发动机催化器总成及排气系统

摘要

本发明涉及一种发动机催化器总成及排气系统。该催化器总成，设于发动机排气系统中，包括催化器主体，以及分别设于所述催化器主体两端的进气结构和出气结构；所述催化器主体包括催化器壳体，依次连通设于所述催化器壳体中的三元催化转换器及汽油机颗粒捕集器，以及与所述汽油机颗粒捕集器连通的取气结构；所述进气结构一端与发动机排气系统一端连通、另一端与所述三元催化转换器连通，所述出气结构一端与所述汽油机颗粒捕集器连通、另一端与所述发动机排气系统另一端连通，所述取气结构与发动机的排气歧管连通。本发明成本低、控制简单方便，容易获取燃烧颗粒物的气体，且气体温度容易达到燃烧要求温度。

权利要求

1.一种发动机催化器总成，设于发动机排气系统中，其特征在于，包括催化器主体，以及分别设于所述催化器主体两端的进气结构和出气结构；

所述催化器主体包括催化器壳体，依次连通设于所述催化器壳体中的三元催化转换器及汽油机颗粒捕集器，以及与所述汽油机颗粒捕集器连通的取气结构；

所述进气结构一端与发动机排气系统一端连通、另一端与所述三元催化转换器连通，所述出气结构一端与所述汽油机颗粒捕集器连通、另一端与所述发动机排气系统另一端连通，所述取气结构与发动机的排气歧管连通；

所述取气结构包括与发动机的排气歧管连通的第一取气管和第二取气管，所述第一取气管连接于所述汽油机颗粒捕集器与所述三元催化转换器连接位置处、或连接于所述汽油机颗粒捕集器处，所述第二取气管连接于所述汽油机颗粒捕集器与所述出气结构连接位置处、或连接于所述出气结构处。

2.根据权利要求1所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述进气结构包括与发动机排气系统一端连接的进气法兰，与所述进气法兰连接的进气弯管，以及与所述进气弯管连接的进气锥管，所述进气锥管与所述催化器壳体一端连接。

3.根据权利要求2所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述出气结构包括与发动机排气系统另一端连接的出气法兰，与所述出气法兰连接的出气弯管，以及与所述出气弯管连接的出气锥管，所述出气锥管与所述催化器壳体另一端连接。

4.根据权利要求3所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述进气法兰的中心轴线与所述三元催化转换器的中心轴线的夹角设为α，且45°≤α≤180°；

所述三元催化转换器的中心轴线与所述汽油机颗粒捕集器的中心轴线重合，所述出气法兰的中心轴线与所述汽油机颗粒捕集器的中心轴线夹角设为β，且90°≤β≤180°。

5.根据权利要求3所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述三元催化转换器与所述汽油机颗粒捕集器之间的轴向间距设为X，且30mm≤X≤60mm。

6.根据权利要求1所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述取气结构还包括设于所述催化器壳体上的第一取气安装座，所述第一取气管安设于所述第一取气安装座处；

所述取气结构还包括设于所述出气结构上的第二取气安装座，所述第二取气管安设于所述第二取气安装座处。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的发动机催化器总成，其特征在于，还包括设于所述进气结构上的第一传感器安装座，以及设于所述出气结构上的第二传感器安装座。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的发动机催化器总成，其特征在于，所述催化器壳体包括筒状主壳体，设于所述筒状主壳体外的隔热板，以及设于所述筒状主壳体与所述隔热板之间的隔热棉，所述三元催化转换器和所述汽油机颗粒捕集器设于所述筒状主壳体中。

9.一种排气系统，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的发动机催化器总成。

说明书

发动机催化器总成及排气系统

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车排气系统技术领域，特别是涉及一种发动机催化器总成及排气系统。

背景技术

[0002] 汽车的排气系统包括发动机排气系统和底盘下排气系统两部分，其中发动机排气系统一般简称为热端排气系统，底盘下排气系统简称为冷端排气系统。而为了满足国六排放法规要求，在排气系统中设置TWC(Three Way CatalyticConverter，三元催化转换器)的基础上，还在排气系统中封装GPF(Gasoline Particulate Filter，汽油机颗粒捕集器)，成为主流技术路线。

