混合器以及发动机排气后处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及排气处理领域，尤其涉及一种混合器以及发动机排气后处理系统。


背景技术：

2.发动机排气后处理系统通过各种上游排气部件对由发动机产生的热的排气进行处理以减少排放污染物。各种上游排气部件可包括下述部件中的一个或多个：管、过滤器、阀、催化器、消声器等。例如上游排气部件将排气引导到具有入口和出口的柴油氧化催化器(diesel oxidation catalyst,doc)中。柴油氧化催化器的下游可设置有柴油颗粒捕获器(diesel particulate filter,dpf)。柴油氧化催化器与可选的柴油颗粒过滤器的下游为具有入口和出口的选择性催化还原(scr)催化器。出口将排气通至下游排气部件。混合器(mixer)定位在doc 的出口或dpf的下游、scr催化器的入口的上游。在混合器内，排气产生涡旋(swirling)运动或旋转运动。定量加料器(doser)用于将诸如尿素水溶液之类的还原剂从scr催化器的上游喷射到排气流中使得混合器能够将尿素和排气充分地混合在一起，排出至scr催化器中进行还原反应生成氮气和水，以降低发动机的氮氧化物排放。但现有的混合器仍存在改进之处，例如需要进一步提高排气与尿素混合的均匀性、降低尿素结晶等等。
3.因此，本领域需要一种混合均匀性好、尿素结晶率低的混合器以及氮氧化物排放少的发动机排气后处理系统。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的是提供一种混合器。
5.本实用新型的另一个目的是提供一种发动机排气后处理系统。
6.根据本实用新型一个方面的一种混合器，用于发动机排气后处理系统，包括：外盖；底座，所述外盖与所述底座包围限定所述混合器的混合空间，所述底座包括进气部以及出气部，所述混合空间包括所述进气部对应的进气区、所述出气部对应的出气区以及位于两者之间的中间区；内盖，在所述混合空间内与所述底座包围限定流动通道，所述流动通道从位于所述进气区的上游开口端起向所述出气区延伸至其下游开口端，所述流动通道具有从上游至下游方向截面积缩口的缩口段；其中，所述外盖具有喷射器安装孔，其与所述流动通道的上游开口端相通。
7.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述进气部包括第一进气开口，所述第一进气开口相对于所述进气部的中心为偏心设置，所述第一进气开口占所述进气部的面积为15％-30％。
8.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述流动通道的一侧壁与所述底座对应所述第一进气开口的侧边缘的区域连接。
9.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述进气部还包括第二进气开口，所述第
一进气开口为主进气口，所述第二进气开口为次要进气口，所述第二进气开口位于所述第一进气开口的下游。
10.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述底座为平板状，第一进气开口、所述第二进气开口均为位于平板的方形开口。
11.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述底座为平板状，所述出气部包括位于平板的出气开口，所述出气开口占所述出气部的面积为80％以上。
12.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述内盖覆盖所述第一进气开口，所述流动通道的下游开口端延伸至所述出气开口的上游边缘区域。
13.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述内盖包括从上游至下游依次分布的第一段、第二段以及第三段；其中，所述第一段对应所述进气区，具有第一弧形轮廓；所述第三段对应所述出气区，具有第二弧形轮廓，所述第一段、所述第三段各自构成的流动通道的对应部分为沿流通通道延伸方向等截面积；所述第二段构成所述缩口段。
14.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述外盖包括内层外盖、第一隔热罩以及位于两者之间的第一隔热材料层；所述外盖的上游端设置有所述喷射器安装孔，所述外盖的下游段的轮廓为弧形轮廓。
15.在所述混合器的一个或多个实施例中，所述混合器还包括进气管、出气管，所述进气管连接所述进气部，所述出气管连接所述出气部，所述进气管以及所述出气管的包围有隔热结构。
16.根据本实用新型一个方面的一种发动机排气后处理系统，包括喷射器，以及如以上任意一项所述的混合器，所述喷射器安装于所述喷射器安装孔，将还原剂液体向所述流动通道喷洒。
17.在所述排气后处理系统的一个或多个实施例中，所述排气后处理系统包括第一部、第二部以及混合器，所述第一部连接所述混合器的进气部，所述第二部连接所述混合器的出气部，所述第一部、第二部与所述混合器构成u型结构的排气后处理系统。
18.在所述排气后处理系统的一个或多个实施例中，所述第一部包括排气后处理系统的进气口，所述第二部包括排气后处理系统的出气口，所述进气口以及所述出气口为端锥结构；所述第一部、第二部分别与所述混合器通过卡箍连接固定。
