CN110630359B - 三元催化器及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元催化器及车辆。其中，三元催化器包括：催化器本体；管体，管体具有扩径段，扩径段位于管体的入口端与管体的出口端之间，催化器本体设置在扩径段内，管体的管壁上设置有至少两个连通口；外套管，外套管套设在扩径段的外侧，且外套管与管体的外表面之间形成腔体，腔体内填充有流体介质以对管体内的催化器本体保温，扩径段上设置有与外套管连通的一个连通口，管体除扩径段的其他节段上设置有与外套管连通的另一个连通口。本发明解决了现有技术中的三元催化器的保温效果差的问题。

Description

三元催化器及车辆
技术领域
本发明涉及汽车废气净化技术领域，具体而言，涉及一种三元催化器及车辆。
背景技术
在汽车的废气处理过程中经常会使用三元催化器，常温或低温下三元催化器是不具备催化能力的，其中的催化剂必须加热到一定的温度才具有氧化或还原的能力，通常三元催化器的起燃温度在250℃-350℃，正常工作温度一般在350℃-700℃。
目前这两工况的冷启动阶段废气排放占比都较大，THC占94.7％，CH4占75.1％，CO占63.6％，NOx占65.1％，在冷启动阶段主要由废气的热量对催化剂进行加热，目前通常会在三元催化器的外部单独设置有保温层，以保证三元催化器内的温度在工作维度的范围内，但是保温层使得三元催化剂整体结构复杂，并且随着使用时间的推移，保温层的保温效果逐渐减弱，降低了三元催化器的净化效果。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种三元催化器及车辆，以解决现有技术中的三元催化器的保温效果差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三元催化器，包括：催化器本体；管体，管体具有扩径段，扩径段位于管体的入口端与管体的出口端之间，催化器本体设置在扩径段内，管体的管壁上设置有至少两个连通口；外套管，外套管套设在扩径段的外侧，且外套管与管体的外表面之间形成腔体，腔体内填充有流体介质以对管体内的催化器本体保温，扩径段上设置有与外套管连通的一个连通口，管体除扩径段的其他节段上设置有与外套管连通的另一个连通口。
进一步地，至少两个连通口包括至少一个第一连通口和至少一个第二连通口，第一连通口位于管体除扩径段的靠近入口端的其他节段上，第二连通口位于扩径段上。
进一步地，经过催化器本体后的部分废气通过第二连通口进入至腔体内，并流经腔体由第一连通口回流至管体的内腔中。
进一步地，扩径段沿管体的入口端向出口端的方向包括顺次连接的第一段、第二段和第三段，第一段靠近入口端的口径小于第一段靠近出口端的口径，第三段靠近入口端的口径大于第三段靠近出口端的口径，第二连通口位于第三段上，催化器本体设置在第二段内。
进一步地，外套管通过焊接或卡接的方式与管体连接。
进一步地，三元催化器还包括弹性件，弹性件设置在催化器本体与管体之间。
进一步地，催化器本体包括：基体，基体具有贯穿基体的多个通孔，并且所有通孔的轴线均与管体的轴线平行；催化剂，催化剂设置在通孔的内壁上。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括上述的三元催化器。
应用本发明的技术方案，通过在管体的外部套设有外套管，使得外套管与管体之间形成腔体，并且使得管体的扩径段和非扩径段上分别设置连通口，根据伯努利原理，扩径段的开口面积大于管体其他节段的开口面积，因而，扩径段气体的流速大于其他段气体的流速，又根据文丘里效应，流速快的位置压强小，从而使得流体介质能够自发地从管体中进入到腔体内，使得流体介质能够对管体起到保温作用，该设置方式利用了伯努利原理，使得流体介质能够自发地进入到腔体内，并通过流体介质对催化器本体进行保温，保温效果稳定可靠，并且不会因为使用时间的推移导致保温效果变弱，极大提高了三元催化器的使用寿命。同时可以使得催化器本体均匀受热，避免因为单区域迅速升温，热胀冷缩不平衡引起的催化器脆裂。还可以降低排气噪声的传播。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的三元催化器的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、催化器本体；20、管体；21、第一段；22、第二段；23、第三段；30、外套管；40、腔体；51、第一连通口；52、第二连通口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中的三元催化器的保温效果差的问题，本发明提供了一种三元催化器及车辆。其中，车辆具有下述的三元催化器。
