CN210599153U - 一种发动机及其尾气后处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发动机及其尾气后处理装置，尾气后处理装置包括排气室和设置在所述排气室外周部的换热腔室，所述排气室至少包括第一级弯头，所述第一级弯头的上弯头和/或下弯头的内壁迎风处设有颗粒捕集器；所述排气室的入口与发动机尾气出口连通。本实用新型所提供的尾气后处理装置，利用设置在弯头上的颗粒捕集器对颗粒物进行捕集，同时通过在所述排气室外周部设置换热腔室，在对颗粒物进行捕集的同时，可以对尾气的热量进行回收，实现颗粒捕集和热量回收的同步实施，提高热回收效率。

Description

一种发动机及其尾气后处理装置

技术领域

本实用新型涉及发动机尾气后处理设备领域，特别是涉及一种尾气后处理装置。此外，本实用新型还涉及一种包括上述尾气后处理装置的发动机。

背景技术

随着我国经济的快速发展，汽车已成为人们日常出行的主要交通工具之一，快速增长的汽车保有量也带来了能源消耗的激增和环境污染的恶化，在当前严峻的环保形势下，无疑严重制约了汽油和柴油发动机的长远发展。因此，采用高效节能和低污染排放的动力系统成为汽车发展的必然选择。

现有技术中，汽车发动机尾气后处理装置，如柴油机微粒捕集器(DPF)及汽油机颗粒物捕集器(GPF)等，只具有细颗粒物捕集功能，难以实现对高温尾气热量的回收利用，而现有技术中的其它针对发动机尾气热量回收的换热器设备，只具有余热回收功能，也很难同时达到节约能源和降低污染物排放的目的，同时具备颗粒物捕集和余热回收利用功能的发动机尾气后处理装置十分少见。

因此，如何提高尾气后处理装置的颗粒捕集和余热回收效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种尾气后处理装置，该尾气后处理装置兼具颗粒物捕集和余热利用功能，并且颗粒捕集效率和余热利用效率均显著提高。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述尾气后处理装置的发动机。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种尾气后处理装置，包括排气室和设置在所述排气室外周部的换热腔室，所述排气室至少包括第一级弯头，所述第一级弯头的上弯头和/或下弯头的内壁迎风处设有颗粒捕集器；所述排气室的入口与发动机尾气出口连通。

优选的，所述换热腔室内设有可与排气室壁面接触的冷却介质，所述换热腔室靠近所述排气室的入口的位置设有冷却介质出口，所述换热腔室靠近所述排气室的出口的位置设有冷却介质入口。

优选的，所述颗粒物捕集器为敷设于所述内壁迎风处的颗粒物吸附材料。

优选的，所述内壁迎风处设有供所述颗粒物捕集器放入的凹槽。

优选的，所述排气室呈变截面蛇形管状。

优选的，所述排气室自入口向出口直径逐渐减小，且所述排气室自入口向出口依次设有第一级弯头，第二级弯头……第N级弯头。

优选的，各级所述弯头均具有上弯头和下弯头，所述第一级弯头至所述第N级弯头的上弯头的深度和下弯头的深度均依次减小。

优选的，所述第一级弯头至所述第N级弯头的上弯头的倾角和下弯头的倾角均依次减小。

优选的，所述排气室的各级弯头的上弯头倾角θ’为30～60°，下弯头倾角θ”为30～60°；上弯头的深度h’为2cm～8cm，下弯头的深度h”为1cm～6cm。

本实用新型还提供一种发动机，包括上述任意一项所述的尾气后处理装置。

本实用新型所提供的尾气后处理装置，包括排气室和设置在所述排气室外周部的换热腔室，所述排气室至少包括第一级弯头，所述第一级弯头的上弯头和/或下弯头的内壁迎风处设有颗粒捕集器；所述排气室的入口与发动机尾气出口连通。本实用新型所提供的尾气后处理装置，利用设置在弯头上的颗粒捕集器对颗粒物进行捕集，同时通过在所述排气室外周部设置换热腔室，在对颗粒物进行捕集的同时，可以对尾气的热量进行回收，实现颗粒捕集和热量回收的同步实施，提高热回收效率。

