CN107435576B

CN107435576B - 集成的尾气后处理系统

Info

Publication number: CN107435576B
Application number: CN201610365291.3A
Authority: CN
Inventors: 丁宁宁; 罗晶; M·埃尔曼奥坦
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Bosch Automotive System Wuxi Co Ltd
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: CN107435576A

Abstract

一种尾气后处理系统，用于处理发动机尾气，包括：罩盖(3，4)，其内限定出混合室；氧化催化器单元(1)和SCRoF单元(2)，它们组装在所述罩盖上，且氧化催化器单元(1)的出口端和SCRoF单元(2)的入口端与混合室流体连通；还原剂计量模块(5)，其安装在所述罩盖上，用于将还原剂喷流喷射到从所述氧化催化器单元(1)的出口端进入所述混合室的尾气中；以及导流盘(6)，其面对SCRoF单元(2)的入口端布置在罩盖中，并且配置成在其与罩盖之间形成两侧分支通道，这两个分支通道的上游端朝向氧化催化器单元(1)的出口端的一侧，下游端通向SCRoF单元(2)的入口端。

Description

集成的尾气后处理系统

技术领域

本申请涉及一种集成的后处理系统，其尤其适合于安装在发动机舱中，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。一种典型的用于柴油发动机的尾气后处理系统包括柴油氧化催化器(DOC)、选择性催化还原模块(SCR)和柴油颗粒捕集器(DPF)。DOC、SCR和DPF可以串联布置在车辆底盘下面。在这种布局中，由于存在相对较大的可用空间，因此容易排布各个部件。

在另一种类型的布局中，DOC、SCR和DPF安装在发动机舱中。根据这种布局，所述后处理系统由于布置得与发动机之间距离更近而热损较少，从而可以具有改进的尾气处理性能，但另一方面，发动机舱中用于安置所述后处理系统的空间有限。为了应对这种状况，SCRoF技术被提出，根据这种技术，SCR被集成于DPF，以减小系统尺寸。在这种SCRoF方案中，DOC通过一个短混合段与SCRoF组合在一起，尿素溶液被喷射到该混合段中，以确保尿素蒸发。由于DOC和SCRoF都具有较大尺寸的基体，二者占据了很大的空间，留给混合段的空间很有限。因此，希望对这种布局在尺寸和性能方面进行综合优化。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种用于发动机尾气的后处理系统，其具有减小的尺寸和改进的性能。

为此，本申请在其一个方面提供了一种尾气后处理系统，用于处理发动机尾气，包括：罩盖，其内限定出混合室；氧化催化器单元和SCRoF单元，它们组装在所述罩盖上，氧化催化器单元的出口端和SCRoF单元的入口端与混合室流体连通；还原剂计量模块，其安装在所述罩盖上，用于将还原剂喷流喷射到从所述氧化催化器单元的出口端进入所述混合室的尾气中；以及导流盘，其面对SCRoF单元的入口端布置在罩盖中，并且配置成在其与罩盖之间形成两侧的分支通道，这两个分支通道的上游端朝向氧化催化器单元的出口端，下游端分别通向SCRoF单元的入口端。

这种尾气后处理系统特别适合于处理柴油发动机排放的尾气，并且特别适合于安装在发动机舱中。

根据一种可行实施方式，所述氧化催化器单元和SCRoF单元彼此平行地并排安装到所述罩盖。

根据一种可行实施方式，所述导流盘包括：板体，所述板体内形成有通孔，该通孔限定了板体的内周边；以及沿着板体内周边的一部分从板体伸出的翻边，所述翻边中形成有缺口，所述缺口背对着所述氧化催化器单元的出口端，并且构成所述两个分支通道的下游端。

