一种可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构的制作方法

本发明涉及一种方型可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构，适用于满足国iv、国v、国vi法规的柴油商用车。

背景技术：

柴油发动机国ⅳ、国ⅴ、国ⅵ的排放法规中排气污染物(主要是颗粒和氮氧化合物nox)的限值，与国ⅲ排放法规相比降低很多。在发动机机内很难同时实现降低上述两种排气污染物，scr(选择催化还原)系统能有效降低排气污染物中氮氧化合物的含量，使发动机的排气污染物满足排放法规要求。

随着scr技术的大量应用，作为还原剂的尿素水溶液需要提前通过尿素喷嘴喷射入排气管路中与废气充分混合均匀，以供在后处理器载体上与nox发生氧化还原反应。但尿素喷嘴的布置要求比较苛刻，现有的尿素喷嘴布置方式存在以下技术问题：

1.尿素喷嘴布置在管路上，有尿素喷嘴与管路轴线夹角、喷嘴座焊接高度、尿素喷嘴与管路偏置等布置要求。现有管路布置方案的弯管及管路焊接工艺很难满足上述要求；

2.尿素喷嘴布置在管路上，由于尿素具有腐蚀性，要求所有与尿素接触的管路都必须采用不锈钢材料，成本较高；

3.尿素水溶液可能产生尿素结晶，现有管路布置方案的管路尿素结晶可能产生泄漏、腐蚀，大大影响美观性；

4.尿素水溶液可能产生尿素结晶，现有管路布置方案的尿素结晶可能在管路及后处理器内部产生并积累，影响排气系统背压，甚至堵塞管路及后处理器；

5.尿素水溶液可能产生尿素结晶，如发生尿素结晶，则这部分尿素则无法作为scr反应的还原剂氨气参加选择催化还原反应，可能造成整车氮氧化物超标故障，甚至限制整车输出扭矩；

6.尿素水溶液可能产生尿素结晶，现有管路布置方案无法随时观察后处理器内部是否产生结晶；

7.尿素水溶液可能产生尿素结晶。一旦产生结晶，现有管路布置方案无法清理后处理器内部产生的结晶；

8.尿素水溶液水解需要持续的高温(140℃)，现有单层管路布置方案的管路内壁温度下降很快，系统热利用率低，无法保证持续高温；

9.尿素水溶液的液滴需充分的与气流接触、冲击、破碎来保证氨气的蒸发率，现有无混合器的布置方案无法保证液滴与气流的充分混合保证尿素混合均匀性及氨气蒸发率；

10.尿素水溶液的混合与水解需要一定的反应时间，现有管路布置方案需布置较长的管路(≥500mm)以保证混合与水解时间，不利于节省空间；

11.整车尿素罐布置在排气系统之后，尿素喷嘴及尿素罐之间需尿素供给管路进行连接。现有管路布置方案的尿素喷嘴与尿素罐之间的距离较长，供给管路也较长，不利于降重降成本；

12.整车存在多种车型(载货、牵引、自卸、危化品等)，需尽量通用化、集成化、模块化来保证产品多样性。现有管路布置方案不利于通用化、集成化、模块化。

为解决上述问题，就要求排气系统在保证尿素混合均匀性的同时降低尿素结晶风险。同时要求一旦结晶真的发生了，也需要有可观察可清理结晶的结构。

因此，现在急需一种能解决上述问题的、在后处理器上集成型的、模块化的、保证密封的、带混合器的、抗尿素结晶能力强的、热利用率高的、可拆卸清理检查的、简单低成本的尿素喷嘴布置方式，可以降低布置难度，实现尿素的均匀混合和很强的抗尿素结晶能力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种集成型的、模块化的可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构，该结构可随时拆卸检查后处理器内部和混合器是否产生尿素结晶，并可随时拆卸清理内部产生的尿素结晶。

