本申请涉及一种集成的尾气后处理箱，用于处理发动机排放的尾气。
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。一种典型的适于安装在整车底盘两侧的用于柴油发动机的集成式尾气后处理箱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)。
为了满足更高等级的尾气排放要求，例如欧六标准和真实驾驶排放(rde)测试要求，一方面，需要增大尾气处理元件，这会导致整个尾气后处理箱的体积增大。由于整车底盘两侧用于安置尾气后处理箱的空间有限，因此尾气后处理箱的体积增大导致整车底盘两侧各个部件的布置出现困难。另一方面，需要提高喷入的还原剂在尾气中的混合均匀度，以使得更多的氮氧化物转化成氮气，这就要求对现有的尾气后处理箱中各尾气处理元件的布局进行改进。
因此，现有的尾气后处理箱在综合优化其尺寸和性能方面仍存在很大需求。
技术实现要素：
本申请的一个目的是提供一种用于发动机尾气的尾气后处理箱，其具有减小的总体尺寸和改进的尾气处理性能。
为此，本申请在其一个方面提供了一种尾气后处理箱，用于处理发动机尾气，尤其是柴油发动机尾气，包括：箱体，其限定出箱体内部空间；依次被尾气流经的氧化催化器、还原剂混合器和选择性催化还原器，它们由箱体承载并且彼此大致平行地布置；以及还原剂喷射器，其被布置成向还原剂混合器中喷射还原剂；其中，所述还原剂混合器中布置着旋流导向件，所述旋流导向件构造成在所述还原剂混合器中产生还原剂和尾气的混合物的旋流。
根据一种可行实施方式，所述还原剂喷射器的喷射口的中心轴线与还原剂混合器的中心轴线大致共线。
根据一种可行实施方式，所述还原剂混合器包括彼此衔接的上游锥形段和下游筒形段，所述锥形段的横截面尺寸沿着从上游向下游的方向逐渐缩小。
根据一种可行实施方式，所述旋流导向件包括适于安装在所述还原剂混合器中的圆筒壁和从所述圆筒壁的至少一个轴向边缘向径向内侧延伸的多个翼片，各翼片相对于圆筒壁限定的圆周方向倾斜。
根据一种可行实施方式，各翼片相对于圆筒壁限定的圆周方向倾斜相同的角度。
根据一种可行实施方式，所述氧化催化器的出口端和所述还原剂混合器的入口端通第一罩体建立连通，所述还原剂喷射器安装在第一罩体的面对着所述入口端的壁部上。
根据一种可行实施方式，所述还原剂喷射器安装于所述壁部上形成的朝向所述入口端沿轴向凹入的凹陷部。
根据一种可行实施方式，所述还原剂混合器的出口端和所述选择性催化还原器的入口端通过第三罩体建立连通。
根据一种可行实施方式，在所述第三罩体的内部空间中，在所述还原剂混合器的出口端和/或所述选择性催化还原器的入口端处设有用于维持或产生旋流的导向元件。
根据一种可行实施方式，第三罩体的外轮廓造型适于促进还原剂和尾气的混合，同时适于引导还原剂和尾气的混合物均匀地分配进入选择性催化还原器中。
根据一种可行实施方式，所述出口端处的导向元件由所述出口端自身的一个沿圆周方向延伸的圆弧段构成。
根据一种可行实施方式，相对于还原剂混合器的中心轴线，该圆弧段大致位于所述选择性催化还原器的入口端这一侧。
根据一种可行实施方式，所述氧化催化器中集成有颗粒捕集器。
根据一种可行实施方式，所述氧化催化器包括布置在其壳体中的氧化催化段和颗粒捕集段。
根据一种可行实施方式，所述颗粒捕集段位于所述氧化催化段下游。
根据一种可行实施方式，所述选择性催化还原器包括彼此并联的两个或更多个选择性催化还原器，所述两个或更多个选择性催化还原器的出口端被公共的第二罩体罩住。
