箱式尾气后处理系统的制作方法

本申请涉及一种箱式尾气后处理系统，用于处理发动机、尤其是柴油发动机排放的尾气。

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。典型的用于柴油发动机的箱式尾气后处理系统中包括各种尾气处理元件，通常有氧化催化器(doc)、选择性催化还原器(scr)和颗粒捕集器(dpf)，其中选择性催化还原器和颗粒捕集器可以集成在一起。

为了满足更高等级的尾气排放要求，例如欧六、国六标准等，需要提高箱式尾气后处理系统的性能，这要求加大箱式尾气后处理系统中各尾气处理元件、尤其是选择性催化还原器的体积。由于选择性催化还原器的体积增大，导致尾气和还原剂的混合气流在选择性催化还原器中的温度和速度均匀度受到负面影响，而这会导致尾气的选择性催化还原反应性能降低。因此，希望对箱式尾气后处理系统的结构进行改进，以避免上述问题。

技术实现要素：

本申请的一个目的是提供一种用于箱式尾气后处理系统，其能够提高尾气和还原剂的混合气流在选择性催化还原器中的温度和速度均匀度。

为此，本申请在其一个方面提供了一种箱式尾气后处理系统，其包括：

并排设置的氧化催化器单元和选择性催化还原单元，各自具有第一端和第二端；

混合管，其上游段与氧化催化器单元的第二端连通、下游段与选择性催化还原单元的第一端连通；以及

还原剂喷射口，其安装于混合管，用于将还原剂喷流喷射到经所述氧化催化器单元的第二端进入所述混合管的尾气中；

其中，所述选择性催化还原单元具有第一端空腔，混合管的下游段开口于所述第一端空腔；

所述第一端空腔中设有导流翼，所述导流翼构造成使得经混合管的下游段流入所述第一端空腔中的混有还原剂的尾气被所述导流翼引导而以旋流的形式在所述第一端空腔中流动。

根据一种可行实施方式，所述导流翼为沿着选择性催化还原单元的壳体布置的圆弧段的形式，并且相对于尾气的流动方向而言具有上游边缘和下游边缘，所述上游边缘布置在靠近混合管的下游段开口的那一侧。

根据一种可行实施方式，所述上游边缘在轴向上的位置位于混合管的下游段开口与选择性催化还原单元中的催化剂之间。

根据一种可行实施方式，所述导流翼是倾斜的或弯曲的，使得在轴向上，所述导流翼的下游边缘比上游边缘更靠近选择性催化还原单元的第一端。

根据一种可行实施方式，其中，共设有两个或更多个沿圆周方向相继的导流翼。

根据一种可行实施方式，设有两个彼此大致旋转对称布置阀导流翼。

根据一种可行实施方式，在轴向上，对于沿圆周方向相继的两个导流翼而言，前面那个导流翼的下游边缘比后面相那个导流翼的上游边缘更靠近选择性催化还原单元的第一端。

根据一种可行实施方式，所述导流翼具有在上游边缘和下游边缘之间延伸的内周边和外周边，所述外周边抵接于或邻近于选择性催化还原单元的壳体的内壁面。

根据一种可行实施方式，所述外周边形成有翻边。

根据一种可行实施方式，所述混合管的上游段和氧化催化器单元的第二端连接着公共的第一罩体。

根据一种可行实施方式，所述第一罩体的面对着氧化催化器单元第二端的部位的横向和纵向尺寸大于面对着混合管上游段的部位。

根据一种可行实施方式，所述混合管为单一的管件；或者，所述混合管由彼此拼接到一起的多个管段构成。

根据一种可行实施方式，所述箱式尾气后处理系统还包括排放管，所述排放管的第一端构成箱式尾气后处理系统的排出端口，所述排放管的第二端和所述选择性催化还原单元的第二端连接着公共的第二罩体。

根据一种可行实施方式，所述箱式尾气后处理系统还包括在还原剂喷射口上游的位置处设置在混合管中的导流板，所述导流板中形成多个通孔或狭缝，用于使得尾气流经各通孔或狭缝而形成多股尾气流。

