CN116255229B - 一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及柴油发动机尾气处理技术领域，且公开了一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，包括催化器本体、混合管和排气管，混合管和排气管分别固定在催化器本体的两端，混合管内固定连接有多个均匀分布的导流板，多个导流板将混合管内分割成多个混合腔，多个混合腔内均连接有雾化机构，雾化机构与导流板配合降低混合管内尾气的流速和流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间。该商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，可以对发动机尾气进行扰流改变其流速和流向，且通过改变流速和流向的尾气中喷入尿素，使尿素具有充足的时间溶解分化，提高尿素的分解效率和速度，同时还能够引入处理后的气体稀释尾气。

Description

一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置

技术领域

本发明涉及柴油发动机尾气处理技术领域，具体为一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置。

背景技术

SCR尾气后处理系统主要由催化器、尿素箱、尿素供给单元、尿素喷嘴、氮氧化物传感器、排气温度传感器、环境温度传感器、压差传感器、喷射线管路、压缩空气罐、空气滤等组件组成，其中催化器是SCR尾气后处理系统的另一个核心单元，兼有尾气催化转化和噪音消声两个功能。其内部由三个独立、串联的单元组成，分别是氨扩散器、催化转化器和消声器，扩散器的主要作用是将氨均匀地分布到催化器表面，最终在催化转化器内完成氮氧化物与氨经催化还原反应，其基本工作原理是通过优化柴油发动机缸内燃烧过程，使燃烧废气中的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)及颗粒(PM)等排放物得到有效控制并达到法规的要求，最后对发动机排出尾气中含量较高的氮氧化物(NOX)再利用SCR尾气后处理系统进行处理，以满足法规要求，在后处理过程中，定量给料单元会根据发动机电控单元给出信号使尿素量喷入排气管，尿素分解出的氨与氮氧化物在催化器中经过催化还原反应最后生成无害的氮气和水，其主要部件喷嘴通常安装于催化器前的排气管道内，通过喷射管道与量给料单元相连，将雾化的尿素溶液均匀地喷入发动机排气中，这样将使尿素溶液遇热后分解出的氨能更均匀地分布到排气中，最终在催化器内完成一系列的化学反应，以此起到处理柴油发动机尾气的目的。

目前，喷嘴虽然可以将尿素喷入发动机排气中，但是由于发动机尾气流速较快，使得尿素无法完全受热分解，因此会将雾化的尿素直接送入催化器内，特别是大功率的柴油发动机高速运转时，只能通过增大尿素的喷入量才能保证对尾气中的氮氧化物的处理效率。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，具备可以对发动机尾气进行扰流改变其流速和流向，且通过改变流速和流向的尾气中喷入尿素，使尿素具有充足的时间溶解分化，提高尿素的分解效率和速度，同时还能够引入处理后的气体稀释尾气等优点，解决了发动机尾气流速较快，使得尿素无法完全受热分解，因此会将雾化的尿素直接送入催化器内，特别是大功率的柴油发动机高速运转时，只能通过增大尿素的喷入量才能保证对尾气中的氮氧化物的处理效率的问题。

（二）技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，包括催化器本体、混合管和排气管，所述混合管和排气管分别固定在催化器本体的两端，所述混合管内固定连接有多个均匀分布的导流板，多个所述导流板将混合管内分割成多个混合腔，多个所述混合腔内均连接有雾化机构，所述雾化机构与导流板配合降低混合管内尾气的流速和流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间；

所述排气管的管壁上固定连接有外壳，所述外壳内连接有导流机构，所述导流机构用于将催化器本体内排出的尾气引流至混合管内，降低发动机排入混合管内的尾气浓度，且经过分流后对尾气进行扰流混合。

优选的，所述雾化机构包括导管，所述导管固定在混合管的管壁上，所述导管的下端延伸至雾化管内并固定连接有弯管，所述弯管的一端固定连接有雾化头，所述雾化头为圆柱状且与混合管同轴心设置，所述雾化头的一端开设有凹槽，所述凹槽的槽口处与弯管的管口处固定连接，所述凹槽的侧壁开设有多个侧喷孔，所述雾化头的一端开设有倾斜面，所述倾斜面与凹槽之间开设有多个倾斜设置的斜喷孔；

