CN107420166A - 一种用于汽车尾气处理的三元催化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车尾气处理的三元催化器，包括壳体，进气端和排气端，壳体内设置有进气道和排气道；所述进气道依次连通的第一反应腔、第二反应腔、第三反应腔与所述排气道连通；所述第一反应腔内放置有第一反应球和第二反应球，所述第一反应球和第二反应球均为不锈钢丝编织组成的蜂窝状球体，且不锈钢丝表面覆盖有能够催化净化汽车尾气的催化还原剂层。本发明通过设置可以滚动的催化反应球，能够在实际使用中不断的变换与尾气接触的位置，能够将整个球体充分的与尾气接触，从跟不上避免了现有三元催化器固定设置导致催化载体前端积碳堵塞，使催化效率急剧下降的问题出现。

Description

一种用于汽车尾气处理的三元催化器

技术领域

本发明涉及汽车尾气净化装置领域，具体的说，是一种用于汽车尾气处理的三元催化器。

背景技术

三元催化器，是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水(H20)和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。由于这种催化器可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质，故称三元。

三元催化剂最低要在350 摄氏度的时候起反应，温度过低时，转换效率急剧下降；而催化剂的活性温度( 最佳的工作温度) 是400 ℃到800 ℃左右，过高也会使催化剂老化加剧。在理想的空燃比(14.7 ：1) 下，催化转化的效果也最好。

现有的三元催化器最大的弊端是催化效率不高，尤其是在使用过一定年限汽车的三元催化器上体现的尤为明显，催化效率随着汽车使用时间的增加而急剧下降的根本原因是现有三元催化器内部结构为一体式网状或者多孔状催化载体，发动机尾气依次流经该载体经过催化，以达到净化效果，由于长期使用过程中，尤其是在低温状态下，发动机排除的积碳，为充分燃烧的固体颗粒，悬浮物等对催化载体前端的大量附着，导致催化载体前端堵塞，无法有效催化。其实，在这种状态下，三元催化器载体的后端并未完全使用到，但由于前端堵塞后，尾气无法进入催化载体后端，而不能充分反应就在后续发动机排除的尾气压力下排除到汽车外部，排除到大气中，导致环境污染严重。

现有技术1：中国发明专利申请，申请号为201410282866.6，申请公布号为CN104329144 A，公开了一种三元催化器，具体包括前连接法兰、进气管、旋压筒体、衬垫、催化剂、排气管、氧传感器螺母、后连接法兰；所述催化剂为圆柱形，衬垫包裹于催化剂圆周外侧，包有衬垫的催化剂装配于旋压筒体旋压过后的腔体内构成催化器组件；进气管与排气管的一端分别装配于催化器组件两侧；进气管另一端装有前连接法兰，排气管另一端装有后连接法兰。本发明通过采用圆形的腔体高效的利用了有限空间达到了三元催化的效果，同时采用冲压形式的净化器来连接前端的前连接法兰，并采用焊接形式连接。通过对排气歧管管径及形状的设计，很好的控制发动机气流流向，使三元催化器中的催化剂能更多的参与反应，提高尾气排放的转化效率。该发明申请记载的技术方案中关于歧管的设计其实已经属于现有技术，其圆形腔体的设计亦属于当前汽车使用最为广泛的布局之一，且相对于现有技术而言还缺少增加反应催化效果的载体，因此，其催化效果并不会很高。

现有技术2：中国发明专利申请，申请号为201610002281.3，申请公布号为CN105673158 A，该发明提供一种匀损耗三元催化器，包括半封闭的圆盒状催化剂盒，其内装有催化剂支架 ；催化剂盒轴线上设有轴孔 ；还包括有圆柱状的气流管，其由相互并行的进气管、出气管合并而成 ；且气流管的一端由圆形端板封盖，端板在进气管、出气管端部的区域上开设有进气孔、出气孔 ；端板上固定有沿气流管轴线延伸的、与所述轴孔匹配的插轴；插轴插入轴孔后，气流管嵌入催化剂盒内，且气流管的端板贴住催化剂支架的端面 ；进气管连接发动机排气管道，出气管连接排气尾管。该三元催化器可以使催化剂支架的各部分均得到充分利用，以使各部分均匀损耗，从而延长其使用使用寿命。

