本發(fā)明涉及機動車尾氣后處理控制領(lǐng)域，涉及一種顆粒物凈化及消聲作用為一體的裝置，特別涉及一種應用不銹鋼纖維作為過濾材料的柴油機顆粒物凈化器，對壓降、更換便捷性和可靠性有嚴格要求的尾氣顆粒物捕集裝置。

背景技術(shù)：

柴油機在燃燒過程中因為存在不完全燃燒，導致排放物中含有大量的顆粒物(PM)，它由數(shù)百種有機成分和無機成分組成，顆粒物的主要成分包括碳煙顆粒(41%)、未燃燃料(7%)、潤滑油(25%)、硫酸鹽和水(14%)及灰分(13%)等，這些成分與碳煙顆粒物的元素一樣，其百分比變化與柴油機的類型和使用的不同的工作條件有關(guān)。因為粒子的種類包括多環(huán)芳香族碳氫化合物（揮發(fā)性碳氫化合物的不完全燃燒產(chǎn)生的），氧，氮，硫化合物，其中多環(huán)芳烴具有強致癌作用，人體過多吸收該物質(zhì)會導致皮膚癌、肺癌、上消化道腫瘤、動脈硬化、不育癥等疾病。柴油機顆粒物過濾器的是解決柴油機尾氣中顆粒物的關(guān)鍵設(shè)備，柴油機排放物經(jīng)過多孔介質(zhì)時氣體和顆粒物發(fā)生分離，結(jié)果顆粒物被捕集到，氣體排入到周圍環(huán)境中。從20世紀80年代起，國外學者就開始了對顆粒過濾器進行研究，從濾芯的選材到顆粒過濾模型的建立，還有顆粒過濾器的再生等都進行了深入的研究。研究內(nèi)容涉及濾芯的性能，顆粒過濾器內(nèi)的氣體流動特性、壓降特性、顆粒過濾和沉積特性，以及再生特性等。

汽車發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲同樣會對人的身心帶來嚴重危害。最直觀的感受就是心理方面：在噪聲中人容易產(chǎn)生負面的情緒，例如易怒、焦慮、心緒不寧等，從而給人的生活、工作、學習帶來嚴重影響。長期在噪聲中工作或生活會導致人聽力損失或聽閾上移（聽力不靈敏類似近視眼），根據(jù)研究統(tǒng)計結(jié)果顯示，在聲級為85dB(A)的噪聲下工作的人，30年后耳聾發(fā)病率大約是8%；90dB為20%。根據(jù)營養(yǎng)學家觀察結(jié)果，長時間在噪聲環(huán)境中的人體，會增加內(nèi)維生素、微量元素氮基酸、谷氮酸、賴氮酸等必須的營養(yǎng)物質(zhì)的消耗量，影響人體健康。發(fā)動機排氣噪聲作為整車噪聲的主要部分，大約在整個交通噪聲的30%，通過降低排氣噪聲來降低整車排放水平重要。但是在提高排氣消聲器的性能同時，又會對發(fā)動機的性能產(chǎn)生一定的負面影響，如功率下降、油耗增加等，違背了汽車行業(yè)節(jié)能環(huán)保的要求，因此開發(fā)出消聲性能良好的消聲器，同時兼顧發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性等要求非常重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種顆粒物凈化及消聲一體裝置，以解決上述背景技術(shù)中的缺點。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種顆粒物凈化及消聲一體裝置，包括柱形殼體，殼體包括上殼體和下殼體，殼體內(nèi)部通過支撐蓋隔成兩個腔室，其中，下殼體與支撐蓋之間為第一腔室，上殼體與支撐蓋之間為第二腔室，在支撐蓋蓋面的周邊設(shè)有與兩個腔室連通的氣孔，

第一腔室內(nèi)部設(shè)有縱向穿孔管，縱向穿孔管的外部設(shè)有濾芯，縱向穿孔管的一端穿過下殼體的底壁形成進氣口，

上殼體的一側(cè)設(shè)有排氣出口，第二腔室內(nèi)部設(shè)有橫向穿孔管，橫向穿孔管的一端為封閉式結(jié)構(gòu)，另一端與排氣出口相連通，

在第一腔室與第二腔室之間還設(shè)有單向減壓閥，單向減壓閥的進口一端與縱向穿孔管的一端連接，出口一端與第一腔室連通，圍繞所述中間過孔的中心軸線呈環(huán)形陣列設(shè)置有若干個泄壓孔。

