CN111140323B - 一种三元催化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三元催化器，包括：尾气导向组件，其内部具有填料空间以及与所述填料空间连通的导流通道；催化组件，设置于所述填料空间的内部；前端盖，可拆卸连接在所述尾气导向组件的前端，并与所述导流通道连通；以及，后端盖，可拆卸连接在所述尾气导向组件的后端，并与所述填料空间连通。本发明能够大大减少三元催化器的清理的频率和清理次数，且无需全面清理内部载体，因此可重复利用性高，持久性好；此外还能够避免常规三元催化器中，高温废气直接对衬垫的烧灼的缺陷。

Description

一种三元催化器

技术领域

本发明涉及汽车尾气处理技术领域，特别是一种三元催化器。

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。三元催化器主要由壳体、衬垫和载体组成；载体分为金属和稀土陶瓷两种，形状为蜂窝状，现在主要使用400目的载体。载体上涂覆有用于与有害气体发生氧化、还原反应的催化剂涂层，催化剂涂层是贵金属铂(Pt)、钯(Pd)铑(Rh)按一定比例以稀土金属氧化物的形式涂覆在蜂窝陶瓷载体上。铂和钯任取一种与铑配合使用。作为催化剂不参与化学反应。

现有的三元催化器是装在发动机排气的前端，进入三元催化器内的废气温度能够高达850°～950°，衬垫长时间受到高温的废气烧灼，会降低其使用寿命，严重时，功能失效，造成载体的破裂，失去催化作用。此外，现有的三元催化器一般需要定期清理，原因如下：

1、三元催化器经过长期使用后，发动机排出的积碳和其他杂质会覆盖在载体上的三元催化剂表面，使贵金属无法与尾气接触从而达不到催化作用；

2、发动机排出的积碳和其他杂质会阻塞三元催化剂小孔，使排气背压增大，导致发动机怠速不稳、加速不良等症状。

然而现有三元催化器不但存在需要定期清理的问题，而且蜂窝状的载体也使得清理过程存在不易与不彻底的情况。此外，现有的载体为一体式的柱形结构，当载体需要清理或者(由于局部破裂或者烧损)需要更换时，只能将其整体取出进行整体清理或者更换，但实际上，载体的后端仍具有催化作用，功能尚未失效，因此整体更换的方式直接造成了资源浪费，增加了贵金属涂层的生产使用量和生产成本。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中的一个目的是提供一种三元催化器，其能够解决现有三元催化器需要定期清理的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种三元催化器，其包括：尾气导向组件，其内部具有填料空间以及与所述填料空间连通的导流通道；催化组件，设置于所述填料空间的内部；前端盖，可拆卸连接在所述尾气导向组件的前端，并与所述导流通道连通；以及，后端盖，可拆卸连接在所述尾气导向组件的后端，并与所述填料空间连通。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述前端盖包括与所述尾气导向组件的前端进行螺纹连接的第一连接部以及连接在所述第一连接部外端的进气管。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述后端盖包括与所述尾气导向组件的后端进行螺纹连接的第二连接部以及连接在所述第二连接部外端的出气管。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述催化组件包括沿纵向排列设置的一个或多个载体段，且所述载体段的内部具有透气通道；当所述载体段设置有多个时，各个所述载体段首尾互相正对，并共同排列固定在所述填料空间中，形成载体阵列。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述催化组件还包括段间阻隔环，所述段间阻隔环设置于相邻载体段的端部之间，并能够在相邻载体段的端部之间形成阻隔区段。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述阻隔区段内填塞有丝网层。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述载体阵列的两端分别设置有端部阻隔环，所述端部阻隔环的环内固定有端部过滤网。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述导流通道的内部设置有初步过滤件。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述尾气导向组件包括互相嵌套的夹层筒和改向筒；所述夹层筒包括外筒壁、位于所述外筒壁内圈的内筒壁，以及衔接在所述外筒壁和内筒壁后端之间的第一筒底；所述外筒壁和内筒壁之间形成夹层，所述内筒壁的内部形成所述填料空间；所述改向筒包括一端穿插并固定在所述成夹层内的分隔筒壁，以及封堵在所述分隔筒壁另一端上的第二筒底；所述夹层在所述分隔筒壁的分隔下形成所述导流通道，所述导流通道包括位于所述分隔筒壁与外筒壁之间的第一夹层通道以及位于所述分隔筒壁与内筒壁之间的第二夹层通道；所述初步过滤件为环状，其套设于所述内筒壁的外围，并位于所述第二夹层通道的内部。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述前端盖与所述外筒壁的前端进行螺纹连接，所述后端盖与所述外筒壁的后端进行螺纹连接，所述后端盖正对所述填料空间的后端，所述第二筒底正对所述填料空间的前端，所述前端盖位于所述第二筒底的外围。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述尾气导向组件还包括连接在所述内筒壁前端上的限位端盖；所述限位端盖包括与所述内筒壁外侧壁进行螺纹连接的环形连接部、设置于所述环形连接部前端内圈的格栅以及设置于所述环形连接部后端的挤压环；所述内筒壁的外侧壁上固定有一圈限位环，当所述限位端盖连接在所述内筒壁的前端上时，所述初步过滤件被夹在所述挤压环与限位环之间。

