CN105822395A - 1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，包括外壳，外壳上分别有进气口和出气口，外壳内部由进气口至出气口的方向依次设有气流穿孔隔板、出气穿孔隔板，形成3个腔室，依次为第一腔室、第二腔室和第三腔室；气流穿孔隔板和出气穿孔隔板上面均设有孔；第二腔室内设有两块定位板，定位板为圆环形，圆环的外边缘与外壳内壁固定；两块定位板之间设有桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体，桶状金属壳与圆环的内边缘固定焊接，桶状金属壳分别设有进气口和出气口；第三腔室内设有穿孔出气管，穿孔出气管的管壁上设有孔；穿孔出气管的底端密封并且通过定位凹槽卡入出气穿孔隔板上、顶端与所述外壳的出气口连通。本发明能明显降低柴油机排放噪声。

Description

1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器
技术领域
本发明涉及一种1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器。其为消声器与氧化催化转化器融合于一体的装置，属于消声器领域。
背景技术
我国是世界上单缸柴油机的生产和使用大国，年产销量占世界总量的75％以上，国内配套的社会累计保有量约达4200万台,2014年产销量达550万台。随着社会经济的不断发展，环境污染问题的日益突现，节能与减排也随之成为内燃机行业发展的焦点。
我国于2014年5月16日颁布了非道路柴油机国三排放标准，中、大功率非道路柴油机借助汽车排放控制技术较易达到该法规要求，但对功率≤37kW的小功率非道路柴油机而言该标准成为全球最严的法规之一。与此同时，内燃机噪声也是重要污染源，噪声指标需符合国家强制性标准，且噪声限值也有加严的要求。单缸柴油机消声器大多是由膨胀腔、内插管、穿孔板、共振腔和扩张管等组成，纯粹意义的消声器在单缸柴油机的使用过程中只起到了消声作用，只通过机内优化的单缸柴油机排放很难达到新的标准的要求。因此，设计一种消声器与氧化催化转化器融合于一体的尾气净化消声器，可以合理利用单缸柴油机空间结构，并有效控制单缸柴油机排放和噪声。
发明内容
现有单缸柴油机所使用的净化消声器大多是通过简单去除原消声器内部的消声原件，然后将氧化催化剂载体安装于其中的。这种净化消声器气流通过催化载体时分布不均匀，载体中心流速高，周边流速低，因此消声效果、尾气催化转化效率以及催化剂的使用寿命都比较差。
本发明涉及的一种单缸柴油机尾气净化消声器为1115系列单缸柴油机所用，以1115柴油机原机消声器为依据，采用数值模拟与试验相结合的设计方法，设计优化净化消声器内部结构，通过设置气流穿孔隔板及隔板上穿孔的优化分布使得氧化催化剂载体内部气流更加均匀，提高氧化催化剂的转化效率和使用寿命；同时优化设计了净化消声器内部消声结构，使得优化后的各消声原件与氧化催化剂载体有效协同组合形成一体降低发动机的排气噪声。技术方案如下：
1115系列单缸柴油机用净化消声器，包括外壳，所述外壳一端设有进气口、另一端设有出气口，所述外壳内部由进气口至出气口的方向依次设有气流穿孔隔板、出气穿孔隔板，形成3个腔室，所述3个腔室依次为第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述气流穿孔隔板和所述出气穿孔隔板上面均设有孔；
所述第二腔室内设有两块定位板，所述定位板为圆环形、并且圆环的外边缘与所述外壳内壁固定；两块定位板之间设有桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体，所述桶状金属壳与所述圆环的内边缘固定焊接，所述桶状金属壳分别设有进气口和出气口；
所述第三腔室内设有穿孔出气管，所述穿孔出气管的管壁上设有孔；所述穿孔出气管的底端密封；所述穿孔出气管的底端通过定位凹槽卡入所述出气穿孔隔板上、顶端与所述外壳的出气口连通。
进一步地，所述桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体外面包裹一层石棉保温层。
进一步地，所述穿孔出气管的顶端一排孔与所述穿孔出气管的上边缘之间的距离不小于11mm；所述定位板与所述气流穿孔隔板之间的距离为8mm；所述桶状金属壳底端与所述气流穿孔隔板3之间的距离最优为22mm。
进一步地，所述气流穿孔隔板上的孔的总面积设为外壳进气口面积的1.5倍以上。
进一步地，所述气流穿孔隔板上的孔均匀分布在若干个同心圆和圆心上，每一圆圈上孔的个数按照6的倍数由内圈至外圈增加；最外圆圈的直径比所述桶状金属壳的直径略大。
