催化轉換器的製作方法
2023-12-10 09:03:52 1
專利名稱：催化轉換器的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種用於處理來自車輛內燃發動機的排氣流動的排氣處理系統，更特別地涉及一種用於該排氣處理系統的催化轉換器(catalyticconverter:催化式排氣淨化器)。
背景技術：
用於內燃發動機(包括但不局限於汽油發動機或柴油發動機)的排氣處理系統可包括用於處理來自內燃發動機的排氣流的催化轉換器。催化轉換器是由包括載體(monolith)的殼體(例如但不局限於蜂巢狀結構)組成的流過(flow through)裝置。載體包括塗有活化催化劑層的大表面區域。所述活化催化劑塗層可包括但不局限於鉬族金屬(PGM)。當排氣掠過該活化催化劑塗層，一氧化碳、氣態烴類和液態烴類粒子(即未燃燒的燃料和/或燃油)被氧化，從而減少有害的排放物。催化轉換器的殼體包括入口和出口，並通常包括限定了內部空間的管筒形狀，所述內部空間大於分別連接至入口和出口的排氣管的流動區域。因此，催化轉換器的殼體在臨近入口和出口處都包括圓錐形區域，以從排氣管的較小直徑轉變為殼體內部空間的較大直徑。排氣越均勻分布地穿過載體，催化轉換器的運行越有效率。
發明內容
提供了一種用於車輛排氣處理系統的催化轉換器組件。該催化轉換器組件包括殼體。所述殼體限定了內部空間，並包括沿縱向軸線彼此分隔開的入口和出口。所述入口和出口設置為與內部空間流體連通。載體由殼體支撐在殼體的內部空間內。載體包括設置在其上的催化劑。殼體和載體中的至少一個包括流動引導機構。該流動引導機構被配置為使穿過入口接收到的至少一部分排氣朝向載體的預先限定的區域改變方向，以使穿過載體的橫截面的排氣更均勻地分布。還提供了一種用於處理車輛內燃發動機的排氣的排氣處理系統。該排氣處理系統包括催化轉換器。該催化轉換器包括限定了內部空間的殼體，並包括沿縱向軸線彼此分隔開的入口和出口。所述入口和出口繞殼體的半徑中心(radial center)徑向地偏開(offset)。載體由殼體支撐在殼體的內部空間內。載體包括設置在其上的催化劑。該載體包括繞殼體的半徑中心徑向地分布、並沿縱向軸線延伸的多個區域。載體的每個區域包括不同的單元密度。因此，催化轉換器的流動引導機構將至少一部分排氣流引導至預先確定的區域，以使穿過載體的橫截面的排氣更均勻地分布，從而提高催化轉換器的效率。另外，載體的不同區域(其每一個都具有不同的單元密度)為其上的催化劑設置提供了不同的表面面積，從而可適應不同的排氣流率。單元密度被配置為針對與每個具體區域有關的流率而給催化劑提供合適的表面面積。根據每個區域接收的排氣流率，每個區域可包括設置在其上的不同的催化劑密度。此外，根據不同的單元密度區域引起的溫度分布，每個單元密度區域可包括設置在其上的不同的催化劑。催化劑密度可在不同的區域之間徑向地變化，並可進一步沿縱向軸線縱向地變化，從而所使用的優化催化劑的量，以減少設置在載體上的催化劑的總量。從下文中對實現本發明的最佳模式的有附圖的詳細描述可知，本發明的上述特徵和優勢以及其他特徵和優勢是很明顯的。
圖1是用於內燃發動機的具有催化轉換器的排氣處理系統的示意圖。圖2是催化轉換器沿縱向軸線的示意性剖面圖，其顯示了流動引導機構的第一個實施例。圖3是催化轉換器沿縱向軸線的示意性剖面圖，其顯示了流動引導機構的第二個實施例。圖4是催化轉換器的示意性剖面圖，其垂直於縱軸且顯示了載體的不同區域，每個區域具有設置在其上的不同的催化劑密度。
具體實施例方式本領域技術人員將理解，諸如「上」、「下」、「向上」、「向下」、「頂」、「底」等術語是對
附圖的描述性的使用，不代表本發明保護範圍的局限性，所述保護範圍由附加的權利要求來限定。參考附圖，其中相同的附圖標記在若干幅視圖中表示相同的部件，排氣處理系統大致用20所示。該排氣處理系統20處理來自車輛的內燃發動機21的排氣。排氣處理系統20包括催化轉換器22。該催化轉換器22包括殼體24。該殼體24沿縱向軸線26延伸，並限定了具有圓形或橢圓形橫截面(其垂直於縱向軸線26)的大致管筒形狀。如圖所示，縱向軸線26與殼體24的半徑中心28是同軸對齊的。儘管殼體24顯示為具有圓形橫截面，但是應該理解的是，殼體24可限定為某一其他形狀，包括但不局限於橢圓形、矩形或多邊形。殼體24形成了限定了內部空間30的外殼或外罩。另外，殼體24包括入口 32和出口 34。入口 32和出口 34沿縱向軸線26彼此分隔開。如圖2和3所示，入口 32和出口34彼此同軸地對齊，並相對於殼體24的半徑中心28和縱向軸線26徑向偏開。