一种降背压天然气发动机预后处理器

技术领域

本发明涉及商用车天然气发动机技术领域，尤其涉及一种降背压天然气发动机预后处理器。

背景技术

近年来，我国的经济高速发展，对石油的需求越来越大，由此产生了能源短缺和环境污染问题。为缓解石油短缺带来的问题，改善大气环境，发展清洁燃料已成为国家战略。天然气以清洁、安全、高效、储藏量大，排放性能优异的特点，被越来越多地应用于发动机领域。

在天然气发动机系统中，天然气后处理器作为核心零部件，在很大程度上决定了发动机的排放和经济性能。

考虑到重型商用车开发成本和整车布置问题，传统的天然气发动机采用单后处理技术路线。因后处理器载体高效工作需要一定的催化转化温度(＞350℃)，单后处理器方案一般采用布置优化(后处理与发动机排气侧同侧布置，以缩短连接管路)及连接管路包裹保温材料等措施，以减少排气能量损失，从而保障后处理器载体温度能在较短时间达到系统高效工作温度值。但发动机在冷机启动工况下，排温低导致后处理器载体升温慢，催化转化效率低，排放存在超标风险，为解决此问题，发动机采用两级后处理方案，在增压器排气口布置一个预处理后处理，直连增压器排气口升温快，尺寸小处理量有限，为保障大负荷处理效率，在预后处理器下游布置一个主后处理。当发动机冷机启动时，排气量少，尾气经过增压器后直接经过预后处理器(无管路能量损失)，能够在最短时间内提高预后处理器温度，从而保障尾气被预后处理催化还原成无害的CO

发明内容

本发明提出一种降背压天然气发动机预后处理器，用于两级后处理器中的预后处理器，有效的解决了现有技术中天然气双级后处理器排气背压大的问题。

为了解决上述背景技术中的问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种降背压天然气发动机预后处理器，包括外壳体和预后处理器载体，所述外壳体沿气流方向依次分为进气部、进气扩张部、载体部、排气收缩部和排气部；

所述进气部、载体部和排气部均为圆形筒状，进气扩张部和排气收缩部均为均匀变径圆形筒状，所述预后处理器载体为圆柱体蜂窝结构；

所述载体部中固定连接有载体支架，所述载体支架包括若干相同的板状结构，均垂直于载体部内壁，沿预后处理器载体外周均匀分布；所述预后处理器载体通过载体支架固定在载体部内，所述预后处理器载体侧壁与载体部内壁之间形成空腔。

作为发明的进一步说明：所述进气扩张部中设置有导流管，所述导流管为均匀变径圆管，管径沿气流方向均匀变小；大管径管口与进气扩张部入口端固定连接，小管径管口悬空；所述导流管与预后处理器载体同轴。

作为发明的进一步说明：所述导流管的管壁与进气部轴线间的夹角为20°至30°。

作为发明的进一步说明：所述进气部和排气部的的外表面均设置有圆环状的氧传感器座。

作为发明的进一步说明：当发动机冷机启动怠速工作时，发动机转速低尾气量少，尾气在所述导流管引流作用下直接通过预后处理器载体；

当发动机进入高速大负荷工作时，尾气同时通过所述预后处理器载体和预后处理器载体与载体部间的空腔。

作为发明的进一步说明：所述进气部的入口端设置有进气法兰，与发动机增压器排气口法兰连接；所述排气部的出口端设置有排气法兰，与主后处理器入口端法兰连接。

作为发明的进一步说明：采用两级后处理方案，将所述降背压天然气发动机预后处理器与主后处理器串联使用，前级为预后处理器，后级为主后处理器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过在预后处理器载体和载体部的中间增加空腔结构，并在进气扩张部设置导流管，当发动机冷机启动,怠速工况时，发动机转速低尾气量少，尾气在导流管引流作用下，直接通过预后处理器载体，保障预后处理器最短时间达到工作温度，从而降低冷机启动排放污染物，最后流经主后处理进行催化转化；当发动机进入高速大负荷工作时，预后处理器和主后处理器载体温度均已提升至最佳工作温度，此时尾气同时经过预后处理器载体和预后处理器载体与载体部中间的空腔结构，最后流经主后处理进行催化转化。此方案在保障发动机冷机怠速工况排放性能的同时，大幅降低高速大负荷排气阻力，从而进一步提升发动机经济性能。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明立体剖面结构示意图；

