CN216922272U - 一种桶式后处理混合器及应用其的发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种桶式后处理混合器及应用其的发动机。公开的一种桶式后处理混合器，包括混合器外管、设置于所述混合器外管内部的进气板、螺旋板和多孔板，所述混合器外管包括设置于两端的进气口和出气口，以及设置于侧壁的尿素喷口，所述进气板垂直于所述混合器外管的轴向靠近所述进气口设置，所述进气板设置进气格栅，并在进气格栅处设置朝向所述尿素喷口的混合孔板，所述多孔板靠近所述出气口设置，至少一对所述螺旋板设置于所述进气板和所述多孔板之间，成对所述螺旋板呈镜像对称布置。当气流分别沿着两个螺旋板向下流动时，会在螺旋板的出口处直接形成对冲，混合气流交互碰撞，更利于充分混合。

Description

一种桶式后处理混合器及应用其的发动机

技术领域

本实用新型涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种桶式后处理混合器及应用其的发动机。

背景技术

降低柴油车NOx排量主要措施包括两大技术路线：1)废气再循环(EGR) 技术：废气再循环可降低发动机最高燃烧温度，从而减少NOx排放，但高EGR 率削弱发动机输出动力，影响燃烧效率；2)选择性催化还原(SCR)技术。 SCR系统主要由催化剂、尿素供给系统(UreaDosingSystem，简称UDS)、控制系统(ECU、传感器、线束等)以及相应的连接管路组成。SCR系统基本工作原理：排气从增压器涡轮流出后进入排气管中，同时由安装在排气管上的尿素喷射单元将定量的尿素水溶液以雾状形态喷入排气管中，尿素液滴在高温废气作用下发生水解和热解反应，生成所需要的还原剂氨气(NH3)，氨气(NH3) 在催化剂的作用下将氮氧化物(NOx)有选择性地还原为氮气(N2)。得益于 SCR系统具备高NOx转化率、宽广的温度窗口、抗硫中毒和良好热稳定性等优点。

SCR后处理混合器是设置在排气管与SCR载体之间装置，主要用于改善尿素喷雾与废气之间混合均匀性，提高NOx转化效率。现有技术中的桶式SCR 进气混合结构由旋流管、旋流管隔板、钢丝绒、外层管组成；尿素和废气混合后气流会沿着旋流方向旋流，直接通过钢丝绒进入SCR，因混合时间短，且背压高，导致尿素结晶问题严重。

因此，如何避免SCR桶式后处理器混合时间短导致易结晶的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择，本实用新型提供一种桶式后处理混合器，以降低混合器内部结晶率。此外，本实用新型还提供了一种具有上述桶式后处理混合器的发动机。

本实用新型公开的一种桶式后处理混合器，包括混合器外管、设置于所述混合器外管内部的进气板、螺旋板和多孔板，所述混合器外管包括设置于两端的进气口和出气口，以及设置于侧壁的尿素喷口，所述进气板垂直于所述混合器外管的轴向靠近所述进气口设置，所述进气板设置进气格栅，并在进气格栅处设置朝向所述尿素喷口的混合孔板，所述多孔板靠近所述出气口设置，至少一对所述螺旋板设置于所述进气板和所述多孔板之间，成对所述螺旋板呈镜像对称布置。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，各所述螺旋板沿周向均布导气孔，所述导气孔垂直于所述混合器外管的轴向设置。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，各所述螺旋板周向设有所述混合器外管内壁固定连接的外沿部，所述外沿部朝向所述进气口一端延伸。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，所述进气板包括依次设置的多个混合孔板，各所述混合孔板互相平行，且各所述混合孔板上设有相互错位的混合孔。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，沿靠近所述尿素喷口的方向，所述混合孔板径向尺寸梯次增大；

和/或，沿远离所述尿素喷口的方向，所述混合孔板的轴向尺寸梯次增大。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，沿所述尿素喷口的喷射方向，所述混合孔板后端设置挡板。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，所述混合孔板可弯折的设置于所述进气板的板面，以调节所述混合孔板的高度。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，所述进气板朝向所述尿素喷口设置喷雾导流槽，所述喷雾导流槽的出口端朝向所述混合孔板。

