催化转换器、用于保养催化转换器的套件,以及用于保养催化转换器的方法
【专利说明】催化转换器、用于保养催化转换器的套件，以及用于保养催 化转换器的方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本美国专利申请主张2012年7月27日提交的美国非临时申请13/560, 667的优 先权，该非临时申请的公开内容视为本申请的公开内容的一部分且在此以全文引用的方式 并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种催化转换器、一种用于保养催化转换器的套件，以及用于保养催 化转换器的方法。
【背景技术】
[0004] 可在车辆的寿命内保养车辆的一或多个组件。与车辆保养过程相关联的成本通常 涉及零部件和劳动力。因此，本领域需要改进车辆保养过程的效率且还将降低成本。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个方面提供一种方法。所述方法包括以下步骤：制备可保养催化转换 器使得所述催化转换器的催化衬底可在催化转换器保持连接到排放系统的同时保养，这通 过以下操作实现：在缺乏材料的情况下形成所述催化转换器的主体的下表面以便在所述催 化转换器主体的下表面中提供至少一个开口，用于：允许选择性地接达（access)延伸穿过 含有所述催化衬底的催化转换器的主体的流体流动通道；以及将至少一个闭合部件安置在 所述至少一个开口中，用于：流体密封所述至少一个开口。
[0006] 在一些实施例中，所述形成步骤通过以下操作实行：在对所述催化转换器的售后 修改过程中在所述催化转换器主体的下表面中后制造（post-fabricating)所述至少一个 开口。
[0007] 在一些实现方式中，所述后制造步骤通过以下操作实行：利用钻头在所述催化转 换器主体的下表面中钻凿所述至少一个开口。
[0008] 在一些例子中，所述形成步骤通过以下操作实行：由供应商或原始设备制造商在 所述催化转换器主体的下表面中预制造所述至少一个开口。
[0009] 在一些实施例中，通过在所述催化转换器主体的下表面中钻凿、焊接、铸造、模制 或冲压所述至少一个开口而实行所述预制造步骤。
[0010] 本发明的另一方面提供一种方法。所述方法包括以下步骤：在催化转换器保持连 接到排放系统的同时保养所述催化转换器，这通过以下操作实现：在所述催化转换器的主 体的下表面中形成至少一个开口，用于允许接达延伸穿过含有催化衬底的所述催化转换器 主体的流体流动通道；将清洁仪器插入到形成在所述催化转换器主体的下表面中的所述至 少一个开口中；从所述清洁仪器朝向所述催化衬底引导清洁溶液使得清洁溶液从所述催化 衬底移除污染物；以及将至少一个闭合部件安置在形成在所述催化转换器主体的下表面中 的所述至少一个开口中，用于：流体密封所述至少一个开口。
[0011] 在一些实施例中，在所述引导步骤之后且在所述安置步骤之前，所述方法进一步 包括以下步骤：从形成在所述催化转换器主体的下表面中的所述至少一个开口移除所述清 洁仪器；将冲刷仪器插入到形成在所述催化转换器主体的下表面中的所述至少一个开口 中；以及从所述冲刷仪器朝向所述催化衬底引导冲刷介质使得所述冲刷介质从所述催化衬 底移除清洁溶液和污染物。
[0012] 在一些实现方式中，在所述引导步骤之后，所述方法进一步包括以下步骤：将真空 源流体连接（fluidly-connecting)到排放系统；以及利用所述真空源从所述催化衬底汲 取清洁溶液和污染物。
