[发明专利]一种汽油机催化器

说明书

技术领域

本发明属于发动机领域，具体是指一种汽油机催化器。

背景技术

汽车排出的污染物对环境造成的危害日益引起公众的重视。各国家对汽车尾气排放的限制标准越来越严格。

为了满足排放法规，汽车厂家纷纷采取各种措施来降低污染物排放。目前，三元催化转化器是汽车排气系统中最为有效的机外净化装置之一，三元催化转化器可以将废气中的HC化合物、NO_X等转污染物化为对环境无污染的CO₂、N₂、H₂O。

因整车内部的布置空间有限，进行三元催化转化器设计的难点是减少催化转化器内气流速度分布的不均匀性并降低催化转化器的压力损失。

废气在催化转化器中的流动均匀性决定了催化转化器的转化效率以及使用寿命。

若进入催化转化器内部的废气流动均匀，其内部形成的气流漩涡越小，气流噪声也就越小，催化转化效率越高，相应的使用寿命也越长。

若进入催化转化器内部的废气流动不均匀，载体入口端面各部位气流流量不同。由于废气温度很高，流速高的载体区域温度高，容易老化，使用寿命减短并且容易烧蚀。流速低的载体区域废气流通量少，温度低，催化效率低，造成较大的浪费。

2009年全国实施机动车污染排放的国四标准，强制要求安装车载诊断系统(OBD)。OBD目的是使三元催化转化器工作在高转化率区，即排气中的HC化合物、CO的氧化净化率和NO的还原净化率均较高,从而使排气中的有害成分大幅度下降。OBD排放法规要求氧传感器采集准确。

排气中的氧分子的浓度取决于混合气的空燃比。

空燃比小于14.7/1时混合气偏浓，在燃烧过程中氧分子几乎被全部耗尽，排气中的氧分子浓度较低；当空燃比大于14.7/1时混合器偏稀，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽，排气中的氧分子浓度高。

氧传感器检测排气中的氧浓度，并随时向ECU控制装置反馈信号。

ECU则根据氧传感器反馈来的信号调整喷油量，如混合气偏浓，则减少喷油时间；反之，如混合气偏稀，则延长喷油时间。这样使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比附近。

氧传感器的安装位置十分重要，因为氧传感器信号采集准确与否影响到发动机的性能。一旦氧传感器信号采集不准确，ECU将不能得到排气管中氧浓度的准确信息，因而不能对空燃比进行精确的反馈控制，会使发动机油耗和排放污染物增加，发动机出现怠速不稳、冒黑烟、喘振等故障现象。

目前，大部分整车所使用的发动机催化转化器结构如图1所示。所述催化转化器主要包括六个部分，从排气歧管排出的废气经入口管3进入催化转化器，所述入口管3的管壁上安装有氧传感器安装座4，其上安装氧传感器，氧传感器采集流经此处废气中氧含量。ECU根据反馈的氧浓度来调整喷油量，从而确保混合气的空燃比保持在理论空燃比附近，随后废气进入圆台形扩张管1，在扩张管内废气重新分布，并进入载体，载体外围由壳体6封装。废气从载体流出后，进入圆台形收缩管2，最后废气经出口管5流出。

针对图1所示的催化转化器结构，在发动机的实际运行中，存在以下问题。

废气在催化转化器中的流动均匀性决定了催化转化器的转化效率以及使用寿命。在图1所示催化转化器中，废气从入口管3进入圆台形扩张管1后，重新分布，一部分废气流入载体的多孔内部，另一部分废气碰到载体的端面反弹，形成回旋的漩涡，见图2中扩张管内部的虚线气流流向。从载体中心流出的废气流量大，而载体外围部位流出的废气流量小。废气在催化转化器内部的流动均匀性差。由于废气温度很高，造成载体中心区域的温度高，容易老化，催化剂使用寿命减短，并且容易烧蚀。载体外围流出的废气流量小，温度低，催化剂的催化效率低，造成较大的浪费。废气经载体流入圆台形收缩管2后，废气撞向扩张管2的壁面，然后改变方向经出口管5流出，见图2中收缩管内部的虚线气流流向。废气气流与扩张管2相撞，压力损失增加，从而增加了催化转化器的排气背压。发动机的动力性能下降、经济性能变差。