CN110799734A - 结构上改进的车辆排气稀释和分配装置排放格栅 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种出口壳体（15），其中具有多个格栅叶片（13）的排放格栅（12）在排气在出口平面（14）上的排出期间实现引导功能。提供的是，所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）至少部分地沿所述出口壳体（15）的出口平面（14）并且在平行于所述出口平面（14）的平面中延伸。提供的是，所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）的排气接收角度不同于在排气经过所述格栅叶片（13）之后相对于格栅叶片（13）的后角度。

Description

结构上改进的车辆排气稀释和分配装置排放格栅

技术领域

本发明涉及一种排放出口系统，其适合于排出内燃机的排气流，并且包括排气稀释和分配构件。

背景技术

通常，排放系统能够排出由于在车辆的发动机中发生的受控燃烧而产生的排气。柴油发动机与点火汽油发动机的不同之处在于，燃料在高温下压缩和点燃。通常，柴油排气中存在危险的化学成分，诸如氮氧化物（NO_x）、一氧化碳和碳氢化合物。

排放系统的主要功能是将噪音水平降低到期望的可接受水平，并将CO、（NO_x）和碳氢化合物成分的比例降低到允许的极限。因此，为了实现上述功能，使排放系统具有适当的性能非常重要。

排气以及相关的健康和环境问题构成现代社会的普遍问题，并因此，从发动机排出的气体及其量应符合法律规定。在柴油发动机车辆中，为了根据法规减少排出的排气，使用了诸如排气过滤（SCR）和脱气系统的构件，包括柴油颗粒过滤器（DPF）、柴油氧化催化剂（DOC）和选择性催化还原（SCR），并且因此旨在降低排气的毒害作用。

排气出口管在结构上构成排放系统的外部，在减少排出物之后，排气通过排气出口管排出到外部环境。为了防止具有高温的释放气体损害外部环境并引起火灾，自由排气的温度极为重要。此外，还应注意，动物和人类会受到这些气体的影响。对于排放系统周围的车辆的结构零件，还需要考虑的另一个风险是，排放系统附近的这些零件可能会在高温下燃烧或熔化。在不发生燃烧或熔化的情况下，由于来自排放出口的快速空气波，零件可能会由不受控制地膨胀而引起安全问题。

在现有技术中，在大多数设计中存在排放管扬尘的问题。造成这种情况的主要原因是，排放出口大体上定位成平行于地面水平或以接近平行位置的角度。在此情况下，由排气扬起的灰尘通过车辆的后部排出，并可能引起诸如妨碍后视镜或后方车辆的视场的问题。

然而，在排放管中使用了各种引导方法，由于设计限制，这些引导方法应面朝下。当在发动机操作期间从车辆排出的高流速的排气以直角或接近直角的角度撞击地面时，排气可能会扬起带有小颗粒的轻质物质，诸如灰尘和水泥，从而引起不切实际的情况。

在本发明的发明领域中可参考的出版物之一是专利文献第EP 2750575B1号，其公开了一种具有多个叶片的排放格栅。所述文献公开了一种排放格栅，其包括一系列间隔开的叶片，以限定非线性气流通路。格栅构造为阻尼到达格栅的声波。在相关出版物中公开了排放格栅的各种设计。例如，其公开了当将排放格栅构造放置在排放器上时，诸如在电动真空清洁器的排气出口中的情况下，可允许的噪声水平的降低。

基于以下事实来设计本发明，即，仍然需要改进排放出口结构以便提供更有效和可靠的排气稀释和分配装置。本发明的排放稀释和分配装置保护排放稀释和分配装置周围的车辆零件，同时其还旨在消除由于各种物体（诸如干草、碎屑或木片或位于地面或道路上的较小颗粒）的飞行可能引起的安全风险。

此外，从排放尾管释放的排气的速度可能具有使灰尘扬起到限制交通中的后方车辆的驾驶员的能见度的程度的影响。

本发明借助于与更宽和更有效的排出平面连通，使排气能够以更可靠的方式排出到大气。

本发明借助于其特殊的格栅结构（其叶片设计为特定的角度）将排气以特定的角度转向，能够防止不期望的颗粒飞散。

同时，对于相同的排气质量，出口管的结构效率提供了较慢的排出速率，这继而有效地消除了排气在排出期间扬尘的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种排放稀释和分配装置，该排放稀释和分配装置在结构上进行了改进，以防止由灰尘或其它颗粒引起的外部环境的任何损害，这些灰尘或其它颗粒由排气流从地面迅速移动到不可预测的地方。