[0003] 目前，通常将TWC(三元催化转换器)布置在发动机热端排气系统上，可降低排放中的CO、HC和NOX；并将GPF(汽油机颗粒捕集器)布置在冷端排气系统上，可收集排放中的由碳或碳化物的微小颗粒(尺寸小于4-20μm)所组成的微粒排放物质(烟灰)。而且，GPF中的颗粒物在聚集到一定数量后需要利用高温将其燃烧掉，否则颗粒物将会堵住GPF，使其捕捉效率大大降低，同时排气背压也会增大，从而影响发动机的性能。目前通常在GPF外增加一套电加热装置，加热使GPF达到一定的温度后将颗粒物燃烧排出，以清除GPF中的颗粒物。但是，这种方式清除颗粒物的效果虽然很好，但结构较为复杂，成本高，控制复杂。

发明内容

[0004] 基于此，本发明提供一种发动机催化器总成及排气系统，成本低、控制简单方便，容易获取燃烧颗粒物的气体，且气体温度容易达到燃烧要求温度。

[0005] 为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

[0006] 一种发动机催化器总成，设于发动机排气系统中，包括催化器主体，以及分别设于所述催化器主体两端的进气结构和出气结构；

[0007] 所述催化器主体包括催化器壳体，依次连通设于所述催化器壳体中的三元催化转换器及汽油机颗粒捕集器，以及与所述汽油机颗粒捕集器连通的取气结构；

[0008] 所述进气结构一端与发动机排气系统一端连通、另一端与所述三元催化转换器连通，所述出气结构一端与所述汽油机颗粒捕集器连通、另一端与所述发动机排气系统另一端连通，所述取气结构与发动机的排气歧管连通。

[0009] 可选地，所述进气结构包括与发动机排气系统一端连接的进气法兰，与所述进气法兰连接的进气弯管，以及与所述进气弯管连接的进气锥管，所述进气锥管与所述催化器壳体一端连接。

[0010] 可选地，所述出气结构包括与发动机排气系统另一端连接的出气法兰，与所述出气法兰连接的出气弯管，以及与所述出气弯管连接的出气锥管，所述出气锥管与所述催化器壳体另一端连接。

[0011] 可选地，所述进气法兰的中心轴线与所述三元催化转换器的中心轴线的夹角设为α，且45°≤α≤180°；

[0012] 所述三元催化转换器的中心轴线与所述汽油机颗粒捕集器的中心轴线重合，所述出气法兰的中心轴线与所述汽油机颗粒捕集器的中心轴线夹角设为β，且90°≤β≤180°。

[0013] 可选地，所述三元催化转换器与所述汽油机颗粒捕集器之间的轴向间距设为X，且30mm≤X≤60mm。

[0014] 可选地，所述取气结构包括与发动机的排气歧管连通的第一取气管和第二取气管，所述第一取气管连接于所述汽油机颗粒捕集器与所述三元催化转换器连接位置处、或连接于所述汽油机颗粒捕集器处，所述第二取气管连接于所述汽油机颗粒捕集器与所述出气结构连接位置处、或连接于所述出气结构处。

[0015] 可选地，所述取气结构还包括设于所述催化器壳体上的第一取气安装座，所述第一取气管安设于所述第一取气安装座处；

[0016] 所述取气结构还包括设于所述出气结构上的第二取气安装座，所述第二取气管安设于所述第二取气安装座处。

[0017] 可选地，还包括设于所述进气结构上的第一传感器安装座，以及设于所述出气结构上的第二传感器安装座。

[0018] 可选地，所述催化器壳体包括筒状主壳体，设于所述筒状主壳体外的隔热板，以及设于所述筒状主壳体与所述隔热板之间的隔热棉，所述三元催化转换器和所述汽油机颗粒捕集器设于所述筒状主壳体中。

[0019] 此外，本发明还提出一种排气系统，包括如上所述的发动机催化器总成。

[0020] 本发明提出的技术方案中，通过将催化器总成的进气结构和出气结构安装到发动机排气系统中，以将集成在催化器壳体中的三元催化转换器(TWC)及汽油机颗粒捕集器(GPF)设置在发动机热端(即发动机排气系统)处，便于取气结构从发动机排气歧管中获取高温(600℃以上)的气体对汽油机颗粒捕集器捕获的颗粒物进行燃烧清除，无需额外设置电加热装置以燃烧颗粒物，简化了结构，也方便对催化器总成进行控制。此外，由于催化器总成设置在发动机热端，使得取气结构距离发动机排气歧管较近，可极大的减少高温气体输送的距离，使得高温气体在输送过程中温度降低较少，从而能够方便地从发动机排气歧管中获取高温气体对汽油机颗粒捕集器捕获的颗粒物进行燃烧清除。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明实施例所述发动机催化器总成的立体结构示意简图一；