然而，應該理解的是，入口 32和出口 34相對於彼此的位置可與本文顯示和描述的不同。入口 32與內燃發動機21和內部空間30流體連通，並經由排氣管36將來自內燃發動機21的排氣的流動傳送至內部空間30。出口 34與內部空間30流體連通，並經由另一個排氣管38將排氣從內部空間30排出。內部空間30包括垂直於縱向軸線26的橫截流動面積，該面積大於入口 32和/或出口 34的橫截流動面積。因此,殼體24可包括設置在其每個軸向端部的圓錐形部分40，以將入口 32和出口 34連接至殼體24的內部空間30。載體(monolith)42設置在殼體24內並由殼體24支撐，在殼體24的內部空間30內。載體42例如可包括允許排氣通過其內的通道流過的蜂巢狀結構。載體42包括塗有催化劑的大表面區域。該催化劑處理來自內燃發動機21的排氣流，以減小排氣的毒性，即減小排氣的有毒排放物，所述有毒排放物包括但不局限於氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和/或碳氫化合物(HC)。當排氣掠過置於載體42上的催化劑時，一氧化碳、氣態烴類和液態烴類粒子(即未燃燒的燃料和/或燃油)被氧化，從而減少了有害的排放物。催化劑材料可包括但不局限於鉬族金屬(PGM)，並將排氣內一定百分比的氮氧化物氧化為氮和二氧化碳或水，以及將一定百分比的一氧化碳氧化為二氧化碳，並將一定百分比的未燃燒的碳氫化合物氧化為二氧化碳和水。殼體24和載體42中的至少一個可包括流動引導機構44、50。該流動引導機構44、50被配置為使穿過入口 32接收到的至少一部分排氣改變方向為朝向載體42的預先限定的區域。該流動引導機構44、50使排氣流改變方向，以使穿過載體42的橫截面積的排氣流更均勻地分布。使排氣流穿過載體42的全部橫截面積均勻地分布減少了載體42中的「熱點」，從而延長了催化劑的使用壽命。另外，穿過載體42的排氣流更均勻地分布提高了催化劑的效率。流動引導機構44、50可設置在殼體24和/或載體42和/或由殼體24和/或載體42形成，並可以以任何合適的方式被配置，所述方式能夠將來自入口 32的排氣流引導至載體42的特定區域。同樣地，流動引導機構44、50可將排氣的流動引導至載體42未被充分使用(即穿過那裡的排氣流率低於最優值)的區域。參考圖2，流動引導機構的第一個實施例用44顯示。流動引導機構44包括成角度的進口表面46，所述表面設置在載體42上並由載體42所限定。所述成角度的進口表面46相對於縱向軸線26成角度，二者之間形成角度48。在載體42的成角度進口表面46和縱向軸線26之間形成的角度48可變化。在沿縱向軸線26的成角度進口表面46的任何位置處，所述成角度的進口表面46限定了相對於縱向軸線26連續變化的外半徑。成角度的進口表面46相對於縱向軸線26的外半徑的變化率可以是常數，從而限定線性斜面(例如具有圓錐形形狀的)，或可以是可變的以由此限定曲線斜面(例如具有拋物線形狀的)。成角度的進口表面46的外半徑在縱向軸線26處可以等於零，或可以增加至最大長度(即等於縱向軸線26和載體42的外半徑之間的徑向距離)。成角度的進口表面46設置在臨近外殼24的入口處，從而來自入口 32的排氣流在成角度的進口表面46上被引導，從而使至少一部分排氣流從通過進口 32的最初流動路徑改變方向。參考圖3，流動引導機構的第二個實施例用50顯示。流動引導機構50包括由殼體24限定的或附接至殼體24的圓錐形插入件52。優選地，圓錐形插入件52是中空的，且由低熱容的材料製成，以避免圓錐形插入件52吸收和存儲熱量。圓錐形插入件52相對縱向軸線26成角度，二者之間形成角度54。圓錐形插入件52臨近殼體24的入口 32設置，從而來自入口 32的排氣流在那裡被引導，錐形插入件52使至少一部分排氣流動從通過進口 32的最初的流動路徑改變方向。應該理解的是，流動引導機構44、50可以在構造上以某種方式不同於在流動引導機構的第一個實施例或流動引導機構44、50的第二個實施例中顯示的那樣。另外，如前面所指出的，流動引導機構44、50可以僅使一部分排氣的流動改變方向，或可被配置為使全部的排氣流動改變方向。參考圖4,載體42可包括多個區域。如圖所示,載體42包括中心區56、中間區58和外區60。然而，載體42可包括等於或大於兩個區域的任何數量的區域。每個區域可包括不同的單元密度。所述單元密度在這裡被限定為載體42的每單位表面面積(例如平方英寸)所限定的單元的數量。