CN106545388A - 车用催化转化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用催化转化器，其包括从发动机排出的废气流入其一侧并且废气从其相对侧离开的LNT转化器。LNT转化器在稀薄环境下捕集废气中所含的氮氧化物，在富集环境下解吸所捕集的氮氧化物，并且还原废气中所含的氮氧化物或所解吸的氮氧化物。连接壳体将废气的路径方向改变为垂直方向，并使还原剂注入废气。SDPF转化器将废气的路径方向改变为与LNT转化器中的废气方向相反的方向，捕集废气中所含的颗粒物质，并且使用所注入的还原剂还原废气中所含的氮氧化物。

Description

车用催化转化器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2015-0132435号的优先权，其全部内容引入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及一种车用催化转化器，并且更特别地，涉及一种能够使稀燃NOx捕集(lean NOx trap，LNT)转化器与选择性催化还原涂层(SDPF)转化器之间的距离最小化的车用催化转化器。
背景技术
通常，废气通过排气歧管排出发动机。在废气通过尾管排放到大气中之前，通过在排气管中安装的催化转化器净化，然后经过消声器衰减噪音。催化转化器去除废气中所含的污染物。此外，颗粒过滤器被安装在排气管中以捕集废气中所含的颗粒物质(PM)。
脱氮催化剂(DeNOx催化剂)是一种去除废气中所含的氮氧化物(NOx)的催化转化器。当例如尿素、氨、一氧化碳、碳氢化合物(HC)的还原剂在废气中时，废气中所含的氮氧化物在脱氮催化剂中通过与还原剂的氧化还原反应还原。
近年来，稀燃NOx捕集器(LNT)被用作脱氮催化剂。当LNT在发动机空燃比低的稀薄环境下操作时，LNT吸附废气中所含的氮氧化物。当LNT在发动机空燃比高的富集环境下操作时，LNT解吸所吸附的氮氧化物并且还原所解吸的氮氧化物和废气中所含的氮氧化物。
然而，当废气温度高(例如，废气温度高于400℃)时，LNT不能去除废气中所含的氮氧化物。特别是，当用于捕集废气中所含的颗粒物质(PM)的颗粒过滤器被再生或由LNT灭活的硫被去除时，废气温度会变得很高。因此，废气中所含的氮氧化物可能会被排放到车辆的外部。
近年来，随着排放法规日趋严格，独立的DeNOx催化剂(例如，复合催化剂单元(选择性催化还原涂层，SDPF))与LNT一起使用。
在相关技术中，SDPF安装在LNT后端，结果，为了把尿素均匀输入到SCR，必须保持LNT与SDPF之间的预定距离。
为此，当从LNT排出的废气到达SDPF时，热损失发生并且SCR的NOx去除率下降。通过使用后注射提高废气温度的方法有时被用于解决上述问题，但在这种情况下，车辆的燃油效率降低。
在此背景技术部分中所公开的上述信息仅仅是为了加强对本发明背景技术的理解，因此，其可能包含不构成对于本国本领域普通技术人员来说已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种车用催化转化器，其具有为了使去除NOx的SDPF的效率最大化，能够使LNT与SDPF之间的距离最小化的新结构。
根据本发明构思的示例性实施方式，车用催化转化器包括稀燃NOx捕集(LNT)转化器，从发动机中排出的废气流入其一侧并且通过其相反侧废气排出，在空燃比低于参考比率的稀薄环境(leanenvironment)下捕集废气中所含的氮氧化物，在空燃比等于或高于参考比率的富集环境(rich environment)下解吸所捕集的氮氧化物，并且还原废气中所含的氮氧化物或所解吸的氮氧化物。连接壳体将从所述LNT转化器排出的废气的路径方向改变成垂直方向并且允许将还原剂注入废气。选择性催化还原涂层(SDPF)转化器将流自连接壳体的废气的路径方向改变为与从LNT转化器中排出的废气方向相反的方向，捕集废气中所含的颗粒物质，并且使用所注射的还原剂还原废气中所含的氮氧化物。
LNT转化器可包括：LNT本体，其中配置有LNT催化剂；LNT入口，其在LNT本体中形成并且从发动机排出的废气流进LNT入口；以及LNT出口，其在LNT本体中LNT入口的对面侧形成并且经过LNT催化剂的废气从所述LNT出口处排出。
催化转化器还可包括LNT绝热体，其配置在LNT本体与LNT催化剂之间。
LNT入口可在LNT锥形部分中形成，该锥形部分具有沿废气移动路径逐渐增大的横截面。
LNT锥形部分可具有前端温度传感器被安装在其上的前端温度传感器托架，和前端λ传感器被安装在其上的前端λ传感器托架。
SDPF转化器可包括：SDPF本体，其中配置有SDPF催化剂；SDPF入口，其在SDPF本体的一侧形成并且从连接壳体排出的废气流进SDPF入口；以及SDPF出口，其在SDPF入口对面的SDPF本体的另一侧形成并且经过SDPF催化剂的废气从SDPF出口排出。
