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汽车尾气净化器的结构设计
作者:管理员    发布于:2016-12-06 13:35:49    文字:【】【】【

  汽车尾气净化器的结构设计任丽华(江苏省无锡威孕力达催化净化器有限责任公司,无锡214002)本文着重介绍了催化净化器与净化消声器的总体结构。设计的原则与方法及各零件的形状尺寸。

  一、前言随着世界各国汽车拥有量的急剧加,汽车的废气排放对大气污染情况越来越严重,汽车排放的尾气中含有大量的CO、HC及NOX等有害气体是大气中主要的污染源,同时排气噪声己成为一种城市公害,对人类的健康和生态平衡有着极大的危害。解决汽车排气对环境的污染问题己是当今一项大家所普遍关注的重要课题。

  减少汽车排气对环境的污染一般主要从以下两方面着手:一方面净化排气,另一方面降低噪声。我们根据汽车的实际情况及设计类型分为两大类:大类是以桑塔纳、夏利、奥拓等为代表的轿车,它们的排气系统为多级(两级以上)消声器组成,一般用催化净化器置换原级消声器;第二大类是以长安、红叶、解放等为代表的微型车、轻型车和重型车,它们的排气系统为单级消声器,本文介绍的类型是采用净化消声器替换原消声器。

  二、工作原理我们现在所设计生产的产品有催化净化器和净化消声器。其催化净化器和净化消声器(以下简称为净化器)均采用稀土元素添加少量贵金属的全新催化剂,并在结构设计中采用了先进的涡控技术可使汽车尾气变为缓速、均匀、平稳的气流穿过蜂窝状催化剂载体通道,把尾气中对人体有害的成份CO、HC和NOx转化为无害的CO2、H2O和N2,同时有效地控制了排气噪声。

  三、总体结构整个净化器主要由载体、涂层、减振垫和壳体四大部分组成。

  载体是承载活性组分的多孔、耐热固体物质。目前,催化转化器一般采用蜂窝整体式陶瓷载体,这种载体是用堇青石挤压而成的。它的优点在于有良好的热稳定性,抗冷热冲击能力强,热膨胀系数也较小。我们所用的大部分是日本NGK公司生产的载体和部分国产载体。载休的外外形1般有圆形、厌圆形、跑道形和类!形的不规则ikedhttpi涂层是将具有催化作用的物质分散在载体上,包括有稀土及贵金属铂、钯、铑、钌等物质。

  减振垫是位于壳体和载体之间的,它的作用是防振和减小应力、保护载体。它是依据压力而设计的。我们目前所运用的大部分是3M公司生产的衬垫,也曾用过钢丝网,都各有其优缺点。

  壳体是结构设计的主要部分,它的材料和形状是影响净化器转化效率和使用寿命的重要因素。由于净化器是安装在汽车底盘下的,与发动机排气管连接,因为排气中含有水蒸气,易受腐蚀。为了避免被腐蚀,目前外壳材料多采用含Ni、Cr的不锈钢或冷轧板表面浸铝。壳体的形状设计要求尽可能减少流过净化器气流的涡流和气流分离现象,防止气流阻力的大。要特别注意进气前锥体的形状设计,保证进气流的均匀性,以提高净化器的转化效率和催化剂的使用寿命。为了强壳体的强度,防止变形,应考虑在壳体上设置凹凸形的加强筋。由于我们所设计的净化器是用来替换原车消声器(对在用车而言),所以净化器的外形尺寸要根据替换下来的消声器的尺寸而定。

  四、壳体零部件结构尺寸催化净化器与净化消声器所起的作用有所不同,所以它们的结构不一致。下面就它们的相同点与不同点分别进行论述:它们的共同点在于它们有相同的零部件,包括有进、排气管,前、后导流锥管,中内筒体以及根据实际情况再加上的吊挂件、夹箍、法兰等连接零件。这些零部件的结构、尺寸要依照原汽车消声器的要求而定。

  首先,进、排气管的联接方式是较为重要的,它们是与原车排气管相连接的部分。接口处有的采用法兰相联,有的直接焊接,也有的用插口式一即通过夹箍与原车排气管夹紧,一般轿车类的催化净化器的前后端是用法兰连接,但也有些车型排气管采用插口式。

  重型车、轻型中巴车和货车一般均采用插口进、排气管示意图式。微型车的接口联接三种方式都可以采用。其中,插口式的结构一般开长30 ~35mm的槽,槽宽2 ~4mm,视管径定开槽尺寸见。

  其次,进、排气管的长度要考虑到进、排气管应插进原车管道中45后,要注意的是,插口式净化器的进、排气管与原车排气管相联接的原则为:一般是原车排气管插入净化器的进气管,净化器的排气管插入原车排气管中,这样做的目的是为了让气流均匀且不易漏气。

  进、排气管材料一般采用SUH―409,管子直径依据原车排气管而定。

  前、后导流锥管是进、排气管与中内筒壳的过渡部分。

  前导流锥管主要是为了使气流均匀,气流经扩散之后可以较缓慢、均匀地通过蜂窝陶瓷的通道,使催化剂发挥有效的催化净化性能,并可以提高催化剂的使用寿命。

  后导流锥管锥度是用来消声的,它能够使气流经缓冲之后再由排气管排出,所以噪音小。

  锥管的锥度不能过大或过小,过大容易产生紊流现象(锥度大于50时)使气流不均匀,阻力大,而导致噪声大;过小则起不到扩散作用。一般来说,锥管的锥度在30 ~40°之间为合适。

