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)。
doc)、scr和dpf在低温条件下，不能发挥其全部效用，甚至有可能无法工作。因此，需要在尾气后处理箱中维持必要的温度。为此，根据现有技术，在尾气后处理箱中设置绝热材料，以避免由于向外部环境损失热量而导致尾气后处理箱内温度过低。然而，添加绝热材料无疑会增加尾气后处理箱的整体成本。此外，在发动机以低功率状况运转时，排放的尾气的温度较低，即使是存在绝热材料，有时也难以维持尾气处理元件中的催化剂正常工作所需的温度，这使得尾气后处理箱难以达到最佳的工作状态，尾气的处理能力较低，导致排气达不到高等级的尾气排放要求，例如欧六标准和真实驾驶排放(rde)测试要求等。
因此，希望能够以更好的措施来维持尾气后处理箱中必要的温度。
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，其能够以低成本且可靠地在尾气后处理箱中维持必要的温度。
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；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主体位于箱体的内部空间中，所述选择性催化还原器的出口端被配置成与箱体的内部空间连通，使得由选择性催化还原器排出的处理后的尾气进入箱体的内部空间中围绕着所述氧化催化器、还原剂混合器和选择性催化还原器外周的部位；还原剂喷射器，其被布置成向还原剂混合器中喷射还原剂；以及尾气出口，其设置在箱体上并且开通于箱体的内部空间，使得进入箱体的内部空间中的处理后的尾气通过尾气出口排出到尾气后处理箱外。
根据一种可行实施方式，选择性催化还原器的出口端通向固定在箱体外侧的罩体的内部空间，箱体的面对着罩体的部位形成有在在罩体的内部空间与箱体的内部空间之间建立连通的尾气通孔。
根据一种可行实施方式，所述箱体包括第一端壁和第二端壁以及沿着这两个端壁的外周延伸的周壁，所述选择性催化还原器的出口端穿过所述第二端壁中形成的选择性催化还原器支撑孔通向所述罩体的内部空间，所述第二端壁的面对着罩体的部位形成有所述尾气通孔。
根据一种可行实施方式，所述第二端壁中还形成有氧化催化器支撑孔和还原剂混合器支撑孔，所述尾气通孔形成在所述选择性催化还原器支撑孔与所述氧化催化器支撑孔和还原剂混合器支撑孔之间的区域中。
根据一种可行实施方式，所述第二端壁中形成有多个尾气通孔。
根据一种可行实施方式，所述尾气通孔为围绕所述选择性催化还原器支撑孔的外周形成的一组尾气通孔。
根据一种可行实施方式，所述尾气出口设置在所述箱体上的靠近所述氧化催化器的部位上。
根据一种可行实施方式，所述尾气出口设置在所述周壁上。
根据一种可行实施方式，所述尾气出口设置在所述周壁上的靠近所述氧化催化器的部位上。
根据一种可行实施方式，所述选择性催化还原器的出口端开通于箱体的内部空间中。
根据一种可行实施方式，在轴向上，所述尾气出口设置在远离选择性催化还原器的出口端的位置处。
根据一种可行实施方式，所选择性催化还原器包括彼此并联的多个选择性催化还原器。
根据一种可行实施方式，所述氧化催化器、还原剂混合器和选择性催化还原器彼此大致平行地布置。
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。
根据本申请，经尾气后处理箱处理后的尾气在流经尾气后处理箱中的各尾气处理元件后才被从尾气后处理箱排出，处理后尾气的温度被用来维持各尾气处理元件的温度，从而各尾气处理元件、尤其是其中的催化剂能够以最佳状态工作，从而更容易满足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是显示处理后的尾气在箱体中的分布情况的示意性剖视图；
图8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9是箱体第二端壁的一种可行结构的示意图。
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(前)端壁11和第二(后)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而到达第一端壁11外侧并由第一端壁11支撑，出口端22穿过第二端壁12而到达第二端壁12外侧并由第二端壁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而到达第二端壁12外侧并由第二端壁12支撑，该出口端34穿过第一端壁11而到达第一端壁11外侧并由第一端壁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而到达第一端壁11外侧并由第一端壁11支撑，出口端42、52穿过第二端壁12而到达第二端壁12外侧并由第二端壁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。
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。
尾气在流经还原剂混合器3时，与还原剂喷射器9喷入的还原剂混合。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8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。
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设置在箱体1的周壁13上，优选设置在周壁13的靠近氧化催化器2的部位上，如图1、2所示，并且开通于箱体1的内部空间。尾气出口14的这种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。