19.在所述排气后处理系统的一个或多个实施例中，所述还原剂液体为尿素溶液。
20.本实用新型的进步效果包括但不限于，通过在混合空间内设置内盖限定流动通道，以及流动通道具有缩口段，使得排气与尿素喷雾的气流限定于流动通道并且较高速度下混合，优化了气流与喷射入混合空间的尿素溶液的喷雾之间的混合效果，保证尿素充分水解、热解，减少尿素结晶；采用上述混合器的排气后处理系统氮氧化物处理高效，排放少。
附图说明
21.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：
22.图1是一实施例的发动机排气后处理系统的结构示意图。
23.图2是一实施例的混合器与喷射器的一外部视角的结构示意图。
24.图3是一实施例的混合器与喷射器的另一外部视角的结构示意图。
25.图4是一实施例的混合器的内部结构示意图。
26.图5是一实施例的混合器与喷射器的分解结构示意图。
27.图6是一实施例的混合器的内盖的结构示意图。
28.图7是一实施例的混合器的底座的结构示意图。
29.图8是一实施例的混合器的外盖的结构示意图。
30.附图标记：
31.100-排气后处理系统
32.10-第一部
33.101-doc
34.102-dpf
35.103-进气口
36.20-第二部
37.201-scr催化器
38.202-出气口
39.301、302-卡箍
40.1-混合器
41.2-喷射器
42.3-外盖
43.31-喷射器安装孔
44.32-内层外盖
45.33-第一隔热罩
46.34-第一隔热材料层
47.35-下游段
48.4-底座
49.41-进气部
50.401-第一进气开口
51.402-第二进气开口
52.42-出气部
53.403-出气开口
54.4031-上游边缘区域
55.s-混合空间
56.s1-进气区
57.s2-出气区
58.5-内盖
59.51-第一段
60.511-第一弧形轮廓
61.52-第二段
62.53-第三段
63.531-第二弧形轮廓
64.6-流动通道
65.61-上游开口端
66.62-下游开口端
67.63-缩口段
68.7-进气管
69.8-出气管
70.72、82-隔热材料层
71.73、83-隔热罩
具体实施方式
72.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。
73.需要注意的是，以下描述中如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
74.参考图1至图3所示，在一实施例中，排气后处理系统100包括第一部10、第二部20、以及混合器1，三者构成紧凑的u型结构的排气后处理系统。其中，排气经过第一部10的处理从混合器1的进气部进入混合器，喷射器2将还原剂液体，一般为尿素溶液喷洒入混合器内，排气与尿素在混合器内发生混合，并产生涡旋运动或旋转运动，涡旋的气体从混合器的出气部排出进入第二部20。第一部10可以包括柴油氧化催化器101(diesel oxidation catalyst,doc)，用于处理排气中的未燃碳氢以及一氧化碳，还可以包括柴油氧化催化器101的下游可设置有柴油颗粒捕获器102(diesel particulate filter,dpf)，用于降低排气中的颗粒。第二部20可以包括选择性催化还原(scr)催化器201。如图1所示的，排气后处理系统100位于第一部10的进气口103、位于第二部20的出气口203 均采用端锥结构，气体均匀性较好。柴油颗粒捕获器102、选择性催化还原催化器201与混合器采用卡箍301、302连接固定，便于拆卸，切换，整体尺寸紧凑，接口统一法兰连接，可有效满足装车装配的需求。
75.参考图2至图8，在一实施例中，混合器1包括外盖3、底座4、内盖5。外盖3与底座4包围限定混合器1的混合空间s，如图5所示的，内盖5位于该混合空间s内。如图2、图4以及图5所示的，底座4包括进气部41以及出气部42，混合空间s包括对应进气部41的进气区s1，以及出气部42对应的出气区s2，以及位于进气区s1、出气区s2之间的中间区。如图5以及图6 所示的，内盖5在混合空间s内与底座4包围限定流动通道6，流动通道6从位于进气区s1的流动通道的上游开口端61起向出气区s2延伸至流动通道的下游开口端62，并且流动通道6具有从上游至下游方向截面积缩口的缩口段 63。参考图3、图5、以及图8所示的，外盖3的上游端具有喷射器安装孔31，并且该喷射器安装孔31与流动通道6的上游开口端61相通，在排气后处理系统中，喷射器2安装于喷射器安装孔31，将尿素溶液向流动通道6喷洒，使得排气与喷
洒的尿素喷雾在流动通道6内混合。如此设置的有益效果在于，通过在混合空间内设置内盖限定流动通道，以及流动通道具有缩口段，使得排气与尿素喷雾的气流限定于流动通道并且较高速度下混合，优化了气流与喷射入混合空间的尿素溶液的喷雾之间的混合效果，保证尿素充分水解、热解，减少尿素结晶；采用以上实施例的混合器的排气后处理系统氮氧化物处理高效，排放少。
