CN112412583B - 一种三元催化器、发动机排气总成及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元催化器、发动机排气总成及汽车，通过采用带叶片的进气法兰和与之匹配的进气管道，从整体结构上对三元催化器的进气端进行优化，既能够解决因三元催化器布置空间变小导致进气管道和三元催化器壳体无法焊接匹配问题，又能够提高气流的均匀性系数，满足高性能设计要求。

Description

一种三元催化器、发动机排气总成及汽车
技术领域
本发明涉及汽车发动机排气系统，具体涉及一种三元催化器、发动机排气总成及汽车。
背景技术
三元催化器一般位于增压器与消声器之间，和汽车发动机缸盖距离一般比较近。为了保证催化器背压低，达到发动机性能要求，需要尽可能高的均匀性系数，但是布置空间有限，往往无法达到设计要求的均匀性系数。这时就需要设计一种三元催化器结构，提高均匀性系数。目前常用的三元催化器结构如图1所示，普通进气法兰31， 普通气道32，三元催化器壳体303，其中普通进气法兰31与普通气道32先焊接，再与三元催化器壳体303进行焊接。
该三元催化器结构的气道走向比较平缓，布置空间宽裕，气流的均匀性系数较高，背压较低。但存在一个问题：由于发动机体积变小和新排放法规需求，三元催化器布置空间有限，如果仍然用上面的结构，采用平缓的气道走向，普通气道32与三元催化器壳体303的位置无法进行匹配焊接；如采用弯度较大的气道，则会导致气流的均匀性系数较低，进而导致背压较大，而无法满足高性能要求。
发明内容
本发明提供了一种三元催化器、发动机排气总成及汽车，通过采用带叶片的进气法兰和与之匹配的进气管道，从整体结构上对三元催化器的进气端进行优化，既能够解决因三元催化器布置空间变小导致进气管道和三元催化器壳体无法焊接匹配问题，又能够提高气流的均匀性系数，满足高性能设计要求。
本发明的技术方案为：
本发明实施例提供了一种三元催化器，包括：依次连接的进气法兰、进气管道、三元催化器壳体，以及安装在所述三元催化器壳体内部的三元催化剂载体；所述进气法兰内布置有用于将增压器排出的气流导流至所述进气管道内的叶片。
优选地，所述进气管道包括：依次相连的第一锥部、第一圆柱部、第二锥部和第二圆柱部，所述第一圆柱部和所述第二锥部弧形过渡连接，所述第一圆柱部的内径大于所述第一锥部的内径，所述第二锥部从靠近所述第一圆柱部的一端至靠近所述第二圆柱部的一端的内径逐渐增大。
优选地，所述三元催化器还包括：依次连接在所述三元催化器壳体的出口端的出气端锥和出气管道，所述出气管道的出口处连接有用于与消声器进气法兰连接的出气法兰。
优选地，所述进气管道包括：焊接为一体的上壳体和下壳体。
优选地，所述叶片在所述进气法兰内沿圆周方向均匀布置，且相邻两个所述叶片之间以预设锐角布置。
本发明实施例还提供了一种发动机排气总成，包括增压器、消声器、上述的三元催化器，所述三元催化器连接在所述增压器和所述消声器之间；
其中，所述三元催化器的所述进气法兰和所述增压器的出气法兰对接。
本发明实施例还提供了一种汽车，包括上述的发动机排气总成。
本发明的有益效果为：
通过在三元催化器的进气法兰中增加进行进气导流的叶片，同时合理设计匹配的进气管道走向，可以满足布置空间要求，又能提高气流均匀性系数。
本发明中进气法兰的叶片和进气管道组合结构设计，简单可靠，不增加成本，不影响生产效率。
附图说明
图1为现有技术中的三元催化器的立体视图；
图2为本发明实施例中的三元催化器和增压器的立体视图；
图3为本发明实施例中的进气管道和进气法兰配合的立体视图；
图4为本发明实施例中的进气管道的立体视图；
图5为本发明实施例中涉及到的三元催化器的改进图一；
图6为本发明实施例中涉及到的三元催化器的改进图二；
图7为本发明实施例中涉及到的三元催化器的改进图三；
图8为针对图5至图7的这三类三元催化器进行CAE分析的结果图；