根据一种可行实施方式，所述板体装于所述SCRoF单元的入口端中，使得所述通孔面对着所述SCRoF单元的入口端，所述翻边紧密推抵于所述罩盖的底壁。

根据一种可行实施方式，所述通孔朝向氧化催化器单元的出口端那一侧相对于所述板体偏心设置。

根据一种可行实施方式，所述翻边包括面对氧化催化器单元的出口端的中间段和位于中间段两侧的弧形侧段。

根据一种可行实施方式，所述中间段朝向氧化催化器单元的出口端那一侧鼓出，且曲率大于每个侧段。

根据一种可行实施方式，所述导流盘还包括从板体的外周边沿着与所述翻边相反的方向从板体突出的凸缘，所述凸缘中形成有狭缝，所述狭缝在所述两个分支通道之一或二者与SCRoF单元的入口端之间建立连通，使得流经所述两个分支通道之一或二者的尾气的一部分经所述狭缝进入SCRoF单元的入口端中。

根据一种可行实施方式，所述狭缝位于翻边的缺口的同一侧。

根据一种可行实施方式，所述狭缝的周向中心沿圆周方向相对于翻边的缺口的周向中心错开。

根据一种可行实施方式，所述尾气后处理系统还包括面对着两个分支通道的上游端布置在混合室中的附加混合元件。

根据一种可行实施方式，所述罩盖包括纵向连贯的第一至第三罩盖部分，其中氧化催化器单元连接着第一罩盖部分，SCRoF单元连接着第二罩盖部分，位于纵向中间的第三罩盖部分的轮廓相对于第一和第二罩盖部分横向缩窄。

根据本申请，通过限定出混合室的罩盖将氧化催化器单元和SCRoF单元集成在一起，提供出一种紧凑的尾气后处理系统，其特别适合于安装到发动机舱中。单一的导流盘面对着SCRoF单元布置在罩盖中，使得尾气和喷入混合室的还原剂被导流盘引导而以两路旋流的形式进入SCRoF单元，从而实现了还原剂在尾气中充分且均匀的混合，尾气中的有害成分可被更高效地去除。

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是根据本申请的一种可行实施方式的尾气后处理系统的主视图；

图2、3分别是图1中的尾气后处理系统的右视图和立体图；

图4是该尾气后处理系统的透视图，其中罩盖的一部分被去除以展示混合室的内部构造；并且

图5、6分别是根据本申请的一种可行实施方式的可用在该尾气后处理系统中的导流盘的主视图和立体图。

具体实施方式

本申请总体上涉及一种尾气后处理系统，用于处理发动机尾气，其尤其适合于安装在发动机舱中。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4示出了本申请的集成的尾气后处理系统。该尾气后处理系统主要包括氧化催化器单元1和SCRoF单元2。SCRoF单元2是一个单件式组件，其中组合了选择性催化还原功能和颗粒捕集(过滤)功能。氧化催化器单元1和SCRoF单元2组装于第一罩体3，该第一罩体3与第二罩体4组合而构成一个罩盖。

尾气中的碳氢化合物和一氧化碳在氧化催化器单元1中与氧气发生反应而生成水和二氧化碳。还原剂计量模块5(图中仅示出了其喷射端口部分)以计量的方式向尾气流中注射还原剂(例如，尿素的水溶液)喷流。还原剂在尾气流中雾化且混合，然后在SCRoF单元2中在催化剂的辅助作用下与氮氧化物和氧气发生反应而形成无害的氮气和水。同时尾气中的颗粒物或炭烟被捕集到SCRoF单元2中。

氧化催化器单元1具有大致圆筒形壳体11，其在第一端(构成氧化催化器单元1的出口端，图1中的右端)安装于第一罩体3，并在相反的第二端(构成氧化催化器单元1的入口端，图1中的左端)组合有或一体形成有入口锥12。在图示的例子中，第一罩体3支承着壳体11的第一端的外周的一部分；根据其它可行实施方式，第一罩体3也可以设计成围绕壳体11的第一端的整个外周安装。

壳体11限定出氧化催化器单元1的中心轴线。入口锥12配备有引入端口13。引入端口13优选限定出相对于氧化催化器单元1的中心轴线偏心且倾斜的中心轴线。相应地，入口锥12的中心轴线优选也相对于氧化催化器单元1的中心轴线偏心且倾斜。引入端口13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。引入端口13接收从发动机排放的尾气，尾气以旋流方式流经氧化催化器单元1，这会增强氧化催化器单元1中的催化反应。