催化转化器还可包括SDPF绝热体，其配置在SDPF本体与SDPF催化剂之间。
在SDPF出口的一侧可形成后端氮氧化物传感器被安装在其上的后端氮氧化物传感器托架，和差压传感器被安装在其上的后端压力传感器托架。
连接壳体可包括：下盖，其连接LNT出口的部分和SDPF入口的部分；和上盖，其配置在下盖的上侧并且覆盖LNT出口和SDPF入口，并且连接流径可形成在下盖与上盖之间并且废气沿其从LNT出口移动到SDPF入口。
上盖可包括：内盖；外盖，其配置在内盖的外侧处并且以与内盖相对应的形状形成；以及连接绝热体，其配置在内盖与外盖之间。
注射模块托架可形成在上盖上，其中注射模块托架上安装有用于向废气注射还原剂的注射模块，并且注射模块可沿在连接壳体中形成的连接流径的方向注射还原剂。
混合器可配置在上盖与下盖之间，其将从注射模块注射的还原剂与废气均匀地混合。
上盖可具有前端氮氧化物传感器和后端λ传感器被安装在其上的传感器托架，后端温度传感器被安装在其上的后端温度传感器托架，以及差压传感器被安装在其上的前端压力传感器托架。
催化转化器还可包括至少一个用于将LNT转化器固定到发动机的LNT托架。
催化转化器还可包括至少一个用于将连接壳体固定到发动机的连接托架。
催化转化器还可包括至少一个用于将SDPF转化器固定到发动机的SDPF托架。
根据本发明的示例性实施方式的车用催化转化器，由于LNT转化器和SDPF转化器通过连接壳体连接，可使沿从发动机排出然后经过LNT转化器流入SDPF转化器的废气的路径最小化。
由于沿从LNT转化器排出然后流入SDPF转化器的废气的路径最小化，可使废气温度的降低最小化，从而提高SCR的NOx去除率。
附图说明
附图旨在用作描述示例性实施方式的参考，并且附图不应被解释为限制本发明的技术精神。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器的配置的框图。
图2是示出根据本发明构思的示例性实施方式的催化转化器的透视图。
图3是示出根据本发明构思的示例性实施方式的催化转化器的另一透视图。
图4是示出根据本发明构思的示例性实施方式的催化转化器的分解透视图。
图5是示出根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的透视图。
图6是示出根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的另一透视图。
图7是根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的分解透视图。
图8是示出根据本发明构思的示例性实施方式的连接壳体的透视图。
图9是示出根据本发明构思的示例性实施方式的连接壳体的另一透视图。
图10是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的透视图。
图11是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的另一透视图。
图12是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的分解透视图。
图13是用于解释在根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器中的废气流的示意图。
具体实施方式
下面将参照示出了本发明示例性实施方式的附图更全面地描述本发明。本领域的技术人员可认识到，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以采用各种不同的方式修改所述的实施方式。
与描述不相关的部分将被省略从而更清晰地描述本发明，在整个说明书中，相同或相似的构成元素将被指定相同的参考数字。
图中所示的每个部件的尺寸和厚度是任意显示的，仅为了便于理解和易于描述，但本发明不限于此。为了清晰的表达，扩大了数个部分和区域的厚度。
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器。
图1是示出根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器的配置的框图。图2是示出根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器的透视图。图3是示出根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器的另一透视图。图4是示出根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器的分解透视图。
