CN209959321U - 一种耦合式催化器及排气系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种耦合式催化器及排气系统。耦合式催化器包括沿发动机排气的流动方向依次布置的进气锥端、催化器筒体和排气锥端。催化器筒体内依次设有TWC单元、GPF单元。其中，TWC单元和GPF单元的间距为30‑50mm。GPF单元和TWC单元的布置方式可以保证GPF单元起燃效率和转化率高，还可以保证耦合式催化器在TWC单元和GPF单元之间装配各类传感器。

Description

一种耦合式催化器及排气系统

技术领域

本实用新型涉及车辆领域的排气处理设备，特别是涉及一种耦合式催化器及排气系统。

背景技术

为满足国家排放标准要求，车辆上一般设有对汽车排气进行处理的排气系统。排气系统设有汽油颗粒捕捉器(GPF)和三元催化器(TWC)。针对于发动机后排气式的排气系统，其GPF采用底盘式布置，GPF与预催化器距离较小，因此基本满足GPF起燃要求。然而该类排气系统起燃效率底，尤其是低温环境下，其无法快速达到起燃温度，GPF内载体因此容易堵塞，进而致使排气系统背压升高，影响发动机性能。

对于发动机前排气式的排气系统，其GPF采用底盘式布置。该类排气系统中，由于GPF与TWC的连接路线需要绕过副车架、转向管柱、底盘转向等，GPF只能布置在距离催化器较远的位置。更有甚者，GPF与TWC之间的距离达到1.7m。这会导致该类排气系统不满足GPF的起燃要求和再生控制要求。此外，对于该类排气系统，其一般设有两个具有较小直径(例如Ф110mm)TWC载体，这使得该类排气系统的排气背压高，车辆极易出现排气背压超出发动机台架标定范围，发动机输出功率降低的情况。

实用新型内容

本实用新型针对以上现有技术中存在的问题，提供了一种耦合式催化器，其包括沿发动机排气的流动方向依次布置的进气锥端、催化器筒体和排气锥端，所述催化器筒体内沿所述流动方向依次设有TWC单元、GPF单元；其中，

所述TWC单元和所述GPF单元沿所述流动方向的间距为30-50mm。

根据一种优选实施方式，所述GPF单元包括柱形GPF载体和套设在所述GPF载体外的柱形GPF衬垫。

根据一种优选实施方式，所述TWC单元柱形TWC载体和套设在所述TWC载体的柱形TWC衬垫。

根据一种优选实施方式，所述GPF单元和所述TWC单元之间设有压差传感器、后氧传感器和排温传感器中的任意一种或多种。

根据一种优选实施方式，当所述GPF组件和所述TWC组件之间设有排温传感器时，所述排温传感器与所述催化器筒体的中心轴线之间的距离为10-15mm。

根据一种优选实施方式，所述进气锥端和/或所述排气锥端包括沿所述流动方向对称的两个对分部分。

根据一种优选实施方式，所述GPF载体为壁流式圆柱形陶瓷载体。

根据一种优选实施方式，所述TWC载体为直通式圆柱形陶瓷载体。

根据一种优选实施方式，所述催化器筒体的中心轴线与所述排气锥端的中心轴线之间的夹角为95°-120°。

根据一种优选实施方式，所述耦合式催化器通过支架固定于发动机上。

根据一种优选实施方式，所述TWC单元有且仅有一个TWC载体。

此外，本申请还涉及一种具有上述任一项的耦合式催化器的排气系统。具体地，一种排气系统包括依次排布的发动机涡轮增压器、上述任一项所述的耦合式催化器和排气系统冷端。

根据本实用新型的耦合式催化器和排气系统。耦合式催化器包括沿发动机排气的流动方向依次布置的进气锥端、催化器筒体和排气锥端。催化器筒体内依次设有TWC单元、GPF单元。其中，TWC单元和GPF单元的间距为30-50mm。GPF单元和TWC单元的布置方式可以保证GPF单元起燃效率和转化率高，还可以保证耦合式催化器在TWC单元和GPF单元之间装配各类传感器。

附图说明

为了更好地理解本实用新型的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本实用新型的优选实施方式，对本实用新型的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。

