尾气后处理系统
技术领域
本申请涉及一种尾气后处理系统，用于处理发动机、尤其是柴油发动机排放的尾气。
背景技术
发动机尾气中包含有害成分。为了降低尾气中有害成分的排放量，各式各样的后处理技术被研制出来。典型的用于柴油发动机的尾气后处理系统包括柴油氧化催化器(DOC)、选择性催化还原器(SCR)和柴油颗粒捕集器(DPF)。DOC、SCR和DPF沿尾气流动方向串联布置。
对于小型柴油车辆，这样的尾气后处理系统可以构造成尾气后处理箱的形式。为了减小尾气后处理箱的尺寸，SCRoF技术被提出，其中SCR被集成于DPF。对于大型柴油车辆来说，尾气后处理系统尺寸较大，难以构造成尾气后处理箱的形式。为此，U形尾气后处理系统被提出。这种尾气后处理系统尺寸比尾气后处理箱小，并且布置更为灵活。
在尾气后处理系统中，DOC与SCR之间存在一个混合室，尿素溶液被喷射到流经该混合室的尾气中。希望尿素能够充分蒸发并均匀地混合在尾气中，从而确保尾气在SCR中发生充分的催化还原反应。
实用新型内容
本申请的一个目的是提供一种用于发动机尾气的后处理系统，其能够提高还原剂在尾气中的混合均匀度。
为此，本申请在其一个方面提供了一种尾气后处理系统，用于处理发动机尾气，其包括：
第一分支，其包含氧化催化器和颗粒捕集器；
第二分支，其包含选择性催化还原器；
连接在第一分支和第二分支之间的混合室；
还原剂喷射器，其在靠近第一分支的那一侧面对着混合室布置，用于向混合室中喷射还原剂；以及
混合器，其固定在混合室中，所述混合器包括板体，所述板体上开设有多个开口，用于使混合有还原剂的尾气流流经这些开口；
其中，所述开口中的至少一些带有从所述板体倾斜延伸出来的翼片，所述翼片构造成干扰尾气流流经这些开口。
根据一种可选实施方式，所述混合室包括与第一分支的出口大致面对的第一部分和与第二分支的入口大致面对的第二部分；所述混合器在所述混合室中布置在与所述第一分支的面向第二分支的部位对应的位置处；或者，所述混合器布置在所述混合室的第一部分与第二部分之间的位置处。
根据一种可选实施方式，所述翼片包括朝向还原剂喷射器那一侧从所述板体倾斜延伸出来的翼片；和/或，所述翼片包括背对还原剂喷射器那一侧从所述板体倾斜延伸出来的翼片。
根据一种可选实施方式，各翼片具有相同的斜度；或者，一些翼片的斜度与另一些翼片不同。
根据一种可选实施方式，所述翼片包括在所述板体的横向两侧部分上彼此对称设置的两组翼片。
根据一种可选实施方式，所述板体为与所述第一分支的面向第二分支的部位大致对应的曲面形，其凹面朝向还原剂喷射器那一侧。
根据一种可选实施方式，所述混合器还包括从所述板体伸出的用于固定在混合室内侧上的部位。
根据一种可选实施方式，所述尾气后处理系统还包括导流板，其面对着所述第一分支的出口安装在所述混合室中，所述导流板包括板体，所述板体中开设有多个离散的通孔，所述通孔中的一个或多个带有导流用的翼片。
根据一种可选实施方式，所述导流板的至少一个部位插入所述混合器的板体中形成的狭缝中，以有助于所述导流板与所述混合器之间的定位。
根据一种可选实施方式，所述尾气后处理系统还包括混合板，其面对着所述第二分支的入口安装在所述混合室中，所述混合板中形成有多个均布的开口。
根据一种可选实施方式，所述混合器为第一混合器，所述尾气后处理系统还包括第二混合器，其相对于混合室中尾气流动方向在第一混合器的下游固定在混合室中，所述第二混合器包括板体，所述板体上开设有多个开口。
根据一种可选实施方式，所述第二混合器的开口中的至少一些带有构造成干扰尾气流流经这些开口的翼片。