图4为本发明剖面结构示意图；

图5为本发明剖面结构示意图；

图6为本发明发动机冷启动怠速尾气流示意图；

图7为本发明发动机高速大负荷尾气流示意图；

图8为本发明安装位置示意图。

附图标记说明

1、外壳体；2、载体支架；3、导流管；4、预后处理器载体；5、进气法兰；6、氧传感器座；7、空腔；8、排气法兰；A、进气部；B、进气扩张部；C、载体部；D、排气收缩部；E、排气部。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明第一实施例立体结构示意图；图2为本发明第一实施例结构示意图；

图3、图4、图5为本发明第一实施例剖面结构示意图。

如图1至图5所示，一种降背压天然气发动机预后处理器，包括外壳体1和预后处理器载体4，所述外壳体1沿气流方向依次分为进气部A、进气扩张部B、载体部C、排气收缩部D和排气部E；所述进气部A、进气扩张部B、载体部C、排气收缩部D和排气部E一体连接；

所述进气部A、载体部C和排气部E均为圆形筒状，进气扩张部B和排气收缩部D均为均匀变径圆形筒状，所述预后处理器载体4为圆柱体蜂窝结构；

所述载体部C中固定连接有载体支架2，所述载体支架2包括若干相同的板状结构，均垂直于载体部C内壁，沿预后处理器载体4外周均匀分布；所述预后处理器载体4通过载体支架2固定在载体部C内，所述预后处理器载体4侧壁与载体部C内壁之间形成空腔7。

本实施例中，载体支架2包括6个长方形板状结构，其长边与预后处理器载体4轴向长度相同，短边垂直载体侧壁。载体支架2沿预后处理器载体4外周均匀分布，将预后处理器载体4牢固固定在外壳体1内。

本实例例中，主后处理器和预后处理器均采用三元催化器，体积上有所区别，预后处理器因受制于安装空间，体积比较小处理量有限。

空腔7在发动机进入高速大负荷工作时，为尾气排放增加了排气路径，有效降低了后处理器的背压。

所述进气扩张部B中设置有导流管3，所述导流管3为均匀变径圆管，管径沿气流方向均匀变小；大管径管口与进气扩张部B入口端固定连接，所述导流管3与预后处理器载体4同轴。

小管径管口悬空，悬空的管口与预后处理器载体4入口端之间留有空隙；小管径小于预后处理器载体4直径。

所述导流管3的管壁与进气部A轴线间的夹角为20°至30°。

导流管3具有导流作用，当发动机冷机启动怠速工作时，发动机转速低尾气量少，尾气在导流管3引流作用下直接通过所述预后处理器载体4。

如图8所示，是本发明的安装位置。

采用两级后处理方案，将所述降背压天然气发动机预后处理器与主后处理器串联使用，前级为预后处理器，后级为主后处理器。

所述进气部A的入口端设置有进气法兰5，与发动机增压器排气口法兰连接；所述排气部E的出口端设置有排气法兰8，与主后处理器入口端法兰连接。所述排气部E的出口端与主后处理器入口端之间有管路连接。

在实际制作过程中可以根据发动机增压器排气口法兰及主后处理器入口端法兰形式变换进气法兰5和排气法兰8形式。

所述进气部A和排气部E的的外表面均设置有圆环状的氧传感器座6，所述氧传感器座6开口与外壳体1内部相通，所述氧传感器座6与外壳体1一体连接。氧传感器座6用于安装氧传感器。

工作原理如下：

当发动机冷机启动怠速工作时，发动机转速低尾气量少，尾气从进气部A进入，经过进气扩张部B，在导流管3引流作用下直接通过所述预后处理器载体4，经过排气收缩部D至排气部E排出，最后流经主后处理器进行催化转化；

当发动机进入高速大负荷工作时，尾气从进气部A进入，经过进气扩张部B，经导流管3同时通过所述预后处理器载体4和预后处理器载体4与载体部C间的空腔7，经过排气收缩部D至排气部E排出，最后流经主后处理器进行催化转化。

图6为发动机冷启动怠速运行尾气流示意图，当发动机冷机启动怠速时，发动机转速低尾气量少，尾气经过导流管3直接通过预后处理器载体4，保障后处理器最短时间达到工作温度，从而降低冷机启动排放污染物；

图7为发动机高速大负荷运行时尾气流示意图，当发动机进入高速大负荷工作时，尾气同时经过预后处理器载体4和预后处理器载体4与外壳体1中间的空腔结构，流经主后处理进行处理，在保障发动机排放性能的同时，大幅降低高速大负荷排气阻力，从而进一步提升发动机经济性能。

一般双级后处理的排气背压在23kpa左右，单级后处理的排气背压在12kpa左右，本发明的排气背压在15kpa左右。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。