用于催化轉(zhuǎn)化器絕緣件尺寸設(shè)計和定位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及尾氣處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]已知通過將絕緣層插置在催化轉(zhuǎn)化器基底中而降低背壓；在納入本文加以參考的PCT/CA2013/000663的教導(dǎo)下，對于任何給定的應(yīng)用場合，能夠通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行的常規(guī)實驗而設(shè)計適合的絕緣件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]形成本發(fā)明的一個方面的是用于加快在燃燒發(fā)動機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器基底中的絕緣層的設(shè)計，所述燃燒發(fā)動機(jī)具有包括上限和下限的運行功率范圍，基底為在使用時基本上完全地占據(jù)除了擴(kuò)散器錐體之外的催化轉(zhuǎn)化器容器的類型，圓筒形入口管道通向所述催化轉(zhuǎn)化器容器。所述方法包括以下步驟:
[0004]1.當(dāng)燃燒發(fā)動機(jī)在運行功率范圍的下限處運行時，確定在入口管道與催化轉(zhuǎn)化器容器相交之處的最大氣體速率點上的氣體方向；
[0005]i1.當(dāng)燃燒發(fā)動機(jī)在運行功率范圍的上限處運行時，確定在入口管道與催化轉(zhuǎn)化器容器相交之處的最大氣體速率點上的氣體方向；以及
[0006]ii1.限定基準(zhǔn)催化轉(zhuǎn)化器基底。
[0007]在基準(zhǔn)中:
[0008]?基底的外部催化區(qū)部分圍繞基底的內(nèi)部催化區(qū)部分；
[0009]?絕緣材料熱隔離外部催化區(qū)和內(nèi)部催化區(qū)；
[0010]?絕緣材料延伸穿過基底并且具有貫穿基底長度的均一剖面；
[0011]籲均一剖面基本上由兩個假想圓柱體和基底的上游表面的相交部限定；
[0012]
[0013]?每一個假想圓柱體具有:在入口管道直徑的1.08和1.20之間的標(biāo)稱內(nèi)直徑；0.8-4毫米的厚度；以及與在入口管道和催化轉(zhuǎn)化器容器相交之處的最大速率點上的氣體方向?qū)R的軸線；
[0014]籲假想圓柱體中的一個與在運行功率范圍的下限處的氣體流動相關(guān)，并且假想圓柱體中的另一個與在運行功率范圍的上限處的氣體流動相關(guān)。
[0015]形成本發(fā)明的另一個方面的為一種改進(jìn)的催化轉(zhuǎn)化器基底，基底是與燃燒發(fā)動機(jī)一同使用的類型，燃燒發(fā)動機(jī)具有包括上限和下限的運行功率范圍；并且基底還是在催化轉(zhuǎn)化器容器中使用的類型，圓筒形入口管道通向催化轉(zhuǎn)化器容器。
[0016]改進(jìn)包括:基底的內(nèi)部催化區(qū)部分；基底的圍繞內(nèi)部催化區(qū)的外部催化區(qū)部分；以及熱隔離內(nèi)部催化區(qū)和外部催化區(qū)的絕緣材料。
[0017]絕緣材料延伸穿過基底，并且具有貫穿基底長度的均一剖面。均一的剖面基本上由兩個假想圓柱體和基底的上游表面的相交部限定，每一個假想圓柱體具有:在入口管道直徑的1.08和1.20之間的標(biāo)稱內(nèi)直徑；0.8-4毫米的厚度；以及與在入口管道和催化轉(zhuǎn)化器容器相交之處的最大速率點上的氣體方向?qū)R的軸線。假想圓柱體中的一個與在運行功率范圍的下限處的氣體流動相關(guān)，并且假想圓柱體中的另一個與在運行功率范圍的上限處的氣體流動相關(guān)。
[0018]一旦總覽以下詳細(xì)描述和附圖(后者在下文中簡略地描述)則本發(fā)明的優(yōu)勢、特征和特點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0019]圖1示出示意性的軸向?qū)ΨQ的催化轉(zhuǎn)化器；
[0020]圖2示出示意性的具有成一定角度的入口的催化轉(zhuǎn)化器；
[0021]圖3示出示意性的具有彎曲的入口的催化轉(zhuǎn)化器；
[0022]圖4為類似于圖1的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運行功率范圍的下限處和運行功率范圍的上限處的最大氣體速率點；