根据一种可选实施方式，所述第二混合器的翼片包括朝向还原剂喷射器那一侧从所述第二混合器的板体倾斜延伸出来的翼片；和/或所述第二混合器的翼片包括背对还原剂喷射器那一侧从所述第二混合器的板体倾斜延伸出来的翼片。
根据一种可选实施方式，所述第二混合器的各翼片具有相同的斜度；或者，一些翼片的斜度与另一些翼片不同。
根据一种可选实施方式，所述第二混合器的翼片包括在所述第二混合器的板体的横向两侧彼此对称设置的两组翼片。
根据一种可选实施方式，所述第二混合器的板体为与所述第二分支的面向第一分支的部位大致对应的曲面形，其凸面朝向还原剂喷射器那一侧。
根据一种可选实施方式，沿混合室中的尾气流动方向看，第二混合器上的各开口与第一混合器上的相应开口对准；或者，沿混合室中的尾气流动方向看，第二混合器上的开口中的至少一些不与第一混合器上的任何开口完全对准。
根据一种可选实施方式，所述第一分支、第二分支和混合室配置成使得尾气沿第一方向由第一分支进入混合室，在混合室中沿着与第一方向不同的第二方向流动，然后沿着与第二方向不同的第三方向从混合室进入第二分支。
根据本申请，在混合室中布置了混合器，用于将尾气流分成多股气流，使得还原剂在尾气中的混合更为均匀，从而在选择性催化还原器中发生更充分的催化还原反应。此外，氧化催化器和颗粒捕集器占据尾气后处理系统的一个分支，而选择性催化还原器自己占据尾气后处理系统的另一个分支，因而选择性催化还原器可以设计得具有更大的尺寸，使得催化还原反应更加充分。本申请能够更高效地去除尾气中的有害成分，以满足更高的尾气排放标准。
附图说明
本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所做的详细介绍而被更完整地理解和了解，其中：
图1是根据本申请的一种可行实施方式的尾气后处理系统的剖视图；
图2是图1中的尾气后处理系统的立体图；
图3、4分别是该尾气后处理系统中的导流板的透视图和正视图；
图5、6分别是该尾气后处理系统中的混合板的透视图和正视图；
图7、8分别是该尾气后处理系统中的混合器的透视图和正视图；
图9是根据本申请的另一种可行实施方式的尾气后处理系统的剖视图；
图10是图9中的尾气后处理系统中的附加混合器的透视图。
具体实施方式
本申请总体上涉及一种尾气后处理系统，其典型地适合用于处理柴油发动机的尾气；然而，该尾气后处理系统也可适用于其它类型的发动机(系统中的一些部件可能需要相应地改动)。
图1、2中示出了根据本申请的一种可行实施方式的尾气后处理系统。该尾气后处理系统主要包括第一分支1、第二分支2，二者之间通过混合室3连接。还原剂喷射器4靠近第一分支1的那一侧面对着混合室3布置，用于向混合室3中喷射还原剂(例如，尿素的水溶液)。还原剂在混合室3雾化并且混合到尾气流中。
第一分支1和第二分支2可以布置在混合室3的同一侧，并且具有大致平行的中心轴线，如图1、2中所示。这样的尾气后处理系统可以称作U形尾气后处理系统。当然，根据尾气后处理系统上下游相关元件的布局，第一分支1和第二分支2的中心轴线可以不相互平行，而是可以相互成一定角度布置。根据一种可行构型，第一分支1和第二分支2可以在混合室3的相反两侧，朝向彼此相反的方向延伸，其中第一分支1和第二分支2的中心轴线可以相互平行或者成一定角度。
第一分支1中包括串联布置的氧化催化器5和颗粒捕集器6，颗粒捕集器6位于氧化催化器5的下游。
第一分支1还设有进口7，用于将尾气引入尾气后处理系统中。第一分支1可以设置在任何易于与位于尾气后处理系统上游侧的元件连接的方向上。
第二分支2中包括选择性催化还原器8。第二分支2在轴向上的长度可以大致等于或略小于第一分支1的轴向长度。
