蜂窝状结构体和设计蜂窝状结构体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蜂窝状结构体和设计蜂窝状结构体的方法，所述蜂窝状结构体具有改进的结构，所述改进的结构能够允许从内燃机等排出的排气以均匀的流速在全部单元中流动并且从而以高效率净化排气。
【背景技术】
[0002]已经已知催化转化器，所述催化转化器配备有蜂窝状结构体，所述蜂窝状结构体能够净化从安装在车辆上的内燃机等排出的排气。例如，这种催化转化器布置在连接到车辆的内燃机的排气管道的内侧。通常，蜂窝状结构体具有沿着蜂窝状结构体的轴向方向形成的多个单元。所述单元中的每个由单元壁包围。所述单元中的每个具有直管形状并且所述单元的横截面是矩形形状、六边形形状等。当从内燃机排出的具有高温的排气通过蜂窝状结构体的单元时，高温排气的热能激活由单元支撑的催化剂，并且被激活的催化剂净化排气。被净化的排气通过排气管道排出车辆外侧。通常，在垂直于蜂窝状结构体的轴向方向的横截面中所观察的，相比于蜂窝状结构体的外部，排气更多地通过中央部。
[0003]例如，专利文献I (日本专利公开2008-18370号)描述了用于在催化转化器中使用的这样的蜂窝状结构体。专利文献I公开的蜂窝状结构体具有单元和单元壁。所述单元中的每个由单元壁包围以形成直管形状。单元沿着蜂窝状结构体的轴向方向延伸。特别地，如在垂直于蜂窝状结构体的轴向方向的横截面中观察的，单元壁形成为双曲线布置，其中，单元壁沿着多个双曲线布置。在垂直于蜂窝状结构体的轴向方向的横截面中的每单位面积单元的单元密度从中心点向蜂窝状结构体的外周减小。这个结构增加形成在外周中的单元的排气流动面积并且允许全部单元具有均匀流量的排气，其中排气通过形成在外周中的单
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[0004]然而，专利文献I公开的蜂窝状结构体导致一些问题。例如，由于单元壁在蜂窝状结构体中沿着多个双曲线布置，双曲线的曲率在蜂窝状结构体的径向方向上的外周处变大。这导致在外周中形成的单元的变形。形成在外周中的单元的单元密度变得越小，形成在外周中的单元的形状的扭曲增加越多。单元的形状产生扭曲降低蜂窝状结构体的强度并且导致排气在蜂窝状结构体中的全部单元中具有不均匀的流速。
【发明内容】
[0005]因此期望提供一种蜂窝状结构体和设计蜂窝状结构体的方法，所述蜂窝状结构体具有改进的结构，所述改进的结构能够抑制单元形状的扭曲、允许排气在全部单元中以均匀流速流动并且增强排气净化能力。
[0006]—个示例性实施例提供一种设计蜂窝状结构体的方法。所述蜂窝状结构体具有多个单元。排气在具有管状形状的单元中通过。单元中的每个由单元壁包围。所述方法具有设计虚拟基础结构体的步骤、形成主相交点的步骤和形成多个主单元壁的步骤。虚拟基础结构体具有多个基础单元壁和基础单元。基础单元中的每个由基础单元壁包围以使得虚拟基础结构体具有在垂直于虚拟基础结构体的轴向方向的横截面中均匀的每单位面积的单元密度。单元密度表示每单位面积的基础单元的数量。
[0007]极坐标(r，Θ)表示基础相交点中的每个，当从虚拟基础结构体的轴向方向观察时，基础单元壁在所述基础相交点处彼此相交。极坐标Cr，Θ )利用从虚拟基础结构体的中心点测量的偏转角度(Θ )和半径矢量Cr)标明。极坐标(r，Θ )具有主半径矢量Cr’ )和偏转角度(Θ )。主半径矢量(r’)通过半径矢量(r)乘以常数放大倍数而不改变在具有相同半径矢量(r)的基础相交点中的偏转角度(Θ)而得到。对应于基础相交点的主相交点通过主单元壁连接到一起从而形成由主单元壁包围的多个主单元。特别地，作为第一单元密度变化区域的单元密度变化区域在所述主单元的至少一部分中形成，其中在单元密度变化区域中形成的主单元的单元密度从中心点到蜂窝状结构体的外周减小。