SCRoF单元2具有大致圆筒形壳体21，其在第一端(构成SCRoF单元2的入口端，图1中的右端)安装于第一罩体3，并在在相反的第二端(构成SCRoF单元2的出口端，图1中的左端)组合有或一体形成有出口锥22。在图示的例子中，第一罩体3围绕着壳体21的第一端的整个外周安装；根据其它可行实施方式，第一罩体3也可以仅支承壳体21的第一端的外周的一部分。

壳体21限定出SCRoF单元2的中心轴线。出口锥22配备有排出端口23。排出端口23优选限定相对于SCRoF单元2的中心轴线偏心且倾斜的中心轴线。相应地，出口锥22的中心轴线优选也相对于SCRoF单元2的中心轴线偏心且倾斜。排出端口23被构造成连接到下游尾气管段，以便排放或进一步处理经尾气后处理系统处理后的尾气。尾气趋向于以旋流方式在SCRoF单元2中流动，以增强尾气在SCRoF单元2中的选择性还原反应和颗粒过滤。

氧化催化器单元1和SCRoF单元2相互平行地并排安装于第一罩体3，这两个单元之间的距离尽可能小。第二罩体4密封地组合于第一罩体3上(部分地围绕壳体11的第一端的外周的一部分安装)而形成所述罩盖，在罩盖中限定出混合室。

在氧化催化器单元1和SCRoF单元2的中心轴线限定的轴向上，罩盖的厚度取决于第二罩体4的底壁4a的位置。氧化催化器单元1和SCRoF单元2的中心轴线优选大致垂直于该底壁4a的相应部位。

如图2、3所示，所述罩盖具有面对着氧化催化器单元1的第一罩盖部分31、面对着SCRoF单元2的第二罩盖部分32以及衔接于第一罩盖部分31和第二罩盖部分32之间的第三罩盖部分33。这三个罩盖部分的内部空间在纵向上连贯而形成所述混合室。

在垂直于氧化催化器单元1和SCRoF单元2的中心轴线的横向和纵向上，第一罩盖部分31的外轮廓与壳体11的第一端大致对应，第二罩盖部分32的外轮廓大于壳体21的第一端，第三罩盖部分33的外轮廓相对于第一罩盖部分31和第二罩盖部分32在宽度上缩窄。第二罩盖部分32的外轮廓大致由第一罩体3的周壁3a以及通过翻边与周壁3a连接的第二罩体4的底壁4a的相应部位确定。该周壁3a围绕着壳体21第一端处的端壁21a，从而在二者之间形成大致环形空间。壳体21的第一端与底壁4a之间相隔一段距离。

在所示的例子中，由第一罩体3和第二罩体4形成的罩盖具有大致扁平形状。这里“扁平”是指罩盖在氧化催化器单元1和SCRoF单元2的中心轴线的方向上的厚度远小于其在垂直于氧化催化器单元1和SCRoF单元2的中心轴线的方向上的高度和宽度。

可以理解，其它形式的第一罩体3和第二罩体4也可以构想出来。此外，基于客户要求，罩盖的各部分可以构造成具有适宜的形状和尺寸。

此外，氧化催化器单元1和SCRoF单元2安装在罩盖的同一侧；然而，基于发动机舱中的空间要求，它们也可以安装在罩盖的相反两侧上，例如，分别安装在第一和第二罩体3、4上。另外，它们之间的相对位置和定向可以改变。

氧化催化器单元1的出口端与第一罩盖部分31内部连通，SCRoF单元2的入口端与第二罩盖部分32内部连通。这样，从氧化催化器单元1的出口端沿轴向以旋流的形式流入混合室中的尾气将在混合室中改变总体流向(大约改变90度)而沿与轴向垂直的纵向流动，然后，再次改变总体流向(大约改变90度)而沿轴向进入SCRoF单元2的入口端中。

