热补装置及尾气后处理器的制作方法

1.本技术涉及柴油机尾气后处理热管理技术领域，特别是涉及热补装置及尾气后处理器。


背景技术：

2.柴油机由于燃烧不充分会排出一氧化碳、氮氧化物等有毒气体，使用催化剂可以将尾气中的氮氧化物还原成无污染的氮气和水，该还原反应温度要求在300～400℃。而在冷启动或者低负荷工况下，若仅依靠自身普通柴油机尾气温度难以达到要求，因此需要先提高尾气的温度再进行催化还原。
3.相关技术中，为了提升排气温度通常在尾气后处理器的前端外置燃烧器或其它加热装置进行热补处理。然而，在上述结构设计中，均采用外置式布置使得成本较大且发动机产生的所有尾气都需要通过燃烧器并在燃烧器内进行加热升温，燃烧器内的混合装置为了使尾气和燃油能够充分混合也会导致燃烧器内产生较高的排气背压，不利于发动机动力性的提高。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对外置燃烧器热补装置产生的排气背压较高的问题，提供一种热补装置及尾气后处理器。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种热补装置，用于尾气后处理器，尾气后处理器包括箱体；热补装置包括混合模块和喷射模块，混合模块包括沿第一方向设于箱体内的汇集管，箱体与汇集管之间界定出与汇集管连通的尾气进气腔；喷射模块包括点火管、引燃件和喷射器，点火管沿第一方向至少部分地穿设于箱体内，并分别与尾气进气腔和汇集管连通；喷射器朝向点火管远离汇集管的一端，以向点火管内喷射燃油；引燃件设于点火管内，以用于将流入点火管的燃油点燃；其中，第一方向平行于箱体的轴线方向。
6.在其中一个实施例中，热补装置还包括第一隔板和导气管，第一隔板套设于汇集管，尾气进气腔包括形成于第一隔板与箱体靠近点火管的一侧之间的第一进气腔；导气管的一端连通点火管，另一端连通于第一进气腔。
7.在其中一个实施例中，热补装置还包括套设于汇集管且与第一隔板在第一方向上间隔设置的第二隔板，尾气进气腔还包括形成于第一隔板与第二隔板之间的第二进气腔，第二进气腔与第一进气腔连通；汇集管位于第二进气腔内的部分包括分别连通于点火管和第二进气腔的导气段，以及与导气段连通的第一聚气段。
8.在其中一个实施例中，汇集管还包括位于第一进气腔内的第二聚气段，第二聚气段位于点火管和导气段之间；混合模块还包括设于第二聚气段内的扰流器，扰流器的一端连通于点火管，另一端连通于导气段。
9.在其中一个实施例中，扰流器包括与第二聚气段同轴设置多孔管，多孔管的周向上阵列布设有多个通孔；多孔管的外侧与第二聚气段的内侧之间形成与第一进气腔连通的
旋流区，多孔管的内侧形成分别与旋流区和点火管连通的混合燃烧区。
10.在其中一个实施例中，扰流器还包括分别连接于多孔管两端的进口多孔板和出口多孔板；进口多孔板沿第一方向连接于点火管，出口多孔板沿第一方向连接于导气段。
11.在其中一个实施例中，扰流器还包括设于多孔管靠近进口多孔板一侧的多个旋流叶片，且多个旋流叶片绕多孔管周向间隔布设。
12.在其中一个实施例中，旋流叶片与多孔管的母线之间的夹角不小于60
°
。
13.在其中一个实施例中，喷射模块还包括沿第一方向可拆地连接于箱体且与汇集管同轴设置的喷射器座，喷射器安装于喷射器座，点火管背离喷射器的一端与汇集管可拆卸地连接。
14.根据本技术的另一个方面，提供了一种尾气后处理器，包括上述的热补装置。
15.在本技术的技术方案中，一小部分尾气先从尾气进气腔进入点火管，在喷射器喷向点火管内的燃油被点燃后，此部分尾气被燃烧状态的燃油加热升温形成高温尾气，然后通过点火管进入到汇集管，大部分尾气则从尾气进气腔直接进入汇集管与升温后的高温尾气混合，利用热传递效应逐渐被高温尾气加热以实现尾气温度的整体提高。即，本技术将尾气进行了分流，少部分尾气参与燃油的燃烧进行加热，大部分尾气走箱体内部的空间，不经过点火管的加热而是直接进入汇集管，从而有效地降低发动机的排气背压，有利于发动机的动力性的提高。