进一步地，所述同心圆的个数为7个，所述7个同心圆的直径由内而外依次为24mm、44mm、60mm、76mm、92mm、108mm、124mm。
进一步地，所述气流穿孔隔板的直径设为168mm。
进一步地，所述出气穿孔隔板上的孔的总面积设为外壳进气口面积的1.5倍以上；所述穿孔出气管上孔的总面积设为外壳进气口面积的1.5倍以上。
进一步地，所述第一腔室为第一膨胀腔，所述气流穿孔隔板与所述桶状金属壳之间形成第一稳压腔，所述桶状金属壳与所述出气穿孔隔板之间形成第二膨胀腔，所述出气穿孔隔板与所述穿孔出气管和所述外壳内壁之间形成第二稳压腔。
进一步地，所述外壳分为上壳和下壳，上壳与下壳之间密封、且焊接固定。
本发明的有益效果为：
1、本发明的净化消声器在1115系列单缸柴油机上试验表明，柴油机整机噪声低于用原机普通消声器的整机噪声，柴油机的整机排放达到了国家非道路柴油机第三阶段排放标准的要求。
2、与传统的仅将氧化催化剂载体安装在消声器内，无气流穿孔隔板结构的净化消声器相比，CO、HC、PM排放的转化率提高了15～28％；与传统的仅将氧化催化剂载体安装在消声器内，出气穿孔隔板的结构的净化消声器相比，柴油机噪声明显降低。
3、本发明柴油机净化消声器能满足排量1.09～1.36升的1115系列单缸柴油机的配套使用要求。
附图说明
图1为本发明主视图。
图2为气流穿孔隔板结构图。
图3为出气穿孔隔板结构图。
图4为穿孔出气管结构图。
附图标记说明：1-进气口、2-第一膨胀腔、3-气流穿孔隔板、4-定位板、5-第一稳压腔、6-氧化催化剂载体、7-石棉保温层、8-第二膨胀腔、9-出气穿孔隔板、10-第二稳压腔、11-穿孔出气管、12-下壳、13-上壳、14-出气口、15-气流穿孔隔板的外围穿孔、16-定位凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明提出的净化消声器包括外壳，所述外壳一端设有进气口、另一端设有出气口，所述外壳内部由进气口至出气口的方向依次设有气流穿孔隔板3、出气穿孔隔板9，使外壳内部形成3个腔室，所述3个腔室依次为第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述气流穿孔隔板3和所述出气穿孔隔板9上面均设有孔；
所述第二腔室内设有两块定位板4，所述定位板4为圆环形、并且圆环的外边缘与所述外壳内壁固定；两块定位板之间设有桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体6，所述桶状金属壳与所述圆环的内边缘固定焊接，所述桶状金属壳分别设有进气口和出气口；
所述第三腔室内设有穿孔出气管11，所述穿孔出气管11的管壁上设有孔；所述穿孔出气管11的底端密封；所述穿孔出气管11的底端通过定位凹槽16卡入所述出气穿孔隔板9上，便于装配时的安装，顶端与所述外壳的出气口14连通。
进一步，所述桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体6外面包裹一层石棉保温层7，保证柴油机在低速、小负荷时催化剂有足够的温度起燃，从而拓宽催化剂的工作范围。
进一步，所述穿孔出气管11的顶端的一排孔与所述穿孔出气管11的上边缘之间的距离不小于11mm；所述定位板4与所述气流穿孔隔板3之间的距离最优为8mm；所述桶状金属壳底端与所述气流穿孔隔板3之间的距离最优为22mm。
进一步，所述气流穿孔隔板3上的孔的总面积设为外壳进气口1面积的1.5倍以上。
进一步，如图2所示，气流穿孔隔板3上的孔由隔板中心向外辐射，按一定规律均匀分布，内疏外密，具体分布规律为：所述气流穿孔隔板3上的孔均匀分布在若干个同心圆和圆心上，每一圆圈上孔的个数按照6的倍数由内圈至外圈增加，圆心处一个空，第一个圆圈上设有6个孔，第二个圆圈上设有12个……，依次类推；气流穿孔隔板采用这样的穿孔分布有利于降低流动阻力，内疏外密的穿孔分布改善了流向氧化催化剂载体(6)内的气流的均匀性。
气流穿孔隔板的外围穿孔15的边缘略大于氧化催化剂载体6边缘，即最外圆圈的直径比所述桶状金属壳的直径略大，有利于增大流过氧化催化剂载体气流的流通区域。
进一步，所述同心圆的个数为7个，所述7个同心圆的直径由内而外依次为24mm、44mm、60mm、76mm、92mm、108mm、124mm。
进一步，所述气流穿孔隔板3的直径设为168mm。
进一步，所述出气穿孔隔板9上的孔的总面积设为外壳进气口面积的1.5倍以上；所述穿孔出气管11上孔的总面积设为外壳进气口面积的1.5倍以上。保证了在达到消声目的的同时降低净化消声器的流动阻力。
