R180单缸涡流室柴油机用净化消声器的制作方法

本发明涉及一种R180单缸涡流室柴油机用净化消声器。其为消声器与氧化催化转化器组合于一体的净化消声装置，属于消声器领域。

背景技术：

单缸柴油机产量大是中国内燃机行业的一大特色，其中缸径≤80mm的单缸柴油机年产量约200多万台，但由于气缸直径小，直喷式燃烧油气混合难度大，国内外缸径小于80mm的非道路柴油机仍以涡流室为主。随着人们对环境保护要求的不断提高，排放法规、噪声限值的不断加严，内燃机的节能与减排也随之成为行业发展的焦点，机内净化难满足要求，因此机外净化在小缸径柴油机上将愈来愈多。

我国最新颁布的非道路柴油机国三排放标准对功率≤37kW的小功率非道路柴油机提出了严格的要求。同时内燃机噪声指标也需符合国家强制性标准，且噪声限值也有加严的趋势。我国小功率柴油机主要以单缸柴油机为主，已有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，只起消声作用。由于单缸柴油机结构和空间的限制很难使用电控、电控、高压共轨、废气再循环、选择性催化还原等先进技术，因此非道路国三排放标准实施，只通过机内净化的单缸柴油机很难达到最新的排放标准的要求。将采用机外净化的氧化催化转化器融合于发动机消声器中合为一体，可以合理利用单缸柴油机空间结构，并有效的通过机外净化降低单缸柴油机的排放和噪声。

技术实现要素：

本发明涉及的一种R180单缸涡流室柴油机用净化消声器，以R180柴油机原机消声器为原型，尽可能保持原机外形参数，以便于安装和更换。R180柴油机净化消声器是用氧化催化剂降低柴油机排放，把催化剂载体设计在消声器壳体内，对载体位置及消声元件位置优化设计，优化净化消声器内部结构，通过优化设计穿孔隔板及穿孔隔板位置使得流经氧化催化剂载体内部的气流更加均匀，从而提高氧化催化剂的转化效率和使用寿命，可减少氧化催化剂用量，降低成本；同时优化设计内部消声结构元件，使得优化后的各消声元件与氧化催化剂载体有效协同降低发动机的排气噪声。采用的技术方案如下：

R180单缸涡流室柴油机用净化消声器，包括外壳和进气管，所述外壳与所述进气管相连；所述进气管的管口作为消声器的进气口；所述外壳内部沿气流方向依次设有穿孔隔板、氧化催化剂载体、穿孔出气管；所述穿孔隔板和所述穿孔出气管上面均设有通过排气气流的小孔；

所述穿孔隔板与位于其下面的外壳内壁之间形成第一膨胀腔；所述氧化催化剂载体与位于其上面的外壳内壁之间形成第二膨胀腔；所述穿孔出气管位于所述第二膨胀腔内；所述穿孔出气管一端封闭、另一端与空气连通作为消声器的出气口。

进一步地，所述氧化催化剂载体由桶状金属壳包裹；所述桶状金属壳的外面由石棉保温层包裹；所述石棉保温层的上端和下端均由环形板固定；所述环形板的外边缘与所述外壳内壁焊接、内边缘与所述桶状金属壳焊接固定；所述环形板周边密封，使得排气气流仅通过氧化催化剂载体内流通；所述桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体分别设有进气口和出气口。

进一步地，所述穿孔隔板与所述外壳底端内壁之间的垂直距离为10mm；所述穿孔隔板与所述氧化催化剂载体的进气口的垂直距离为18mm。

进一步地，所述穿孔隔板上的孔均匀分布在圆心以及若干个同心圆上。

进一步地，所述同心圆的个数为4个，所述4个同心圆的直径由内而外依次为20mm、38mm、56mm、74mm，所述4个同心圆上的穿孔个数依次为6、13、17、25；所述圆心以及若干个同心圆上的穿孔的直径均为5mm。

进一步地，所述穿孔隔板的直径为93mm。

进一步地，所述穿孔出气管上的小孔呈不均匀交错分布。

进一步地，所述穿孔出气管上的小孔为10行16列，小孔直径为4mm，每列小孔之间的距离d2为5mm，每行小孔之间的距离按以下规律分布：中心线上下两侧的每行孔心到中心线的距离L分别依次为3mm、9mm、16mm、24mm、33mm，实现中间密两边疏的分布结构。

进一步地，所述穿孔出气管由平面板材卷曲焊接制成，并且焊缝远离氧化催化剂载体的出气口、并向上安装。

进一步地，所述外壳分为上壳和下壳，便于氧化催化剂载体的装载，所述上壳和所述下壳之间焊接密封。

本发明的有益效果：

1、本发明的净化消声器安装在R180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，柴油机的整机排放污染物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，无穿孔隔板结构导流的净化消声器相比，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，安装有穿孔隔板结构的净化消声器的柴油机整机噪声明显降低，安装有穿孔隔板结构的净化消声器较装原机消声器的柴油机整机噪声可降低约1.0dB(A)。

