一种催化器结构、尾气催化方法和汽车与流程

1.本发明涉及汽车零部件技术领域，具体而言，涉及一种催化器结构、尾气催化方法和汽车。


背景技术：

2.随着汽车保有量的不断增加，汽车与环境的冲突也日益严峻，因此环保法规对汽车排放的要求也越来越严格。尤其是欧七和国七法规即将出台，传统汽车厂商承受的压力越来越大。如不解决或减少整体的排放水平，传统车估计很难满足其要求，而冷启动阶段排放超过总排放的30％以上。
3.目前传统汽车主机厂主要通过标定优化，比如，提高冷启动怠速转速和空燃比加速催化器起燃，来降低起燃阶段的排放从而将总排放水平降低。但是提高冷启动怠速转速会增加排放量，为了兼顾催化器的催化效率，催化器体积不能过小，这样就导致起燃时间加长。所以通过标定优化缩短催化器起燃时间的依据遇到瓶颈，几乎无法进一步优化。
4.也有采用电加热催化器的方法，但是电加热催化器需要大量的电能，而且12v状态下加热时间过长和功率低，所以对于传统车而言，其几乎无法满足使用要求。同时也会因为长时间加热导致蓄电池电量低，需要启动发动机对蓄电池进行充电，而发动机怠速也从无形中增加了排放总量。
5.还有汽车厂商和催化器厂商尝试采用分子筛吸附的手段，但其结构复杂，并且分子筛容易在催化器起燃之前脱附，致使达不到催化转化冷启动排放的污染物的目的，又分子筛容易高温老化。其成本高、耐久性差导致最终方案未产业化。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是如何缩短冷启动阶段催化器起燃时间，从而减少冷启动阶段排放的污染物。
7.为解决上述问题，本发明提供一种催化器结构，其包括壳体、第一载体、第二载体、隔板结构和导向阀结构，所述第一载体和所述第二载体均设置于所述壳体内并位于所述壳体的进气口和出气口之间，且所述第一载体和所述第二载体沿所述壳体的径向间隔设置，所述隔板结构设置于所述第一载体和所述第二载体之间，所述导向阀结构转动安装于所述壳体内，且所述导向阀结构设置于所述第二载体和所述进气口之间，所述导向阀结构用于转动至与所述隔板结构围成第一腔体结构，以使所述第二载体处于所述第一腔体结构内并与所述进气口隔绝。
8.本发明的技术效果为：当发动机处于冷启动阶段时，可以先将导向阀结构转动至与隔板结构围成第一腔体结构，以使第二载体位于第一腔体结构内并且与进气口隔绝，此时尾气进入壳体后无法从第二载体通过，只能从第一载体流通，并且经过第一载体催化后从出气口排出，从而只需要对第一载体加热，因为需要加热的载体较少，可以使第一载体快速起燃，从而减少催化器起燃时间，以及第一载体快速起燃可以减少排放的污染物，并且在
加热第一载体的过程中，第一载体也可以将热量传递给第二载体对第二载体加热，从而缩短后续对第二载体加热的时间，例如经过预定时间后或者第一载体的温度达到预定温度后，可以将导向阀结构向远离第二载体的方向转动，使得尾气可以从第一载体和第二载体流通，此时开始加热第二载体，同时高温尾气也可以对第二载体加热，第二载体也可以对尾气进行催化，因此，可以缩短催化器结构的起燃时间，从而减少冷启动阶段排放的污染物。
9.优选地，所述导向阀结构包括驱动部和阀板结构，所述阀板结构转动安装于所述壳体内，所述驱动部与所述阀板结构驱动连接，以带动所述阀板结构相对于所述第二载体转动。
10.优选地，所述驱动部包括电机和驱动轴，所述电机与所述驱动轴驱动连接，所述驱动轴与所述阀板结构连接。
11.优选地，所述驱动部还包括电机齿轮和轴齿轮，所述电机齿轮安装于所述电机的输出轴，所述电机齿轮与所述轴齿轮啮合，所述轴齿轮安装于所述驱动轴。
12.优选地，所述阀板结构包括多个阀板，所述驱动部包括多个所述驱动轴，每个所述阀板均与对应的一个所述驱动轴连接，且所述阀板为扇形结构。
