一种耦合型汽车三元催化器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种耦合型汽车三元催化器，更具体地说是对现有三元催化器进行结构改型设计，属于汽车发动机排气系统技术领域。
【背景技术】
[0002]环保是汽车发展的永恒主题，电动汽车是传统燃油内燃机汽车的理想替代品，但受蓄电池能量的限制以及燃料电池高成本的约束，短时间内无法实现全面替代，汽车尾气处理技术的进步仍是目前解决环保问题的关键。三元催化器作为最有效的机外净化装置，已得到普遍应用。三元催化器采用催化剂增强一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物三种气体的活性，促使其进行一定的氧化一还原化学反应，有效降解发动机排放的有害物质，使汽车尾气得以净化。传统结构的三元催化器采用常规扩张管匹配平端面载体的设计，难以使尾气充分扩散到催化床的整个横截面，而是集中在载体中心、轴线附近较小的管状区域。这导致中心区域的实际空速过大，催化剂负荷和温度过高，老化迅速；而在此周围的大部分区域空速急剧下降，催化剂得不到充分利用，浪费昂贵的催化剂，增加催化器的体积与造价，缩短催化器的使用寿命。同时由于空速分布的不均匀，还会导致载体在横截面上出现较大温度梯度，产生热应力，使载体容易碎裂损坏。
[0003]中国专利CN200820134922公开了 “一种新型三元催化器载体”，载体进气端表面为冠状表面。它与传统的平端面载体相比，可一定程度增加气体与载体的接触面积，降低气流平均速度，提高气流均匀系数和利用效率。但该结构导流面较小，且载体延伸至扩张管内而占据气体流动空间，紊流程度增强，端面导流作用减弱，气流扩散不充分，径向分布均匀性提升空间有限。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有三元催化器载体内部气流径向分布不均匀的不足，提供一种增强型扩张管耦合圆锥形端面载体的三元催化器，能够更有效的提高尾气净化效率，延长使用寿命。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现。对现有三元催化器进行局部结构改造，利用扩张管造型、载体端面造型、载体位置移动改善气流径向分布均匀性。采用增强型扩张管，即气流首先流经一个小角度的圆锥过渡管，在接近载体时再渐扩至整个载体表面，利于催化器轴线附近的气体流量向边壁的扩散；同时将载体端面加工成顶角为90°的锥形，兼起导流作用，促进气流沿锥形端面向轴线边缘扩散，减小流动分离区，弱化载体中心区域的流量分担率。
[0006]作为优选，端头采用圆滑过渡，直径按三元催化器入口管的半径选取，利用锥形端面载体端头的圆滑过渡和边壁的侧向导流均匀气流分布。
[0007]作为优选，置载体端头于工作段起始位置，载体进入工作段，增大扩散空间，减弱紊流程度，增强气流分布均匀性。
[0008]本实用新型的有益效果是:利用三元催化器的结构改型，实现了气流径向分布的均匀性，减少气流压力损失，改善温升特性，利于废气转化，提高三元催化器寿命及整体结构紧凑性。
【附图说明】
[0009]图1是三元催化器改进方案的结构示意图；
[0010]图中:1.入口管，2.小角度扩张管，3.渐扩管，4.端头，5.载体，6.工作段，7.收缩管，8.出口管。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述:
[0012]参阅图1，所述的三元催化器是对现有三元催化器进行局部结构改型设计，将扩张段设计为小角度扩张管(2)与渐扩管(3)的组合，载体(5)的前端面设计成圆锥形，端头
(4)采用圆滑过渡，且与入口管⑴半径相当，并置于工作段(6)起始位置。发动机排放污染物经由入口管(I)进入三元催化器，流经小角度扩张管(2)、渐扩管(3)，气流向边壁扩散，利用端头(4)导流，径向分布均匀的气流通过载体(5)内催化剂作用，经氧化还原反应净化后，经由收缩管(7)、出口管(8)排出。
