发动机后处理系统的混合装置
技术领域
本实用新型涉及发动机排气后处理的技术领域，尤其涉及一种适用于U型排气后处理系统的发动机后处理系统的混合装置。
背景技术
随着环保力度的加大，国家对发动机排气污染物排放的标准不断升级。排放标准的升级对发动机尾气排放的PM(颗粒物)、CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)和NOX(氮氧化物)要求也越来越严。而SCR(选择性催化还原)技术可以通过选择性催化还原反应将发动机尾气中的有害物质NOX(氮氧化物)生成无害物质N2(氮气)和H2O (水)。SCR(选择性催化还原)的工作原理为：将尿素溶液喷射入发动机排气管内，经过发动机尾气后处理混合装置的雾化、破碎、蒸发后与排气管中高温尾气充分混合。而此时的尿素溶液在高温下热解水解成NH3(氨气)和CO2，NH3(氨气)在选择性催化剂的作用下与发动机尾气中的有害物质NOX(氮氧化物)发生还原反应，生成无害物质N2(氮气)和H2O(水)。为了能让上述化学组分充分反应，提高排气系统的转化效率，需要一种发动机排气后处理混合装置来帮助进入到排气管中的尿素溶液进行更充分的破碎、雾化和蒸发。使尿素溶液在高温下分解出来的NH3(氨气)更加均匀的分布到SCR(选择性催化还原) 载体表面上。
现有的U型排气后处理混合装置中，通常是通过设置多孔板、多孔管和叶片等金属结构来达到尿素溶液与发动机尾气的混合。当尿素溶液与多孔板、多孔管和叶片等金属零部件发生碰撞时，尿素溶液产生破碎，从而使得尿素溶液进行蒸发和热解。
而现有技术具体有以下缺点：
(1)SCR(选择性催化还原)载体表面流场和氨气分布均匀性受上游气体流动状态的影响较大，不能稳定维持理想的均匀状态。
由于发动机排出的气流量、气压以及尿素溶液的喷射量等的大小都会随着车辆行走的路况不同而进行无规律的波动(特别是在柴油机 U型结构后处理中尤其明显)，而现有发动机排气后处理混合装置对上游气体流动状态较敏感，不能够稳定地将尿素溶液在高温下分解出来的NH3(氨气)均匀地分布到SCR(选择性催化还原)载体表面上。 SCR(选择性催化还原)载体上NH3(氨气)过多区域，容易产生氨泄漏，污染环境。而NH3(氨气)稀薄区域会使得氮氧化物(NOX)无法全部被还原，部分有害物质氮氧化合物(NOX)被直接排入大气，污染环境。不均匀的NH3(氨气)分布的直接表现是SCR(选择性催化还原)的转化效率无法达到法规要求，此外长时间的NH3(氨气)不均匀分布也会导致SCR(选择性催化还原)载体老化程度不均匀，从而影响系统整体性能。
(2)现有排气后处理系统，尤其是混合部件内常有低流速区域，使得混合器抗结晶能力差。
现有类型方案中，混合器内部常存在低流速区，且气流在经过回转腔时突然改变方向，混合器来流的不稳定很可能会加剧混合器内部这种高低流速区域分布的情况。在高流速区尿素水溶液过快地破碎、蒸发和热解，而在低流速区造成大量的尿素沉积。
为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种发动机后处理系统的混合装置，以克服上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种发动机后处理系统的混合装置，其结构简单，操作方便，具有稳定的混合能力和抗结晶能力、较低的生产成本和装配难度，对于U型排气后处理系统具有很好的鲁棒性。
为实现上述目的，本实用新型公开了一种发动机后处理系统的混合装置，设置于DPF装置和SCR装置之间，所述DPF装置内设有DPF 载体，所述SCR装置内设有SCR载体，其特征在于：
所述发动机后处理系统的混合装置包括回转腔和混合组件，所述回转腔设有进气端和出气端，所述进气端与DPF装置连通，所述出气端连通于混合组件，所述进气端设有喷嘴座以安装尿素喷嘴，所述混合组件设置于回转腔的出气端和SCR装置的连接处之间，所述回转腔的下部向内一体成型有伸入混合组件的导流凸包，所述混合组件包含第一混合器和套嵌在第一混合器内的第二混合器。
其中：所述第一混合器、所述第二混合器和所述回转腔一起成型的导流凸包同轴套嵌安装。
其中：所述第一混合器包含圆筒状本体、第一混合器扩口部以及第一混合器颈部，所述第一混合器扩口部的两端分别连接圆筒状本体以及第一混合器颈部且从圆筒状本体向内倾斜设置，所述第一混合器扩口部的周缘等距间隔设有多个第一混合器扩口部通孔，所述第一混合器颈部的周缘设有多个第一混合器颈部导流叶片，所述第一混合器颈部导流叶片向内倾斜一定角度设置。
