CN105626208A - 筒形触媒消声器 - Google Patents

Abstract

提供一种内装废气催化器(触媒)、适宜单缸小功率发动机在小空间结构条件下配置的环保型消声器解决方案。消声器基本构造为3腔室D类型结构，但有所区别，一是管触媒分件替代了D类型消声器结构中的第一级谐振管；二是在消声器的排气管口部位旁附一排气匝管；三是在对应管触媒分件安装部位的消声器壳体板上，外设焊装上、下两道壳复板。所示方案的关键词是：管触媒分件、排气匝管和壳复板，通过三者的功能发挥，约束、控制、弱化经触媒催化二次燃烧净化废气所增加的热量与噪声排放，达到消声器高降噪、低耗能、辐射散热减少、结构尺寸小的目的。

Description

筒形触媒消声器

技术领域

本发明涉及内燃发动机的废气排放装置，提供一个内装废气催化器(触媒)的发动机环保型消声器解决方案。使用特点是比较适用于在单缸小功率发动机上配置，特别是配置在发动机动力装置类型之一的单缸小功率变频发电机组上愈显其结构相对较小的灵活性布置优势。

背景技术

众所周知，发动机排放的废气是有毒有害的气体，大多数国家和地区对发动机的废气排放提出了严格要求，并制定相应法规性的和具体的环保指标限值执行及实施指导。在实施的过程中，人们采取了许多的技术措施不断完善燃料燃烧的完全性，以控制和减少发动机废气中本身含有的有毒、有害成份。另一方面，也通过对发动机排放的废气进行再处理控制和减少其中的有毒、有害物质排放到大气中，技术措施是采用废气过滤净化和用废气催化剂催化燃烧净化，或两者兼有的净化废气措施。其中，在环保限值的严格制约和环保性能要求不断的提升下，用催化剂催化燃烧的方式净化废气成为普遍采用和强化的有效措施之一。特别是在受结构空间和成本制约的小功率发动机上，尤其是小功率单缸发动机，催化燃烧净化废气更是主要的技术措施。

当发动机采用催化燃烧的方式净化废气时，在催化剂的催化作用下，二次燃烧后废气再次膨胀，高温、高压的气体不仅影响发动机散热排放，也影响消声器隔热和降噪效果，因此，发动机的消声器需要适应这种变化，并降低催化燃烧的副作用。

发明内容

本发明的目的是：提供一个适宜小空间结构条件下配置的、高降噪性能、低耗能、环保型的单缸小功率发动机消声器解决方案。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明所提供的消声器解决方案，按消声器的基本结构类型划分是从属于国家行业标准(JB/T5141)中的D类型，消声器腔数3个，但有所区别和发展，主要差别之处体现于如下具体的结构特征上：

结构特征一，由腔室分隔板分隔出的分腔室排列顺序是第一、第三、第二，第一腔室是进气腔室，第二腔室是中间腔室，第三腔室是排气腔室。在消声器腔体内，触媒体是焊插在一截钢管上组成一个管触媒分件，被焊装在消声器腔室的中段，其中，管触媒分件的触媒部份是焊在第一和第三腔室之间的腔室分隔板上，管触媒分件的管体部位是焊在第二和第三腔室之间的腔室分隔板上，与D类型结构的消声器结构比较，这一结构的基本特征是：管触媒分件替代了D类型消声器结构中的第一级谐振管，管触媒分件的进气端是触媒部份，出气端是管体部份，仍保留了高速气流通过时管件的谐振功能。

