CN102493859A - 一种车用催化转化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用催化转化器，包括上壳体、下壳体，前端盖、后端盖，前挡板、后挡板、进气管、出气管、消音管和催化剂载体组件；左挡板和右挡板间隔设置在壳体内，并将壳体内腔分割成进气腔、中腔和出气腔；其中左挡板上设有多个通气通道将进气腔与中腔连通，右挡板将中腔和出气腔分割；进气管从上壳体侧面进入进气腔，穿过左挡板连通中腔；出气管从下壳体侧面出气；催化剂载体组件设置在中腔内，并连接在左挡板和右挡板之间，且分别与进气腔和出气腔连通。本发明的催化转化器结构紧凑，并经过CFD-FLUENT软件分析，流动性能好，压损适中，并具有一定的消声作用。

Description

一种车用催化转化器

技术领域

本发明专利涉及柴油机排气后处理系统领域，更具体的说是涉及汽车尾气处理的催化转化器。

背景技术

柴油机在动力性、经济性和可靠性方面都比汽油机有明显的优势，特别是CO₂排放低，其用途已逐渐扩展到各类车型上。但柴油机存在最大的问题是氮氧化物(NO_x)和颗粒物(PM)排放严重。随着中国排放控制法规越来越严，以及国产柴油发动机性能及油品问题，光靠机内净化措施显得力不从心，因此有必要采取机外后处理装置来达到排放目标。

柴油发动机尾气选择性催化还原技术(SCR)是车用柴油发动机的一种机外后处理技术，可以有效改善柴油机NO_x的排放，并对柴油含硫量不敏感。该技术通过在排气管中喷入一定浓度的尿素溶液，经热解(反应1)和水解(反应2)后产生的NH₃和NO_x在催化转化器中发生还原反应(反应3-5)，将NO_x转化为H₂O和N₂。

(NH₂)²CO→NH₃+HNCO       (1)

H₂O+HNCO→NH₃+CO₂        (2)

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O    (3)

2NH₃+NO+NO₂→2N₂+3H₂O    (4)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O     (5)

对于用于柴油机尾气处理的催化转化器的主要评价指标，可以由以下指标来评价：

1、流体在各个催化剂载体间的分布以及每个催化剂载体前端面的流动均匀性值。

改善尾气在各个催化剂载体间的质量流量分布，有利于提高载体催化剂的利用率，提高催化剂的转化效率；有利于降低气流在催化剂载体上的压力损失；有利于催化剂载体更快的达到起燃温度。

2、系统的压力损失

催化转化器的压力损失时整个排气系统的一个部分，降低催化转化器的压力损失有利于降低排气系统的背压，从而有利于改善发动机的性能。

3、空速

空速的大小反应了气流在催化剂载体上的停留时间。空速越小，气流在催化剂载体中的停留时间越长，转化效率就越高。

4、声学插入损失

发明内容

本发明的目的，在于提供一种流动性能好、压损适中，并具有消声功能，用于汽车尾气处理的催化转化器。

为实现以上目的，本专利采用的技术方案是：

一种车用催化转化器，包括上壳体、下壳体，左端盖、右端盖，左挡板、右挡板、进气管、出气管、消音管和催化剂载体组件，其特征在于所述的左挡板和右挡板间隔设置在壳体内，并将壳体内腔分割成进气腔、中腔和出气腔；所述的催化剂载体组件设置在所述的中腔内的中心位置，并连接在左挡板和右挡板之间，且分别与所述的进气腔和出气腔连通，所述的催化剂载体组件与所述的上壳体和下壳体之间形成一个与所述的进气腔联通的环形腔窒；所述的进气管一端与发动机排气管相连，另一端穿过所述的上壳体和左挡板后进入到所述的环形腔室内，并与所述的右挡板密封固定，所述进气管位于所述环形腔室部分的管体上开设有多个通气孔；所述的消音管设置在所述的环形腔室内，并连接在所述的左挡板和右挡板之间，所述的消音管上设有多个通气孔；所述的出气管与所述下壳体连接。