所述混合管的两端均设有束口部，其中一个所述束口部用于连接发动机排气总管，另一个所述束口部与催化器本体固定连接。

优选的，所述凹槽远离槽口处的一侧设有圆锥结构的导流部，所述导流部与雾化头的轴心处开设有直喷孔。

优选的，所述导管的管壁上固定连接有环形块，所述环形块的侧壁套接有固定套和限位环，所述限位环固定在固定套的内侧，所述混合管的管壁通安装孔与固定套的侧壁固定连接，所述固定套的内侧通过内螺纹连接有螺纹套，所述螺纹套套接在导管的管壁上并固定连接有六棱套，所述限位环的内径大于雾化头的直径。

优选的，所述导流板的中心处开设有过气通道，所述导流板的侧壁沿过气通道周向分布固定有多个斜管，多个所述斜管通过面积大于过气通道的通过面积。

优选的，所述导流机构包括两个壳体，两个所述壳体对称分布在外壳的两端，所述壳体与外壳之间通过圆环同轴心固定连接，所述外壳内设有横轴，所述横轴通过密封轴承与圆环的内侧转动连接，所述横轴的轴壁位于外壳内固定连接有主动涡轮，所述横轴的一端延伸至壳体内并固定连接有从动涡轮；

所述排气管的管壁上设有凸起部，所述排气管的管壁上对称固定连接有两个倾斜设置的导流管，两个所述导流管分别与两个壳体的侧壁固定连接，所述壳体的侧壁固定连接有回流管，所述回流管的一端管口处与混合管的管壁固定连接。

优选的，所述回流管的一端延伸至混合管内并固定连接有分流管，所述分流管分布于多个混合腔内固定连接有导流组件。

优选的，所述导流组件包括歧管，所述歧管的管壁上固定连接有多个支杆，多个所述支杆共同固定连接有一个导流罩，所述导流罩为半球面结构，所述导流罩的一侧开设有直排孔，所述直排孔与歧管同轴心设置且小于歧管的直径，所述导流罩的边缘处开设有多个均匀分布的豁口。

优选的，所述导流罩的内凹面处固定连接有分流罩，所述分流罩为半球面结构，所述分流罩侧壁与直排孔同轴心处开设有圆孔，所述分流罩的边缘处开设有缺口，且两个相邻缺口之间均通过连接部与导流罩的侧壁固定连接。

优选的，所述横轴的轴壁上套接有集风罩，所述集风罩固定在壳体内，所述集风罩的中心处开设有进气口，所述进气口的直径大于横轴的直径。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，具备以下有益效果：

1、本发明在使用的时候，尾气进入到设有多个混合腔的混合管内后与雾化机构喷出的尾气处理剂充分混合，在配合导流板改变混合管内尾气的流速和流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间，因此能够降低因排气速度过快，处理剂与尾气接触时间短，导致处理剂和催化器本体对尾气处理的效率低下的问题，同时在发动机高速运转时，设置在排气管上的导流机构能够利用气流将经过催化器本体处理后的尾气引流至混合管内，以此能降低发动机排入混合管内的尾气浓度，且引入的气体经过分流后对尾气可以进行扰流混合，使尾气处理剂与尾气充分的接触混合。

2、本发明设置有的雾化机构，在使用时通过改变喷射处理剂的方向，使处理剂从多个方向喷出，且多个方向喷出雾化的处理剂能够与尾气形成梯次的接触混合，以此提高处理剂与尾气的混合率，且在导流板的导流作用下实现二次混合扰流，且不影响排气量。

3、本发明设置有的导流机构，通过将处理后的尾气部分回流至混合管内，以此起到稀释发动机尾气浓度的作用，同时还可以与尾气形成混流加速其与处理剂的混合效率，使处理剂与尾气充分的混合进入至催化器本体内被催化，提高处了对发动机尾气的处理效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置结构示意图；

