一种可变截面的旋流管的制作方法

1.本发明属于排气后处理技术领域，尤其涉及一种可变截面的旋流管。


背景技术：

2.柴油机排放的氮氧化物主要是由一氧化氮和二氧化氮组成，这两种类型的氮氧化物对环境和人体健康都具有较大的危害性。目前主流的nox的净化措施主要有：机内减排技术(以废气再循环技术(egr)为代表)、排气后处理技术(以选择性催化还原技术(scr)为代表)。scr(selective catalystic reduction，选择性催化还原反应)是一种能够消除柴油机废气中氮氧化物的技术，其主要采用尿素溶液充当还原剂，利用催化剂的高选择性优先把氮氧化物(nox)还原为氮气(n2)。其中，尿素溶液喷雾与废气的混合、喷雾的蒸发及分解是scr(选择性催化还原技术)系统工作的一个重要环节，通常在scr混合器中进行。
3.尾气排放混合器是设置在发动机排气管与scr载体之间的装置，主要用于改善尿素与废气混合的均匀性，提高nox转化效率。现有技术中，混合器一般包括旋流管，旋流管的一端开口供尿素喷头喷射尿素液滴，另一端开口连接混合管。并且，旋流管设有周向设置的进气通道，尾气通过进气通道进入旋流管中，与尿素液滴混合。为了提高混合的均匀性，旋流管还设置有旋流翅片，用于使进入内部的气流旋转，促进废气与尿素混合。
4.现有技术方案中的混合器旋流管结构中，旋流翅片通过冲压完成，与管体间形成需求的角度，旋流翅片与管体形成允许废气进入的开度截面，截面的大小以及旋流翅片的角度等设计参数，会直接影响混合器的混合性能。目前的旋流管的开度截面是以一定工况进行设计的，旋流翅片冲压完成后，翅片的形状、开角、形成的开度截面都已经固定，不能根据工况变化实现精确智能控制，不能满足多种工况的需求。在低负荷工况下，废气排放量较少，若开度截面较大，进入旋流管的废气涡流效果不明显，不足以尿素液滴完全液化，未雾化的尿素液滴容易在混合管壁面形成聚集，造成尿素结晶的问题。在高负荷工况下，废气排放量较多，若开度截面较小，废气进入时背压较高，会增加系统油耗。因此，现有技术中的旋流管需要改进，以能够适应不同的工况条件。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种可变截面的旋流管，以解决上述技术问题的至少一个技术问题。
6.本发明所采用的技术方案为：
7.本发明提供了一种可变截面的旋流管，包括管体以及设于管体两端的第一开口和第二开口，所述管体的内部形成旋流腔，所述管体沿周向间隔设置有多个进气流道，所述旋流管还包括与所述进气流道一一对应设置的旋流翅片，所述旋流翅片和所述管体之间转动连接，以使所述旋流翅片能够翻转运动，改变所述旋流翅片和所述进气流道之间的开合角度。
8.作为本发明的一种优选实施方式，所述旋流管还包括沿所述管体轴向延伸设置的
转轴，所述旋流翅片与所述转轴固定连接，所述转轴的一端与所述管体转动连接，所述转轴的另一端连接弹性复位件，所述转轴能够带动所述弹性复位件转动，所述弹性复位件具有工作状态和储能状态，在所述旋流翅片朝外转动打开时，所述弹性复位件处于储能状态，在所述旋流翅片朝内转动闭合时，所述弹性复位件处于所述工作状态。
9.作为本发明的一种优选实施方式，所述弹性复位件包括涡卷弹簧，所述涡卷弹簧具有自由端和固定端，所述自由端与所述转轴连接，以使所述转轴能够带动所述涡卷弹簧转动。
10.作为本发明的一种优选实施方式，所述转轴一端设置有扁位凹槽，所述自由端设置有位于所述涡卷弹簧轴心的内钩部，所述内钩部与所述扁位凹槽插接配合。
11.作为本发明的一种优选实施方式，所述旋流管还包括设置于所述第一开口处的固定座，所述固定座设置有容纳所述涡卷弹簧的安装槽，所述固定座对应于所述安装槽的一径向方向上设置有定位卡槽，所述固定端具有外钩部，所述外钩部插接于所述定位卡槽。
12.作为本发明的一种优选实施方式，所述固定座包括上下设置的第一盖板和第二盖板，所述第一盖板或者所述第二盖板在相对于所述转轴的位置内凹形成所述安装槽，所述第一盖板和所述第二盖板的外边缘与所述管体内壁固定连接，所述第一盖板的内边缘向下弯折延伸至所述第二盖板，且与所述第二盖板的内边缘固定连接，所述第二盖板还设有供所述转轴穿过的通孔。