根据一种可行实施方式，所述箱式尾气后处理系统还包括在还原剂计量喷射口下游的位置处设置在混合管中混合元件，所述混合元件具有引导还原剂与尾气沿圆周方向偏转的翼片。

根据本申请，通过在选择性催化还原器的第一端布置导流翼，使得进入选择性催化还原器的尾气和还原剂的混合气流被引导而形成旋流，从而使得尾气和还原剂的混合气流以更均匀的温度和速度流经选择性催化还原器中的催化剂，从而使得尾气中的有害成分可被更高效地去除，从而本申请的箱式尾气后处理系统能够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和了解，其中：

图1、2是根据本申请的一种可行实施方式的尾气后处理系统的部分剖开的透视图；

图3是该尾气后处理系统的部分剖开的正视图；

图4是该尾气后处理系统的局部透视图，以展示选择性催化还原器第一端处的细节；

图5是该尾气后处理系统中可以布置在选择性催化还原器第一端的一种导流翼结构的透视图；

图6是该尾气后处理系统中可以布置在混合管中的一种导流板结构的透视图；

图7是该尾气后处理系统中可以布置在混合管中的一种混合元件结构的透视图。

具体实施方式

本申请总体上涉及一种箱式尾气后处理系统，用于处理发动机尾气。本申请的尾气后处理系统典型地适合用于处理柴油发动机的尾气；然而，该尾气后处理系统也可适用于其它类型的发动机(系统中的一些部件可能需要相应地改动)。

图1至3示意性示出了本申请的一种箱式尾气后处理系统。该尾气后处理系统主要包括彼此大致平行地并排布置着的氧化催化器单元1和选择性催化还原单元2。

氧化催化器单元1包括壳体和布置在壳体中的催化剂，用以通过氧化反应将发动机尾气中的一氧化碳和碳氢化合物转化成水和二氧化碳。

氧化催化器单元1和选择性催化还原单元2各自具有第一端(图中所示为前端)和第二端(图中所示为后端)。氧化催化器单元1的第二端与第一罩体3的内腔连通，选择性催化还原单元2的第二端与第二罩体4的内腔连通。

选择性催化还原单元2包括壳体2a和布置在壳体2a中的催化剂2b，用于借助催化剂并且利用还原剂(例如尿素的水溶液)来有选择性地与尾气中的氮氧化物反应而生成氮气和水。选择性催化还原单元2的第一端是封闭的，催化剂2b在壳体2a中占据了大部分空间，并在壳体2a中在催化剂2b与选择性催化还原单元2的封闭的第一端之间留下了第一端空腔2c。

根据一种可行实施方式，选择性催化还原单元2中组合有颗粒捕集(过滤)功能。

氧化催化器单元1的第二端以及第一罩体3的内腔通过混合管5与选择性催化还原单元2的第一端空腔2c建立连通。具体而言，混合管5的上游段5a连接着第一罩体3并且通向第一罩体3的内腔，下游段5b连接着选择性催化还原单元2的壳体2a(具体是壳体2a的大致圆柱形侧壁)并且通向第一端空腔2c。上游段5a大体上从第一罩体3向前延伸，并且可能向氧化催化器单元1和/或选择性催化还原单元2的方向倾斜。下游段5b开口于第一端空腔2c，并且下游段5b的中心轴线指向选择性催化还原单元2d的中心轴线与壳体2a之间的径向位置。

混合管5被设计成遵循适宜的路径从第一罩体3延伸到选择性催化还原单元2的第一端。为此，混合管5可以由多个管段拼接而成，例如，图1、2中所示的那样具有大致直的上游段5a、大致直的下游段5b以及位于上下游段之间的中间直线段。这种拼接式设计的益处在于便于制造和组装混合管5的各段，以及便于在混合管5中安置其它元件(如果有的话)。当然，也可以将混合管5设计成单件的形式，以便于降低制造和组装成本。此外，可以将混合管5设计成一体的，例如沿一段弯曲路径延伸，以使得混合管5中的流动更为流畅。