同传统技术中将氧化催化器布置在尾气后处理系统的第一分支中、将颗粒捕集器和选择性催化还原器布置在第二分支中的方案相比，本申请的方案中第二分支2中仅需布置选择性催化还原器8，因此选择性催化还原器8可以具有增大的轴向尺寸，从而提供更大的选择性催化还原能力。同时，由于选择性催化还原器8具有充分大的轴向尺寸，因此其径向尺寸可以减小。
第二分支2还设有出口9，用于将尾气后处理系统处理过的尾气排出。出口9可以设置在任何易于与位于尾气后处理系统下游侧的元件连接的方向上。
混合室3衔接于第一分支1和第二分支2之间，并且可以大体上沿着与第一分支1和第二分支2的中心轴线相贯、例如垂直的方向(纵向)延伸。构成混合室3的结构主要包括侧壁10、端盖11、底壁12。侧壁10与底壁12可以一体地成型出来。端盖11固定在侧壁10上。第一分支1和第二分支2固定在底壁12上，并且底壁12上开设有相应的第一开口和第二开口，第一分支1和第二分支2分别通过第一开口和第二开口与混合室3内部相通。
混合室3在纵向上大致划分为与第一分支1的出口大致面对的第一部分，以及与第二分支2的入口大致面对的第二部分。如图2所示，侧壁10在第一部分和第二部分处的轮廓与第一分支1和第二分支2大致对应，并且在第一部分与第二部分之间的过渡部分处缩窄。当然，侧壁10也可以具有其它轮廓。
根据一种可行方式，从进口7引入的尾气依次沿第一方向(轴向)流经氧化催化器5和颗粒捕集器6。尾气中的碳氢化合物和一氧化碳在氧化催化器5中与氧气发生反应而生成水和二氧化碳。然后，尾气中的颗粒物或炭烟被捕集到颗粒捕集器6中。然后，尾气进入混合室3的混合室3的第一部分中。然后尾气流动方向大致转变90度而沿第二方向(纵向)朝向混合室3的第二部分流动。在第二部分中，尾气流动方向再次大致转变90度而沿第三方向(轴向)流入选择性催化还原器8中。
需要指出，尽管在上面描述的例子中第一方向与第二方向大致垂直，第二方向与第三方向大致垂直，但是，第一方向与第二方向之间、第二方向与第三方向之间并不必须成大约90度，而是可以呈其它角度，以使得尾气后处理系统的构造适合于其安装空间以及与其它相关元件之间布局关系的要求。
还原剂喷射器4可以大致设置在侧壁10的纵向一端的中心处，喷射方向大致指向纵向混合室3的纵向，使得还原剂喷射器4喷入混合室3中的还原剂的中心轴线与混合室中尾气的流动方向大致一致。当然，还原剂喷射器4也可以设置成使得喷入混合室3中的还原剂的中心轴线与混合室中尾气的流动方向成一定角度。
还原剂在尾气流中雾化且混合，然后，混有还原剂的尾气流入选择性催化还原器8中。在选择性催化还原器8中，在催化剂的辅助作用下，还原剂与氮氧化物和氧气发生催化还原反应而形成无害的氮气和水。然后，尾气从出口9排出。
为了使得选择性催化还原器8具有更高的尾气还原能力，希望提高还原剂与尾气的混合均匀度，并且提高流入选择性催化还原器8的尾气的速度的均匀度。为此，在底壁12的第一开口处装有导流板20，在底壁12的第二开口处装有混合板30，并且在混合室中装有混合器40(第一混合器)，如下文中描述。
导流板20大致横向于第一分支1的中心轴线布置在第一分支1的出口与混合室3之间，用于使得流经第一分支1的尾气分散化、并且更容易实现尾气在混合室3的第一部分中的流动方向转弯。为此，导流板20设置有多个离散的开孔，用于将尾气流分散为多股气流，以及一或多个导流翼片，用于将尾气流朝向纵向引导。
根据图3、4中所示的一种可行实施方式，导流板20为钣金冲压制成的一体元件，包括大致圆盘形板体21和从板体21的外周的一部分大致垂直于板体21伸出的外缘22。外缘22用于固定在侧壁10的内侧上，板体21横向于第一分支1的中心轴线，使得板体21面对着第一分支1的出口。板体21的在安装位置朝向混合室3第二部分的部位不带外缘22。