3、本发明柴油机净化消声器能满足R180系列单缸柴油机配套使用要求。

附图说明

图1为本发明主视图。

图2为穿孔隔板结构图。

图3为穿孔出气管结构图。

图4为原机净化消声器流场速度云图。

其中(a)表示原机净化消声器内部速度云图，(b)(c)(d)分别表示原机净化消声器中依次距离进气管出口端10、15、25cm处截面的速度云图。

图5为本发明净化消声器流场速度云图。

其中(a)表示本发明净化消声器内部流场速度云图，(b)(c)(d)分别表示本发明净化消声器中依次距离进气管出口端10、15、25cm处截面的速度云图。

附图标记说明：1-进气管、2-第一膨胀腔、3-穿孔隔板、4-稳压腔、5-环形板、6-氧化催化剂载体、7-石棉层、8-桶状金属壳、9-穿孔出气管、10-第二膨胀腔、11-上壳、12-下壳。

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所示，本发明提出的净化消声器包括外壳、与外壳相连的进气管；所述外壳分为上壳11和下壳12，外壳底端的进气管为进气口、外壳顶端设有出气口，所述外壳内部沿气流方向依次设有穿孔隔板3、氧化催化剂载体6、穿孔出气管9；所述穿孔隔板3和穿孔出气管9上面均设有气流小孔，氧化催化剂载体6设有进气口与出气口；

所述氧化催化剂载体6由桶状金属壳8包裹成为一体，所述桶状金属壳8通过所述环形板5焊接固定在所述外壳内壁上，所述金属环形板内5的内径为80mm、外径为93mm，金属环形板起到固定支撑氧化催化剂载体的作用。所述环形板5内边缘与桶状金属壳8焊接固定、外边缘与外壳内壁固定。所述环形板5与外壳、桶状金属壳8形成的空间内填充石棉层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。

所述穿孔隔板3与所述氧化催化剂载体6进气口处之间的垂直距离设为18mm；所述穿孔隔板3与所述外壳底端内壁之间的垂直距离设为10mm。如此使气流均匀分布于载体截面。

所述穿孔隔板3上孔的总面积设为进气管1面积的1倍到2倍之间，优选1.5倍。这样既可以保证消声效果，又可以减小排气过程流动阻力，使得排气更加顺畅。

如图2所示，所述穿孔隔板3上的孔由隔板中心向外辐射，按一定规律均匀分布，具体分布规律为：所述穿孔隔板上的孔均匀分布在若干个同心圆上和圆心上，所述同心圆的个数为4个，所述4个同心圆的直径由内而外依次为20mm、38mm、56mm、74mm，所述4个同心圆上的穿孔个数一次为6、13、17、25。所述所有穿孔以及圆心上仅有的一个穿孔的直径均为5mm。穿孔隔板上的孔的分布使得气流均匀分布于载体截面，采用这样的穿孔分布有利于降低流动阻力，改善了流向氧化催化剂载体6内的气流的均匀性，提高氧化催化剂转化效率，同时流速下降。提高了氧化催化剂的使用寿命。

所述穿孔隔板3的直径设为93mm。

所述穿孔出气管9左端密封，焊缝向上，穿孔密集区域正对氧化催化剂载体6出口，右端与空气连通作为消声器的出气口。

如图3所示为穿孔出气管展开图，本发明的中心线为穿孔出气管上焊缝正对的那条线，L为每行孔心到中心线的距离。所述穿孔出气管上均匀分布若干个直径为4mm的小孔，分布规律如下：每行孔心到中心线的距离L的值分别为3mm、9mm、16mm、24mm、33mm，实现中间密两边疏的分布结构；每列孔的孔心距d2为5mm；最右一列的孔心到穿孔出气管口的距离d3为14mm，最左一列的孔心到穿孔出气管底端的距离d1为8mm。采用这样的孔的分布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。

所述穿孔隔板3与下壳12之间形成第一膨胀腔2，所述穿孔隔板3与所述桶状金属壳包裹的氧化催化剂载体6之间形成稳压腔4，所述桶状金属壳8包裹的氧化催化剂载体6与上壳11之间形成第二膨胀腔10，所述穿孔出气管水平置于第二膨胀腔内。

图4为原机净化消声器内部速度云图，从图4(a)中可以看出高速气流通过氧化催化剂载体时气流较为集中地流过中心区域。图4(b)、(c)、(d)依次为距离进气管出口端10、15、25cm处速度云图，从图中同样可以看出，气流较集中地流过氧化催化剂载体。气流集中流过催化转化剂载体中心区域，导致尾气的转化效率降低，易导致中心区域催化剂失活，缩短催化剂的使用寿命。图5为本发明净化消声器内部流场速度云图，从图5(a)中可以看出安装带有整流作用的穿孔隔板，可以有效的改善原机净化消声器中气流均匀性差的问题。图5(b)(c)(d)为优化后净化消声器穿孔隔板至催化转化剂载体入口端之间的截面速度云图，依次为距离进气管出口端10、15、25cm处速度云图。因此距离进气管出口端28mm的氧化催化剂催化剂载体入口端的流速基本均匀，这可以提升尾气的氧化催化转化效率并且能够延长净化消声器的使用寿命。

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管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10再次消声；最后由穿孔出气管9消声后排出净化消声器。

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。