进一步，所述第一腔室为第一膨胀腔，所述气流穿孔隔板与所述桶状金属壳之间形成第一稳压腔，所述桶状金属壳与所述出气穿孔隔板之间形成第二膨胀腔，所述出气穿孔隔板与所述穿孔出气管和所述外壳内壁之间形成第二稳压腔。
进一步，所述外壳分为上壳13和下壳12，上壳与下壳之间密封、且焊接固定。
本发明净化消声器的工作原理和过程如下：
柴油机排出的废气由进气口1进入净化消声器内部，由第一膨胀腔2进行首次消声；经过气流穿孔隔板3进行第二次消声并对即将通过氧化催化剂6的气流起到整流作用，使气流较为均匀地流过氧化催化剂载体6；气流由氧化催化剂载体6出来后进入第二膨胀腔8，并通过出气穿孔隔板9再次消声，后由第二稳压腔10经穿孔出气管11和出气口14排出消声器。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，包括外壳，所述外壳一端设有进气口(1)、另一端设有出气口(14)，其特征在于，所述外壳内部由进气口(1)至出气口(14)的方向依次设有气流穿孔隔板(3)、出气穿孔隔板(9)，形成3个腔室，所述3个腔室依次为第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述气流穿孔隔板(3)和所述出气穿孔隔板(9)上面均设有孔；
所述第二腔室内设有两块定位板(4)，所述定位板(4)为圆环形、并且圆环的外边缘与所述外壳内壁固定；两块定位板之间设有桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体(6)，所述桶状金属壳与所述圆环的内边缘固定焊接，所述桶状金属壳分别设有进气口和出气口；
所述第三腔室内设有穿孔出气管(11)，所述穿孔出气管(11)的管壁上设有孔；所述穿孔出气管(11)的底端密封；所述穿孔出气管(11)的底端通过定位凹槽(16)卡入所述出气穿孔隔板(9)上、顶端与所述外壳的出气口(14)连通。
2.根据权利要求1所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体(6)外面包裹一层石棉保温层(7)。
3.根据权利要求1所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述穿孔出气管(11)的顶端一排孔与所述穿孔出气管(11)的上边缘之间的距离不小于11mm；所述定位板(4)与所述气流穿孔隔板(3)之间的距离为8mm；所述桶状金属壳底端与所述气流穿孔隔板(3)之间的距离为22mm。
4.根据权利要求1所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述气流穿孔隔板(3)上的孔的总面积设为外壳进气口(1)面积的1.5倍以上。
5.根据权利要求4所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述气流穿孔隔板(3)上的孔均匀分布在若干个同心圆和圆心上，每一圆圈上孔的个数按照6的倍数由内圈至外圈增加；最外圆圈的直径比所述桶状金属壳的直径略大。
6.根据根据权利要求5所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述同心圆的个数为7个，所述7个同心圆的直径由内而外依次为24mm、44mm、60mm、76mm、92mm、108mm、124mm。
7.根据根据权利要求6所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述气流穿孔隔板(3)的直径设为168mm。
8.根据权利要求1所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述出气穿孔隔板(9)上的孔的总面积设为外壳进气口(1)面积的1.5倍以上；所述穿孔出气管(11)上孔的总面积设为外壳进气口(1)面积的1.5倍以上。
9.根据权利要求1所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述第一腔室为第一膨胀腔(2)，所述气流穿孔隔板(3)与所述桶状金属壳之间形成第一稳压腔(5)，所述桶状金属壳与所述出气穿孔隔板(9)之间形成第二膨胀腔(8)，所述出气穿孔隔板(9)与所述穿孔出气管(11)和所述外壳内壁之间形成第二稳压腔(10)。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的1115系列单缸柴油机用尾气净化消声器，其特征在于，所述外壳分为上壳(13)和下壳(12)，上壳(13)与下壳(12)之间密封、焊接固定。
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