正如在图1至图4中所示，根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器包括稀燃NOx捕集器(LNT)转化器100、选择性催化还原涂层(SDPF)转化器300、以及连接LNT转化器100和SDPF转化器300的连接壳体200。
基于附图，从LNT转化器100流入并流出的废气，从左到右流动。
连接壳体200改变废气的路径，使得从LNT转化器100排出的废气沿垂直方向向下流动。即，废气在连接壳体200内部从上侧流动到下侧。在这种情况下，通过注射模块(未显示)将还原剂注入废气。
此外，从连接壳体200流入SDPF转化器300的废气，在LNT转化器100内部从右到左流动。即，废气在LNT转化器100内部流动的方向与废气在SDPF转化器300内部流动的方向相反。
由于废气在LNT转化器100内部流动的方向与在SDPF转化器300内部流动的方向相反，在LNT转化器100与SDPF转化器300之间建立直接连接，由此可以使废气的热损失最小化。
以下，将具体描述根据本发明的LNT转化器100、连接壳体200和SDPF转化器300。
首先，参考附图将详细描述LNT转化器。
图5是示出根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的透视图。图6是示出根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的另一透视图。图7是根据本发明构思的示例性实施方式的LNT转化器的分解透视图。
参考图5至图7，LNT转化器100具有LNT入口114和LNT出口115，使得从发动机排出的废气流入LNT转化器100然后通过对侧离开。
LNT转化器100包括其中设置有LNT催化剂140的LNT本体110、形成在LNT本体110内并且从发动机排出的废气流入其中的LNT入口114。LNT出口115形成在LNT本体110内、LNT入口114的对侧，并且经过LNT催化剂140的废气从LNT出口115排出。
LNT入口114和LNT出口115可彼此同轴。由于LNT入口114和LNT出口115彼此同轴，废气流入LNT入口114，经过LNT催化剂140，然后沿水平方向通过LNT出口115离开(从左到右)。
LNT本体110具有圆柱形状。具有沿废气的移动路径逐渐增加的横截面的LNT锥形部分112形成在LNT本体110的一侧，并且LNT入口114形成在LNT锥形部分112内。
这里，LNT转化器100的长度可为发动机长度的0.5至1倍。
此外，LNT锥形部分112具有前端温度传感器被安装在其上的前端温度传感器托架118、和前端λ传感器被安装在其上的前端λ传感器托架116。前端温度传感器检测流入LNT转化器100的废气温度，并且前端λ传感器检测流入LNT转化器100的废气中所含的氧气浓度。
LNT催化剂140设置于LNT本体110内。LNT绝热体130可设置在LNT本体110与LNT催化剂140之间。由于LNT绝热体130设置在LNT本体110与LNT催化剂140之间，可防止流入LNT转化器100的废气的热损失。
用于将LNT转化器100固定到发动机的LNT托架119设置在LNT本体110的外周。
接着，将参考附图详细描述SDPF转化器。
图10是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的透视图。图11是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的另一透视图。图12是示出根据本发明构思的示例性实施方式的SDPF转化器的分解透视图。
参照图10至图12，SDPF转化器300包括其中设置有SDPF催化剂340的SDPF本体310和形成在SDPF本体310一侧且从连接壳体200排出的废气流入其中的SDPF入口311。SDPF出口312形成在SDPF本体310的另一侧、SDPF入口311的对侧，并且经过SDPF催化剂340的废气从SDPF出口312排出。
在这种情况下，SDPF转化器300的长度可以是发动机长度的1至2倍。
通过SDPF出口312排出的废气经过消音器(未示出)来衰减噪声，然后通过尾管(未示出)排放到大气。
SDPF催化剂340设置在SDPF本体310内。SDPF催化剂340通过以SCR催化剂涂覆多孔障壁形成，该多孔障壁构成DPF的通道。
当废气经过SDPF催化剂340时，捕集废气中所含的颗粒物质。此外，涂覆在SDPF催化剂340上的SCR催化剂使用由注射模块中注入的还原剂还原废气中所含的氮氧化物。
SDPF绝热体330可设置在SDPF本体310与SDPF催化剂340之间，因此可防止流入SDPF转化器300的废气的热损失。
此外，在SDPF出口312的一侧，形成后端氮氧化物传感器被安装在其上的后端氮氧化物传感器托架315，并且形成差压传感器被安装在其上的后端压力传感器托架314。后端氮氧化物传感器检测经过SDPF催化剂340的废气中所含的氮氧化物的量。差压传感器安装在后端压力传感器托架314与前端压力传感器托架214之间。差压传感器检测废气经过SDPF催化剂340之前和之后之间的废气压力之差。