13.作为本发明的一种优选实施方式，所述管体内壁还设置有沿轴向排布的第一转动座和第二转动座，所述第一转动座相对于所述旋流翅片的下端设置，所述第二转动座相对于所述旋流翅片的上端设置，所述转轴分别和所述第一转动座和所述第二转动座转动连接。
14.作为本发明的一种优选实施方式，所述第一转动座和第二转动座与所述管体内壁之间具有弧形弯折段。
15.作为本发明的一种优选实施方式，所述旋流翅片包括主体部和止挡部，所述主体部沿所述转轴一径向方向设置且朝向所述气流通道延伸，所述止挡部沿所述转轴另一径向方向设置且朝向所述管体内壁延伸，所述止挡部能够与所述管体内壁限位抵接，以限制所述旋流翅片的最小开合角度。
16.作为本发明的一种优选实施方式，所述主体部和所述止挡部之间具有夹角α，60
°
≤α＜90
°
。
17.由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
18.1.本发明提供的一种可变截面的旋流管，旋流翅片和管体之间的连接方式为转动连接，可根据实际工况，适时调整进气流道的开度大小，对于不同流量大小的废气都能产生更好的混合效果。在高负荷工况下，废气流量较大，此时旋流翅片向外翻转，使得旋流翅片和进气流道开合角度变大，则进气流道的开度变大，使得进气更加顺畅，阻力变小，减小背压，降低油耗。在低负荷工况下，废气流量较小，此时旋流翅片向内翻转，使得旋流翅片和进气流道开合角度变小，则进气流道的开度变小，能够一定程度上提高进气流速，增加内部扰动的激烈程度，有利于与尿素液滴的混合。而且，旋流翅片和进气流道的开合角度足够小时，废气流接近于沿管体切向进入，湍动能损失较少，旋流效果更好，可对喷入的尿素液滴形成强烈的旋转扰动，从而发生充分混合。
19.2.作为本发明的一种优选实施方式，采用可随转轴旋转的旋流翅片结构，配合弹性复位件的弹力自适应能力，可实现旋流翅片的开度在不同的废气流量下的开度不同。即废气流量越大，冲击旋流翅片，导致进气流道开度将会越大，旋紧弹性复位件，此时弹性复位件处于储能状态；而当废气流量下降时，弹性复位件的弹性恢复力带动旋流翅片返回相应的位置。从而，能够实现旋流翅片开度截面随废气流量的变化而变化，实现不同工况的自动精确控制，实现不同工况下的单独均匀性调节。
20.3.作为本发明的一种优选实施方式，弹性复位件包括涡卷弹簧，在废气流量较大时，废气冲击力作用于旋流翅片，转轴随旋流翅片转动，此时，涡卷弹簧在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形进行储能；在废气流量较小时，废气冲击力小于涡卷弹簧具有的弹性恢复力时，涡卷弹簧带动转轴和旋流翅片回转，旋流翅片和进气流道之间的开合角度变小。而且，可通过更换涡卷弹簧，来实现旋流翅片开度对废气流量的响应精度。
21.4.作为本发明的一种优选实施方式，旋流翅片包括主体部和止挡部。主体部具有旋流效果，引导废气进入内部的旋流腔。通过止挡部与管体内壁之间抵接配合，限制旋转翅片的最小开度，保证进气量。而且，旋流翅片到达极限位置后不会发生反向旋转，保证旋流翅片旋向一致。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明实施例提供的一种旋流管的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种旋流管的结构分解示意图；
25.图3为本发明实施例提供的一种管体的结构示意图；
26.图4为本发明实施例提供的一种第一盖板的结构示意图；
27.图5为本发明实施例提供的一种第二盖板的结构示意图；
28.图6为本发明实施例提供的一种弹性复位件的结构示意图；
29.图7为本发明实施提供的一种旋流翅片的结构示意图；
30.图8为本发明实施例提供的一种转轴的结构示意图；
31.图9为本发明实施例提供的一种转轴的部分结构示意图；
32.图10本发明实施例提供的一种旋流管的部分结构示意图。
33.其中，