作为本发明所述三元催化器的一种优选方案，其中：所述分隔筒壁上设置有纵向排列的第一叶片，所述第一叶片外端的朝向具有催化组件前端方向的分量；所述内筒壁上设置有纵向排列的第二叶片，所述第二叶片外端的朝向具有催化组件后端方向的分量。

本发明的有益效果：本发明能够大大减少三元催化器的清理的频率和清理次数，且无需全面清理内部载体，因此可重复利用性高，持久性好；此外还能够避免常规三元催化器中，高温废气直接对衬垫的烧灼的缺陷。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为三元催化器的外部结构图。

图2为三元催化器的剖面图。

图3为图2中的A处结构详图。

图4为图2中的B处结构详图。

图5为图2中的C处结构详图。

图6为第一叶片对废气传输路径的作用示意图。

图7为三元催化器的内部结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

参照图1～7，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种三元催化器，其能够防止高温废气直接对衬垫的烧灼，也能够大大减少清理的频率和次数。

三元催化器包括用于对尾气进行迂回导向的尾气导向组件100、用于对尾气进行催化反应的催化组件200，以及分别设置在尾气导向组件100前后两端的前端盖300和后端盖400。本发明中的“前”为对应于废气进入的一端方向，“后”为对应于废气排出的一端方向。

尾气导向组件100的内部具有填料空间M-1以及与填料空间M-1连通的导流通道M-2。填料空间M-1用于容纳催化组件200；导流通道M-2用于将进入三元催化器内的废气进行迂回导向后送入填料空间M-1的催化组件200内进行催化过程。由于经过导流通道M-2的迂回传导，废气能够被降温，同时，废气中夹带的积碳和其他杂质将被大部分阻挡、沉淀，减少对催化组件200的堵塞。

催化组件200可以采用现有的载体，其上涂覆有用于与有害气体发生氧化、还原反应的现有催化剂涂层，催化组件200设置于填料空间M-1的内部。

前端盖300可拆卸连接在尾气导向组件100的前端，并与导流通道M-2连通；后端盖400可拆卸连接在尾气导向组件100的后端，并与填料空间M-1连通。初始时，废气从前端盖300进入尾气导向组件100的导流通道M-2内，经过导流通道M-2的迂回传导后进入填料空间M-1内与催化组件200充分接触，并受其催化作用，最终合格的尾气从后端盖400排出。

进一步的，前端盖300包括与尾气导向组件100的前端进行螺纹连接的第一连接部301以及连接在第一连接部301外端的进气管302。具体的，第一连接部301为料斗状，其外端为外伸的进气管302，而内端的内侧壁上设置有与尾气导向组件100的前端相配合的内螺纹。

