适当降低高度，可有效解决尿素溶液滴落到过渡连接板的问题。远离喷嘴的一侧高度升高，既可以降低尿素溶液滴落到过渡连接板或过渡连接板与进气内层管焊缝处的风险，又可以使得尿素喷束全部落在进气内层管内，提高了排放尾气与尿素溶液的混合均匀性；

(3)该混合器结构简单，加工方便，实用性较强。

附图说明

图1是现有技术结构示意图。

图2是单纯改进进气内层管直径的结构示意图。

图3是本实用新型的结构示意图。

图中：1进气外层管；2进气内层管；3过渡连接板；4尿素喷束；5尿素喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例一：

本实用新型所述的SCR进气混合器，包括圆柱形的管体，管体包括进气外层管1、进气内层管2和过渡连接板3，进气外层管1通过过渡连接板3连接进气内层管2，进气内层管2的直径小于70mm，过渡连接板3延伸到进气内层管2内部构成封闭结构，过渡连接板3和进气内层管2均为防止尿素凝结的不规则形状。SCR进气混合器还包括尿素喷束4和尿素喷嘴5，尿素喷束4和尿素喷嘴5位于管体外侧，管体通过尿素喷嘴5与尿素喷嘴5相连；不规则形状包括阶梯形、凹凸形和斜边形；进气内层管2的直径方向200°范围内从上到下开有通孔；靠近尿素喷嘴5一侧，以管体确定好的进气端为起点，向下切割去掉直径方向约150°范围的进气内层管2，切割高度为确保尿素喷嘴5喷出的尿素水溶液不能碰到进气内层管2；进气内层管2的底部开有四个方形槽；根据进气内层管2高度确定过渡连接板3的尺寸；进气内层管2内的气体只能通过通孔排出。

现有技术中，与本实用新型最接近的技术方案如图1所示。此技术方案进气内层管2是一个规则的圆筒形，上部采用一个开有多个小孔的规则的过渡连接板3对其进行固定，过渡连接板3与进气内层管2之间通过焊接方式进行连接固定。

如图2所示，SCR进气混合器中的进气内层管2与过渡连接板3之间通常采用焊接的方式进行连接，由此在连接处会形成一条焊缝，如图2中的圆圈内容所强调。尿素喷嘴5的三个喷孔发出的尿素液滴被吹到焊缝处的机率很大，容易在焊缝处形成结晶。对于7L以下排量较小的发动机，进气内层管2直径通常设计为80mm，轻型发动机如2L左右排量，为加快气体流速，进气内层管2直径会进一步缩小。对于直径在70mm以下的进气内层管2，使用传统规则形状的圆柱状，尿素喷嘴5三条尿素喷束4中的下面两条尿素喷束4，在喷射过程中会有尿素液滴落在过渡连接板3上，对于直径为50mm的进气内层管2，则会直接喷射到过渡连接板3上引起结晶。若为解决此落点问题而降低进气内层管2的高度，尿素喷嘴5喷出的上面一条喷束又会有大量液滴落在过渡连接板3上或过渡连接板3与进气内层管2的焊缝处引起结晶，因此对于小直径进气内层管2，难以兼顾三条尿素喷束4的落点平衡带来的结晶问题，进而引起SCR进气混合器内严重的结晶现象。

实施例二：

对于使用SCR路线的发动机，尿素喷出后先发生水解，生成CO2和NH3，在排温较低或者排气流量较低的情况下，由于液滴的惯性以及尿素水解热解速度较慢，在排气管壁温度较低或者局部气流流速较低，导致有部分尿素直接喷到管壁上，形成湿壁，湿壁蒸发吸热导致管壁温度进一步降低，逐渐积累出部分尿素结晶。为有效解决此结晶问题，本实用新型公开一种防止尿素结晶的SCR箱进气混合器设计，详细结构如图3所示，该SCR进气混合器主要由进气外层管1、进气内层管2和过渡连接板3三部分组成。其中进气内层管2是一个不规则形状的管路，管路由一个规则的圆柱管加工而成。圆柱管上面的位置即进气端根据远离尿素喷嘴5的一侧进行确定，确定原则为确保尿素喷嘴5喷出的尿素水溶液完全进入到进气内层管2即可。同时在进气内层管2的直径方向200°范围内从上到下开有小孔，使得混合后的气体流出。靠近尿素喷嘴5一侧，以圆柱管确定好的进气端为起点，向下切割去掉直径方向约150°范围的管路，切割高度为确保尿素喷嘴5喷出的尿素水溶液不能碰到进气内层管2。进气内层管2的底部开有四个方形槽，以防止进气内层管2底部形成流动死区。其次根据确定好的进气内层管2高度进行过渡连接板3的设计，过渡连接板3设计的原则是将进气内层管2与进气外层管1充分、可靠的进行连接，保证气体最终且唯一的流向为进气内层管2上开的小孔，以便提高尾气的混合均匀性，加大SCR催化消声器的催化转化效率。