根据一种可行实施方式，所述尾气后处理箱还包括尾气出口，用于排出处理后的尾气，所述尾气出口设置在所述第二罩体上。
根据一种可行实施方式，所述选择性催化还原器包为单一的选择性催化还原器，所述尾气后处理箱还包括尾气出口，用于排出处理后的尾气，所述尾气出口设置在该单一的选择性催化还原器的出口端。
根据一种可行实施方式，所述尾气后处理箱还包括尾气出口，用于排出处理后的尾气，所述尾气出口设置在所述箱体的周壁上，所述选择性催化还原器的出口端经所述箱体中的围绕着氧化催化器、还原剂混合器和选择性催化还原器的空间部分与所述尾气出口连通。
根据本申请，尾气后处理箱中的各尾气处理元件采用了平行布局，使得整个尾气后处理箱具有较小的尺寸，从而容易安装在整车底盘两侧。同时，能够产生还原剂和尾气的混合物的旋流，提高了还原剂在尾气中的混合均匀度，并且因此提高了氮氧化物的转化率，更容易满足更高等级的尾气排放要求。
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，其中：
图1、2分别是根据本申请的一种可行实施方式的尾气后处理箱的从前后两侧所作的立体图；
图3是该尾气后处理箱的在拆掉箱体周壁后从前侧所作的立体图；
图4是该尾气后处理箱从后侧所作的立体图，其中第三罩体被与箱体分开，以显示尾气在第三罩体中的流动；
图5是穿过该尾气后处理箱中的氧化催化器(集成有颗粒捕集器)和还原剂混合器所作的示意性剖视图；
图6是穿过该尾气后处理箱中的选择性催化还原器所作的示意性剖视图；
图7是还原剂混合器中的旋流导向件的一种可行结构的立体图；
图8是根据本申请的另一种可行实施方式的尾气后处理箱的示意性剖视图。
具体实施方式
本申请总体上涉及一种尾气后处理箱，用于处理发动机尾气，该尾气后处理箱适于安装在整车底盘两侧。本申请的尾气后处理箱典型地适合用于处理柴油发动机的尾气；然而，该尾气后处理箱也可适用于耗用其它类型燃料的发动机(尾气后处理箱中的一些部件可能需要相应地改动)。
下面将参照附图描述根据本申请可行实施方式的集成式尾气后处理箱。需要指出，下面的描述中使用的表示相对位置的术语“上游”、“下游”是相对于尾气的流动方向定义的。
图1至6中所示的集成式尾气后处理箱包括箱体1和由箱体1承载的各尾气处理元件。这些尾气处理元件主要包括：氧化催化器2、还原剂混合器3、一对彼此并联设置的选择性催化还原器4、5，它们并排或者说彼此大致平行地布置，并且它们的主体部分位于箱体1中，轴向两端由箱体1支撑。
箱体1包括彼此对置的第一端壁11和第二端壁12，以及沿着这两个端壁的外周延伸的周壁13，这两个端壁和周壁13限定出箱体内部空间。
在图示的例子中，第一端壁11和第二端壁12的主体为彼此大致平行地布置的平板状，主体的周缘形成有用于与周壁13结合的凸缘；然而，根据需要，可以将它们设计成具有任何的适宜形状和布置方式。
氧化催化器2具有大致圆筒形壳体，其限定出氧化催化器2的入口端21和出口端22以及氧化催化器2的中心轴线，入口端21穿过第一端壁11并由第一端壁11支撑，出口端22穿过第二端壁12并由第二端壁12支撑。入口端21上装有或一体形成有大致锥状的尾气入口23，其位于箱体1的前侧(第一端壁11那一侧)。