结构特征二，在消声器的排气管口部位旁附一排气匝管，排气匝管的进气口是开在腔壳板上的若干气孔，且仅与第三腔室连通。

结构特征三，在第一和第三腔室部位，即，对应管触媒分件安装部位的消声器壳体板上，外设焊装上、下两道壳复板。

在发动机的高温、高压废气从排气口排出，经消声器进口管进入第一腔室(进气腔室)，过管触媒分件入第二腔室(中间腔室)，穿过第二、第三腔室分隔板上的气流谐振管入第三腔室(排气腔室)，最后从插在第三腔室部位的主排气管和旁附的匝管排出的这一个气体流程中，废气流与管触媒分件触媒体上所附着的贵金属催化剂大面积接触，废气中未完全燃烧的、含有毒、有害气体成份的物质在催化作用下发生二次燃烧的裂解反应，废气被燃烧净化，此时，废气的总流量会增加，温度升高，气压也瞬间加大。由于本方案的触媒体是装在消声器壳体腔的中段，不是按常规设在消声器进气管口或排气管口，设置部位不会因过于靠后而影响催化反应的效能，也不会因过于靠前使周边构件承受更多的高温影响，而外设在第一和第三腔室部位消声器壳体上的上、下两道壳复板也有2个作用：一是阻隔和减少催化反应下产生的局部高温对周边不利的辐射散热，并减小腔壳板的局部热疲劳；二是阻隔、减少和弱化催化反应后，因气体流量增大，腔壳板上次生的激振噪声波向外部的散发量增加。特别要表述的是本方案中消声器腔壳体采用的是壳复板，而不是简单采用壳板加厚的原因：一是腔壳板与壳复板之间因结构上的层叠会形成薄的空气夹层，由于空气的散热系数小，是很好的隔热层，而板加厚没有空气夹层的隔热功能；二是腔壳板与附在其上的壳复板是两个不同的振动体，当腔壳板上次生的激振噪声波到达壳复板发生声波反射，并次生二次激振噪声波时，声波在壳复板上的谐振反应，将很大一部份声能转化为谐振的机械能，从而减小向外扩散的噪声波能量，而板加厚则少一道薄板谐振的能量转换。

在催化作用下，二次燃烧裂解的废气流通过管触媒分件的管体部份时，管体的谐振和阻波，废气流降噪，在机理上与D型消声器的第一级谐振管的作用机理是相同的，而且废气流通过各谐振管后在各分腔室的膨胀减压和混响降噪，也与D型消声器的降噪机理相同。但一个新的问题是，催化裂解、二次燃烧后的废气，其气体流量已大为增加，且气阻力也增大，此时消声器如要达到未加装触媒体前的消声效果，并减少发动机的功率损耗，消声器各腔室的体积需要有一个比较大的扩张，否则，消声器的降噪效能低或发动机的功率损耗大，随之而来的是总体结构尺寸变大，消声器将不适合在受限制的小空间结构条件下布置，且经济成本增加。

为解决于此，本发明提供的方案是：在消声器的主排气管上旁附一排气匝管，匝管进气小孔与第三腔室(排气腔室)连通。当发动机冲程性脉冲排放的高速、高压、高温的废气流从主排气管排出时，一方面，匝管的分流分压作用，会缓解主排气管内气体的流量、流速和压力，减少主排气管口处因气流脉冲聚变引起的气流冲击噪声；第二方面，由于匝管进气是小孔进气，在高速、高压气流的作用下，匝管会因气流脉冲产生机械性的谐振，并带动、补充和叠加主排气管的机械性振动，加速废气流在排出主排气管口前将流体动能转化为构件的振动动能消散，从而在排气口处降低、平滑发动机冲程性排气的气流脉冲波，减少气流排放的冲击噪声；第三方面，因匝管是小孔进气，从匝管排放的噪声波与从主排气管排放的噪声波，在很大程度上是不同声频和波长的声波，叠附邻靠的排放管口又使气流及声波间相互冲撞，形成一定程度的声波混响降噪效应；第四方面，又由于排放匝管的降噪效能存在，可以将消声器腔室内的各谐振管口径适度增加，管道阻力减小，发动机排放废气的功率损耗也相应减少，反过来，消声器内管道阻力的减少又迟缓气流对消声器壳板的冲击，有利于气流在消声器腔室内的膨胀降压和混响降噪，又在一定程度上降低噪声波次生能力。

综上所述，本发明提供的单缸小功率发动机消声器解决方案，是触媒催化环保型的，可在一定程度上克服触媒催化环保型消声器在高降噪性能、低耗能和隔热控制等方面存在的不足，且比较适合于在小结构空间的布置条件下使用。发明所示方案的关键词是：管触媒分件、排气匝管和壳复板。现通过以下实施示例，进一步展示本发明方案在可行性、实用性、新颖性等方面所体现的优点，以更加明了本发明的结构方案和目的。

附图说明

图1为本发明实施例的触媒消声器的轴侧外观视图。

图2为本发明实施例的触媒消声器的主要构件分解视图。

图3为本发明实施例的触媒消声器的原理与结构视图。

图4是图3沿A-A剖开的横断面俯视图。

图5为本发明实施例的触媒消声器的正面的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1、图2所示，总成件显示的是一个筒体形的消声器，壳体上罩有防烫护网，进气法兰管插在筒体底部位置，主排气管插在筒体中部，排气匝管附在主排气管上，也插入筒体。主要构件包括：

