Continental发布全球首款集成环状催化器的涡轮增压器

Continental发布全球首款集成环状催化器的涡轮增压器

在之前举办的第40届维也纳汽车研讨会上,Continental Powertrain发布了集成环状催化器的涡轮增压器,这将是世界第一款将催化器和涡轮增压器相集成的方案。与单独安装单个组件相比,涡轮增压器和催化器的高度集成组合具有更多优势。

Continental Powertrain在其RAAX®涡轮增压器和环状催化器技术基础之上进一步发展,将二者高度集成。集成环形催化器的涡轮增压器系统包括所有动力系统配置的解决方案:如软件、硬件、控制单元、废气后处理以及电气化方案。

气缸高温排气通过涡轮后,流入锥形混合管,使压力几乎恢复到理想状态。在该管道的末端,排气气流被重新定向,并通过环绕在锥形混合管周围的环状三元催化器,参加化学反应,以有效降低废气中的一氧化碳、碳氢化合物及氮的氧化物的含量。

在传统涡轮增压器中,废气在离开涡轮时迅速膨胀,造成流体动力损失,并影响效率。但这些问题都可以通过集成环状催化器的涡轮增压器解决,其中锥形混合管允许控制膨胀,从而减少了背压。此外,气缸排出的废气通过混合管周围的环形间隙进入,有利于与离开涡轮叶轮的废气流进行低损失混合。因此,当废气到达催化剂时,其温度分布是均匀的。这对催化剂的效率和使用寿命都有积极的影响。

另外,如果将此技术与混合动力汽车上的技术的EMICAT®电加热技术相结合,那么即使在冷启动和发动机长时间熄火后,也能十分有效的降低氮氧化物和碳排放。加热催化剂的电力可以通过高效的48V混合动力电池提供。

环状催化器与涡轮增压器集成方案的主要优势有:

改善催化器入口处由于不同汽缸排气带来的废气扰动以及气流分布不均匀减少由于增压器泄气阀开启带来的废气分布不均匀降低废气不均匀造成的催化器提前老化结构布置更加紧凑

环状催化器方案为何更高效?

三元催化器,是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置,它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOX等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的CO2、H2O和N2。对于小型涡轮增压汽油机而言,影响三元催化器催化反应效率的主要由两大因素:

一是不同气缸间的废气成分存在差异,这就意味着空燃比(λ值)会偏离理想值,导致氮氧化物转化受到不利影响。那么使用环状催化器通过废气流的混合就可以去消除此类影响因素。然而,紧耦合式催化器要达到相同的效果则具有相当大的难度,主要原因是紧耦合催化器的尾流管长度不够,因此现在有很多方案是安装第二级底盘式催化器来对残余的氮氧化物进行转化,这样做的代价就是导致重量增加,发动机排气背压升高。

二是在某些负荷工况下,三元催化器能否保持氮氧化物转化率稳定会受到涡轮增压系统的不利影响。其原因在于发动机达到一定转速后,涡轮增压器废气旁通阀就会打开,从而影响到排气气流的分布,造成废气流量不均匀,因此就可能会加快三元催化器的局部老化,从而造成氮氧化物还原性能下降。

环状金属催化器就可以很好的解决上述问题,它主要结构包括金属外壳,内部空管以及它们之间的环状金属催化剂载体。在环状金属催化器的中心有一根内容混合管,它能够保证管道足够的长度,从而提高废气流的混合效率。

在内管的末端,废气转向流经环绕在混合管周围的催化剂活性区。这样一来,在不需要增加催化器长度的情况下,通过环状催化器就可以延长废气的流动路径,从而使催化器更加的贴近发动机,因此在对氮氧化物进行转化时达到起燃温度所需时间也不会增加。

环状催化器的活性区使用的是Continental的LS纵向微紊流结构金属载体。该载体为纵向结构,能够在废气流中产生微状涡流,有助于将氮氧化物更高效地导流至催化壁(催化剂涂层)进行转化。

另外,在研讨会上,Continental还发布新开发的48V大功率电机,可以在输出30kW的峰值功率,从而可以为发动机提供更大的扭矩支持,以及2倍的能量回收性能。整个装置由电机和集成逆变器组成,结构紧凑,效率高达90%以上。

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