还原剂计量模块5安装在罩盖上，与混合室流体连通。在图示的例子中，还原剂计量模块5安装在第一罩盖部分31上，具体是在第二罩体4的周壁上。

计量模块5的喷射端口靠近氧化催化器单元1的出口端安装并且指向SCRoF单元2的入口端，喷射端口的中心轴线优选与SCRoF单元2的中心轴线并不相交，而是稍稍错开。

计量模块5的安装位置和方向使得从其喷射端口喷出的还原剂的喷射方向与从氧化催化器单元1的出口端排入混合室的尾气的旋转方向大体相逆或横贯。例如，计量模块5的喷射端口的中心轴线可以与氧化催化器单元1的中心轴线相交，或者从氧化催化器单元1的中心轴线错开。

如图4所示，在SCRoF单元2的入口端，装有导流盘6，它的一种可行实施方式显示于图5、6中，其中，导流盘6优选为单件式结构，例如由金属板件冲压制成。该导流盘6包括大致平坦的圆形板体61，该板体61内形成有通孔62，该通孔62限定了板体61的内周边。该通孔62并非对中设置在板体61中，而是朝向板体61径向一侧偏置，即与板体61的一侧外周边较近、与板体61的另一侧外周边较远。此外，该通孔62可以是圆形的，但优选为非圆形的(例如是椭圆形的)或是组合形状的。例如，如图5所示，该通孔62总体上为圆形，但在其与板体61的外周边较近的部位形成进一步朝向板体61外周鼓出的形状。

在板体61的内周边的一部分上，形成有从板体翻出的一条连续的翻边63。该翻边63大致垂直于板体61，并且围绕着通孔62的一部分，即翻边63未形成整圈，而是在距板体61外周边较远的那一侧形成有缺口。随从于通孔62的形状，该翻边63包括在距板体61外周边较近的那一侧的中间段63a和位于中间段63a两侧的弧形侧段63b。同每个侧段63b相比，中间段63a更为朝向板体61外周边鼓出(即曲率更大)。

此外，在板体61的外周边形成有朝向与翻边63相反的一侧翻出的凸缘64。该凸缘64可以是整圈的形式。

根据一种可选的实施方式，在该凸缘64中形成有沿圆周方向延伸的一段狭缝65。在图示的例子中，该狭缝65位于翻边63中的缺口那一侧，但狭缝65的圆周方向中心相对于翻边63中的缺口的圆周方向中心偏置。

在其它可行实施方式中，可以设置不同形式的狭缝65。例如，狭缝65可以开设在凸缘64的不同圆周方向位置上，甚至其圆周方向中心可以与翻边63中的缺口的圆周方向中心重合。此外，可以形成一个以上的狭缝65。

如图4所示，导流盘6安装于壳体21的第一端，以其凸缘64插入壳体21第一端处的端壁21a中。为此，凸缘64的外周尺寸应设置成使之与壳体21第一端处的端壁21a的内周相配合，例如形成紧配合。在安装状态下，导流盘6的通孔62面对着壳体21的第一端。通孔62的面积小于壳体21的第一端。

板体61布置成与SCRoF单元2的轴线垂直，可以与壳体21第一端的边缘平齐或沿轴向稍稍进入壳体21第一端中一些。翻边63在轴向上至少部分地从壳体21第一端突出，并且在第二罩体4与第一罩体3组装在一起的状态下，翻边63紧闭地推抵于第二罩体4的底壁4a。

导流盘6的安装方位使得其翻边63的中间段63a大致朝向氧化催化器单元1，而翻边63中的缺口大致背对氧化催化器单元1。

这样，在第二罩体4与第一罩体3组装在一起而形成整个罩盖的状态下，通过导流盘6在第二罩盖部分32中形成了两侧弧形分支通道，每个分支通道的由壳体21的端壁21a、导流盘6的翻边63、第一罩体3的周壁3a以及第二罩体4的底壁4a界定。两个分支通道的上游端通向并会合于第三罩盖部分33中，下游端分别通向导流盘6的翻边63中的缺口。第一罩体3的周壁3a与壳体21的端壁21a之间的环形空间构成这两个分支通道的一部分。

