一种防止尿素结晶的前置挡板混合装置的制作方法

本发明涉及一种防止尿素结晶的前置挡板混合装置，具体的说是一种为了避免尿素液滴在排气管内产生结晶现象的前置挡板混合装置，属于柴油机排放后处理中选择性催化还原技术领域。

背景技术：

随着环境问题和能源危机的日益严峻，排放法规日益严格，越来越多的节能减排技术被应用在柴油机上。其中scr是一种将尿素溶液喷射到柴油机排气管中，通过尿素水解生成氨气以净化氮氧化合物的技术。但是，由于受到柴油机排气温度和液膜等因素的影响，喷入排气管中的雾状尿素会在高速流动排气的影响下，使大量的尿素液滴直接碰撞到排气管的内壁面上，形成结晶，降低氮氧化物的转化效率，甚至堵塞排气管。

专利cn201220601782.0中所描述的集成尿素喷嘴弯管装置，主要是通过将尿素喷嘴座布置在排气管的弯管段，预先偏置一定的角度，折中排气气流的影响，通过铸造后机加工的方式，保证了尿素喷嘴座的角度，同时降低因焊接而产生的焊渣，降低结晶风险。此种结构安装角度固定，容易受到排气气流的影响，适应性差。而且在实际使用过程中，受空间和布局等限制，喷射点与催化剂箱入口之间的距离较短且存在急弯，则尿素液滴随气流因排气管的弯曲而改变流向，如专利cn201220601782.0中所描述的集成尿素喷嘴弯管装置，则会导致尿素液滴持续碰撞排气管内壁面，更易造成弯管段液膜的持续累积和内壁面温度的持续下降。当液膜蒸发、剥离、脱落过程不完全时，易在排气管内壁面上形成结晶沉积物，甚至严重时结晶会堵塞排气管，造成排气背压和油耗升高，严重影响柴油机动力性、经济性及排放水平。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种防止尿素结晶的前置挡板混合装置，通过在尿素喷嘴座的排气气流上游增加前置挡板，并在尿素喷嘴座的排气气流下游设置内衬多孔混合器，能够显著抑制尿素结晶在排气管中产生，且结构简单，安装方便，对排气背压的影响较小。

按照本发明提供的技术方案，一种防止尿素结晶的前置挡板混合装置包括排气管、喷嘴座、前置挡板和内衬多孔混合器，排气管上设有喷嘴座，喷嘴座上连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入排气管中，其特征是：所述排气管内设有前置挡板，前置挡板位于喷嘴座的排气气流上游；所述前置挡板的横截面形状为圆弧形，前置挡板的圆弧凸出端面面向尿素喷嘴的喷射位置，前置挡板的圆弧凸进端面背向排气管进气端；所述前置挡板包括颈体部、中间部和裙体部，颈体部、中间部和裙体部从前往后首尾连接成一体，前置挡板的颈体部面向喷嘴座安装位置方向设置，颈体部前端紧贴在喷嘴座喉口上游的排气管内壁面上，前置挡板的裙体部背向喷嘴座安装位置方向设置，并且前置挡板的裙体部与排气管的管壁之间设有间隙；所述中间部上设有中间导流结构，裙体部上设有裙体导流结构，裙体导流结构的导流面积大于中间导流结构的导流面积；

所述排气管内设有内衬多孔混合器，内衬多孔混合器位于喷嘴座的排气气流下游，内衬多孔混合器和排气管内壁之间设有间隙；所述内衬多孔混合器包括内衬管，内衬管中部表面焊接混合结构，内衬管的下游端焊接多个扰流片，内衬管和扰流片表面设有多个混合孔，多个混合孔沿着内衬管和扰流片表面均匀分布。

进一步的，前置挡板与尿素喷嘴喷雾中心线形成一个夹角β，喷嘴座上尿素喷嘴的喷射角度为α，前置挡板与尿素喷嘴喷雾中心线之间的夹角为β，>。

进一步的，前置挡板的颈体部左右两侧对称设有前安装支板，前安装支板连接在排气管内侧壁上，颈体部左右两侧的两个前安装支板之间的间距大于喷嘴座喉口的管径，前置挡板的裙体部左右两侧对称设有后安装支板，后安装支板连接在排气管内侧壁上。

