專利名稱:集成式車用scr系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
集成式車用SCR系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于汽車尾氣后處理技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種催化轉(zhuǎn)化器與還原劑噴射系統(tǒng)組成的SCR全集成系統(tǒng)。
背景技術(shù):
[0002]從歐II到歐III,對柴油機(jī)本體進(jìn)行了較多改進(jìn),如加強(qiáng)增壓中冷、多氣門技術(shù)、廢氣再循環(huán)及冷卻、電控高壓噴射系統(tǒng)(共軌、泵噴嘴、單體泵)等;從歐IV / V開始,對NO5^P PM的排放提出了更高的要求。從歐III到歐IV,PM的排放限值從O. lg/kW.h下降到0.02g/ kff · h,NOx的排放限值從5g/kff · h下降至IJ 2. 5g/kff · h。在歐III的基礎(chǔ)上,僅僅對發(fā)動機(jī)內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,雖然可以繼續(xù)降低排放,但不足以滿足歐IV/V標(biāo)準(zhǔn)。目前一種熱門的機(jī)外凈化技術(shù)方法是先通過高壓噴射并優(yōu)化燃燒生成極少的PM,再使用選擇性催化還原(SCR)技術(shù)來降低因燃燒優(yōu)化而產(chǎn)生的NOx。[0003]SCR技術(shù)常用水基性氨溶液(例如32. 5%的尿素水溶液)作為催化還原劑。其實(shí)施方式為在尾氣排氣管的適當(dāng)位置接入還原劑噴嘴以及催化反應(yīng)器。噴射計量控制器根據(jù)發(fā)動機(jī)的不同工況及廢氣、催化器的實(shí)時溫度,驅(qū)使噴嘴噴出一定計量的還原劑。還原劑,如尿素水溶液在被噴入排氣管后發(fā)生水解及熱解,產(chǎn)生NH3, NH3與排氣來流混合后一起進(jìn)入催化反應(yīng)器,之后在催化劑的催化作用下有選擇性地同廢氣中的NOx反應(yīng),生成N2和水。[0004]目前使用的SCR全系統(tǒng)應(yīng)用存在以下幾個方面的缺點(diǎn)[0005]I )SCR系統(tǒng)混合管(布置噴嘴和催化器的排氣管路)的布置設(shè)計對SCR載體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有很大的影響。在國IV柴油機(jī)的開發(fā)配套過程中,相當(dāng)多的工作是對混合管路的優(yōu)化設(shè)計,包括管道的幾何形狀、尿素噴射裝置的位置和噴射角度等,從而保證在混合管路不出現(xiàn)粒子撞壁后的結(jié)晶,催化器入口速度分部均勻,及整個系統(tǒng)產(chǎn)生較小的壓力損失。2)由于不同的發(fā)動機(jī)和不同的車型的影響,排氣管路多少會有各種不同的布置形式,因而同樣一套SCR系統(tǒng)(包括還原劑供給系統(tǒng)與催化反應(yīng)器)在給不同的排氣系統(tǒng)做配套時,往往為了確定混合管段的布置形式,要進(jìn)行大量的流體力學(xué)計算分析及設(shè)計。[0007]3)—套SCR系統(tǒng)里的尿素噴射部分與催化反應(yīng)器部分是分離的兩個部分。當(dāng)兩個部分分別被設(shè)計好了之后,欲將之應(yīng)用到具體排氣系統(tǒng)之上時,還得再考慮混合管段的問題,噴嘴的安裝位置,噴嘴到催化反應(yīng)器之間的管段長度及形式都會影響到最終的反應(yīng)效果O[0008]4)從理論應(yīng)用上講,噴嘴與催化反應(yīng)器之間的距離越長,還原劑與廢氣的混合均勻度雖然越好,但廢氣進(jìn)入反應(yīng)器前的溫降也越大。從實(shí)際應(yīng)用上講,整車企業(yè)拿到一套子系統(tǒng)供應(yīng)商提供的成品SCR系統(tǒng)后,還需考慮SCR系統(tǒng)的匹配及混合管路的布置問題。這樣看來,SCR系統(tǒng)由于其下的還原劑供給系統(tǒng)和催化反應(yīng)器兩部分組件的整合程度不夠,于是造成了一系列繁瑣的后續(xù)匹配的問題。發(fā)明內(nèi)容[0009]本發(fā)明的目的是提供一種新的噴嘴催化反應(yīng)器集成型車用SCR系統(tǒng),解決了現(xiàn)有 技術(shù)中存在的尿素水解熱解環(huán)境溫度偏低和由于SCR系統(tǒng)組件分離造成需要整車企業(yè)需 要再次根據(jù)不同車型設(shè)計組裝的問題。