图2为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中混合管的内部结构示意图；

图3为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中图2的平面图；

图4为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中导管、弯管和雾化头的结构示意图；

图5为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置图4中A处的结构放大图；

图6为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中雾化头的剖视图一；

图7为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中雾化头的结构示意图；

图8为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中雾化头的剖视图二；

图9为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中分流管和导流组件的结构示意图；

图10为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中导流组件的结构示意图；

图11为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中导流板的结构示意图；

图12为本发明提出的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置中导流机构的结构示意图。

图中：1、混合管；2、催化器本体；3、回流管；4、导流管；5、壳体；6、外壳；7、排气管；8、凸起部；9、圆环；10、束口部；11、导流板；12、斜管；13、过气通道；14、导管；15、分流管；16、歧管；17、雾化头；18、导流罩；19、螺纹套；20、环形块；21、限位环；22、弯管；23、侧喷孔；24、斜喷孔；25、导流部；26、直喷孔；27、凹槽；28、豁口；29、直排孔；30、分流罩；31、缺口；32、圆孔；33、横轴；34、从动涡轮；35、集风罩；36、主动涡轮；37、固定套；38、六棱套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参照附图1-12,一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，包括催化器本体2、混合管1和排气管7，混合管1和排气管7分别固定在催化器本体2的两端，混合管1内固定连接有多个均匀分布的导流板11，导流板11的中心处开设有过气通道13，导流板11的侧壁沿过气通道13周向分布固定有多个斜管12，多个斜管12通过面积大于过气通道13的通过面积，过气通道13的通过面积小于束口部10的通过面积，多个导流板11将混合管1内分割成多个混合腔，多个混合腔内均连接有雾化机构，雾化机构与导流板11配合降低混合管1内尾气的流速并改变流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间，同时通过改变流向使尾气与尾气处理剂充分混合反应；

排气管7的管壁上固定连接有外壳6，外壳6内连接有导流机构，导流机构用于将催化器本体2内排出的尾气引流至混合管1内，降低发动机排入混合管1内的尾气浓度，且经过分流后对尾气进行扰流混合。

本发明在使用的时候，按照图1所示的结构将混合管1和排气管7按照在催化器本体2的两端，使装置安装于SCR尾气后处理系统内，并按要求在相应位置安装传感器组件（此技术在生活中已被广泛用于，本领域及技术人员已经知晓，故不再做过多赘述），尾气进入到混合管1内的多个混合腔内后与雾化机构喷出的尾气处理剂（尿素）充分混合，之后进入到催化剂本体2内进行催化，之后在从排气管7内排出，由于雾化机构设置在多个混合腔内，且导流板11与雾化机构配合能够改变混合管1内尾气的流速和流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间，因此能够避免因排气速度过快，特别是发动机高速运转时，处理剂与尾气接触时间短，导致混合不充分无法在催化器本体2内充分的发生化学反应，降低处理剂和催化器本体2对尾气处理的效率，同时在发动机高速运转时，设置在排气管7上的导流机构能够利用气流将经过催化器本体2处理后的尾气引流至混合管1内，以此能降低发动机排入混合管1内的尾气浓度，且引入的气体经过分流后对尾气可以进行扰流混合，使尾气处理剂与尾气充分的接触混合；

此外在导流板11的作用下，尾气进入到混合管1内后，一部分尾气从过气通道13中通过，另外由于过气通道13的通过面积小于束口部10的通过面积，因此多出的尾气通过多个斜管12通过，此时由于斜管12的结构限制作用，使部分气体穿过斜管12后倾斜喷出，进而在穿过导流板11后再次实现与过气通道13内直向的尾气在一下一个混合腔内进行扰流混合，且以此通过步骤依次经过多个混合腔，从而可以起到充分扰流混合的作用。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

参照附图2-11,雾化机构包括导管14，导管14固定在混合管1的管壁上，导管14的管壁上固定连接有环形块20，环形块20的侧壁套接有固定套37和限位环21，限位环21固定在固定套37的内侧，混合管1的管壁通安装孔与固定套37的侧壁固定连接，固定套37的内侧通过内螺纹连接有螺纹套19，螺纹套19套接在导管14的管壁上并固定连接有六棱套38，限位环21的内径大于雾化头17的直径，导管14的下端延伸至雾化管内并固定连接有弯管22，弯管22的一端固定连接有雾化头17，雾化头17为圆柱状且与混合管1同轴心设置，雾化头17的一端开设有凹槽27，凹槽27的槽口处与弯管22的管口处固定连接，凹槽27的侧壁开设有多个侧喷孔23，雾化头17的一端开设有倾斜面，倾斜面与凹槽27之间开设有多个倾斜设置的斜喷孔24，凹槽27远离槽口处的一侧设有圆锥结构的导流部25，导流部25与雾化头17的轴心处开设有直喷孔26，混合管1的两端均设有束口部10，其中一个束口部10用于连接发动机排气总管，另一个束口部10与催化器本体2固定连接。

