专利名称：催化转换器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种用于处理来自车辆内燃发动机的排气流动的排气处理系统，更特别地涉及一种用于该排气处理系统的催化转换器(catalyticconverter:催化式排气净化器)。
背景技术：
用于内燃发动机(包括但不局限于汽油发动机或柴油发动机)的排气处理系统可包括用于处理来自内燃发动机的排气流的催化转换器。催化转换器是由包括载体(monolith)的壳体(例如但不局限于蜂巢状结构)组成的流过(flow through)装置。载体包括涂有活化催化剂层的大表面区域。所述活化催化剂涂层可包括但不局限于钼族金属(PGM)。当排气掠过该活化催化剂涂层，一氧化碳、气态烃类和液态烃类粒子(即未燃烧的燃料和/或燃油)被氧化，从而减少有害的排放物。催化转换器的壳体包括入口和出口，并通常包括限定了内部空间的管筒形状，所述内部空间大于分别连接至入口和出口的排气管的流动区域。因此，催化转换器的壳体在临近入口和出口处都包括圆锥形区域，以从排气管的较小直径转变为壳体内部空间的较大直径。排气越均匀分布地穿过载体，催化转换器的运行越有效率。
发明内容
提供了一种用于车辆排气处理系统的催化转换器组件。该催化转换器组件包括壳体。所述壳体限定了内部空间，并包括沿纵向轴线彼此分隔开的入口和出口。所述入口和出口设置为与内部空间流体连通。载体由壳体支撑在壳体的内部空间内。载体包括设置在其上的催化剂。壳体和载体中的至少一个包括流动引导机构。该流动引导机构被配置为使穿过入口接收到的至少一部分排气朝向载体的预先限定的区域改变方向，以使穿过载体的横截面的排气更均匀地分布。还提供了一种用于处理车辆内燃发动机的排气的排气处理系统。该排气处理系统包括催化转换器。该催化转换器包括限定了内部空间的壳体，并包括沿纵向轴线彼此分隔开的入口和出口。所述入口和出口绕壳体的半径中心(radial center)径向地偏开(offset)。载体由壳体支撑在壳体的内部空间内。载体包括设置在其上的催化剂。该载体包括绕壳体的半径中心径向地分布、并沿纵向轴线延伸的多个区域。载体的每个区域包括不同的单元密度。因此，催化转换器的流动引导机构将至少一部分排气流引导至预先确定的区域，以使穿过载体的横截面的排气更均匀地分布，从而提高催化转换器的效率。另外，载体的不同区域(其每一个都具有不同的单元密度)为其上的催化剂设置提供了不同的表面面积，从而可适应不同的排气流率。单元密度被配置为针对与每个具体区域有关的流率而给催化剂提供合适的表面面积。根据每个区域接收的排气流率，每个区域可包括设置在其上的不同的催化剂密度。此外，根据不同的单元密度区域引起的温度分布，每个单元密度区域可包括设置在其上的不同的催化剂。催化剂密度可在不同的区域之间径向地变化，并可进一步沿纵向轴线纵向地变化，从而所使用的优化催化剂的量，以减少设置在载体上的催化剂的总量。从下文中对实现本发明的最佳模式的有附图的详细描述可知，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势是很明显的。
图1是用于内燃发动机的具有催化转换器的排气处理系统的示意图。图2是催化转换器沿纵向轴线的示意性剖面图，其显示了流动引导机构的第一个实施例。图3是催化转换器沿纵向轴线的示意性剖面图，其显示了流动引导机构的第二个实施例。图4是催化转换器的示意性剖面图，其垂直于纵轴且显示了载体的不同区域，每个区域具有设置在其上的不同的催化剂密度。
具体实施例方式本领域技术人员将理解，诸如“上”、“下”、“向上”、“向下”、“顶”、“底”等术语是对
附图的描述性的使用，不代表本发明保护范围的局限性，所述保护范围由附加的权利要求来限定。参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件，排气处理系统大致用20所示。该排气处理系统20处理来自车辆的内燃发动机21的排气。排气处理系统20包括催化转换器22。该催化转换器22包括壳体24。该壳体24沿纵向轴线26延伸，并限定了具有圆形或椭圆形横截面(其垂直于纵向轴线26)的大致管筒形状。如图所示，纵向轴线26与壳体24的半径中心28是同轴对齐的。尽管壳体24显示为具有圆形横截面，但是应该理解的是，壳体24可限定为某一其他形状，包括但不局限于椭圆形、矩形或多边形。壳体24形成了限定了内部空间30的外壳或外罩。另外，壳体24包括入口 32和出口 34。入口 32和出口 34沿纵向轴线26彼此分隔开。