在板体21的纵向上、下部位中，开设有多个离散的通孔23。这些通孔23的形状可以不同，但大体上相对于导流板20的纵向中心轴线对称分布。此外，在板体21的纵向中部中，开设有多个横向延伸的通孔24，每个通孔24是通过不分离地冲压板体21的材料形成，使得每个通孔24带有相应的翼片25。每个翼片25通过横向边缘26与板体21相连，该横向边缘26位于与第二分支2较远的纵向侧(即更靠近还原剂喷射器4的纵向侧)。每个翼片25相对于板体21倾斜地张开，张开的角度适合于将流过通孔24的尾气朝向第二分支2的方向引导。
可选地，在板体21的不带外缘22的部位上，形成有一个或多个插片部27，其用途如后文所述。
需要指出，在图示的例子中，各个通孔24纵向分布，并且分别连续横向延伸经过板体21的大部分横向宽度。然而，也可以在板体21上呈矩阵的形式开设多个通孔和相应的翼片。
此外，在图示的例子中，存在不带翼片的通孔。然而，也可以取消这些不带翼片的通孔，而是在板体21上遍布带有相应翼片的通孔。
通过导流板20中的各个通孔，可以使得流经第一分支1的尾气被分散为多股。此外，通过翼片，可以引导尾气在混合室中朝向第二分支的方向转弯。因此，通过设置导流板20，有助于尾气与还原剂的均匀混合以及尾气各部分速度的均匀化。
可以理解，在本申请的构思下，导流板20的其它形式可以构想出来。
接下来描述混合板30。
根据图5、6中所示的一种可行实施方式，混合板30为钣金冲压制成的一体元件，包括大致圆盘形板体31和从板体31的外周延伸出来的安装凸缘32。安装凸缘32构造成适于在其末端安装到第二分支2的入口(即选择性催化还原器8的入口)；或者，安装凸缘32也可以构造成安装在侧壁10的内侧上。板体31面对着第二分支2的入口。
板体31上开设有若干开口33，这些开口33围绕着板体31的中部、在板体31的外部沿周向均布。开口33可以呈扇形或是其它适宜的形状，使得混合室3中的尾气能够分散地进入选择性催化还原器8。此外，在板体31上还可以开设其它辅助开口34。
通过混合板30中的各个开口，可以使得混合室3中的尾气以多股的形式流入选择性催化还原器8。因此，有助于混合有还原剂的尾气进入选择性催化还原器8的速度均匀化。
可以理解，在本申请的构思下，混合板30的其它形式可以构想出来。
接下来描述混合器40。
根据图7、8中所示的一种可行实施方式，混合器40为钣金冲压制成的一体元件，包括弯曲的板体41，板体41具有横向两端42以及在横向两端42之间延伸的两侧弯曲边缘43。混合器40还包括从板体41的弯曲边缘43伸出的边缘翻边44以及从板体41的横向两端42伸出的端部翻边45。这两个边缘翻边44分别适于固定在端盖11和底壁12上，这两个端部翻边45适于固定在侧壁10的内侧的彼此横向相对的部位上。边缘翻边44和端部翻边45相对于板体41的延伸方向没有特别的限制，只要易于混合器40在混合室3中的安装即可。
混合器40在混合室3中安装在与颗粒捕集器6的面对着选择性催化还原器8的部位大致相符的位置和方向上，板体41的凹面大体上面对着还原剂喷射器4的方向。板体41的曲率与颗粒捕集器6的出口处的曲率大致相同。
可选地，在板体41上，靠近一侧弯曲边缘43形成有一个或多个狭缝46。所述狭缝46与导流板20的可选的插片部27对应。在安装时，插片部27插入相应狭缝46中，以有助于导流板20与混合器40之间的相对定位。当然，插片部27和狭缝46不是必需的。