在一种优选实施方式中，所述排气室自入口向出口直径逐渐减小，且所述排气室自入口向出口依次设有第一级弯头，第二级弯头……第N级弯头。上述设置，尾气在流经第一级弯头时，大的颗粒物从排气中分离，随后被敷设于弯头迎风面的颗粒捕集器吸附，而剩余相对较小的颗粒物则随排气一起流入排气室的下一级弯头；由于排气室的直径自入口向出口逐渐减小，导致排气和剩余颗粒物的流动速度逐渐增加，在大的动能作用下，小的颗粒物撞击于颗粒捕集器上并被吸附，如此进行，直至大部分颗粒物被捕集，然后尾气从出口排出，尾气的净化效果明显提升。

本实用新型所提供的发动机设有上述尾气后处理装置，由于所述尾气后处理装置具有上述技术效果，因此，设有该尾气后处理装置的发动机也应当具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的尾气后处理装置一种具体实施方式的剖面结构示意图；

图2为本实用新型所提供的尾气后处理装置另一种具体实施方式的剖面结构示意图；

其中：排气室(1)、冷却介质出口(2)、换热腔室壁面(3)、换热腔室(4)、冷却介质入口(5)、排气室壁面(6)、颗粒捕集器(7)、第一级弯头的上弯头(1’)、第一级弯头的下弯头(1”)、第二级弯头的上弯头(2’)、第二级弯头的下弯头(2”)、第三级弯头的上弯头(3’)、第三级弯头的下弯头(3”)、第四级弯头的上弯头(4’)、第四级弯头的下弯头(4”)。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种尾气后处理装置，该尾气后处理装置兼具颗粒物捕集和余热利用功能，并且颗粒捕集效率和余热利用效率均显著提高。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述尾气后处理装置的发动机。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供的尾气后处理装置一种具体实施方式的结构示意图；图2为本实用新型所提供的尾气后处理装置另一种具体实施方式的结构示意图。

在该实施方式中，尾气后处理装置包括排气室1和换热腔室4。

其中，换热腔室4设置在排气室1的外周部，换热腔室4内可设置有冷却介质，冷却介质与排气室壁面6接触，用于吸收排气室1内尾气的热量；排气室1至少包括第一级弯头，即排气室1至少具有一个弯折部形成的弯头，第一级弯头的上弯头和/或下弯头的内壁迎风处设有颗粒捕集器，排气室1的入口与发动机尾气出口连通，换热腔室壁面3与排气室壁面6共同形成换热腔室4的内腔。

本实用新型所提供的尾气后处理装置，利用设置在弯头上的颗粒捕集器对颗粒物进行捕集，同时通过在排气室1外周部设置换热腔室4，在对颗粒物进行捕集的同时，可以对尾气的热量进行回收，实现颗粒捕集和热量回收的同步实施，提高热回收效率。

这里需要说明的是，本文中所指的上弯头和下弯头是在排气室1的弯头为上下弯折而言的，当排气室1的弯头为左右弯折时，则上弯头和下弯头应当对应为左弯头和右弯头。

进一步，排气室1优选呈变截面蛇形管状，即排气室1可以为蛇形管结构，由于蛇形管具有弯曲外表面，增加了换热腔室4内的冷却介质与进入排气室1内的尾气的换热面积，从而将发动机尾气的大部分热量传递给需要热量的场所，实现发动机尾气余热回收。

对应的，排气室1可以呈圆管状，换热腔室4也可以为圆形壳体也可以为方形壳体，能够将排气室1的外周部包裹均可。

优选的，排气室1由弯曲的变截面蛇形管构成，蛇形管的直径从入口到出口逐渐减小，并在拐弯处形成大小依次递减的弯头；排气室1的蛇形管材料选用导热系数较高的铝和铜等金属材料。