  锥管靠近进、排气管一侧直径的设计是根据管子直径而定的。为了保证管子恰好伸入锥管中10~15mm,且焊接后不漏气,导流锥管与管子联接处应有10~ 15mm的直孔段。靠近中内筒壳部分的直径是依据中内筒体的直径而定的。

  中内筒体是用来包装载体的,它采用两半式结构。催化剂载体外面包有减振垫,用两半内筒体将其固紧,并将减振垫压缩到一定量后,焊为整体。它的尺寸依据载体加上减振垫的尺寸而定,形状与载体相似。为了保护载体并安装紧凑,一般在中内筒体上加上筋板和过渡圆角。

  至于吊挂件、夹箍、法兰等其它连接零件,它们的结构尺寸均根据汽车配套厂的要求而定。自然,这些共同零件催化净化器和净化消声器上具体结构也并不是完全相同,因此在工作中,要视实际情况确定其结构。

  这两种类型净化器的不同点在于净化消声器的零件比催化净化器的多,因为它的功能比催化净化器加了降噪功能。故在净化消声器上的零件有:内、外筒体,前、后消声管和端盖,整流板等见前、后导流锥壳上开了若干涡控孔和消声孔。同时,净化消声器的体积要比同类车型的催化净化器要大得多,其主要是结构上考虑气流扩张室有足够空间,以取得原想降噪效果。这些独有的零件是依据阻抗声学原理和降低噪声技术而设计制造的。

  内、外筒体一般依次位于前、后导流锥管和中内筒体外面,它们的形状与前、后导流锥管和中内筒体相似,尺寸比它们稍大,并筒体要有足够强度和刚度。作用是为了保护载体和固定各组件,以达到隔振、消声的效果。

  它们的设计是依据声学原理,在一根管子上开有一定数量的孔,以达到消声的目的。

  它们是用来封闭筒体、连接消声管和进、排气管的。它与内、外筒体衔接处采用咬口、翻边这样可以使联接更为密封且不易漏气。的尺寸是依据外筒体尺寸而确定的。http://w它的主要作用是为了使脉动性气流通过整流板后变为均匀性气流。一般位于前导流锥管末端和催化剂前端之间。尺寸上且要与催化剂的截面积相当。

  五、具体应用在设计过程中,根据本公司产品发展规划,综合考虑产品加工的工艺性、经济性及可行性等因素后,X寸产品进行改进优化设计,发展到现在的催化净化器为两半式结构见即整个净化器由两半外壳组成,除进、排气管以外,其壳体是两半完整的整体省去了内、外筒体,端盖,前、后锥管,中内筒壳等各个零件,将前、后导流锥壳与中内筒壳设计成一整体再装入载体、减振垫之后,将两半外壳焊成一个密封外壳,然后再与进、排气管相两半式结构示意图连,这样使产品结构大大简单减少了成本而且经市场应用己明显地显示出其优点。这种结构形式我们称之为催化净化器。

  我公司所设计的有夏利、奥拓、红旗等轿车及福田柴油车的催化净化器己具体应用于实际中。其中,夏利与奥拓己与整车厂配套试验中取得了成功的验证,现正准备大批量投入生产。就夏利而言,整体材料用不锈钢SUH―409,其结构见。前、后锥体与其它面交接部分要有圆弧平滑地过渡,以保证气流平稳流动,同时为外壳加工提供良好的工艺要求。涉及到工艺性和可行性的有中弧1、2、3、4处。为了保证核心部分一催化剂、减振垫与壳体固定安全、可靠,在外壳装催化剂部分要加上两条凹形的筋,见的1、2处。

  该催化净化器的进气管与原车出气管以法兰相联,催化净化器的出气管直接与原车排气管焊接。同时与原车相联接的还有前、后两个吊钩,它们的位置必须按照原车上的吊钩位置而定,这需要进行实车测量工作。再针对奥拓车,由于载体与夏利的相同,所以壳体形状、尺寸与夏利相似,但根据实际需要,各零件尺寸有所改变,总长也不同。而且由于奥拓进、排气管的管径相同,所以壳体结构前、后可采用完全对称形式。催化净化器与原车排71994-2015ChinaAcademicournalElectronic气系统联接方式为:前、后端均用法兰连接,与夏利不同的是它的进气管多了一个安装氧传感器的接头。这两种催化净化器的优点在于:结构简单、紧凑,制造成本低、体积小、重量轻。

  六、结论目前,我公司催化净化器产品经多次结构改造和优化,己与国外同类产品的结构逐趋一致,这有利本公司产品同国际接轨,为今后产品进入国际市场做好准备。净化消声器结构形式在国内外资料中尚未发现同类产品,这种结构形式是本公司特色产品,对发动机排气系统为一级消声器的车型来说,采用这类结构的净化消声器可直接取代原消声器,以达到净化与降噪效果。目前这种产品己在解放、东风等车辆上被广泛使用。

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