[0010]本發(fā)明提供一種集成式車用SCR系統(tǒng),它包括[0011]一殼體;[0012]一還原劑供給裝置;[0013]一設(shè)置在殼體內(nèi)的第一通道,所述第一通道的第一進(jìn)氣端與所述殼體外的車輛廢 氣管相連,所述第一通道的內(nèi)部設(shè)置用來分解還原劑的還原劑分解裝置;在所述第一通道 內(nèi)還設(shè)有噴嘴,所述噴嘴與所述還原劑供給裝置相連從而向所述還原劑分解裝置噴灑還原 劑,這樣經(jīng)還原劑分解裝置分解產(chǎn)生的還原氣體與廢氣混合后從第一出氣端排出;以及[0014]一設(shè)置在所述殼體內(nèi)的第二通道,在所述第二通道內(nèi)設(shè)置用來促進(jìn)還原劑器還原 反應(yīng)的催化劑載體;所述第一通道的第一出氣端排出的還原氣體與廢氣混合的氣體通過殼 體內(nèi)的空間進(jìn)入所述第二通道的第二進(jìn)氣端,所述第二通道內(nèi)的第二出氣端延伸出所述殼 體外以便將處理的廢氣排出。[0015]進(jìn)一步,在所述第一通道和第二通道之間設(shè)有一隔板,所述隔板上設(shè)有若干個以 便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔。[0016]再進(jìn)一步,所述殼體是方形的,所述第一通道設(shè)置在殼體的上方,而所述第二通道 設(shè)置在所述殼體的下方,在所述第一通道的第一出氣端與第二通道之間設(shè)有第一隔板,所 述第一隔板上設(shè)有若干個以便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔,這樣所述第一隔板 與所述殼體的一內(nèi)側(cè)壁構(gòu)成一第三通道以便所述第一出氣端排出的還原氣體與廢氣混合 的氣體進(jìn)入所述第三通道并由所述第一隔板的小孔進(jìn)入所述第二通道。[0017]進(jìn)一步,在所述第一通道的第一進(jìn)氣端與第二通道之間設(shè)有第二隔板,所述第二 隔板上設(shè)有若干個以便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔,這樣所述第二隔板與所述 殼體的另一內(nèi)側(cè)壁構(gòu)成一第四通道以便從所述第三通道排出的還原氣體與廢氣混合的氣 體通過所述第二隔板的小孔進(jìn)入所述第四通道,并由所述第四通道進(jìn)入所述第二通道的第 二進(jìn)氣端。[0018]更進(jìn)一步,本發(fā)明提供一種集成式車用SCR系統(tǒng)還包括一冷卻噴頭,所述噴頭與 所述還原劑供給裝置相連并可將所述還原劑供給裝置的常溫的還原劑液體在噴頭內(nèi)部循 環(huán)帶走熱量從而對其冷卻。[0019]又進(jìn)一步,所述噴頭噴出的冷卻還原劑液體回流到所述還原劑供給裝置。[0020]另外,所述集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器設(shè)置在 還原劑儲存箱內(nèi)部,所述還原劑儲存箱與所述噴嘴相連。[0021]所述集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器設(shè)置在還原 劑儲存箱的外面。[0022]所述集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述殼體是圓形的。[0023]本發(fā)明提供的集成式車用SCR系統(tǒng)由于所述還原劑分解裝置、催化劑載體、還原 劑的噴嘴以及汽車尾氣的第一通道和第二通道都設(shè)置在所述殼體內(nèi),因此,具有以下技術(shù) 效果[0024]a.由于噴嘴和SCR催化器整合在一起后,原先噴嘴和SCR催化器之間需要布置的一段管長空間得以節(jié)省,因而結(jié)構(gòu)上更加簡單緊湊;[0025]b.由于上述主要部件集成在一殼體內(nèi),對于不同的汽車,只要在殼體的兩端連接 廢氣管道和還原劑供給裝置與噴嘴之間的管道,而這些管道只是距離長短問題,安裝比較 方便,不需要再重新安裝和布置還原劑分解裝置、催化劑載體、還原劑的噴嘴而另外設(shè)計混 合管路,也不用再考慮各種不同的車型其排氣管路的具體形式對SCR系統(tǒng)噴嘴及SCR催化 器布置位置的影響,極大地方便了不同汽車的SCR系統(tǒng)的安裝,使得一套SCR系統(tǒng)(包括還 原劑供給系統(tǒng)與催化反應(yīng)器)可以給不同的汽車排氣系統(tǒng)做配套。[0026]c.反應(yīng)溫度提高熱解水解充分由于噴嘴和SCR催化器整合在一起后,整個排氣管 路的距離得以縮短(省去了原先噴嘴到SCR催化器進(jìn)口的一段管路長度),廢氣溫降得以變 小,另外,由于進(jìn)一步有效縮短了噴嘴與催化反應(yīng)器之間的距離,使得廢氣進(jìn)入催化劑載體 前的溫度相對得到提高。高溫以及SCR反應(yīng)器內(nèi)管路的的優(yōu)化設(shè)計可以使得尿素水溶液噴 出后的熱解水解更加充分。[0027]d.在所述殼體內(nèi)的第一通道和第二通道之間的剩余空間給第一通道排出的廢氣 與氨氣的混合氣體提供了充分混合的時間和空間,從而增強(qiáng)了還原效果,提供的尾氣的凈 化效率。