尾气入口23被构造成靠近发动机连接到上游尾气管段，例如，连接到废气再循环(egr)系统中的增压涡轮的出口端。尾气入口23接收从发动机排放的尾气。氧化催化器2中可以集成有颗粒捕集器。具体而言，氧化催化器2的壳体中布置着氧化催化段25和颗粒捕集段26，该颗粒捕集段26优选位于氧化催化段25下游。进入氧化催化器2中的尾气依次流过氧化催化段25和颗粒捕集段26，以使尾气中的碳氢化合物和一氧化碳发生氧化催化反应而生成水和二氧化碳，并且尾气中的颗粒物被捕集。
尾气入口23优选相对于氧化催化器2的中心轴线的偏置并且倾斜。这种布置方式使得尾气能够更充分地撞击氧化催化器2中的氧化催化剂，这会增强氧化催化器2中的催化反应。
还原剂混合器3布置在氧化催化器2的旁边，例如图中所示地布置在其上方，并且限定出还原剂与尾气的混合室。在图示的例子中，还原剂混合器3包括轴向衔接的两部分，即上游的锥形段(例如圆锥形段)31和下游的筒形段(例如圆筒形段)32，二者可以单独制成并且组合在一起，或者可以一体地制成。锥形段31的横截面尺寸沿着从上游向下游的方向逐渐缩小。锥形段31的上游端口构成还原剂混合器3的入口端33，锥形段31的下游端口与筒形段32的上游端口衔接，筒形段32的下游端口构成还原剂混合器3的出口端34。该入口端33穿过第二端壁12并由第二端壁12支撑，该出口端34穿过第一端壁11并由第一端壁11支撑。锥形段31与筒形段32基本上同轴。旋流导向件35布置在筒形段32中，优选靠近筒形段32的上游端口。
选择性催化还原器4、5布置在还原剂混合器3和氧化催化器2的旁边，其中选择性催化还原器4与还原剂混合器3并排布置，选择性催化还原器5与氧化催化器2并排布置。选择性催化还原器4、5分别具有入口端41、51和出口端42、52，入口端41、51穿过第一端壁11并由第一端壁11支撑，出口端42、52穿过第二端壁12并由第二端壁12支撑。
选择性催化还原器4、5分别具有大致圆筒形壳体，并且，由于还原剂混合器3占据的径向空间要小于氧化催化器2，因此留给选择性催化还原器4的径向空间较大，选择性催化还原器4的直径可以大于选择性催化还原器5。当然，选择性催化还原器4、5也可以具有相同的直径。
这里需要指出，在图示的例子中，氧化催化器2、选择性催化还原器4、5都具有大致圆筒形壳体，然而，根据实际需要，例如为了更合理地占用箱体1的内部空间，也可以将它们构造为具有其它形状的壳体，例如椭圆柱面或其它形式的柱面壳体。
在箱体1的后侧(第二端壁12那一侧)，氧化催化器2的出口端22和还原剂混合器3的入口端33通过密闭的第一罩体6连通。第一罩体6可通过诸如卡箍63等紧固件分别连接到所述出口端22和入口端33。第一罩体6限定出大致呈沿竖直方向延伸的扁平内部空间，所述出口端22和入口端33开通于该内部空间并因此而相互连通。并且，第一罩体6包括分别面对着所述出口端22的第一部分61和面对着所述入口端33的第二部分62。
同时，在箱体1的后侧，选择性催化还原器4、5的出口端42、52被第二罩体7罩住。第二罩体7具有壁部和由壁部外周伸出的凸缘，所述凸缘密封地固定于第二端壁12并且限定出内部空间，所述出口端42、52开通于该内部空间并因此而相互连通。
在箱体1的前侧，还原剂混合器3的出口端34和选择性催化还原器4、5的入口端41、51被第三罩体8封闭。第三罩体8具有壁部和由壁部外周伸出的凸缘，所述凸缘密封地固定于第一端壁11并且限定出内部空间，所述出口端34和入口端41、51开通于该内部空间并因此而相互连通。并且，第三罩体8包括分别面对着所述出口端34的第一部分81、面对着所述入口端41的第二部分82和面对着所述入口端51的第三部分83。