排放管6与氧化催化器单元1和选择性催化还原单元2大致平行地并排布置，并且与第二罩体4的内腔连通。

还原剂计量模块的喷射口7(仅在图2中示出)靠近混合管5的上游段5a连接到混合管5，用于以计量的方式向混合管5中喷射还原剂(例如，尿素的水溶液)。

优选地，还原剂计量模块的喷射口7的主喷射轴线与其面对着的混合管5那一段的中心轴线大致相符。例如，在图1所示的例子中，还原剂计量模块的主喷射轴线与混合管5的中间直线段的中心轴线大致相符。

可选地，在混合管5中，在还原剂计量模块的喷射口7的紧邻上游，布置着导流板8，如后文中描述。此外，可选地，在混合管5中，在还原剂计量模块的喷射口7的下游，布置着混合元件9，如后文中描述。

此外，在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中，布置着一或多个导流翼10(优选为图示例子中的两个导流翼)，用于在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中产生旋流，如后文详细描述。

此外，氧化催化器单元1、选择性催化还原单元2和排放管6这三者的主体部分布置在外壳11中。外壳11在图1中被去除以显示内部构造。如图2、3所示，外壳11由前侧的第一端壁11a、后侧的第二端壁、位于第一和第二端壁之间的侧壁11b围成。氧化催化器单元1、选择性催化还原单元2和排放管6这三者的第一端都由第一端壁11a支撑，第二端都由第二端壁支撑，并且可选地，这三者的中部由外壳11中的支撑壁12支撑。第一罩体3和第二罩体4都安装于第二端壁。氧化催化器单元1的第一端配备有从第一端壁11a向前突出的引入端口13，第一罩体3与氧化催化器单元1的第二端以及混合管5的上游段5a相连，第二罩体4与选择性催化还原单元2的第二端以及排放管6的第二端(图中所示为后端)相连。排放管6的第一端(图中所示为前端)穿过第一端壁11a而形成排出端口14。另外，在外壳11内，混合管5连接在第一罩体3与选择性催化还原单元2的第一端之间。这样，本申请的箱式尾气后处理系统形成了从引入端口13到排出端口14的尾气流动路径，其中，由发动机排出的尾气沿图1中的箭头f1所示方向经引入端口13流入氧化催化器单元1的第一端，在氧化催化器单元1中轴向从前向后流动，并且经氧化催化器单元1的第二端进入第一罩体3中。

然后，如图2中的箭头所示，尾气从第一罩体3进入混合管5的上游段5a中，沿着混合管5流动，并且被还原剂计量模块的喷射口7喷入的还原剂撞击并与其混合。然后，混合有还原剂的尾气经混合管5的下游段5b流入选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中。

在第一端空腔2c中，混合有还原剂的尾气被导流翼10引导而形成旋流，如图3中的圆周方向粗箭头所示。在以旋流的方式流动的过程中，混合有还原剂的尾气被选择性催化还原单元2的壳体2a和导流翼10联合作用而朝向中央推动，如图3中的径向细箭头所示，然后朝向选择性催化还原单元2中的催化剂2b流动。

然后，混合有还原剂的尾气在选择性催化还原单元2中从前向后流动，流经催化剂2b并且发生选择性还原反应而去除尾气中的氮氧化物。如此处理后的尾气从选择性催化还原单元2的第二端进入第二罩体4中。然后，处理后的尾气进入排放管6中，之后从排出端口14排出。从排出端口14排出的处理后的尾气可直接排放到大气中，或者，可以排入与排出端口14连接的后续排气管段中。

可以理解，根据排放管6布置，尾气的引入端口13和排出端口14可以位于同一侧，即在图示的例子中都位于箱式尾气后处理系统的前侧，这对于箱式尾气后处理系统在车辆中的某些布置方式是有利的。根据一种替代性实施方式，可以在第二罩体4上直接开设排出端口，使得引入端口13与排出端口14位于箱式尾气后处理系统的两侧，这对于箱式尾气后处理系统在车辆中的其它布置方式可能是有利的。

图3、4中显示了本申请的箱式尾气后处理系统中采用的一对导流翼10。这一对导流翼10大致彼此径向相对地布置在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中。

