[发明专利]防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及汽车排气系统领域，尤其涉及一种汽车SCR系统，更具体的说是一种防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统。

背景技术

目前，SCR后处理系统在重型柴油机后处理领域的运用越来越广泛。现有的汽车SCR系统如图1所示，包括排气管道3、催化器5和催化器后管路7，各部件之间依次通过法兰连接或焊接，在所述的排气管道3上设有喷嘴2，在所述的催化器5内设有催化剂载体6，在所述的催化剂载体6上涂覆有催化剂。此系统的一个比较突出的失效模式便是从喷嘴喷出的高速低温的尿素溶液在撞击管道壁面时很容易产生结晶。结晶严重时甚至可能堵塞整个排气管道，使得尿素溶液的蒸发和热解受到严重的影响，无法释放出足够多的NH₃与尾气进行混合，从而影响整个系统的NO_X转化率。因此，防止尿素溶液在排气管道中结晶，进而加速尿素溶液的蒸发和热解，对提高整个系统的催化转化率至关重要。影响尿素结晶的一个重要的因素便是喷射出的尿素溶液与管壁接触点的温度，只有保证尿素溶液喷出后与管壁的接触点具有足够高的温度，使得尿素溶液充分的蒸发，才能防止管道壁面结晶的产生。

为了解决上述问题，改进后的汽车SCR后处理系统如图2所示，在排气管道8外加一层套管9，使排气管道8的温度保持在一个较高的数值，避免尿素溶液在撞击管道壁面时产生结晶。这种结构相当于在管道外加设一保温层，在一定程度上减少了排气管的散热，但其对解决尿素溶液的结晶问题并不显著。

发明的内容

本发明要解决的是现有SCR后处理系统的排气管道设计上存在的上述问题，旨在提供一种能够防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，使得尿素溶液从喷嘴喷出后不至于在管道的壁面产生结晶的同时，还能提高尿素溶液的蒸发和热解速率，促进尾气和尿素溶液的充分混合，进而提高整个系统的催化转化率。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

防止排气管道尿素结晶的汽车SCR后处理系统，包括依次连接的排气管道、换热装置、催化器和催化器后管路，在所述的催化器内设有催化剂载体，在所述的催化剂载体上涂覆有催化剂，其特征在于所述的换热装置包括内套管和外套管，在所述内套管的外壁上设置至少一个换热芯片，所述的换热芯片的外表面与所述的外套管之间设有与尾气的流动方向一致的辅助流道，所述的辅助流道与内套管内的主流道导通；所述的换热装置上设有喷嘴。

本发明所采用的换热芯片，可以有效的提高内套管壁面温度，从而有效地防止喷射到管道壁面的尿素溶液产生结晶，提高尿素溶液的蒸发和热解，促进热解出的NH₃与尾气进行充分的混合，进而进行充分的反应，以降低汽车尾气中NOx的含量。由于采用了辅助流道并加设了换热芯片，在减少管道外壁面与环境散热的同时，还增加了辅助流道内流体和主流道内流体之间的换热面积，提高了内外套管之间的换热效率，从而使内套管壁面温度提高。同时，由于辅助流道方向与尾气流动主体方向一致，产生的排气背压很小，达到既能防止尿素溶液结晶又不会增加系统压降的目的。

根据本发明，所述的换热装置两端通过连接法兰与排气管道和催化器相连。因而，本发明可以通过可拆卸的方式与排气管道相连。

根据本发明，所述的换热装置的内套管和外套管之间通过支架进行固定，使得一部分尾气可以通畅的流经换热芯片区域的辅助流道，达到强化换热的目的。

根据本发明，芯片的内表面与内套管的外壁之间通过钎焊进行连接，以强化外套管区域与内套管区域的换热。而换热芯片的外表面与外套管之间留有一定的空隙，以防止尾气通过换热芯片与外套管之间的换热被加强，从而散失过多的热量。

根据本发明，内套管的进出口处分别设置辅助流道上游渐缩管和下游渐缩管，以便使气流产生一定的扰动。其中上游渐缩管促进尿素溶液与内套管内主流道中的尾气的混合，下游渐缩管促进内套管内主流道中的混合气和辅助流道内的尾气的混合。

根据本发明，喷嘴布置在上游渐缩管的后端直管段上的换热芯片区域，以便上游渐缩管产生的扰流能使得喷嘴喷出的尿素与尾气进行充分的混合，同时使得喷孔喷出的尿素溶液所撞击的壁面外围处于换热芯片包围的区域。所述的换热芯片在周向包围所述内套管的外壁，所述换热芯片的外表面轴向呈一组平行设置的竖直状、螺旋状或波纹状结构，所述换热芯片的外表面的横截面呈波纹状结构，该波纹状结构可以是正弦波、方波或锯齿波。当所述的换热芯片为两个或多个时，各芯片的构造可以相同，也可不同。

根据本发明，芯片的覆盖范围可根据喷嘴的喷孔数量以及喷射角度进行调整，以便尿素溶液充分的蒸发和热解。