本发明的另一个目的在于保护排放稀释和分配装置周围的车辆零件，同时还消除由于各种物体（诸如干草、碎屑或木片或位于地面或道路上的较小颗粒）的飞行而可能引起的安全风险。

本发明的另一个目的在于确保从排放尾管释放的排气的速度不具有将灰尘扬起到限制交通中的后方车辆的驾驶员的能见度的程度的影响。

本发明的另一个目的在于借助于与更宽和更有效的排出平面连通，使排气能够以更可靠的方式排出到大气。

本发明的另一个目的在于借助于其特殊的格栅结构（其叶片设计为特定的角度）将排气以特定的角度转向而能够防止不期望的颗粒飞散。

附图说明

提供所附的技术附图以便于更好地理解本发明的包括出口管的排放稀释和分配装置。下面简要解释技术附图，并且它们示出了本发明的结构的示例，其相对于现有技术的优点已在上面描述。

既不以限制权利要求书中描述的本发明的范围为目的提供技术附图，也没有将它们包括成在没有说明书的情况下解释权利要求书。

在附图中示出了为实现本发明的目的而开发的系统，并且在下面给出了这些附图的简要说明：

图1示出了排放稀释和分配装置的外部的视图。

图2示出了焊接（a）或可移除地安装（b）到排放稀释和分配装置的面向外的表面的格栅单元的视图。

图3示出了情况（a），其中当到来的流和流接收叶片部分具有相同的角度时，气流不分离；以及情况（b），其中当两者之间的角度不同时，发生了流分离。

图4示出了本发明的排放格栅单元中的叶片的截面（a）和截面中的流引导（b）。

图5示出了本发明的排放格栅单元中的叶片的叶片定向角度。

图6示出了在本发明的出口壳体上的隔热罩、排放出口壳体和排放格栅的分解视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，在本说明书的附件中给出的附图中的构件给有以下参考标记：

11） 排放稀释和分配装置

12） 排放格栅

13） 格栅叶片

14） 出口平面

15） 出口壳体

16） 格栅固定螺钉

17） 格栅固定螺钉

18） 内管

19） 第一瓣

20） 第二瓣

21） 第一瓣开口

22） 第二瓣开口

23） 切向壁

24） 转向器部分

25） 连接部件

26） 隔热罩。

下面给出的参考标记在用于本发明的描述中的技术附图中提到：

R1：第一瓣半径

R2：第二瓣半径

R：叶片弯曲半径

α：叶片定向角度

β：叶片流接收角度

γ：叶片流后角度。

本发明涉及一种用于燃机的排放稀释和分配装置（11），其中所述排放稀释和分配装置（11）包括如下面将详细描述的排放通路构件的形式的内管（18），其与通向出口壳体（15）的燃机构件流连通。

燃烧后的气体经由圆柱形的内管（18）接收，该内管大体沿纵向延伸，并转移到出口壳体（15）。为此目的，虽然两个构件（即所述内管（18）和所述出口壳体（15））形成气流连接，以便经由连接部件（25）在它们之间建立流连接，但是它们有助于排气流速减小，这将在后面详细描述，并且再次将如下所述，借助于排放格栅（12）建立平行于地面的流定向。在所述内管（18）和所述出口壳体（15）之间，出口壳体（15）的入口与内管（18）的直径比优选确定为0.9，并且构造了其中圆柱形形式接合彼此的结构。

应当注意，借助于出口壳体（15）的结构性能，允许排出的排气与自由空气流相互作用，并且排气流与自由空气充分混合，并且该气流有效地朝单个出口平面（14）引导。

根据本发明的出口壳体（15）的半封闭形式到达平行于地面延伸的出口平面（14）。换句话说，与大气混合的排气直接朝车辆行驶所在的道路的表面排出。出口壳体（15）的封闭容积有效地将排气传输到壳体的出口平面（14）。出口壳体（15）包括第一瓣（19）和第二瓣（20），并且各个瓣分别包括第一瓣开口（21）和第二瓣开口（22）。由第一瓣开口（21）和第二瓣开口（22）形成的出口开口使得排气能够直接朝地面离开系统并具有减小的流速。借助于第一瓣开口（21）和第二瓣开口（22）降低了流速的空气借助于排放格栅（12）平行于地面引导。下面详细描述所述排放格栅（12）如何实现所述功能。