[0013] 在一些例子中，在所述引导步骤之后，所述方法进一步包括以下步骤：将卸料桶流 体连接到所述排放系统的远端；接通车辆的引擎用于利用所述引擎产生的排放气体经由所 述排放系统推进清洁溶液和污染物远离所述催化衬底且推进到下游更远处；以及利用所述 卸料桶俘获从所述排放系统卸出的清洁溶液和污染物。
[0014] 在一些实施例中，所述形成步骤、所述插入步骤和引导步骤包括：在催化衬底上游 在所述催化转换器主体的下表面中形成所述至少一个开口；将所述清洁仪器插入到形成在 所述催化转换器主体的下表面中的所述至少一个开口中；以及从所述清洁仪器朝向所述催 化衬底引导清洁溶液使得清洁溶液首先进入所述催化衬底的上游表面且然后退出所述催 化衬底的下游表面。
[0015] 在一些实现方式中，所述至少一个开口包括第一开口和第二开口，其中所述形成 步骤包括：在催化衬底上游在所述催化转换器主体的下表面中形成所述第一开口；以及在 催化衬底下游在所述催化转换器主体的下表面中形成所述第二开口。
[0016] 在一些例子中，所述插入步骤和所述引导步骤包括：将所述清洁仪器插入到形成 在所述催化转换器主体的下表面中的第一开口中；以及从所述清洁仪器朝向所述催化衬底 引导清洁溶液使得清洁溶液首先进入所述催化衬底的上游表面且然后退出所述催化衬底 的下游表面。
[0017] 在一些实施例中，所述方法包括以下步骤：在形成在所述催化转换器主体的下表 面中的第二开口下方布置卸料桶以便俘获退出所述催化衬底的下游表面的清洁溶液和污 染物。
[0018] 在一些实现方式中，所述插入步骤和所述引导步骤包括：将所述清洁仪器插入到 形成在所述催化转换器主体的下表面中的第二开口中；以及从所述清洁仪器朝向所述催化 衬底引导清洁溶液使得清洁溶液首先进入所述催化衬底的下游表面且然后退出所述催化 衬底的上游表面。
[0019] 在一些例子中，所述方法包括以下步骤：在形成在所述催化转换器主体的下表面 中的所述第一开口下方布置卸料桶以便俘获退出所述催化衬底的所述上游表面的清洁溶 液和污染物。
[0020] 在一些实施例中，所述形成步骤包括：在所述催化转换器主体的下表面中钻凿所 述至少一个开口。
[0021] 在一些实现方式中，所述方法包括以下步骤：将所述清洁仪器插入到形成在所述 催化转换器主体的下表面中的第一开口中；以及将真空施加到所述第二开口和由所述排放 系统的尾管形成的开口两者，用于移除首先进入所述催化衬底的上游表面且然后退出所述 催化衬底的下游表面的清洁溶液。
[0022] 在一些例子中，所述方法进一步包括以下步骤：将所述清洁仪器插入到形成在所 述催化转换器主体的下表面中的第二开口中；将流体流动插塞插入到由所述尾管形成的所 述开口中；以及将真空施加到所述第一开口，用于移除首先进入所述催化衬底的下游表面 且然后退出所述催化衬底的所述上游表面的清洁溶液。
[0023] 在一些实施例中，所述方法包括以下步骤：将经加压空气传递到形成在所述催化 转换器主体的下表面中的第一开口中；以及将真空施加到所述第二开口和由所述排放系统 的所述尾管形成的所述开口两者，用于从所述催化衬底和流体流动通道移除清洁溶液。
[0024] 在本发明的又一方面中提供一种排放系统的组件，其可在保持流体连接且实体上 连接到所述排放系统的同时保养。所述排放系统的所述组件包括催化转换器，其具有主体， 其中所述主体形成流体流动通道，其中催化衬底安置在所述流体流动通道内，其中所述催 化转换器的所述主体的下表面界定允许选择性接达安置在所述流体流动通道内的所述催 化衬底的至少一个开口；以及至少一个闭合部件，其安置在所述至少一个开口内且流体密 封所述至少一个开口。
[0025] 在一些实施例中，所述至少一个开口形成在所述催化衬底的上游表面的上游。
