內(nèi)燃叉車排氣裝置設(shè)計(jì)

張祥　白迎春　田潤(rùn)澤　葉曉宇　柳健　王全

摘要：內(nèi)燃叉車排氣裝置包括后處理系統(tǒng)和相應(yīng)的排氣管路，設(shè)計(jì)合理的排氣裝置，有利于提升發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和整機(jī)使用性能。設(shè)計(jì)一種基于顆粒捕集器后處理裝置的防水型高排氣管，以避免雨水流入尾氣后處理系統(tǒng)，引起載體炸裂的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃叉車；排氣裝置；后處理系統(tǒng)；高排氣管

1? ?研究背景

叉車尾氣排放污染物主要包括碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锖吞佳趸衔颷1]。內(nèi)燃叉車排氣裝置包括后處理系統(tǒng)和相應(yīng)的排氣管路，設(shè)計(jì)合理的排氣裝置，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和整機(jī)使用性能

叉車的排氣方式一般分為中位排氣和高排氣兩種。對(duì)于高排氣來講，后處理裝置的排氣口垂直向上，高排氣管可以通過一根直管連接在后處理裝置上。但對(duì)于中位排氣來說，連接管必須折彎才能與后處理裝置相連接。這給在有限的空間內(nèi)布置排氣管增加了難度，且彎曲的管路會(huì)對(duì)排氣阻力產(chǎn)生不利影響。若高排氣管設(shè)計(jì)不合理，在大雨天或車輛沖洗時(shí)，水會(huì)經(jīng)過高排氣管流到后處理內(nèi)部。水進(jìn)入后處理裝置后，會(huì)引發(fā)機(jī)體炸裂風(fēng)險(xiǎn)。為此設(shè)計(jì)一種基于顆粒捕集器后處理裝置的防水型高排氣管，以避免雨水流入尾氣后處理系統(tǒng)非常必要。

2? ?后處理系統(tǒng)分類

為滿足內(nèi)燃叉車排放升級(jí)要求，排氣系統(tǒng)后處理系統(tǒng)一般采用催化式排氣凈化器，將尾氣中烴類化合物、一氧化碳等有害物質(zhì)，通過氧化催化的方式轉(zhuǎn)化成無害物排放至大氣中[2]。常見后處理系統(tǒng)有氧化催化器、三元催化器和顆粒捕捉器。

2.1? ?氧化催化器

氧化催化器（DOC）表面具有特殊的載體結(jié)構(gòu)，當(dāng)叉車尾氣中有害物質(zhì)通過蜂窩狀薄壁多孔通道時(shí)，利用二次空氣噴射裝置為氧化反應(yīng)提供氧氣。其內(nèi)部的鉑、銠和鈀等金屬作為催化劑發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成碳水化合物，實(shí)現(xiàn)尾氣中污染物排放量的降低。DOC工作原理如圖1所示。

2.2? ?三元催化器

三元催化器（TWC）是串聯(lián)在排氣系統(tǒng)的后處理裝置，由金屬外殼、載體、催化劑和金屬網(wǎng)組成的，能夠?qū)⒉孳嚢l(fā)動(dòng)機(jī)尾氣有害的三種物質(zhì)碳氧、碳?xì)浜偷趸衔镛D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)二氧化碳、水和氮?dú)猓刮矚獾玫絻艋?。TWC典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3? ?顆粒捕集器

顆粒捕集器（DPF）是降低內(nèi)燃叉車尾氣中碳化物、氮化物和有害顆粒物等污染物排放最有效的方法。該技術(shù)主要是使尾氣通過布置在排氣管中的過濾材料，通過排氣動(dòng)能或者外部的高壓氣體倒吹，將顆粒物從 DPF上吹落或者搖晃剝離，實(shí)現(xiàn)DPF再生。燃燒器加熱再生DPF在過濾器的入口處設(shè)置燃燒器，噴入柴油和二次空氣，燃燒后引燃微粒進(jìn)行再生，利用碰撞、吸附、攔截或重力沉降等方式，將有害顆粒物從氣流中分離出來。DPF典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