其中：所述第二混合器包含第二混合器扩口部和第二混合器颈部，所述第二混合器扩口部从第二混合器颈部向外倾斜，所述第二混合器扩口部的周缘等距间隔设有多个第二混合器扩口部导流叶片，所述第二混合器扩口部导流叶片向内倾斜一定角度设置。
其中：所述多个第一混合器颈部导流叶片间隔设置于第一混合器颈部周缘的一定角度内。
其中：所述第二混合器颈部嵌入第一混合器颈部，共同构成一混合通道，所述第二混合器扩口部位于第一混合器扩口部的下方。
其中：所述第一混合器扩口部与所述第二混合器扩口部的倾斜角度相同，且所述第一混合器扩口部与所述第二混合器扩口部保持平行。
其中：第一混合器颈部导流叶片与所述第二混合器扩口部导流叶片的导流方向同向。
其中：所述回转腔的进气端通过连接卡箍连接固定至DPF装置，所述回转腔的进气端以及DPF装置的出口端均设有连接法兰，所述连接卡箍卡箍于回转腔以及DPF装置的连接法兰两侧以实现稳固连接。
通过上述结构可知，本实用新型的发动机后处理系统的混合装置具有如下效果：
1、决了常见混合方法在U型排气后处理系统中转化效率低、稳定性差、容易产生结晶的问题。
2、气流与尿素水溶液的混合气体经过所述第一混合器和第二混合器导流叶片的引流，旋转并加速混合。通过零件间相配合形成的混合通道，增加了混合路径和混合时间，更充分地进行混合，以此提高了转化效率。
3、有颈部和扩口形状设计的第一混合器和第二混合器，对U型排气后处理系统中回转腔内气流分布极不均匀，且不同工况下气流分布变化强烈的情况，具有很好的稳定性。
4、气流在所述混合器中加速旋转无回流，不易产生尿素结晶。配备此实用新型的U型排气后处理系统更具有稳定、高效的转化效率，和较强的抗结晶能力。
本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了应用本实用新型的部分发动机排气后处理系统的轴测图。
图2显示了应用本实用新型的部分发动机排气后处理系统的装配图。
图3显示了应用本实用新型的部分发动机排气后处理系统的剖视图。
图4显示了本实用新型的发动机后处理系统的混合装置的轴测图。
图5显示了本实用新型的发动机后处理系统的混合装置的另一方向轴测图。
图6显示了本实用新型的发动机后处理系统的混合装置的装配图。
图7显示了本实用新型中第一混合器的结构示意图。
图8显示了本实用新型中第二混合器的结构示意图。
附图标记：
1、DPF装置；2、回转腔；3、混合组件；4、SCR装置；5、喷嘴座；6、连接卡箍；7、导流凸包；8、第一混合器；9、第二混合器； 10、第一混合器扩口部通孔；11、第一混合器扩口部；12、第一混合器颈部导流叶片；13、第一混合器颈部；14、第二混合器扩口部导流叶片；15、第二混合器扩口部；16、第二混合器颈部；17、DPF载体； 18、SCR载体。
具体实施方式
参见图1、图2和图3，显示了本实用新型的发动机后处理系统的混合装置的应用示意图，所述混合装置设置于DPF(柴油颗粒过滤器)装置1和SCR(选择性催化还原)装置4之间，所述DPF装置1 内设有DPF(柴油颗粒过滤器)载体17，所述SCR(选择性催化还原) 装置4内设有SCR(选择性催化还原)载体18，其中，所述DPF装置 1和SCR装置4呈平行设置。
同时参见图4、图5和图6，所述发动机后处理系统的混合装置包括回转腔2和混合组件3，所述回转腔2设有进气端和出气端，所述进气端与DPF装置1连通，所述出气端与混合组件3连通，其中，所述回转腔2可为图中所示的上下开口的U型回转腔，上端为进气端，下端为出气端，进气端设有喷嘴座5，以安装尿素喷嘴，所述混合组件3设置于回转腔2出气端和SCR装置4之间，其中，所述回转腔2 的进气端可通过连接卡箍6连接固定至DPF装置1，所述回转腔的下部向内一体成型有伸入混合组件3的导流凸包7，所述混合组件3包含第一混合器8和套嵌在第一混合器内的第二混合器9。
其中，所述第一混合器8设有通孔和导流叶片，所述第二混合器 9设有导流叶片，所述第一混合器、所述第二混合器和所述与回转腔一起成型的导流凸包同轴套嵌安装。
可选的是，所述回转腔2的进气端以及DPF装置1的出口端均设有连接法兰，所述连接卡箍6卡箍于回转腔2以及DPF装置1的连接法兰两侧以实现回转腔2的进气端和DPF装置1的稳固连接。