为了解决上述技术问题，本发明的可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构，包括后处理器壳体、进气口单元、混合单元、scr单元、消声单元及出气单元；所述的后处理器壳体内具有圆筒形的混合腔体，混合腔体的后端为多孔端盖；进气口单元固定在后处理器壳体的前端盖上，其具有开口的部分伸入后处理器壳体内，且其伸入后处理器壳体内部分的轴线与混合腔体的轴线平行；混合单元安装在后处理器壳体的侧面上，包括尿素喷嘴座焊接总成、液路总成、尿素混合器总成；尿素喷嘴座焊接总成通过螺栓和密封垫与外部尿素喷嘴连接，且通过v型卡箍总成与液路总成连接；液路总成与尿素混合器总成连接，尿素混合器总成位于混合腔体内；scr单元位于后处理器壳体内，其前端与混合腔体连接，后端靠近后处理器壳体的后端盖；消声单元布置于scr单元的外围；出气单元布置在后处理器壳体的侧面上且靠近后处理器壳体的后端盖布置。

所述的混合腔体包括混合腔端盖、混合腔外壳、混合腔多孔端盖、固定锥；所述的混合腔端盖固定在前端盖上；混合腔外壳位于后处理器壳体内，其前端连接混合腔端盖，末端连接混合腔多孔端盖及固定锥的小径端。

所述的进气口单元包括进气法兰、进气接管、半开口多孔管；进气接管伸入进气法兰中按圆周方向焊接在一起；进气接管伸入后处理器壳体内并与半开口多孔管焊接在一起。

所述的半开口多孔管包括多孔段和半开口段。

所述的混合单元中，带豁口台阶法兰、尿素喷嘴座、尿素喷嘴座焊接底座、过渡底座依次焊接在一起形成可拆卸的尿素喷嘴座焊接总成；带凸台口台阶法兰、液路进口底座、外混合管依次焊接在一起形成液路总成；带凸台口台阶法兰固定在后处理器壳体的侧面上；液路总成内部焊接内混合管和多孔端盖形成尿素混合器总成；其中带豁口台阶法兰的豁口与带凸台口台阶法兰的台阶相配合形成周向定位并采用密封垫及v型卡箍总成密封连接；尿素混合器总成与混合腔体侧面的开孔焊接。

所述的scr单元包括scr前载体、scr后载体和scr封装外壳；scr前载体和scr后载体按前后顺序通过载体衬垫塞入于scr封装外壳内并固定在scr封装外壳内形成scr总成；将scr总成的scr前载体侧与固定锥圆周焊接形成scr单元。

所述的消声单元包括第一隔板和第二消声隔板；第一隔板与固定锥大径端及scr封装外壳前端焊接；第二消声隔板焊接在scr封装外壳的外侧中部位置。

所述的出气单元包括出气口法兰和出气管；出气管焊接固定在后处理器壳体的侧面上，出气口法兰焊接在出气管的外端面上。

本发明采用将尿素喷嘴座直接集成布置在后处理器上并与尿素混合器总成配合使用，可很好地解决管路、尿素喷嘴布置困难、尿素混合均匀性难保证、抗尿素结晶能力不足等问题。

本发明在尿素喷嘴座与后处理器的连接处由传统的喷嘴座与管路焊接方式改为法兰密封垫连接方式，在保证密封的同时保证尿素喷嘴座的可拆卸、可观察。可随时拆卸检查后处理器内部和混合器是否产生尿素结晶。可随时拆卸清理内部产生的尿素结晶。本发明集成度高、简单成本低。

本发明最关键技术为保证密封性的可拆卸尿素喷嘴座结构。该结构为凹凸台阶法兰加密封垫加v型卡箍总成的密封结构。可以很好的保证密封性，不产生气体及尿素泄漏，可多次重复使用。该技术保证了一旦尿素结晶和堵塞真的发生，可以通过打开可拆卸尿素喷嘴座结构观察。同时该结构打开后可以完全观察并清理尿素混合管，开孔大小保证在80mm以上，方便用工具简单清理少量的尿素结晶。避免因尿素结晶造成整个后处理器总成的失效。