根据本发明，所述的进气管从上壳体侧面进入进气腔。

根据本发明所述的出气管与下壳体侧面连接。

根据本发明，催化剂载体组件共1组并设置在进气腔和出气腔之间，催化剂载体组件包括载体、包覆在载体外的衬垫和包覆在衬垫外的壳体。载体为圆柱形结构，载体内沿轴向设有多条贯穿两端面的平行通道，各通道的内表面设有催化剂涂层。壳体和衬垫可以保护和夹持载体，防止载体在工作中失效。

众所周知，对于尿素SCR系统，一个比较常见的问题就是从喷嘴喷射出的尿素溶液在达到催化剂载体前不能够充分的蒸发、热解，从而无法与尾气充分的混合，达到较高的NO_X转化率。为了解决尿素的蒸发水解问题，一般采取的措施是加长喷嘴与催化剂载体之间的距离，使尿素溶液有充分的蒸发和水解空间。或者在管道内加设混合器。但是，增大喷嘴和催化剂载体之间的距离会引起尾气在进气管部分散热过多，对催化还原反应不利，还会因为管道过长引起空间布置困难，很难满足装车要求。增加管道混合器不仅增大了系统背压，还会增大整个催化器系统的设计成本。为此需要设计一种进气管道，此进气管道即可以满足尿素蒸发水解的空间要求，又可以尽量减少布置空间，降低散热损失，且尽量降低系统成本。

本发明的特点在于：进气管在催化转化消声器内部有较长的一段管道，且存在一个弯管，弯管后端设置穿孔用于气流的均布。排气和尿素溶液进入催化器后，在弯管前的管道进行蒸发、水解和混合，在弯管后经穿孔进入催化器内腔。由于催化器内温度较高，且保温效果较好，因此更有利于尿素溶液的蒸发和水解。催化器箱体的保温效果，还可以有效的防止尿素溶液在管道内壁结晶的产生。

采用在催化器内部弯转的进气管道，不仅可以很好的解决尿素溶液的蒸发和热解需要较长的管道问题，还可以解决整个催化转化器空间布置安装问题。结构紧凑，形式简单。

本发明的一种用于柴油机尾气处理的催化转化器经CFD-FLUENT流动分析和声学分析论证，表明其具有流动性能好、压损适中的优点和特点，并具有一定的消声的作用。

附图说明

图1是本发明的一种车用催化转化器的内部结构详图。

图2是本发明的主视图。

图3是本发明的左视图。

图4是本发明图2的A-A剖面图。

图5是本发明图2的B-B剖面图。

图6是本发明左挡板的结构示意图。

图7是本发明催化剂载体组件图。

其中：1-进气腔；2-中腔；3-出气腔；4-进气管；5-左挡板；6-左端盖；7-消音管；8-催化剂载体组件；9-右挡板；10-出气管；11-右端盖；12-上壳体；13-下壳体；21-中腔内的环形腔室；41-进气管上的通孔；51-左挡板的中央通道；52-左挡板的第一通孔；53-左挡板的第二通孔；54-左挡板的周围通道；71-消音管上的通孔；81-载体；82-催化剂载体组件的衬垫；83-催化剂载体组件的壳体。

具体实施方式

参见图1至图5，本发明的车用催化转化器，包括上壳体12、下壳体13，左端盖6、右端盖11，左挡板5、右挡板9、进气管4、出气管10、消音管7和催化剂载体组件8，其特征在于所述的左挡板5和右挡板9间隔设置在壳体内，并将壳体内腔分割成进气腔1、中腔2和出气腔3；所述的催化剂载体组件8设置在所述的中腔2内的中心位置，并连接在左挡板5和右挡板9之间，且分别与所述的进气腔1和出气腔3连通，所述的催化剂载体组件8与所述的上壳体12和下壳体11之间形成一个与所述的进气腔1联通的环形腔窒21；所述的进气管4一端与发动机排气管相连，另一端穿过所述的上壳体12的侧面和左挡板5后进入到所述的环形腔室21内，并与所述的右挡板9密封固定，所述进气管位于所述环形腔室部分的管体上开设有多个通气孔41；所述的消音管7设置在所述的环形腔室21内，并连接在所述的左挡板5和右挡板9之间，所述的消音管7上设有多个通气孔71；所述的出气管10与所述下壳体13的侧面连接。