件1，筒体上的防烫护网；

件2，筒体顶部的防烫护网；

件3，带隔热吸音材料的筒体上端封板

件4，筒体的腔室上隔板，用于分隔第二和第三腔室，隔板上设有大小不一的两孔，大孔是为穿过管触媒分件的管体部份所设，小孔是为穿过一根中间谐振管所设；

件5，二级谐振管；

件6，管触媒分件的管体；

件7，管触媒分件的触媒体(贵金属催化器)，插焊在管触媒分件的管体件6上；

件8，筒体的腔室下隔板，用于分隔第一和第三腔室，隔板上设有一孔，用于插入管触媒分件的触媒体；

件9，消声器管筒体，下部设有进气法兰管插入孔，中部设有主排气管插入孔，其旁设有排气匝管进气小孔3个；

件10与件11，筒体上的上、下两道壳复板；

件12，排气匝管壳板；

件13，主排气管；

件14，带隔热吸音材料的筒体下端封板；

件15，消声器的进气法兰管；

如图3所示，下端封板件14、筒体件9和下隔板件8隔出筒体的第一腔室20，即，进气腔室；上端封板件3、筒体件9和上隔板件4隔出筒体的第二腔室30，即，中间腔室；在筒体的中段又设第三腔室40，即，排气腔室，夹在第一和第二腔室的中间，由上隔板件4、下隔板件8和筒体件9隔出；由管体件6和触媒体件7组成管触媒分件，从进气腔室跨排气腔室穿入中间腔室；又如图5所示，主排气管件13设在筒体中部，旁附匝管，匝管的管腔由排气匝管壳板件12焊在主排气管件13和筒体件9上构成。

如图3所示，高温、高压废气从发动机的排气口排出，经消声器进口管件15，进入第一腔室(进气腔室)，过管体件6和触媒体件7组成的管触媒分件入第二腔室(中间腔室)，穿过第二、第三腔室分隔板件4上的气流谐振管(二级谐振管)件5，入第三腔室(排气腔室)，最后从插在第三腔室部位的主排气管和旁附的匝管排出。如前所述，高温、高压的废气流在这一个流程中，气体先经触媒催化完成废气的二次燃烧净化，然后经各腔室的膨胀降压、混响降噪及各谐振管的阻波与谐振降噪处理后向外排放。由于管触媒分件是设在腔室中部，在不影响催化反应效能的同时，催化二次燃烧的高温对周边构件的影响减少，加上两道壳复板阻隔热量的传递与辐射，因此，触媒催化二次燃烧附增的温度主要是随气体带出，而不使消声器周边空间过于高温到不可控制；同时，壳复板和排气匝管形成的多类型降噪效应约束和化解了废气流催化反应后噪声排放的增强能力，及排气匝管的存在又使消声器腔室内的谐振管口径适度放大，管道节流改善，发动机的功率发挥得以保障。

在本实施例中，所示的使用本发明方案的消声器是安装在一台小结构空间布置、加大功率并提速、用小功率单缸二冲程发动机成套的变频汽油发电机组上。经欧洲权威机构对发电机组测试检测和发证，机组及发动机的排放不仅达到并超过欧II排放标准，而且工作噪声亦满足并超过GS认证要求的噪声排放限值。

本说明书公开的以上实施例仅是一个提供实施方式和方法的举例，用于补充性阐述和展示本发明的结构特征和特点，及方案实施的可操作性及具体效果。但实施方案的一个实例，它仅是本发明实施方案的一个示例，与本发明特征相符的其它实施方式也是本发明具体的应用方法，与此相关，在本发明所附的权利要求书中特别强调了本发明的结构特征范围和主张。

Claims (4)

1.一种适宜在单缸小功率发动机上配装，使用触媒体催化二次燃烧废气的环保型的消声器，其特征在于，所述消声器包括：消声器筒体、腔室隔板、密封筒体端口的上下端盖、进(出)口管、筒体上的防烫护网，及设在筒体腔室内部(由触媒体焊插在一截钢管上组成)的一个管触媒分件、在排气管口部位旁附的一个排气匝管、在消声器壳体板上对应管触媒分件安装部位焊装的两道壳复板。

2.根据权利要求1所述的发动机消声器，除D型消声器上固有3个腔室的结构特征外，其第一结构特征是包括：焊装在消声器腔室中段的一个管触媒分件结构及安装方式，触媒体焊插在一截钢管上组成管触媒分件，触媒体和钢管又分别焊在两个腔室隔板上，管触媒分件是从进气腔室跨排气腔室穿入中间腔室。

3.根据权利要求1所述的发动机消声器，其第二结构特征是包括：在消声器的主排气管口部位旁附一排气匝管，排气匝管的进气口是开在腔壳板上的若干小气孔，且进气小孔仅与排气腔室连通。

4.根据权利要求1所述的发动机消声器，其第三结构特征是：在对应管触媒分件安装部位的消声器壳体板上焊装两道壳复板。