图1是根据本实用新型的一个优选实施方式的耦合式催化器的总体结构示意图；

图2是根据本实用新型的一个优选实施方式的耦合式催化器的总体结构示意图，其从不同于图1的视角示出了耦合式催化器的总体结构；

图3是根据本实用新型的一个优选实施方式的耦合式催化器的总体结构示意图，其用于展示催化器筒体内部的GPF单元和TWC单元。

具体实施方式

接下来将参照附图详细描述本实用新型的构思。这里所描述的仅仅是根据本实用新型的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本实用新型的其他方式，所述其他方式同样落入本实用新型的范围。

图1-3示出了本实用新型的优选实施方式的耦合式催化器1的总体结构，其中，图3以透视的方式示出了催化器筒体3的内部结构。如图1-3所示，本申请的耦合式催化器1沿发动机排气的流动方向依次布置有进气锥端2、催化器筒体3和排气锥端4。进气锥端2通过其前端的法兰与未示出的涡轮增压器连接。排气锥端4通过其后端的法兰与未示出的排气系统冷端连接。耦合式催化器1可通过支架固定于发动机上。

如图3所示，催化器筒体3内沿流动方向依次设有GPF单元和TWC单元。GPF单元和TWC单元沿流动方向的间距D为30-50mm。发动机排气先由GPF单元除去大部分CO、HC和NO_X等成分后，再由GPF单元捕捉颗粒，且GPF单元也可对发动机排气中的CO、HC和NO_X等进行二次转化，使得车辆尾气满足国六排放要求。可以理解的是，设置上述间距使得GPF单元和TWC单元可同设于催化器筒体3内部，进而使得排气系统得以解决副车架、转向管柱等带来的布置困难问题；而该间距可以保证排气系统可满足GPF的起燃要求和再生控制要求。

进一步参见图3，TWC单元包括柱形TWC载体51和套设在TWC载体51的柱形TWC衬垫52。类似地，GPF单元沿催化器筒体3的径向方向由内至外依次设有柱形GPF载体53和套设在GPF载体53外的柱形GPF衬垫54。优选地，GPF载体53可设为壁流式圆柱形陶瓷载体，TWC载体51可设为直通式圆柱形陶瓷载体。

如图3所示，得益于GPF单元和TWC单元之间30-50mm的间距D，GPF单元和TWC单元之间可设置诸如压差传感器、后氧传感器和排温传感器等传感器以检测各类参数。优选地，GPF单元和TWC单元之间的间距设为46mm。

参见图1，进气锥端2还可设置前氧传感器。排气锥端4也可设置压差传感器。需要说明的是，附图1中安装座6、安装座7、安装座8和安装座9位于耦合式催化器1内部的端部设置的传感器分别为压差传感器、前氧传感器、后氧传感器和排温传感器。

优选地，用于安装上述传感器的传感器安装座由催化器筒体3外表面朝其中心位置延伸至邻近催化器筒体3的中心轴线位置。特别地，用于固定排温传感器的安装座应保证排温传感器与催化器筒体3的中心轴线之间具有10-15mm的距离，在此情况下，可以保证排温传感器所测排温误差小于50℃。最为优选地，对于TWC载体51和GPF载体53的参数分别为Ф132.1×101.6，750/2；Ф132.1×127，300/8的耦合式催化器1，排温传感器距离催化器筒体3的中心轴线距离为11.05mm。其中，上述Ф132.1×101.6，750/2表示TWC载体51的外径为132.1mm，长度为101.6mm，载体端面的单位孔数为750个/平方英寸，壁厚为2mil(10-³英寸)；Ф132.1×127，300/8表示GPF载体53的外径为132.1mm，长度为127mm，单位孔数为300个/平方英寸，壁厚为8mil。

根据一种优选实施方式，进气锥端2、排气锥端4均可设置为沿流动方向对称的两个对分部分(不含法兰)，进气锥端2、排气锥端4均通过焊接各自的对分部分形成。对于进气锥端2的前端位置的法兰，排气锥端4的后端位置的法兰，也可通过焊接形式固定至已然被焊接的对分部分而形成进气锥端2、排气锥端4的组成部分。进气锥端2、排气锥端4也可以通过焊接方式与催化器筒体3形成一体。可以理解的是，在将进气锥端2、排气锥端4焊接至催化器筒体3前，应先将带衬垫的TWC载体51、GPF载体53压装到催化器筒体3内部。