本发明设置有的雾化机构，在使用时将处理剂输送管与导管14连接，处理剂经过导管14和弯管22进入到凹槽27内，凹槽27内的液压升高后，处理剂经过三部分喷洒在混合腔内，其一，经过直喷孔26喷出直向雾化的处理剂，此时处理剂雾化方向与混合管1内的尾气流向相反，此时雾化的处理剂在混合管1内与尾气形成正面对冲，其二，经过斜喷孔24喷出斜向雾化的处理剂，此时处理雾化后在混合管1内与尾气形成斜向对冲，其三，经过侧喷孔23喷出侧向雾化的处理剂，此时雾化的处理剂在混合管1内与尾气形成垂直对冲，此时可以利用尾气直接带走雾化后的处理剂，进而能够使得处理剂能够从多个方向喷出，且多个方向喷出雾化的处理剂能够与尾气形成梯次的接触混合，以此提高处理剂与尾气的混合率，且在导流板11的导流作用下实现二次混合扰流，且不影响排气量。

实施例3：基于实施例1有所不同的是；

参照附图2、图3和图12,导流机构包括两个壳体5，两个壳体5对称分布在外壳6的两端，壳体5与外壳6之间通过圆环9同轴心固定连接，外壳6内设有横轴33，横轴33通过密封轴承与圆环9的内侧转动连接，横轴33的轴壁位于外壳6内固定连接有主动涡轮36，横轴33的一端延伸至壳体5内并固定连接有从动涡轮34；

排气管7的管壁上设有凸起部8，排气管7的管壁上对称固定连接有两个倾斜设置的导流管4，两个导流管4分别与两个壳体5的侧壁固定连接，壳体5的侧壁固定连接有回流管3，回流管3的一端管口处与混合管1的管壁固定连接，横轴33的轴壁上套接有集风罩35，集风罩35固定在壳体5内，集风罩35的中心处开设有进气口，进气口的直径大于横轴33的直径；

回流管3的一端延伸至混合管1内并固定连接有分流管15，分流管15分布于多个混合腔内固定连接有导流组件，导流组件包括歧管16，歧管16的管壁上固定连接有多个支杆，多个支杆共同固定连接有一个导流罩18，导流罩18为半球面结构，导流罩18的一侧开设有直排孔29，直排孔29与歧管16同轴心设置且小于歧管16的直径，导流罩18的边缘处开设有多个均匀分布的豁口28，导流罩18的内凹面处固定连接有分流罩30，分流罩30为半球面结构，分流罩30侧壁与直排孔29同轴心处开设有圆孔32，分流罩30的边缘处开设有缺口31，且两个相邻缺口31之间均通过连接部与导流罩18的侧壁固定连接。

本发明设置有的导流机构，在使用时，排气管7内排出的处理后的尾气形成高速气流，此时气流推动主动涡轮36使横轴33带动从动涡轮34高速旋转，从动涡轮34高速旋转时推动壳体5内的气体流动，气体流动后从导流管4内直接吸入经过催化器本体2处理后的尾气，此时气体在从动涡轮34的输送作用下经过回流管3进入到分流管15内，此时分流管15内的气体从气管16内喷出，此时喷出的气体一部分从导流罩18的表面直接被分流出，另一部分经过直排孔29直接排入分流罩30内，此时气流撞击在分流罩30表面，此时部分气流经过圆孔32排出，另一部分则在分流罩30的阻挡下从缺口31内排出，进而能够将引入的气流在混合管1内分散至多个方向与尾气进行混合，以此可以降低尾气的浓度，且可以与尾气形成混流加速其与处理剂的混合效率，使处理剂与尾气充分的混合进入至催化器本体2内被催化，提高处了对发动机尾气的处理效率。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，包括催化器本体（2）、混合管（1）和排气管（7），所述混合管（1）和排气管（7）分别固定在催化器本体（2）的两端，其特征在于：所述混合管（1）内固定连接有多个均匀分布的导流板（11），多个所述导流板（11）将混合管（1）内分割成多个混合腔，所述导流板（11）的中心处开设有过气通道（13），所述导流板（11）的侧壁沿过气通道（13）周向分布固定有多个斜管（12），多个所述斜管（12）通过面积大于过气通道（13）的通过面积，多个所述混合腔内均连接有雾化机构，所述雾化机构包括导管（14），所述导管（14）固定在混合管（1）的管壁上，所述导管（14）的下端延伸至雾化管内并固定连接有弯管（22），所述弯管（22）的一端固定连接有雾化头（17），所述雾化头（17）为圆柱状且与混合管（1）同轴心设置，所述雾化头（17）的一端开设有凹槽（27），所述凹槽（27）的槽口处与弯管（22）的管口处固定连接，所述凹槽（27）的侧壁开设有多个侧喷孔（23），所述雾化头（17）的一端开设有倾斜面，所述倾斜面与凹槽（27）之间开设有多个倾斜设置的斜喷孔（24）；