作为一种桶式后处理混合器的优选技术方案，所述多孔板上设置非均匀分布的过气孔。

本实用新型还公开一种发动机，包括如前所述的一种桶式后处理混合器。

本实用新型公开的一种桶式后处理混合器及应用其的发动机，由于采用上述技术方案，具有如下有益效果：

(1)本实用新型中，首先利用螺旋板结构，结合进气板的进气格栅，为尿素分解产生NH3提升混合分解时间，保证NH3与尾气混合均匀，有效防止尿素结晶。而且本申请还将螺旋板成对设置，且每对螺旋板呈镜像对称布置，由此，当气流分别沿着两个螺旋板向下流动时，会最终在螺旋板的出口处直接形成对冲，混合气流交互碰撞，更利于充分混合，且混合时间更长。

(2)由于本申请中尿素喷雾是沿着径向喷入混合器外管内部，尿素喷雾的流向平行于螺旋板的切线方向，尿素喷雾可携排气尾气沿着螺旋板的旋转方向快速进入螺旋板所形成的通道内，从而提高排气效率，并能够为螺旋板末端的混合气流对冲提供更强的冲击效果，提高混合均匀性。

(3)本申请中，由于在每个螺旋板上都设置导气孔，导气孔沿着螺旋板的边缘设置，当混合气流流动时，可通过导气孔将两个螺旋板形成的道道导通，在边缘处也能流通气流，避免了存在气流流速死角的区域，整个混合器气体流动更加顺畅。

(4)本申请将外沿部设置为朝向进气孔的一端延伸，既能够通过外沿部提高螺旋板与混合器外管之间的焊接面积，又能够避免因外沿部背离气流流向而产生流速死角的问题，气流可沿螺旋板的板面和外沿部合围形成的路径流动，并在螺旋板板面形成高速气流，减少在螺旋板板面与外沿部夹角处的尿素结晶。将外沿部设置为朝向进气孔的一端延伸，既能够通过外沿部提高螺旋板与混合器外管之间的焊接面积，又能够避免因外沿部背离气流流向而产生流速死角的问题，气流可沿螺旋板的板面和外沿部合围形成的路径流动，并在螺旋板板面形成高速气流，减少在螺旋板板面与外沿部夹角处的尿素结晶。

(5)本申请中的多个混合孔板沿尿素喷口的喷射方向依次排布设置，可对尿素喷雾、排气尾气进行梯次的混合，可提高混合的效果，降低尿素结晶。

(6)本申请将混合孔板径向尺寸进行优化，越靠近尿素喷口，混合孔板的径向尺寸越大，以便将尿素喷雾和排气尾气充分混合，减少结晶。到达位于后端的混合孔板上的尿素喷雾量相对减少，可降低位于后端的混合孔板的径向尺寸以节省材料成本和工艺成本。

(7)本申请将混合孔板的轴向尺寸进行优化，越远离尿素喷口，混合孔板轴向尺寸越大，以便充分利用尿素喷雾，实现尿素喷雾和排气尾气的充分混合，减少结晶。

(8)本申请在最后端的混合孔板后端还增设有挡板，挡板将尿素喷雾阻隔，避免直接喷射在混合器外管内壁，减少结晶的问题。同时，为了提高尿素喷雾的利用率，进气板板面对应挡板处设置在一进气格栅，排气尾气通过进气格栅进入，并与挡板处阻隔的尿素喷雾均匀混合，同样也可减少在挡板上的尿素结晶问题。

(9)本申请设置的喷雾导流槽可以使更多的尿素喷雾更加准确的喷射在混合孔板上，减少尿素喷雾外溢导致增加与混合器外管内壁的直接接触，以便于降低在混合器外管内壁结晶的现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例中一种桶式后处理混合器的前视图。