参照图6，所述的左挡板5上设有联通进气腔1与催化剂载体组件8的中央通道51、供所述进气管4穿越的第一通孔52、连接所述消音管7的第二通孔53以及联通所述进气腔1和环形腔室21的周围通道54。

左挡板上设有多个通气通道将进气腔与中腔连通。右挡板将中腔和出气腔分割。进气管与发动机排气管相连，并从上壳体侧面进入进气腔，穿过左挡板连通中腔。出气管从下壳体侧面出气。催化剂载体组件设置在中腔内，并连接在左挡板和右挡板之间，且分别与进气腔和出气腔连通。进气管上设有多个通气孔。消音管设置在左挡板和右挡板之间，消音管与进气腔连通，并在消音管上设有多个通气孔。

参见图7，催化剂载体组件包括载体81、包覆在载体外的衬垫82和包覆在衬垫外的壳体83。载体81为圆柱形结构，载体内沿轴向设有多条平行通道贯穿两端面，各通道的内表面设有催化剂涂层。壳体和衬垫可以保护和夹持载体，防止载体在工作中失效。

本发明的工作原理如下：排气从进气管4进入转化器，从通孔71进入到环形腔室21，通过左挡板上的周围通道54进入进气腔1，再通过催化剂载体组件8进行催化反应将排气净化后到出气腔3内，最后从出气管10排向大气。

本发明的一种车用催化转化器经CFD-FLUENT流动分析和声学分析论证，表明其具有流动性能好、压损适中的优点和特点，并具有一定的消声作用。

Claims (6)

1.一种车用催化转化器，包括上壳体(12)、下壳体(13)，左端盖(6)、右端盖(11)，左挡板(5)、右挡板(9)、进气管(4)、出气管(10)、消音管(7)和催化剂载体组件(8)，其特征在于所述的左挡板(5)和右挡板(9)间隔设置在壳体内，并将壳体内腔分割成进气腔(1)、中腔(2)和出气腔(3)；所述的催化剂载体组件(8)设置在所述的中腔(2)内的中心位置，并连接在左挡板(5)和右挡板(9)之间，且分别与所述的进气腔(1)和出气腔(3)连通，所述的催化剂载体组件(8)与所述的上壳体(12)和下壳体(11)之间形成一个与所述的进气腔(1)联通的环形腔窒(21)；所述的进气管(4)一端与发动机排气管相连，另一端穿过所述的上壳体(12)和左挡板(5)后进入到所述的环形腔室(21)内，并与所述的右挡板(9)密封固定，所述进气管位于所述环形腔室部分的管体上开设有多个通气孔(41)；所述的消音管(7)设置在所述的环形腔室(21)内，并连接在所述的左挡板(5)和右挡板(9)之间，所述的消音管(7)上设有多个通气孔(71)；所述的出气管(10)与所述下壳体(13)连接。

2.如权利要求1所述的一种车用催化转化器，其特征在于所述的左挡板(5)上设有联通进气腔(1)与催化剂载体组件(8)的中央通道(51)、供所述进气管(4)穿越的第一通孔(52)、连接所述消音管(7)的第二通孔(53)以及联通所述进气腔(1)和环形腔室(21)的周围通道(54)。

3.如权利要求1所述的一种车用催化转化器，其特征在于所述的进气管(4)从上壳体(12)侧面进入进气腔(1)。

4.如权利要求1所述的一种车用催化转化器，其特征在于所述的出气管(10)与下壳体(13)侧面连接。

5.如权利要求1所述的一种车用催化转化器，其特征在于所述的催化剂载体组件(8)共1组并设置在进气腔(1)和出气腔(3)之间，催化剂载体组件(8)包括载体(81)包覆在载体外的衬垫(82)和包覆在衬垫外的壳体(83)。

6.如权利要求5所述的一种车用催化转化器，其特征在于所述的载体(81)为圆柱形结构，载体内沿轴向设有多条贯穿两端面的平行通道，各通道的内表面设有催化剂涂层。

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