[发明专利]一种SCR混合排气装置

说明书

本发明提供了一种SCR排气混合装置，包括由外圆筒、内圆筒、入口隔板、流道隔板、出口隔板、导流板和筛孔板所构成的SCR排气混合装置。发动机排气与尿素喷雾经混合气入口进入由外圆筒、内圆筒、入口隔板、出口隔板构成的周向流道，先后通过设置在内圆筒上的内筒连通流口和导流孔进入内圆筒内部的圆柱形流道。本发明能够有效控制混合器轴向尺寸，提高排气混合均匀性，降低排气管内结晶风险，降低SCR系统成本，满足国六后处理系统的要求。

技术领域

本申请属于发动机排气后处理技术领域，具体涉及一种SCR排气混合装置。

背景技术

重型柴油车污染物排放国六标准已经出台。6a阶段中城市车辆实施时间为2020年7月，所有车辆实施时间为2021年7月。SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)技术是国六重型柴油车降低NOx排放的必然选择，特别是“无EGR”路线下，SCR对No_x的平均转化效率要求高达95％以上。柴油车国六后处理系统必须包括DOC(Diesel OxidationCatalyst，柴油氧化型催化剂)、DPF(Diesel Particulate Filter，柴油颗粒捕集器)和SCR系统，由于车上空间的限制，再加上国六排放限值的高要求，后处理系统，特别是SCR系统遇到了新的挑战。为满足SCR高效率和低氨泄漏要求，喷射的反应剂(一般为液态尿素水溶液)在进入SCR催化器前的流体速度均匀性和NH₃的分布均匀性必须得到保证，同时系统压降损失和尺寸还要尽可能减小。

SCR通过向排气管中喷入一定量的尿素水溶液，经过雾化、蒸发、热解和水解过程得到还原剂NH₃，NH₃在催化器表面选择性地将污染物No_x还原成N₂，从而减少了尾气中No_x的含量。SCR入口的NH₃分布的均匀性对No_x转化率和载体寿命有重要的影响。NH₃分布不均匀会导致局部载体NH₃过多，低温下易在金属和载体表面形成结晶，严重时会堵塞排气管，导致发动机动力性下降，还会引起NH₃泄漏的发生。而在NH₃稀少区域则造成NOx转化效率过低。随着NH₃均匀性的提高，SCR转化效率增加，NH₃泄漏减少。长时间的NH₃分布不均匀会导致催化器老化程度不均匀，从而影响催化器的整体寿命和SCR系统的性能。尿素液滴的不均匀分布会造成局部温度过低、尿素浓度过高，温度变化的不均匀容易使载体受热不均匀从而膨胀不均匀最终产生应力导致其破碎。

在柴油机后处理中，引起背压升高的主要是DPF和SCR混合器，随着碳烟颗粒在DPF孔道内不断被捕集，DPF阻力特性增加，当总背压超过一定值后，发动机性能就会恶化。SCR混合器的设计需要考虑多种因素的影响，不仅要求压力损失小、能够提高SCR转化效率，还对尺寸的紧凑性、加工的方便性、使用安装的灵活性、使用的机械耐久性、材料耐腐蚀性等有较高要求。

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，由于结构和尺寸的限制，反应剂与发动机排气无法达到绝对理想的混合状态。一般的优化方法是通过设计专门的混合装置，并让反应剂与排气混合足够长的时间后再进入SCR催化单元。加长混合管长度的方法虽然最为简单有效，但这对整车布置提出了更高的要求，同时也会增加排气管的制造成本。如何在尽可能短的排气管中实现反应剂与排气充分快速混合，同时降低反应剂在排气管内的结晶风险，减小混合器结构对排气背压的影响，就成为了SCR系统能否成功应用的关键问题之一。

本文开发了一种新型SCR排气混合装置，目标是有效控制混合器轴向尺寸，提高排气混合均匀性，降低排气管内结晶风险，降低SCR系统成本，满足国六后处理系统的要求。

发明内容