[0023]圖5為類似于圖2的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運行功率范圍的下限處和運行功率范圍的上限處的最大氣體速率點；
[0024]圖6為類似于圖3的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運行功率范圍的下限處和運行功率范圍的上限處的最大氣體速率點；
[0025]圖7示出類似于圖1的示意性的催化轉(zhuǎn)化器；
[0026]圖7A為沿圖1的段7A-7A的視圖；
[0027]圖8示出類似于圖1的示意性的催化轉(zhuǎn)化器；
[0028]圖8A為沿圖7的段8A-8A的視圖；
[0029]圖9示出類似于圖1的示意性的催化轉(zhuǎn)化器；
[0030]圖9A為沿圖9的段9A-9A的視圖；
[0031]圖10示出類似于圖3的示意性的催化轉(zhuǎn)化器；
[0032]圖1OA為沿圖10的段10A-10A的視圖；
[0033]圖1lA-D示出作為用于多種在圖7中示出類型的催化轉(zhuǎn)化器的絕緣位置的函數(shù)的入口背壓。
【具體實施方式】
[0034]當(dāng)前參考圖1-3，所述圖1-3示出示范性催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)，能夠通過所述示范性催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)有用地部署本發(fā)明:
[0035]?圖1示出示意性的軸向?qū)ΨQ的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)22k ;
[0036]?圖2示出示意性的具有成一定角度的入口的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)22B ;
[0037]?圖3示出示意性的具有彎曲的入口的催化轉(zhuǎn)化器系統(tǒng)22C。
[0038]每一個系統(tǒng)22A、22B和22C均包括容器24，所述容器24包括圓筒形殼體26以及一對擴(kuò)散器錐體28以及基本上完全地占據(jù)容器24的蜂巢式陶瓷基底30。系統(tǒng)22A中的容器24通過與容器24的軸線對齊的圓筒形入口管道32A進(jìn)行給送；在系統(tǒng)22B中，入口管道32B為圓筒形的，但是布置為與容器的軸線成角度α ;并且在系統(tǒng)22C中，入口管道32C為彎曲的。
[0039]方法中的起始步驟涉及(在與催化轉(zhuǎn)化器一同使用的任何給定發(fā)動機(jī)方面來說)確定在如下情況時最大氣體速率點處的氣體方向
[0040]籲當(dāng)發(fā)動機(jī)在所關(guān)注的運行功率范圍的下限處時；以及
[0041]?當(dāng)發(fā)動機(jī)在所關(guān)注的運行功率范圍的上限處時。
[0042]運行范圍根據(jù)應(yīng)用場合的不同而變化，并且在一些情況下運行范圍可以由單個的值限定。例如，固定式發(fā)動機(jī)(諸如發(fā)電機(jī))經(jīng)常以單個的功率設(shè)置進(jìn)行使用，通常為所設(shè)計功率的60-80%，而大貨運卡車在其大部分運行時間內(nèi)以高速公路巡航功率水平(最大值的20-30% )運行。在普通乘用車的情況下，所使用的運行范圍可以由通常的運行功率范圍限定，即最大發(fā)動機(jī)功率的30%至80%之間的某一點。雖然能夠通過測量確定氣體的方向，但是一般說來將通過計算機(jī)流體動力學(xué)(CFD)建模來確定，原因在于插入測量裝置本身能夠產(chǎn)生流動干擾。
[0043]在圖3中示出的催化轉(zhuǎn)化器的情境中，在最大氣體速率點Vmaxl、Vmax2之間存在巨大的差別:在較低的氣體速率處，在彎曲的管道中氣體分子所暴露的離心力較低，并且在尾氣分布的最大值Vmaxl更接近管道的中心；在較高的氣體速率處，離心力更強(qiáng)，并且尾氣分布的最大值Vmax2更接近管道壁，如圖6中所示。
[0044]CFD模擬示出:對于直徑58毫米的彎曲的入口管道來說，低流動位置和高流動位置之間的差異為11毫米。
[0045]類似的模擬能夠被用于圖2和3的催化轉(zhuǎn)化器，如在一些例外環(huán)境中可能發(fā)生一些背離，但