专利名称：一种用于车用柴油机scr系统的导流装置及其导流方法
技术领域：
本发明专利涉及车用柴油机排气系统领域，更具体的说是涉及一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置及其方法。
背景技术：
柴油机以其燃油经济性、动力性、可靠性和CO2排放少备受人们的青睐，但柴油机存在一个很大的问题就是排放问题，它带来大量的NOX和PM排放造成严重的环境污染。随着排放法规的日益严格，柴油机的排放控制问题仍是柴油机应用的关键挑战之一。针对柴油机满足我国即将实施的国四排放法规要求的排气后处理技术存在两条不同的路线:一条是以美国为代表的废气再循环+颗粒捕集器路线；另一条是以欧洲为代表的优化燃烧+SCR路线。大量研究表明SCR技术在可靠性、稳定性、燃油消耗量、抗硫性、换油周期、散热要求等方面比EGR技术具有优势，而且更适合我国的国情。SCR技术正在世界范围内被推广和应用，但是要使净化效果达到最佳，还需克服几点不足:气流进入扩张管后，沿着壁面产生了流动分离，形成较大的滞留区；催化器内气体流速不均，气流主要集中在载体中心区域，使中心区域的催化剂高温老化，而边缘区域得不到充分利用，影响催化器的使用寿命；同时流速不均还会导致催化器载体径向温度和压力梯度过大，产生较大的热疲劳破坏，影响柴油机的动力性和经济性。
发明内容
针对现有技术中车用柴油机SCR系统的导流装置存在的上述缺陷，为了提高SCR技术的净化效果，使催化器内气流分布均匀，减少催化剂内部径向压差和温差，提高NO5^A转化效率和催化剂载体的通过能力，延长催化器的使用寿命，提高催化剂的利用效率，本发明提供一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置及其导流方法。本发明的技术方案是:
一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，包括扩张管，气体进入扩张管的一端为进气端，气体流出扩张管的一端为出气端，该导流装置还包括至少两块相互嵌套设置的导流板，所述导流板固定设置于扩张管的前端，其形状为无前后端面的喇叭状，导流板之间形成流体通道。作为本发明的进一步改进，所述导流板的数量为2至4块。为本发明的进一步改进，所述导流板的长度为扩张管长度的1/3至2/3。为本发明的进一步改进，所述导流板与扩张管的管体中心轴线的夹角角度由外向内递减，每个导流板以相等间隔均匀设置。为本发明的进一步改进，还包括由两根相互垂直的拱形杆组成的肋板，导流板的前、后端面通过所述肋板连接，肋板的端部固定连接在扩张管内壁上。为本发明的进一步改进，所述扩张管的进气端连接有弯管。
为本发明的进一步改进，所述弯管的内部设有喷嘴，所述喷嘴设置于弯管内的弯折处，并向弯管内侧偏5°。利用弯管处产生的回流使尾气与喷嘴喷出的尿素更好的混合，促进尿素的蒸发和热解，减少壁面结晶的生成。为本发明的进一步改进，考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，所述导流板的材质为304以上不锈钢材。为本发明的进一步改进，所述用于车用柴油机SCR系统的导流装置与其外部装置之间以可拆卸的方式连接。一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的导流方法，具体包括以下步骤:
(1)发动机尾气经过排气管进入SCR系统；
(2)尾气流经弯管；喷嘴喷出尿素，弯管的弯折处产生的回流使尾气与喷嘴喷出的尿素均匀混合为混合气；
(3)流体通道的进气端的间距小于与之相应的出气端的间距，使导流板的出气端的气体流速小于进气端的流速，紊流变层流，并引导气体沿着流体通道向扩张管内流动；
(4)混合气经过扩张管进入催化剂载体，使催化剂载体内气流均匀分布。本发明的有益效果是:
导流装置结构简单、造价低廉且易于安装，喷嘴安装在弯管处，利用弯管处产生的回流使尾气与喷嘴喷出的尿素更好的混合，促进尿素的蒸发和热解，减少壁面结晶的生成。导流装置安装在催化器扩张管前端，使混合气在进入扩张管时提前分流，增加扩张管外围区域的气体流量，减少中心区域的流量分担率，削弱因气流惯性和逆压梯度而形成的流动分离，减少扩张管壁面出现的涡流，使气体流速分布更加均匀，提高NOx的转化效率；同时可以避免气流主要集中在催化剂载体的中心区域，使中心区域的催化剂高温老化，而边缘区域得不到充分利用，由此延长催化器的使用寿命，提高载体的通过能力和催化剂的利用率。
图1为柴油机尿素SCR系统示意 图2为柴油机排气管路系统结构示意 图3为本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的结构示意 图4为本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的三维视 图5为本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的剖视 图6为本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的左视图。图中:1、连接法兰；2、弯管；3、喷嘴；4、进气端；5、导流板；6、扩张管；7、出气端；8、SCR催化器；9、催化剂载体；10、催化器后管路；11、肋板；12、流体通道。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。柴油机尿素SCR系统如图1和图2所示，本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置安装于SCR催化器8与弯管2之间，其具体结构如图3至图6所示。本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，包括扩张管6和至少两块相互嵌套设置的导流板5，气体进入扩张管6的一端为进气端4，气体流出扩张管6的一端为出气端7，扩张管6的进气端4连接有弯管2，导流板5固定设置于扩张管6的前端，其形状为无前后端面的喇叭状，导流板之间形成流体通道12。导流板5的数量最好为2至4块，导流板5的长度最好为扩张管6长度的1/3至2/3。作为本发明的优选方案，导流板5与扩张管6的管体中心轴线的夹角角度由外向内递减，每个导流板5以相等间隔均匀设置。