发动机排气SCR系统的反应剂排气混合装置制造方法及图纸

一种SCR系统的反应剂排气混合装置，包括一个反应剂喷嘴，一个排气混合管，一个反射板，一个混合器，其特征在于：所述排气混合管为直管，所述混合器和反射板位于排气混合管内，混合器与排气管同轴安装固定，反射板位于混合器上游且与排气管轴线大致平行固定，在所述排气混合管上、位于混合器上游的位置设有喷嘴安装面，所述喷嘴安装面与排气混合管轴线成斜角，所述反应剂喷嘴安装在所述喷嘴安装面上，喷射出的反应剂射流方向与排气混合管内的排气流动方向成斜角，锥状发散的射流喷向所述混合器和反射板。

【技术实现步骤摘要】
发动机排气SCR系统的反应剂排气混合装置
本专利技术属于发动机排气后处理
，具体涉及发动机排气选择性还原（SCR）技术的还原剂与发动机排气的混合装置。
技术介绍
随着环境问题的日益突出，节能减排已经成为车辆及发动机的永无止境的要求，为此，各国都出台了一系列的车辆排放标准，并且越来越严格。对此，以内燃机为动力的车辆需要安装排放后处理系统以求满足排放要求。例如，目前主要用于对柴油发动机尾气中NOx等污染物进行催化处理的SCR（SelectiveCatalyticReduction）技术等已经成为柴油车辆等必需使用的技术。SCR技术需要将还原剂定量喷射进柴油机排气中，与排气混合后进入SCR催化转换器。还原剂有32.5%重量浓度的尿素水溶液（也叫柴油排气处理液DEF=DieselExhaustFluid，或者添蓝液AdBlue），或者氨气。DEF在排气中通过排气高温分解出的氨气，或者直接喷射出的气态氨气，在与发动机排气混合后进入SCR催化器，在催化剂的作用下，氨气就会与发动机排气中的NOx等发生催化还原反应，使NOx分解为无害的N2、H2O。如果还原反应剂不能够与排气均匀混合，那么SCR催化器中氨气与NOx比值（氨氮比）就会很不均匀，结果部分催化器单元可能会有多余的氨气泄露到尾气中，而部分催化器单元因为缺乏氨气而难以使NOx得到有效降解。另一方面，液体的DEF喷射到发动机排气管后，如果不能够快速热解为氨气并与排气混合均匀，则可能因为其他物理化学变化而变成固态结晶体残留在排气管内，长时间积累就会堵塞发动机排气管，使发动机性能严重恶化。DEF在排气管内的结晶，受很多因素的影响，最主要的是温度和两相流流动速度。温度决定化学反应生成物，流动速度决定生成物中的固态结晶体是否会积累在管道内部。现有的SCR技术，都要想方设法使喷出的反应剂与发动机排气混合均匀，为此有采用压缩空气雾化喷射DEF的气助SCR系统，也有依靠压力喷射雾化DEF的非气助SCR系统，也有直接喷射氨气的固态氨SCR系统。但由于结构尺寸的限制，做到绝对理想均匀混合的方案是不存在的，特别是非气助的SCR系统，喷雾粒径较大，喷雾分布又有自己的特性，需要设计专门的混合装置防止结晶并实现混合均匀。例如有的方案是故意把排气管折弯，在弯管处安装DEF喷嘴，并设置混合器，液体喷雾首先喷射到混合器上。不过这给排气管布置带来限制，排气管制造成本也会增加。如果在直管的排气管上直接安装DEF喷嘴，必然只能是：要么斜向喷射，喷雾就很难均匀射向混合器，结果结晶风险就会增加，氨氮比均匀度也比较低；要么把喷嘴深入到排气管内部中心附近，但这会导致位于排气管内部的喷嘴受热严重，不仅喷嘴容易损坏，并且结构变复杂，更关键的是还在反应剂为DEF时很可能导致喷嘴内部的DEF过早失去水分而产生尿素结晶，堵塞喷嘴。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，之目的在于提供一种能够降低发动机排气管内结晶风险、提高反应剂与排气混合均匀度的SCR排气混合装置，同时降低SCR系统成本。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种SCR系统的反应剂排气混合装置，包括一个反应剂喷嘴，一个排气混合管，一个反射板，一个混合器，其特征在于：所述排气混合管为直管，所述混合器和反射板位于排气混合管内，混合器与排气管同轴安装固定，反射板位于混合器上游且与排气管轴线大致平行固定，在所述排气混合管上、位于混合器上游的位置设有喷嘴安装面，所述喷嘴安装面与排气混合管轴线成斜角，所述反应剂喷嘴安装在所述喷嘴安装面上，喷射出的反应剂射流方向与排气混合管内的排气流动方向成斜角，锥状发散的射流喷向所述混合器和反射板。根据上述技术方案，尽管反应剂射流只能够斜向喷到混合器，并且因为反应剂射流可能具有较大的扩散锥角，一般只是上半部分反应剂可以直接到达混合器上，但下半部分的反应剂会先碰撞反射板，经过反射回弹再到达混合器，从而防止了下半部分反应剂过分集中到混合管的下部壁面。过渡集中在下部壁面的反应剂，即使流过混合器后，也会造成较大的反应剂分布不均匀。尤其是DEF液体反应剂，还存在增大结晶的风险，原因在于：碰撞混合管管壁过多的DEF，必然对管壁产生强烈的冷却，而外管壁本来就因为散热大而温度比排气温度低，致使反应剂碰壁部位的局部温度偏低，DEF热解为氨气的速度大幅降低，形成结晶物质的化学反应时间就会加长，而又因为壁面附近的边界层影响，总有部分流动速度很低，结晶颗粒物就难以被气流吹走，所以结晶风险增加。DEF受发动机排气或排气管壁面加热后，首先会失去水分析出尿素结晶颗粒，但如果温度足够高，即高于尿素的气化温度，则不会出现尿素结晶颗粒而直接成为气态尿素。高温尿素和水蒸气反应就会热解为氨气和二氧化碳。同时，尿素也会进行其他化学反应，生成缩二脲、三聚氰酸、三聚氰胺等结晶体，不过这些反应的速度要比尿素热解为氨气的速度慢，在DEF不接触较低温度固体壁面时，结晶体不会积累。在两相流流速足够大时，结晶体即使形成也会随排气流走，也不会积累。因此，本专利技术的技术方案，通过处于排气中部的温度较高的反射板防止了反应剂直接喷射到混合管管壁上，同时防止了相当大部分的反应剂累积在混合管局部管壁上造成的严重分布不均匀，反射后到达混合器的反应剂比较均匀地分布在混合器上，再经过混合器混合，在混合器下游的排气混合管内的排气反应剂就能够达到混合均匀。下面的技术方案，对本专利技术作进一步的限定或优化。所述喷嘴射流中心线与所述排气混合管中心线相交，所形成的平面将反射板和混合器分成左右对称两部分，所述喷嘴喷口中心点与所述反射板的后沿连线的虚拟延长线，与所述混合器的交点位于混合器的最下部位，这样喷嘴喷出的反应剂就完全不会直接喷到混合管底部壁面，所有的反应剂分成两部分，一大部分直接喷向混合器，另一小部分喷向反射板经过反射后到达混合器。进一步，结构设计上，所述喷嘴安装位置靠近安装面与排气混合器交线一端，喷嘴喷射形成的射流锥，在到达混合器或者反射板之前，完全处于自由状态，不受任何固体壁面阻挡。这是为了防止喷嘴射流先喷到别的壁面，特别是温度较低的壁面，例如喷嘴安装面所处的凹坑的周围壁面，以避免不必要的反应剂集中分布或结晶。为了防止在反射板背面出现滞流区，从而导致结晶积累，更优的技术方案是将所述反射板或反射板有效接收反应剂喷雾的后半段（排气流出口端）向下面（喷嘴反向一侧混合管管壁方向）弯折一定角度，弯折角不大于15°。为减小反射板上的射流反射到侧面混合管后再次聚集到温度比较低的壁面夹角处，反射板的反射段（后半段）设计成不与任何固体壁面接触的悬空舌头形状，以减小反射板向混合管壁面的散热，提高反射板的温度，而反射板的前半段与排气混合管固定。可采用焊接等方法固定，其方向与排气混合管轴线可成一5°以内的角度，前高后低，前端更靠近喷嘴一侧,即排气流入口端高点，出口端低。这同样是为防止在反射板背面及其与管壁交接处因为流动滞止而长出结晶。所述反射板厚度不大于3mm，后端，或者后端和前端，从上面即喷嘴一侧倒角成刀口。这也有利于喷射到反射板的DEF液体从刀口完全脱离反射板，而不会因为毛细现象扩散到反射板背面去形成结晶。本专利技术的有益效果是：在采用结构简单安装布置方便的直筒型排气混合管时，降低发动机排气管内结晶风险、提高反应剂与排气混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SCR系统的反应剂排气混合装置，包括一个反应剂喷嘴，一个排气混合管，一个反射板，一个混合器，其特征在于：所述排气混合管为直管，所述混合器和反射板位于排气混合管内，混合器与排气管同轴安装固定，反射板位于混合器上游且与排气管轴线大致平行固定，在所述排气混合管上、位于混合器上游的位置设有喷嘴安装面，所述喷嘴安装面与排气混合管轴线成斜角，所述反应剂喷嘴安装在所述喷嘴安装面上，喷射出的反应剂射流方向与排气混合管内的排气流动方向成斜角，锥状发散的射流喷向所述混合器和反射板。