[0026] 在一些实现方式中，所述至少一个开口包括第一开口和第二开口，其中所述第一 开口形成在所述催化衬底的上游表面的上游，其中所述第二开口形成在所述催化衬底的下 游表面的下游。
[0027]在一些例子中，所述至少一个闭合部件是锻压螺母或滚花螺纹插入件。
[0028] 在一些实施例中，形成在所述催化转换器主体的下表面中的所述至少一个开口在 对所述催化转换器的售后修改过程中的钻凿工艺中后制造。
[0029] 在一些实现方式中，形成在所述催化转换器主体的下表面中的所述至少一个开口 由供应商或原始设备制造商在钻凿工艺、焊接工艺、铸造工艺、模制工艺或冲压工艺中预制 造。
[0030] 本发明的一个方面，提供一种用于保养排放系统的组件的套件，所述组件可在保 持流体连接且实体上连接到所述排放系统的同时保养。所述套件包括：第一容器，其包括中 和介质；以及第二容器，其包括草酸粉末，其中所述草酸粉末适于与水混合用于形成用于从 催化转换器的催化衬底移除污染物的稀酸溶液，其中所述中和介质适于在所述稀酸溶液施 加到所述催化转换器的催化衬底之后与所述所利用的稀酸溶液混合使得所述稀酸溶液在 被处理掉之前被中和。
[0031] 在一些实施例中，所述套件还包括至少一个闭合部件，其适于安置在后制造于所 述催化转换器的主体的下表面中的至少一个开口内用于流体密封所述至少一个开口。
【附图说明】
[0032] 现将借助实例参看附图描述本发明，附图中：
[0033] 图1是说明在本发明的一个实施方案中的机动车辆的排放系统的透视图，图示了 用作清洁溶液的进口的氧传感器位置；
[0034] 图2描绘根据本发明的清洁方法的实施方案中的至真空源的尾管连接；
[0035]图3是用于在不从车辆移除催化转换器的情况下清洁图1的催化转换器的杖 (wand)的侧视图；
[0036] 图4是在图2的杖的末端上的喷嘴的放大图；
[0037]图5描绘，到收集容器的尾管连接，该收集容器用于在清洁催化转换器之后通过 运行引擎收集从排放系统冲刷的残余溶液；
[0038]图6是机动车辆的示范性排放系统的透视图；
[0039] 图7A是根据图6的线7的示范性催化转换器的放大图；
[0040] 图7B是根据图6的线7的示范性催化转换器的放大图；
[0041] 图7C是根据图6的线7的示范性催化转换器的放大图；
[0042] 图7D是根据图6的线7的示范性催化转换器的放大图；
[0043] 图8A是根据图7C的线8A-8A的催化转换器的横截面图，但其或者可为图7A、7B 或7D中的任一者；
[0044]图8B-8H是说明用于保养图8A的示范性催化转换器的方法的横截面图；
[0045]图9是附接到真空源的图6的示范性排放系统的透视图；
[0046]图10是附接到卸料桶的图6的示范性排放系统的透视图；
[0047] 图IlA是根据图7C的线11A-11A的催化转换器的横截面图，但其或者可为图7A、 7B或7D中的任一者；
[0048]图11B-11L是说明用于保养图IlA的示范性催化转换器的方法的横截面图；
[0049] 图12A是根据图7C的线12A-12A的催化转换器的横截面图，但其或者可为图7A、 7B或7D中的任一者；
[0050]图12B-12J是说明用于保养图12A的示范性催化转换器的方法的横截面图；
[0051]图13是附接到气体分析器的图6的示范性排放系统的透视图；
[0052]图14是用于保养催化转换器的套件的示范性图。
【具体实施方式】
[0053] 为促进理解本发明的原理，现将参考图式中说明的实施方案，且将使用特定语言 来描述所述实施方案。然而将理解，并不借此希望对本发明范围施加限制，预期所说明实施 方案中的此类更改和进一步修改以及如其中说明的本发明的原理的此类进一步应用，如本 发明所涉及领域的技术人员通常将想到的。