13.优选地，所述隔板结构包括隔板本体和多个侧隔板，所述隔板本体位于所述第一载体和所述第二载体之间，多个所述侧隔板沿所述壳体的径向间隔设置于所述第二载体内，将所述第二载体分隔成多份第二子载体，所述阀板用于转动至与对应的相邻两个所述侧隔板围成第二腔体结构，以使所述第二子载体处于所述第二腔体结构内并与所述进气口隔绝。
14.优选地，所述导向阀结构还包括回位弹簧，所述回位弹簧与所述阀板结构连接，且所述回位弹簧用于驱使所述阀板结构向远离所述第二载体的方向转动。
15.优选地，所述第二载体套设于所述第一载体外，所述隔板结构套设于所述第一载体外，且所述隔板结构位于所述第一载体和所述第二载体之间。
16.本发明还提供了一种尾气催化方法，其采用如上所述的催化器结构对尾气进行催化，包括以下步骤：
17.驱使导向阀结构转动至与隔板结构围成第一腔体结构，以将第二载体与进气口隔绝；
18.当尾气从所述进气口进入壳体内时，对第一载体加热，使所述尾气经过所述第一载体催化后从出气口排出；
19.当经过预定时间后或者所述第一载体的温度达到预定温度后，驱使所述导向阀结构向远离所述第二载体的方向转动，以使所述尾气同时从所述第一载体和所述第二载体流过。
20.本发明所述尾气催化方法与所述催化器结构的有益效果相同，这里不再赘述。
21.本发明还提供一种汽车，其包括如上所述的催化器结构。
22.本发明所述汽车与所述催化器结构的有益效果相同，这里不再赘述。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的一种催化器结构的导向阀结构处于开启状态的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的一种催化器结构的导向阀结构处于关闭状态的结构示意图；
25.图3为图1中a-a的截面图；
26.图4为图2中b-b的截面图。
27.附图标记说明：
28.1、壳体；11、进气口；12、出气口；2、第一载体；3、第二载体；4、隔板结构；5、导向阀结构；51、电机；52、驱动轴；53、阀板结构；531、阀板。
具体实施方式
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
30.需要说明的是，本文提供的坐标系xy中，x轴的正向代表右方，x轴的反向代表左方，y轴的正向代表上方，y轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
31.参见图1至图4所示，为本发明实施例的一种催化器结构，其包括壳体1、第一载体2、第二载体3、隔板结构4和导向阀结构5，所述第一载体2和所述第二载体3均设置于所述壳体1内并位于所述壳体1的进气口11和出气口12之间，且所述第一载体2和所述第二载体3沿所述壳体1的径向间隔设置，所述隔板结构4设置于所述第一载体2和所述第二载体3之间，所述导向阀结构5转动安装于所述壳体1内，且所述导向阀结构5设置于所述第二载体3和所述进气口11之间，所述导向阀结构5用于转动至与所述隔板结构4围成第一腔体结构，以使所述第二载体3处于所述第一腔体结构内并与所述进气口11隔绝。
32.具体地，壳体1的形状可以为类似圆柱体或纺锤体的形状，沿壳体1的长度方向，图1中的y轴方向为壳体1的长度方向，壳体1的相对两端分别设有进气口11和出气口12。第一载体2和第二载体3均设置于壳体1内，第一载体2位于进气口11和出气口12之间，第二载体3也位于进气口11和出气口12之间，并且第一载体2和第二载体3沿壳体1的径向间隔设置，图1中的x轴方向为壳体1的径向。