由此，尾气首先从DPF装置出来后进入所述回转腔，气流在所述回转腔作用下转向，并在此腔内与尿素溶液混合，然后气流与尿素水溶液共同进入所述混合组件，部分气流与尿素水溶液通过所述第一混合器上的导流叶片，形成旋转气流，并在所述第一混合器与所述第二混合器、所述第二混合器与所述导流凸包间的流道内加速旋转，充分混合后旋转进入SCR装置，另一部分气流与尿素水溶液通过所述第一混合器的通孔直达所述第二混合器，并通过所述第二混合器的导流叶片，充分旋转混合，进入SCR装置。
同时参见图7和图8，所述第一混合器8包含圆筒状本体、第一混合器扩口部11以及第一混合器颈部13，所述第一混合器扩口部11 的两端分别连接圆筒状本体以及第一混合器颈部13且从圆筒状本体向内倾斜设置，且连接处均为圆弧连接，所述第一混合器扩口部11 的周缘等距间隔设有多个第一混合器扩口部通孔10，所述第一混合器颈部13的周缘设有多个第一混合器颈部导流叶片12，所述第一混合器颈部导流叶片12向内倾斜一定角度设置，优选的是，如图7所示，所述多个第一混合器颈部导流叶片12间隔设置于第一混合器颈部13周缘。
所述第二混合器9包含第二混合器扩口部15和第二混合器颈部 16，所述第二混合器扩口部15从第二混合器颈部16向外倾斜，所述第二混合器扩口部15的周缘等距间隔设有多个第二混合器扩口部导流叶片14，所述第二混合器扩口部导流叶片14向内倾斜一定角度设置。
所述第二混合器颈部16嵌入第一混合器颈部13，共同构成一混合通道，所述第二混合器扩口部15位于第一混合器扩口部11的下方。
由此，气流与尿素水溶液的混合气体一部分通过第一混合器颈部上的叶片加速旋转，进入所述第一混合器与所述第二混合器构成的混合通道内，另一部分混合气体通过所述第一混合器扩口部通孔，直接到达所述第二混合器扩口部，使得所述第一混合器在轴向与周向上改变了混合气体方向，并使气体与尿素水溶液充分混合。
通过所述第一混合器导流叶片而旋转的混合气流在该混合通道内加速旋转，该混合通道内的混合气流有两种流出方式。第一种，旋转的混合气流经过所述第二混合器扩口部导流叶片，和从所述第一混合器通孔进入的混合气一起，再次加速旋转，直接进入SCR装置，第二种，旋转的混合气流经过所述第一混合器颈部与所述第二混合器颈部构成的混合通道，进入所述第二混合器颈部与导流凸包所构成的混合通道，在该通道内转向并继续旋转混合，最后进入SCR装置。
所述第一混合器扩口部与所述第二混合器扩口部的倾斜角度相同，且所述第一混合器扩口部与所述第二混合器扩口部保持平行。
由此，两处导流叶片迫使原本在回转腔内自由发展的混合气流变为同方向的旋转混合，增加了尿素液滴与尾气混合的时间与混合距离，进一步提高尿素液滴的蒸发和热解，防止尿素溶液的沉积。此外，混合气流被迫改变了初始的流动状态，无论上游气流分布多么不均，都将旋转进入进入SCR装置，该方式提高了混合器的稳定性。所述两处导流叶片的特征包括叶片数量、大小、长短、分布，可根据上游气流的分布情况进行调整，增大了装置的灵活性。
所述第一混合器颈部导流叶片与所述第二混合器扩口部导流叶片均向内开口。第一混合器颈部导流叶片与所述第二混合器扩口部导流叶片的导流方向顺时针或逆时针均可，但必需同向。混合气流沿相同方向地旋转混合，不相互扰动，增加了尿素液滴与尾气混合的时间与混合距离。
所述第一混合器扩口部通孔的形状、大小、数量、分布，可根据上游气流的分布情况进行调整，增大了装置的灵活性，扩口部通孔引导部分混合气体周向扩散，弥补了外围混合气体不足的情况，使进入 SCR装置的气流分布更均匀。
综上所述，本实用新型设计的一组同轴套嵌安装的混合装置，解决了常见混合方法在U型排气后处理系统中转化效率低、稳定性差、容易产生结晶的问题。气流与尿素水溶液的混合气体经过所述第一混合器和第二混合器导流叶片的引流，旋转并加速混合。通过零件间相配合形成的混合通道，增加了混合路径和混合时间，更充分地进行混合，以此提高了转化效率。所述有颈部和扩口形状设计的第一混合器和第二混合器，对U型排气后处理系统中回转腔内气流分布极不均匀，且不同工况下气流分布变化强烈的情况，具有很好的稳定性。设计结构无死角，气流在所述混合器中加速旋转无回流，不易产生尿素结晶。配备此实用新型的U型排气后处理系统更具有稳定、高效的转化效率，和较强的抗结晶能力。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