[0013]三元催化器气流径向分布均匀性比较:
[0014]按照汽车常用工况，取气流流经入口管的速度为53m/s，取30%载体中心区为例。传统扩张管匹配平端面载体三元催化器均匀性指数0.5645 ;传统扩张管匹配冠状端面载体三元催化器均匀性指数0.6048 ;传统扩张管匹配球形端面载体三元催化器均匀性指数0.6636 ;传统扩张管匹配顶角为90°圆锥形端面载体三元催化器均匀性指数0.6677 ;端头直径与扩张管半径相当的三元催化器均匀性指数0.6944 ;增强型扩张管匹配90°圆锥形端面载体的耦合型三元催化器均匀性指数0.6998 ;前移端头深入至扩张段内的三元催化器均匀性指数0.6263。
[0015]按照汽车常用工况，取气流流经入口管的速度为53m/s，取60%载体中心区为例。传统扩张管匹配平端面载体三元催化器均匀性指数0.7587 ;传统扩张管匹配冠状端面载体三元催化器均匀性指数0.7933 ;传统扩张管匹配球形端面载体三元催化器均匀性指数0.8245 ;传统扩张管匹配顶角为90°圆锥形端面载体三元催化器均匀性指数0.8287 ;端头直径与扩张管半径相当的三元催化器均匀性指数0.8530 ;增强型扩张管匹配90°圆锥形端面载体的耦合型三元催化器均匀性指数0.8354 ;前移端头深入至扩张段内的三元催化器均匀性指数0.8097。
[0016]三元催化器轴向压力损失比较:
[0017]与前述工况相同，传统扩张管匹配平端面载体三元催化器轴向压力损失1.6029KPa，增强型扩张管匹配90°圆锥形端面载体的耦合型三元催化器轴向压力损失1.0543KPa。
[0018]但本实用新型旨在说明三元催化器扩张段与锥形端面载体耦合系统及其结构改型的可行性，且只在模拟仿真、试验台层面进行验证。若本实用新型成果经过验证可向产业化推广，则上述数值比较可为企业今后改型和加工提供分析依据。
[0019]通过上述分析表明，对传统三元催化器进行局部结构改造，利用增强型扩张管与圆锥形端面载体耦合，可解决传统三元催化器尾气径向分布不均匀的问题，提高尾气净化的效率和三元催化器的使用寿命。
【主权项】
1.一种耦合型汽车三元催化器，包括入口管(I)、小角度扩张管(2)、渐扩管(3)、载体(5)、收缩管(7)和出口管(8)，其特征在于，气流流经小角度扩张管(2)、渐扩管(3)扩散，能改善气流至载体表面的径向分布均匀性，减小轴向压力损失。
2.按照权利要求1所述的耦合型汽车三元催化器，其特征在于，载体(5)前端面设计成圆锥形，能促进气流向载体边壁扩散，弱化载体中心区域流量分担率。
3.按照权利要求1或2所述的耦合型汽车三元催化器，其特征在于，载体(5)的端头(4)采用圆滑过渡，与入口管(I)半径相当，并置于工作段(6)起始位置，能减小流动分离区，改善温升特性，提高三元催化器寿命和整体结构紧凑性。
【专利摘要】本实用新型公开了一种耦合型汽车三元催化器，是对传统三元催化器进行的结构改型设计，属于汽车发动机排气系统技术领域。它将小角度扩张管(2)、渐扩管(3)与圆锥形端面载体(5)进行耦合，所述的圆锥形端面载体(5)，其端头(4)采用圆滑过渡，与入口管(1)半径相当，置于工作段(6)起始位置。具有上述结构的耦合型汽车三元催化器，可解决传统三元催化器尾气径向分布不均匀问题，促进中心气流向边壁扩散，减小流动分离区，弱化载体中心区域流量分担率，减少气流压力损失，改善温升特性，利于废气转化，提高三元催化器寿命及整体结构紧凑性。
【IPC分类】F01N3-28
【公开号】CN204511591
【申请号】CN201520061790
【发明人】路艳鹏, 何立, 丁柏群
【申请人】辽宁石油化工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月29日