CN1734068A

CN1734068A - 机车的排气管

Info

Publication number: CN1734068A
Application number: CN 200410058377
Authority: CN
Inventors: 杨永泰
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: CN100451305C

Abstract

本发明的目的在于提供一种机车的排气管，即使配置尺寸相当大的蜂窝型催化剂筒，也可确保较大的连通管流道剖面积，以致减少通气的流动阻抗，提高排气管性能的功效。本发明机车的排气管，其消音器内具有：催化剂筒，连通于机车引擎的排放口，其内设置有催化剂，供净化自上述引擎排放的废气；由多个阻挡板所隔成的多个消音室；一连通管，使净化气体于上述消音室间流通；一排出管，将消音器内部的净化气体排出到外部，将上述连通管以包围上述催化剂筒的方式配置于上述催化剂筒的外部，利用上述催化剂筒外壁与上述连通管内壁之间形成引导气体流通的流道。

Description

机车的排气管

技术领域

本发明是关于一种于排气管消音器中设有大尺寸催化剂筒的机车排气管。

背景技术

一般机车的排气管消音器内配置有催化剂筒，其中设有蜂窝型催化剂，利用催化剂的催化作用将引擎所排出的废气净化之后，再将其排出到消音器外部。通常催化剂筒的尺寸越大，其催化效果越好，且其中的催化剂必须达到一定的温度以上才能发挥出催化作用而达到其效果。一般来讲，较大的蜂窝型催化剂在反应时温度较高，但其虽然废气净化效果较好，但达到催化剂工作温度时间较长。

为了适应日益严格的排气法规，排气管中的催化剂筒尺寸已如上所述为促进催化效果而日渐增加。依传统的设计，消音器的各连通管是采用独立圆管的设计，也即如图6(a)现有机车排气管消音器中的气体流道示意图所示，自引擎所排出的废气经独立的上游连通管流通到催化剂筒后，再进入下游连通管流通，最后再被排出于排气管消音器外部。

但是，在现有此种消音器连通管的设计与配置下，为使排气管可维持现行的外观尺寸而仍旧保持机车的小型精简化，如图6(b)所示，催化剂筒尺寸的增大将会导致消音器中的连通管的尺寸以及配置空间被迫缩小。而连通管的管径变小，会使得消音器中通气的流动阻抗增加，造成排气管的性能降低。尤其是为提升废气净化效率而将催化剂筒的尺寸增大到其外径为消音器内径的50％以上时，消音室及连通管的容积更加被迫缩小的情况更为明显，所引起的引擎效率降低将更为严重。

此外，现有消音器的配置中，由于连通管较细较多，构造较为复杂，且因管间距离近，以致焊枪无法深入对阻挡板与连通管的结合处进行全周焊接，造成分隔消音室的分隔板间的偏差量容易变大，而不易将其塞入于消音器的壳体内，制造性因而无法提升。

发明内容

本发明是针对上述现有机车的排气管构成中，为了提升废气净化的效率且不会降低引擎性能，而提出的一解决方案。其目的在于提供一种机车的排气管，可解决上述现有机车排气管中所存在的问题，将消音器的连通方式利用同心管的设计，即使配置尺寸大幅度增大的蜂窝型催化剂，也可确保较大的连通管流道剖面积，以达到减少通气的流动阻抗而提高排气管性能的功效。

具体来讲，本发明的第一方案提供了一种机车的排气管，其具有一消音器，上述消音器内具有：催化剂筒，连通于机车引擎的排放口，其内设置有催化剂，供净化自上述引擎排放的废气，并将所净化的气体排出于上述消音器内；由一个以上的阻挡板所隔成的多个消音室；一连通管，使净化气体于上述消音室间流通；一排出管，将消音器内部的净化气体排出到外部，其特征为：将上述连通管以包围上述催化剂筒的方式配置于上述催化剂筒的外部，利用上述催化剂筒外壁与上述连通管内壁之间形成引导气体流通的流道。

根据本发明的上述构成，通过将连通管以包围上述催化剂筒的方式配置于上述催化剂筒的外部，而利用催化剂筒外壁与连通管之间的空间形成一剖面积相当大的流道，因此，即使将所配置的催化剂筒的口径尺寸增加到相当大的程度，仍可确保较大连通管的流道剖面积，减少通气的流动阻抗而提高排气管性能的功效。因此，根据本发明的上述构成，即可在隔成多个消音室的小型排气管中，配置尺寸大的蜂窝型催化剂筒。

