一種SCR系統噴嘴集成式尿素混合器的製作方法

2023-09-18 12:09:10

本發明涉及柴油汽車排氣裝置的構件，尤其是關於一種柴油汽車尾氣排放系統中的尿素混合器。

背景技術：

目前使用的降低尾氣排放技術有兩種，一種是通過機內淨化微粒和機外催化還原氮氧化物的SCR(選擇性催化還原)技術，另一種是通過機內淨化氮氧化物的EGR(發動機廢氣再循環)和機外通過微粒捕捉器過濾微粒技術。為適應重型柴油商用車和重型柴油機越來越嚴格的排放法規需要，結合國內柴油的供給和車輛生產運營的經濟性以及車輛排放標準等方面的實際，為減少上述柴油汽車及柴油機氮氧化物的排放，在重型柴油商用車和重型柴油機排氣的後處理系統中採用了「SCR」技術。所謂「SCR」技術，是指選擇性(Selective)和催化(Catalytic)及還原(Reduction)系統。其具體的技術結構是在汽車尾氣的排放系統中增加尿素噴射裝置和在消聲管中增設催化器。SCR系統工作過程是將尿素溶液通過噴射泵和噴嘴霧化後再噴入排氣管中，與尾氣在排氣管和消聲管中混合，混合後的氣體進入催化器，尾氣中的尿素霧化液在高溫氣體與催化器上的礬基催化劑的共同作用下，加速分解成氨氣，氨氣與尾氣中的氮氧化物再進行還原反應，生成氮氣排出，從而降低尾氣中氮氧化物的含量以至達到排放標準。

SCR系統結構主要由尿素泵、混合器、淨化裝置等組成，受安裝空間的限制，將噴嘴與混合器集成在一起成為趨勢。在SCR系統實際工作過程中常常在混合器的管壁和混合葉片上出現結晶現象，特別是在發動機低工況狀態下，結晶問題尤為突出，這主要是由於低工況下排氣溫度低且氣流速度慢，尿素蒸發不完全，氣流帶不走的尿素溶液附著在混合器管壁和混合葉片上，產生結晶現象。隨著使用時間的增加，尿素晶體積累在一起逐漸阻塞排氣管，大大降低SCR系統的淨化效果，使之無法正常工作，並使車輛動力性和燃油經濟性下降。

技術實現要素：

為克服現有柴油汽車尾氣排放系統中SCR系統工作過程中存在的不足，本發明提出一種可使柴油汽車尾氣與尿素霧化溶液充分均勻混合併減少結晶的混合器。

本發明採用的技術方案是：

一種SCR系統噴嘴集成式尿素混合器，包括混合器外管，混合器內管，擾流片，擾流片轉軸，擾流片配重，噴嘴，混合葉片；所述混合器內管位於所述混合器外管的內部，所述混合器內管外壁面與混合器外管內壁面設有間隙，所述混合器內管兩端固定在混合器外管上；所述擾流片位於所述混合器內管氣流入口端，所述擾流片能夠在所述混合器內管內部繞所述擾流片轉軸旋轉；所述擾流片轉軸位於所述混合器內管內部；所述擾流片配重位於所述擾流片的邊緣位置；所述噴嘴穿過所述混合器外管和所述混合器內管、且與混合器的管壁成45°角，所述噴嘴口位於混合器內管內部、且位於所述擾流片後部；所述混合葉片固定在所述混合器內管上，位於噴嘴的後部。

進一步，所述擾流片為半圓型，直徑略小於混合器內管的內徑。

進一步，所述混合器內管兩端通過4個均勻的焊點固定在混合器外管上。

進一步，所述噴嘴的軸線正對所述混合葉片的中心。

進一步，所述擾流片配重的質量由發動機參數決定。

進一步，所述擾流片轉軸位於所述混合器內管的直徑位置，且處於水平方向。

本發明的有益效果：

1、由於混合器內管兩側都是高溫氣流，不與外界環境直接接觸，避免因熱交換導致管壁溫度下降，提高附著在管壁上尿素溶液的蒸發率。

2、由於擾流片的存在，氣流速度較低時擾流片的開度較小，擾流片下方的氣流速度加快，減少尿素液滴由於重力作用附著在管壁和混合葉片下方。提高尿素溶液蒸發率，極大地減少了尿素水溶液的結晶風險。

3、本發明將尿素噴嘴和混合器集成在一起，不僅優化了氣流場和溫度場，同時也減少了SCR系統的布置空間。

附圖說明

圖1是本發明的原理示意圖。

圖中，1-混合器外管，2-混合器內管，3-擾流片，4-擾流片轉軸，5-擾流片配重，6-噴嘴，7-混合葉片。

具體實施方式

下面結合具體實施例來說明本發明的技術方案。結合具體實施方式，對各結構的形狀、構造以及它們之間的相互位置關係及連接關係、它們的作用及工作原理等作進一步的描述。

圖1中所示的尿素混合器是雙層管結構，混合器內管2較混合器外管1稍短一些，所述混合器內管2前後兩端分別通過四個均勻分布的焊點固定在混合器外管上，所述混合器內管2和混合器外管1之間有一定距離，氣流進入混合器被分成兩部分，一部分從混合器內管2流過，另一部分從混合器內管2和混合器外管1間的空隙中流過。由於混合器內管2不與外界環境接觸且兩側都是高溫氣流，避免因熱交換導致管壁溫度下降，噴嘴噴出的尿素水溶液在與排氣混合和輸送過程中與溫度較高的混合器內管接觸，提高附著在管壁上尿素溶液的蒸發率。

擾流片3是半圓型，其直徑略小於混合器內管2的內徑，兩端固定在混合器內管壁上，擾流片轉軸3位於混合器內管2直徑位置且處於水平方向，擾流片能夠繞擾流片轉軸旋轉，所述擾流片3上有擾流片配重5，所述擾流片配重5的質量由發動機參數決定：擾流片的配重取決於流經氣流的速度，排氣管徑一定時，發動機排量越大，擾流片配重越大；發動機排量一定時，排氣管徑越大，擾流片配重越大。當發動機處於低工況運行時，氣流速度較慢，由於擾流片3的存在，其下方流過的氣流速度變快，而且由於發動機排氣氣流隨著發動機工作循環是脈動的，導致擾流片會隨之顫動產生紊流，減少尿素液滴由於重力作用附著在管壁和混合葉片7下方；當發動機處於高工況運行時，氣流溫度高且速度較快，結晶風險較小，此時可擺動的擾流片3基本處於水平位置，因此對排氣背壓不會造成明顯影響。混合葉片7固定在混合器內管上，其作用是加劇尿素水溶液的破碎，提高尿素溶液的蒸發率。噴嘴6與混合器集成一起，位於擾流片3後方，所述噴嘴6軸線與混合器管壁成45°角且對準混合葉片7的中心，這樣的布置關係利於加劇尿素水溶液的破碎。

採用本發明的技術方案，可以使得尿素水溶液與排氣充分均勻的混合，極大地降低尿素水溶液在與排氣的混合和輸送過程產生結晶的風險，提高SCR在發動機低工況下的轉化部效率，減少氨洩漏，同時節約了布置空間。

上述結合附圖對本發明進行了描述，但本發明的具體實現並不受上述方式的限制。只要採用了本發明的構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其他場合的，均在本發明專利的保護範圍之內。