76.继续参考图4、图5以及图7，在一些实施例中，进气部41的具体结构可以包括第一进气开口401，第一进气开口401相对于进气部41的中心c1为偏心设置，并且第一进气开口401占进气部41的面积为15％-30％。如此设置的有益效果在于，首先采用偏心设置，可以使得从第一进气开口401进入流动通道6的排气在内盖5的引导下旋转加速，并且可以充分包裹尿素的喷束，进一步优化与尿素喷雾的混合效果。即气流在从第一进气开口401进入后由于偏心设置的结构经过一次加速，之后在流动通道6的缩口段63经过第二次加速，气流经过两次加速作用，进一步优化了气流与喷射入混合空间的尿素溶液的喷雾之间的混合效果。其次，第一进气开口401占进气部41的面积为15％-30％，使得具有旋转加速以及包裹喷束的效果的基础上，混合器的背压尽量小。继续参考图5至图7，在一些实施例中，第一进气开口401与流动通道6的相对位置关系可以是，流动通道6的一侧壁与所述底座对应所述第一进气开口的侧边缘的区域连接，直观而言，可以参考图6以及图7，内盖5的侧壁501与第一进气开口401的侧边缘区域4011连接，如此可以使得从第一进气开口401进入的排气沿着内盖5的内壁面被充分引导流动。
77.继续参考图4、图5以及图7，在一个或多个实施例中，进气部41还可以包括第二进气开口402，第一进气开口401与第二进气开口402的进气量的关系为第一进气开口401为主进气口，第二进气开口402为次要进气口，即第一进气开口401的进气量远大于第二进气开口402的进气量，并且第二进气开口 402位于第一进气开口401的下游。设置第二进气开口402的有益效果在于，通过排气从第二进气开口402吹入，既可以防止朝向流动通道6喷洒的尿素喷雾落于底座4，即通过第二进气开口402吹入的排气将原本可能落在底座4的尿素喷雾吹起，防止其过该部分的尿素喷雾过早触壁而导致尿素结晶，同时对底座4以及内盖5存在加热作用，使得尿素喷雾更易于分解、热解，也降低了尿素结晶的风险。如图4、图5以及图7所示的，在一些实施例中，底座4为平板状，第一进气开口401、第二进气开口402均为位于平板的方形开口，如此的有益效果在于，结构简单紧凑，降低加工制造难度以及制造成本。
78.继续参考图4、图5以及图7，在一个或多个实施例中，底座4平板状，出气部42的结构可以是包括位于平板的出气开口403，出气开口403占出气部 42的面积为80％以上。如此的有益效果在于，出气部42的结构简单，易于加工，并且由于出气开口403占出气部42的面积为80％以上，使得混合器的排气背压较小。其原理在于，发明人发现，通过进气口以及流动通道的设置，已经使得排气与尿素喷雾构成的混合气流具备较强的涡旋运动，因此在出气开口的位置无需设置结构复杂的出气开口用于制造较强涡旋运动的混合气流输出至选择性催化还原催化器201，只需简单结构的出气开口即可，如此也可以使得排气背压较小。继续参考图5至图7所示的，内盖5，即流动通道6的延伸长度可以是，内盖5的上游端至少覆盖第一进气开口，流动通道6的下游开口端62延伸至出气开口403的上游边缘区域4031即可，如此可以使得从出气开口403排出进入选择性催化还原催化器201的气流均匀性较好。
79.参考图5、图6所示的，在一些实施例中，内盖5的具体结构可以是包括从上游至下
游依次分布的第一段51、第二段52以及第三段53；其中，第一段 51对应进气区s1，具有第一弧形轮廓511，至少位于第一段51的顶部；第三段53对应出气区s2，具有第二弧形轮廓531。第一段51、第三段53构成的流动通道为等截面积，第二段52构成缩口段63。如此的有益效果在于，首先在第一段51采用等截面以及弧形轮廓，可以使得气流稳定沿着流动通道6的延伸方向前进，至第二段52的缩口结构，可以使得尿素喷雾与高速的气流混合，优化混合效果，降低结晶风险，至第三段53采用等截面以及弧形轮廓，使得混合气流平稳进入选择性催化还原催化器201，并且排气气流与尿素分解产生的还原性成份nh3的混合均匀性较好。
80.参考图5、图8所示的，在一实施例中，外盖3的具体结构可以是包括内层外盖32、第一隔热罩33以及位于两者之间的第一隔热材料层34。如此可以对混合器起到保温作用，有利于尿素喷雾的分解，以及保证混合气流具有适合的温度以利于后续的选择性催化还原反应的过程。另外，如图2、图5所示的，混合器1还可以包括进气管7以及出气管8，进气管7、出气管8的外围分别包围有隔热材料层72、82，以及用于安装隔热材料层72、82的隔热罩73、83 构成的隔热结构。如此也可以使得混合器的保温效果较佳，利于排气与尿素喷雾的混合，防止尿素结晶，以及利于后续的选择性催化还原反应。
81.外盖3的上游端设置有所述喷射器安装孔31，如此可以使得尿素喷束在流动通道6内的喷射距离较长，有效延长尿素的碰壁时间，优化混合效果。外盖 3的下游段35的轮廓为弧形轮廓，如此可以使得从流动通道6的下游端开口 62流出的气流在外盖3的下游段304光滑流动，均匀地从出气开口403排出，进入选择性催化还原催化器201。
82.承上可知，采用上述实施例介绍混合器以及排气后处理系统的有益效果包括但不限于，通过在混合空间内设置内盖限定流动通道，以及流动通道具有缩口段，使得排气与尿素喷雾的气流限定于流动通道并且较高速度下混合，优化了气流与喷射入混合空间的尿素溶液的喷雾之间的混合效果，保证尿素充分水解、热解，减少尿素结晶；采用上述混合器的排气后处理系统氮氧化物处理高效，排放少
83.本实用新型虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。