34.1-管体；11-第一开口；12-第二开口；13-进气流道；14-第一转动座；15-第二转动座；16-弧形弯折段；2-旋流翅片；21-主体部；22-止挡部；3-转轴；31-扁位凹槽；4-弹性复位件；41-自由端；42-固定端；5-固定座；51-安装槽；52-定位卡槽；53-第一盖板；54-第二盖板。
具体实施方式
35.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可
以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
37.另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等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发明和简化描述，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发明的限制。
38.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，还可以是通信；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。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发明中的具体含义。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.本发明提供了一种可变截面的旋流管，如图1-图2所示，在一个实施例中，旋流管包括管体1以及设于管体1两端的第一开口11和第二开口12，管体1的内部形成旋流腔，管体1沿周向间隔设置有多个进气流道13。尿素喷头朝向第一开口11内喷射尿素液滴，废气沿进气流道13进入旋流腔内与尿素液滴混合后从第二开口12处流出至混合管内。
41.本实施例中，旋流管还包括与进气流道13一一对应设置的旋流翅片2，旋流翅片2和管体1之间转动连接，以使旋流翅片2能够翻转运动，改变旋流翅片2和进气流道13之间的开合角度，从而改变进气流道13的开度。在高负荷工况下，废气流量较大，此时旋流翅片2向外翻转，使得旋流翅片2和进气流道13开合角度变大，则进气流道13的开度变大，使得进气更加顺畅，阻力变小，减小背压，降低油耗。在低负荷工况下，废气流量较小，此时旋流翅片2向内翻转，使得旋流翅片2和进气流道13开合角度变小，则进气流道13的开度截面变小，能够一定程度上提高进气流速，增加内部扰动的激烈程度，有利于与尿素液滴的混合。而且，旋流翅片2和进气流道13的开合角度足够小时，废气流接近于沿管体1切向进入，湍动能损失较少，旋流效果更好，可对喷入的尿素液滴形成强烈的旋转扰动，从而发生充分混合。
42.本发明提供的可变截面的旋流管，可适用于scr混合器。scr混合器一般包括筒体、旋流管、混合管以及前挡板、后挡板等。混合器前端连接发动机排气管，废气经过前挡板上的进气孔进入筒体内，并沿旋流管的进气流道13进入旋流管内，在旋流翅片2的导流作用下，形成旋转气流。废气流与沿轴向喷入的尿素液滴发生激烈扰动混合后进入混合管，经进一步的混合后，沿后挡板的出气孔，流向后端的载体催化器。本发明在现有的旋流管的基础上，将旋流翅片2由冲压形成的固定件，改进为可拆配合的为转动配合件，由此，可根据实际的工况，适时调整进气流道13的开度大小，不同流量大小的废气都能产生更好的混合效果。
43.本发明提供的可变截面的旋流管，旋流翅片2的转动控制方面，可以为系统控制，
可以为自力控制。例如，在系统控制的情况下，旋流翅片2通过转轴3与管体1转动连接。旋流管还包括驱动件，驱动件包括驱动电机、主动齿轮和连接于转轴3一端的从动齿轮，各从动齿轮之间转动连接。驱动电机受系统控制器控制启闭，在控制器接收到废气压力较大、流量较高的信号时，可控制主动齿轮正转带动旋流翅片2朝外转动打开，在控制器接收到废气压力较小、流量较低的信号时，可控制主动齿轮反转带动旋流翅片2朝内闭合。