在上述各实施方式的基础上，换热腔室4内设有可与排气室壁面6接触的冷却介质，换热腔室4靠近排气室1的入口的位置设有冷却介质出口2，换热腔室4靠近排气室1的出口的位置设有冷却介质入口5，具体的，换热腔室4内的冷却介质采用空气、水或油等冷却介质，并采用与排气室1内的尾气流动方向相反的逆流流动形式，提高热交换的效率。

在上述各实施方式的基础上，颗粒物捕集器为敷设于内壁迎风处的颗粒物吸附材料，例如纳米吸附材料，或者多孔吸附材料。

在上述各实施方式的基础上，内壁迎风处设有供颗粒物捕集器放入的凹槽，便于颗粒物捕集器的安装，并提高颗粒物捕集器的稳定性，防止在尾气流动的过程中，将颗粒物捕集器吹落。

在上述各实施方式的基础上，排气室1自入口向出口直径逐渐减小，且排气室1自入口向出口依次设有第一级弯头，第二级弯头……第N级弯头，N可以为2、3、4或者其他数值。

上述设置，尾气在流经第一级弯头时，大的颗粒物从排气中分离，随后被敷设于弯头迎风面的颗粒捕集器吸附，而剩余相对较小的颗粒物则随排气一起流入排气室1的下一级弯头；由于排气室1的直径自入口向出口逐渐减小，导致排气和剩余颗粒物的流动速度逐渐增加，在大的动能作用下，小的颗粒物撞击于颗粒捕集器上并被吸附，如此进行，直至大部分颗粒物被捕集，然后尾气从出口排出，尾气的净化效果明显提升。

进一步，各级弯头均具有上弯头和下弯头，第一级弯头至第N级弯头的上弯头的深度和下弯头的深度均依次减小。

具体的，第一级弯头的上弯头1’的深度、第二级弯头的上弯头2’的深度、第三级弯头的上弯头3’的深度、第四级弯头的上弯头4’的深度依次逐渐减小；第一级弯头的下弯头1”的深度、第二级弯头的下弯头2”的深度、第三级弯头的下弯头3”的深度、第四级弯头的下弯头4”的深度依次逐渐减小。

在上述各实施方式的基础上，第一级弯头至第N级弯头的上弯头的倾角和下弯头的倾角均依次减小；具体的，第一级弯头的上弯头1’的倾角、第二级弯头的上弯头2’的倾角、第三级弯头的上弯头3’的倾角、第四级弯头的上弯头4’的倾角依次逐渐减小；第一级弯头的下弯头1”的倾角、第二级弯头的下弯头2”的倾角、第三级弯头的下弯头3”的倾角、第四级弯头的下弯头4”的倾角依次逐渐减小，使得各级弯头的弯折幅度逐渐减小。

在上述各实施方式的基础上，排气室1的各级弯头的上弯头倾角θ’为30～60°，下弯头倾角θ”为30～60°；上弯头的深度h’为2cm～8cm，下弯头的深度h”为1cm～6cm。

实施例一：

如图1所示，具有颗粒物捕集和余热利用功能的发动机尾气后处理装置，包括排气室1和换热腔室4，其中，排气室1入口与发动机尾气出口相连，其内壁设有颗粒物捕集器7，用以捕集尾气中所含的颗粒物质，该颗粒物捕集器7分为第一级捕集器，并设置在蛇形管第一级弯头的上弯头1’和第一级弯头的下弯头1”的迎风面处，第二级捕集器设置在蛇形管第二级弯头的上弯头2’和第二级弯头的下弯头2”的迎风面处，第三级捕集器设置在蛇形管第三级弯头的上弯头3’和第三级弯头的下弯头3”的迎风面处；换热腔室4内供有冷却介质，该冷却介质与排气室壁面6接触，将排气室1内尾气的热量传递给需要热量的场所，实现发动机尾气余热的回收。