[0023] 图2为本发明实施例所述发动机催化器总成的立体结构示意简图二；

[0024] 图3为本发明实施例所述发动机催化器总成的立体结构示意简图三。

[0025] 附图标号说明：

[0026]

[0027]

[0028] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0031] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

[0032] 如图1至图3所示，本发明提出一种发动机催化器总成，设于发动机排气系统中，包括催化器主体100，以及分别设于催化器主体100两端的进气结构200和出气结构300。该催化器主体100包括集成在一起的三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130，从而可以将三元催化转换器120及汽油机颗粒捕集器130同时均设置于发动机热端(即发动机排气系统)中，实现三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130的集成设置。而且，通过使得催化器主体100一端的进气结构200与发动机排气系统一端连接，用于向催化器主体100中输送待净化的发动机尾气；此外，通过使得催化器主体100另一端的出气结构300与发动机排气系统另一端或者与底盘下排气系统(冷端)连接，用于将净化后的气体输出催化器总成，并输送到底盘下排气系统。

[0033] 具体地，上述催化器主体100可包括催化器壳体110，依次连通设于催化器壳体110中的三元催化转换器120及汽油机颗粒捕集器130，以及与汽油机颗粒捕集器130连通的取气结构400。而上述进气结构200一端与发动机排气系统一端连通、其(即进气结构)另一端与三元催化转换器120连通，上述出气结构300一端与汽油机颗粒捕集器130连通、其(即出气结构)另一端与发动机排气系统另一端(或者出气结构另一端与底盘下排气系统)连通，取气结构400与发动机的排气歧管连通。即催化器总成通过两端设置的进气结构200和出气结构300连通设于发动机排气系统(即热端)上(或者将进气结构连接在热端，而出气结构连接在冷端)。而且，依次设于催化器壳体110中的三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130，可分别对通过进气结构200输入的发动机尾气中的CO、HC和NOX进行去除，以及对尾气中的由碳或碳化物的微小颗粒(尺寸小于4-20μm)所组成的微粒排放物质(烟灰)进行收集。
而且，在汽油机颗粒捕集器130收集了一定的颗粒物后，取气结构400会从发动机的排气歧管中引入高温气体对汽油机颗粒捕集器130捕获的颗粒物进行燃烧消除。这样，通过将三元催化转换器120及汽油机颗粒捕集器130集成设置于热端，使得汽油机颗粒捕集器130及取气结构400距离发动机的排气歧管距离很近，就更便于取气结构400从发动机的排气歧管中获取高温(超过600℃的温度)气体，而且高温气体在通过取气结构400输送到汽油机颗粒捕集器130的过程中温度损失较少(可保持600℃以上温度)，就能够保证正常和完全地对汽油机颗粒捕集器130捕获的颗粒物进行燃烧消除。

[0034] 进一步地，上述催化器壳体110可包括筒状主壳体，设于该筒状主壳体外的隔热板，以及设于该筒状主壳体与隔热板之间的隔热棉，而上述三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130依次设于筒状主壳体中。而且，筒状主壳体还可包括相互连接的转换器壳体和捕集器壳体，其中转换器壳体用于容纳三元催化转换器120，而捕集器壳体用于容纳汽油机颗粒捕集器130，更便于对不同形状大小的三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130进行容纳和定位。此外，筒状的主壳体可对三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130进行容纳，便于将二者集成在一起。而通过在筒状主壳体外设置与筒状主壳体外形对应的隔热板，可对催化器总成进行隔热，避免其内部燃烧过程中产生的高热对外部结构造成影响。此外，通过在二者之间设置隔热棉，不仅可进一步起到隔热作用，还可起到减震作用。此外，可将隔热板设为分体式结构，即将多块(包括两块及以上)的隔热分板围设在筒状主壳体外，并可将相邻的两块隔热分板的边缘进行焊接连接，或者将每块隔热分板的边缘焊接在筒状主壳体表面，无需使用螺丝等连接结构进行固定。这样，可以降低材料成本以及装配成本，同时可使得填充的隔热棉厚度大且紧实，可以很好的阻隔排气噪声，提升发动机的NVH性。