附图说明
16.图1为本技术一实施例的热补装置的结构剖视图。
17.图2为本技术一实施例的热补装置的三维结构示意图。
18.图3为本技术一实施例的扰流器的三维结构示意图。
19.图4为本技术一实施例的尾气后处理器的工作流程示意图。
20.附图标记：
21.热补装置1000；
22.混合模块100；汇集管11；导气段111；第一聚气段112；第二聚气段113；
23.扰流器12；多孔管121；进口多孔板122；出口多孔板123；旋流叶片124；
24.喷射模块200；点火管21；引燃件22；喷射器23；喷射器座24；
25.箱体3；尾气进气腔4；第一进气腔41；第二进气腔42；
26.第一隔板5；第二隔板6；导气管7；
27.进气管8；低温还原催化剂81；抱箍9；
28.第一方向f1。
具体实施方式
29.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
35.如背景技术所述，在传统的结构设计中，发动机产生的所有尾气都需要通过燃烧器并在燃烧器内进行加热升温，燃烧器内的混合装置为了使尾气和燃油能够充分混合也会导致更高的排气背压，因此不利于发动机动力性的提高。
36.基于此，有必要针对外置燃烧器热补装置排气背压高的问题，提供一种热补装置及尾气后处理器。
37.图1示出了本技术一实施例的热补装置的结构剖视图；图2示出了本技术一实施例的热补装置的三维结构示意图；图3示出了本技术一实施例的扰流器的三维结构示意图；图4示出了本技术一实施例的尾气后处理器的工作流程示意图。
38.结合参阅图1和图2，本技术一实施例提供的热补装置1000，用于尾气后处理器，尾气后处理器包括箱体3。热补装置1000包括混合模块100和喷射模块200，混合模块100包括沿第一方向f1设于箱体3内的汇集管11，箱体3与汇集管11之间界定出与汇集管11连通的尾气进气腔4；喷射模块200包括点火管21、引燃件22和喷射器23，点火管21沿第一方向f1至少部分地穿设于箱体3内，并分别与尾气进气腔4和汇集管11连通；喷射器23朝向点火管21远离汇集管11的一端，以向点火管21内喷射燃油，引燃件22设于点火管21内，以用于将流入点
火管21的燃油点燃；其中，第一方向f1平行于箱体3的轴线方向。
39.如此，一方面，一小部分尾气先从尾气进气腔4进入点火管21，在喷射器23喷向点火管21内的燃油被点燃后，此部分尾气被燃烧状态的燃油加热升温形成高温尾气，然后通过点火管21进入到汇集管11，大部分尾气则从尾气进气腔4直接进入汇集管11，与高温尾气混合后利用热传递效应逐渐被高温尾气加热。也就是说，在本技术的方案中，将尾气进行了分流，少部分尾气参与点火管21内燃油的燃烧加热，大部分尾气走箱体3内部的空间不进行加热，再由加热后的高温尾气对未加热的低温尾气进行加热，从而实现尾气温度的整体提高。传统方案则需要对发动机产生的所有尾气都在燃烧器内进行加热后才能排放，本技术中的大部分尾气不经过点火管的加热而是直接进入汇集管。实验结果表明，传统方案的排气背压大约为8-10kpa，而本技术中的排气背压大约为2-3kpa，因此，本技术相对于传统方案能够有效地降低发动机的排气背压，有利于发动机的动力性的提高；另外一个方面，本技术将混合模块100和喷射模块200都集成在尾气后处理器的箱体3内，点火管21分别与尾气进气腔4和汇集管11连通，能够有效地降低因外置排气管散热导致的热量损失，燃烧后多余的热量可同步快速提升整个尾气后处理器的温度，有利于催化剂迅速起燃，在提高尾气后处理器对排放污染物转化效率的同时，也提高了热补能量的利用率。