需要指出，第二罩体7和第三罩体8也可以像第一罩体6那样自身限定密闭的内部空间，而非借助于与第二端壁12或第一端壁11组合限定出其内部空间。
还原剂混合器3的出口端34在第三罩体8的第一部分81限定的内部空间部分中露出，并且出口端34的露出部分为沿圆周方向延伸的圆弧段，而非完整一圈，如图4所示。相对于还原剂混合器3的中心轴线而言，该圆弧段优选大致位于入口端41这一侧。出口端34的圆弧段形露出部分可以一直轴向延伸到与第三罩体8的第一部分8的壁部抵接。
在第一罩体6上装有还原剂喷射器9，用于以计量的方式向还原剂混合器3中喷射还原剂，例如，尿素的水溶液，通常为adblue。还原剂喷射器9安装在第一罩体6的第二部分62上，并且其喷射口朝向还原剂混合器3的入口端33。优选地，还原剂喷射器9的喷射口的中心轴线与还原剂混合器3的中心轴线大致共线(同轴)。此外，为了使得还原剂喷射器9喷射的还原剂均匀地进入还原剂混合器3，可在第一罩体6的第二部分62的壁部上形成朝向还原剂混合器3的入口端33沿轴向凹入的凹陷部(参看图5)，还原剂喷射器9被安装于该凹陷部。这样，可使得尾气不容易把喷射的还原剂吹偏，同时使得尾气环状对称地进入还原剂混合器3。
此外，尾气后处理箱还包括大致锥状的尾气出口14，用于排出处理后的尾气。尾气出口14可以设置在任何适于将处理后的尾气排出的位置。根据一种可行实施方式，尾气出口14设置在箱体1的周壁13上，如图1、2所示；根据另一种可行实施方式，尾气出口14设置在第二罩体7的壁部上，如图8所示。图1、2所示的尾气出口14设置方式的益处在于，可以利用处理后的尾气的热量为箱体1中的各个尾气处理元件提供保温作用，图8所示的尾气出口14设置方式的益处在于，可以减小尾气背压，如后面所述。
需要指出，在如图1、2所示将尾气出口14设置在周壁13上时，需要确保选择性催化还原器4、5的出口端42、52与尾气出口14之间的连通。为此，作为一种方案，可以在第二端壁12的面对着第二罩体7的部分中形成通孔，使得第二罩体7的内部空间与箱体1中围绕着各尾气处理元件的空间之间形成连通，从而也就在选择性催化还原器4、5的出口端42、52与尾气出口14之间建立了连通。当然，其它在选择性催化还原器4、5的出口端42、52与尾气出口14之间建立连通的结构也是可行的。
在图8所示的实施方式中，选择性催化还原器4、5的出口端42、52经第二罩体7的内部空间与设置在第二罩体7上的尾气出口14连通，而第二罩体7的内部空间与箱体1的内部空间之间被隔离，例如通过密闭的第二端壁12实现隔离。
根据本申请的各种实施方式的尾气后处理箱形成了一条尾气流动路径，尾气由尾气入口23进入，依次流动经过氧化催化器2、还原剂混合器3、选择性催化还原器4、5，最后由尾气出口14排出。在流经还原剂混合器3时，尾气中被还原剂喷射器9喷入了还原剂，使得还原剂与尾气混合。为了提高还原剂在尾气中的混合程度，旋流导向件35构造成在还原剂混合器3中产生旋流。
旋流导向件35可以设计成具有任何适于使流经它的气流形成旋流的结构。根据一种可行实施方式，如图7所示，旋流导向件35包括圆筒壁351和分别从圆筒壁351的轴向前后边缘向径向内侧延伸的多个均布的翼片352和353。圆筒壁351的尺寸设计成适于安装在筒形段32中，例如通过压接。各翼片352和353的表面相对于圆周方向倾斜，倾斜的角度可以相同。这样，撞击到各翼片352和353的还原剂与尾气的混合气流会被这些翼片沿圆周方向偏转。在全部翼片352和353的偏转作用下，会形成旋流。可以理解，如果能够形成足够的旋流，仅在圆筒壁351的轴向一侧边缘设置翼片352或353既可。
