本發(fā)明涉及一種R180單缸渦流室柴油機(jī)用凈化消聲器。其為消聲器與氧化催化轉(zhuǎn)化器組合于一體的凈化消聲裝置，屬于消聲器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單缸柴油機(jī)產(chǎn)量大是中國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的一大特色，其中缸徑≤80mm的單缸柴油機(jī)年產(chǎn)量約200多萬(wàn)臺(tái)，但由于氣缸直徑小，直噴式燃燒油氣混合難度大，國(guó)內(nèi)外缸徑小于80mm的非道路柴油機(jī)仍以渦流室為主。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，排放法規(guī)、噪聲限值的不斷加嚴(yán)，內(nèi)燃機(jī)的節(jié)能與減排也隨之成為行業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)，機(jī)內(nèi)凈化難滿足要求，因此機(jī)外凈化在小缸徑柴油機(jī)上將愈來(lái)愈多。

我國(guó)最新頒布的非道路柴油機(jī)國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率≤37kW的小功率非道路柴油機(jī)提出了嚴(yán)格的要求。同時(shí)內(nèi)燃機(jī)噪聲指標(biāo)也需符合國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，且噪聲限值也有加嚴(yán)的趨勢(shì)。我國(guó)小功率柴油機(jī)主要以單缸柴油機(jī)為主，已有單缸柴油機(jī)消聲器大多是由膨脹腔、內(nèi)插管、穿孔板、共振腔和擴(kuò)張管等組成，只起消聲作用。由于單缸柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和空間的限制很難使用電控、電控、高壓共軌、廢氣再循環(huán)、選擇性催化還原等先進(jìn)技術(shù)，因此非道路國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，只通過(guò)機(jī)內(nèi)凈化的單缸柴油機(jī)很難達(dá)到最新的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。將采用機(jī)外凈化的氧化催化轉(zhuǎn)化器融合于發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器中合為一體，可以合理利用單缸柴油機(jī)空間結(jié)構(gòu)，并有效的通過(guò)機(jī)外凈化降低單缸柴油機(jī)的排放和噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及的一種R180單缸渦流室柴油機(jī)用凈化消聲器，以R180柴油機(jī)原機(jī)消聲器為原型，盡可能保持原機(jī)外形參數(shù)，以便于安裝和更換。R180柴油機(jī)凈化消聲器是用氧化催化劑降低柴油機(jī)排放，把催化劑載體設(shè)計(jì)在消聲器殼體內(nèi)，對(duì)載體位置及消聲元件位置優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化凈化消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)穿孔隔板及穿孔隔板位置使得流經(jīng)氧化催化劑載體內(nèi)部的氣流更加均勻，從而提高氧化催化劑的轉(zhuǎn)化效率和使用壽命，可減少氧化催化劑用量，降低成本；同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)部消聲結(jié)構(gòu)元件，使得優(yōu)化后的各消聲元件與氧化催化劑載體有效協(xié)同降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲。采用的技術(shù)方案如下：

R180單缸渦流室柴油機(jī)用凈化消聲器，包括外殼和進(jìn)氣管，所述外殼與所述進(jìn)氣管相連；所述進(jìn)氣管的管口作為消聲器的進(jìn)氣口；所述外殼內(nèi)部沿氣流方向依次設(shè)有穿孔隔板、氧化催化劑載體、穿孔出氣管；所述穿孔隔板和所述穿孔出氣管上面均設(shè)有通過(guò)排氣氣流的小孔；

所述穿孔隔板與位于其下面的外殼內(nèi)壁之間形成第一膨脹腔；所述氧化催化劑載體與位于其上面的外殼內(nèi)壁之間形成第二膨脹腔；所述穿孔出氣管位于所述第二膨脹腔內(nèi)；所述穿孔出氣管一端封閉、另一端與空氣連通作為消聲器的出氣口。

進(jìn)一步地，所述氧化催化劑載體由桶狀金屬殼包裹；所述桶狀金屬殼的外面由石棉保溫層包裹；所述石棉保溫層的上端和下端均由環(huán)形板固定；所述環(huán)形板的外邊緣與所述外殼內(nèi)壁焊接、內(nèi)邊緣與所述桶狀金屬殼焊接固定；所述環(huán)形板周邊密封，使得排氣氣流僅通過(guò)氧化催化劑載體內(nèi)流通；所述桶狀金屬殼包裹的氧化催化劑載體分別設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口。

進(jìn)一步地，所述穿孔隔板與所述外殼底端內(nèi)壁之間的垂直距離為10mm；所述穿孔隔板與所述氧化催化劑載體的進(jìn)氣口的垂直距離為18mm。

進(jìn)一步地，所述穿孔隔板上的孔均勻分布在圓心以及若干個(gè)同心圓上。

進(jìn)一步地，所述同心圓的個(gè)數(shù)為4個(gè)，所述4個(gè)同心圓的直徑由內(nèi)而外依次為20mm、38mm、56mm、74mm，所述4個(gè)同心圓上的穿孔個(gè)數(shù)依次為6、13、17、25；所述圓心以及若干個(gè)同心圓上的穿孔的直徑均為5mm。