SCR技术是消除柴油机排气中氮氧化物的主要后处理技术之一。根据功能主要分为控制单元、尿素剂量单元和催化反应单元三部分；SCR系统的控制单元与发动机的控制单元ECU集成在一起，主要是用来执行SCR控制策略，并根据环境温度、排气温度、尿素液位、尿素温度、尿素压力传感器信号控制尿素剂量单元，根据需求定时定量地将尿素溶液喷射到排气气流中；尿素剂量单元主要包括尿素箱、尿素供给单元、尿素喷射单元、加热组件及连接管路和线路，保证尿素溶液的充分雾化和分解；催化反应单元主要包括SCR催化剂、载体及其封装，用来将柴油机排气中的主要有害成分氮氧化物还原为氮气和水。

将尿素溶液喷到排气气流中的装置叫尿素喷嘴5，尿素喷嘴5上面有三个小孔，受电子控制单元指令达到喷射尿素条件时，会喷出三条尿素喷束4，根据尿素喷嘴5在SCR箱上安装固定后的位置。

由尿素喷嘴5喷出的尿素水溶液水解生成氨气的过程中，会发生一系列复杂的化学反应。化学反应过程中会生成多种中间产物，如缩二脲、三聚氰酸等。而附着在SCR催化消声器的进气混合管路，尤其是尿素喷射落点的尿素结晶在高温下会缩合成缩二脲、三聚氰酸，甚至会生成三聚氰胺等，形成结石。在更高温度下也会发生分解，但上述中间产物分解的速度如果小于形成的速度，则结石就会不断积累，这样就大大增加了尿素水溶液碰壁的几率，加速了结晶形成。在小排量发动机上这种情况尤其突出，因为小排量发动机的排温、排气流量都相对较低，不利于尿素水溶液的水解、热解及雾化，尿素喷嘴5喷出的尿素溶液落壁导致的结晶问题尤为严重。

当然，上述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定对本实用新型的实施例范围。本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本实用新型的专利涵盖范围内。

Claims (8)

1.一种SCR进气混合器，包括圆柱形的管体，管体包括进气外层管(1)、进气内层管(2)和过渡连接板(3)，进气外层管(1)通过过渡连接板(3)连接进气内层管(2)，其特征在于：进气内层管(2)的直径小于70mm，过渡连接板(3)延伸到进气内层管(2)内部构成封闭结构，过渡连接板(3)和进气内层管(2)均为防止尿素凝结的不规则形状。

2.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：SCR进气混合器还包括尿素喷束(4)和尿素喷嘴(5)，尿素喷束(4)和尿素喷嘴(5)位于管体外侧，管体通过尿素喷嘴(5)与尿素喷嘴(5)相连。

3.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：不规则形状包括阶梯形、凹凸形和斜边形。

4.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：进气内层管(2)的直径方向200°范围内从上到下开有通孔。

5.根据权利要求2所述的SCR进气混合器，其特征在于：尿素喷嘴(5)一侧向下切割去掉直径方向150°范围的进气内层管(2)，切割高度为确保尿素喷嘴(5)喷出的尿素水溶液不能碰到进气内层管(2)。

6.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：进气内层管(2)的底部开有四个方形槽。

7.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：根据进气内层管(2)高度确定过渡连接板(3)的尺寸。

8.根据权利要求1所述的SCR进气混合器，其特征在于：进气内层管(2)内的气体只能通过通孔排出。