[实用新型]一种SCR反应剂与发动机排气混合装置

说明书

本实用新型涉及一种SCR反应剂与发动机排气混合装置，包括套筒、反应剂喷嘴、第一混合室、混合流道、第一径向隔板、第二混合室，其特征在于，所述混合流道由多个子流道组成，位于所述套筒内部，所有子流道的中心线与所述套筒中心线大致平行，每个子流道在其端部通过连接孔与所述第一混合室或者一个相邻的子流道或者所述第二混合室连通，从而排气从第一混合室依次经过每一个子流道后进入第二混合室，子流道中的排气流向，有的沿着套筒中心线的正向，有的沿着套筒中心线的反向。

技术领域

本实用新型属于发动机排气后处理技术领域，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。

背景技术

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NO_x等污染物进行催化处理的SCR(Selective Catalytic Reduction)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NO_x还原反应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＝DieselExhaust Fluid，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NO_x等发生催化还原反应，使NO_x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NO_x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NO_x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。

为了保证尿素液快速蒸发并热解为有效的NO_x还原气体——氨气，同时在进入下游的 SCR催化器时混合均匀一致，混合流动路径必须足够长，以为尿素液蒸发热解混合提供足够的时间和空间，这样势必要增加催化器的长度，使催化器在车上搭载受到空间尺寸限制，难以布置。特别是在排放法规越来越严格、包括柴油机氧化催化器(DOC)、排气颗粒物过滤器 (DPF)和SCR催化器在内的催化器越来越多的前提下，催化器封装尺寸问题越来越突出。所以如何在尽可能小的空间和尺度内实现尿素液及氨气与发动机排气的均匀混合，是发动机排气后处理系统设计的一大难题。