后端盖400包括与尾气导向组件100的后端进行螺纹连接的第二连接部401以及连接在第二连接部401外端的出气管402。具体的，第二连接部401为料斗状，其外端为外伸的出气管402，而内端的内侧壁上设置有与尾气导向组件100的后端相配合的内螺纹。本发明中，前端盖300和后端盖400结构相同且对称设置，两者均为一体式结构。

进一步的，催化组件200包括沿纵向排列设置的一个或多个载体段201，且各个载体段201的内部均具有透气通道。具体的，载体段201可以采用现有的载体结构，其整体优选短柱状，内部具有密集排列的纵向透气通道。当载体段201设置有多个时，各个载体段201首尾互相正对，并共同排列固定在填料空间M-1中，形成载体阵列。如此，当催化组件200部分损坏或者失效时，可以无需整体更换，而仅更换损坏或者失效的一段即可，灵活性和重复性好。同样的，当催化组件200部分堵塞时，可以无需整体清理，而仅取出其中堵塞的一段清理即可，节省了清理的劳动强度和三元催化器清洗剂的支出。

进一步的，催化组件200还包括段间阻隔环202，段间阻隔环202为环状结构，优选非刚性材质，其设置在每两个相邻载体段201的端部之间，能够将相邻的两个载体段201隔开，并在相邻载体段201的端部之间形成阻隔区段Z。本发明的段间阻隔环202所形成的阻隔区段Z存在如下作用：

一、阻隔区段Z使得相邻载体段201的透气通道即使没有互相正对，且形成了较大错位，也能够保持彼此之间的气体流通。

二、若前一级的载体段201部分堵塞，则分段设置的催化组件200能够保证废气在进入阻隔区段Z内后可以重新以均分状态进入下一级载体段201的各个透气通道中，实现最大效率的催化。

三、段间阻隔环202对相邻两个载体段201的端部形成保护和缓冲作用，防止两个端面直接接触所产生的互相挤压和磕碰，避免了载体段201的破损。

较佳的，阻隔区段Z内填塞有饼状的丝网层203(如金属丝网层)，对废气具有一定的过滤作用。

进一步的，载体阵列的两端分别设置有端部阻隔环204，端部阻隔环204也为环形结构，优选非刚性材质，对载体阵列的前后两端起到结构的稳固作用。端部阻隔环204的环内固定有端部过滤网205(如金属丝网层)。

进一步的，导流通道M-2的内部设置有初步过滤件500，其填塞在导流通道M-2内的一处或多处。初步过滤件500采用稀土陶瓷制成，其内部具有密集排列的纵向透气通道，而其外围轮廓配合于导流通道M-2的内部横截面构造，能够使得夹带积碳和其他杂质的废气在进入载体阵列之前能够首先经过初步过滤件500的初步过滤和处理，大大减少了废气对载体阵列的热损耗和污染，因此在定期清洗时，一般可以直接仅对初步过滤件500进行清理或更换，无需取出载体阵列。当然，初步过滤件500的内外两侧还分别包覆有衬垫，起到缓冲减震、抗冲击、密封和缓解热应力的作用。

进一步的，尾气导向组件100包括互相嵌套的夹层筒101和改向筒102，两者互相嵌套穿插能够形成填料空间M-1以及迂回的导流通道M-2。

具体的，夹层筒101包括外筒壁101a、位于外筒壁101a内圈的内筒壁101b，以及衔接在外筒壁101a和内筒壁101b后端之间的第一筒底101c。因此，外筒壁101a和内筒壁101b之间能够形成前端开口、后端封堵的夹层101d；而内筒壁101b的内部能够形成两端前后通透填料空间M-1。

改向筒102包括一端穿插并固定在成夹层101d内的分隔筒壁102a，以及封堵在分隔筒壁102a另一端上的第二筒底102b。具体的，改向筒102为一端开口，另一端被第二筒底102b封堵的筒状结构，其开口端穿插并固定在夹层101d内，而位于另一端的封堵端则外露出夹层筒101。夹层101d在分隔筒壁102a的分隔下形成迂回的导流通道M-2，导流通道M-2包括位于分隔筒壁102a与外筒壁101a之间的第一夹层通道M-21以及位于分隔筒壁102a与内筒壁101b之间的第二夹层通道M-22。也即，夹层101d在某一区段上的纵向截面能够形成C形通道，C形通道的一端口与前端盖300连通，另一端口与填料空间M-1的前端连通，填料空间M-1的后端与后端盖400连通。