图中，1-增压器，11-出气法兰，12-固定螺柱，2-固定螺母，3-三元催化器，301-进气法兰，302-进气管道，303-三元催化器壳体，304-叶片，305-三元催化剂载体；306-上半壳；307-下半壳；308-出气端锥；309-出气管道；310-出气法兰；3021-第一锥部；3022-第一圆柱部；3023-第二锥部；3024-第二圆柱部。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参照图2与图3，本发明实施例中提供了一种具有高性能的发动机排气总成，发动机排气总成包括三元催化器3、增压器1和消声器，三元催化器3布置在增压器1和消声器之间。
由于当前三元催化器3存在如背景技术中所存在的无法装配和均匀性系数差的问题。发明人在前期进行了多次改进，例如：在图5中，三元催化器的进气法兰301内未设置有叶片，只对进气管道302进行了改进，将进气管道302由现有的管状结构优化为两半壳结构（即将进气管道302优化为由上半壳和下半壳组装形成，但尚未将上半壳和下半壳设计成具有两级锥部和圆柱部结构）；图6中，三元催化器3的进气法兰301内未设置有叶片，只对进气管道302进行了改进，将进气管道由现有的圆锥结构优化为两半壳结构（即将进气管道302优化为由上半壳306和下半壳307组装形成，但尚未将上半壳306和下半壳307设计成具有两级锥部和圆柱部结构）；在图7中，在三元催化器的进气法兰301内设置有叶片304，但未对进气管道302进行了改进。经过CAE软件分析，确定图5至图7这三种改进的均匀性系数依次为：0.856、0.877和0.878。
参照图2，本实施例中的三元催化器3具体包括：依次连接的进气法兰301、进气管道302、三元催化器壳体303，以及安装在所述三元催化器壳体303内部的三元催化剂载体305；所述进气法兰301内布置有用于将增压器1排出的气流导流至所述进气管道302内的叶片304。
参照图2，增压器1是高镍铸铁零部件，在增压器1靠近三元催化器3的侧位置布置出气法兰11，在增压器1的出气法兰11上布置4颗固定螺柱12，4颗固定螺柱12分布在增压器1的出气法兰11四周。
三元催化器3是不锈钢焊接总成件，三元催化器3靠近增压器1的一侧布置有进气法兰301，该进气法兰301与三元催化器3的进气管道302和三元催化器壳体303通过机器人焊接成为一体。
如图3，进气法兰301是冲压和机加零件，先进行冲压成型，进气法兰301内布置有叶片304，8个叶片304均匀布置在该进气法兰301的内孔孔壁圆周方向，进气法兰301通过数控机加制作而成。
本实施例中，如图3，进气法兰301内部布置的叶片304是机加工零部件，共8个，叶片304的布置方式采用均匀性圆周分布，且相邻两个叶片304之间角度均为45°，8个叶片304规律分布，数控机加容易实现，生产效率高，成本低。
与进气法兰301配合的进气管道302是冲压焊接总成零件，进气管道302包括上半壳306和下半壳307，上半壳306和下半壳307零件先通过冲压成型，然后将上半壳306和下半壳307焊接形成该进气管道302。具体来说，如图4，进气管道302包括依次相连的第一锥部3021、第一圆柱部3022、第二锥部3023和第二圆柱部3024，所述第一圆柱部3022和所述第二锥部3023弧形过渡连接，所述第一圆柱部3022的内径大于所述第一锥部3021的内径，所述第二锥部3023从靠近所述第一圆柱部3022的一端至靠近所述第二圆柱部3024的一端的内径逐渐增大。排气气流经由第一锥部3021进行一次压缩，再经过第一圆柱部3022进行一次膨胀；再经过第二锥部3023和第二圆柱部3024进行再一次的压缩-膨胀过程，最终使排气气流更加均匀的流向三元催化器壳体303的前端面。基于进气法兰301内部的叶片304设置和进气管道302设计为实现气流两次压缩和膨胀的结构，进而使本实施例中的均匀性系数达到0.95。
本发明实施例中，用于固定出气法兰11和进气法兰301的固定螺柱12、固定螺母2均为耐高温零部件，属于金属非标准件。
