CN104594988A - 一种汽油机催化器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽油机催化器，包括有前端法兰、后端法兰、扩张管、收缩管、氧传感器座及壳体；所述前端法兰的一端与排气歧管连接，另一端与所述扩张管连接为一体结构；所述扩张管的另一端同所述壳体连接为一体结构；所述收缩管的一端与所述壳体的一端连接为一体结构，所述收缩管的另一端同所述后端法兰连接；所述氧传感器座设置于所述扩张管上；所述氧传感器座的中心线与，过所述氧传感器座的中心线与所述扩张管中线的交点做所述扩张管中线的切线的夹角为67度。

Description

一种汽油机催化器

技术领域

本发明属于发动机领域，具体是指一种汽油机催化器。

背景技术

汽车排出的污染物对环境造成的危害日益引起公众的重视。各国家对汽车尾气排放的限制标准越来越严格。

为了满足排放法规，汽车厂家纷纷采取各种措施来降低污染物排放。目前，三元催化转化器是汽车排气系统中最为有效的机外净化装置之一，三元催化转化器可以将废气中的HC化合物、NO_X等转污染物化为对环境无污染的CO₂、N₂、H₂O。

因整车内部的布置空间有限，进行三元催化转化器设计的难点是减少催化转化器内气流速度分布的不均匀性并降低催化转化器的压力损失。

废气在催化转化器中的流动均匀性决定了催化转化器的转化效率以及使用寿命。

若进入催化转化器内部的废气流动均匀，其内部形成的气流漩涡越小，气流噪声也就越小，催化转化效率越高，相应的使用寿命也越长。

若进入催化转化器内部的废气流动不均匀，载体入口端面各部位气流流量不同。由于废气温度很高，流速高的载体区域温度高，容易老化，使用寿命减短并且容易烧蚀。流速低的载体区域废气流通量少，温度低，催化效率低，造成较大的浪费。

2009年全国实施机动车污染排放的国四标准，强制要求安装车载诊断系统(OBD)。OBD目的是使三元催化转化器工作在高转化率区，即排气中的HC化合物、CO的氧化净化率和NO的还原净化率均较高,从而使排气中的有害成分大幅度下降。OBD排放法规要求氧传感器采集准确。

排气中的氧分子的浓度取决于混合气的空燃比。

空燃比小于14.7/1时混合气偏浓，在燃烧过程中氧分子几乎被全部耗尽，排气中的氧分子浓度较低；当空燃比大于14.7/1时混合器偏稀，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽，排气中的氧分子浓度高。

氧传感器检测排气中的氧浓度，并随时向ECU控制装置反馈信号。

ECU则根据氧传感器反馈来的信号调整喷油量，如混合气偏浓，则减少喷油时间；反之，如混合气偏稀，则延长喷油时间。这样使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比附近。

氧传感器的安装位置十分重要，因为氧传感器信号采集准确与否影响到发动机的性能。一旦氧传感器信号采集不准确，ECU将不能得到排气管中氧浓度的准确信息，因而不能对空燃比进行精确的反馈控制，会使发动机油耗和排放污染物增加，发动机出现怠速不稳、冒黑烟、喘振等故障现象。

目前，大部分整车所使用的发动机催化转化器结构如图1所示。所述催化转化器主要包括六个部分，从排气歧管排出的废气经入口管3进入催化转化器，所述入口管3的管壁上安装有氧传感器安装座4，其上安装氧传感器，氧传感器采集流经此处废气中氧含量。ECU根据反馈的氧浓度来调整喷油量，从而确保混合气的空燃比保持在理论空燃比附近，随后废气进入圆台形扩张管1，在扩张管内废气重新分布，并进入载体，载体外围由壳体6封装。废气从载体流出后，进入圆台形收缩管2，最后废气经出口管5流出。

