CN100485172C - 一种用于车辆尾气后处理装置中的气流分配器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，包括外壳体和进、出口端，所述外壳体内部安装有绕中轴线排布的数层同轴心的气流导叶，位于内层的气流导叶通过连接轴依次固定在与其相邻的外侧气流导叶上，而最外层气流导叶则通过连接轴固定在外壳体内壁面上。本发明使发动机尾气从排气管进入后处理装置时压力损失更小，流场分布更加合理，改善了后处理装置的工作环境，优化了工作状态，且装置结构简单。

Description

一种用于车辆尾气后处理装置中的气流分配器

技术领域

本发明涉及一种流场结构优化装置，具体是指一种用于车辆尾气后处理装置中的气流分配器。

背景技术

目前，尾气后处理装置成了车辆排放水平达标的必备手段，几乎所有乘用车和运载车都安装了尾气后处理装置，例如汽油车的三元催化转化器，柴油车的四效催化转化器、微粒捕集器等。

一般排气管的横截面形状和尾气后处理装置有很大的差异，尾气从排气管进入后处理装置时，流动横截面发生了变化。如果截面变化太快，会出现涡流，甚至气流和壁面分离，形成较大局部流动损失，更为严重的是使得催化转化器触媒载体或微粒捕集器过滤体前端的流场分布不均匀，导致进入触媒载体或过滤体的气流速度分布不均匀。研究结果表明，载体或过滤体各微孔道的压力损失与流速的平方成正比，意味着排气流通截面发生的变化，将增加触媒载体或过滤体的阻力，这对发动机的性能是不利的。

由于载体或过滤体各部分的流速分布不均匀，意味着不同的部位具有不同废气处理量，即不同的部位负荷不一样，负荷小的地方没有达到预期的作用，负荷大的部位可能超过了其设计的催化转化能力。从而导致整个后处理装置的转化效果下降，使实际排放的尾气不能达到预期的排放目标。

并且，对于催化转化器起来说，转化负荷大的部位会提前失去催化转化能力，从而缩短了整个后处理装置的寿命；对于微粒捕集器来说，过滤负荷大的地方沉积的碳烟微粒多，再生时出现局部高温区。如果高温区的温度过高，容易引起过滤体局部软化，甚至熔化。同时，也容易因为温度分布不均匀引起的过滤体热应力过大，从而导致过滤体开裂、报废。尤其是尾气从圆形截面的排气管进入椭圆截面的后处理装置这种情况。而且一般来说，催化剂载体或过滤体正对排气管的截面中心区域属于负荷大的部位，而离轴线较远的周边环状区域为负荷较小的区域。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述缺陷，根据排气管的截面形状和后处理装置的载体或过滤体的截面形状，提供一种用于车辆尾气后处理装置的气流分配器作为排气管与后处理装置的过渡装置，使发动机尾气从排气管进入后处理装置时压力损失更小，流场分布更加合理，从而改善后处理装置的工作环境，优化工作状态，且装置结构简单。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，包括外壳体和进、出口端，所述外壳体内部安装有绕中轴线排布的数层同轴心的气流导叶，位于内层的气流导叶通过连接轴依次固定在与其相邻的外侧气流导叶上，而最外层气流导叶则通过连接轴固定在外壳体内壁面上。

所述连接轴可以是与后处理装置的子午面呈夹角肋片，也可以是为周向均匀布置的辐射杆，每相邻两层之间的连接轴呈交错分布。

与排气管连接的进口端和与后处理装置连接的出口端均安装有法兰，或与排气管连接的进口端安装有法兰，且其外壳体和后处理装置的外壳体成一体。

所述出口端截面形状与尾气后处理装置截面相匹配。

本发明的工作原理描述如下：用于车辆尾气后处理装置的气流分配器与排气管出口端通过法兰连接，其出口端可通过法兰连接后处理装置，或是直接同后处理装置的外壳体集成在一起，使其作为排气管和后处理装置之间的过渡装置。来自排气管的尾气进入气流分配器后，被气流导叶分成数股，在气流导叶的导向作用下，均匀地流向气流分配器的出口端，起到在轴线距离很小的情况下，使气流在出口截面上的流速分布均匀，也可遵循其它需要规律分布，例如随着半径的增加，气流通量增加。

另外，气流分成数股后，流动更加平顺，且每股气流的当量直径减小，湍流强度下降，从而减小了气流的局部压力损失。

如果该装置的进出口截面积之比小，则将固定各导叶的肋片设置成与后处理装置子午面形成一定的夹角，这样气流在两层导叶之间流动时，会形成旋流，气流在旋流作用下，会产生离心力，气流将向外扩张，使得气流在分配器出口截面上更加均匀，或者其它需要的分布规律。