取蛇形管第一级弯头的上弯头1’的倾斜角θ’为60°，弯头深度h’为8cm，第一级弯头的下弯头1”的倾斜角θ”为60°，弯头深度h”为6cm；第二级弯头的上弯头2’的倾斜角θ’为50°，弯头深度h’为6cm，第二级弯头的下弯头2”的倾斜角θ”为50°，弯头深度h”为4cm；第三级弯头的上弯头3’的倾斜角θ’为30°，弯头深度h’为4cm，第三级弯头的下弯头3”的倾斜角θ”为30°，弯头深度h”为2cm；

实施例二：

如图1所示，具有颗粒物捕集和余热利用功能的发动机尾气后处理装置，包括排气室1和换热腔室4，其中，排气室1入口与发动机尾气出口相连，其内壁设有颗粒物捕集器7，用以捕集尾气中所含的颗粒物质，该颗粒物捕集器7分为第一级捕集器，并设置在蛇形管第一级弯头的上弯头1’和第一级弯头的下弯头1”的迎风面处，第二级捕集器设置在蛇形管第二级弯头的上弯头2’和第二级弯头的下弯头2”的迎风面处，第三级捕集器设置在蛇形管第三级弯头的上弯头3’和第三级弯头的下弯头3”的迎风面处；换热腔室4内供有冷却介质，该冷却介质与排气室壁面6接触，将排气室1内尾气的热量传递给需要热量的场所，实现发动机尾气余热的回收。

取蛇形管第一级弯头的上弯头1’的倾斜角θ’为45°，弯头深度h’为4cm，第一级弯头的下弯头1”的倾斜角θ”为45°，弯头深度h”为3cm；第二级弯头的上弯头2’的倾斜角θ’为40°，弯头深度h’为3cm，第二级弯头的下弯头2”的倾斜角θ”为40°，弯头深度h”为2cm；第三级弯头的上弯头3’的倾斜角θ’为35°，弯头深度h’为2cm，第三级弯头的下弯头3”的倾斜角θ”为35°，弯头深度h”为1cm；

实施例三：

如图2所示，具有颗粒物捕集和余热利用功能的发动机尾气后处理装置，包括排气室1和换热腔室4，其中，排气室1入口与发动机尾气出口相连，其内壁设有颗粒物捕集器7，用以捕集尾气中所含的颗粒物质，该颗粒物捕集器7分为第一级捕集器，并设置在蛇形管第一级弯头的上弯头1’和第一级弯头的下弯头1”的迎风面处，第二级捕集器设置在蛇形管第二级弯头的上弯头2’和第二级弯头的下弯头2”的迎风面处，第三级捕集器设置在蛇形管第三级弯头的上弯头3’和第三级弯头的下弯头3”的迎风面处；第四级捕集器设置在蛇形管第四级弯头的上弯头4’和第四级弯头的下弯头4”的迎风面处；换热腔室4内供有冷却介质，该冷却介质与排气室壁面6接触，将排气室1内尾气的热量传递给需要热量的场所，实现发动机尾气余热的回收。

取蛇形管第一级弯头的上弯头1’的倾斜角θ’为60°，弯头深度h’为8cm，第一级弯头的下弯头1”的倾斜角θ”为60°，弯头深度h”为6cm；第二级弯头的上弯头2’的倾斜角θ’为50°，弯头深度h’为7cm，第二级弯头的下弯头2”的倾斜角θ”为50°，弯头深度h”为5cm；第三级弯头的上弯头3’的倾斜角θ’为40°，弯头深度h’为6cm，第三级弯头的下弯头3”的倾斜角θ”为40°，弯头深度h”为4cm；第四级弯头的上弯头4’的倾斜角θ’为30°，弯头深度h’为5cm，第四级弯头的下弯头4”的倾斜角θ”为30°，弯头深度h”为3cm；