此外，根据本发明的上述构成，通过将催化剂筒以与一连通管大概为同心管的方式配置于该连通管的内部，那么，该同心的连通管也可用于隔热，可减缓催化剂的热量直接传到排气管的外表面，避免造成烫伤。

此外，于上述催化剂筒与连通管的大概同心管构造中，因迫使气体流经催化剂筒的外部，于引擎刚启动的初期阶段时，气体的热量可自催化剂筒外部传递到催化剂，缩短催化剂达到工作温度的时间。之后，由于催化剂工作温度不断地升高而大于气体温度时，也可通过上述流经催化剂筒外部的气体，将催化剂的热量带走，避免催化剂因过热而融化损耗。

此外，根据本发明的上述构成，不仅对于阻挡板、催化剂筒、连通管等的配置较为简单，而且因阻挡板中间的冲孔径大，因此与口径尺寸大的连通管焊接容易，可用焊枪进行全周焊接。此外，阻挡板与连通管的结合面大，阻挡板间的偏差量减小，因此将其塞入于消音器的壳体内时更加容易，制造性可大幅提升。

本发明的第二方案提供的机车的排气管，是在第一方案的基础上，其中上述连通管的一端部是形成为向其管体内部凹缺且以该凹缺缺口与上述催化剂筒外壁接合，由此于穿越过上述多个阻挡板中的一个处形成一可供净化气体通过的通过口。

根据本发明的上述构成，通过将上述连通管的一端部形成为向其管体内部凹入直至与上述催化剂筒外壁接触为止且与上述催化剂筒外壁接合的形状，而可于穿越上述多个阻挡板中的一个处，由上述连通管的外壁、上述催化剂筒的外壁、与上述多个阻挡板中一个的内壁形成一通过口，以允许气体于由上述多个阻挡板中的一个所分隔的两个消音室之间顺向流通。

本发明的第三方案提供的机车的排气管，是在本发明第一或第二方案基础上，其中上述催化剂筒的外径为上述消音器内径的50％以上。

根据本发明的上述构成，通过将上述催化剂筒的外径形成为上述消音器内径的50％以上并配置于其中，便可在确保连通管的流道剖面积大的情形下，大大地增加催化剂的尺寸，使反应时温度较高，缩小催化剂达到工作温度所需的时间。

本发明第四方案提供的机车的排气管，是在本发明第一或第二方案的基础上，其中具有多个消音室。

本发明第五方案提供的机车的排气管，是在本发明第一或第二方案基础上，其中上述连通管是形成为其与位于其中的催化剂筒为偏心的关系，剖面呈大概半月形的管体。

根据本发明的上述构成，通过将上述催化剂筒与上述连通管以偏心的方式配置，达到较大的连通管的流道剖面积，进而减少气体于上述催化剂筒与上述连通管间所形成流道时的流动阻抗，而进一步提高引擎的性能。