此外，混合器40的板体41上形成有呈阵列的多个开口47，这些开口47是通过不分离地冲压板体41的材料形成的，使得每个开口47带有一个相应的翼片48。各翼片48的与板体41相连的边缘可以垂直于弯曲边缘43。各开口47适于被混合室3中的尾气和还原剂流过，以将尾气和还原剂分散。各翼片48朝向板体41的凹面面对的一侧倾斜延伸，以便干扰混合有还原剂的尾气流直接流入相应的开口47。
此外，这些翼片48划分为横向第一组翼片48和横向第二组翼片48。横向第一组翼片48与横向第二组翼片48大致对称。每组中的翼片48相对于混合器40而言可以具有相同或不同的斜度。
可以理解，混合器40的结构并不局限于图示的形式，而是可以根据具体需要而设计。例如，在固定强度足够的情况下，可以取消边缘翻边44，或是取消端部翻边45；或者，可以采用两个端部翻边45加一侧边缘翻边44。
此外，在图示的例子中，混合器40的板体41具有弯曲形状，但板体41也可以大致呈平板形状、多个平板段的组合形状等等。
此外，在图示的例子中，各开口47呈矩形；然而，各开口47也可以具有其它形状；并且，各开口47的形状和/或尺寸可以相同或不同。此外，不是必须每个开口47都带有翼片48，而是可以取消一些开口47处的翼片48。
此外，各翼片48也可以设置成朝向板体41的凸面面对的一侧倾斜延伸，以便干扰混合有还原剂的尾气流直接流出相应的开口47。或者，可以将一些翼片48设计成朝向板体41的凹面面对的一侧，另一些翼片48设计成朝向板体41的凸面面对的一侧。
此外，各翼片48的与板体41相连的边缘不是必须如图所示地垂直于弯曲边缘43，而是可以位于其它方向；并且各翼片48的与板体41相连的边缘可以不相互平行，例如，一些翼片48的与板体41相连的边缘位于某个方向，另一些翼片48的与板体41相连的边缘位于另一个方向。
此外，主要取决于还原剂喷射器4的喷射力度，混合器40可以设置在混合室3的其它纵向位置处。例如，相比于图示的位置，更靠近混合室3第二部分，例如安装在混合室3第一部分与第二部分之间。
混合器40的具体结构和安装方式，可以通过实验或仿真进行优化，使得其实现预期的对尾气和还原剂的干扰和分散作用。
可以看到，混合室3中的尾气和还原剂将流过混合器40的各开口47以及翼片48，以将尾气和还原剂分散，从而促进尾气与还原剂的混合，并且均化不同位置处尾气流的速度。因此，通过采用混合器40，可以进一步有助于尾气与还原剂的均匀混合以及尾气各部分速度的均匀化。
在单一的混合器40不足以实现充分的尾气与还原剂均匀混合以及尾气各部分速度均匀化的情况下，可以在混合室3中添加附加的混合器。例如，在图9所示的实施方式中，混合室3中除了装有混合器40，还装有附加混合器50(第二混合器)。
在采用附加混合器50的情况下，混合器40可以与图7、8中所示的混合器40相同或相似。例如，在图9所示的例子中，混合器40没有设置边缘翻边，而是仅通过端部翻边固定在混合室3的侧壁10的内侧上。在此情况下，端部翻边在轴向上的尺寸大于图7中所示的端部翻边45。
此外，在图9所示的例子中，混合室3的侧壁10并不存在图2所示例子中那样的缩窄部位。
附加混合器50为钣金冲压制成的一体元件，包括弯曲的板体51，板体51具有横向两端52以及在横向两端52之间延伸的两侧弯曲边缘53。附加混合器50还包括从板体51的横向两端52伸出的端部翻边54。这两个端部翻边54适于固定在侧壁10的内侧的彼此横向相对的部位上。端部翻边54相对于板体51的延伸方向没有特别的限制，只要易于附加混合器50在侧壁10上的安装即可。
可以理解，如有必要，还可以沿着一侧或两侧弯曲边缘53形成类似于图7、8所示边缘翻边44那样的边缘翻边。或者，可以采用两个边缘翻边以取代前面描述的端部翻边54。