如果尾气后处理装置是椭圆或其它形状的截面，出口端相应的做成椭圆或其他形状。

综上所述，本发明可达到的有益效果是：

1)使发动机尾气从排气管进入后处理装置时流动平顺，减少流动局部损失；

2)很容易使尾气进入后处理装置时在横截面上分布更加合理，不仅可以使气流在该截面分布均匀，也可以使气流按照设计人员要求的规律分布；

3)适应范围宽，可以满足排气管截面和后处理装置截面变化很大的场合；

4)如用于催化转化器，则可使所有的触媒载体发挥相同的效能，避免某些部位载体超负荷而某些部位载体没有达到正常效能而尾气排放超标，且有利于延长催化转化器的寿命；

5)如用于柴油机微粒捕集器，可使尾气中的碳烟颗粒在过滤体横截面上分布更加均匀，有利于降低过滤体再生时局部高温区的峰值，使温度分布更加均匀，减少过滤体的热应力，延长过滤体的寿命，并有利于提高过滤体的再生效率和速度。

本发明结构简单紧凑，在很短的轴向长度上，可将气流重新分布均匀或按照其它所需要求规律分布。

附图说明

图1是一种本发明实施例1的纵剖面示意图

图2为图1中A-A剖视图

图3为图1中B-B剖视图

图4为本发明实施例2的纵剖面示意图

图5为图4中C-C剖视图

在附图中，

1—进口端法兰，       2—外壳体，         3、6、7、8—气流导叶，

4、11、12、13—肋片   5—进口截面，       9—出口截面，

10—出口端法兰，                          14—后处理装置的外壳体，

15—后处理装置的载体或过滤体，            16、17、18、19—辐状连接杆。

具体实施方式

实施例1：

参见图1、图2和图3，

整个装置通过进口端的法兰1和出口端的法兰10串接在发动机排气管后端及后处理装置的前面，尾气从进口截面5进入装置，在同心布置的数道气流导叶3、6、7、8的作用下，强制分成多股。对于气流来说，分成数股之后，气流的湍流强度较不分股要小、气流更加平顺，故流动局部损失下降。

每层导叶都通过肋片4、11、12、13固定在相邻外侧导叶上，最终由最外侧导叶3通过肋片4将所有的导叶固定在外壳体2的内壁面上，所述肋片4、11、12、13周向均匀布置。

通过数道气流导叶3、6、7、8的强制分配和约束，可使尾气在出口截面9上分配均匀，或者还可按照其他要求，设计成其它分布规律。

当出口截面9与进口截面5的面积之比大时，则使肋片4、11、12、13与后处理装置的子午面形成一定的夹角(参照图3中的α角)，这样可以使气流产生旋转，在离心力的作用下，气流向外扩张，在出口截面9上将出现静压随着半径增加而增加的分布特征；同时，由于出口截面9中间部位正对排气管，动压随着半径的减小而增加，尤其是两截面之比很大、导叶数量较少的情况。所以形成的旋流将使得后处理装置前面的气流总压分布很均匀，相应的，也使得气流进入后面的触媒载体或过滤体时分布更加合理。

实施例2：

参照图4、图5，与实施例1不同的是：①气流分配器的出口截面9变成椭圆；②将整个气流分配器集成在后处理装置上，即取消出口法兰10、与后处理装置共用一个外壳体14；③将肋片4、11、12、13由辐状连接杆16、17、18、19代替。其余结构和工作原理与实施例一相同，肋片4、11、12、13由辐状连接杆16、17、18、19取代后，气流不能绕轴旋转，此时可以通过增加气流导叶的组数来改进流动状况。

另可根据实际需要采用上述①、②、③中的一种或几种措施。

Claims (7)

1、一种用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，包括外壳体和进、出口端，所述外壳体内部安装有绕中轴线排布的数层同轴心的气流导叶，位于内层的气流导叶通过连接轴依次固定在与其相邻的外侧导叶上，而最外层导叶则通过连接轴固定在外壳体内壁面上。

2、根据权利要求1所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，所述连接轴为肋片，与后处理装置的子午面呈夹角安装。

3、根据权利要求1所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，所述连接轴为周向均匀布置的辐射杆。

4、根据权利要求1所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，所述连接轴每相邻两层之间呈交错分布。

5、根据权利要求1所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，与排气管连接的进口端和与后处理装置连接的出口端均安装有法兰。

6、根据权利要求1所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，与排气管连接的进口端安装有法兰，且其外壳体和后处理装置的外壳体成一体。

7、根据权利要求1—6任意之一所述用于车辆尾气后处理装置的气流分配器，其特征在于，所述出口端截面形状与尾气后处理装置截面相匹配。

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