作为示例，每个导流翼10可以具有图5所示的构造。如图5所示，每个导流翼10具有小于180度的大致圆弧段形式的板体101，该板体101限定出第一边缘102(从导流翼产生的旋流尾气的流动方向上看是上游侧边缘)、第二边缘103(从导流翼产生的旋流尾气的流动方向上看是下游侧边缘)、以及在第一和第二边缘之间以圆弧的形式延伸的内周边104和外周边105。板体101整体上可以是平板的形式，也可以形成曲面(螺旋)的形式。外周边105处优选形成从板体101翻折的翻边，以便于导流翼10在选择性催化还原单元2的壳体2a中的定位和安装。

所述一对导流翼10以这样的方式布置在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中，即它们的外周边105(翻边)抵靠着壳体2a的内壁面，内周边104围绕着选择性催化还原单元2的中心轴线。在圆周方向上，混合管5的下游段5b的通向第一端空腔2c的开口定向为大致朝向第一个导流翼10的第一边缘102。在选择性催化还原单元2的轴向上，第一个导流翼10的第一边缘102可以位于下游段5b的开口与催化剂2b之间，优选在轴向上靠近下游段5b的开口。第二个导流翼10设置在沿圆周方向上与第一个导流翼10大致相继的位置上，例如，第二个导流翼10位于与第一个导流翼10大致旋转对称的位置上。每个导流翼10的板体101横向于选择性催化还原单元2的中心轴线布置，但相对于选择性催化还原单元2的中心轴线的垂面略微偏斜或弯曲，使得在轴向上，每个导流翼10的第二边缘103比第一边缘102靠前(即更靠近选择性催化还原单元2的第一端)。这样，在每个导流翼10引导尾气以旋流形式流动的过程中，还向尾气施加轴向向前的推动力。

第二个导流翼10的第一边缘102与第一个导流翼10的第二边缘103在圆周方向上接近，可以在圆周方向上相隔一段距离，但作为备选方案，也可以在圆周方向上重合、甚至重叠一小部分。在轴向上，第二个导流翼10的第一边缘102比第一个导流翼10的第二边缘103靠后，第二个导流翼10的第二边缘103比第一个导流翼10的第一边缘102靠前。这样，一对导流翼10能够引导尾气以旋流形式流动，并且还向尾气施加轴向向前的推动力，这使得尾气流分布得更为均匀。

在设置两个以上的导流翼的情况下，沿圆周方向相继布置的各导流翼的第一和第二边缘可以以前面描述的轴向位置布置。在仅设置一个导流翼的情况下，该导流翼可延伸经过小于360度的圆弧，并且设置成使得其第二边缘在轴向上比第一边缘靠前即可。

可以为导流翼设置各种附加特征，例如安装特征、导流特征等等。在图5所示的具体例子中，导流翼10的板体101上形成有用于将导流翼10安装到壳体2a上的定位部106，定位部106的数量优选为三个或更多个，以便能够通过螺钉等紧固件将定位部106紧固到由壳体2a伸出的相应固定结构(未示出)上。将定位部106设置在板体101上，有助于将板体101稳定地固定在壳体2a中。当然，在导流翼10本身刚度足够的情况下，也可以通过外周边105的翻边固定在壳体2a上。

此外，导流翼10的板体101上还形成有用于分散尾气旋流的导流肋107。此外，也可以在导流翼10的板体101上形成导流叶片，所述导流叶片通过冲裁从导流翼10的板体101上伸出用以导流，并在板体101中留下缝隙使得小部分尾气能够从中通过。

其它附加特征也可以构想出来。

由于设置在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中设置了导流翼10，使得混合有还原剂的尾气被导流翼10引导形成旋流而流经选择性催化还原单元2中的还原剂2b，并且还有一部分混合有还原剂的尾气越过导流翼10的内周边104直接流向还原剂2b。这种构造使得混合有还原剂的尾气均匀地到达载有还原剂2b的基体的前端面，使得混合有还原剂的尾气以更均匀的温度和速度流经催化剂2b。

通过在选择性催化还原单元2的第一端空腔2c中不同位置进行测量的实验表明，通过设置导流翼10，混合有还原剂的尾气在各个位置的流速和温度变得更为均匀。这样，尾气中的氮氧化物可在选择性催化还原单元2中被更高效地去除，从而能够满足更高等级的尾气排放要求。