[0008]根据本发明的另一方面，提供有一种蜂窝状结构体。所述蜂窝状结构体具有多个单元和多个单元壁。所述单元中的每个具有管状形状。排气通过具有管状形状的单元。单元中的每个由单元壁包围。虚拟基础结构体具有多个基础单元壁和基础单元。基础单元中的每个由基础单元壁包围以使得虚拟基础结构体具有在横截面中均匀的每单位面积单元密度。横截面垂直于虚拟基础结构体的轴向方向。单元密度表示每单位面积基础单元的数量。极坐标Cr，Θ )表示基础相交点中的每个，当从虚拟基础结构体的轴向方向观察时，所述基础单元壁在所述基础相交点处彼此相交。极坐标Cr，Θ )利用从虚拟基础结构体的中心点测量的偏转角度(Θ)和半径矢量Cr)标明。主相交点在极坐标Cr，Θ )上形成。极坐标(r，Θ )具有主半径矢量(r’ )和偏转角度(Θ )，其中主半径矢量(r’ )通过半径矢量(r)乘以常数放大倍数而不改变具有相同半径矢量(r)的基础相交点中的偏转角度(Θ )而得到。单元中的每个由单元壁包围。对应于基础相交点的主相交点连接到一起以形成由主单元壁包围的多个主单元。作为第一单元密度变化区域的单元密度变化区域在主单元的至少一部分中形成，其中单元密度变化区域中的主单元的单元密度从中心点向蜂窝状结构体的外周减小。
[0009]通常，具有均匀布置于其中的多个单元的蜂窝状结构体具有以下问题。相比于在垂直于蜂窝状结构体的轴向方向的横截面中的内部，外部具有降低的排气流速。也就是说，部分与蜂窝状结构体的中心点越远，排气的流速降低越多。与在蜂窝状结构体的内部中形成的单元相比，在外部中形成的单元更多地导致这个现象。而且，与在内部中形成的单元相比，在外部中形成的单元中排气流速的变化增加更多。
[0010]为了解决上述问题和现象，根据本发明示例性实施例的方法在蜂窝状结构体的至少一部分中设计(即形成)作为第一单元密度变化区域的单元密度变化区域。也就是说，所述方法设计(即，形成)具有改进结构的蜂窝状结构体，在所述结构中，由于排气的流速在远离中心点的部分处降低，单元密度变化区域中的单元密度从中心点侧到蜂窝状结构体的外周逐渐减小。另一方面，当在蜂窝状结构体的横截面中观察时，排气的流速在中央部中形成的单元中变高。因此，能够根据在蜂窝状结构体的径向方向上从中心点侧接近外周而增大在单元密度变化区域中形成的单元中的流动通道的横截面面积。蜂窝状结构体的这个改进的结构允许排气以均匀的流速流动或者穿过蜂窝状结构体(即，贯穿所有单元)的均匀流速。单元中的每个能够具有直管形状并且单元中的每个的横截面能够具有正方形形状、六边形形状或者其他形状。
[0011]此外，所述方法基于利用具有均匀单元密度的虚拟基础结构体的半径矢量(r)乘以常数放大倍数而不改变具有相同半径矢量的基础相交点上的偏转角度(Θ)的结果设计和形成蜂窝状结构体中的主相交点的位置。如上所述，当单元密度在蜂窝状结构体的径向方向上变化时，能够抑制单元的形状的扭曲。
[0012]因此本发明能够提供蜂窝状结构体和能够在抑制单元的形状扭曲的同时设计蜂窝状结构体的方法。排气能够以均匀流速通过得到的蜂窝状结构体并且以高效率净化。
【附图说明】
[0013]将参考附图通过示例的方式描述本发明的优选的非限制性实施例，在附图中:
[0014]图1是根据本发明第一示例实施例的蜂窝状结构体的结构在垂直于蜂窝状结构体的轴向方向的半径方向上的横截面图；
[0015]图2是示出用于设计和产生图1所示的根据本发明第一示例实施例的蜂窝状结构体I的虚拟基础结构体虚拟结构的在垂直于虚拟基础结构体的轴向方向的半径方向上的横截面图；
[0016]图3是示出配备有根据本发明第一示例实施例的蜂窝状结构体的催化转化器的图；
[0017]图4是说明虚拟基础结构体的结构的图，基于所述虚拟基础结构体的结构，根据本发明的方法设计和形成根据本发明第一示例实施例的蜂窝状结构体；
[0018]图5是示出通过改变根据本发明第一示例实施例的虚拟基础结构体而形成的蜂窝状结构体的结构的局部放大图；
[0019]图6是示出关于从蜂窝状结构体的中心点测量的距离与排气的流速之间的关系的确认试验的图；
[0020]图7是示出根据本发明第二示例实施例的蜂窝状结构体的结构的横截面图；
[0021]图8是示出将要用在本发明第二实施例中的基础结构体的结构的横截面图；
[0022]图9是示出根据本发明第三示例实施例的蜂窝状结构体的结构的横截面图；
[0023]图10是示出将要用在本发明第三示例实施例中的基础结构体的结构的横截面图；
[0024]图11是根据本发明第四示例实施例的蜂窝状结构体的结构的横截面图；
[0025]图12是根据本发明第五示例实施例的蜂窝状结构体的结构的横截面图；和
[0026]图13是示出将要用在本发明第五示例实施例中的基础结构体的结构的横截面图。