后处理器采用集成尿素喷嘴方案，可以大大提高系统集成性，降低系统差异性。在大大降低管路布置难度的同时可以将原不锈钢管路降成本为非不锈钢。尿素供给管路等也可以减短。完全消除了管路制造误差对尿素结晶的影响。模块化的总成更加可靠，更有利通用化。

后处理器内部增加尿素混合器，采用独创的内外旋流片加混合腔的结构大大提高了气路供给的气体进入混合管的均匀性。内外混合管的设计可以大大提高气液相互的冲击作用。让均匀进入的气体充分的冲击液路喷入的尿素，使尿素液滴充分的破碎，水解。同时水解过程在混合管内，外部气体大大提高了混合管温度，十分有利于提高水解率。

尿素结晶的危害巨大，原尿素喷嘴布置在管路上的方案不利于避免尿素结晶。结晶主要影响因素有温度，流速，液滴破碎情况，是否连续喷射等。增加混合器的集成尿素喷嘴方案其多孔混合管完全被高温排气包围，故温度较高。内混合管周向开孔保证了流速均匀，无流动死区。均匀的气流冲击液路的尿素有利于其破碎水解。如发现尿素喷嘴连续喷射情况，则将可拆卸结构打开观察和清理。

附图说明

图1是本发明的方型可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构立体图。

图2是本发明的方型可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构剖视图。

图3是本发明的方型可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构的气路液路示意图。

图4是总成进气口单元的剖视图。

图5是半开口多孔管立体图。

图6是本发明的局部立体图。

图7a是混合单元的局部剖视图，图7b是图5的局部放大图。

图8是scr单元的剖视图。

图9是消声单元的剖视图。

图10是出气单元的剖视图。

1、后处理器外壳体；101、前端盖；102、外壳体、103、后端盖；104、混合腔端盖；105、混合腔外壳；106、混合腔多孔端盖；107、固定锥；2、进气口单元；201、进气法兰；202、进气接管；203、半开口多孔管；2031、多孔段；2032、半开口段；3、混合单元；303、多孔端盖；304、内混合管；305、外混合管；306、液路进口底座；307、带凸台口台阶法兰；308、过渡底座；309、尿素喷嘴座焊接底座；310、尿素喷嘴座；311、带豁口台阶法兰；312、v型卡箍总成；4、scr单元；401、scr前载体；402、scr后载体；403、scr封装外壳；501、第一隔板；502、第二消声隔板；6、出气单元；601、出气口法兰；602、出气管；701、温度传感器座；702、氮氧传感器座。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的可拆卸集成尿素喷嘴的后处理器结构为串联结构，包括后处理器壳体1、进气口单元2、混合单元3、scr单元4、消声单元5及出气单元6；

如图1、2、4所示，所述的后处理器壳体1包括焊接在一起的前端盖101、外壳体102、后端盖103；后处理器壳体1内具有圆筒形的混合腔体；混合腔体包括焊接固定在一起的混合腔端盖104、混合腔外壳105、混合腔多孔端盖106、固定锥107；所述的混合腔端盖104固定在混合腔外壳105的前端布置在前端盖101上；混合腔外壳105位于后处理器壳体1内，其末端连接混合腔多孔端盖106及固定锥107的小径端。

所述的进气口单元2包括进气法兰201、进气接管202、半开口多孔管203；进气接管202伸入进气法兰201中按圆周方向焊接在一起；进气接管202伸入前端盖101内并与半开口多孔管203焊接在一起构成前端盖焊接总成；半开口多孔管203由前部的多孔段2031和后部的半开口段2032构成；进气接管202的轴线与混合腔外壳105轴线平行。

如图2、图7a、图7b所示，所述的混合单元3包括尿素喷嘴座焊接总成、液路总成、尿素混合器总成；带豁口台阶法兰311、尿素喷嘴座310、尿素喷嘴座焊接底座309、过渡底座308依次焊接在一起形成可拆卸的尿素喷嘴座焊接总成；带凸台口台阶法兰307固定在后处理器壳体1的侧面上；带凸台口台阶法兰307、液路进口底座306、外混合管305依次焊接在一起形成液路总成；液路总成内部焊接内混合管304和多孔端盖303形成尿素混合器总成；其中带豁口台阶法兰311的豁口与带凸台口台阶法兰307的台阶相配合形成周向定位并采用密封垫及v型卡箍总成312密封连接；尿素混合器总成与混合腔外壳105侧面的开孔焊接。