发明内容

基于背景技术中介绍的现有技术中的三元催化器存在的现实缺陷，本发明的目的在于提供一种用于汽车尾气处理的三元催化器，旨在用于解决背景技术中所述的现有三元催化器随着使用时间的增加，在催化载体未完全反应，充分催化使用的状态下，由于前端载体的堵塞，导致催化效率急剧降低，不能将整个催化载体充分投入催化反应，导致使用寿命缩短，效率降低的问题。

本发明通过设置可以滚动的催化反应球，能够在实际使用中不断的变换与尾气接触的位置，能够将整个球体充分的与尾气接触，从跟不上避免了现有三元催化器固定设置导致催化载体前端积碳堵塞，使催化效率急剧下降的问题出现；进一步地，由于反应球可以沿着第一反应腔运动，当汽车使用年限较长，反应球已经反应完毕，或者充满积碳后，导致气体流通阻力增大，当汽车行驶使，则会沿着第一反应腔向后运动，尾气正常进入第二反应腔和第三反应腔进行有效反应，大大提高三元催化器的使用寿命。再者，所述反应球体采用不锈钢丝编织而成，不会因为运动而发生碎裂的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于汽车尾气处理的三元催化器，包括壳体，设置在所述壳体两端头的进气端和排气端，所述进气端内具有进气道，排气端具有排气道；所述进气道通过设置在所述壳体内且依次连通的第一反应腔、第二反应腔、第三反应腔与所述排气道连通；所述第一反应腔内放置有至少两个可以安反应腔内来回滚动的第一反应球和第二反应球，所述第一反应球和第二反应球均为不锈钢丝编织组成的蜂窝状球体，且不锈钢丝表面覆盖有能够催化净化汽车尾气的催化还原剂层。

为了更好的实现本发明，利于尾气在排放过程中，能够充分的与所述第一反应球和/或第二反应球接触，同时便于汽车停止工作后，能够自动回位，优选地，所述第一反应腔为倾斜设置，圆柱体空腔，所述圆柱体空腔两端为半球状且与所述第一反应球和/或第二反应球尺寸相适应；所述第一反应腔靠近进气端的一端低于靠近所述排气端的一端。

为了更好的实现本发明，提高催化反应的效果，优选地，所述催化还原剂层为电镀的铂、铑、钯贵金属的一种或多种。

为了更好的实现本发明，进一步提高催化反应效果，优选地，所述第一反应腔与第二反应腔之间通过设置的多个导气孔连通，所述第二反应腔内安装有多块用于催化净化尾气的反应栅格，所述反应栅格的数量与导气孔相等且对应每一个导气孔倾斜安装。

为了更好的实现本发明，优选地，所述导气孔的数量为三个，分别设置在所述第一反应腔轴线总长度的中间，以及靠近两端头距离为总长度的百分之二十处；沿气体在第二反应腔内流动方向依次设置有采用陶瓷为载体，表面覆盖铂、铑、钯中一种或多种贵金属覆盖层结构的第一反应栅格、第二反应栅格、第三反应栅格，且分别与所述三个导气孔对应设置。

为了更好的实现本发明，再进一步提高催化反应效果，优选地，所述第三反应腔内沿壳体的截面方向设置有两块平行的第四反应栅格和第五反应栅格，所述第四反应栅格和第五反应栅格均为多孔陶瓷载体表面覆盖铂、铑、钯贵金属覆盖层结构。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过设置可以滚动的催化反应球，能够在实际使用中不断的变换与尾气接触的位置，能够将整个球体充分的与尾气接触，从跟不上避免了现有三元催化器固定设置导致催化载体前端积碳堵塞，使催化效率急剧下降的问题出现。

（2）本发明中所述第一/第二反应球可以沿着第一反应腔运动，当汽车使用年限较长，反应球已经反应完毕，或者充满积碳后，导致气体流通阻力增大，当汽车行驶使，则会沿着第一反应腔向后运动，尾气正常进入第二反应腔和第三反应腔进行有效反应，大大提高三元催化器的使用寿命。

（3）本发明中所述第一/第二反应球体采用不锈钢丝编织而成，不会因为发动机转速的突然急剧增到或者汽车急刹车导致发生撞击而发生第一/第二反应球体碎裂的问题。

（4）本发明具有通过附着有积碳的第一反应球51和第二反应球52在不断运动和碰撞过程中，可以将附着的积碳粉尘抖掉，在尾气气流的作用下排出，避免积碳越来越多，进一步提高催化效果。