附图说明

图1是本发明的机车的排气管的立体示意图。

图2是图1的A-A线剖面图。

图3是图1的B-B线剖面图。

图4是本发明的机车的排气管的消音器中的气体流道示意图。

图5是本发明的另一实施方式的机车的排气管的立体示意图。

图6(a)、图6(b)是现有机车的排气管的消音器中的气体流道示意图。

具体实施方式

以下参照图1至图5，详细说明本发明的实施方式。

图1是本发明机车的排气管1的立体示意图，图2是图1的A-A线剖面图，图3是图2的B-B线剖面图，图4是本发明机车的排气管1的消音器12中的气体流道示意图。

如图1所示，本发明机车的排气管1，其包含以下各构件：排放管11，连通引擎排放口(图中未图示)与消音器12，以将引擎所排放出的废气导引到消音器12之内；阻挡板13a、13b，大概呈环状，催化剂筒14及连通管17穿过其间，将消音器12的内部，依气体流通的先后依序分隔成第一消音室31、第二消音室32、及第三消音室33，而由排放管11起，依次序为第二、第三、第一消音室32、33、31；催化剂筒14，其内设有催化剂；催化剂筒上游端16，其位于第二消音室32内，连接管11与催化剂筒14，以将废气导引到催化剂筒14内；催化剂筒下游端15，其位于第一消音室31，连接于催化剂筒14，并在第一消音室31中开口，以将于催化剂筒14内清洁净化过后的气体释放于第一消音室31中；连通管17，其延伸于各消音室内，也即以包围催化剂筒14的方式配置于催化剂筒14的外部，且前后端分别穿越二阻挡板13a、13b而延伸到第一消音室31及第二消音室32内，以其内壁与催化剂筒14的外壁形成气体可流通的流道空间21，该连通管17的后端(第二消音室32端)的图示下部是形成为向管体内部凹缺且以该凹缺缺口与催化剂筒14的外壁接合，因此如图1及图3所示，于穿越阻挡板13a之处，因连通管17的凹缺而在阻挡板13a与催化剂筒14之间会形成一通过口22，之后连通管17的下部逐渐凸出而恢复成筒状，并于到达阻挡板13b前恢复成原筒径的大小而不再凹缺，而如图1及图4所示，与阻挡板13b接合成大致密封状态；排出管18，自第三消音室33起延伸穿过第一消音室31，而将于消音器12内部清洁净化过后的气体自第三消音室33排出于消音器12外部。

本发明的实施方式中，通过上述的构成要件，将连通管17以与催化剂筒14大概为同心管的方式，也即以包围催化剂筒14的方式配置于催化剂筒14的外围，并利用催化剂筒14的外壁与连通管17的内壁之间的空间形成一剖面积相当大的环状流道空间21，即使将所配置的催化剂筒14口径增加到相当大，例如为消音器内径的50％以上，以较大的催化剂提升气体净化的效率，缩短催化剂达到工作温度所需的时间后，也可确保较大的连通管的流道剖面积，以致减少通气时的流动阻抗，而提高排气管性能的功效。以下详细说明采用本实施方式机车的排气管1中所排放的废气于消音器12中的流通路径。

如图1及图5中箭头所示，由引擎所排出的废气进入管11后，经催化剂筒上游端16而进入催化剂筒14，此时废气于催化剂筒14内受到催化剂的催化作用而被净化后，流经催化剂筒下游端15后自催化剂筒下游端15的开口被排出于第一消音室31中。由于第一消音室31是由阻挡板13b与第三消音室33隔开，所以，净化后气体会由连通管17延伸于第一消音室31的管壁与催化剂筒14的外壁间所形成的大概环状的入口空间，进入第三消音室33中连通管17的管壁与催化剂筒14的外壁之间所形成的流道空间21，之后净化后气体随即由连通管17延伸于第二消音室32的管壁与催化剂筒14的外壁间所形成的大概半环状的流道空间出口23流出于第二消音室32中。之后，由于连通管17下部穿越阻挡板13a之处形成有通过口22，所以净化后气体会经此通过口22而折回进入第三消音室33内。最后，净化后气体再于第三消音室33内进入排出管18后即被排出于消音器12外。

此外，根据本发明的上述构成，将催化剂筒14以与连通管17大概为同心管的方式配置于连通管17的内部，因此连通管17也可用于隔热，将可减缓催化剂筒14内催化剂的热量直接传到排气管1的外表面，避免造成烫伤。

催化剂筒14中的催化剂，必须达到一定的温度以上，才能发挥其催化作用。而在引擎刚起动的阶段，催化剂筒14中的催化剂温度尚为大约25℃左右的常温。自引擎所排出的废气的温度一般大约为400℃左右，于催化剂筒14中经过催化作用大约升至600℃左右。催化剂筒14中的催化剂也同时被经过其中的废气所加热使其温度渐渐升高，但于引擎刚起动的阶段，因温度尚低，无法充分地发挥其催化作用。但本发明中通过上述同心管构造所形成的上述废气流通路径，因迫使净化后气体再度流经催化剂筒的外部，因此，于排气的初期阶段，清洁净化后大约600℃左右的气体可于流经连通管17的管壁与催化剂筒14的外壁之间所形成的流道空间21时，将其高热量自催化剂筒外部传递到其中的催化剂，而可缩短催化剂达到工作温度的时间。如上所述，本发明可利用上述构造及废气流通路径迅速使催化剂达到工作温度并发挥其作用。

另外，在引擎起动经过一段时间之后，由于催化剂筒中的温度不断地升高到大约800℃左右后，根据本发明的构造，也可通过上述再度流经催化剂筒外部的大约600℃左右的气体，将催化剂中的热量带走，达到降低催化剂温度的作用，而避免催化剂因过热而融化损耗。