用于将SDPF转化器300固定到发动机的至少一个SDPF托架318或319设置在SDPF本体310上。
接着，将参考附图详细描述连接壳体200。
图8是示出根据本发明构思的示例性实施方式的连接壳体的透视图。图9是示出根据本发明构思的示例性实施方式的连接壳体的另一透视图。
参照图4、图8和图9，连接壳体200包括下盖240，其连接LNT出口115的部分和SDPF入口311的部分。上盖201设置在下盖240的上侧并且覆盖LNT出口115和SDPF入口311。
沿着废气从LNT出口115移动到SDPF入口311的连接流路216形成在下盖240与上盖201之间。在这种情况下，在LNT转化器100内沿水平方向流动的废气通过连接流路216垂直向下流动(从上侧到下侧)。
上盖201包括内盖210，设置在内盖210外侧并具有对应于内盖210的形状的外盖230。连接绝热体220设置在内盖210与外盖230之间。由于连接绝热体220设置在内盖210与外盖230之间，可防止经过在内盖210与下盖240之间形成的连接流路216的废气的热损失。
将还原剂注入到废气中的注射模块设置在上盖201上。注射模块沿在连接壳体200内形成的连接流路216的方向(垂直方向)注射还原剂。
在这种情况下，将从注射模块注入的还原剂与废气均匀地混合的混合器250安装在上盖201与下盖240之间。混合器250具有板状的混合器本体，其带有多个混合孔，使得在经过混合孔时废气可与还原剂均匀地混合。
在上盖201上形成前端氮氧化物传感器和后端λ传感器被安装在其上的传感器托架262。形成注射模块托架260，其上安装有用于注入还原剂的注射模块。形成后端温度传感器被安装在其上的后端温度传感器托架212，并且形成压力传感器被安装在其上的前端压力传感器托架214。
前端氮氧化物传感器检测经过LNT催化剂140的废气中所含的氮氧化物的量。后端λ传感器检测经过LNT催化剂140的废气中所含的氧气浓度。后端温度传感器检测流入SDPF催化剂340的废气的温度。
用于将连接壳体200固定到发动机的至少一个连接托架238或239设置在上盖201上。
以下，将参考附图详细描述根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器内流动的废气流。
图13是用于说明根据本发明构思的示例性实施方式的车用催化转化器内的废气流动的示意图。
参考图13，从发动机排出的废气流入LNT入口114，经过LNT催化剂140，然后通过LNT出口115离开。在这种情况下，由于LNT出口115形成在LNT入口114对面，废气从左到右流动。
当废气经过LNT催化剂140时，LNT催化剂140在空燃比低的稀薄环境下捕集废气中所含的氮氧化物(NOx)，在富集环境下解吸所捕集的氮氧化物，并还原废气中所含的氮氧化物或所解吸的氮氧化物。此外，LNT催化剂140氧化废气中所含的一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)。
应当理解，碳氢化合物是指由废气和燃料中所含的碳和氢组成的化合物。
经过LNT转化器100的废气在连接壳体200内从上侧流动到下侧。在这种情况下，通过设置在上盖201上的注射模块将还原剂(例如，尿素)注射到废气中。此外，还原剂与废气由混合器均匀地混合。
与还原剂混合的废气流入SDPF转化器300，并且废气在SDPF转化器300内从右向左流动。当废气在SDPF转化器300内经过SDPF催化剂340时，捕集废气中所含的颗粒物质，并且通过SCR催化剂还原废气中所含的氮氧化物。
根据本发明构思的示例性实施方式，废气在LNT转化器100内流动的方向与废气在SDPF转化器300内流动的方向相反，并且连接壳体200被设置成使得从LNT转化器100排出的废气垂直向下流动。此外，注射模块被布置成沿废气在连接壳体200内流动的方向注射还原剂。
如上所述，由于废气在LNT转化器100内流动的方向与废气在SDPF转化器300内流动的方向相反，并且连接壳体200允许从LNT转化器100排出的废气垂直向下(在垂直方向)流入SDPF转化器的SDPF入口，LNT转化器100和SDPF转化器300可被布置为彼此最接近。另外，由于还原剂通过注射模块沿废气在连接LNT转化器100和SDPF转化器300的连接壳体200内流动的方向注射，可使LNT转化器100与SDPF转化器300之间的距离最小化。
根据本发明，可使从LNT转化器100中排出然后流入SDPF转化器300的废气的热损失最小化。
此外，由于绝热体设置在LNT转化器100、连接壳体200和SDPF转化器300内，可使废气的热损失最小化。