旋流导向件35可以由单块金属板冲压制成。
下面描述图1至6所示尾气后处理箱的操作。尾气的流动在图中以箭头表示。
首先，发动机排出的尾气经尾气入口23流入氧化催化器2，如图1、5中的箭头f1所示。接下来，参看图5，尾气总体上在氧化催化器2中沿第一轴向方向流动，从而分别经受氧化催化段25和颗粒捕集段26的处理。然后，尾气经氧化催化器2的出口端22进入第一罩体6的第一部分61中，并且朝向第一罩体6的第二部分62中流动。然后，尾气从第二部分62进入还原剂混合器3中。
在还原剂混合器3中，首先进入锥形段31，并且在锥形段31中朝向筒形段32的方向以会聚的方式流动。同时，还原剂喷射器9朝向旋流导向件35喷出还原剂。还原剂首先进入锥形段31中，并且与尾气一边混合、一边朝向旋流导向件35轴向移动。还原剂撞击到旋流导向件35的翼片352、353，并且受到各翼片的偏转作用。尾气同时也被各翼片偏转引导。这样，在筒形段32中形成了还原剂和尾气的混合物(也可称作混有还原剂的尾气)的旋流，即还原剂和尾气的混合物旋转并且朝向还原剂混合器3的出口端34移动。总体上讲，还原剂和尾气的混合物在还原剂混合器3中沿着与第一轴向方向相反的第二轴向方向流动。
在流经还原剂混合器3时，还原剂在尾气中混合时，会在尾气的高温作用下蒸发。还原剂撞击到旋流导向件35的翼片352、353，使得还原剂进一步在尾气中混合并且雾化和蒸发。然后，在以旋流的形式流经筒形段32时，还原剂被充分地混合到尾气中并且充分地蒸发。
还原剂和尾气的混合物经还原剂混合器3的出口端34以旋流的形式流入第三罩体8的第一部分81中。如图4所示，由于出口端34的圆弧段形露出部分的拦截作用，还原剂和尾气的混合物(至少大部分)不是立即流向第三罩体8的第二部分82和第三部分83，而是继续在第一部分81中旋转，然后绕过出口端34的圆弧段形露出部分流向第二部分82和第三部分83。然后，还原剂和尾气的混合物从第二部分82和第三部分83经入口端41、51流入选择性催化还原器4、5中。还原剂和尾气的混合物在第三罩体8中的旋流进一步促进了还原剂在尾气中的混合。此外，可选地，第三罩体8的外轮廓造型使得还原剂和尾气进一步混合的同时，引导还原剂和尾气的混合物均匀地分配进入选择性催化还原器4、5中。
如图6所示，还原剂和尾气的混合物在选择性催化还原器4、5中沿着第一轴向方向流动。在选择性催化还原器4、5中，尾气与还原剂经历了选择性催化还原反应，氮氧化物被转化成氮气和其它无毒成分(例如水)。处理后的尾气由选择性催化还原器4、5的出口端42、52流入第二罩体7中。之后，尾气流入箱体1中的围绕着各尾气处理元件的空间，以便借助于处理后的尾气的温度使得这些尾气处理元件相对于外部环境保温，从而维持这些尾气处理元件的性能。然后，处理后的尾气经尾气出口14排出到下游尾气管段中，如图2中的箭头f2所示。
图8中所示的实施方式的操作与图1至6所示的实施方式不同之处在于，在还原剂与尾气流经了选择性催化还原器4、5而从出口端42、52流入第二罩体7中后，处理后的尾气经设置在第二罩体7上的尾气出口14排出，如图8中的箭头f2所示。同图1至6所示的实施方式相比，在图8中所示的实施方式中，处理后的尾气以直通并且较短的路径排出，因此尾气承受的背压较小。图8中所示的实施方式在其它方面与图1至6所示的实施方式相同或类似，这里不再重复叙述。