基于上述尾气导向组件100的结构，本发明的初步过滤件500为环状，其套设于内筒壁101b的外围，并位于第二夹层通道M-22的内部。

此外，分隔筒壁102a的开口端固定在夹层101d内的方式为：分隔筒壁102a的开口端的外缘上设置有向外翻折的连接外缘102c以及固定在连接外缘102c末端上并能够与所述外筒壁101a的内侧进行螺纹连接的连接环102d。连接外缘102c与连接环102d为环形结构，两者均一体成型于分隔筒壁102a的开口端上，共同形成纵向截面为L形的结构。连接外缘102c上沿周向排列设置有多个透气孔102c-1，使得第一夹层通道M-21内的气体能够通过透气孔102c-1进入第二夹层通道M-22内。连接环102d的外侧壁上设置有第一外螺纹102d-1，外筒壁101a的内侧面上设置有与第一外螺纹102d-1配合的第一内螺纹101a-1。

基于上述尾气导向组件100的结构，前端盖300与外筒壁101a的前端进行螺纹连接，第一连接部301内端的内侧壁上设置有第二内螺纹301a，外筒壁101a前端的外侧壁上设置有配合于第二内螺纹301a的第二外螺纹101a-2；后端盖400与外筒壁101a的后端进行螺纹连接，第二连接部401内端的内侧壁上设置有第三内螺纹401a，外筒壁101a后端的外侧壁上设置有配合于第三内螺纹401a的第三外螺纹101a-3。后端盖400正对填料空间M-1的后端，第二筒底102b正对填料空间M-1的前端，前端盖300位于第二筒底102b的外围。

进一步的，尾气导向组件100还包括连接在内筒壁101b前端上的限位端盖103，用于作为填料空间M-1前端的封堵构件，避免从填料空间M-1后端插入的载体段201向内嵌入太深，以致触碰到第二筒底102b。限位端盖103包括与内筒壁101b的外侧壁进行螺纹连接的环形连接部103a、设置于环形连接部103a前端内圈的格栅103b以及设置于环形连接部103a后端的挤压环103c。

其中，环形连接部103a的内侧壁上设置有第四内螺纹103a-1，内筒壁101b前端的外侧壁上设置有配合于第四内螺纹103a-1的第四外螺纹101b-3。格栅103b为配合于环形连接部103a内圈轮廓的圆形格栅结构。挤压环103c为环形连接部103a后端的环形外凸结构。

内筒壁101b的外侧壁上固定有一圈限位环101b-1，限位环101b-1为一圈环形外凸结构，当限位端盖103连接在内筒壁101b的前端上时，初步过滤件500能够被夹在挤压环103c与限位环101b-1之间，实现定位。

进一步的，为提高导流通道M-2对废气中的杂质的初步过滤作用，减少杂质对初步过滤件500以及催化组件200的侵害，本发明设定：分隔筒壁102a上设置有纵向排列的第一叶片102a-1，第一叶片102a-1倾斜设置，其外端的朝向具有催化组件200前端方向的分量；内筒壁101b上设置有纵向排列的第二叶片101b-2，第二叶片101b-2倾斜设置，其外端的朝向具有催化组件200后端方向的分量。

较佳的，分隔筒壁102a上沿纵向等距交替设置有第一叶片组Y-1和第二叶片组Y-2，每个叶片组均包括沿周向等距分布的多个第一叶片102a-1。第一叶片组Y-1和第二叶片组Y-2上所分布的第一叶片102a-1在纵向投影上形成互补，且在纵向投影上能够共同形成一个完整的圆环。由此，如图6，冲撞到第一叶片组Y-1上各个叶片的废气能够在该组叶片上积存部分杂质，然后从第一叶片组Y-1的叶片间隙中穿过，由于第一叶片组Y-1和第二叶片组Y-2上的叶片分布在纵向投影上互补，因此，穿过第一叶片组Y-1的叶片间隙的废气能够再次直接冲撞到第二叶片组Y-2的各个叶片上，再从第二叶片组Y-2的叶片间隙中穿过并冲撞到下一组第一叶片组Y-1上……，如此，废气沿纵向循环往复冲撞前进，能够实现对废气杂质的初步过滤，且能够实现对废气的接触降温。