根据本申请，可以设置各式各样不同形式和数量的导流翼10。导流翼10可以具有不同的长度、宽度、厚度、外径，可以局体设置各部位与选择性催化还原单元2中心轴线之间的角度。流翼10的外周边105可以如前所述抵接选择性催化还原单元2的壳体2a的内壁面，也可以与壳体2a的内壁面之间略微存在间隙。

设置在混合管5中的导流板8和导流元件9能够使得还原剂与尾气更好地混合。

图6中显示了导流板8的一种具体结构的例子，其中，导流板8包括上游侧安装端81、下游侧支撑端82和位于二者之间的板状主体83。主体83可以是长条圆柱面形状。上游侧安装端81适于将导流板8安装在混合管5中，例如安装到还原剂计量模块的喷射口7。下游侧支撑端82适于被混合管5支撑，例如被混合管5的两个相邻管段之间的接口部分夹持或固定。板状主体83倾斜地设置在混合管5中，大体上位于还原剂计量模块的喷射口喷出的还原剂喷流的上游。板状主体83中形成多个均布的通孔或狭缝84，使得尾气能够流经各通孔或狭缝84而形成多股尾气流，以使各股尾气流具有增加的质量流速，且各股的流速彼此均匀。如此增大且均匀化的质量流速有利于还原剂在尾气中的均匀混合。

图7中显示了混合元件9的一种具体结构的例子，其中，混合元件9包括圆筒壁91和分别从圆筒壁91的轴向前后边缘向径向内侧延伸的多个均布的翼片92。圆筒壁91的尺寸设计成适于在还原剂计量模块的喷射口的下游安装在混合管5中，使得混合元件9总体上位于能够被还原剂喷流撞击到的位置上。各翼片92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92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92的偏转作用下，会形成旋流。这种旋流有利于还原剂在尾气中的均匀混合。

其它形式的有利于在混合管5中提高还原剂在尾气中的混合均匀度的特征可以构想出来。

通过本申请的混合管5以及其内设置的提高混合均匀度的特征，还原剂在尾气中被更均匀地混合，

对于第一罩体3来说，可以将其设计成整体上呈泪滴形，即在与氧化催化器单元1的轴向垂直的平面中，第一罩体3的面对着氧化催化器单元1的部位的尺寸大于面对着混合管5的上游段5a的部位。这种结构使得燃气以逐渐增大的速度从第一罩体3流入混合管5中，以有利于尾气在混合管5中与还原剂之间的撞击并混合。

需要指出，本申请的范围覆盖图示的布置方式，即氧化催化器单元1和选择性催化还原单元2的第一端即引入端位于同一侧，二者的第二端即输出端位于另一侧；然而，本申请的范围也覆盖下述布置方式，即氧化催化器单元1的第一端和选择性催化还原单元2的第二端位于同一侧，氧化催化器单元1的第二端和选择性催化还原单元2的第一端位于另一侧。不论哪种布置方式，混合管5都是在氧化催化器单元1的第二端与选择性催化还原单元2的第一端之间建立连通，并将尾气与还原剂的混合物以旋流方式引入选择性催化还原单元2的第一端中。

根据本申请，尾气和还原剂的混合气流以更均匀的温度和速度流经选择性催化还原器中的催化剂，从而更高效地去除尾气中的氮氧化物。此外，还原剂在尾气中的混合程度可以提高，这也有利于尾气中的氮氧化物的去除。

另外，还原剂在混合管中均匀且快速地雾化并蒸发，因此可避免原剂在混合管中结晶，还可以避免出现还原剂液滴碰到选择性催化还原器中还原剂基体第一端面的情况。

另外，本申请的尾气后处理系统具有紧凑的构造。这使得尾气后处理系统易于满足更高等级的尾气排放要求。

另外，本申请的尾气后处理系统容易制造和组装，因此可以降低成本。

另外，本申请的尾气后处理系统具有较低的背压，使得尾气流经尾气后处理系统后的压降较小。

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。