進(jìn)一步地，所述穿孔隔板的直徑為93mm。

進(jìn)一步地，所述穿孔出氣管上的小孔呈不均勻交錯(cuò)分布。

進(jìn)一步地，所述穿孔出氣管上的小孔為10行16列，小孔直徑為4mm，每列小孔之間的距離d2為5mm，每行小孔之間的距離按以下規(guī)律分布：中心線上下兩側(cè)的每行孔心到中心線的距離L分別依次為3mm、9mm、16mm、24mm、33mm，實(shí)現(xiàn)中間密兩邊疏的分布結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述穿孔出氣管由平面板材卷曲焊接制成，并且焊縫遠(yuǎn)離氧化催化劑載體的出氣口、并向上安裝。

進(jìn)一步地，所述外殼分為上殼和下殼，便于氧化催化劑載體的裝載，所述上殼和所述下殼之間焊接密封。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的凈化消聲器安裝在R180柴油機(jī)上試驗(yàn)表明，柴油機(jī)整機(jī)噪聲低于用原機(jī)普通消聲器的整機(jī)噪聲，柴油機(jī)的整機(jī)排放污染物達(dá)到了國(guó)家非道路柴油機(jī)第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2、與傳統(tǒng)的僅將氧化催化劑載體安裝在消聲器內(nèi)，無(wú)穿孔隔板結(jié)構(gòu)導(dǎo)流的凈化消聲器相比，CO、HC、PM排放的轉(zhuǎn)化率提高了15～28％；與傳統(tǒng)的僅將氧化催化劑載體安裝在消聲器內(nèi)，安裝有穿孔隔板結(jié)構(gòu)的凈化消聲器的柴油機(jī)整機(jī)噪聲明顯降低，安裝有穿孔隔板結(jié)構(gòu)的凈化消聲器較裝原機(jī)消聲器的柴油機(jī)整機(jī)噪聲可降低約1.0dB(A)。

3、本發(fā)明柴油機(jī)凈化消聲器能滿足R180系列單缸柴油機(jī)配套使用要求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明主視圖。

圖2為穿孔隔板結(jié)構(gòu)圖。

圖3為穿孔出氣管結(jié)構(gòu)圖。

圖4為原機(jī)凈化消聲器流場(chǎng)速度云圖。

其中(a)表示原機(jī)凈化消聲器內(nèi)部速度云圖，(b)(c)(d)分別表示原機(jī)凈化消聲器中依次距離進(jìn)氣管出口端10、15、25cm處截面的速度云圖。

圖5為本發(fā)明凈化消聲器流場(chǎng)速度云圖。

其中(a)表示本發(fā)明凈化消聲器內(nèi)部流場(chǎng)速度云圖，(b)(c)(d)分別表示本發(fā)明凈化消聲器中依次距離進(jìn)氣管出口端10、15、25cm處截面的速度云圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：1-進(jìn)氣管、2-第一膨脹腔、3-穿孔隔板、4-穩(wěn)壓腔、5-環(huán)形板、6-氧化催化劑載體、7-石棉層、8-桶狀金屬殼、9-穿孔出氣管、10-第二膨脹腔、11-上殼、12-下殼。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明提出的凈化消聲器包括外殼、與外殼相連的進(jìn)氣管；所述外殼分為上殼11和下殼12，外殼底端的進(jìn)氣管為進(jìn)氣口、外殼頂端設(shè)有出氣口，所述外殼內(nèi)部沿氣流方向依次設(shè)有穿孔隔板3、氧化催化劑載體6、穿孔出氣管9；所述穿孔隔板3和穿孔出氣管9上面均設(shè)有氣流小孔，氧化催化劑載體6設(shè)有進(jìn)氣口與出氣口；

所述氧化催化劑載體6由桶狀金屬殼8包裹成為一體，所述桶狀金屬殼8通過(guò)所述環(huán)形板5焊接固定在所述外殼內(nèi)壁上，所述金屬環(huán)形板內(nèi)5的內(nèi)徑為80mm、外徑為93mm，金屬環(huán)形板起到固定支撐氧化催化劑載體的作用。所述環(huán)形板5內(nèi)邊緣與桶狀金屬殼8焊接固定、外邊緣與外殼內(nèi)壁固定。所述環(huán)形板5與外殼、桶狀金屬殼8形成的空間內(nèi)填充石棉層7，保證柴油機(jī)在低速、小負(fù)荷時(shí)催化劑有足夠的溫度起燃，從而拓寬催化劑的工作范圍。

所述穿孔隔板3與所述氧化催化劑載體6進(jìn)氣口處之間的垂直距離設(shè)為18mm；所述穿孔隔板3與所述外殼底端內(nèi)壁之間的垂直距離設(shè)為10mm。如此使氣流均勻分布于載體截面。