優(yōu)選，所述上殼體與下殼體之間通過鎖扣裝置連接。

優(yōu)選，所述上殼體與下殼體之間設(shè)有四套鎖扣裝置，鎖扣裝置包括鎖舌、調(diào)整螺桿，鉸鏈柱，基座，連接螺母和手柄，

在上殼體的殼身上設(shè)有鎖舌，在下殼體的殼身上設(shè)有基座，調(diào)整螺桿的一端設(shè)有鎖扣，另一端經(jīng)連接螺母與手柄的中部連接，手柄遠離手柄的一端經(jīng)鉸鏈柱鉸接在基座上。

優(yōu)選，所述單向減壓閥包括閥芯，彈簧和壓力閥管，壓力閥管內(nèi)部設(shè)有閥芯，閥芯的芯身上設(shè)有彈簧，彈簧的一端與閥芯芯座連接，另一端抵接在支撐蓋內(nèi)頂壁中間，縱向穿孔管的出口端設(shè)有與壓力閥管外形匹配的安裝槽，安裝槽上設(shè)有與閥芯芯座匹配的泄壓孔，若干個泄壓孔與壓力閥管的出口對應。

優(yōu)選，縱向穿孔管的進氣口端的管身上焊接有法蘭，法蘭的上端面與下殼體的底部通過螺栓組件或焊接連接。

優(yōu)選，所述縱向穿孔管的穿孔孔徑及橫向穿孔管的穿孔孔徑為0.5～3mm。

優(yōu)選，所述縱向穿孔管的穿孔孔徑大于橫向穿孔管的穿孔孔徑。

優(yōu)選，所述濾芯是由不銹鋼纖維絲網(wǎng)制成，濾芯纏繞并固定在縱向穿孔管管身上的。

本發(fā)明一種柴油機排放顆粒物凈化和消聲一體式裝置，選擇了合理的不銹鋼纖維材料作為濾芯，不但具有高機械強度、耐高溫等良好的性能，而且具有較好的抗沖擊性能，更易加工，同時使用和維護成本非常低，本發(fā)明結(jié)合顆粒物凈化和消聲功能，提高機械結(jié)構(gòu)的裝卸方便性，可以滿足非道路車輛的使用。

具體有益效果是：

本發(fā)明不同于傳統(tǒng)消聲器和顆粒物過濾器，將兩者一體式設(shè)計，節(jié)省安裝空間，制造方便，成本低；

本發(fā)明替換濾芯方便，而且采用不銹鋼纖維絲網(wǎng)有較高的經(jīng)濟性；

本發(fā)明可以根據(jù)工況調(diào)整濾芯的孔隙率，可以實現(xiàn)低壓降、高過濾效率；

本發(fā)明可以根據(jù)工況調(diào)整縱向及橫向穿孔管的穿孔孔徑和濾芯孔隙率，達到最優(yōu)的消聲效果；

⑤本發(fā)明無須改變現(xiàn)有排氣系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)，可直接安裝到排氣系統(tǒng)上，對體積、重量和可靠性有嚴格要求的非道路行駛使用的發(fā)動機來說具有理論意義和實用價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的較佳實施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的剖視圖；

圖4是本發(fā)明單向減壓閥的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明支撐蓋較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明鎖扣裝置較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖說明：上殼體1，排氣出口2，排氣孔3，法蘭4，縱向穿孔管5，下殼體6，濾芯7，小孔8，鎖扣9，單向減壓閥10，支撐蓋11，橫向穿孔管12，泄壓孔13，閥芯14，彈簧15，壓力閥管16，鎖舌17，調(diào)整螺桿18，鉸鏈柱19，基座20，連接螺母21，手柄22。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。

實施例1，參見圖1——圖6的一種顆粒物凈化及消聲一體裝置，包括柱形殼體，殼體包括上殼體1和下殼體6，殼體內(nèi)部通過支撐蓋11隔成兩個腔室，其中，下殼體6與支撐蓋11之間為第一腔室，上殼體1與支撐蓋11之間為第二腔室，在支撐蓋11蓋面的周邊設(shè)有與兩個腔室連通的氣孔3，

第一腔室內(nèi)部設(shè)有縱向穿孔管5，縱向穿孔管5的外部設(shè)有濾芯7，縱向穿孔管5的一端穿過下殼體6的底壁形成進氣口，

上殼體1的一側(cè)設(shè)有排氣出口2，第二腔室內(nèi)部設(shè)有橫向穿孔管12，橫向穿孔管12的一端為封閉式結(jié)構(gòu)，另一端與排氣出口2相連通，