本发明中，第二叶片101b-2在内筒壁101b上的设置排列方式也与第一叶片102a-1在分隔筒壁102a上的设置排列方式相同(内筒壁101b上沿纵向等距交替设置有第一叶片组Y-1和第二叶片组Y-2)，此处不赘述。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种三元催化器，其特征在于：包括，

尾气导向组件（100），其内部具有填料空间（M-1）以及与所述填料空间（M-1）连通的导流通道（M-2）；所述导流通道（M-2）的内部设置有初步过滤件（500）；

催化组件（200），设置于所述填料空间（M-1）的内部；所述催化组件（200）包括沿纵向排列设置的一个或多个载体段（201），且所述载体段（201）的内部具有透气通道；当所述载体段（201）设置有多个时，各个所述载体段（201）首尾互相正对，并共同排列固定在所述填料空间（M-1）中，形成载体阵列；所述催化组件（200）还包括段间阻隔环（202），所述段间阻隔环（202）设置于相邻载体段（201）的端部之间，并能够在相邻载体段（201）的端部之间形成阻隔区段（Z）；所述载体阵列的两端分别设置有端部阻隔环（204），所述端部阻隔环（204）的环内固定有端部过滤网（205）；

前端盖（300），可拆卸连接在所述尾气导向组件（100）的前端，并与所述导流通道（M-2）连通；以及，

后端盖（400），可拆卸连接在所述尾气导向组件（100）的后端，并与所述填料空间（M-1）连通；

所述尾气导向组件（100）包括互相嵌套的夹层筒（101）和改向筒（102）；

所述夹层筒（101）包括外筒壁（101a）、位于所述外筒壁（101a）内圈的内筒壁（101b），以及衔接在所述外筒壁（101a）和内筒壁（101b）后端之间的第一筒底（101c）；所述外筒壁（101a）和内筒壁（101b）之间形成夹层（101d），所述内筒壁（101b）的内部形成所述填料空间（M-1）；

所述改向筒（102）包括一端穿插并固定在所述成夹层（101d）内的分隔筒壁（102a），以及封堵在所述分隔筒壁（102a）另一端上的第二筒底（102b）；所述夹层（101d）在所述分隔筒壁（102a）的分隔下形成所述导流通道（M-2），所述导流通道（M-2）包括位于所述分隔筒壁（102a）与外筒壁（101a）之间的第一夹层通道（M-21）以及位于所述分隔筒壁（102a）与内筒壁（101b）之间的第二夹层通道（M-22）；所述初步过滤件（500）为环状，其套设于所述内筒壁（101b）的外围，并位于所述第二夹层通道（M-22）的内部。

2.如权利要求1所述的三元催化器，其特征在于：所述前端盖（300）包括与所述尾气导向组件（100）的前端进行螺纹连接的第一连接部（301）以及连接在所述第一连接部（301）外端的进气管（302）。

3.如权利要求2所述的三元催化器，其特征在于：所述后端盖（400）包括与所述尾气导向组件（100）的后端进行螺纹连接的第二连接部（401）以及连接在所述第二连接部（401）外端的出气管（402）。

4.如权利要求3所述的三元催化器，其特征在于：所述阻隔区段（Z）内填塞有丝网层（203）。

5.如权利要求4所述的三元催化器，其特征在于：所述前端盖（300）与所述外筒壁（101a）的前端进行螺纹连接，所述后端盖（400）与所述外筒壁（101a）的后端进行螺纹连接，所述后端盖（400）正对所述填料空间（M-1）的后端，所述第二筒底（102b）正对所述填料空间（M-1）的前端，所述前端盖（300）位于所述第二筒底（102b）的外围。

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