[0035] 此外，在另一实施例中，上述催化器壳体110也可仅仅包括围设于三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130外的隔热板，以及设于隔热板与三元催化转换器120(和汽油机颗粒捕集器130)之间的隔热棉。同理，隔热板也可设为分体式结构，也可设为整体式筒状结构。而且，隔热板的形状与三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130的外形对应。

[0036] 此外，上述催化器总成还可包括设于催化器壳体110上的固定架500，通过固定架500可将整个催化器总成固定于其他结构上。具体地，该固定架500包括设为弧形的固定板，以及设于该固定板两端的连接板。该固定板可与隔热板的表面贴合，还可与隔热板焊接连接在一起，使固定架与催化器总成的连接牢固可靠。此外，可在连接板上设置连接孔，可通过连接螺栓将连接板固定于其他结构上，以实现固定架与其他结构的固定连接。而且，上述催化器总成可包括设于催化器壳体上的一个固定架，也可以包括设于催化器壳体110上的多个固定架。

[0037] 此外，上述进气结构200可包括与发动机排气系统一端连接的进气法兰210，与进气法兰210连接的进气弯管220，以及与进气弯管220连接的230，进气锥管230与催化器壳体110一端连接。通过设置进气法兰210，便于与发动机排气系统进行对接固定。而通过设置进气弯管220和进气锥管230，便于将发动机尾气顺畅地引入设于催化器壳体110中的三元催化转换器120中。而且，该进气锥管230可与催化器壳体110的筒状主壳体顶部或隔热板的顶部对应连接，以与催化器壳体110形成一个整体。而且，进气锥管230的结构可与催化器壳体
110的结构对应，即进气锥管230也可包括与筒状主壳体对应连接的主锥管体、设于主锥管体外与催化器壳体110的隔热板对应连接的椎体隔热板、以及设于主锥管体和椎体隔热板之间的隔热棉。

[0038] 而且，上述出气结构300可包括与发动机排气系统另一端(或底盘下排气系统)连接的出气法兰330，与出气法兰330连接的出气弯管320，以及与出气弯管320连接的出气锥管310，出气锥管310与催化器壳体110另一端连接。通过设置出气法兰330，便于与发动机排气系统(或底盘下排气系统)进行对接固定。而通过设置出气弯管320和出气锥管310，便于将经过三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130处理后的发动机尾气顺畅地引入发动机排气系统(或底盘下排气系统)中。而且，该出气锥管310可与催化器壳体110的筒状主壳体底部或隔热板的底部对应连接，以与催化器壳体形成一个整体。同理，出气锥管310的结构也可与催化器壳体110的结构对应，即出气锥管310也可包括与筒状主壳体对应连接的主锥管体、设于主锥管体外与催化器壳体110的隔热板对应连接的椎体隔热板、以及设于主锥管体和椎体隔热板之间的隔热棉。

[0039] 而且，上述进气法兰210的中心轴线与三元催化转换器120的中心轴线的夹角设为α，且45°≤α≤180°。而且，上述三元催化转换器120的中心轴线与汽油机颗粒捕集器130的中心轴线重合，出气法兰330的中心轴线与汽油机颗粒捕集器130的中心轴线夹角设为β，且90°≤β≤180°。即可以使得进气弯管220和出气弯管320弯曲合适的角度，使得发动机尾气能够顺畅地进入和排出三元催化转换器120和汽油机颗粒捕集器130，可以保证良好的进气均匀性，并减少排气阻力。而且，还可使得三元催化转换器120与汽油机颗粒捕集器130之间的轴向间距设为X，且30mm≤X≤60mm。这样，可留下足够的设置安装空间，以设置用于安装取气结构的取气安装座和用于安装氧传感器的传感器安装座。