参照图2，本实施例中的三元催化器3还包括：依次连接在所述三元催化器壳体303的出口端的出气端锥308和出气管道309，所述出气管道309的出口处连接有用于与消声器进气法兰连接的出气法兰310。出气法兰310与消声器进气法兰对接。通过三元催化器3处理后的排气进入到消声器中。
本实施例中，三元催化器总成3的装配顺序具体为：先将4颗固定螺柱12装入增压器出气法兰11，并拧紧，然后将三元催化器3的进气法兰301与该出气法兰11对准放入，通过4颗固定螺母2与4颗固定螺柱12螺接实现进气法兰301和增压器1的出气法兰11之间的固定。此时，三元催化器总成3的装配完成（如图2所示）。
本实施例中，由于三元催化器3的设计采用进气法兰301与进气管道302组合结构形式，通过CAE软件分析，发现本实施例中的三元催化器3的进气均匀性系数UI由原来的0.89提高到0.95，能够将排气气流更加顺畅导出，可以降低排气系统背压，提高了发动机的动力和经济性能。
本发明三元催化器3的设计采用进气法兰301与进气管道302组合的结构，在进气均匀性系数被提高后，排气气流可以更加均匀的进入装置有三元催化剂载体305的三元催化剂壳体303内，能够减小排气气流对三元催化剂壳体303的前端面的气流吹蚀。
本发明三元催化器3的设计结构，三元催化剂壳体303的前端面距离发动机排气口更近，在低温环境下，三元催化剂壳体303内的三元催化剂载体305更容易起燃，有利于提高发动机排气气流的排放性能。
本发明中三元催化器3的设计结构，既可保证了提高发动机的动力性能、经济性能和排放性能，又能保证三元催化剂壳体303的耐久可靠性。上述的三元催化器3，高效可靠，不增加成本，不影响生产效率。
本发明还提供了一种包含上述的发动机排气总成的汽车。
上述实施例只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (6)

1.一种三元催化器，其特征在于，包括：依次连接的进气法兰（301）、进气管道（302）、三元催化器壳体（303），以及安装在所述三元催化器壳体（303）内部的三元催化剂载体（305）；所述进气法兰（301）内布置有用于将增压器（1）排出的气流导流至所述进气管道（302）内的叶片（304）；
所述进气管道（302）包括：依次相连的第一锥部（3021）、第一圆柱部（3022）、第二锥部（3023）和第二圆柱部（3024），所述第一圆柱部（3022）和所述第二锥部（3023）弧形过渡连接，所述第一圆柱部（3022）的内径大于所述第一锥部（3021）的内径，所述第二锥部（3023）从靠近所述第一圆柱部（3022）的一端至靠近所述第二圆柱部（3024）的一端的内径逐渐增大；
叶片（304）在进气法兰（301）内的角度不可调。
2.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：依次连接在所述三元催化器壳体（303）的出口端的出气端锥（308）和出气管道（309），所述出气管道（309）的出口处连接有用于与消声器进气法兰连接的出气法兰（310）。
3.根据权利要求2所述的三元催化器，其特征在于，所述进气管道（302）包括：焊接为一体的上壳体（306）和下壳体（307）。
4.根据权利要求1所述的三元催化器，其特征在于，所述叶片（304）在所述进气法兰（301）内沿圆周方向均匀布置，且相邻两个所述叶片（304）之间以预设锐角布置。
5.一种发动机排气总成，其特征在于，包括增压器（1）、消声器、权利要求1至4任一项所述的三元催化器（3），所述三元催化器（3）连接在所述增压器（1）和所述消声器之间；
其中，所述三元催化器（3）的所述进气法兰（301）和所述增压器（1）的出气法兰（12）对接。
6.一种汽车，其特征在于，包括权利要求5所述的发动机排气总成。
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