针对图1所示的催化转化器结构，在发动机的实际运行中，存在以下问题。

废气在催化转化器中的流动均匀性决定了催化转化器的转化效率以及使用寿命。在图1所示催化转化器中，废气从入口管3进入圆台形扩张管1后，重新分布，一部分废气流入载体的多孔内部，另一部分废气碰到载体的端面反弹，形成回旋的漩涡，见图2中扩张管内部的虚线气流流向。从载体中心流出的废气流量大，而载体外围部位流出的废气流量小。废气在催化转化器内部的流动均匀性差。由于废气温度很高，造成载体中心区域的温度高，容易老化，催化剂使用寿命减短，并且容易烧蚀。载体外围流出的废气流量小，温度低，催化剂的催化效率低，造成较大的浪费。废气经载体流入圆台形收缩管2后，废气撞向扩张管2的壁面，然后改变方向经出口管5流出，见图2中收缩管内部的虚线气流流向。废气气流与扩张管2相撞，压力损失增加，从而增加了催化转化器的排气背压。发动机的动力性能下降、经济性能变差。

氧传感器的安装位置十分重要，因为氧传感器信号采集准确与否影响到发动机的动力性能、经济性能和排放性能。在图1所示催化转化器中，氧传感器安装座4位于入口管3管壁的一侧，氧传感器安装在氧传感器安装座4上。若入口管3前存在一个弯管，而事实是在入口管3前一定存在一个变管，这是本领域的公知常识，废气从弯管进入入口管3后，由于弯管的导流作用，废气集中流经的部位在图3中虚线的下方区域。氧传感器位于图3中虚线的上方区域，其测量的废气是流经虚线上方的少部分废气中氧浓度。这部分氧浓度不能代表大部分废气中的氧浓度。氧传感器就不能准确地测量出废气中氧浓度，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排放污染物增加，发动机出现怠速不稳、冒黑烟、喘振等故障现象。

发明内容

本发明的目的是对现催化转化器提出改进技术方案，通过本技术方案能够克服现有的催化转化器中废气流动速度均匀性系数不高以及氧传感器不能准确测量废气中氧含量的问题，确保催化转化器保持较高的转化效率以及使用寿命，氧传感器准确采集废气中氧含量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽油机催化器，包括有前端法兰、后端法兰、扩张管、收缩管、氧传感器座及壳体；

所述前端法兰的一端与排气歧管连接，另一端与所述扩张管连接为一体结构；所述扩张管的另一端同所述壳体连接为一体结构；所述收缩管的一端与所述壳体的一端连接为一体结构，所述收缩管的另一端同所述后端法兰连接；所述氧传感器座设置于所述扩张管上；

所述扩张管包括有扩张管上壳和扩张管下壳；扩张管中线为螺旋线；

所述收缩管包括有收缩管上壳和收缩管下壳；收缩管中线为螺旋线；

通过过所述氧传感器座的中心线与所述扩张管中线的交点做出的所述扩张管中线的切线，与所述氧传感器座的中心线的夹角为67度。

所述壳体内还设置有催化剂及催化剂载体。

所述扩张管上壳和所述扩张管下壳之间通过焊接连接为一体结构。

所述收缩管上壳和所述收缩管下壳之间通过焊接连接为一体结构。

所述氧传感器座设置于所述扩张管上壳上。

本发明的有益效果是：

1、螺旋形扩张管的结构有利于废气流动均匀性。

2、氧传感器座的位置有利于氧传感器准确测量发动机废气中的氧浓度。

附图说明

图1为现技术催化转化器的结构示意图；

图2为现技术催化转化器内的废气流动示意图；

图3为现技术氧传感器座的安装结构图；

图4为本发明催化转化器结构示意图；

图5为本发明氧传感器座的安装结构图；

图6为本发明催化转化器内废气沿扩张管内壁面流动示意图；

图7为本发明催化转化器内废气沿螺旋形收缩管流动示意图。

附图标记说明

扩张管1，收缩管2，入口管3，氧传感器安装座4，出口管5，壳体6，前端法兰11，后端法兰12，扩张管上壳13，扩张管下壳14，收缩管上壳15，收缩管下壳16，氧传感器座17，壳体18。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图4至图7所示，本申请提供一种汽油机催化器，包括有前端法兰11、后端法兰12、扩张管、收缩管、氧传感器座17及壳体18；所述壳体18内还设置有催化剂及催化剂载体。