所述混合管（1）的两端均设有束口部（10），其中一个所述束口部（10）用于连接发动机排气总管，另一个所述束口部（10）与催化器本体（2）固定连接，所述雾化机构与导流板（11）配合降低混合管（1）内尾气的流速和流向，增加尾气处理剂与尾气的混合时间；

所述排气管（7）的管壁上固定连接有外壳（6），所述外壳（6）内连接有导流机构，所述导流机构包括两个壳体（5），两个所述壳体（5）对称分布在外壳（6）的两端，所述壳体（5）与外壳（6）之间通过圆环（9）同轴心固定连接，所述外壳（6）内设有横轴（33），所述横轴（33）通过密封轴承与圆环（9）的内侧转动连接，所述横轴（33）的轴壁位于外壳（6）内固定连接有主动涡轮（36），所述横轴（33）的一端延伸至壳体（5）内并固定连接有从动涡轮（34）；

所述排气管（7）的管壁上设有凸起部（8），所述排气管（7）的管壁上对称固定连接有两个倾斜设置的导流管（4），两个所述导流管（4）分别与两个壳体（5）的侧壁固定连接，所述壳体（5）的侧壁固定连接有回流管（3），所述回流管（3）的一端管口处与混合管（1）的管壁固定连接，所述导流机构用于将催化器本体（2）内排出的尾气引流至混合管（1）内，降低发动机排入混合管（1）内的尾气浓度，且经过分流后对尾气进行扰流混合。

2.根据权利要求1所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述凹槽（27）远离槽口处的一侧设有圆锥结构的导流部（25），所述导流部（25）与雾化头（17）的轴心处开设有直喷孔（26）。

3.根据权利要求1所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述导管（14）的管壁上固定连接有环形块（20），所述环形块（20）的侧壁套接有固定套（37）和限位环（21），所述限位环（21）固定在固定套（37）的内侧，所述混合管（1）的管壁通安装孔与固定套（37）的侧壁固定连接，所述固定套（37）的内侧通过内螺纹连接有螺纹套（19），所述螺纹套（19）套接在导管（14）的管壁上并固定连接有六棱套（38），所述限位环（21）的内径大于雾化头（17）的直径。

4.根据权利要求1所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述回流管（3）的一端延伸至混合管（1）内并固定连接有分流管（15），所述分流管（15）分布于多个混合腔内固定连接有导流组件。

5.根据权利要求4所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述导流组件包括歧管（16），所述歧管（16）的管壁上固定连接有多个支杆，多个所述支杆共同固定连接有一个导流罩（18），所述导流罩（18）为半球面结构，所述导流罩（18）的一侧开设有直排孔（29），所述直排孔（29）与歧管（16）同轴心设置且小于歧管（16）的直径，所述导流罩（18）的边缘处开设有多个均匀分布的豁口（28）。

6.根据权利要求5所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述导流罩（18）的内凹面处固定连接有分流罩（30），所述分流罩（30）为半球面结构，所述分流罩（30）侧壁与直排孔（29）同轴心处开设有圆孔（32），所述分流罩（30）的边缘处开设有缺口（31），且两个相邻缺口（31）之间均通过连接部与导流罩（18）的侧壁固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种商用车大功率柴油发动机尾气处理装置，其特征在于：所述横轴（33）的轴壁上套接有集风罩（35），所述集风罩（35）固定在壳体（5）内，所述集风罩（35）的中心处开设有进气口，所述进气口的直径大于横轴（33）的直径。