根据本申请的各种实施方式，通过在还原剂混合器3、甚至第三罩体8中产生的旋流，还原剂被充分地混合在尾气中并且蒸发，这样，能够提高选择性催化还原反应的效果，还能避免还原剂残留在尾气后处理箱中而在低温下结晶。
可以理解，本领域技术人员根据本申请的基本原理，可以对前面描述的实施方式做出各种修改。
例如，旋流导向件35可以构造成各种形式，只要它有助于在还原剂混合器3中形成还原剂和尾气的混合物的旋流以使还原剂在尾气中均匀混合即可。
此外，在图4所示的例子中，在第三罩体8的第一部分81中通过出口端34的圆弧段形露出部分维持旋流；然而，也可以在第三罩体8的第一部分81中设置其它形式的导向元件，用以在一定程度上维持从还原剂混合器3出来的旋流。更进一步地，可以在第三罩体8中设置用于在选择性催化还原器4、5的入口端41、51处产生旋流的导向元件，使得还原剂和尾气的混合物以旋流形式(至少部分地)进入选择性催化还原器4、5。
此外，在图示的例子中，颗粒捕集器集成在氧化催化器2中，然而，作为替代或附加方案，也可以根据实际需要将颗粒捕集器集成在每个选择性催化还原器4、5中。
此外，在图示的例子中，设有两个选择性催化还原器4、5，然而，根据实际需要，也可以设置单一的选择性催化还原器，或是设置多于两个的彼此并联的选择性催化还原器，只要其与氧化催化器2和还原剂混合器3大致平行地布置即可。对于设置多个选择性催化还原器的方案，它们每个的形状和尺寸(尤其是径向尺寸)可以根据箱体内部空间情况而优化设计。
这里需要指出，在采用两个或更多个选择性催化还原器时，可以更好地确保尾气的选择性催化还原处理效果，并且有助于减小尾气背压。
还需要指出，在仅设置单一的选择性催化还原器时，图8中所示的实施方式可以取消第二罩体7，将尾气出口14直接设置在这个选择性催化还原器的出口端上。
此外，在图示的例子中，氧化催化器2位于还原剂混合器3下方，然而，根据实际需要，可以任意设置二者的相对位置，例如，还原剂混合器3位于氧化催化器2下方或横向一侧，选择性催化还原器布置在二者横向旁边。
此外，在图示的例子中，沿尾气流动路径衔接的尾气处理元件通过相应的罩体而连通；然而，也可以通过其它方式使得尾气处理元件之间实现连通，例如通过连接着相应尾气处理元件端口的管件等等。
此外，各尾气处理元件，尤其是氧化催化器和选择性催化还原器，可以设计为模块，尤其是具有不同规格的模块，从而容易通过各种模块的组合，实现具有各种尾气处理能力的尾气后处理箱。
对本申请的尾气后处理箱的其它方面的修改，也是能够设想出来的。
根据本申请，尾气后处理箱中的还原剂混合器、氧化催化器、选择性催化还原器彼此并排即大致平行地布置，产生了紧凑的尾气后处理箱，使得整个尾气后处理箱具有较小的尺寸，从而容易安装在整车底盘两侧。
此外，这种平行布局还确保了还原剂混合器具有足够的长度，以使得还原剂在尾气中充分地混合；同时，还原剂混合器中设置的旋流导向件、甚至第三罩体中的导向元件使得还原剂和尾气的混合物产生并维持旋流。因此，还原剂被充分地混合在尾气中，提高了还原剂在尾气中的混合均匀度。在还原剂喷射器的喷射口与还原剂混合器大致同轴设置时，也有助于提高这种混合均匀度。在本申请的尾气后处理箱中，还原剂在尾气中的混合均匀度能够达到97％甚至更高，并且因此提高了氮氧化物的转化率，使得排气容易符合更高的尾气排放标准的要求。同时，使得本申请的尾气后处理箱特别适合用于中载和重载柴油车辆中。
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。