附图说明

图1为汽车处于怠速或者低转速时本发明的工作示意图；

图2为汽车处于中等转速时本发明的工作示意图；

图3为汽车处于高转速时本发明的工作示意图；

其中1-壳体；2-进气端；3-排气端；4-进气道；5-第一反应腔；51-第一反应球；52-第二反应球；53-导气孔；6-第二反应腔；61-第一反应栅格；62-第二反应栅格；63-第三反应栅格；7-第三反应腔；71-第四反应栅格；72-第五反应栅格；8-排气道。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在对本发明的具体实施方式进行说明之前，首先对本发明的实际安装中涉及到的现有技术予以一下说明：

第一，关于本发明所述的进气端2与排气端3与发动机的排气口和汽车尾气排气管的连接默认为现有技术，现有技术中通常采用焊接的方式进行，因为三元催化器的使用寿命长，无需经常保养更换，可以采用焊接进行固定连接并实现气密密封。

第二，关于本发明中涉及第一/第二反应球的尺寸，比重对应本领域普通技术人员而言，应当理解，在本发明的发明构思内，应当根据所使用的汽车发动机的排气量和工况进行计算确定，大的原则应当遵循，排气量越大的，比重越大；排气量越小的比重越小，否者，尾气的流动不能使所述第一/第二反应球滚动；同理，在相同排量下，增压发动机的比重应当适当大于自然吸气发动机，其原理对于本领域技术人员而言是显而易见的，在此就不一一详述。

实施例1：

结合附图1-3所示，一种用于汽车尾气处理的三元催化器，包括壳体1，设置在所述壳体1两端头的进气端2和排气端3，所述进气端2内具有进气道4，排气端3具有排气道8；所述进气道4通过设置在所述壳体1内且依次连通的第一反应腔5、第二反应腔6、第三反应腔7与所述排气道8连通；所述第一反应腔5内放置有至少两个可以安反应腔5内来回滚动的第一反应球51和第二反应球52，所述第一反应球51和第二反应球52均为不锈钢丝编织组成的蜂窝状球体，且不锈钢丝表面覆盖有能够催化净化汽车尾气的催化还原剂层。

本实施例中为了更好的利于尾气在排放过程中，能够充分的与所述第一反应球51和/或第二反应球52接触，同时便于汽车停止工作后，能够自动回位，优选地，所述第一反应腔5为倾斜设置，圆柱体空腔，所述圆柱体空腔两端为半球状且与所述第一反应球51和/或第二反应球52尺寸相适应；所述第一反应腔5靠近进气端2的一端低于靠近所述排气端3的一端。

工作原理：

当发动机处于低速或者怠速状态下时，若三元催化器尚未提高温度，则此时发动机产生的废气是直接排放在大气中的，三元催化器不发生反应，随着发动机工作时间的增加，三元催化器在高温尾气的作用下温度逐渐升高，直到达到正常工作温度；由于当前发动机的转速较低，气流流量小，压力小，不足以推动所述第一反应球51和第二反应球52，故而此时所述第一反应球51和第二反应球52相互靠紧，位于第一反应腔5的最底部，如图1所示。此时尾气就只能通过所述第一反应球51和第二反应球52内部通过，在通过的过程中充分的与之接触并反应催化，然后净化后的尾气进入第二反应腔6、第三反应腔7进一步反应，最后排入大气中。

当发动机的转速增加到中速，本实施例中假定排量为2.0L，中速转速为2500r/min-3000r/min之间，所述第一反应球51和第二反应球52的重量相等，均为50-75g，半径为25-30mm，在当前工况情况下，发动机尾气能够将所述的第一反应球51和第二反应球52中的一个或者同时推动，但推动的距离不足以到达第一反应腔5的另一端，如图2所示，在这个过程中，由于第一反应球51和第二反应球52进行了滚动，当转速再增加或者降低时，第一反应球51和第二反应球52会再次运动，从而不断改变迎风面，使球面的任何一侧均有机会均匀的对准尾气的流入方向，实现均匀催化反应的目的，避免现有技术中的始终由同一面作为迎风面，导致积碳严重，甚至堵塞的问题发生。

同理，当发动机转速再次增加后，转速超过4000r/min后，如图3所示，所述第一反应球51和第二反应球52位于第一反应腔5靠近所述排气端3一侧，气流高速流经第一反应腔5，经过反应催化后依次进入所述第二反应腔6和第三反应腔7进行进一步反应排出。