[0028]圖1是本發(fā)明提供的一種集成式車用SCR系統(tǒng)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0029]圖2是本發(fā)明提供的一種集成式車用SCR系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0030]
以下結(jié)合附圖,對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)描述。[0031]圖1是本發(fā)明提供的一種集成式車用SCR系統(tǒng)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參見 圖1,本發(fā)明提供的一種集成式車用SCR系統(tǒng)包括殼體I和還原劑供給裝置。還原劑供給裝 置的還原劑是采用尿素,當(dāng)然也可以采用其它常用的還原劑材料。該還原劑供給裝置包括 還原劑儲存箱和噴射計量控制器,它們可采用空氣或非空氣輔助式裝置。在本實(shí)施例中,還 原劑采用尿素,這樣還原劑儲存箱采用尿素箱2,噴射計量控制器3是一泵總成。尿素箱2 儲存所需的尿素水溶液。在本實(shí)施例中,噴射計量控制器(泵總成)3設(shè)置在尿素箱2中,也 進(jìn)一步增加了整個SCR系統(tǒng)的集成,結(jié)構(gòu)更加緊湊,進(jìn)一步便于安裝以及與不同車輛的配 套使用。當(dāng)然,噴射計量控制器(泵總成)3與尿素箱2也可如現(xiàn)有的產(chǎn)品布置方式,分開布 置。[0032]在殼體I內(nèi)設(shè)置有第一通道108,第一通道108的第一進(jìn)氣端A與殼體I外的車 輛廢氣管31相連,且第一通道108的內(nèi)部設(shè)置用來分解還原劑的還原劑分解裝置11。還 原劑分解裝置11采用熱解水解裝置,當(dāng)然也可以采用其它分解裝置,例如,熱解裝置或分 解裝置。在第一通道108內(nèi)還設(shè)有噴嘴41,該噴嘴41是噴射裝置4的一部分,噴射裝置4 與還原劑供給裝置的尿素箱2和噴射計量控制器3相連,尿素箱2的尿素水溶液經(jīng)過噴射 計量控制器3的定量計量,被泵入到噴射裝置4并由噴嘴41噴出到還原劑分解裝置11,尿 素水溶液經(jīng)還原劑分解裝置11分解而產(chǎn)生的還原氣體,即氨氣,與廢氣混合后從第一通道 108的第一出氣端B排出。在本實(shí)施例中,殼體I是長方體或正方體,當(dāng)然也可以采用其它形狀,例如,球形。[0033]噴嘴41將尿素液體噴射到還原劑分解裝置11上,這樣,還原劑分解裝置11對噴 射的尿素進(jìn)行分解,產(chǎn)生還原性的氣體氨氣。再參見圖1,第一通道108設(shè)置在長方體殼體 I的上方。[0034]在殼體I內(nèi)的下方設(shè)置第二通道107,在第二通道107內(nèi)設(shè)置用來促進(jìn)還原劑還原 反應(yīng)的催化劑載體12。第一通道107的第一出氣端B排出的廢氣與氨氣的混合氣體通過殼 體I內(nèi)的空間進(jìn)入第二通道107的第二進(jìn)氣端E。由于殼體I是封閉的,這樣,第一通道107 排出的廢氣與氨氣的混合氣體必然通過殼體I內(nèi)的剩余空間進(jìn)入第二通道107。該剩余空 間實(shí)際上就給第一通道107排出的廢氣與氨氣的混合氣體提供了充分混合的時間和空間。 第二通道107內(nèi)的第二出氣端F伸出殼體I外以便將經(jīng)催化劑載體12催化還原反應(yīng)后而 處理的廢氣排出到廢氣管32。[0035]在本實(shí)施例中,在第一通道108的第一出氣端B和第二通道108的第二出氣端F 之間設(shè)有第一隔板122,隔板122上設(shè)有若干個以便廢氣與氨氣的混合氣體通過的小孔(圖 中未不意出)。這樣,第一隔板122與殼體I的右邊的內(nèi)側(cè)壁101構(gòu)成第三通道109,這樣, 從第一通道108的第一出氣端B排出的廢氣與氨氣的混合氣體就經(jīng)過該第三通道109的第 一隔板122上的小孔進(jìn)入第二通道107。[0036]在第一通道108的第一進(jìn)氣端A和第二通道107的第二進(jìn)氣端E之間設(shè)有第二 隔板121,第二隔板121上設(shè)有若干個以便廢氣與氨氣的混合氣體通過的小孔(圖中未示意 出)。