如圖所示，多個區域中的每一個繞殼體24的半徑中心28徑向分布，並沿殼體24的縱向軸線26延伸。可針對穿過每個區域的排氣的期望流率來優化每個區域的單元密度。因此，載體42接收較高排氣流率的區域(例如載體42的中心區56)可包括較高的單元密度，而載體42接收較低的排氣流率的區域(例如臨近殼體24的外區60)可包括較低的單元密度。同樣，相鄰區域之間的單元密度可隨著每個區域離殼體24的半徑中心28的徑向距離的增加而降低，中心區56比中間區58有更高的密度，中間區58比外區60有更高的單元密度。應該理解的是，區域和其上的具體單元密度可與圖4中的具體實施例以及此處所描述的不同。單元密度被配置為，針對與每個具體區域相關的流率為催化劑提供合適的表面面積。根據每個區域接收的排氣流率，每個區域可包括設置在其上不同的催化劑密度。催化劑密度可在不同的區域之間徑向變化，並進一步沿縱向軸線26縱向地變化，從而優化所使用的催化劑的量，以減小設置在載體42上的催化劑的總量。每個區域的尺寸和體積可根據每個區域相對縱向軸線26的徑向厚度和每個區域沿縱向軸線26的長度來計算。每個區域的尺寸和/或體積可基於排氣在殼體24的上遊圓錐形部分40中的速度分布來確定。優選地，兩個相鄰的單元密度區域之間的分界面發生在排氣流的分布不均影響在上遊圓錐形部分40中速度分布的位置，即在殼體24的上遊圓錐形部分40中的排氣速度相比排氣在縱向軸線26附近的排氣速度開始明顯下降的位置。另外，根據溫度分布(其由每個區域不同的單元密度導致)，每個區域可包括設置在其上的不同的催化劑。詳細的描述和附圖或圖片是對本發明的支持和描述，但本發明的保護範圍僅有權利要求來限定。儘管已經對執行本發明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術人員可得知在所附的權利要求的範圍內的用來實施本發明的許多替換設計和實施例。
權利要求
1.一種用於車輛排氣處理系統的催化轉換器組件，該催化轉換器組件包括: 殼體，其限定了內部空間且具有入口和出口，所述入口和出口沿縱向軸線彼此分隔開且與內部空間流體連通；和 載體，其由殼體支撐在殼體的內部空間中且包括設置在載體上的催化劑； 其中殼體和載體中的至少一個包括流動引導機構，該流動引導機構被配置為使穿過入口接收到的至少一部分排氣朝向載體的預先限定的區域改變方向，以使穿過載體的橫截面上的排氣更均勻地分布。
2.如權利要求1所述的催化轉換器組件，其中流動引導機構包括載體所限定的成角度的進口表面，該成角度的進口表面相對於縱向軸線成角度且設置為臨近殼體的入口。
3.如權利要求2所述的催化轉換器組件，其中載體的成角度的進口表面限定了相對於縱向軸線的、沿縱向軸線連續變化的外半徑。
4.如權利要求3所述的催化轉換器組件，其中成角度的進口表面的外半徑可限定出線性面或拋物面，且其中成角度的進口表面的外半徑可在零到載體的外直徑之間變化。
5.如權利要求1所述的催化轉換器組件，其中流動引導機構包括設置在殼體內的圓錐形插入件，該圓錐形插入件包括相對於縱向軸線成角度的表面且設置為臨近殼體的入口。
6.如權利要求1所述的催化轉換器組件，其中載體包括多個區域，每個區域具有不同的單元密度。
7.如權利要求6所述的催化轉換器組件，其中多個區域繞殼體的半徑中心徑向地間隔且沿殼體的縱向軸線延伸。
8.如權利要求7所述的催化轉換器組件，其中相鄰區域之間的單元密度隨著每個區域離殼體的半徑中心的徑向距離的增加而降低。
9.如權利要求7所述的催化轉換器組件，其中每個相鄰的一對區域之間的分界面位於這樣的點處:在該處，排氣流的分離影響排氣在殼體的上遊圓錐形部分中的速度分布。
10.如權利要求7所述的催化轉換器組件，其中每個區域包括設置在其上的不同的催化劑。
全文摘要
催化轉換器包括限定了內部空間的殼體和支撐在其中的載體。該載體包括設置在其上的催化劑。催化轉換器包括由殼體和/或載體中的一個所限定的流動引導機構，以改變穿過載體的排氣的流動方向，來獲取穿過載體的排氣的更均勻的流動分布。載體可包括不同的區域，每個區域包括設置在其上的不同的催化劑密度。可針對穿過載體通過每個區域的排氣的流率來優化每個區域的催化劑密度。
文檔編號F01N3/28GK103104324SQ201210449560
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月12日 優先權日2011年11月10日
發明者H.G.皮姆帕爾加昂卡, A.潘特 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司