图2为本实用新型一实施例中一种桶式后处理混合器的剖视图。

图3为本实用新型一实施例中混合器外管的结构示意图。

图4为本实用新型一实施例中螺旋板第一视角的结构示意图。

图5为本实用新型一实施例中螺旋板第二视角的结构示意图。

图6为本实用新型一实施例中进气板的俯视图。

图7为本实用新型一实施例中进气板的立体图。

图8为本实用新型一实施例中多孔板的俯视图。

附图标记说明：

100-混合器外管，110-尿素喷口，200-进气板，210-进气格栅，220-混合孔板，230-挡板，240-喷雾导流槽，300-螺旋板，310-导气孔，320-外沿部，400- 多孔板，410-过气孔。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本实用新型的整体构思，下面再结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。但注明直接连接则说明连接的两个主体之间并不通过过渡结构构建连接关系，只通过连接结构相连形成一个整体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

首先，对本实用新型所揭示的技术方案的技术构思进行说明。现有技术中的桶式后处理混合器的通常结构包括旋流管、旋流管隔板、钢丝绒和外层管，其气流走向如下：尿素喷雾和排气尾气在旋流管内部初步混合，并能够在旋流管的旋流作用下，沿着旋流方向通过钢丝绒进入SCR，混合过程仅在旋流管及钢丝绒这一区段完成，导致混合时间较短，未能保证尿素喷雾和排气尾气的充分混合，易产生尿素结晶。与之对应地，本申请通过改进后处理混合器的内部结构，来延长尿素喷雾和排气尾气的混合时间，降低尿素结晶的产生。

具体采取的方案是：

如图1-图3所示，本实用新型公开的一种桶式后处理混合器，包括混合器外管100、设置于混合器外管100内部的进气板200、螺旋板300和多孔板400。混合器外管100为直筒状结构，其包括设置于直筒两端的进气口和出气口，以及设置于侧壁的尿素喷口110，排气尾气从进气口进入混合器外管100内部，尿素喷嘴从尿素喷口110伸入混合器外管100，尿素液滴经尿素喷嘴喷入混合器外管100，并用于与排气尾气充分混合。

进气板200垂直于混合器外管100的轴向靠近进气口设置，进气板200外周与混合器外管100的内壁通过焊接固定。为了避免排气尾气通过进气板200 外周与混合器外管100内壁之间的间隙直接流出，进气板200外周与混合器外管100内壁形成密封焊接。进气板200外周还形成沿部，用于增加与混合器外管100内壁的焊接面积，沿部的延伸方向为朝向气流的流通方向，以避免在混合器外管100内部、进入进气板200之前形成阻流。

进气板200设置进气格栅220，用于均匀进气，并在进气格栅220处设置朝向尿素喷口110的混合孔板，尿素喷雾从侧部喷入混合器外管100时，可与排气尾气的气流形成垂直的对冲流向，从而提高混合效率。

多孔板400靠近出气口设置，多孔板400一方面可以起到消声的作用，降低工况噪音，另一方面，可以提高对尿素喷雾和排气尾气的混合效果，多孔板 400可以引导气流均匀流出，便于混合均匀。本申请中的多孔板400的孔直接以及分布可根据流体仿真计算进行调整设计，以优化混合效果。

至少一对螺旋板300设置于进气板200和多孔板400之间，成对螺旋板300 呈镜像对称布置。考虑到装配工艺，本实施例中，设置一对螺旋板300为C形螺旋板300，交错的位于进气板200和多孔板400之间，现有技术中，也有部分混合器内部设置螺旋板300来提高混合路径，但是仅通过延伸路径无法保证能够提高混合效率和混合效果，本实施例中，首先利用螺旋板300结构，结合进气板200的进气格栅220，为尿素分解产生NH3提升混合分解时间，保证 NH3与尾气混合均匀，有效防止尿素结晶。而且本实施例还将螺旋板300成对设置，且每对螺旋板300呈镜像对称布置，由此，当气流分别沿着两个螺旋板 300向下流动时，会最终在螺旋板300的出口处直接形成对冲，混合气流交互碰撞，更利于充分混合，且混合时间更长，且多螺旋板300结构所产生的背压更低，利于气流流通，可提高排气效率。

而且，由于本实施例中尿素喷雾是沿着径向喷入混合器外管100内部，尿素喷雾的流向平行于螺旋板300的切线方向，尿素喷雾可携排气尾气沿着螺旋板300的旋转方向快速进入螺旋板300所形成的通道内，从而提高排气效率，并能够为螺旋板300末端的混合气流对冲提供更强的冲击效果，提高混合均匀性。