废气经汽油机气缸排出后，进入排气歧管，所述前端法兰11的一端与排气歧管连接，另一端与所述扩张管连接为一体结构；所述扩张管的另一端同所述壳体18连接为一体结构；所述收缩管的一端与所述壳体18的一端连接为一体结构，所述收缩管的另一端同所述后端法兰12连接；所述氧传感器座17设置于所述扩张管上；

所述扩张管包括有扩张管上壳13和扩张管下壳14；所述扩张管中线为螺旋线；

所述收缩管包括有收缩管上壳15和收缩管下壳16；所述收缩管中线为螺旋线；

所述氧传感器座17的中心线与，过所述氧传感器座17的中心线与所述扩张管中线的交点做所述扩张管中线的切线的夹角为67度。

扩张管上壳13经冲压工艺制造，扩张管下壳14经冲压工艺制造。扩张管上壳13与扩张管下壳14之间通过焊接工艺连接，形成催化转化器扩张管，该扩张管呈螺旋形结构。

氧传感器座17位于扩张管上壳13，氧传感器座17与扩张管上壳13之间通过焊接工艺连接，前端法兰11与扩张管之间通过焊接工艺连接。废气经扩张管进入催化剂载体，废气从催化剂载体流出后进入收缩管，收缩管由收缩管上壳15与收缩管下壳16组成，收缩管上壳15经冲压工艺制造，收缩管下壳16经冲压工艺制造，收缩管上壳15与收缩管下壳16之间通过焊接工艺连接，形成催化转化器收缩管，收缩管与后端法兰12之间通过焊接工艺连接，收缩管呈螺旋形结构。

螺旋形扩张管的结构有利于废气流动均匀性，废气进入扩张管后，气流沿扩张管内壁面流动形成螺旋形的气流流动，如图6所示。螺旋形气流促使废气在催化剂载体入口端面分布均匀，均匀分布的废气进入催化剂载体内部，催化剂载体中心区域和外围区域进入的废气流量基本相同，催化剂载体各部分承受的热载荷基本相同，避免了催化剂载体局部高温导致载体老化、烧蚀的现象发生。废气从催化剂载体流出后，进入螺旋形收缩管，废气沿螺旋形收缩管流动，如图7所示，避免了废气与收缩管壁面直接碰撞引起的压力损失，从而降低了发动机排气背压，有利于发动机动力性提高和低的油耗。

氧传感器座的位置有利于氧传感器准确测量发动机废气中的氧浓度，氧传感器座位于螺旋形扩张管中突出的部位，氧传感器座中心线与扩张管中心线所成角度为67度。废气在螺旋形扩张管内流动时，由于受到离心力的影响，废气会靠近螺旋形扩张管突起的一侧，氧传感器座布置在此位置，废气集中流经的部位会经过氧传感器，氧传感器可以更准确地测量出废气中氧含量，氧传感器将准确的氧含量反馈给ECU，从而精确地控制空燃比，确保催化转化器工作在高转化率区，避免发动机油耗和排放污染物的增加等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种汽油机催化器，包括有前端法兰、后端法兰、扩张管、收缩管、氧传感器座及壳体；

所述前端法兰的一端与排气歧管连接，另一端与所述扩张管连接为一体结构；所述扩张管的另一端同所述壳体连接为一体结构；所述收缩管的一端与所述壳体的一端连接为一体结构，所述收缩管的另一端同所述后端法兰连接；所述氧传感器座设置于所述扩张管上；其特征在于：

所述扩张管包括有扩张管上壳和扩张管下壳；扩张管中线为螺旋线；

所述收缩管包括有收缩管上壳和收缩管下壳；收缩管中线为螺旋线；

通过所述氧传感器座的中心线与所述扩张管中线的交点做出的所述扩张管中线的切线，与所述氧传感器座的中心线的夹角为67度。

2.根据权利要求1所述的汽油机催化器，其特征在于：所述壳体内还设置有催化剂及催化剂载体。

3.根据权利要求1所述的汽油机催化器，其特征在于：所述扩张管上壳和所述扩张管下壳之间通过焊接连接为一体结构。

4.根据权利要求1所述的汽油机催化器，其特征在于：所述收缩管上壳和所述收缩管下壳之间通过焊接连接为一体结构。

5.根据权利要求1所述的汽油机催化器，其特征在于：所述氧传感器座设置于所述扩张管上壳上。