还包括由两根相互垂直的拱形杆组成的肋板11，导流板5的前、后端面通过所述肋板11连接，肋板11的端部固定连接在扩张管6内壁上。作为本发明的优选方案，弯管2的内部设有喷嘴3，该喷嘴3设置于弯管2内的弯折处，并优选为向弯管2内侧偏5°。作为本发明的优选方案，所述用于车用柴油机SCR系统的导流装置与其外部装置之间可以可拆卸的方式连接。例如:弯管2、导流装置、SCR催化器8和催化器后端管路10依次通过连接法兰I连接。本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的导流方法，发动机尾气经过排气管进入SCR系统，首先经过一段弯管2，在弯管2处安装喷嘴3，并向弯管2内侧偏，利用弯管2处产生的回流使尾气与喷嘴3喷出的尿素更好的混合，促进尿素的蒸发和热解，减少壁面结晶的生成。在扩张管6处安装由两组无前后端面的喇叭状导流板5组成的导流装置，引导气流沿着流体通道12向扩张管内流动，作用是使混合气在进入扩张管6时提前分流，增加扩张管6外围区域的气体流量，减少中心区域的流量分担率，削弱因气流惯性和逆压梯度而形成的流动分离，减少扩张管壁面出现的涡流，使气体流速分布更加均匀，提高NOx的转化效率；同时可以避免气流主要集中在催化剂载体9的中心区域，使中心区域的催化剂高温老化，而边缘区域得不到充分利用，由此延长SCR催化器8的使用寿命，提高催化剂的利用率。参照图2-6，喷嘴3设置在弯管中心轴线上，导流装置安装在催化器扩张管6前端，由两组无前后端面的喇叭状导流板5组成，导流板5之间形成流体通道12，引导气体沿着流体通道12向扩张管内流动。导流板长度为扩张管长度的1/3-2/3，导流板5与管体中心轴线的夹角是由外向内递减的，多个导流板5以相等间隔均匀布置。所述的弯管2、导流装置、SCR催化器8和催化器后管路10依次通过连接法兰I连接。导流装置的两端是通过肋板11连接并焊接在管体上。考虑到尿素水溶液的腐蚀性，高温时容易侵蚀低碳钢部件，本发明一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置采用304以上不锈钢制作。以上结合附图对本发明进行了示例性的描述，但本发明的具体实现并不受上述方式的限制。采用本发明的技术方案，不仅可以使得喷嘴喷射的尿素和尾气得到充分混合，提高NOx的转化效率，同时减少壁面结晶的生成，还可以使催化器内混合气由紊流变层流，流速分布更加均匀，延长催化器的使用寿命，提高催化剂的利用效率。
权利要求
1.一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，包括扩张管(6)，气体进入扩张管(6)的一端为进气端(4)，气体流出扩张管(6)的一端为出气端(7)，其特征在于:还包括至少两块相互嵌套设置的导流板(5)，所述导流板(5)固定设置于扩张管(6)的前端，其形状为无前后端面的喇叭状，导流板之间形成流体通道(12)。
2.根据权利要求1所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述导流板(5)的数量为2至4块。
3.根据权利要求1所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述导流板(5)的长度为扩张管(6)长度的1/3至2/3。
4.根据权利要求1所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述导流板(5)与扩张管(6)的管体中心轴线的夹角角度由外向内递减，每个导流板(5)以相等间隔均匀设置。
5.根据权利要求1至4中所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:还包括由两根相互垂直的拱形杆组成的肋板(11)，导流板(5)的前、后端面通过所述肋板(11)连接，肋板(11)的端部固定连接在扩张管(6)内壁上。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述扩张管(6)的进气端(4)连接有弯管(2)。
7.根据权利要求6所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述弯管(2)的内部设有喷嘴(3)，所述喷嘴(3)设置于弯管(2)内的弯折处，并向弯管(2)内侧偏5°。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述导流板(5)的材质为304以上不锈钢材。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置，其特征在于:所述用于车用柴油机SCR系统的导流装置与其外部装置之间以可拆卸的方式连接。
10.一种权利要求1至9中任意一项所述的一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置的导流方法，具体包括以下步骤: Ca)发动机尾气经过排气管进入SCR系统； (b)发动机尾气流经弯管(2);喷嘴(3)喷出尿素，弯管(2)的弯折处产生的回流使尾气与喷嘴喷出的尿素均匀混合为混合气； (c)流体通道(12)的进气端(4)的间距小于与之相应的出气端(7)的间距，使导流板(5)的出气端(7)的气体流速小于进气端(4)的流速，紊流变层流，并引导气体沿着流体通道(12)向扩张管(6)内流动； Cd)混合气经过扩张管(6)进入载体，使载体内气流均匀分布。
全文摘要
本发明涉及一种用于车用柴油机SCR系统的导流装置及其导流方法，该导流装置包括扩张管和至少两块相互嵌套设置的导流板，气体进入扩张管的一端为进气端，气体流出扩张管的一端为出气端，导流板固定设置于扩张管的进气端，其形状为无前后端面的喇叭状，导流板之间形成流体通道。本发明所述导流装置结构简单，造价低廉且易于安装，所述导流装置及其导流方法利用弯管处产生的回流使尾气与喷嘴喷出的尿素更好的混合，减少壁面结晶的生成；通过扩张管处的导流装置使混合气由紊流变层流，流速分布更加均匀，减少催化剂内部径向压差和温差，提高NOX的转化效率和催化剂载体的通过能力，延长催化器的使用寿命。
文档编号F01N3/20GK103089383SQ201310041480
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者李硕, 何志霞, 王谦, 王静, 李建治, 张州榕 申请人:江苏大学