出口壳体（15）的封闭结构在入口和出口平面（14）之间延伸。因此，出口壳体（15）适于使得其将与内管（18）的纵向轴线连通，并且其将沿垂直于内管（18）的纵向轴线的出口壳体（14）的表面法线延伸。换句话说，出口平面（14）垂直于出口壳体（15）的入口平面。当第一瓣（19）和第二瓣（20）由向内突出并向下延伸的转向部分（24）分离时，出口壳体（15）通常在结构上朝出口平面（14）膨胀。图1中可见的转向部分（24）构造成经由入口管在其上直接接收到达内管（18）的气流，并借助于第一瓣（19）和第二瓣（20）相对于彼此的不对称性，其能够形成离散的涡流并降低排出气体的流速。

根据本发明，出口壳体（15）设计成包括切向壁（23），该切向壁（23）接收直接来自顶部的排放流，并且借助于第一瓣（19）和第二瓣（20）的不对称形式切向地引导气体而产生涡流。更清楚地说，排气撞击第一瓣（19）和第二瓣（20）的切向壁（23），并且气体质量流以不对称方式的定向引起沿第一瓣（19）的切向壁（23）形成较高压力的流区域，第一瓣（19）的投影直径大于第二瓣（20）的投影直径。通过分开排气流以便改进混合过程并降低排出气体的流速；并且通过在第一瓣（19）和第二瓣（20）的切向壁（23）的侧处形成不对称的分离的涡流区域，使用了排气流的动量。

如图2中可见，排放格栅（12）的安装可通过两种不同的方式进行，即通过直接焊接和通过借助于格栅固定螺钉（16）的安装。

在图3中，看到了到达出口平面（14）的流和接收该流的格栅叶片（13）。所述格栅叶片（13）相对于到来的流处于特定的定向。为了有效地引导流，到达格栅叶片（13）的流的特性应该是很好已知的。借助于为此目的进行的分析，对流到达叶片安装区域的方式进行建模，并因此设计了本发明的格栅。

鉴于该建模，可设计格栅叶片（13）以精确地接收到来的流，而不是设计为以相等的间隔设置。根据本发明，通过适当地组合角度α、β和γ，可精确地接收流，从而更平行于地面而离开系统。图3 中给出了角度β的流接收形式的示例。因此，将流到来方向与平行于出口平面（14）的平面之间的角度限定为叶片流接收角度（β），并且β优选小于82度。由所述到来角度接收的流由格栅叶片（13）引导，使得其将具有平行于地面的后角度（γ）。

与垂直接收流而抑制流的引导件相比，其中垂直于到来流的表面尽可能低的引导件以较小的损失执行引导。图3中给出了流分离现象的示例。

在图4中，可见格栅叶片（13）的区段以及该区段中的流引导。

在图5中，可见格栅叶片（13）的定向角度。

在图6中，可见排放格栅（12）、出口壳体（15）和隔热罩（26）。所述隔热罩（26）设置在脏部分管上，脏部分管是乘用车辆的进气构件之一。借助于放置在隔热罩（26）上的格栅固定槽（17），可通过使用格栅固定螺钉（16）将排放格栅（12）固定到槽。

如图7中可见，在本发明的另一个实施例中，第一瓣（19）中的格栅叶片（13）和第二瓣（20）中的格栅叶片（13）将到来的排气转移到彼此相对的方向。

根据本发明的优选实施例，虽然所述格栅叶片（13）的截面轮廓可为如图4中所示的具有曲率半径的弧形的形式，但是其也可为具有多个层级的线性节段的形式。在具有多个节段的结构中，各个相继节段相对于平行于所述出口平面（14）的平面的角度将分别减小。另一方面，再次根据本发明的优选实施例，所述格栅叶片（13）的区段中的层级化线性节段的数量可优选为三个。图7示出了具有至少一对节段的至少一个格栅叶片。

根据本发明的另一个优选实施例，根据不对称瓣结构，保留在位于两个瓣的投影处的出口平面（14）区段内的格栅叶片（13）根据在出口平面（14）上分离两个瓣的假想线对称。换句话说，各个瓣中的格栅叶片（13）的曲率中心在相对侧处。这种情况指出了不对称结构，其中排放格栅（12）设计成平行于地面排出排气。

根据本发明的另一优选实施例，延伸成使得它们将对应于保留在各个瓣的投影中的出口平面（14）的格栅叶片（13），以弯曲的方式在平行于瓣的出口平面（14）的平面上延伸。因此，虽然格栅叶片（13）的两端中的一个位于转向部分（24）所在的边缘线上，但是其另一端在转向部分（24）的相对侧处的边缘线上延伸。这样，以一定的间隔相继地布置的具有不同长度的格栅叶片（13）放置在两个边缘线之间。