在一个实施例中，如图4、图5所示，各螺旋板300沿周向均布导气孔310，导气孔310垂直于混合器外管100的轴向设置。结合前述实施例中，设置螺旋板300优选为两个螺旋板300交错设置，本实施例中，由于在每个螺旋板300 上都设置导气孔310，导气孔310沿着螺旋板300的边缘设置，且从螺旋板300 旋转的起始端一直排列均匀布置至螺旋板300旋转的终止端。当混合气流流动时，可通过导气孔310将两个螺旋板300形成的道道导通，在边缘处也能流通气流，避免了存在气流流速死角的区域，整个混合器气体流动更加顺畅。

进一步的，在一个实施例中，如图4、图5所示，各螺旋板300周向设有混合器外管100内壁固定连接的外沿部320，外沿部320朝向进气口一端延伸。如前述实施例，通过设置导流孔以避免在螺旋板300与混合器外管100内壁的焊接处形成气流流速死角，本实施例则进一步的，将外沿部320设置为朝向进气孔的一端延伸，既能够通过外沿部320提高螺旋板300与混合器外管100之间的焊接面积，又能够避免因外沿部320背离气流流向而产生流速死角的问题，气流可沿螺旋板300的板面和外沿部320合围形成的路径流动，并在螺旋板300板面形成高速气流，减少在螺旋板300板面与外沿部320夹角处的尿素结晶。

在一个实施例中，如图6、图7所示，进气板200包括依次设置的多个混合孔板，各混合孔板互相平行，且各混合孔板上设有相互错位的混合孔。多个混合孔板沿尿素喷口110的喷射方向依次排布设置，可对尿素喷雾、排气尾气进行梯次的混合，尤其当本实施例中，进气板200上的进气格栅220也对应的垂直于尿素喷口110的喷射方向设置，可提高混合的效果，降低尿素结晶。进一步的，本申请还通过将混合孔板上的混合孔设置为相互错位来提高扰流效果，从而提高混合效果。

进一步的，在一个实施例中，如图6、图7所示，沿靠近尿素喷口110的方向，混合孔板径向尺寸梯次增大。原因在于，靠近尿素喷口110的位置，喷射流速大，尿素喷雾喷射在混合孔板上时易发生飞溅，溅射在混合器外管100 的尿素喷雾易发生结晶，因此，本实施例中，将混合孔板径向尺寸进行优化，越靠近尿素喷口110，混合孔板的径向尺寸越大，以便将尿素喷雾和排气尾气充分混合，减少结晶。同理，到达位于后端的混合孔板上的尿素喷雾量相对减少，可降低位于后端的混合孔板的径向尺寸以节省材料成本和工艺成本。

更进一步的，在一个实施例中，如图6、图7所示，沿远离尿素喷口110 的方向，混合孔板的轴向尺寸梯次增大。原因在于，远离尿素喷口110的位置，喷射流速逐渐降低，尿素喷雾喷射过程中会由于排气尾气气流的影响，产生向出口端偏斜的趋势，位于后端的混合孔板如果无法实现对于此部分偏斜尿素喷雾的承接，则一方面会无法充分利用尿素喷雾，不利于排气尾气和尿素喷雾的充分混合，另一方面会直接喷射在混合器外管100的内壁，易发生结晶，因此，本实施例中，将混合孔板的轴向尺寸进行优化，越远离尿素喷口110，混合孔板轴向尺寸越大，以便充分利用尿素喷雾，实现尿素喷雾和排气尾气的充分混合，减少结晶。

更进一步的，在一个实施例中，如图6、图7所示，沿尿素喷口110的喷射方向，混合孔板后端设置挡板230。由于混合孔板上设置若干通孔以便于尿素喷雾和排气尾气的混合，但是该通孔也使得尿素喷雾易通过，并与后端的混合器外管100内壁接触，从而在混合器外管100内壁形成结晶，为避免上述问题的发生，本实施例在最后端的混合孔板后端还增设有挡板230，挡板230将尿素喷雾阻隔，避免直接喷射在混合器外管100内壁，减少结晶的问题。同时，为了提高尿素喷雾的利用率，进气板200板面对应挡板230处设置在一进气格栅220，排气尾气通过进气格栅220进入，并与挡板230处阻隔的尿素喷雾均匀混合，同样也可减少在挡板230上的尿素结晶问题。