由于经过LNT转化器100然后流入SDPF转化器300的废气的热损失最小化，可维持流入SDPF转化器300的废气的高温，因此提高SCR催化剂的净化率。
由于催化转化器可凭借LNT托架119、连接托架238和239、以及SDPF托架319稳定地固定到发动机壳体(未示出)或排气歧管(未示出)，可提高催化转化器的整体刚性。
尽管结合目前被作为实践的示例性实施方式描述本发明，然而应认识到本发明不局限于这些公开的实施方式，而是相反地，意欲涵盖包括在所附的权利要求的精神和范围内的各种变形和等同配置。

Claims (16)

1.一种车用催化转化器，所述催化转化器包括：
LNT转化器，从发动机排出的废气流入所述LNT转化器一侧，并且废气从其相反侧离开，其在空燃比低于参考比率的稀薄环境下捕集废气中所含的氮氧化物，在所述发动机的空燃比等于或高于参考比率的富集环境下解吸所捕集的氮氧化物，并且还原废气中所含的氮氧化物或所解吸的氮氧化物；
连接壳体，其将从所述LNT转化器排出的废气的路径改变成垂直方向并且使还原剂注入废气；以及
选择性催化还原涂层(SDPF)转化器，所述SDPF转化器将从所述连接壳体流出的废气的路径方向改变为与从所述LNT转化器中排出废气的方向相反的方向，捕集废气中所含的颗粒物质，并且使用所述还原剂还原废气中所含的氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述LNT转化器包括：
LNT本体，其中布置有LNT催化剂；
LNT入口，其在所述LNT本体中形成，并且从发动机排出的废气流入所述LNT入口；以及
LNT出口，其在所述LNT本体中、所述LNT入口的相对侧形成，并且经过所述LNT催化剂的废气从所述LNT出口排出。
3.根据权利要求2所述的催化转化器，还包括：
LNT绝热体，其布置在所述LNT本体与所述LNT催化剂之间。
4.根据权利要求2所述的催化转化器，其中所述LNT入口在LNT锥形部分中形成，所述LNT锥形部分具有沿废气的移动路径逐渐增大的横截面。
5.根据权利要求4所述的催化转化器，其中所述LNT锥形部分具有前端温度传感器被安装在其上的前端温度传感器托架、和前端λ传感器被安装在其上的前端λ传感器托架。
6.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述SDPF转化器包括：
SDPF本体，其中布置有SDPF催化剂；
SDPF入口，其在所述SDPF本体的一侧形成，并且从所述连接壳体排出的废气流入所述SDPF入口；以及
SDPF出口，其在所述SDPF入口对面所述SDPF本体的另一侧形成，并且经过所述SDPF催化剂的废气从所述SDPF出口排出。
7.根据权利要求6所述的催化转化器，还包括：
SDPF绝热体，其布置在所述SDPF本体与所述SDPF催化剂之间。
8.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述SDPF出口具有后端氮氧化物传感器被安装在其上的后端氮氧化物传感器托架、和差压传感器被安装在其上的后端压力传感器托架。
9.根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述连接壳体包括：
下盖，其连接所述LNT出口的一部分和所述SDPF入口的一部分；
上盖，其布置在所述下盖的上侧并且覆盖所述LNT出口和所述SDPF入口，以及
连接流径，其在所述下盖与所述上盖之间形成并且废气沿所述连接流径从所述LNT出口移动到所述SDPF入口。
10.根据权利要求9所述的催化转化器，其中所述上盖包括：
内盖；
外盖，其连接到所述内盖的外侧并且具有与所述内盖相对应的形状；以及
连接绝热体，其布置在所述内盖与所述外盖之间。
11.根据权利要求9所述的催化转化器，其中在所述上盖上形成注射模块托架，在所述注射模块托架上安装有用于将还原剂注射到废气中的注射模块，并且
其中所述注射模块沿在所述连接壳体中形成的连接流径的方向注射所述还原剂。
12.根据权利要求11所述的催化转化器，其中在所述上盖与所述下盖之间布置混合器，所述混合器将从所述注射模块注射的还原剂与废气均匀地混合。
13.根据权利要求9所述的催化转化器，其中所述上盖具有前端氮氧化物传感器和后端λ传感器被安装在其上的传感器托架、后端温度传感器被安装在其上的后端温度传感器托架、以及差压传感器被安装在其上的前端压力传感器托架。
14.根据权利要求1所述的催化转化器，还包括：
至少一个用于将所述LNT转化器固定到所述发动机的LNT托架。
15.根据权利要求1所述的催化转化器，还包括：
至少一个用于将所述连接壳体固定到所述发动机的连接托架。
16.根据权利要求1所述的催化转化器，还包括：
至少一个用于将所述SDPF转化器固定到所述发动机的SDPF托架。
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