33.本实施例中，第一载体2和第二载体3可以沿壳体1的径向排列设置，例如，第一载体2和第二载体3均可以设计为半圆柱形状，半圆柱形状由圆柱体沿其高度方向切割得到。其他实施例中，第二载体3可以套设于第一载体2外。
34.本实施例中，第一载体2靠近进气口11的端面和第二载体3靠近进气口11的端面可以共面，即当尾气从进气口11进入壳体1内可以同时与第一载体2和第二载体3接触。
35.隔板结构4设置于第一载体2和第二载体3之间，可以将第一载体2和第二载体3隔开，从而避免尾气在第一载体2和第二载体3之间互通，并且隔板结构4可以分别与第一载体2和第二载体3接触，当对第一载体2加热时，第一载体2可以通过隔板结构4将热量传递给第二载体3对第二载体3加热，优选地，隔板结构4可以采用金属材质制得，可以提高热传递能力。
36.导向阀结构5转动安装于壳体1内，并且导向阀结构5设置于第二载体3和进气口11
之间，导向阀结构5可以相对于第二载体3转动至与隔板结构4围成第一腔体结构，将第二载体3围住使得第二载体3位于第一腔体结构内并且与进气口11隔绝，从而尾气进入壳体1内后无法从第二载体3通过只能从第一载体2流通。
37.发动机处于冷启动阶段时，可以先将导向阀结构5转动至与隔板结构4围成第一腔体结构，以使第二载体3位于第一腔体结构内并且与进气口11隔绝，此时的导向阀结构5处于关闭状态。当尾气进入壳体1后无法从第二载体3通过，只能从第一载体2流通并且经过第一载体2催化后从出气口12排出。因此，此时只需要对第一载体2加热，即需要加热的载体较少，可以使第一载体2快速起燃，从而减少催化器起燃时间，第一载体2快速起燃可以减少冷启动阶段排放的污染物。
38.并且在加热第一载体2的过程中，第一载体2也可以将热量传递给第二载体3对第二载体3加热，从而缩短后续对第二载体3加热的时间。当经过预定时间后或者第一载体2的温度达到预定温度后，优选地，预定时间可以为5秒，以及预定温度可以为250℃，可以将导向阀结构5向远离第二载体3的方向转动，此时的导向阀结构5处于开启状态，使得尾气可以同时从第一载体2和第二载体3流通，开始加热第二载体3，同时高温尾气也可以对第二载体3加热，从而可以使第二载体3快速起燃，同理，第二载体3快速起燃也可以减少排放的污染物。因此，可以缩短催化器结构的起燃时间，从而减少冷启动阶段排放的污染物。
39.参见图1至图4所示，在一些实施例中，所述导向阀结构5包括驱动部和阀板结构53，所述阀板结构53转动安装于所述壳体1内，所述驱动部与所述阀板结构53驱动连接，以带动所述阀板结构53相对于所述第二载体3转动。
40.具体地，导向阀结构5可以包括驱动部和阀板结构53，阀板结构53可以转动安装于壳体1内。更清楚而言，驱动部可以提供动力驱使阀板结构53相对于第二载体3转动，通过驱动部驱动阀板结构53转动，可以方便控制阀板结构53关闭或者打开第二载体3与进气口11之间的通道，可以使得提高自动化程度。
41.在一些实施例中，所述驱动部包括电机51和驱动轴52，所述电机51与所述驱动轴52驱动连接，所述驱动轴52与所述阀板结构连接。
42.具体地，驱动部可以包括电机51和驱动轴，电机51的输出轴可以与驱动轴52驱动连接，并且驱动轴52可以与阀板结构连接。更清楚而言，驱动轴52可以从壳体1的侧壁插设于壳体1，并且驱动轴52的一端位于壳体1内，驱动轴52的另一端位于壳体1外，驱动轴52可以相对于壳体1转动，阀板结构53可以与驱动轴52位于壳体1内的一端连接，从而驱动轴52可以带动阀板结构53转动，驱动轴52位于壳体1外的一端可以与电机51驱动连接。电机51可以通过驱动轴52带动阀板结构53旋转时可以更加平稳。
43.在一些实施例中，所述驱动部还包括电机齿轮和轴齿轮，所述电机齿轮安装于所述电机51的输出轴，所述电机齿轮与所述轴齿轮啮合，所述轴齿轮安装于所述驱动轴52。