40.作为一种实施方式，具体到如图1和图2所示的实施例中，热补装置1000还包括第一隔板5和导气管7，第一隔板5套设于汇集管11，尾气进气腔4包括形成于第一隔板5与箱体3靠近点火管21的一侧之间的第一进气腔41；导气管7的一端连通点火管21，另一端连通于第一进气腔41。示例性的，导气管7的一端开口为碗状结构且面向第一进气腔41内的尾气前进方向，以借助气流惯性尽可能向喷射模块200补足空气或者直接从发动机空压机处取气并与导气管7相连，从而提升油气混合的均匀性，促进燃油完全燃烧。
41.进一步地，热补装置1000还包括套设于汇集管11且与第一隔板5在第一方向f1上间隔设置的第二隔板6，尾气进气腔4还包括形成于第一隔板5与第二隔板6之间的第二进气腔42，第二进气腔42与第一进气腔41连通；汇集管11位于第二进气腔42内的部分包括分别连通于点火管21和第二进气腔42的导气段111，以及与导气段111连通的第一聚气段112。如此，尾气总量中的大约80％的气流先通过第一隔板5上的通气孔由第一进气腔41进入第二进气腔42，再由第二进气腔42通过汇集管11的导气段111上的通孔进去第一聚气段112，与在点火管21中被燃油加热后的小部分尾气汇合，从而实现尾气的分流、汇集及加热，在实现尾气加热升温的同时，也有效降低了排气背压。
42.可选地，第二隔板6设有的通气孔大小需根据尾气后处理器匹配的发动机排量所设定，以便使80％左右的排气能够经由第二隔板6上通气孔从第一进气腔41流向第二进气腔42。
43.可选地，汇集管11的导气段111四周开设的通孔，其导流面积需大于二倍的尾气后处理器内最小管径的导流面积，从而有效保证第二进气腔42中的尾气经由导气段111的通孔从第二进气腔42进入第一聚气段112。
44.一些实施例中，作为一种优选的实施方式，汇集管11还包括位于第一进气腔41内的第二聚气段113，第二聚气段113位于点火管21和导气段111之间；混合模块100还包括设于第二聚气段113内的扰流器12，扰流器12的一端连通于点火管21，另一端连通于导气段111。这样，能够对第一进气腔41内的尾气进一步分流，使得大约5％-10％的尾气可以分流
至扰流器12中，从而进一步降低了排气背压。
45.具体地，扰流器12包括与第二聚气段113同轴设置多孔管121，多孔管121的周向上阵列布设有多个通孔；多孔管121的外侧与第二聚气段113的内侧之间形成与第一进气腔41连通的旋流区，多孔管121的内侧形成分别与旋流区和点火管21连通的混合燃烧区。可以理解的是，扰流器12的多孔管121和汇集管11的第二聚气段113同轴设置后，多孔管121的外侧与第二聚气段113的内侧能够形成了一个环形的旋流区，这样，第一进气腔41的尾气在进行旋流区后便可以围绕汇集管11旋转，由点火管21进入汇集管11内侧混合燃烧区且携带燃油的尾气，在多孔管121上的通孔和旋流区的旋转气流的作用下，能够有效提升尾气和燃油的混合效果和放热效率，避免由于燃油的不完全燃烧产生有害物质。
46.进一步地，扰流器12还包括分别连接于多孔管121两端的进口多孔板122和出口多孔板123；进口多孔板122沿第一方向f1连接于点火管21，出口多孔板123沿第一方向f1连接于导气段111。如此，第一进气腔41中的尾气在通过进口多孔板122进入混合燃烧区时，能够进一步打散气流，从而增强油气混合的效果、提升燃烧效率，且出口多孔板123还具有阻挡部分燃烧火焰的作用，防止由于明火窜进催化剂入口导致的催化剂损坏，影响尾气处理效果。
