[发明专利]一类采用非常规端面载体的柴油机排气净化装置

说明书

技术领域

本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，具体涉及一类采用非常规端面载体的柴油机排气净化装置。

背景技术

柴油机以其良好的经济性和动力性，广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。柴油机的尾气中主要包括一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒(PM)和氮氧化物(NOx)等有害污染物，对环境和人体都有很大的危害，因此各国排放法规对于柴油机的排放限制越来越严格。除了采用必要的机内措施改善燃烧之外，还必须对柴油机加装排气净化装置，对尾气进行机外净化，才能有效降低有害污染物的排放量。

柴油机的排气净化装置主要有：能够降低颗粒、HC、CO排放的氧化催化转化器（Diesel Oxidation Catalyst，DOC）；能够降低颗粒排放的颗粒捕集器（Diesel Particulate Filter，DPF）、颗粒氧化催化器（Particulate Oxidation Catalyst, POC）；能够降低NOx排放的选择性催化还原装置（Selective Catalytic Reduction, SCR）；能够降低NOx排放的稀燃NOx捕集器（Lean NOx Trap，LNT）。这些净化装置的总体结构是类似的，包括：净化装置载体1、衬垫2、壳体3，如图1所示，其中壳体3主要有排气进口段4、扩张段5、载体固定段6、收缩段7、排气出口段8组成。

载体内部流场的均匀性直接影响污染物的净化效率。图1中的载体1为现有柴油机排气净化装置使用的常规结构载体，该类净化装置载体1的两个端面为采用两个平行平面的常规端面，且这两个平面通常垂直于气流来流方向。图2为该类净化装置载体1（图1所示）的内部流速矢量图。由于净化装置载体1的端面为平面，通过载体1的气流主要集中于净化装置载体1的中心区域，一定进口流速下，净化装置载体1的径向流速存在差异，流速较快的范围与排气进口段4的直径相当。图3为该类净化装置载体1（图1所示）的内部压力分布云图。由于扩张段5的导流作用并不明显，气流几乎直接进入到载体1的入口，因在净化装置载体1与气体的交界面附近产生了较高的压力。由于高的气流压力是净化装置载体1疲劳损坏的主要原因，因此净化装置载体1的中心区域更加容易发生疲劳损坏。净化装置载体1边缘区域的催化剂没有得到充分利用，导致废气净化效率降低。废气进入扩张段5后，在净化装置载体1的端面附近扩散，扩张段5的导流作用不明显。净化装置载体1与扩张段5之间存在较大空隙，导致涡流的产生从而造成能量损失，而这种能量损失也会影响柴油机的动力性和燃油经济性。

发明内容

本发明提出一类能够改善柴油机排气净化装置载体径向流场分布特性的采用非常规端面的柴油机排气净化装置，采用的该类载体的端面形状为非常规端面。

本发明的提出的采用非常规端面的柴油机排气净化装置，由净化装置载体1、衬垫2和净化装置壳体3构成，其中：根据气流方向，净化装置壳体3由排气进口段4、扩张段5、载体固定段6、收缩段7和排气出口段8组成。所述净化装置载体1安置于净化装置壳体3内部，通过衬垫2加以固定；沿净化装置载体1的轴向开设有若干通道，供废气流通。净化装置载体1一端或两端的端面形状应保证载体1的中心区域轴向长度大于其边缘区域的轴向长度，所述净化装置载体1端面采用：球形端面、圆台端面、椭球端面、圆锥端面或其他所有能够保证载体1的中心区域轴向长度大于其边缘区域轴向长度的空间曲面。

本发明中，所述净化装置载体1应用于DOC载体、DPF载体、POC载体、SCR载体或LNT载体中任一种。

采用上述结构后，由于净化装置载体1的中心区域轴向长度较长，流经该区域的气流阻力较大，这样就可以降低净化装置载体1中心区域的流速，使废气在净化装置内部径向流场分布相对均匀，净化装置载体1中心区域气流压力较高范围缩小、中心区域催化剂老化现象得到缓解，净化装置载体1边缘区域催化剂利用率得以提高。载体1气体流场越均匀，温度场分布也会趋于均匀，避免了局部过热现象的发生，延长了净化装置的使用寿命。同时，净化装置载体1端面与壳体扩张段5间的体积减小，扩张段5的导流效果得到优化，涡流减少，减少了能量损失。

附图说明

图1为现有柴油机净化装置常规载体的示意图；

图2为现有柴油机净化装置常规端面载体的内部流速矢量图；

图3为现有柴油机净化装置常规端面载体的内部压力分布云图；

图4为本发明所述一种柴油机净化装置球形端面载体的示意图；

图5为本发明一种柴油机净化装置球形端面载体的内部流速矢量图；