所述穿孔隔板3上孔的總面積設(shè)為進(jìn)氣管1面積的1倍到2倍之間，優(yōu)選1.5倍。這樣既可以保證消聲效果，又可以減小排氣過(guò)程流動(dòng)阻力，使得排氣更加順暢。

如圖2所示，所述穿孔隔板3上的孔由隔板中心向外輻射，按一定規(guī)律均勻分布，具體分布規(guī)律為：所述穿孔隔板上的孔均勻分布在若干個(gè)同心圓上和圓心上，所述同心圓的個(gè)數(shù)為4個(gè)，所述4個(gè)同心圓的直徑由內(nèi)而外依次為20mm、38mm、56mm、74mm，所述4個(gè)同心圓上的穿孔個(gè)數(shù)一次為6、13、17、25。所述所有穿孔以及圓心上僅有的一個(gè)穿孔的直徑均為5mm。穿孔隔板上的孔的分布使得氣流均勻分布于載體截面，采用這樣的穿孔分布有利于降低流動(dòng)阻力，改善了流向氧化催化劑載體6內(nèi)的氣流的均勻性，提高氧化催化劑轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)流速下降。提高了氧化催化劑的使用壽命。

所述穿孔隔板3的直徑設(shè)為93mm。

所述穿孔出氣管9左端密封，焊縫向上，穿孔密集區(qū)域正對(duì)氧化催化劑載體6出口，右端與空氣連通作為消聲器的出氣口。

如圖3所示為穿孔出氣管展開(kāi)圖，本發(fā)明的中心線為穿孔出氣管上焊縫正對(duì)的那條線，L為每行孔心到中心線的距離。所述穿孔出氣管上均勻分布若干個(gè)直徑為4mm的小孔，分布規(guī)律如下：每行孔心到中心線的距離L的值分別為3mm、9mm、16mm、24mm、33mm，實(shí)現(xiàn)中間密兩邊疏的分布結(jié)構(gòu)；每列孔的孔心距d2為5mm；最右一列的孔心到穿孔出氣管口的距離d3為14mm，最左一列的孔心到穿孔出氣管底端的距離d1為8mm。采用這樣的孔的分布保證了在達(dá)到消聲目的的同時(shí)降低凈化消聲器的流動(dòng)阻力。

所述穿孔隔板3與下殼12之間形成第一膨脹腔2，所述穿孔隔板3與所述桶狀金屬殼包裹的氧化催化劑載體6之間形成穩(wěn)壓腔4，所述桶狀金屬殼8包裹的氧化催化劑載體6與上殼11之間形成第二膨脹腔10，所述穿孔出氣管水平置于第二膨脹腔內(nèi)。

圖4為原機(jī)凈化消聲器內(nèi)部速度云圖，從圖4(a)中可以看出高速氣流通過(guò)氧化催化劑載體時(shí)氣流較為集中地流過(guò)中心區(qū)域。圖4(b)、(c)、(d)依次為距離進(jìn)氣管出口端10、15、25cm處速度云圖，從圖中同樣可以看出，氣流較集中地流過(guò)氧化催化劑載體。氣流集中流過(guò)催化轉(zhuǎn)化劑載體中心區(qū)域，導(dǎo)致尾氣的轉(zhuǎn)化效率降低，易導(dǎo)致中心區(qū)域催化劑失活，縮短催化劑的使用壽命。圖5為本發(fā)明凈化消聲器內(nèi)部流場(chǎng)速度云圖，從圖5(a)中可以看出安裝帶有整流作用的穿孔隔板，可以有效的改善原機(jī)凈化消聲器中氣流均勻性差的問(wèn)題。圖5(b)(c)(d)為優(yōu)化后凈化消聲器穿孔隔板至催化轉(zhuǎn)化劑載體入口端之間的截面速度云圖，依次為距離進(jìn)氣管出口端10、15、25cm處速度云圖。因此距離進(jìn)氣管出口端28mm的氧化催化劑催化劑載體入口端的流速基本均勻，這可以提升尾氣的氧化催化轉(zhuǎn)化效率并且能夠延長(zhǎng)凈化消聲器的使用壽命。

本發(fā)明凈化消聲器的工作原理和過(guò)程如下：

柴油機(jī)排出的廢氣由進(jìn)氣管1進(jìn)入凈化消聲器內(nèi)部，由第一膨脹腔2進(jìn)行首次消聲；經(jīng)過(guò)穿孔隔板3進(jìn)行第二次消聲并對(duì)即將通過(guò)氧化催化劑6的氣流起到整流作用，使氣流較為均勻地流過(guò)氧化催化劑載體6；氣流由氧化催化劑載體6出來(lái)后進(jìn)入第二膨脹腔10再次消聲；最后由穿孔出氣管9消聲后排出凈化消聲器。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。