实施例四：

如图2所示，具有颗粒物捕集和余热利用功能的发动机尾气后处理装置，包括排气室1和换热腔室4，其中，排气室1入口与发动机尾气出口相连，其内壁设有颗粒物捕集器7，用以捕集尾气中所含的颗粒物质，该颗粒物捕集器7分为第一级捕集器，并设置在蛇形管第一级弯头的上弯头1’和第一级弯头的下弯头1”的迎风面处，第二级捕集器设置在蛇形管第二级弯头的上弯头2’和第二级弯头的下弯头2”的迎风面处，第三级捕集器设置在蛇形管第三级弯头的上弯头3’和第三级弯头的下弯头3”的迎风面处；第四级捕集器设置在蛇形管第四级弯头的上弯头4’和第四级弯头的下弯头4”的迎风面处；换热腔室4内供有冷却介质，该冷却介质与排气室壁面6接触，将排气室1内尾气的热量传递给需要热量的场所，实现发动机尾气余热的回收。

取蛇形管第一级弯头的上弯头1’的倾斜角θ’为45°，弯头深度h’为5cm，第一级弯头的下弯头1”的倾斜角θ”为45°，弯头深度h”为4cm；第二级弯头的上弯头2’的倾斜角θ’为40°，弯头深度h’为4cm，第二级弯头的下弯头2”的倾斜角θ”为40°，弯头深度h”为3cm；第三级弯头的上弯头3’的倾斜角θ’为35°，弯头深度h’为3cm，第三级弯头的下弯头3”的倾斜角θ”为35°，弯头深度h”为2cm；第四级弯头的上弯头4’的倾斜角θ’为30°，弯头深度h’为2cm，第四级弯头的下弯头4”的倾斜角θ”为30°，弯头深度h”为1cm。除了上述尾气后处理装置以外，本实用新型还提供了一种包括上述尾气后处理装置的发动机，该发动机的其他各部分结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的尾气后处理装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种尾气后处理装置，其特征在于，包括排气室(1)和设置在所述排气室(1)外周部的换热腔室(4)，所述排气室(1)至少包括第一级弯头，所述第一级弯头的上弯头和/或下弯头的内壁迎风处设有颗粒捕集器；所述排气室(1)的入口与发动机尾气出口连通。

2.根据权利要求1所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述换热腔室(4)内设有可与排气室壁面(6)接触的冷却介质，所述换热腔室(4)靠近所述排气室(1)的入口的位置设有冷却介质出口(2)，所述换热腔室(4)靠近所述排气室(1)的出口的位置设有冷却介质入口(5)。

3.根据权利要求1所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述颗粒捕集器为敷设于所述内壁迎风处的颗粒物吸附材料。

4.根据权利要求3所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述内壁迎风处设有供所述颗粒物捕集器放入的凹槽。

5.根据权利要求1所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述排气室(1)呈变截面蛇形管状。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述排气室(1)自入口向出口直径逐渐减小，且所述排气室(1)自入口向出口依次设有第一级弯头，第二级弯头……第N级弯头。

7.根据权利要求6所述的尾气后处理装置，其特征在于，各级弯头均具有上弯头和下弯头，所述第一级弯头至所述第N级弯头的上弯头的深度和下弯头的深度均依次减小。

8.根据权利要求7所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述第一级弯头至所述第N级弯头的上弯头的倾角和下弯头的倾角均依次减小。

9.根据权利要求8所述的尾气后处理装置，其特征在于，所述排气室(1)的各级弯头的上弯头倾角θ’为30～60°，下弯头倾角θ”为30～60°；上弯头的深度h’为2cm～8cm，下弯头的深度h”为1cm～6cm。

10.一种发动机，包括尾气后处理装置，其特征在于，所述尾气后处理装置为权利要求1至9任意一项所述的尾气后处理装置。

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