现有消音器中的配置中由于连通管较细较多，因此较为复杂，且因管间距离近，以致焊枪无法深入对阻挡板与连通管结合处进行全周焊接。但本发明通过上述构成，与现有的方式相比较，不仅对于阻挡板13a、13b、催化剂筒14、连通管17等的配置较为简单，而且因为阻挡板13a、13b中间的冲孔径大，所以与口径尺寸大的连通管17焊接容易，可用焊枪进行全周焊接。此外，本发明中阻挡板13a、13b与连通管17的结合面大，两个阻挡板13a、13b间的偏差量减小，因此将其塞入于消音器12的壳体内时更加容易，制造性可大幅提升。

在上述本发明的实施方式中，是将连通管17以与催化剂筒14大概为同心管的方式配置，但如图2的图1A-A线剖面图所示，本发明的连通管17优选地形成为其与位于其中的催化剂筒14为偏心的关系，剖面大概呈半月形的管体。

以同样的连通管的流道剖面积而言，复杂剖面的周长与圆形剖面相比为更大，因此噪音反射的面积较大，被认为消音的效果较好。本发明中上述剖面大概呈半月形的连通管17，其流道中心与管壁面距离与圆形剖面相比较为更近，如果是在流道剖面积相同的情形下，采用剖面为圆形的连通管时其通气阻抗会较小。但由于剖面大概呈半月形的连通管17配置在消音器12的圆管中时，其剖面积可增大很多。因此配置在圆管管径相同的消音器12内的情形下时，上述剖面大概呈半月形的连通管17中的通气阻抗因剖面积增大的缘故，会比剖面为圆形时小，从而可提升排气管净化效率与引擎的性能。

根据本发明的发明人研究显示，于本发明的连通管17在消音器12中，可配置的最大断面积为大概圆形的管体时，气体于其中流通时的阻抗大约为1.212×10⁸(μQ/π)Pa，其中μ＝气体粘滞系数，Q＝气体体积流率(m³/s)，π＝圆周率，Pa＝压力单位。但如果将连通管17形成为如图3所示情况时，就根据水力直径(hydraulic diameter)法计算时，其阻抗小于5.069×10⁷(μQ/π)Pa；根据最大内切椭圆法计算时，其阻抗小于4.069×10⁷(μQ/π)Pa；根据等面积偏心圆(eccentric annulus)法计算时，其阻抗小于1.174×10⁶(μQ/π)Pa；根据等面积同心圆(concentric annulus)法计算时，其阻抗小于5.82×10⁷(μQ/π)Pa，都小于将本发明的连通管17在消音器12中，可配置的最大断面积为大概圆形的管体时的阻抗。因此将连通管17形成为其与位于其中的催化剂筒14为偏心的关系，剖面大概呈半月形的管体时，将可更加降低气体于连通管17内流通时的阻抗，提升排气管的性能。

图5是本发明另一实施方式的机车排气管1的立体示意图。如图5所示，也可自催化剂筒下游端15的开口起延伸一导引管19，以将净化后气体直接引导到连通管17的流道空间22。

本发明的技术内容及技术特点已于上文进行揭示，然而所属领域技术人员仍可基于上述本发明的启示及揭示内容而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为上述权利要求所涵盖。

Claims

1.一种机车的排气管，其具有一消音器，上述消音器内具有：催化剂筒，连通于机车引擎的排放口，其内设有催化剂，供净化自上述引擎排放的废气，并将所净化的气体排出于上述消音器内；由一个以上的阻挡板所隔成的多个消音室；一连通管，使净化气体于上述消音室间流通；一排出管，将消音器内部的净化气体排出到外部，其特征为：

将上述连通管以包围上述催化剂筒的方式配置于上述催化剂筒的外部，利用上述催化剂筒的外壁与上述连通管的内壁之间形成引导气体流通的流道。

2.根据权利要求1所述的机车的排气管，其特征为上述连通管的一端部是形成为向其管体内部凹缺且以该凹缺缺口与上述催化剂筒外壁接合，由此于穿越过上述多个阻挡板中的一个处形成一可供净化气体通过的通过口。

3.根据权利要求1或2所述的机车的排气管，其特征为上述催化剂筒的外径为上述消音器内径的50％以上。

4.根据权利要求1或2所述的机车的排气管，其特征为具有3个消音室。

5.根据权利要求1或2所述的机车的排气管，其特征为上述连通管是形成为其与位于其中的催化剂筒为偏心的关系，剖面呈大概半月形的管体。

6.一种机车，其特征为具有根据权利要求1至5中任一权利要求所述的机车的排气管。