优选地，可将TWC单元设置成有且仅有一个TWC载体51。在满足常规汽车排量的发动机排气处理需要的前提下，在设置单一的TWC载体51的方案中，其TWC载体51的外径必然地可以设置成大于现有技术中设置两个TWC载体51的技术方案中的各个TWC载体51的直径。例如，根据本实用新型的TWC载体51的直径可设为Ф132.1mm或更大尺寸的直径，而上述现有技术的TWC载体51的极限直径仅可设置为Ф110mm。由此带来的影响是，具有较大直径的TWC载体51可以进一步降低耦合式催化器1的背压。

为了实现降低耦合式催化器1的背压，还可以通过改变排气锥端4的方向来实现。具体地，催化器筒体3的中心轴线与排气锥端4的中心轴线之间的夹角θ可设为95°-120°。最优选地，出气端锥角度向下偏转15°，也即θ为105°。

以下结合试验数据说明根据本申请的耦合式催化器的实际效果。针对TWC载体51和GPF载体53的参数分别为Ф132.1×101.6，750/2；Ф132.1×127，300/8，发动机涡后排气温度850℃的情况，在排气流量为600kg/h条件下，排气系统背压为60kpa(耦合式催化器背压为27kpa)；在发动机排气流量为760kg/h条件下，排气系统背压70kpa(耦合式催化器背压为40kpa)，因此，根据本申请的排气系统可以满足发动机台架背压值要求范围。本申请的耦合式催化器尤其适用于1.5T～2.0T排量的涡轮增压、缸内直喷发动机。排气系统适用于发动机前排气式的车辆。

本实用新型的保护范围仅由权利要求限定。得益于本实用新型的教导，本领域技术人员容易认识到可将本实用新型所公开结构的替代结构作为可行的替代实施方式，并且可将本实用新型所公开的实施方式进行组合以产生新的实施方式，它们同样落入所附权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种耦合式催化器，其包括沿发动机排气的流动方向依次布置的进气锥端、催化器筒体和排气锥端，所述催化器筒体内沿所述流动方向依次设有TWC单元、GPF单元；其特征在于，

所述TWC单元和所述GPF单元沿所述流动方向的间距为30-50mm。

2.根据权利要求1所述的耦合式催化器，其特征在于，所述GPF单元包括柱形GPF载体和套设在所述GPF载体外的柱形GPF衬垫。

3.根据权利要求2所述的耦合式催化器，其特征在于，所述TWC单元包括柱形TWC载体和套设在所述TWC载体的柱形TWC衬垫。

4.根据权利要求1所述的耦合式催化器，其特征在于，所述GPF单元和所述TWC单元之间设有压差传感器、后氧传感器和排温传感器中的任意一种或多种。

5.根据权利要求4所述的耦合式催化器，其特征在于，当所述GPF组件和所述TWC组件之间设有排温传感器时，所述排温传感器与所述催化器筒体的中心轴线之间的距离为10-15mm。

6.根据权利要求1所述的耦合式催化器，其特征在于，所述进气锥端和/或所述排气锥端包括沿所述流动方向对称的两个对分部分。

7.根据权利要求2所述的耦合式催化器，其特征在于，所述GPF载体为壁流式圆柱形陶瓷载体。

8.根据权利要求3所述的耦合式催化器，其特征在于，所述TWC载体为直通式圆柱形陶瓷载体。

9.根据权利要求1所述的耦合式催化器，其特征在于，所述耦合式催化器筒体的中心轴线与所述排气锥端的中心轴线之间的夹角为95°-120°。

10.根据权利要求1所述的耦合式催化器，其特征在于，所述耦合式催化器通过支架固定于发动机上。

11.根据权利要求3所述的耦合式催化器，其特征在于，所述TWC单元有且仅有一个TWC载体。

12.一种排气系统，其包括依次排布的发动机涡轮增压器、如权利要求1-11中任一项所述的耦合式催化器和排气系统冷端。

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