如图1所示的一种三元催化器，包括催化器本体10、管体20和外套管30，管体20具有扩径段，扩径段位于管体20的入口端与管体20的出口端之间，催化器本体10设置在扩径段内，管体20的管壁上设置有至少两个连通口；外套管30套设在扩径段的外侧，且外套管30与管体20的外表面之间形成腔体40，腔体40内填充有流体介质以对管体20内的催化器本体10保温，扩径段上设置有与外套管30连通的一个连通口，管体20除扩径段的其他节段上设置有与外套管30连通的另一个连通口。
本实施例中，通过在管体20的外部套设有外套管30，使得外套管30与管体20之间形成腔体40，并且使得管体20的扩径段和非扩径段上分别设置连通口，根据伯努利原理，扩径段的开口面积大于管体20其他节段的开口面积，因而，扩径段气体的流速大于其他段气体的流速，又根据文丘里效应，流速快的位置压强小，从而使得流体介质能够自发地从管体20中进入到腔体40内，使得流体介质能够对管体20起到保温作用，该设置方式利用了伯努利原理，使得流体介质能够自发地进入到腔体40内，并通过流体介质对催化器本体10进行保温，保温效果稳定可靠，并且不会因为使用时间的推移导致保温效果变弱，极大提高了三元催化器的使用寿命。同时可以使得催化器本体10均匀受热，避免因为单区域迅速升温，热胀冷缩不平衡引起的催化器脆裂。还可以降低排气噪声的传播。
在本实施例中，流体介质为管体20内的废气，外套管30与管体20之间是密封连接的，在管体20的管壁上设置有至少两个连通口，管体20的内腔通过连通口与腔体40连通，使得管体20内的废气能够通过连通口进入到腔体40内。这样，就不必单独向腔体40内通入流体介质，而可以直接利用管体20内的废气，同时使得只要管体20内的有废气通过，腔体40内也就会有废气，从而能够起到保温效果，保证废气的净化与催化器本体10的保温同时进行。
在本实施例中，至少两个连通口包括至少一个第一连通口51和至少一个第二连通口52，第一连通口51位于管体20除扩径段的靠近入口端的其他节段上，第二连通口52位于扩径段上。
具体地，连通口包括多个第一连通口51和多个第二连通口52，且各第一连通口51和各第二连通口52均沿管体20的侧壁周向开设，使得经过催化器本体10后的部分废气能够通过第二连通口52进入至腔体40内，并流经腔体40由第一连通口51回流至管体20的内腔中。这样，在汽车启动时能够重复利用车辆废气中的热量，对催化器本体10进行再次加热，使催化器本体10的温度迅速升高到工作温度，减少发动机启动时带来的排放污染。同时为了保证管体20内的废气能够从第二连通口52经腔体40回流至第一连通口51中，第一连通口51位于靠近入口端的节段上，第二连通口52位于扩径段上，根据伯努利原理，扩径段的开口面积大于管体20其他部分的开口面积，因而，扩径段气体的流速大于其他段气体的流速，又根据文丘里效应，流速快的位置压强小，第二连通口52处的压强小于第一连通口51处的压强，因而在第二连通口52处产生了一定的真空度，使得第二连通口52处的废气被吸入到腔体40内，这样，第二连通口52处的废气能够在压力作用下自发的从第二连通口52进入到腔体40内，并经腔体40从第一连通口51回流至管体20的入口端，以此实现了废气的自动回流，在保证利用废气进行保温的同时实现了废气的重复利用。
需要说明的是，沿管体20内的废气的流动方向，管体20内的废气依次通过管体20的入口端、催化器本体10和管体20的出口端，也就是说，管体20的入口端为废气未经过催化器本体10时所在的端口，管体20的出口端为废气经过催化器本体10后所在的端口。
本实施例中的附图仅示出了管体20的一段，在实际使用时，管体20的长度可以延长，管体20上也可以设置其他的设备。
可选的，扩径段沿管体20的入口端向出口端的方向包括顺次连接的第一段21、第二段22和第三段23，第一段21靠近入口端的口径小于第一段21靠近出口端的口径，第三段23靠近入口端的口径大于第三段23靠近出口端的口径，第二连通口52位于第三段23上，催化器本体10设置在第二段22内。
具体地，本实施例中的第一段21和第三段23作为第二段22与其他口径较小的管段连接的过渡段，方便管体20整体的加工制造，第二连通口52设置在第三段23上，既避让了口径最大的第二段22，防止第二段22中的正在净化的废气流入腔体40内，同时保证净化后的部分废气在经过第三段23时能够进入到腔体40内，从而使得腔体40内始终充满有流动的、具有一定温度的气体，保证三元催化器的保温效果。
需要说明的是，本实施例的第一连通口51朝向管体20的中心轴线的方向开设，第二连通口52的开口方向与第三段23的延伸方向垂直且朝向腔体40。
如图1所示，本实施中的外套管30具有与管体20的扩径段相似的扩径结构，以使管体20的外表面与外套管30的内表面的距离处处保持一致，使得腔体40的口径大小统一，保证废气在腔体40内的稳定流动。