44.具体地，驱动部还可以包括电机齿轮和轴齿轮，电机齿轮可以安装于电机51的输出轴，并且电机齿轮可以与轴齿轮啮合，轴齿轮可以安装于驱动轴52，通过电机齿轮和轴齿轮传动，使得电机51驱使驱动轴52旋转得更加顺畅，并且还可以通过设计电机齿轮和轴齿轮的传动比，控制驱动轴52的旋转速度。
45.参见图3和图4所示，在一些实施例中，所述阀板结构53包括多个阀板531，所述驱动部包括多个所述驱动轴52，每个所述阀板531均与对应的一个所述驱动轴52连接，且所述
阀板531为扇形结构。
46.具体地，阀板结构53可以包括多个阀板531，多个阀板531可以组合成与第二载体3的横截面形状相同的结构，本实施例中，第二载体3可套设于第一载体2外，其横截面形状可以为环形结构，即多个扇形结构的阀板531可以组合成环形结构，其他实施例中，第二载体3的横截面形状可以为其他结构。
47.更清楚而言，本实施例中，可以将阀板结构53等分成8份，每一份为一个阀板531，还可以设置有8个驱动轴52，每个阀板531可以安装于对应的驱动轴52上，可以驱动8个阀板531向靠近第二载体3的方向转动，使得8个阀板531围成环形结构并且与隔板结构4围成第一腔体结构，以使第二载体3位于第一腔体结构内，使得第二载体3与进气口11隔绝。
48.其他实施例中，阀板结构53可以包括其他数量的阀板531。通过设置多个阀板531可以方便阀板结构53在壳体1内转动，阀板结构53如果是一整块大板可能在壳体1内无法转动。
49.参见图3和图4所示，在一些实施例中，所述隔板结构4包括隔板本体和多个侧隔板，所述侧隔板与所述隔板本体连接，所述隔板本体位于所述第一载体2和所述第二载体3之间，多个所述侧隔板沿所述壳体1的径向间隔设置于所述第二载体3内，将所述第二载体3分隔成多份第二子载体，所述阀板531用于转动至与对应的相邻两个所述侧隔板围成第二腔体结构，以使所述第二子载体处于所述第二腔体结构内并与所述进气口11隔绝。
50.具体地，隔板结构4可以包括隔板本体和多个侧隔板，多个侧隔板均与隔板本体连接，隔板本体可以位于第一载体2和第二载体3之间，将第一载体2和第二载体3隔开，阀板结构可以转动至与隔板本体围成第一腔体结构。
51.多个侧隔板可以沿壳体1的径向间隔设置于第二载体3内，并且可以将第二载体3分隔成多份第二子载体，每个阀板可以设置于相邻的两个侧隔板之间，并且每个阀板可以转动至与对应的相邻两个侧隔板围成第二腔体结构，将第二子载体围住使得第二子载体位于第二腔体结构内并且与进气口11隔绝，从而尾气进入壳体1内后无法从该第二子载体流通。
52.当第一载体2起燃后，控制多个阀板531向远离第二载体3的方向转动，其可同时转动，也可按顺序依次转动。若按顺序依次转动，按照阀板打开的先后顺序，高温尾气可依次从多个第二子载体通过，并且依次对多个第二子载体加热，可以加快第二子载体的起燃时间，控制更为精准，从而进一步减少冷启动阶段排放的污染物。
53.在一些实施例中，所述导向阀结构5还包括回位弹簧，所述回位弹簧与所述阀板结构53连接，且所述回位弹簧用于驱使所述阀板结构53向远离所述第二载体3的方向转动。
54.具体地，导向阀结构5还可以包括回位弹簧，本实施例中，回位弹簧可以是螺旋弹簧，回位弹簧的一端可以与阀板结构53连接，回位弹簧的另一端可以与第二载体3连接。
55.当驱动部驱使阀板结构53向靠近隔板结构4的方向转动，并且阀板结构53与隔板结构4围成空腔结构时，回位弹簧发生形变，例如回位弹簧可能被压缩，也可能是被拉伸，在驱动部提供动力下阀板结构53可以保持与隔板结构4围成第一腔体结构的状态。