此外，附加混合器50的板体51上形成有呈阵列的多个开口55，这些开口55是通过不分离地冲压板体51的材料形成的，使得每个开口55带有一个相应的翼片56。各翼片56的与板体41相连的边缘垂直于弯曲边缘53。各开口55适于被混合室3中的尾气和还原剂流过，以将尾气和还原剂分散。各开口55的形状可以是图示的矩形，或是其它形状。并且，各开口55的形状可以不同。
各翼片56朝向板体41的凸面面对的一侧倾斜延伸，以便干扰混合有还原剂的尾气流直接流入相应的开口55。
此外，这些翼片56划分为横向第一组翼片56和横向第二组翼片56。横向第一组翼片56与横向第二组翼片56大致对称。每组中的翼片56相对于附加混合器50而言可以具有相同或不同的斜度。
各翼片56的与板体41相连的边缘不是必须如图所示地垂直于弯曲边缘53而是可以位于其它方向；并且各翼片56的与板体41相连的边缘可以不相互平行，例如，一些翼片56的与板体41相连的边缘位于某个方向，另一些翼片56的与板体41相连的边缘位于另一个方向。
附加混合器50靠近混合板30的面向混合室3第一部分的部位安装，附加混合器50的凸面与混合器40的凸面沿纵向面对。在安装状态下，混合器40的翼片48和附加混合器50的翼片56分别位于混合器40和附加混合器50的朝向还原剂喷射器4的那一侧。附加混合器50的翼片56的斜度可以与混合器40的翼片48的斜度大致相同或不同。
可选地，沿混合室3中的尾气流动方向看，附加混合器50上的各开口55与混合器40上的各开口47一一对准。或者，沿混合室3中的尾气流动方向看，附加混合器50上的开口55中的至少一些不与混合器40上的任何开口47完全对准，即至少是部分地错开、或是都完全错开。
在图9所示的例子中，混合室3中的混有还原剂的尾气流将依次流过混合器40的各开口47和附加混合器50的各开口55，以将尾气流分散，从而促进还原剂与尾气的混合，并且均化不同位置处尾气流的速度。因此，通过采用混合器40和附加混合器50，可以提高尾气与还原剂的均匀混合以及尾气流各部分速度的均匀化的程度。
可以理解，附加混合器50的形式并不局限于图示的形式，而是可以根据具体需要而设计。附加混合器50和混合器40的具体结构和安装方式，可以通过实验或仿真进行优化，使得二者组合实现预期的对尾气和还原剂的干扰和分散作用。
需要指出，尽管在图示的例子中，附加混合器50的板体51具有弯曲形状，但板体51可以具有大致平板形状、多个平板段的组合形状等等。
此外，不是必须每个开口55都带有翼片56，而是可以取消一些开口55处的翼片56。
此外，各翼片56也可以设置成朝向板体51的凹面面对的一侧倾斜延伸，以便干扰混合有还原剂的尾气流直接流出相应的开口55。
或者，可以将一些翼片56设计成朝向板体51的凸面面对的一侧，另一些翼片56设计成朝向板体51的凹面面对的一侧。
根据本申请，通过在混合室中采用至少一个混合器，使得流经混合器的混有还原剂的尾气流被分散开，从而提高二者的混合程度处各部分速度的均匀化程度，由此可以提高选择性催化还原器的催化还原反应的效率，降低尾气中的氮氧化物的含量，使得尾气后处理系统处理后的尾气符合更高的排放要求。
此外，根据本申请，在尾气后处理系统的第二分支中仅布置选择性催化还原器，因此选择性催化还原器可以具有增大的轴向尺寸，从而增大选择性催化还原能力。同时，可以减小选择性催化还原器的径向尺寸。总体而言，本申请的这种配置更容易实现尾气后处理系统的小型化，同时确保尾气后处理系统的尾气处理能力。这使得本申请的尾气后处理系统更容易应用于大型车辆中。
虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。