根据本发明的另一优选实施例，每两个相邻的格栅叶片（13）之间的距离优选是不同的。如前所述，这使得能够以特定的后角度将从叶片之间释放的排气排出到大气，与地面平行，但流速不对称，即以消耗其功率的方式。

简而言之，本发明是用于内燃机的排放稀释和分配装置（11），并且该排放稀释和分配装置（11）包括排放格栅（12），排放格栅（12）使排气能够经由出口壳体（15）平行于地面流动，其将燃烧产生的排气朝出口平面（14）引导并转移。

本发明提出一种出口壳体（15），其中具有多个格栅叶片（13）的排放格栅（12）在排气在出口平面（14）上的排出期间实现引导功能。

在本发明的一个实施例中，所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）至少部分地沿所述出口壳体（15）的出口平面（14）并在与所述出口平面平行的平面中延伸（14）。

在本发明的另一个实施例中，所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）的排气接收角度不同于在排气经过所述格栅叶片（13）之后通过格栅叶片（13）的后角度。

在本发明的另一个实施例中，所述格栅叶片（13）使排气格栅叶片（13）的后角度平行于出口平面（14）。

在本发明的另一个实施例中，排气流到达方向与格栅叶片（13）之间的叶片流接收角度为至少8度。

在本发明的另一个实施例中，所述格栅叶片（13）的截面轮廓为具有曲率半径的弧形的形式。

在本发明的另一个实施例中，所述格栅叶片（13）的截面轮廓为具有多个层级的线性节段的形式。

在本发明的另一个实施例中，在具有多个节段的所述结构中，各个相继节段相对于平行于所述出口平面（14）的平面的角度朝所述出口平面（14）变小。

在本发明的另一个实施例中，在所述格栅叶片（13）区段中的层级化线性节段的数量为至少两个。

在本发明的另一个实施例中，所述出口平面（14）包括由出口壳体（15）的不对称的第一瓣（19）和第二瓣（20）形成的出口平面（14）的第一瓣和第二瓣的投影。

本发明的另一个实施例包括转向部分（24），其在所述第一瓣（19）和第二瓣（20）之间朝出口平面（14）延伸，并且构造为通过在第一瓣（19）和第二瓣（20）内产生分开的排气流的不对称的分离涡流来降低排气的流速。

本发明的另一个实施例包括第一瓣（19）和第二瓣（20）的切向壁（23），排气撞击到切向壁（23），并且切向壁（23）按质量流在第一瓣（19）内产生切向且不对称的高压区域。

在本发明的另一个实施例中，排气撞击第一瓣（19）和第二瓣（20）的切向壁（23）所在的平面上的第一瓣（19）的投影直径大于第二瓣（20）的投影直径。

在本发明的另一个实施例中，在与出口平面（14）平行的平面上的出口壳体（15）的第一瓣（19）和第二瓣（20）的相继直径逐渐并成比例地朝出口平面（14）膨胀。

在本发明的另一个实施例中，所述转向部分（24）的宽度朝出口平面（14）增加。

在本发明的另一个实施例中，在出口壳体（15）的出口平面（14）上的第一瓣（19）和第二瓣（20）的投影之间的直径比在0.8至0.85的范围内。

在本发明的另一个实施例中，保留在出口壳体（15）的第一瓣（19）和第二瓣（20）的出口平面（14）投影内的格栅叶片（13）根据在出口平面（14）上分离两个瓣的假想线而对称。

在本发明的另一个实施例中，第一瓣（19）和第二瓣（20）中的格栅叶片（13）的曲率中心在相对侧处。

在本发明的另一个实施例中，延伸成使得它们将对应于保留在第一瓣（19）和第二瓣（20）的投影中的出口平面（14）区域的格栅叶片（13），以弯曲的方式在平行于相关瓣的出口平面（14）的平面上延伸。

在本发明的另一个实施例中，虽然格栅叶片（13）的两端中的一个位于转向部分（24）所在的边缘线上，但是其另一端在转向部分（24）的相对侧处的边缘线上延伸。

在本发明的另一个实施例中，以一定间隔相继布置的格栅叶片（13）放置在转向部分（24）所在的边缘线和相对侧处的边缘线之间，使得它们将具有不同的长度。

在本发明的另一个实施例中，每两个相邻的格栅叶片（13）之间的距离是不同的。

本发明的另一个实施例提供一种排放稀释和分配装置（11），其包括出口壳体（15）。

本发明的另一个实施例提出了一种包括排放稀释和分配装置的车辆。

Claims (22)