此外，在轴向上，尾气出口14优选设置在远离选择性催化还原器4、5的出口端42、52的位置处，即靠近第一端壁11的位置处。这样，处理后的尾气更容易遍布所有尾气处理元件的外周。
由于选择性催化还原器4、5的出口端42、52与尾气出口14之间间隔着第二端壁12，为了实现出口端42、52与尾气出口14之间的连通，如图9所示，可以在第二端壁12被第二罩体7围绕的部分中形成尾气通孔120。图9中以虚线表示第二罩体7的凸缘在第二端壁12的本体上固定的位置，虚线之内的部分即第二端壁12被第二罩体7围绕的部分，该部分之外形成有分别被氧化催化器2的出口端22和还原剂混合器3的入口端33穿过的氧化催化器支撑孔22a和还原剂混合器支撑孔33a，该部分之内形成有分别被选择性催化还原器4、5的出口端42、52穿过的选择性催化还原器支撑孔42a、52a。由于各尾气处理元件被尽可能紧凑地布置在箱体1中，因此，这些支撑孔占据了第二端壁12的大部分空间。尾气通孔120尽可能形成在这些支撑孔之间的较大区域处，如图9中示意性显示的三个尾气通孔120，每个尾气通孔120的形状和大小应适合于所在位置留给它的可用区域。可以理解，也可以在第二端壁12中形成其它形式和数量的尾气通孔，例如分别围绕选择性催化还原器支撑孔42a、52a的外周均布的一组圆形、方形、长条形尾气通孔。各尾气通孔的总流通面积应足够大，以便尽可能减小尾气流经它们时产生的压降。
通过第二端壁12中的这些尾气通孔120，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建立了连通，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。
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、箱体1中围绕着各尾气处理元件的空间，最后由尾气出口14排出。
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，尾气穿过第二端壁12中的尾气通孔120流入箱体1中的围绕着各尾气处理元件的空间，如图7中以“×”表示的区域，以便借助于处理后的尾气的温度使得这些尾气处理元件的外周维持较高温度并相对于外部环境保温，从而维持这些尾气处理元件的性能，尤其是催化剂的性能。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。
在如图中所示将尾气出口14设置在周壁13的靠近氧化催化器2的部位上的方案中，流入箱体1中的尾气首先沿着选择性催化还原器4、5的外周轴向流动，然后横向流向还原剂混合器3和氧化催化器2，并且越过还原剂混合器3和氧化催化器2的外周流向尾气出口14。这样，处理后的尾气能够更均匀地包围各尾气处理元件，使得每个尾气处理元件都能被均匀地保温。
根据本申请的一种未示出的可行实施方式，选择性催化还原器4、5的出口端42、52并不穿过第二端壁12，而是被支撑在箱体1的内部空间中，例如由设置在第二端壁12内侧上的支撑结构支撑，选择性催化还原器4、5的出口端42、52直接通向箱体1的内部空间。这样，不必采用第二罩体7，第二端壁12上不必设置选择性催化还原器支撑孔，也不必形成尾气通孔。由选择性催化还原器4、5的出口端42、52排出的处理后的尾气直接在箱体1中围绕各尾气处理元件流动，并且经设置在周壁13上的尾气出口14排出。这种实施方式同样可以实现利用处理后的尾气对各尾气处理元件保温的功能。本实施方式的其它方面与图1-6中显示的实施方式相同或类似，这里不再重复叙述，
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，在前面描述的例子中，箱体由第一和第二端壁和周壁构成，然而，箱体可以具有其它各种可行结构，只要能够支撑各尾气处理元件、使得尾气处理元件的主题位于箱体内即可。尾气出口可以设置在箱体任何适宜的部位上并且开通于箱体的内部空间。
在前面描述的例子中，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。
需要指出，对于所需尾气处理能力较小的尾气后处理箱，单一的选择性催化还原器可能就足够了。而对于所需尾气处理能力较大的尾气后处理箱，更希望采用多个彼此并联的选择性催化还原器，这有利于减小整个尾气后处理箱的背压。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。
此外，在前面描述的例子中，各尾气处理元件彼此平行地布置，然而，本申请的利用处理后的尾气对各尾气处理元件进行保温的概念，同样可以应用于尾气后处理箱中的某些甚至全部尾气处理元件不相互平行布置的情况。
此外，在前面描述的例子中，颗粒捕集器集成在氧化催化器中，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中。
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，经尾气后处理箱处理后的尾气在尾气后处理箱内部流动，以便维持尾气后处理箱中各尾气处理元件的温度，可以使得各尾气处理元件、尤其是催化剂以尽可能高的性能工作，即使是发动机以低功率状况运转时。因此，尾气后处理箱能够更高效地将尾气中的有害物质转化成无害物质，更容易满足高等级的尾气排放要求。
此外，由于利用了处理后的尾气自身提供的保温功能，尾气后处理箱中可以取消绝热材料，至少是减少绝热材料的用量。因此，尾气后处理箱的成本可以降低。
此外，在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大致平行地布置时，可产生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，通过这种平行布局，再加上还原剂混合器中的旋流导向件的作用，使得还原剂在尾气中充分地混合，提高了还原剂在尾气中的混合均匀度，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。