进一步的，中间导流结构包括多个均匀分布的中间导流孔。

进一步的，裙体导流结构包括多个均匀分布的裙体导流孔

进一步的，颈体部从前往后宽度尺寸逐渐变大，中间部从前往后宽度尺寸逐渐变大。

进一步的，内衬管的上游端表面焊接多个支撑板，多个支撑板沿着内衬管圆周方向均匀分布，多个支撑板连接接在排气管的内侧壁上。

进一步的，内衬管为圆筒状结构。

进一步的，混合结构包括多个混合叶片，多个混合叶片沿着内衬管圆周方向均匀分布，混合叶片在圆周方向上与内衬套圆柱纵截面之间的夹角为锐角γ。

进一步的，多个扰流片由外圈向内圈渐渐收拢，多个扰流片沿着内衬管圆周方向均匀分布。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构简单、紧凑、合理，本发明分别通过前置挡板和内衬多孔混合器的组合使用，解决了因喷射点与催化剂箱入口之间的距离较短，且存在急弯的排气管的结晶问题，避免了尿素溶液与排气管壁面的碰撞，使液膜在内衬管壁面上的滑移被不断地分散，内衬多孔混合器的设计起到了强制混合效果，尾部的扰流片进一步增强了抗弯道沉积的能力；本发明能有效减少结晶物质的产生，同时促进了柴油机排气与尿素液滴的均匀混合，提高氮氧化物转化效率，适用于在柴油机试验台架和整车环境下的布置和安装。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为前置挡板主视图。

图3为前置挡板横截面结构图。

图4为内衬多孔混合器主视图。

图5为内衬多孔混合器横截面结构图。

附图标记说明：1-排气管、2-喷嘴座、3-前置挡板、3.1-颈体部、3.2-中间部、3.3-裙体部、3.4-中间导流孔、3.5-裙体导流孔、3.6-前安装支板、3.7-后安装支板、4-内衬多孔混合器、4.1-内衬管、4.2-混合叶片、4.3-扰流片、4.4-混合孔、4.5-支撑板。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

如图1所示，本发明主要包括排气管1、喷嘴座2、前置挡板3和内衬多孔混合器4。排气管1上设有喷嘴座2，喷嘴座2上连接尿素喷嘴，尿素喷嘴伸入排气管1中并进行尿素喷射。

所述排气管1内设有前置挡板3，前置挡板3位于喷嘴座2的排气气流上游。所述喷嘴座2上尿素喷嘴的喷射角度为α，前置挡板3与尿素喷嘴喷雾中心线之间的夹角为β，>。

如图2~3所示，所述前置挡板3的横截面形状为圆弧形，前置挡板3的圆弧凸出端面面向尿素喷嘴的喷射位置，前置挡板3的圆弧凸进端面背向排气管进气端。优选的，前置挡板3的圆弧半径为1/4~1/3倍的排气管管径d。

所述前置挡板3包括颈体部3.1、中间部3.2和裙体部3.3，颈体部3.1、中间部3.2和裙体部3.3从前往后首尾连接成一体。

所述前置挡板3的颈体部3.1面向喷嘴座2安装位置方向设置，颈体部3.1前端紧贴在喷嘴座2喉口上游的排气管内壁面上，前置挡板3的裙体部3.3背向喷嘴座2安装位置方向设置，并且前置挡板3的裙体部3.3与排气管1的管壁之间设有间隙。

为了方便前置挡板3的安装，所述前置挡板3的颈体部3.1左右两侧对称设有前安装支板3.6，前安装支板3.6连接在排气管1内侧壁上，颈体部3.1左右两侧的两个前安装支板3.6之间的间距大于喷嘴座2喉口的管径。

前置挡板3的裙体部3.3左右两侧对称设有后安装支板3.7，后安装支板3.7连接在排气管1内侧壁上。所述对称设置的前后安装板能够减小对排气背压的影响。

所述颈体部3.1从前往后宽度尺寸逐渐变大，中间部3.2从前往后宽度尺寸逐渐变大，设置尺寸逐渐变大的结构以包络尿素喷束的锥角，防止排气气流直接吹扫。中间部3.2上设有中间导流结构，中间导流结构包括多个均匀分布的中间导流孔3.4。裙体部3.3上设有裙体导流结构，裙体导流结构包括多个均匀分布的裙体导流孔3.5。所述裙体导流结构的导流面积大于中间导流结构的导流面积。