在第一腔室與第二腔室之間還設(shè)有單向減壓閥10，單向減壓閥10的進口一端與縱向穿孔管5的一端連接，出口一端與第一腔室連通，圍繞所述中間過孔的中心軸線呈環(huán)形陣列設(shè)置有若干個泄壓孔13。

所述上殼體1與下殼體6之間通過鎖扣裝置連接。

所述上殼體1與下殼體6之間設(shè)有四套鎖扣裝置，鎖扣裝置包括鎖舌17、調(diào)整螺桿18，鉸鏈柱19，基座20，連接螺母21和手柄22，

在上殼體1的殼身上設(shè)有鎖舌17，在下殼體6的殼身上設(shè)有基座20，調(diào)整螺桿18的一端設(shè)有鎖扣，另一端經(jīng)連接螺母21與手柄22的中部連接，手柄22遠離手柄的一端經(jīng)鉸鏈柱19鉸接在基座20上。

所述單向減壓閥10包括閥芯14，彈簧15和壓力閥管16，壓力閥管16內(nèi)部設(shè)有閥芯14，閥芯14的芯身上設(shè)有彈簧15，彈簧15的一端與閥芯14芯座連接，另一端抵接在支撐蓋11內(nèi)頂壁中間，縱向穿孔管5的出口端設(shè)有與壓力閥管16外形匹配的安裝槽，安裝槽上設(shè)有與閥芯14芯座匹配的泄壓孔，若干個泄壓孔13與壓力閥管16的出口對應。

縱向穿孔管5的進氣口端的管身上焊接有法蘭4，法蘭4的上端面與下殼體6的底部通過螺栓組件或焊接連接。

所述濾芯7是由不銹鋼纖維絲網(wǎng)制成，濾芯7纏繞并固定在縱向穿孔管5管身上的。

縱向穿孔管5及橫向穿孔管12的穿孔孔徑的選擇需要根據(jù)仿真計算得到?？讖酱蟮脑?，孔的數(shù)量少，有利于排氣通過，但對于消聲的影響不一定好。孔徑的大小要配合實際工況、濾芯的孔隙率，以達到最優(yōu)的過濾和消聲性能。如孔隙小，處理低頻聲源有優(yōu)勢。

優(yōu)選，所述縱向穿孔管5的穿孔孔徑大于橫向穿孔管12的穿孔孔徑，因為縱向穿孔管5緊貼著濾芯，對于排氣的阻擋能力強，噪聲聲波的傳遞就有影響，橫向穿孔管12的孔徑可以選擇小一些，數(shù)量多，這部分孔的主要作用就是排氣通暢、建立共振腔，起到共振消聲的作用。

從機加工及排放顆粒物的角度考慮，減小穿孔管穿孔孔徑會增大消聲器內(nèi)的氣流再生噪聲。從使用的角度，孔徑不能選擇太小，因為太小孔徑不僅難以加工，易于堵塞，加大排氣的影響，考慮到加工工藝和常見吸聲頻帶及流體力學特性的要求，因此優(yōu)選縱向穿孔管5的穿孔孔徑及橫向穿孔管12的穿孔孔徑為0.5～3mm，厚度用1mm的金屬管加工。

由于消聲器的消聲能力及過濾效率與排氣壓力損失，兩者此消彼長，消聲量大的話排氣壓力損失和功率損失比就會提升，排氣壓力損失和功率損失比小的消聲器往往消聲效果不明顯，因此在設(shè)計消聲器時，其消聲能力和空氣動力性能應根據(jù)使用要求統(tǒng)籌設(shè)計。

本發(fā)明是利用殼體內(nèi)的兩個腔室與縱向穿孔管5及橫向穿孔管12組成赫姆霍茲共振腔系統(tǒng)，穿孔管里面的廢氣在噪聲聲波的壓力作用下，不斷在孔頸和空腔內(nèi)做往復運動，一部分聲能轉(zhuǎn)變成廢氣柱的動能，由于廢氣和穿孔管之間的摩擦作用及振動阻尼的存在，還有一部分聲能轉(zhuǎn)變成了熱能輻射掉了，從而減小了聲的能量。當排氣噪聲中的某一頻率與共振腔的本征頻率相等時，會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，這時此種頻率成分的噪聲量將得到最大程度的衰減。