[0054] 参看图1，本发明允许在催化转换器10安装在车辆上（如排放系统12中所示）而 连接时清洁该催化转换器10。在一实施方案中，排放系统12包括连接到内燃机（未图示） 的排放歧管14、在排放歧管14与催化转换器10之间的排放管的第一区段18中的氧传感 器16、在催化转换器10与消音器22之间的所述排放管的第二区段20,以及尾管24。氧传 感器16通常通过螺纹连接可拆除地安装在催化转换器10上游的端口中，且将氧传感器16 从端口移除以提供经由开放端口的接达，从而将稀酸溶液（未图示）引入到排放管中以清 洁催化转换器10。一种适宜的酸溶液使用草酸CASNo. 6153-56-6制成，其可从若干来源购 得，一个来源是印度孟买的IndianOxalateLimited公司。5-10%的浓度水平是适宜的， 但也预期其它浓度。或者，其它酸在某些应用中可能是适宜的，包括其它有机酸，优选为例 如醋酸和柠檬酸等弱有机酸。氨基磺酸和磷酸在某些应用中也可能是适宜的。
[0055] 酸溶液优选地经由氧传感器端口喷射到排放管中，且为促进所述工艺，优选地向 尾管24应用抽吸以经由所安装的催化转换器10汲取空气和酸溶液。如图2所示，尾管24 优选地经由紧贴配合耐热连接器28 (其可为硅酮橡胶碗）连接到具有不锈钢槽的真空源 26 (例如，SHOP-VAC? )，借此在尾管24与从真空源26的槽延伸的软管30 (其可为透明软 管）之间建立大体气密密封，同时使软管30与尾管24热绝缘，在车辆到达后即刻执行保养 的情况下尾管24可能是炽热的。尾管连接器28的横截面可为例如圆形或椭圆形，与尾管 24的形状适应。可针对不同大小的尾管24采用不同大小的连接器28,或可采用可调整排 放软管连接器28。在一个实施方案中，喷射杖40 (参见例如图3)在无密封连接的情况下 延伸到氧传感器端口中，借此抽吸致使将周围空气作为补偿空气经由氧传感器端口以及因 此经由所安装的催化转换器10汲取到排放系统12中。或者，氧传感器端口（移除了传感 器）可用在其中处于适当位置的喷嘴44(参见例如图3)密封，例如用提供在杖40的鹅颈 42 (参见例如图3)周围接近喷嘴44处的橡胶、金属或其它挡止物密封，所述橡胶、金属或其 它挡止物经配置以例如经由配对螺纹连接密封地啮合端口，借此在喷嘴44放置在端口中 之后将挡止物旋拧到端口中。
[0056] 酸溶液优选地使用具有例如图3所示的鹅颈42的喷射杖40经由氧传感器端口喷 射到排放管中。喷射杖40具有远端喷嘴44,其经设定大小和定形以配合到开放的氧传感器 端口中。鹅颈杖40尤其有利地与在升降机上提升或停放在修理加油站（如通常在修车厂 进行保养维护时）的车辆一起使用。在此情况下，排放系统12在机械师的头部上方，且杖 40的远端可提升到排放管以上在氧传感器端口附近且从下方钩到开放的氧传感器端口中。 杖40由延伸到氧传感器端口中的远端固持在适当位置。喷嘴44包括图4中更详细展示的 直角喷射偏转器46,其优选地可旋转式安装以便允许其转动，使得在使用中，其经定向以便 将下游的酸溶液引导到催化转换器10中。因此，所述杖40可容易用于双排放系统的左侧 和右侧排放，且可从左侧或右侧悬挂在排放管上，无论哪一种方式更容易接达或方便。举例 来说，参考图1的排放系统，螺纹氧传感器16从其在排放管区段18中的端口旋开且移除， 且喷射杖40可从左侧（图式的前景侧）悬挂在排放管上，在此情况下偏转器46旋转使得 其开放侧朝后定向，即向下游朝向催化转换器10定向。