如图8所示，所述的scr单元4包括scr前载体401、scr后载体402和scr封装外壳403；scr前载体401和scr后载体402按前后顺序通过载体衬垫塞入于scr封装外壳403内并固定在scr封装外壳403内形成scr总成；将scr总成的scr前载体401侧与固定锥107圆周焊接。

如图9所示，所述的消声单元5包括与第一隔板501和第二消声隔板502；第一隔板501与固定锥106大径端及scr封装外壳403前端焊接；第二消声隔板502焊接在scr封装外壳403的中部外侧。

如图10所示，所述的出气单元6包括出气口法兰601和出气管602；出气管602焊接固定在外壳体102的侧面，出气口法兰601焊接在出气管602的外端面上。

如图10所示，所述的外壳体102上还固定有温度传感器座701和氮氧传感器座702。

发动机的高温排气由进气单元2的进气法兰201、进气接管202、半开口多孔管203依次进入后处理器壳体1的内部。由半开口多孔管203的开口侧进入由前端盖101、外壳体102、混合腔外壳105、固定锥107、第一隔板501、外混合管305共同形成的气路导流腔，经气路导流腔导流至外混合管305的开口扇叶周围。为由液路喷入的尿素水溶液提供与其喷入方向垂直的冲击气流。

尿素水溶液由混合单元3的液路导流腔依次通过v型卡箍总成312、带豁口台阶法兰311、尿素喷嘴座310、尿素喷嘴座焊接底座309、过渡底座308、带凸台口台阶法兰307、液路进口底座306引入外混合管305内部，并与由进气单元2中气路提供的高温废气冲击混合。再经内混合管304、多孔端盖303充分将液路的尿素水溶液及气路的高温废气充分混合水解产生氨气，为scr单元的选择催化还原反应提供还原剂。

其中混合单元3的可拆卸尿素喷嘴连接结构v型卡箍总成312、带豁口台阶法兰311、尿素喷嘴座310、尿素喷嘴座焊接底座309、过渡底座308、带凸台口台阶法兰307，可以保证气路高温废气与液路的尿素水溶液密封无泄漏。同时可以随时拆卸v型卡箍总成312，分离带豁口台阶法兰311与带凸台口台阶法兰307。通过观察孔观察混合器内部是否产生尿素结晶。如产生尿素结晶，也可以通过观察孔清理内部的结晶块。

为保证scr转化效率最大化，就要求混合单元3导入的还原剂氨气均匀的流入scr前载体401。经多孔端盖303整流的混合气均匀的流入scr前载体401中并在催化剂的作用下与废气中的氮氧化物发生选择催化还原反应。经过scr前载体401整流更加均匀的混合气再流入scr后载体402中继续发生选择催化还原反应，将氮氧化物降低至排放法规的限值以下。而scr反应的还原剂即水解产生的氨气同时也是排气污染物。故需要将未参加scr反应的氨气由涂覆在scr后载体402尾部的氨氧化催化剂氧化为无害的氮气和水。

后处理器的主要功能包括降低排放污染物和降低排气噪声，已经过scr单元4处理排放污染物的废气还需要通过消声单元5来降低排气噪声。发动机的排气气流在本发明实施例提供的后处理设备内流动时通过混合单元3、scr单元4中的各混合腔体、导流腔体、scr载体等结构时将使整体能量、高频噪声大大降低。再经过消声单元5的第二消声隔板502降低能量后进入由第一隔板501、第二消声隔板502及后端盖103共同形成的消声腔内抗性消声。

出气单元6将经过scr单元4降低排放和经过消声单元5降低噪声的满足排放及噪声法规的混合气排出总成外。气体依次流经出气管602、出气口法兰601。同时氮氧传感器座505、温度传感器座504被布置在外壳体102上以监测排气的温度及氮氧化物是否合格并进行反馈控制。