考慮到后處理系統(tǒng)維護(hù)時(shí)需要從車體上拆下，本文設(shè)計(jì)一種后處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。它將前后壓差傳感器布置在DPF腔體上，避免后處理維護(hù)時(shí)，頻繁拆卸傳感器而導(dǎo)致傳感器損壞。

3? ?防水型高排氣管設(shè)計(jì)

常見排氣管口的形狀有直筒式、傾斜式和斜切式。內(nèi)燃叉車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排出后，由于溫度降低形成的水汽集聚在管口處，會(huì)造成排氣管冒黑煙。如果遇到下雨天氣，采用直筒式和傾斜式排氣管易導(dǎo)致雨水進(jìn)入排氣管，進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響[3]?？紤]到以上不良影響，本文將排氣管口設(shè)計(jì)為斜切式。

內(nèi)燃叉車排氣尾管溫度高達(dá)600℃，如果將排氣尾管設(shè)計(jì)于平衡重之下，高溫尾氣吹掃平衡重，會(huì)引發(fā)落塵現(xiàn)象，極大影響叉車的美觀，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管阻塞[4]。內(nèi)燃叉車一般存放在室外，若高排氣管設(shè)計(jì)不合理，如果遇到雨天或者車輛沖洗，雨水會(huì)經(jīng)過高排氣管流到后處理內(nèi)部。水進(jìn)入DPF載體，則會(huì)引起機(jī)體炸裂。

尾氣排氣裝置設(shè)計(jì)需要考慮以下影響因素：一是避免外界雨水順著排氣管壁流入后處理裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)。二是為有效防止排氣管出現(xiàn)“冒汗”現(xiàn)象，應(yīng)避免排氣管口豎直向下。三是排氣管與后處理系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置安全距離，避免高溫對(duì)電子器件產(chǎn)生干擾[5]。

基于以上問題，筆者研發(fā)出一種防水型高排氣管，即將尾氣排氣管設(shè)計(jì)位于平衡重之上，避免雨水進(jìn)入尾氣后處理裝置。在管壁中設(shè)計(jì)散熱孔，將排氣管口朝向斜下方，以便排氣過程中熱量的疏散。防水型高排氣管結(jié)構(gòu)如圖5所示。

排氣管1的外側(cè)下部，安裝用于與叉車固定的固定支架6，下端安裝用于與叉車排氣系統(tǒng)連接的連接件7。隔熱套管2上端安裝連接環(huán)3，其位于所述排氣管1的外側(cè)，安裝在固定支架6的上端，防水導(dǎo)流彎管4安裝在連接環(huán)3的上端，排氣管1的出氣口位于防水導(dǎo)流彎管4的內(nèi)部。排氣管1的上端為傾斜的斜面，排氣管1上端的斜面位于靠近防水導(dǎo)流彎管4上方的一側(cè)，排氣管1上端的斜面頂端高于防水導(dǎo)流彎管4的水平部?jī)?nèi)側(cè)底端。防水導(dǎo)流彎管4的水平部出氣口，為方向向下的斜面。隔熱套管2的側(cè)壁處均勻開設(shè)有排水孔5。連接環(huán)3下端與所述隔熱套管2上端通過焊接固定，上端與所述防水導(dǎo)流彎管4下端通過焊接固定。

為了解決現(xiàn)有排氣管難布置、易造成排氣阻力大的問題，本文提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，將后處理系統(tǒng)的排氣腔設(shè)計(jì)成可旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以滿足中位排氣、高排氣管路走向。將所設(shè)計(jì)的防水型高排氣管與后處理系統(tǒng)、排氣管組裝到一起，形成排氣裝置，如圖6所示。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

本文以某型內(nèi)燃叉車為研究對(duì)象，針對(duì)內(nèi)燃叉車尾氣排氣管設(shè)計(jì)的缺陷，設(shè)計(jì)一種防水型高排氣管的排氣裝置。該防水型高排氣管能夠優(yōu)化排氣裝置，有效解決發(fā)動(dòng)機(jī)排氣熱吹平衡重和輪胎的問題。

參考文獻(xiàn)

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