44.作为一种优选的实施方式，在自力控制的情况下，如图1-图2所示，旋流管还包括沿管体1轴向延伸设置的转轴3，旋流翅片2与转轴3固定连接，转轴3的一端与管体1转动连接，转轴3的另一端连接弹性复位件4，转轴3能够带动弹性复位件4转动，弹性复位件4具有工作状态和储能状态，在旋流翅片2朝外转动打开时，弹性复位件4处于储能状态，在旋流翅片2朝内转动闭合时，弹性复位件4处于工作状态。
45.具体的，结合图6所示，弹性复位件4包括涡卷弹簧，涡卷弹簧具有自由端41和固定端42，自由端41与转轴3连接，以使转轴3能够带动涡卷弹簧转动。在废气流量较大时，废气冲击力作用于旋流翅片2，转轴3随旋流翅片2转动，此时，涡卷弹簧在扭矩作用下弹簧材料产生弯曲弹性变形进行储能；在废气流量较小时，废气冲击力小于涡卷弹簧具有的弹性恢复力时，涡卷弹簧带动转轴3和旋流翅片2回转，旋流翅片2和进气流道13之间的开合角度变小。
46.本实施例中，对于弹性复位件4不做限制，可以是如上所述的单个部件，如涡卷弹簧。可以理解的是，弹性复位件4也可以包括扭转弹簧，在废气流量较大时，旋流翅片2绕扭转弹簧的中心转动时，扭转弹簧扭转蓄力；在废气流量较小时，扭转弹簧回弹并带动旋流翅片2恢复到合适位置。弹性复位件4还可以是组合机构，例如弹簧和连杆的组合结构等，本实施例中不再做过多介绍。
47.具体的，结合图8-图9所示，转轴3一端设置有扁位凹槽31，自由端41设置有位于涡卷弹簧轴心的内钩部，内钩部与扁位凹槽31插接配合。为了保证连接的可靠性，进一步的，转轴3和涡卷弹簧之间还设置有限位结构，以避免扁位凹槽31与内钩部相脱离。限位结构包括设置在扁位凹槽31和内钩部二者之一上的限位槽，以及设置在扁位凹槽31和内钩部二者之另一的限位凸起，限位凸起和限位槽配合卡接。
48.进一步的，结合图4-图5所示，旋流管还包括设置于第一开口11处的固定座5，固定座5设置有容纳涡卷弹簧的安装槽51，固定座5对应于安装槽51的一径向方向上设置有定位卡槽52，固定端42具有外钩部，外钩部插接于定位卡槽52。
49.具体的，固定座5包括上下设置的第一盖板53和第二盖板54，第一盖板53在相对于转轴3的位置内凹形成安装槽51。第一盖板53和第二盖板54的外边缘与管体1内壁固定连接，第一盖板53的内边缘向下弯折延伸至第二盖板54，且与第二盖板54的内边缘固定连接，第二盖板54还设有供转轴3穿过的通孔。
50.作为一种优选的实施方式，如图2-图3所示，管体1内壁还设置有沿轴向排布的第一转动座14和第二转动座15，第一转动座14相对于旋流翅片2的下端设置，第二转动座15相对于旋流翅片2的上端设置，转轴3分别和第一转动座14和第二转动座15转动连接，第一转动座14和第二转动座15。
51.第一转动座14和第二转动座15与管体1内壁之间具有弧形弯折段16，弧形弯折段16可以承受一定的弹性变形力，提高与第一连接座和第二连接座连接处的连接强度，避免
连接处产生扭转破坏。
52.作为本发明的一种优选实施方式，结合图7、图10所示，所示，旋流翅片2包括主体部21和止挡部22，主体部21沿转轴3一径向方向设置且朝向气流通道延伸，止挡部22沿转轴3另一径向方向设置且朝向管体1内壁延伸，止挡部22能够与管体1内壁限位抵接，以限制旋流翅片2的最小开合角度。通过止挡部22与管体1内壁之间抵接配合，限制旋转翅片的最小开度，保证进气量。而且，旋流翅片2到达极限位置后不会发生反向旋转，保证旋流翅片2旋向一致。
53.进一步的，主体部21和止挡部22之间具有夹角α，60
°
≤α＜90
°
。
54.本发明中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
55.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