第二隔板121與殼體I的左邊的內(nèi)側(cè)壁102構(gòu)成第四通道110,這樣,從第三通道109 排出的廢氣與氨氣的混合氣體就經(jīng)過第二隔板121上的小孔進(jìn)入第四通道110,然后進(jìn)入 第二通道107來進(jìn)行還原反應(yīng),還原反應(yīng)后經(jīng)處理的廢氣排出到殼體外的廢氣管32。[0037]再參見圖1,在殼體I上第一通道108的第一進(jìn)氣端A附近設(shè)有第一傳感器21用 來測定進(jìn)入殼體I的廢氣中NOX氣體(各種氧化氮?dú)怏w)的含量。同樣,在第二通道107的 第二出氣端F附近設(shè)有第二傳感器22,用來測定從殼體I排出的經(jīng)處理的廢氣中的NOX氣 體的含量。在第二通道107的第二進(jìn)氣端E附近設(shè)有溫度傳感器23用來測定進(jìn)入第二通 道107的催化劑載體12前的溫度。上述第一傳感器21、第二傳感器22和溫度傳感器23與 噴射計量控制器3相聯(lián)以便對噴嘴41的尿素噴射和催化劑載體12的工作進(jìn)行控制。[0038]圖2是本發(fā)明提供的一種集成式車用SCR系統(tǒng)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 的第二實(shí)施例與圖1的第一實(shí)施例相同的標(biāo)號的部件表示同樣的部件。圖2的第二實(shí)施例 與圖1的第一實(shí)施例的區(qū)別是圖2的第二實(shí)施例包括一冷卻噴頭(圖中未示意出),所述冷 卻噴頭與還原劑供給裝置2相連并可將所述還原劑供給裝置的常溫的尿素溶液在噴頭內(nèi) 部循環(huán)帶走熱量從而對噴嘴41進(jìn)行冷卻。由于噴嘴41離高溫的汽車廢氣很近,這樣,噴嘴 41溫度會較高,為了不影響工作,故采用上述冷卻,進(jìn)行冷卻后的還原劑液體通過管路43 再回流到還原劑供給裝置2。[0039]從上面的描述可以看出,本發(fā)明提供的集成式車用SCR系統(tǒng)僅包含尿素供給控制 系統(tǒng)及SCR催化反應(yīng)裝置兩大部分,其中尿素供給控制系統(tǒng)又可分為尿素儲存單元和噴射 計量控制單元(噴射計量控制器3)。尿素供給控制系統(tǒng)與現(xiàn)有尿素供給單元與吸納有技術(shù) 基本相同,但將其中的噴嘴41從尿素供給單元中分離開來,將原安裝在排氣管上或尾管段 的上述第一傳感器21、第二傳感器22和溫度傳感器23與SCR催化反應(yīng)裝置整合在殼體中。同時,噴嘴41的安裝位置不同于現(xiàn)有技術(shù)的安裝在排氣管31或32上,而是在殼體I內(nèi)與 SCR反應(yīng)裝置整合在一起。噴嘴41直接將尿素水溶液噴到還原劑分解裝置11而不經(jīng)過排 氣管,噴入的尿素經(jīng)還原劑分解裝置11分解產(chǎn)生的還原性氣體(氨氣)經(jīng)過第三通道109和 第四通道110的流道與從排氣管31進(jìn)來的廢氣充分混合。排氣管31和32與SCR反應(yīng)器 的殼體I的連接仍然遵照以往的正常方式,排氣管31的管口往SCR反應(yīng)器的殼體I的內(nèi)部 通入發(fā)動機(jī)排出的廢氣,另一個排氣管32的管口接SCR反應(yīng)器排出管口從而排出經(jīng)凈化處 理過的廢氣。廢氣或廢氣與還原性氨氣混合的氣體的流動過程如圖1中的箭頭所示。[0040]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制,上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種調(diào)整、變化和改進(jìn), 這些調(diào)整、變化和改進(jìn)在不偏離本發(fā)明的基本原理和主要特征的情況下都應(yīng)該落入要求保 護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求1.一種集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,包括一殼體;一還原劑供給裝置;一設(shè)置在殼體內(nèi)的第一通道,所述第一通道的第一進(jìn)氣端與所述殼體外的車輛廢氣管相連,所述第一通道的內(nèi)部設(shè)置用來分解還原劑的還原劑分解裝置;在所述第一通道內(nèi)還設(shè)有霧化還原劑的噴嘴,所述噴嘴與所述還原劑供給裝置相連從而向所述還原劑分解裝置噴灑還原劑,這樣經(jīng)還原劑分解裝置分解產(chǎn)生的還原氣體與廢氣混合后從第一出氣端排出;以及一設(shè)置在所述殼體內(nèi)的第二通道,在所述第二通道內(nèi)設(shè)置用來促進(jìn)還原劑器還原反應(yīng)的催化劑載體;所述第一通道的第一出氣端排出的還原氣體與廢氣混合的氣體通過殼體內(nèi)的空間進(jìn)入所述第二通道的第二進(jìn)氣端,所述第二通道內(nèi)的第二出氣端延伸出所述殼體外以便將處理的廢氣排出。