如图2和3所示，入口 32和出口34彼此同轴地对齐，并相对于壳体24的半径中心28和纵向轴线26径向偏开。然而，应该理解的是，入口 32和出口 34相对于彼此的位置可与本文显示和描述的不同。入口 32与内燃发动机21和内部空间30流体连通，并经由排气管36将来自内燃发动机21的排气的流动传送至内部空间30。出口 34与内部空间30流体连通，并经由另一个排气管38将排气从内部空间30排出。内部空间30包括垂直于纵向轴线26的横截流动面积，该面积大于入口 32和/或出口 34的横截流动面积。因此,壳体24可包括设置在其每个轴向端部的圆锥形部分40，以将入口 32和出口 34连接至壳体24的内部空间30。载体(monolith)42设置在壳体24内并由壳体24支撑，在壳体24的内部空间30内。载体42例如可包括允许排气通过其内的通道流过的蜂巢状结构。载体42包括涂有催化剂的大表面区域。该催化剂处理来自内燃发动机21的排气流，以减小排气的毒性，即减小排气的有毒排放物，所述有毒排放物包括但不局限于氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和/或碳氢化合物(HC)。当排气掠过置于载体42上的催化剂时，一氧化碳、气态烃类和液态烃类粒子(即未燃烧的燃料和/或燃油)被氧化，从而减少了有害的排放物。催化剂材料可包括但不局限于钼族金属(PGM)，并将排气内一定百分比的氮氧化物氧化为氮和二氧化碳或水，以及将一定百分比的一氧化碳氧化为二氧化碳，并将一定百分比的未燃烧的碳氢化合物氧化为二氧化碳和水。壳体24和载体42中的至少一个可包括流动引导机构44、50。该流动引导机构44、50被配置为使穿过入口 32接收到的至少一部分排气改变方向为朝向载体42的预先限定的区域。该流动引导机构44、50使排气流改变方向，以使穿过载体42的横截面积的排气流更均匀地分布。使排气流穿过载体42的全部横截面积均匀地分布减少了载体42中的“热点”，从而延长了催化剂的使用寿命。另外，穿过载体42的排气流更均匀地分布提高了催化剂的效率。流动引导机构44、50可设置在壳体24和/或载体42和/或由壳体24和/或载体42形成，并可以以任何合适的方式被配置，所述方式能够将来自入口 32的排气流引导至载体42的特定区域。同样地，流动引导机构44、50可将排气的流动引导至载体42未被充分使用(即穿过那里的排气流率低于最优值)的区域。参考图2，流动引导机构的第一个实施例用44显示。流动引导机构44包括成角度的进口表面46，所述表面设置在载体42上并由载体42所限定。所述成角度的进口表面46相对于纵向轴线26成角度，二者之间形成角度48。在载体42的成角度进口表面46和纵向轴线26之间形成的角度48可变化。在沿纵向轴线26的成角度进口表面46的任何位置处，所述成角度的进口表面46限定了相对于纵向轴线26连续变化的外半径。成角度的进口表面46相对于纵向轴线26的外半径的变化率可以是常数，从而限定线性斜面(例如具有圆锥形形状的)，或可以是可变的以由此限定曲线斜面(例如具有抛物线形状的)。成角度的进口表面46的外半径在纵向轴线26处可以等于零，或可以增加至最大长度(即等于纵向轴线26和载体42的外半径之间的径向距离)。成角度的进口表面46设置在临近外壳24的入口处，从而来自入口 32的排气流在成角度的进口表面46上被引导，从而使至少一部分排气流从通过进口 32的最初流动路径改变方向。参考图3，流动引导机构的第二个实施例用50显示。流动引导机构50包括由壳体24限定的或附接至壳体24的圆锥形插入件52。优选地，圆锥形插入件52是中空的，且由低热容的材料制成，以避免圆锥形插入件52吸收和存储热量。圆锥形插入件52相对纵向轴线26成角度，二者之间形成角度54。圆锥形插入件52临近壳体24的入口 32设置，从而来自入口 32的排气流在那里被引导，锥形插入件52使至少一部分排气流动从通过进口 32的最初的流动路径改变方向。应该理解的是，流动引导机构44、50可以在构造上以某种方式不同于在流动引导机构的第一个实施例或流动引导机构44、50的第二个实施例中显示的那样。另外，如前面所指出的，流动引导机构44、50可以仅使一部分排气的流动改变方向，或可被配置为使全部的排气流动改变方向。参考图4,载体42可包括多个区域。如图所示,载体42包括中心区56、中间区58和外区60。然而，载体42可包括等于或大于两个区域的任何数量的区域。每个区域可包括不同的单元密度。