[0057] 优选地使用例如车间空气源（例如，供应5-10psi经调节空气压力的空气线路） 或使用手动泵（例如，比如来自MCMASTER-CARR?的型号7044T42等杀虫剂喷射器）施加正 压力以迫使酸溶液通过杖40。喷射喷嘴44 (其可为来自MCMASTER-CARR?的型号30995K15)， 优选地提供细雾，因此0. 12〃的孔口大小是适宜的。
[0058] 作为可用于加快清洁工艺的任选预备步骤，经由氧传感器端口用例如水或空气等 流体冲刷催化转换器10以使催化转换器10在将酸溶液喷射到其中之前冷却。举例来说， 杖40可用于将水雾喷射到排放系统12中；杖40可单独使用，或结合真空源26使用以经 由催化转换器10汲取雾。利用此预备步骤，将温度传感器（未图示）（例如，热电偶或热敏 电阻）临时附接到催化转换器10的外表面，且执行冲刷直到温度传感器指示预定温度（例 如，140°F)为止。温度传感器可用手抵靠催化转换器10而固持，或者可利用VELCRO?带 (未图示）附接到催化转换器10。适宜的温度传感器的一个实施例是Fluke5411B。 [0059] 清洁方法可执行被认为对于清洁特定类型的催化转换器10有效的预定时间周 期，或通常认为适于任何催化转换器10的较长时间周期。或者，用气体分析器（未图示）， 例如比如BridgeModel9005等五气体分析器，来监视清洁操作。例如通过将样本探测器 (未图示）插入到尾管24中而将分析器连接到排放系统12,且执行喷射步骤直到达到预 定排放气体水平（例如，预定水平的碳氢化合物（HC)、一氧化碳（CO)，和/或氮的氧化物 (NOx))为止。
[0060] 通过优选地恰当高于空转速度运行引擎（未图示）而排放排放系统12(清洁之 后）中的任何残余酸溶液。引擎此时充当空气压缩机。由于排放不美观且为酸性的，所以 其优选地使用尾管连接器50 (参见例如图5)和90°PVC弯管52 (参见例如图5)而收集， 尾管连接器50和90°PVC弯管52经定向以便将残余酸溶液引导到桶54 (参见例如图5) 或其它收集容器中。任选地在尾管连接器50与弯管52之间使用排放软管56 (参见例如图 5)的区段。桶54可优选地利用封盖中的通风孔（未图示）通风，封盖优选地包括一或多个 夹具（未图示）以可拆除式地将封盖紧固到桶的主体。桶54可，例如用桶54的底部上的 内部重物（未图示）负重以保持桶54在使用期间直立。
[0061] 所述工艺中使用的酸溶液优选地在处理掉之前例如通过将其与小苏打（未图示） 或苏打灰（未图示）等混合而全部收集且中和。优选地在作为套件（未图示）的一部分的 一个罐（未图示）或其它容器（未图示）中供应用于制造酸溶液以清洁催化转换器10的 预定量的粉末（未图示），所述套件还包括含有用于在使用之后且在处理掉之前使酸溶液 中和的对应量的碱性粉末（未图示）的第二罐（未图示）或其它容器（未图示）。举例来 说，所述套件可包括含有粉末形式的12盎司草酸（未图示）的罐（未图示），以及含有24 盎司重苏打灰（未图示）（例如，CASNo. 497-19-8)的罐（未图示）。所述套件可捆绑，即 具备封围在收缩膜内部的两个容器。
[0062] 参看图6,展示根据一实施方案的车辆V的排放系统100。排放系统100包括近上 游端IOOa和远下游端100b。近上游端IOOa连接到引擎E。排放系统100包括布置在排放 系统100的近上游端IOOa与远下游端IOOb之间的催化转换器108。如在以下公开内容中 例如图8A-8H、11A-11L和12A-12J处将描述，可在催化转换器108保持连接到车辆V的排 放系统100的同时保养催化