这样，在第三罩盖部分33中纵向流动的尾气将被导流盘6引导而进入两个分支通道中，在两个分支通道中流动，然后通过翻边63中的缺口、经通孔62而进入SCRoF单元2的入口端中。

由于这两个分支通道的作用，进入SCRoF单元2的入口端中的两股尾气呈旋流的形式，如图4中的粗箭头所示。并且，由于两个分支通道导致流通面积减小，因此尾气在两个分支通道中具有增大的流动速度，并且导致进入SCRoF单元2的入口端中的每股旋流的速度比尾气在第一罩盖部分31和第三罩盖部分33中的流动速度高得多。高速旋流再加上两个分支通道导致的流动长度增加的作用，使得还原剂更均匀地混合在尾气中。

翻边63的中间段63a朝向氧化催化器单元1鼓出，可以更好地引导尾气进入这两个分支通道。

其它形式的导流盘也可以设计出来，只要能形成前面描述的两个分支通道即可。

此外，在凸缘64中形成有狭缝65的情况下，壳体21的端壁21a的相应部位形成有对应缺口，以使得狭缝65露出并且与第一罩体3的周壁3a与壳体21的端壁21a之间的环形空间相通。这样，该环形空间中的一部分尾气可以直接经所述狭缝65进入SCRoF单元2的入口端中。经狭缝65进入SCRoF单元2的入口端的尾气将冲入经两个分支通道进入SCRoF单元2的入口端的尾气旋流中。

狭缝65可以设置在被计量模块5的喷射端口的中心轴线穿过的周向位置处。

在上述尾气后处理系统的操作中，尾气经引入端口13和入口锥12流入氧化催化器单元1。在氧化催化器单元1中经受处理后，尾气通过出口端离开氧化催化器单元1。然后尾气的旋流进入罩盖中的混合室，由还原剂计量模块5喷入混合室中的还原剂喷流混合在尾气中，并且在尾气的高温作用下雾化和蒸发。

混有还原剂的尾气流经罩盖的第一罩盖部分31和第三罩盖部分33后，进入第二罩盖部分32中，并且遇到导流盘6。混有还原剂的尾气被导流盘6引导而进入两个分支通道，沿着两个分支通道流动，然后经翻边63中的缺口、通孔62而以高速旋流的形式进入SCRoF单元2的入口端中。如此产生的高速旋流提高了还原剂在尾气中的混合程度。在设有狭缝65的情况下，这两股旋流会受到经狭缝65流入的混有还原剂的尾气的撞击，这更加有利于还原剂在尾气中的混合。

然后，两股旋流在SCRoF单元2中汇合成一股旋流而在SCRoF单元2中流动。在SCRoF单元2中，尾气与还原剂和氧气发生反应。尾气中的颗粒物被SCRoF单元2中的捕集器捕集。在经SCRoF单元2处理后，相对干净的尾气通过出口锥22和排出端口23由系统排出。

在一种可行实施方式中，可将混合器(未示出)可布置在第三罩盖部分33中，面对着两个分支通道的上游端，以进一步促进还原剂在尾气中的混合以及还原剂的蒸发。可以理解，混合器只是一个可选的元件，而非总是必需的。

本申请通过将氧化催化器单元1和SCRoF单元2组装到在其内形成有混合室的同一罩盖中，提供了一种非常紧凑的尾气后处理系统。该尾气后处理系统适合于小的发动机舱，尤其是客用车辆的发动机舱。

此外，通过使用布置在SCRoF单元的入口端处的导流盘，以将混合室中的混有还原剂的尾气从两侧分流绕过导流盘，然后又以高速旋流的形式流入SCRoF单元中并且回合在一起，因此尾气和还原剂的混合均匀度可提高。

同时，尾气可以在尾气后处理系统中两次急剧改变其流向，这样可以增强还原剂与尾气之间的混合。另外，还原剂在混合室中很好地雾化且蒸发，因此可避免出现还原剂液滴碰到SCR基体前端面的情况，还可以避免还原剂在混合室中结晶。