[0040] 此外，上述取气结构400可包括与发动机的排气歧管连通的第一取气管410和第二取气管420，该第一取气管410连接于汽油机颗粒捕集器130与三元催化转换器120连接位置处、或连接于汽油机颗粒捕集器130处，第二取气管420连接于汽油机颗粒捕集器130与出气结构300连接位置处、或连接于出气结构300处。即可在汽油机颗粒捕集器130首尾两端分别连接设置一根取气管，可从汽油机颗粒捕集器130的两端输入高温气体，对汽油机颗粒捕集器130中捕获的颗粒物进行充分的燃烧，使得对颗粒物的消除更加彻底，即对颗粒物的消除效果会更好。此外，上述取气结构400也可仅仅包括第一取气管410，该第一取气管410不仅可连通设于汽油机颗粒捕集器130的顶部，也可连通设于汽油机颗粒捕集器130的中部。

[0041] 具体地，第一取气管410一端可与排气歧管连通，第一取气管410的另一端可与汽油机颗粒捕集器130与三元催化转换器120连接中间位置处的催化器壳体110连通、也可穿过催化器壳体110直接与汽油机颗粒捕集器130顶部(即头部)连通，便于将排气歧管中的高温气体引入汽油机颗粒捕集器130顶部，可对汽油机颗粒捕集器130中捕获的颗粒物进行燃烧消除。而且，第二取气管420一端可与排气歧管连通，第二取气管420的另一端可穿过催化器壳体110直接与汽油机颗粒捕集器130底部(即尾部)连通、也可与出气结构300的出气锥管310或出气弯管320连通，便于将排气歧管中的高温气体引入汽油机颗粒捕集器130尾部，可对未燃烧尽的颗粒物再次进行燃烧清除。

[0042] 此外，上述取气结构400还可包括设于催化器壳体110上的第一取气安装座，上述第一取气管410安设于第一取气安装座处。通过在催化器壳体110上设置第一取气安装座，便于将第一取气管410的一端安装固定于该第一取气安装座处，并使第一取气管410穿过催化器壳体内壁、而与汽油机颗粒捕集器130顶部连通，便于稳定可靠地向汽油机颗粒捕集器130中输送高温气体。而且，上述取气结构400还可包括设于出气结构300上的第二取气安装座，上述第二取气管420安设于第二取气安装座处。同理，通过在出气结构300上设置第二取气安装座，便于将第二取气管420的一端安装固定于该第为取气安装座处，并使第为取气管穿过出气结构内壁、而与汽油机颗粒捕集器130尾部连通，便于稳定可靠地向汽油机颗粒捕集器130尾部输送高温气体。

[0043] 此外，上述催化器总成还可包括设于进气结构200(进气弯管或进气锥管)上的第一传感器安装座，以及设于出气结构300(出气弯管或完全锥管)上的第二传感器安装座。通过该第一传感器安装座可将前氧传感器安设在进气结构上，而通过该第二传感器安装座可将后氧传感器安设在出气结构上。通过前氧传感器和后氧传感器可测量催化器总成中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制燃烧空燃比，以保证产品质量及尾气排放达标。

[0044] 此外，本发明还提出一种排气系统，包括如上所述的发动机催化器总成。本发明提出的技术方案中，通过将催化器总成的进气结构和出气结构安装到发动机排气系统中，以将集成在催化器壳体中的三元催化转换器(TWC)及汽油机颗粒捕集器(GPF)设置在发动机热端(即发动机排气系统)处，便于取气结构从发动机排气歧管中获取高温(600℃以上)的气体对汽油机颗粒捕集器捕获的颗粒物进行燃烧清除，无需额外设置电加热装置以燃烧颗粒物，简化了结构，也方便对催化器总成进行控制。此外，由于催化器总成设置在发动机热端，使得取气结构距离发动机排气歧管较近，可极大的减少高温气体输送的距离，使得高温气体在输送过程中温度降低较少，从而能够方便地从发动机排气歧管中获取高温气体对汽油机颗粒捕集器捕获的颗粒物进行燃烧清除。

[0045] 这样，利用合理的结构设计，将GPF布置在发动机热端，使得发动机催化器总成形成TWC与GPF的紧耦合催化器封装总成结构，解决GPF的颗粒物主动再生问题，降低了整车的材料成本以及标定成本。而且，催化器隔热板与催化器壳体的一体化设计提升发动机NVH性，同时也降低了装配成本以及材料成本。

[0046] 以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。