所述单元密度在这里被限定为载体42的每单位表面面积(例如平方英寸)所限定的单元的数量。如图所示，多个区域中的每一个绕壳体24的半径中心28径向分布，并沿壳体24的纵向轴线26延伸。可针对穿过每个区域的排气的期望流率来优化每个区域的单元密度。因此，载体42接收较高排气流率的区域(例如载体42的中心区56)可包括较高的单元密度，而载体42接收较低的排气流率的区域(例如临近壳体24的外区60)可包括较低的单元密度。同样，相邻区域之间的单元密度可随着每个区域离壳体24的半径中心28的径向距离的增加而降低，中心区56比中间区58有更高的密度，中间区58比外区60有更高的单元密度。应该理解的是，区域和其上的具体单元密度可与图4中的具体实施例以及此处所描述的不同。单元密度被配置为，针对与每个具体区域相关的流率为催化剂提供合适的表面面积。根据每个区域接收的排气流率，每个区域可包括设置在其上不同的催化剂密度。催化剂密度可在不同的区域之间径向变化，并进一步沿纵向轴线26纵向地变化，从而优化所使用的催化剂的量，以减小设置在载体42上的催化剂的总量。每个区域的尺寸和体积可根据每个区域相对纵向轴线26的径向厚度和每个区域沿纵向轴线26的长度来计算。每个区域的尺寸和/或体积可基于排气在壳体24的上游圆锥形部分40中的速度分布来确定。优选地，两个相邻的单元密度区域之间的分界面发生在排气流的分布不均影响在上游圆锥形部分40中速度分布的位置，即在壳体24的上游圆锥形部分40中的排气速度相比排气在纵向轴线26附近的排气速度开始明显下降的位置。另外，根据温度分布(其由每个区域不同的单元密度导致)，每个区域可包括设置在其上的不同的催化剂。详细的描述和附图或图片是对本发明的支持和描述，但本发明的保护范围仅有权利要求来限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种用于车辆排气处理系统的催化转换器组件，该催化转换器组件包括: 壳体，其限定了内部空间且具有入口和出口，所述入口和出口沿纵向轴线彼此分隔开且与内部空间流体连通；和 载体，其由壳体支撑在壳体的内部空间中且包括设置在载体上的催化剂； 其中壳体和载体中的至少一个包括流动引导机构，该流动引导机构被配置为使穿过入口接收到的至少一部分排气朝向载体的预先限定的区域改变方向，以使穿过载体的横截面上的排气更均匀地分布。
2.如权利要求1所述的催化转换器组件，其中流动引导机构包括载体所限定的成角度的进口表面，该成角度的进口表面相对于纵向轴线成角度且设置为临近壳体的入口。
3.如权利要求2所述的催化转换器组件，其中载体的成角度的进口表面限定了相对于纵向轴线的、沿纵向轴线连续变化的外半径。
4.如权利要求3所述的催化转换器组件，其中成角度的进口表面的外半径可限定出线性面或抛物面，且其中成角度的进口表面的外半径可在零到载体的外直径之间变化。
5.如权利要求1所述的催化转换器组件，其中流动引导机构包括设置在壳体内的圆锥形插入件，该圆锥形插入件包括相对于纵向轴线成角度的表面且设置为临近壳体的入口。
6.如权利要求1所述的催化转换器组件，其中载体包括多个区域，每个区域具有不同的单元密度。
7.如权利要求6所述的催化转换器组件，其中多个区域绕壳体的半径中心径向地间隔且沿壳体的纵向轴线延伸。
8.如权利要求7所述的催化转换器组件，其中相邻区域之间的单元密度随着每个区域离壳体的半径中心的径向距离的增加而降低。
9.如权利要求7所述的催化转换器组件，其中每个相邻的一对区域之间的分界面位于这样的点处:在该处，排气流的分离影响排气在壳体的上游圆锥形部分中的速度分布。
10.如权利要求7所述的催化转换器组件，其中每个区域包括设置在其上的不同的催化剂。
全文摘要
催化转换器包括限定了内部空间的壳体和支撑在其中的载体。该载体包括设置在其上的催化剂。催化转换器包括由壳体和/或载体中的一个所限定的流动引导机构，以改变穿过载体的排气的流动方向，来获取穿过载体的排气的更均匀的流动分布。载体可包括不同的区域，每个区域包括设置在其上的不同的催化剂密度。可针对穿过载体通过每个区域的排气的流率来优化每个区域的催化剂密度。
文档编号F01N3/28GK103104324SQ201210449560
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月12日 优先权日2011年11月10日
发明者H.G.皮姆帕尔加昂卡, A.潘特 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司