用于三轮车辆的排放系统

技术领域

本发明大体涉及一种多轮车辆，并且更具体地涉及两轮或三轮车辆的排放系统。

背景技术

通常，排放系统从发动机组件朝向车辆的后部延伸。在两轮车辆中，排放系统通常基本上设置在驾驶者下方并且在发动机组件的下游，以确保驾驶者或乘坐者与排放系统之间没有或仅有最低限度的物理接触。这使得能够实现对于使用者的安全操作以及通过风的空气动力效应来有效冷却排放系统。在典型的三轮车辆(例如，机动三轮车(autorickshaw))中，传动系组件(发动机和传动系统)设置在驾驶者下游的后部。沿排放管的传动系通常设置在乘客座椅下方或乘客座椅下游，因为这在使得维修容易的同时为这种类型的车辆提供了最佳可能的布局封装。典型的四轮车辆具有设置在车辆前侧的传动系，这通常被称为前置发动机布局。这种布局在前部有足够的空间以配置排放系统的布置，使得较长的排放管朝向后部延伸以排出废气。在具有后置发动机布局的四轮车辆中，车辆的轴距相对较高，使得能够将排放系统设置在座椅的后部。相较于四轮车辆，典型的三轮车辆提供了更高的离地间隙，因此面临在设置传动系和排放部件时保持低重心以实现良好的动态稳定性和性能的挑战。在对相对较低的离地间隙做出权衡的情况下，四轮车辆具有低重心。总的来说，相较于四轮车辆，实现紧凑的车辆尺寸和传动系统的最佳布局这一挑战在三轮车辆中是非常困难的。在这样的上述机动车辆中，在其燃料箱中产生了蒸发燃料排放，尤其是当它们停放在太阳下或暴露在高温中时。

另外，由于空气-燃料混合物的焚烧和燃烧所产生的废气通过消声器排出到大气中，其中消声器的主要功能是减少噪声。废气由完全燃烧和未完全燃烧的碳氢化合物组成，如果碳氢化合物自由排放到空气中会引起空气污染。因此，需要防止碳氢化合物被排放或排出到大气中。因此，在现代，车辆在消声器主体中设有具有催化转化器的排放系统，该催化转化器能够氧化还原未完全燃烧的气体，远离接触点和环境因素。为了使催化转化器最佳运行，需要特定的温度范围。因此，催化转化器可以设置在排放管中从而保持所需的活化温度。

当催化转化器的温度低于催化转化器展示其催化功能所需的活化温度时，催化转化器无法充分展示其排放净化功能。因此，当催化转化器的温度低于所需的温度时，必须尽快提高温度从而激活(预热)催化转化器。催化转化器在排放系统布局中的设置还在实现对排放的所需控制以及实现排放系统本身良好的耐用性方面起着至关重要的作用。如果催化转化器设置成非常靠近燃烧室，即，靠近汽缸盖组件的排放口，这将导致产生背压，从而妨碍发动机组件的平稳高效的燃烧性能。此外，将催化转化器放置成非常靠近发动机将导致催化转化器的温度大大提高。温度的这种提高可能导致通常由塑料制成的发动机整流罩熔化。另一方面，如果放置得过远，将需要非常长的活化时间，这将使催化转化器在减少排放方面不起作用。在三轮车辆的情况下，存在另外的挑战，即，催化转化器温度的提高会加热消声器、传动系部件以及发动机维修舱，从而引起乘客的不适，还可能导致传动系的一个或多个部件的耐用性失效。

为了有效地减少排放，优选更大尺寸的催化转化器。然而，对于给定的车辆布局及其传动系要求而言，需要考虑诸如空间、成本、性能、耐用性等因素来确定最佳尺寸。催化转化器的转化能力直接与所使用的催化剂的尺寸、体积和有效表面积成正比。可以通过增加催化剂的长度或体积来增加催化剂的体积。大多数标准转化器使用每平方英寸具有400-600个单元的内部“蜂巢”结构。如果发动机以更高的速率产生更多的气体，现有的催化转化器限制气流并且不能足够快速地处理有毒物质，从而使得将较高水平的有毒气体分解成危害较小的气体的整个过程变慢。这由于增加过量的燃料燃烧废气而增加了催化转化器的负载。此外，存在相关联的各种布局挑战(诸如离地间隙、维修舱尺寸等)，需要在车辆中解决这些挑战以实现上述目的。此外，通常，消声器的尺寸受到限制并且不能增加而不面临多种障碍。因此，在解决所有上述问题的同时需要实现最佳净化率。

为了在车身主体、发动机主体等上的支撑部分处支撑包括排放管和排放消声器的排放系统，出现了另一挑战。这导致框架变大，导致车辆的紧凑性变差，并且另外地，因此产生了以不期望地增加车辆的重量和成本的形式实施较大催化转化器的缺点。因此，本发明的目的是提供一种改进的催化转化器系统，解决所有上述问题。