本发明的后处理器结构采用凹凸台阶面带定位的法兰密封连接结构，在保证密封性能的同时形成可拆卸尿素喷嘴座结构，方便观察和清理后处理器混合器内部结晶。连接件采用v型卡箍总成，简单可靠，装配远远方便于法兰螺栓连接结构，并有着良好的压紧力和对中修正性。

本发明具有如下特点：针对尿素喷嘴管路布置弯管及管路焊接工艺很难满足问题，采用将尿素喷嘴座焊接总成集成在后处理器上，可以将弯管及管路焊接改为冲压件焊接结构，可以降低加工难度，保证加工精度及总成焊接精度；

1、针对管路采用不锈钢成本较高的问题，本发明采用集成尿素喷嘴方案，可以将后处理器之前的所有管路降成本为非不锈钢；

2、针对现有管路布置方案的尿素结晶泄漏、腐蚀影响美观性问题，采用法兰、密封垫、卡箍形成密封，能够保证气体和尿素水溶液双相密封；

针对内部结晶积累影响背压问题，采用尿素混合器保证高温气体与尿素水溶液强对流冲击，提高局部气体流速，提高抗结晶能力。

3、针对结晶影响排放问题，采用尿素混合器保证尿素混合均匀，提高水解，减少尿素结晶风险，提高scr载体的利用率。

4、针对内部结晶无法观察问题，通过可拆卸尿素喷嘴座结构进行观察；

5、针对内部结晶无法清理问题，通过可拆卸尿素喷嘴座结构进行清理；

6、针对管路布置内壁无法保证温度的问题，采用双层管混合器，中间管被高温气体包围，大大提高尿素水溶液的混合均匀性和水解率，降低结晶风险。

7、针对无法保证液滴与气流的充分混合的问题，采用双层管混合器结构，外部气流与内部尿素液滴液流通过混合器产生强烈对流，有利于液滴破碎及尿素水解；

8、针对现有结构需保证较长混合距离的问题，采用双层管混合器结构，以增强对流、增加旋转流来缩短混合距离。

9、针对尿素供给管路长，不利于降重降成本问题。采用集成尿素喷嘴结构，可以大大缩短供给管路长度。

10、针对通用化、集成化低的问题，采用集成尿素喷嘴后处理模块，保证后处理器总成的模块化，满足不同车型的通用化需求。

本发明的后处理器总成，可以解决管路尿素喷嘴布置、管路尿素泄漏结晶、管路内部尿素结晶的行业难题，可以自由应用在紧耦合后处理器的系统中。布置紧凑，尤其适用于布置空间较小，管路布置困难，后处理器紧耦合发动机布置的系统。总成性能可靠，有混合器单元保证尿素混合均匀性，大大提升抗尿素结晶能力。零件通用性好，加工制造工艺简单，整车布置方便，总成可靠性好，具有很强的市场竞争力。

采用本发明的后处理器总成，可达到以下技术效果：

可实现降低管路加工难度，提高总成加工及焊接精度的目的。

可实现降低管路成本平均150元/米。

可实现气液双相密封无泄漏，无外部尿素结晶。

可实现降低系统结晶风险，保证系统背压稳定，提高燃油经济性的目的。

可实现增加尿素混合均匀性，提高水解率，提高scr载体利用率，保证系统排放满足国家排放标准的目的。

可实现可拆卸尿素喷嘴座，保证混合器内部可观察的目的。

可实现可拆卸尿素喷嘴座，保证混合器内部结晶可清理的目的。

可实现提高混合管壁面温度，提高热率用率，降低结晶风险，减少油耗，提升氮氧化物转化率的目的。

可实现很好的尿素水溶液与高温气体的混合均匀性，提高scr载体利用率，降低催化剂贵金属含量等目的。

可实现降低混合距离500mm，降低系统布置空间的目的。

可实现减短尿素供给管路长度500mm，降低系统成本的目的。

可实现后处理器总成通用化、模块化，极其有利于后处理器总成的整车多样化要求和整车布置要求。