47.一些实施例中，值得说明的是，扰流器12还包括设于多孔管121靠近进口多孔板122一侧的多个旋流叶片124，且多个旋流叶片124绕多孔管121周向间隔布设。这样，能够在第一进气腔41中的尾气进入旋流层时设定合适的吹拂角度，从而提升尾气在旋流层内的旋流强度。
48.可选地，旋流叶片124与多孔管121的母线之间的夹角不小于60
°
，以保证气流的旋流强度。
49.在一些实施例中，喷射模块200还包括沿第一方向f1可拆地连接于箱体3且与汇集管11同轴设置的喷射器23座，喷射器23安装于喷射器23座，点火管21背离喷射器23的一端与汇集管11可拆卸地连接。可以理解的是，由于不同的喷射器23的贯穿距离和喷雾粒径等性能是不同的，为了匹配相对应的点火管21内的点火区域，将点火管21和喷射器23座设置为可拆卸的形式，从而便于拆除替换成与喷射器23性能匹配的规格，在最佳点火位置进行点火以提升点火效率。同时，考虑到扰流器12也会存在匹配问题，因此通过可拆卸的抱箍9将扰流器12替换成相匹配的规格，从而实现整个喷射模块200的可拆卸替换，提升了热补装置1000的适用范围。
50.在一些实施例中，考虑到排气背压、尾气流动和箱体3内空间的有效利用，进气管8采用双并联式布置，在箱体3内汇集管11的相对两侧设置进气管8，进气管8内封装低温还原催化剂81，尾气在还原催化后进入第一进气腔41。此外，考虑到未来升级，进气管8内也预留了未来技术方案的升级空间。
51.在一些实施例中，喷射模块200可直接替换成国六hc喷嘴，喷射出的燃油与尾气在汇集管11和扰流器12里面充分混合，带有燃油的尾气进入汇集管11后端的doc，被doc氧化后尾气升温，升温后的尾气进去dpf从而实现dpf的主动再生。用于dpf再生时，扰流器12也可以同步替换成国六hc喷嘴专用的排气混合装置。
52.进一步地，喷射器23的燃油喷射和引燃件22的点燃由发动机控制单元控制，结合尾气后处理器原有的第一传感器、第四传感器和第五温度传感器，判断是否对尾气温度进
行主动热补，选择性地喷射定量燃油和控制点火频率，实现燃油燃烧后对尾气实现加热。可优选一种加热控制策略：当第一温度传感器的检测值t1小于第一预设温度值时，喷射器23喷射燃油、引燃件22点燃，当第四温度传感器的检测值t4和第五温度传感器的检测值t5的加权值tw大于第二预设温度值时，则控制喷射器23和引燃件22停止工作。
53.本技术所提供的热补装置1000，将经过低温还原催化剂81处理后的尾气分流为三部分，第一部分尾气通过导气管7进入点火管21，喷射器23喷向点火管21的燃油在被引燃件22点燃后能够对此部分尾气进行加热，加热后的尾气随后进入扰流器12的多孔管121内侧的混合燃烧层；第二部分尾气则先进入由多孔管121外侧和汇集管11的第二聚气段113内侧形成的旋流区，再通过多孔管121上的通孔进入内侧的混合燃烧层，与携带燃油的尾气充分混合后加热升温，之后这两部分高温的尾气沿第一方向f1流动至汇集管11的第一聚气段112；第三部分尾气则沿着从第一进气腔41经由第一隔板5上的通孔进入第二进气腔42，再从第二进气腔42经由汇集管11的导气段111上的通孔进入汇集管11的第一聚气段112，最终与到达第一聚气段112的高温尾气汇合，并通过热传递效应被高温尾气之间加热，在实现尾气整体加热升温的同时，有效降低了排气背压。此外，将相关模块集成在了箱体3内部的方式能够有效地降低因外置排气管散热导致的热量损失，燃烧后多余的热量可同步快速提升整个尾气后处理器的温度，有利于催化剂迅速起燃，在提高尾气后处理器对排放污染物转化效率的同时，也提高了热补能量的利用率。