本發(fā)明為顆粒物凈化及消聲一體裝置，該裝置的核心部件—濾芯為多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)：具有一定的孔隙，保證一定的收集效率，同時孔隙之間是連通的，保證氣體流通的暢通性。排氣經(jīng)過該裝置的時候，顆粒物（直徑dp<1μm）隨氣體運動時將不再沿流線運動，而是擴散最后滯留在過濾體表面；一部分顆粒沿排氣流線流經(jīng)過多孔介質(zhì)時，由于顆粒尺寸而被多孔介質(zhì)收集；質(zhì)量較大的顆粒物，因為慣性較大，所以隨排氣流經(jīng)過濾體時偏離流線并最終滯留在過濾體表面。顆粒會被不銹鋼纖維絲網(wǎng)給攔截，剩下的一部分氣體是從絲網(wǎng)周圍流過。因為不銹鋼纖維絲網(wǎng)是半規(guī)律排列的，所以層層交錯，每一層都有一定的捕集效率，當層數(shù)足夠多時，捕集效率就會很高。

本發(fā)明具體工作原理為，氣體從縱向穿孔管5（圖3）進入第一腔室，透過穿管孔進入濾芯7，氣流方向發(fā)生改變，此時濾芯不僅可以過濾掉一大部分排放顆粒物，其絲網(wǎng)兼具有多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)同樣也可以大幅度的降低排氣噪音。氣體從濾芯出來后，氣流由徑向流動改為沿軸向流動，然后穿過支撐蓋上的排氣孔3，進入第二腔室，由于第二腔室的透氣面積大，故可以視之為擴張室，接下來，進入第二腔室的氣體，會穿過穿孔管進入橫向穿孔管12內(nèi)，氣流由原來的軸向流動變?yōu)檠刂┛坠艿膹较蛄鲃?，最后，進入穿孔管的氣體沿著橫向穿孔管12軸向方向經(jīng)排氣口2排出。

當聲波從縱向穿孔管5入射到由不銹鋼纖維濾芯7表面，纖維是有彈性的，在收到聲波沖擊時纖維產(chǎn)生振動，由于空氣粘性系數(shù)不能為零（在計算式為了便于計算可將空氣視為理想介質(zhì)），振動變成了阻尼振動，聲波的機械能最終轉(zhuǎn)化為熱能輻射出去。纖維是多層分布的，當聲波入射到纖維表面，一部分波會被反射，一部分透射。各透射波和反射波會被多級消耗，從而起到消聲作用。

對于縱向穿孔管5上的小孔，當孔徑≤4mm時即可實現(xiàn)變頻的作用，將噴注引起的噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍（聽覺最敏感的區(qū)域250-5000Hz）；因此在使用過程中，可將一個大截面用許多小孔來代替，便可以達到降低排氣管道內(nèi)噪聲的目的。對于穿孔管來說，合理的穿孔率匹配噪聲的共振能夠獲得理想的寬帶消聲效果。

當裝置工作一定時間后，積累在濾芯里的顆粒會嚴重阻礙氣體的排放，從而引起排氣管道與支撐蓋11上側(cè)及濾芯外側(cè)的壓力之差增加，此時壓差會克服單向減壓閥10的阻力而推開單向減壓閥的閥芯，使氣體從泄壓孔流出。未被處理的排氣，氣味及煙度較大，可以根據(jù)顏色及氣味對濾芯是否更換做出初步判斷。

其中，

1）縱向穿孔管5的直徑可以根據(jù)使用條件加工調(diào)整直徑，以配合排氣管的直徑，其焊接在下殼體上，排氣由此進入裝置。

2）單向減壓閥10設(shè)計有排氣通道、彈簧等，具體的壓力控制參數(shù)可根據(jù)實際發(fā)動機的工況調(diào)整彈簧的負荷。

3）濾芯7是由不銹鋼纖維絲網(wǎng)纏繞中間的縱向穿孔管5而成的多孔介質(zhì)，通過鋼絲來壓縮固定，并控制孔隙率適應不同工況。

4）鎖扣裝置的設(shè)計采用了便于拆卸的結(jié)構(gòu)，可以方便的將達到過濾能力的不銹鋼纖維絲網(wǎng)拆換掉。

5）外層殼體包括上殼體1和下殼體6，橫向穿孔管12和縱向穿孔管5都由304鋼加工制成。上殼體和下殼體靠鎖扣裝置連接，打開可以方便的更換不銹鋼纖維絲網(wǎng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。