前置挡板3长度为l，优选的，所述中间导流结构设置在前置挡板3的2/5l位置处，裙体导流结构设置在前置挡板3的2/3l处。

圆弧状结构的前置挡板以上述特定的方式安装在尿素喷射气流上游附近。首先，由于发动机的工况的变动使得排气气流的扰动容易对尿素喷雾直接造成影响，将尿素喷雾直接吹碰到排气管的内壁面。颈体部紧贴在喷嘴座喉口上游的排气管内壁面，能够防止排气气流对尿素起始喷束的破坏作用，稳定喷束分散。其次，排气气流吹向挡板的圆弧凹陷端面时，挡板中上部分明显阻挡气流直接吹扫，在档板的两侧产生强烈的气流涡旋，以引导排气气流对尿素液滴快速破碎和蒸发。此种设计的核心是：挡板颈体部不开孔，挡板中间部稀疏设孔，挡板裙体部密集设置排孔，形成梯度布孔，使得排气气流形成梯度导流，保证尿素液滴按照喷射器自身的喷雾特性（如喷雾锥角、贯穿距离）稳定发散喷束，使尿素液滴均匀分散在下游的排气管中央区域。最后，排气气流从挡板的裙体部开裆口吹出，挡板最下部与排气管内壁存在间隙，利用管壁壁面的急速气流，防止尿素液滴直接喷到排气管的内壁面上。

前置挡板的设计可以消除现有喷嘴座的角度安装技术要求，即现有喷雾中心线与排气管中心轴线呈3°~5°的偏转角度。而本发明的设计使尿素喷雾中心线与排气管中心轴线相一致，喷嘴座安装要求更加简单，而且能显著减少发动机工况的变动对尿素喷束的影响，稳定喷束，保证尿素液滴在排气管中心区域均匀分布，提升转化效率。

所述排气管1内设有内衬多孔混合器4，内衬多孔混合器4位于喷嘴座2的排气气流下游，内衬多孔混合器4和排气管1内壁之间设有间隙。

如图4~5所示，所述内衬多孔混合器4采用导热系数较高的4系列铁素体不锈钢材料制作，包括圆筒状结构的内衬管4.1，内衬管4.1中部表面焊接混合结构，混合结构到内衬管4.1的上游端长度为内衬管4.1长度的3/5。混合结构包括多个混合叶片4.2，多个混合叶片4.2沿着内衬管4.1圆周方向均匀分布。

所述混合叶片4.2在圆周方向上与内衬套4.1圆柱纵截面之间的夹角为锐角γ，优选的γ为30°。

所述内衬管4.1的下游端焊接多个扰流片4.3，多个扰流片4.3由外圈向内圈渐渐收拢，多个扰流片4.3沿着内衬管4.1圆周方向均匀分布，扰流片4.3能够进一步防止液滴在排气管弯道的碰壁，加强尿素液滴的破碎和蒸发。

所述内衬管4.1和扰流片4.3表面设有多个混合孔4.4，多个混合孔4.1沿着内衬管4.1和扰流片4.3表面均匀分布，混合孔4.4能够防止液滴在扰流片上附着沉积。

所述内衬管4.1的上游端表面焊接多个支撑板4.5，多个支撑板4.5沿着内衬管4.1圆周方向均匀分布。多个支撑板4.5连接在排气管1的内侧壁上，起到稳定支撑的作用。

所述内衬多孔混合器设计在喷嘴座下游的排气管直管段中。首先，内衬管的直径比排气管内径小，从而形成内衬形式，当上游顺着挡板方向吹扫的尿素液滴到达内衬管的上游端口时，内衬管起到漏斗承接的作用。其次，尿素液滴喷壁在混合器内壁上时，排气气流从内衬管周壁开孔处吹扫内衬壁面，使得尿素液滴不断地被打散，以防止液膜的聚集，加速了残留尿素液滴的蒸发；最后，尿素液滴被下游的叶片强制混合，使得未完全蒸发的尿素液滴与叶片碰撞溅射，加速蒸发和热解，混合管尾端的扰流片起引导气流的作用，可适应性地避免尿素液滴在排气管底端弯管处内壁面结晶。

本发明具体也适用于在喷射位置下游无急转弯的情况。本发明涉及的内衬多孔混合器，在其尾端设计扰流片，继续引导气流，进一步防止液滴在排气管弯道的碰壁，加强尿素液滴的破碎和蒸发。

综上所述，本发明分别通过前置挡板和内衬多孔混合器的组合使用，解决了因喷射点与催化剂箱入口之间的距离较短，且存在急弯的排气管的结晶问题，避免了尿素溶液与排气管壁面的碰撞，使液膜在内衬管壁面上的滑移被不断地分散，内衬多孔混合器的设计起到了强制混合效果，尾部的扰流片进一步增强了抗弯道沉积的能力。本装置能有效减少结晶物质的产生，同时促进了柴油机排气与尿素液滴的均匀混合，提高氮氧化物转化效率，适用于在柴油机试验台架和整车环境下的布置和安装。