附图说明

参考附图详细描述本主题。在所有附图中使用相同的附图标记指代相似的特征和部件。

图1示出了根据本主题实施例的示例性多轮车辆的后侧视图。

图2示出了排放单元和消声器组件。

图3示出了在发动机启动1分钟后排放管的温度随距离排放口的距离变化的曲线图。

图4示出了辅催化转化器组件的分解图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于车辆的发动机的排放系统，该排放系统被设计为减少来自其的排放。旨在提供一种改进的催化转化器系统，其中，向至少一个催化转化器供应不含碳氢化合物或碳氢化合物含量减少至低于预定值的值的发动机废气。更具体地，本发明涉及克服与发动机相关的污染问题。另外，在启动期间，传统的催化转化器系统可能尚未达到有效的运行性能，发动机排放系统排出大量的碳氢化合物气体。在催化转化器系统中使用的催化剂通常在环境温度下不起作用或无活性，并且在它们活化之前必须达到高温，通常在300-400℃范围内。通常，催化剂的温度通过与来自发动机的高温废气接触而升高。

与那些气体的持续接触和发生在催化剂处的氧化反应的放热性质的结合使催化剂保持在升高的温度下。催化转化器可以转化50％的一氧化碳、碳氢化合物或NO

催化剂越靠近发动机，则废气在与催化剂接触时就越热，并且催化剂的温度越快升高到有效操作水平。然而，由于大多数车辆中的空间限制，将系统中全部量的催化剂定位成靠近发动机事实上是不可行的。

可以使用两个催化转化器并在其中分配负载来解决达到排放系统的有效性能而不使催化转化器过载的问题。根据已知技术，已经使用了两个催化转化器并且主催化剂设置在燃烧室排放管的上游弯曲部分和下游部分之间。此外，主催化剂被配置为净化从燃烧室排放的大部分气体。因此，产生了修改排放管以容纳主催化剂的需要。这显著增加了排放管的横截面积从而使得难以实现紧凑和最佳的布局。

催化转化器的转化能力直接与所使用的催化剂的尺寸成正比。根据本主题发明的一方面，排放系统包括主催化转化器和辅催化转化器。辅催化转化器的直径被设计为在一范围内，该范围适于使其与排放管进行定位而不需要任何不期望的修改，并且因此方便地解决了布局限制。此外，辅催化转化器放置在预定的距离范围内，从而获得催化剂的最小活化时间和温度的陡峭升高率。根据本发明的一个方面，预定的距离范围在管道的真实长度的0-60％之间，因为活化时间在长度的60％之后急剧下降。

因此，本发明的主题旨在提供一种排放系统，其中由于更靠近排放口端(在排放管上)放置的另外的催化转化器的存在而减少催化转化器的活化时间。在下面的描述中，将结合附图更详细地描述本主题的前述和其他方面。

图1示出了根据本主题的实施例的连接有排放系统(104)的示例性三轮车辆(101)的后侧视图。本主题适用于具有三个或更多个车轮并且发动机单元(102)设置在后侧的所有类型的车辆。因此，在下文中将称之为三轮车辆或车辆。车辆包括发动机维修舱(103)，该发动机维修舱(103)包括发动机单元(102)和排放系统(104)。在图1中，所述发动机单元(102)设置在位于所述车辆(101)的后部的所述发动机维修舱(103)中。进一步，所述发动机单元(102)包括至少一个排放口端。

图2是根据本发明的一个实施例的所述排放系统(104)的放大透视图，所述排放系统(104)包括从所述发动机单元(102)带走废气的废气通道管(201)和为废气提供膨胀体积以损失其能量从而降低噪声水平的消声器(208)。进一步，所述废气通道管(201)包括辅催化转化器组件(205)、进入部分端(213)和退出部分端(215)，其中所述进入部分端(213)连接到所述发动机单元(102)的排放口端(202)，并且所述退出部分端(215)连接到所述消声器208的消声器入口209。

此外，所述消声器(208)包括消声器第一部分(210)、消声器入口通道构件(212)和主催化转化器(211)。此外，所述主催化转化器(211)在所述消声器第一部分(210)内并且在所述消声器入口通道构件(212)上定位在所述消声器入口(209)附近。图2还示出了所述废气通道管(201)，所述废气通道管(201)还包括第一弯曲部(203)、进入段(204)、进入部分端(213)、第二弯曲部(214)、中间段(206)、第三弯曲部(216)和退出部分端(215)。同时，辅催化转化器单元(205)在所述废气通道管(201)的所述第二弯曲部(214)和所述废气通道管(201)的所述第三弯曲部(216)之间设置在所述废气通道管(201)的所述中间段(206)中。根据一个实施例，所述辅催化转化器组件(205)定位在所述中间段(206)中，当从后侧观察所述三轮车辆(101)时两者都垂直于地面。因此，可以容易地解决车辆水平布局限制而不牺牲催化转化器的净化效率。