1.一种出口壳体（15），其中具有多个格栅叶片（13）的排放格栅（12）在排气在出口平面（14）上的排出期间实现引导功能，其特征在于，

所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）至少部分地沿所述出口壳体（15）的出口平面（14）并且在平行于所述出口平面（14）的平面中延伸，并且

所述排放格栅（12）的格栅叶片（13）的排气接收角度不同于在所述排气经过所述格栅叶片（13）之后相对于所述格栅叶片（13）的后角度。

2.根据权利要求1所述的出口壳体（15），其特征在于，所述格栅叶片（13）使排气格栅叶片（13）的后角度平行于所述出口平面（14）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的出口壳体（15），其特征在于，排气流到来方向与所述格栅叶片（13）之间的叶片流接收角度为至少8度。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的出口壳体（15），其特征在于，所述格栅叶片（13）的截面轮廓为具有曲率半径的弧形的形式。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的出口壳体（15），其特征在于，所述格栅叶片（13）的截面轮廓为包括多个层级的线性节段的形式。

6.根据权利要求5所述的出口壳体（15），其特征在于，在具有多个线性节段的所述结构中，各个相继节段相对于平行于所述出口平面（14）的平面的角度朝所述出口平面（14）变小。

7.根据权利要求6所述的出口壳体（15），其特征在于，在所述格栅叶片（13）区段中的层级化线性节段的数量为至少两个。

8.根据权利要求1所述的出口壳体（15），其特征在于，所述出口平面（14）包括由所述出口壳体（15）的不对称的第一瓣（19）和第二瓣（20）形成的出口平面（14）的第一瓣和第二瓣的投影。

9.根据权利要求8所述的出口壳体（15），其特征在于，所述出口壳体（15）包括转向部分（24），所述转向部分在所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）之间朝所述出口平面（14）延伸，并且构造为通过在所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）内产生分开的排气流的不对称分离涡流来降低排气的流速。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的出口壳体（15），其特征在于，所述出口壳体（15）包括所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）的切向壁（23），所述排气撞击到所述切向壁（23），并且所述切向壁（23）按质量流在所述第一瓣（19）内产生切向且不对称的高压区域。

11.根据权利要求1所述的出口壳体（15），其特征在于，所述排气撞击所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）的切向壁（23）所在的平面上的所述第一瓣（19）的投影直径大于所述第二瓣（20）的投影直径。

12.根据权利要求10所述的出口壳体（15），其特征在于，在与所述出口平面（14）平行的平面上的所述出口壳体（15）的第一瓣（19）和第二瓣（20）的相继直径逐渐并成比例地朝所述出口平面（14）膨胀。

13.根据权利要求9所述的出口壳体（15），其特征在于，所述转向部分（24）的宽度朝所述出口平面（14）增加。

14.根据权利要求8所述的出口壳体（15），其特征在于，在所述出口壳体（15）的出口平面（14）上的所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）的投影之间的直径比在0.8至0.85的范围内。

15.根据权利要求8所述的出口壳体（15），其特征在于，保留在所述出口壳体（15）的第一瓣（19）和第二瓣（20）的出口平面（14）投影内的所述格栅叶片（13）根据在所述出口平面（14）上分离两个瓣的假想线对称。

16.根据权利要求15所述的出口壳体（15），其特征在于，所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）中的格栅叶片（13）的曲率中心在相对侧处。

17.根据权利要求16所述的出口壳体（15），其特征在于，延伸成使得它们将对应于保留在所述第一瓣（19）和所述第二瓣（20）的投影中的出口平面（14）区域的所述格栅叶片（13），以弯曲的方式在平行于相关瓣的出口平面（14）的平面上延伸。

18.根据权利要求9所述的出口壳体（15），其特征在于，虽然格栅叶片（13）的两端中的一个位于所述转向部分（24）所在的边缘线上，但是其另一端在所述转向部分（24）的相对侧处的边缘线上延伸。

19.根据权利要求18所述的出口壳体（15），其特征在于，以一定间隔相继布置的所述格栅叶片（13）放置在所述转向部分（24）所在的边缘线和相对侧处的边缘线之间，使得它们将具有不同的长度。

20.根据权利要求1所述的出口壳体（15），其特征在于，每两个相邻的格栅叶片（13）之间的距离是不同的。

21.一种排放稀释和分配装置（11），包括根据权利要求1所述的出口壳体（15）。

22.一种车辆，包括根据权利要求21所述的排放稀释和分配装置。

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