【技术特征摘要】
1.一种SCR系统的反应剂排气混合装置，包括一个反应剂喷嘴，一个排气混合管，一个反射板，一个混合器，其特征在于：所述排气混合管为直管，所述混合器和反射板位于排气混合管内，混合器与排气管同轴安装固定，反射板位于混合器上游且与排气管轴线大致平行固定，在所述排气混合管上、位于混合器上游的位置设有喷嘴安装面，所述喷嘴安装面与排气混合管轴线成斜角，所述反应剂喷嘴安装在所述喷嘴安装面上，喷射出的反应剂射流方向与排气混合管内的排气流动方向成斜角，锥状发散的射流喷向所述混合器和反射板。2.如权利要求1所述的SCR系统的反应剂排气混合装置,其特征在于：所述喷嘴射流中心线与所述排气混合管中心线相交，所形成的平面将反射板和混合器分成左右对称两部分，所述喷嘴喷口中心点与所述反射板的后沿连线的虚拟延长线，与所述混合器的交点位于混合器的最下部位，这样喷嘴喷出的反应剂就完全不会直接喷到混合管底部壁面，所有的反应剂分成两部分，一大部分直接喷向混合器，另一小部分喷向反射板经过反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延相，张平，郑远师，李伟，谈秉乾，
申请(专利权)人：浙江福爱电子有限公司，无锡恒和环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33