另外，通过将导流盘制成为单件，而不需要板件焊接，因此导流盘6容易制造。

此外，尽管两个分支通道缩小了流通面积，但总体而言，罩盖中仍保持了充足的流通面积，这使得容易在还原剂混合与避免系统压降方面取得平衡。

在导流盘的外周凸缘中形成有狭缝的情况下，两个分支通道之一或二者中的一部分尾气将通过狭缝直接进入SCRoF单元的入口端中，并且冲击通过两个分支通道流入的尾气，这进一步提高了还原剂的混合性能。

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。

Claims

1.一种尾气后处理系统，用于处理发动机尾气，包括：

罩盖(3，4)，其内限定出混合室；

氧化催化器单元(1)和SCRoF单元(2)，它们组装在所述罩盖上，氧化催化器单元(1)的出口端和SCRoF单元(2)的入口端与混合室流体连通；

还原剂计量模块(5)，其安装在所述罩盖上，用于将还原剂喷流喷射到从所述氧化催化器单元(1)的出口端进入所述混合室的尾气中；以及

导流盘(6)，其面对SCRoF单元(2)的入口端布置在罩盖中，并且配置成在其与罩盖之间形成两侧的分支通道，这两个分支通道的上游端朝向氧化催化器单元(1)的出口端，下游端分别通向SCRoF单元(2)的入口端；

其中，所述氧化催化器单元(1)和SCRoF单元(2)彼此平行地并排安装到所述罩盖；

其中，所述导流盘(6)包括：板体(61)，所述板体(61)内形成有通孔(62)，该通孔(62)限定了板体(61)的内周边；以及沿着板体(61)内周边的一部分从板体(61)伸出的翻边(63)，所述翻边(63)中形成有缺口，所述缺口背对着所述氧化催化器单元(1)的出口端，并且构成所述两个分支通道的下游端。

2.如权利要求1所述的尾气后处理系统，其中，所述板体(61)装于所述SCRoF单元(2)的入口端中，使得所述通孔(62)面对着所述SCRoF单元(2)的入口端，所述翻边(63)紧密推抵于所述罩盖的底壁(4a)。

3.如权利要求1所述的尾气后处理系统，其中，所述通孔(62)朝向氧化催化器单元(1)的出口端那一侧相对于所述板体(61)偏心设置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的尾气后处理系统，其中，所述翻边(63)包括面对氧化催化器单元(1)的出口端的中间段(63a)和位于中间段(63a)两侧的弧形侧段(63b)。

5.如权利要求4所述的尾气后处理系统，其中，所述中间段(63a)朝向氧化催化器单元(1)的出口端那一侧鼓出，且曲率大于每个侧段(63b)。

6.如权利要求1至3中任一项所述的尾气后处理系统，其中，所述导流盘(6)还包括从板体(61)的外周边沿着与所述翻边(63)相反的方向从板体(61)突出的凸缘(64)，所述凸缘(64)中形成有狭缝(65)，所述狭缝(65)在所述两个分支通道之一或二者与SCRoF单元(2)的入口端之间建立连通，使得流经所述两个分支通道之一或二者的尾气的一部分经所述狭缝(65)进入SCRoF单元(2)的入口端中。

7.如权利要求6所述的尾气后处理系统，其中，所述狭缝(65)位于翻边(63)的缺口的同一侧。

8.如权利要求7所述的尾气后处理系统，其中，所述狭缝的周向中心沿圆周方向相对于翻边(63)的缺口的周向中心错开。

9.如权利要求1至3中任一项所述的尾气后处理系统，其中，还包括面对着两个分支通道的上游端布置在混合室中的附加混合元件。

10.如权利要求1至3中任一项所述的尾气后处理系统，其中，所述罩盖包括纵向连贯的第一至第三罩盖部分，其中氧化催化器单元(1)连接着第一罩盖部分(31)，SCRoF单元(2)连接着第二罩盖部分(32)，位于纵向中间的第三罩盖部分(33)的轮廓相对于第一和第二罩盖部分横向缩窄。