54.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种热补装置，用于尾气后处理器，其特征在于，所述尾气后处理器包括箱体；所述热补装置包括：混合模块，包括沿第一方向设于所述箱体内的汇集管，所述箱体与所述汇集管之间界定出与所述汇集管连通的尾气进气腔；喷射模块，包括点火管、引燃件和喷射器，所述点火管沿所述第一方向至少部分地穿设于所述箱体内，并分别与所述尾气进气腔和所述汇集管连通；所述喷射器朝向所述点火管远离所述汇集管的一端，以向所述点火管内喷射燃油；所述引燃件设于所述点火管内，以用于将流入所述点火管的燃油点燃；其中，所述第一方向平行于所述箱体的轴线方向。2.根据权利要求1所述的热补装置，其特征在于，所述热补装置还包括：第一隔板，套设于所述汇集管，所述尾气进气腔包括形成于所述第一隔板与所述箱体靠近所述点火管的一侧之间的第一进气腔；导气管，所述导气管的一端连通所述点火管，另一端连通于所述第一进气腔。3.根据权利要求2所述的热补装置，其特征在于，所述热补装置还包括套设于所述汇集管且与所述第一隔板在所述第一方向上间隔设置的第二隔板，所述尾气进气腔还包括形成于所述第一隔板与所述第二隔板之间的第二进气腔，所述第二进气腔与所述第一进气腔连通；所述汇集管位于所述第二进气腔内的部分包括分别连通于所述点火管和所述第二进气腔的导气段，以及与所述导气段连通的第一聚气段。4.根据权利要求3所述的热补装置，其特征在于，所述汇集管还包括位于所述第一进气腔内的第二聚气段，所述第二聚气段位于所述点火管和所述导气段之间；所述混合模块还包括设于所述第二聚气段内的扰流器，所述扰流器的一端连通于所述点火管，另一端连通于所述导气段。5.根据权利要求4所述的热补装置，其特征在于，所述扰流器包括与所述第二聚气段同轴设置多孔管，所述多孔管的周向上阵列布设有多个通孔；所述多孔管的外侧与所述第二聚气段的内侧之间形成与所述第一进气腔连通的旋流区，所述多孔管的内侧形成分别与所述旋流区和所述点火管连通的混合燃烧区。6.根据权利要求5所述的热补装置，其特征在于，所述扰流器还包括分别连接于所述多孔管两端的进口多孔板和出口多孔板；所述进口多孔板沿所述第一方向连接于所述点火管，所述出口多孔板沿所述第一方向连接于所述导气段。7.根据权利要求6所述的热补装置，其特征在于，所述扰流器还包括设于所述多孔管靠近所述进口多孔板一侧的多个旋流叶片，且多个所述旋流叶片绕所述多孔管周向间隔布设。8.根据权利要求7所述的热补装置，其特征在于，所述旋流叶片与所述多孔管的母线之间的夹角不小于60
°
。9.根据权利要求1-8任一项所述的热补装置，其特征在于，所述喷射模块还包括沿所述第一方向可拆地连接于所述箱体且与所述汇集管同轴设置的喷射器座，所述喷射器安装于所述喷射器座；
所述点火管背离所述喷射器的一端与所述汇集管可拆卸地连接。10.一种箱式后处理器，其特征在于，所述箱式后处理器包括权利要求1-9任一项所述的热补装置。

技术总结
本申请涉及一种热补装置，包括混合模块和喷射模块，混合模块包括沿第一方向设于箱体内的汇集管，箱体与汇集管之间界定出与汇集管连通的尾气进气腔；喷射模块包括点火管、引燃件和喷射器，点火管沿第一方向至少部分地穿设于箱体内，并分别与尾气进气腔和汇集管连通。本申请对尾气进行了分流，小部分尾气先从尾气进气腔进入点火管被燃油加热后形成高温尾气，再通过点火管进入到汇集管，大部分尾气则不经过点火管的加热直接进入汇集管，由高温尾气通过热传递效应加热以实现尾气温度的整体升高。同时，由于大部分尾气并未参与点火管的燃烧加热，从而有效地降低发动机的排气背压，有利于发动机的动力性的提高。发动机的动力性的提高。发动机的动力性的提高。


技术研发人员：吕俊翔 朱明健 王健 胡振奇 李唐浩
受保护的技术使用者：一汽解放汽车有限公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/6/26