本实施例中记载的方案，除了能够解决现有三元催化器容易堵塞，反应不均的问题，还能通过附着有积碳的第一反应球51和第二反应球52在不断运动和碰撞过程中将附着的积碳粉尘抖掉，在尾气气流的作用下排出，避免积碳越来越多，进一步的提高催化效果，延长有效催化使用寿命。

实施例2：

为了更好的实现本发明，提高催化反应的效果，在实施例1的结构和工作原理的基础上，本实施例中，所述催化还原剂层为电镀的铂、铑、钯贵金属的一种或多种。

为了更好的实现本发明，进一步提高催化反应效果，本实施例中，所述第一反应腔5与第二反应腔6之间通过设置的多个导气孔53连通，所述第二反应腔6内安装有多块用于催化净化尾气的反应栅格，所述反应栅格的数量与导气孔53相等且对应每一个导气孔53倾斜安装。

为了更好的实现本发明，本实施例中，所述导气孔53的数量为三个，分别设置在所述第一反应腔5轴线总长度的中间，以及靠近两端头距离为总长度的百分之二十处；沿气体在第二反应腔6内流动方向依次设置有采用陶瓷为载体，表面覆盖铂、铑、钯中一种或多种贵金属覆盖层结构的第一反应栅格61、第二反应栅格62、第三反应栅格63，且分别与所述三个导气孔53对应设置。

为了更好的实现本发明，再进一步提高催化反应效果，本实施例中，所述第三反应腔7内沿壳体1的截面方向设置有两块平行的第四反应栅格71和第五反应栅格72，所述第四反应栅格71和第五反应栅格72均为多孔陶瓷载体表面覆盖铂、铑、钯贵金属覆盖层结构。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于汽车尾气处理的三元催化器，包括壳体（1），设置在所述壳体（1）两端头的进气端（2）和排气端（3），其特征在于：所述进气端（2）内具有进气道（4），排气端（3）具有排气道（8）；所述进气道（4）通过设置在所述壳体（1）内且依次连通的第一反应腔（5）、第二反应腔（6）、第三反应腔（7）与所述排气道（8）连通；所述第一反应腔（5）内放置有至少两个可以安反应腔（5）内来回滚动的第一反应球（51）和第二反应球（52），所述第一反应球（51）和第二反应球（52）均为不锈钢丝编织组成的蜂窝状球体，且不锈钢丝表面覆盖有能够催化净化汽车尾气的催化还原剂层。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车尾气处理的三元催化器，其特征在于，所述第一反应腔（5）为倾斜设置，圆柱体空腔，所述圆柱体空腔两端为半球状且与所述第一反应球（51）和/或第二反应球（52）尺寸相适应；所述第一反应腔（5）靠近进气端（2）的一端低于靠近所述排气端（3）的一端。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车尾气处理的三元催化器，其特征在于，所述催化还原剂层为电镀的铂、铑、钯贵金属的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的一种用于汽车尾气处理的三元催化器，其特征在于，所述第一反应腔（5）与第二反应腔（6）之间通过设置的多个导气孔（53）连通，所述第二反应腔（6）内安装有多块用于催化净化尾气的反应栅格，所述反应栅格的数量与导气孔（53）相等且对应每一个导气孔（53）倾斜安装。

5.根据权利要求4所述的一种用于汽车尾气处理的三元催化器，其特征在于，所述导气孔（53）的数量为三个，分别设置在所述第一反应腔（5）轴线总长度的中间，以及靠近两端头距离为总长度的百分之二十处；沿气体在第二反应腔（6）内流动方向依次设置有采用陶瓷为载体，表面覆盖铂、铑、钯中一种或多种贵金属覆盖层结构的第一反应栅格（61）、第二反应栅格（62）、第三反应栅格（63），且分别与所述三个导气孔（53）对应设置。

6.根据权利要求5所述的一种用于汽车尾气处理的三元催化器，其特征在于，所述第三反应腔（7）内沿壳体（1）的截面方向设置有两块平行的第四反应栅格（71）和第五反应栅格（72），所述第四反应栅格（71）和第五反应栅格（72）均为多孔陶瓷载体表面覆盖铂、铑、钯贵金属覆盖层结构。