图2示出了由所述进入段(204)、所述第二弯曲部(214)、所述中间段(206)、所述第三弯曲部(216)和所述退出段(207)形成的结构具有U形轮廓。进一步，如图2所示，所述辅催化转化器组件(205)设置在所述废气通道管(201)的所述中间段(206)中。如图所示，特意地，由于所述多轮车辆(101)的布局限制，所述第二弯曲部(214)和所述第三弯曲部(216)的弯曲曲率半径至少是所述废气通道管(201)的直径的两倍。所述第二弯曲部(214)和所述第三弯曲部(216)的弯曲曲率半径是相同的。并且，应当注意到，所述废气通道管(201)的直径在20-25mm的范围内。进一步，在一个实施例中，选择该直径范围以容纳辅催化转化器(302)而不需要进行任何修改。因此，避免了将催化转化器定位在所述废气通道管(201)内部而产生的额外费用。此外，改进了具有如上所述U形轮廓的整体结构的刚性。

接下来，根据本发明的另一实施例，在图2中，所述进入段(204)和所述退出部分端(207)之间的竖直距离在100-150mm的范围内。在所述废气通道管(201)中的所述辅催化转化器组件(205)的位置在确定辅催化转化器组件(205)的净化性能方面起着至关重要的作用，因为如果降辅催化转化器组件(205)放置得非常靠近所述发动机单元(102)，可能导致产生不期望的背压。并且，将辅催化转化器组件(205)放置成非常靠近所述发动机单元(102)将导致催化转化器的温度大大增加。这种温度的增加可能导致所述发动机单元(102)的发动机整流罩熔化。另一方面，如果将辅催化转化器组件放置得过远，则催化转化器将需要非常长的活化时间，并且通过加热所述消声器(208)和发动机维修舱(103)而使温度可能对消声器(208)的性能产生不利的影响，从而使乘客感到不适。因此，在一个实施例中，所述辅催化转化器组件(205)设置在距离所述排放口端(202)和所述消声器(208)的最佳距离处。此外，存在催化转化器展示它们的催化功能所需的活化温度，因此，在一个实施例中，所述辅催化转化器组件(205)定位在所述发动机单元(102)附近以便以便捷且快速的方式达到所需要的温度。

图3示出了发动机启动后在预定时间t秒内排放管的温度随距离所述排放口端(202)的距离变化的曲线图。此外，在一个实施例中，所述辅催化转化器(205)放置在所述废气通道管(201)的真实长度的0-60％的预定范围内，从而使催化剂的活化时间更陡峭，如图3所示，在长度的60％处温度急剧下降。因此，具有前述构造的所述辅催化转化器(205)设置在预定距离(曲线)范围内，以通过所述辅催化转化器(205)获得另外的净化性能。

图4是根据本发明的一个实施例的所述辅催化转化器组件(205)的分解图，所述辅催化转化器组件(205)包括组装套筒(301)、上游弯曲部适配器构件(303)、下游弯曲部适配器构件(304)和辅催化转化器(302)。在实施例中，所述上游弯曲部适配器构件(303)通过焊接至少两个金属片部件(303a、303b)形成。进一步，在一个实施例中，所述下游弯曲部适配器构件(304)通过焊接至少两个金属片部件(304a、304b)形成。此外，特意地，所述上游弯曲部适配器构件(303)、所述下游弯曲部适配器构件(304)和所述辅催化转化器(302)封装在所述组装套筒(301)内，因为防止从所述辅催化转化器(302)散热是重要的。因此，所述组装套筒(301)用于提供两个功能。第一，该组装套筒防止了舱内温度的升高并且因此避免乘客感到不适。第二，该组装套筒用于保持催化转化器以有效的方式执行净化所需的最佳温度。在实施例中，所述组装套筒301通过焊接至少两个金属片部件(301a、301b)形成。在一个实施例中，所述组装套筒(301)通过气隙与所述辅催化转化器(302)、所述上游弯曲部适配器构件(303)和所述下游弯曲部适配器构件(304)分开，这进一步加强了如上所述的防止散热的功能，并且另外为该结构提供了刚性。

应当理解，实施例的方面不必受限于本文所描述的特征。可以根据以上公开对本主题进行许多修改和改变。因此，在本主题的权利要求的范围内，可以以除了所具体描述的方式之外的其他方式来实践本公开。

附图标记列表

101 多轮车辆

102 发动机单元

103 发动机维修舱

104 排放系统

201 废气通道管

202 排放口端

203 第一弯曲部

204 进入段

205 辅催化转化器组件

206 中间段

207 退出段

208 消声器

209 消声器入口

210 消声器第一部分

211 主催化转化器

212 消声器入口通道构件

213 进入部分端

214 第二弯曲部

215 退出部分端

216 第三弯曲部

301 组装套筒

302 辅催化转化器

303 上游弯曲部适配器构件

304 下游弯曲部适配器构件