56.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种可变截面的旋流管，包括管体以及设于管体两端的第一开口和第二开口，其特征在于，所述管体的内部形成旋流腔，所述管体沿周向间隔设置有多个进气流道，所述旋流管还包括与所述进气流道一一对应设置的旋流翅片，所述旋流翅片和所述管体之间转动连接，以使所述旋流翅片能够翻转运动，改变所述旋流翅片和所述进气流道之间的开合角度。2.根据权利要求1所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述旋流管还包括沿所述管体轴向延伸设置的转轴，所述旋流翅片与所述转轴固定连接，所述转轴的一端与所述管体转动连接，所述转轴的另一端连接弹性复位件，所述转轴能够带动所述弹性复位件转动，所述弹性复位件具有工作状态和储能状态，在所述旋流翅片朝外转动打开时，所述弹性复位件处于储能状态，在所述旋流翅片朝内转动闭合时，所述弹性复位件处于所述工作状态。3.根据权利要求2所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述弹性复位件包括涡卷弹簧，所述涡卷弹簧具有自由端和固定端，所述自由端与所述转轴连接，以使所述转轴能够带动所述涡卷弹簧转动。4.根据权利要求3所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述转轴一端设置有扁位凹槽，所述自由端设置有位于所述涡卷弹簧轴心的内钩部，所述内钩部与所述扁位凹槽插接配合。5.根据权利要求3所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述旋流管还包括设置于所述第一开口处的固定座，所述固定座设置有容纳所述涡卷弹簧的安装槽，所述固定座对应于所述安装槽的一径向方向上设置有定位卡槽，所述固定端具有外钩部，所述外钩部插接于所述定位卡槽。6.根据权利要求5所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述固定座包括上下设置的第一盖板和第二盖板，所述第一盖板或者所述第二盖板在相对于所述转轴的位置内凹形成所述安装槽，所述第一盖板和所述第二盖板的外边缘与所述管体内壁固定连接，所述第一盖板的内边缘向下弯折延伸至所述第二盖板，且与所述第二盖板的内边缘固定连接，所述第二盖板还设有供所述转轴穿过的通孔。7.根据权利要求2所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述管体内壁还设置有沿轴向排布的第一转动座和第二转动座，所述第一转动座相对于所述旋流翅片的下端设置，所述第二转动座相对于所述旋流翅片的上端设置，所述转轴分别和所述第一转动座和所述第二转动座转动连接。8.根据权利要求7所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述第一转动座和第二转动座与所述管体内壁之间具有弧形弯折段。9.根据权利要求2所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述旋流翅片包括主体部和止挡部，所述主体部沿所述转轴一径向方向设置且朝向所述气流通道延伸，所述止挡部沿所述转轴另一径向方向设置且朝向所述管体内壁延伸，所述止挡部能够与所述管体内壁限位抵接，以限制所述旋流翅片的最小开合角度。10.根据权利要求9所述的一种可变截面的旋流管，其特征在于，所述主体部和所述止挡部之间具有夹角α，60
°
≤α＜90
°
。

技术总结
本发明涉及排气后处理技术领域，公开了一种可变截面的旋流管，包括管体以及设于管体两端的第一开口和第二开口，所述管体的内部形成旋流腔，所述管体沿周向间隔设置有多个进气流道，所述旋流管还包括与所述进气流道一一对应设置的旋流翅片，所述旋流翅片和所述管体之间转动连接，以使所述旋流翅片能够翻转运动，改变所述旋流翅片和所述进气流道之间的开合角度。本发明的旋流管，可根据实际工况，适时调整进气流道的开度大小，对于不同流量大小的废气都能产生更好的混合效果。都能产生更好的混合效果。都能产生更好的混合效果。


技术研发人员：刘伟达 陈大伟 张军
受保护的技术使用者：潍柴动力空气净化科技有限公司
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/5/31