一種耦合型汽車三元催化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種耦合型汽車三元催化器，更具體地說(shuō)是對(duì)現(xiàn)有三元催化器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)，屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)保是汽車發(fā)展的永恒主題，電動(dòng)汽車是傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)汽車的理想替代品，但受蓄電池能量的限制以及燃料電池高成本的約束，短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面替代，汽車尾氣處理技術(shù)的進(jìn)步仍是目前解決環(huán)保問(wèn)題的關(guān)鍵。三元催化器作為最有效的機(jī)外凈化裝置，已得到普遍應(yīng)用。三元催化器采用催化劑增強(qiáng)一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸衔锶N氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化一還原化學(xué)反應(yīng)，有效降解發(fā)動(dòng)機(jī)排放的有害物質(zhì)，使汽車尾氣得以凈化。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三元催化器采用常規(guī)擴(kuò)張管匹配平端面載體的設(shè)計(jì)，難以使尾氣充分?jǐn)U散到催化床的整個(gè)橫截面，而是集中在載體中心、軸線附近較小的管狀區(qū)域。這導(dǎo)致中心區(qū)域的實(shí)際空速過(guò)大，催化劑負(fù)荷和溫度過(guò)高，老化迅速；而在此周圍的大部分區(qū)域空速急劇下降，催化劑得不到充分利用，浪費(fèi)昂貴的催化劑，增加催化器的體積與造價(jià)，縮短催化器的使用壽命。同時(shí)由于空速分布的不均勻，還會(huì)導(dǎo)致載體在橫截面上出現(xiàn)較大溫度梯度，產(chǎn)生熱應(yīng)力，使載體容易碎裂損壞。
[0003]中國(guó)專利CN200820134922公開了 “一種新型三元催化器載體”，載體進(jìn)氣端表面為冠狀表面。它與傳統(tǒng)的平端面載體相比，可一定程度增加氣體與載體的接觸面積，降低氣流平均速度，提高氣流均勻系數(shù)和利用效率。但該結(jié)構(gòu)導(dǎo)流面較小，且載體延伸至擴(kuò)張管內(nèi)而占據(jù)氣體流動(dòng)空間，紊流程度增強(qiáng)，端面導(dǎo)流作用減弱，氣流擴(kuò)散不充分，徑向分布均勻性提升空間有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有三元催化器載體內(nèi)部氣流徑向分布不均勻的不足，提供一種增強(qiáng)型擴(kuò)張管耦合圓錐形端面載體的三元催化器，能夠更有效的提高尾氣凈化效率，延長(zhǎng)使用壽命。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。對(duì)現(xiàn)有三元催化器進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)改造，利用擴(kuò)張管造型、載體端面造型、載體位置移動(dòng)改善氣流徑向分布均勻性。采用增強(qiáng)型擴(kuò)張管，即氣流首先流經(jīng)一個(gè)小角度的圓錐過(guò)渡管，在接近載體時(shí)再漸擴(kuò)至整個(gè)載體表面，利于催化器軸線附近的氣體流量向邊壁的擴(kuò)散；同時(shí)將載體端面加工成頂角為90°的錐形，兼起導(dǎo)流作用，促進(jìn)氣流沿錐形端面向軸線邊緣擴(kuò)散，減小流動(dòng)分離區(qū)，弱化載體中心區(qū)域的流量分擔(dān)率。
[0006]作為優(yōu)選，端頭采用圓滑過(guò)渡，直徑按三元催化器入口管的半徑選取，利用錐形端面載體端頭的圓滑過(guò)渡和邊壁的側(cè)向?qū)Я骶鶆驓饬鞣植肌?br>[0007]作為優(yōu)選，置載體端頭于工作段起始位置，載體進(jìn)入工作段，增大擴(kuò)散空間，減弱紊流程度，增強(qiáng)氣流分布均勻性。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:利用三元催化器的結(jié)構(gòu)改型，實(shí)現(xiàn)了氣流徑向分布的均勻性，減少氣流壓力損失，改善溫升特性，利于廢氣轉(zhuǎn)化，提高三元催化器壽命及整體結(jié)構(gòu)緊湊性。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是三元催化器改進(jìn)方案的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖中:1.入口管，2.小角度擴(kuò)張管，3.漸擴(kuò)管，4.端頭，5.載體，6.工作段，7.收縮管，8.出口管。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0012]參閱圖1，所述的三元催化器是對(duì)現(xiàn)有三元催化器進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)，將擴(kuò)張段設(shè)計(jì)為小角度擴(kuò)張管(2)與漸擴(kuò)管(3)的組合，載體(5)的前端面設(shè)計(jì)成圓錐形，端頭
(4)采用圓滑過(guò)渡，且與入口管⑴半徑相當(dāng)，并置于工作段(6)起始位置。發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物經(jīng)由入口管(I)進(jìn)入三元催化器，流經(jīng)小角度擴(kuò)張管(2)、漸擴(kuò)管(3)，氣流向邊壁擴(kuò)散，利用端頭(4)導(dǎo)流，徑向分布均勻的氣流通過(guò)載體(5)內(nèi)催化劑作用，經(jīng)氧化還原反應(yīng)凈化后，經(jīng)由收縮管(7)、出口管(8)排出。
[0013]三元催化器氣流徑向分布均勻性比較:
[0014]按照汽車常用工況，取氣流流經(jīng)入口管的速度為53m/s，取30%載體中心區(qū)為例。傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配平端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.5645 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配冠狀端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.6048 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配球形端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.6636 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配頂角為90°圓錐形端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.6677 ;端頭直徑與擴(kuò)張管半徑相當(dāng)?shù)娜呋骶鶆蛐灾笖?shù)0.6944 ;增強(qiáng)型擴(kuò)張管匹配90°圓錐形端面載體的耦合型三元催化器均勻性指數(shù)0.6998 ;前移端頭深入至擴(kuò)張段內(nèi)的三元催化器均勻性指數(shù)0.6263。
[0015]按照汽車常用工況，取氣流流經(jīng)入口管的速度為53m/s，取60%載體中心區(qū)為例。傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配平端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.7587 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配冠狀端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.7933 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配球形端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.8245 ;傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配頂角為90°圓錐形端面載體三元催化器均勻性指數(shù)0.8287 ;端頭直徑與擴(kuò)張管半徑相當(dāng)?shù)娜呋骶鶆蛐灾笖?shù)0.8530 ;增強(qiáng)型擴(kuò)張管匹配90°圓錐形端面載體的耦合型三元催化器均勻性指數(shù)0.8354 ;前移端頭深入至擴(kuò)張段內(nèi)的三元催化器均勻性指數(shù)0.8097。
[0016]三元催化器軸向壓力損失比較:
[0017]與前述工況相同，傳統(tǒng)擴(kuò)張管匹配平端面載體三元催化器軸向壓力損失1.6029KPa，增強(qiáng)型擴(kuò)張管匹配90°圓錐形端面載體的耦合型三元催化器軸向壓力損失1.0543KPa。
[0018]但本實(shí)用新型旨在說(shuō)明三元催化器擴(kuò)張段與錐形端面載體耦合系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)改型的可行性，且只在模擬仿真、試驗(yàn)臺(tái)層面進(jìn)行驗(yàn)證。若本實(shí)用新型成果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可向產(chǎn)業(yè)化推廣，則上述數(shù)值比較可為企業(yè)今后改型和加工提供分析依據(jù)。
[0019]通過(guò)上述分析表明，對(duì)傳統(tǒng)三元催化器進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)改造，利用增強(qiáng)型擴(kuò)張管與圓錐形端面載體耦合，可解決傳統(tǒng)三元催化器尾氣徑向分布不均勻的問(wèn)題，提高尾氣凈化的效率和三元催化器的使用壽命。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耦合型汽車三元催化器，包括入口管(I)、小角度擴(kuò)張管(2)、漸擴(kuò)管(3)、載體(5)、收縮管(7)和出口管(8)，其特征在于，氣流流經(jīng)小角度擴(kuò)張管(2)、漸擴(kuò)管(3)擴(kuò)散，能改善氣流至載體表面的徑向分布均勻性，減小軸向壓力損失。
2.按照權(quán)利要求1所述的耦合型汽車三元催化器，其特征在于，載體(5)前端面設(shè)計(jì)成圓錐形，能促進(jìn)氣流向載體邊壁擴(kuò)散，弱化載體中心區(qū)域流量分擔(dān)率。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的耦合型汽車三元催化器，其特征在于，載體(5)的端頭(4)采用圓滑過(guò)渡，與入口管(I)半徑相當(dāng)，并置于工作段(6)起始位置，能減小流動(dòng)分離區(qū)，改善溫升特性，提高三元催化器壽命和整體結(jié)構(gòu)緊湊性。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種耦合型汽車三元催化器，是對(duì)傳統(tǒng)三元催化器進(jìn)行的結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)，屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它將小角度擴(kuò)張管(2)、漸擴(kuò)管(3)與圓錐形端面載體(5)進(jìn)行耦合，所述的圓錐形端面載體(5)，其端頭(4)采用圓滑過(guò)渡，與入口管(1)半徑相當(dāng)，置于工作段(6)起始位置。具有上述結(jié)構(gòu)的耦合型汽車三元催化器，可解決傳統(tǒng)三元催化器尾氣徑向分布不均勻問(wèn)題，促進(jìn)中心氣流向邊壁擴(kuò)散，減小流動(dòng)分離區(qū)，弱化載體中心區(qū)域流量分擔(dān)率，減少氣流壓力損失，改善溫升特性，利于廢氣轉(zhuǎn)化，提高三元催化器壽命及整體結(jié)構(gòu)緊湊性。
【IPC分類】F01N3-28
【公開號(hào)】CN204511591
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520061790
【發(fā)明人】路艷鵬, 何立, 丁柏群
【申請(qǐng)人】遼寧石油化工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日