2.如權(quán)利要求1所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,在所述第一通道和第二通道之間設(shè)有一隔板,所述隔板上設(shè)有若干個以便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔。
3.如權(quán)利要求1所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述殼體是方形的,所述第一通道設(shè)置在殼體的上方,而所述第二通道設(shè)置在所述殼體的下方,在所述第一通道的第一出氣端與第二通道之間設(shè)有第一隔板,所述第一隔板上設(shè)有若干個以便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔,這樣所述第一隔板與所述殼體的一內(nèi)側(cè)壁構(gòu)成一第三通道以便所述第一出氣端排出的還原氣體與廢氣混合的氣體進(jìn)入所述第三通道并由所述第一隔板的小孔進(jìn)入所述第二通道。
4.如權(quán)利要求1到3任一所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,在所述第一通道的第一進(jìn)氣端與第二通道之間設(shè)有第二隔板,所述第二隔板上設(shè)有若干個以便還原氣體與廢氣混合的氣體通過的小孔,這樣所述第二隔板與所述殼體的另一內(nèi)側(cè)壁構(gòu)成一第四通道以便從所述第三通道排出的還原氣體與廢氣混合的氣體通過所述第二隔板的小孔進(jìn)入所述第四通道,并由所述第四通道進(jìn)入所述第二通道的第二進(jìn)氣端。
5.如權(quán)利要求4所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,還包括一冷卻噴頭,所述噴頭與所述還原劑供給裝置相連并可將所述還原劑供給裝置的常溫的還原劑液體在噴頭內(nèi)部循環(huán)帶走熱量從而對其冷卻。
6.如權(quán)利要求5所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述噴頭噴出的冷卻還原劑液體回流到所述還原劑供給裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,還原劑供給裝置包括一控制還原劑噴射的還原劑噴射計量控制器;以及一存儲還原劑的還原劑儲存箱。
8.如權(quán)利要求7所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器是空氣輔助式還原劑噴射計量泵總成。
9.如權(quán)利要求7所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器是非空氣輔助式還原劑噴射計量泵總成。
10.如權(quán)利要求7所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器設(shè)置在還原劑儲存箱內(nèi)部,所述還原劑儲存箱與所述噴嘴相連。
11.如權(quán)利要求7所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述還原劑噴射計量控制器設(shè)置在還原劑儲存箱的外面。
12.如權(quán)利要求1所述的集成式車用SCR系統(tǒng),其特征在于,所述殼體是圓形的。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種集成式車用SCR系統(tǒng)由于所述還原劑分解裝置、催化劑載體、還原劑的噴嘴以及汽車尾氣的第一通道和第二通道都設(shè)置在所述殼體內(nèi),這樣結(jié)構(gòu)上更加簡單緊湊,可以給不同的汽車排氣系統(tǒng)做配套。另外,由于進(jìn)一步有效縮短了噴嘴與催化反應(yīng)器之間的距離,使得廢氣進(jìn)入催化劑載體前的溫度相對得到提高。高溫以及SCR反應(yīng)器內(nèi)管路的優(yōu)化設(shè)計可以使得尿素水溶液噴出后的熱解水解更加充分。
文檔編號B01D53/94GK202832721SQ201220242740
公開日2013年3月27日 申請日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者樊高峰, 樊堅強(qiáng), 甘在見, 周林, 王林, 徐明道 申請人:天納克(中國)有限公司