在一个实施例中，混合孔板可弯折的设置于进气板200的板面，以调节混合孔板的高度。混合孔板可在进气板200上冲压成型，也可通过激光焊接固定，通过改变混合孔板和进气板200板面的角度，可调整混合孔板的高度，利于控制各混合孔板的梯次高度，进而有利于实现对尿素喷雾的利用率，提高排气尾气和尿素喷雾的混合效率，降低结晶率。

在一个实施例中，如图6、图7所示，进气板200朝向尿素喷口110设置喷雾导流槽240，喷雾导流槽240的出口端朝向混合孔板。本实施例中，喷雾导流槽240的开口方向为朝向混合器外管100的出气口，即槽深方向为背向混合器外管100的出气口，进气板200在设置喷雾导流槽240处形成朝向混合器外管100进气口的凸起。喷雾导流槽240沿径向方向一端为开口形式以对接尿素喷嘴，另一端为导向弧面，以将尿素喷雾引导至后方的混合孔板。本实施例设置的喷雾导流槽240可以使更多的尿素喷雾更加准确的喷射在混合孔板上，减少尿素喷雾外溢导致增加与混合器外管100内壁的直接接触，以便于降低在混合器外管100内壁结晶的现象。

在一个实施例中，如图8所示，多孔板400上设置非均匀分布的过气孔410，通过上述结构能够增强排气过程中的扰流效果，进而提高排气尾气和尿素喷雾的混合均匀性。

本实用新型还公开一种发动机，包括一种桶式后处理混合器，桶式后处理器为如前述实施例公开的一种桶式后处理混合器，因此，包括前述任一项实施例的发动机也具有上述所有技术效果，在此不再赘述。

本领域技术人员可以理解的是，本实用新型还能够将上述实施例所公开的发动机应用在汽车上，即一种汽车，包括上述实施例公开的发动机，该汽车也具有上述所有技术效果。

本实用新型所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本实用新型的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种桶式后处理混合器，其特征在于，包括混合器外管、设置于所述混合器外管内部的进气板、螺旋板和多孔板，所述混合器外管包括设置于两端的进气口和出气口，以及设置于侧壁的尿素喷口，所述进气板垂直于所述混合器外管的轴向靠近所述进气口设置，所述进气板设置进气格栅，并在进气格栅处设置朝向所述尿素喷口的混合孔板，所述多孔板靠近所述出气口设置，至少一对所述螺旋板设置于所述进气板和所述多孔板之间，成对所述螺旋板呈镜像对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，各所述螺旋板沿周向均布导气孔，所述导气孔垂直于所述混合器外管的轴向设置。

3.根据权利要求1所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，各所述螺旋板周向设有所述混合器外管内壁固定连接的外沿部，所述外沿部朝向所述进气口一端延伸。

4.根据权利要求1所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，所述进气板包括依次设置的多个混合孔板，各所述混合孔板互相平行，且各所述混合孔板上设有相互错位的混合孔。

5.根据权利要求4所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，沿靠近所述尿素喷口的方向，所述混合孔板径向尺寸梯次增大；

和/或，沿远离所述尿素喷口的方向，所述混合孔板的轴向尺寸梯次增大。

6.根据权利要求4所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，沿所述尿素喷口的喷射方向，所述混合孔板后端设置挡板。

7.根据权利要求4所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，所述混合孔板可弯折的设置于所述进气板的板面，以调节所述混合孔板的高度。

8.根据权利要求4所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，所述进气板朝向所述尿素喷口设置喷雾导流槽，所述喷雾导流槽的出口端朝向所述混合孔板。

9.根据权利要求1所述的一种桶式后处理混合器，其特征在于，所述多孔板上设置非均匀分布的过气孔。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的一种桶式后处理混合器。

Images