56.当驱动部停止向阀板结构53提供动力后，回位弹簧可以驱动阀板结构53自动回位，即阀板结构53向远离第二载体3的方向转动，更清楚而言，阀板结构53立起，尾气可以从第一载体2和第二载体3流过。通过设置回位弹簧可以方便阀板结构53自动回位，简化调节
阀板结构53的方式。
57.参见图1和图2所示，在一些实施例中，所述第一载体2的截面尺寸等于或者大于所述进气口11的尺寸。
58.具体地，可以根据每个发动机的特点不同而设置第一载体2的大小，本实施例中，可以将第一载体2的截面积尺寸设计成等于或者大于进气口11的尺寸，优选地，选择将第一载体2的截面积尺寸设计成等于进气口11的尺寸。当阀板结构53将第二载体3与进气口11隔绝时，使得进入壳体1内的尾气可以充分地从第一载体2流过，可以避免进入壳体1内的尾气无法及时排出。
59.参见图1和图3所示，在一些实施例中，所述第二载体3套设于所述第一载体2外，所述隔板结构4套设于所述第一载体2外，且所述隔板结构4位于所述第一载体2和所述第二载体3之间。
60.具体地，结合流体均匀性的原则，可以将壳体1的形状设计成圆柱形状。本实施例中，第一载体2可以设计成圆柱形状，并且第一载体2可以位于壳体1的中间位置，优选地，第一载体2的轴线可以与壳体1的轴线同轴。第二载体3可以为环形结构，第二载体3可以套设于第一载体2外，隔板结构4也可以设计成环形的板状结构，隔板结构4可以套设于第一载体2外，并且隔板结构4可以设置于第一载体2和第二载体3之间。
61.将第一载体2设计成圆柱体，以及将第二载体3和隔板结构4设计成环形结构，可以增加隔板结构4与第一载体2的接触面积，同样地，也可以增加隔板结构4与第二载体3的接触面积，可以使得第一载体2与第二载体3之间的热传递效果更好，进一步缩短第二载体3起燃的时间。
62.本发明另一实施例的一种尾气催化方法，其采用如上所述的催化器结构对尾气进行催化，该方法包括以下步骤：
63.s1：驱使导向阀结构5转动至与隔板结构4围成第一腔体结构，以将第二载体3与进气口11隔绝；
64.参见图1所示，具体地，步骤s1包括：当发动机处于冷启动阶段时，可以先将导向阀结构5转动至与隔板结构4围成第一腔体结构，以使第二载体3位于第一腔体结构内并且与进气口11隔绝，此时尾气进入壳体1后无法从第二载体3通过只能从第一载体2流通。
65.s2：当尾气从所述进气口11进入壳体1内时，对第一载体2加热，使所述尾气经过所述第一载体2催化后从出气口12排出；
66.具体地，尾气可以从进气口11进入壳体1内，并且经过第一载体2催化后从出气口12排出，从而此时只需要对第一载体2加热，因为需要加热的载体较少，可以使第一载体2快速起燃，从而减少催化器起燃时间，以及第一载体2快速起燃可以减少排放的污染物。
67.s3：当经过预定时间后或者所述第一载体2的温度达到预定温度后，驱使所述导向阀结构5向远离所述第二载体3的方向转动，以使所述尾气同时从所述第一载体2和所述第二载体3流过。
68.具体地，当经过预定时间后或者第一载体2的温度达到预定温度后，优选地，预定时间可以为5秒，预定温度的范围可以为250℃以上，可以将导向阀结构5向远离第二载体3的方向转动，使得尾气可以从第二载体3流通，开始加热第二载体3，同时高温尾气也可以对第二载体3加热，从而可以使第二载体3快速起燃，同理，第二载体3快速起燃也可以减少排
放的污染物。因此，可以缩短催化器结构的起燃时间，从而减少冷启动阶段排放的污染物。
69.本发明另一实施例的一种汽车，其包括如上所述的催化器结构。
70.本发明所述汽车与所述催化器结构的有益效果相同，这里不再赘述。
71.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。