在本实施例中，外套管30与管体20是一体成型。当然，也可以将外套管30通过焊接或卡接的方式与管体20连接，在连接时要保证外套管30与管体20连接的密封性，防止废气从外套管30和管体20之间的间隙中溢出造成污染。
本实施例的催化器本体10包括基体和催化剂，基体具有贯穿基体的多个通孔，并且所有通孔的轴线均与管体20的轴线平行，基体优选为陶瓷材料制成的，催化剂附着在通孔的内壁上，当废气经过通孔时能够被加热的催化剂净化，从而实现废气的净化。
优选的，三元催化器还包括弹性件，弹性件设置在催化器本体10与管体20之间。弹性件避免了催化器本体10与管体20的硬性连接，当管体20或者催化器本体10发生震动时，弹性件能够起到减震作用，防止催化器本体10与管体20发生碰撞而导致基体破裂，提高三元催化器的使用寿命。
本实施例的三元催化器的废气流动过程如下：
由三元催化器的入口端通入废气，废气依次经过第一段21、第二段22和第三段23，在废气经过第二段22时，废气被催化器本体10净化，同时具有温度的废气对催化器本体10进行加热，在废气经过第三段23时，部分废气在腔体40的压力的作用下听过第二连通口52进入到腔体40内，并经由腔体40从第一连通口51中回流到管体20的入口端，再在管体20内重新流动并依次经过第一段21、第二段22和第三段23，重复上述过程，在第三段23的未进入到腔体40内的部分废气从管体20的出口端排出。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、解决了现有技术中的三元催化器的保温效果差的问题；
2、启动时重复利用车辆废气中的热量，对催化器本体进行再次加热，使催化器温度迅速升高到工作温度；
3、使得催化器均匀受热，避免因为单区域迅速升温，热胀冷缩不平衡引起的催化器脆裂；
4、降低了排气噪声的传播。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三元催化器，其特征在于，包括：
催化器本体(10)；
管体(20)，所述管体(20)具有扩径段，所述扩径段位于所述管体(20)的入口端与所述管体(20)的出口端之间，所述催化器本体(10)设置在所述扩径段内，所述管体(20)的管壁上设置有至少两个连通口；
外套管(30)，所述外套管(30)套设在所述扩径段的外侧，且所述外套管(30)与所述管体(20)的外表面之间形成腔体(40)，所述腔体(40)内填充有流体介质以对所述管体(20)内的所述催化器本体(10)保温，所述扩径段上设置有与所述外套管(30)连通的一个所述连通口，所述管体(20)除所述扩径段的其他节段上设置有与所述外套管(30)连通的另一个所述连通口，所述至少两个连通口包括至少一个第一连通口(51)和至少一个第二连通口(52)，所述第一连通口(51)位于所述管体(20)除所述扩径段的靠近所述入口端的其他节段上并直接与所述扩径段连通，所述第二连通口(52)位于所述扩径段上。
2.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，经过所述催化器本体(10)后的部分废气通过所述第二连通口(52)进入至所述腔体(40)内，并流经所述腔体(40)由所述第一连通口(51)回流至所述管体(20)的内腔中。
3.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，所述扩径段沿所述管体(20)的入口端向出口端的方向包括顺次连接的第一段(21)、第二段(22)和第三段(23)，所述第一段(21)靠近所述入口端的口径小于所述第一段(21)靠近所述出口端的口径，所述第三段(23)靠近所述入口端的口径大于所述第三段(23)靠近所述出口端的口径，所述第二连通口(52)位于所述第三段(23)上，所述催化器本体(10)设置在所述第二段(22)内。
4.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，所述外套管(30)通过焊接或卡接的方式与所述管体(20)连接。
5.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，所述三元催化器还包括弹性件，所述弹性件设置在所述催化器本体(10)与所述管体(20)之间。
6.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，所述催化器本体(10)包括：
基体，所述基体具有贯穿所述基体的多个通孔，并且所有所述通孔的轴线均与所述管体(20)的轴线平行；
催化剂，所述催化剂设置在所述通孔的内壁上。
7.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的三元催化器。
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