催化轉(zhuǎn)化器和用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及催化轉(zhuǎn)化器和用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器的方法，所述催化轉(zhuǎn)化器能夠使排氣流速均勻以實(shí)現(xiàn)均勻的溫度分布和提高的凈化性能。所述催化轉(zhuǎn)化器包括催化劑基底和排氣管，所述催化劑基底由具有內(nèi)柵格孔的內(nèi)基底材料部和具有外柵格孔的外基底材料部構(gòu)成，所述排氣管由上游側(cè)管、催化劑收納管和下游側(cè)管構(gòu)成。在所述催化轉(zhuǎn)化器中，定義為S1的上游側(cè)管的流動(dòng)路徑截面積、定義為S2的內(nèi)基底材料部的截面積、定義為S3的催化劑基底的截面積、定義為d1的內(nèi)柵格孔的水力直徑和定義為d2的外柵格孔的水力直徑滿足S1≤S2≤S3(?0.2242(d12/d22)2+0.1141(d12/d22)+0.617)的關(guān)系。
【專利說明】
催化轉(zhuǎn)化器和用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于凈化排氣的催化轉(zhuǎn)化器和一種用于設(shè)計(jì)所述催化劑轉(zhuǎn)化器 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為用于凈化汽車等的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的排氣的催化轉(zhuǎn)化器，已知這樣一種催化轉(zhuǎn) 化器，其中在允許排氣流過的排氣管內(nèi)配置有催化劑基底，所述催化劑基底具有以格子框 架樣式排布的多個(gè)柵格壁和形成為由柵格壁圍繞的多個(gè)柵格孔。在該催化轉(zhuǎn)化器中，從催 化劑基底的柵格孔流過的高溫排氣激活被載持的催化劑，由此排氣被凈化。在該催化轉(zhuǎn)化 器中，流向催化劑基底的中央的排氣流量?jī)A向于高，而流向催化劑基底的外周的排氣流量 傾向于低。
[0003] 專利文獻(xiàn)1公開了用在這種催化轉(zhuǎn)化器中的催化劑基底的一個(gè)示例。在專利文獻(xiàn)1 中公開的催化劑基底中，載持在排氣流量高的催化劑基底的中央部的催化劑量與載持在其 外周部的催化劑量相比增加，由此提高了凈化性能。
[0004] 引用清單
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn) l:JP-A-2002-177794

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問題
[0008] 專利文獻(xiàn)1中公開的催化劑基底具有以下問題。
[0009] 在專利文獻(xiàn)1中公開的催化劑基底中，盡管通過增加載持在中央部的催化劑的量 提高了凈化性能，但仍未解決催化劑基底的中央部和外周部之間的排氣流量的不均勻。在 催化劑基底中，這種排氣流量的不均勻?qū)е屡艢饬髁扛叩闹醒氩烤哂懈邷兀艢饬髁康?的外周部具有比中央部低的溫度。因此，在低溫部中，催化劑會(huì)耗費(fèi)更多時(shí)間來(lái)達(dá)到活化溫 度，或無(wú)法達(dá)到活化溫度。結(jié)果，催化劑基底的凈化性能下降。
[0010] 本發(fā)明鑒于以上背景而完成，并且提供了一種能夠使流動(dòng)的排氣的流速均勻以實(shí) 現(xiàn)均勻的溫度分布和提高的凈化性能的催化轉(zhuǎn)化器，以及一種用于設(shè)計(jì)所述催化轉(zhuǎn)化器的 方法。
[0011] 問題的解決方案
[0012] 本發(fā)明的一方面涉及一種用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器的方法，所述催化轉(zhuǎn)化器包括:催 化劑基底，所述催化劑基底包括內(nèi)基底材料部和外基底材料部，所述內(nèi)基底材料部包括允 許排氣流過的內(nèi)柵格孔，并且所述外基底材料部形成在所述內(nèi)基底材料部的外側(cè)且包括外 柵格孔，所述外柵格孔各自具有比所述內(nèi)柵格孔的水力直徑大的水力直徑;和排氣管，所述 排氣管包括上游側(cè)管、催化劑收納管和下游側(cè)管，所述上游側(cè)管允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的 排氣流過，所述催化劑收納管與所述上游側(cè)管連通、具有比所述上游側(cè)管的直徑大的直徑 且收納所述催化劑基底，并且所述下游側(cè)管配置在所述催化劑收納管的下游并允許由所述 催化劑基底凈化的排氣流過，所述方法包括以下步驟:將定義為S1的所述上游側(cè)管的流動(dòng) 路徑截面積、定義為S2的所述內(nèi)基底材料部的截面積、定義為S3的所述催化劑基底的截面 積、定義為dl的各所述內(nèi)柵格孔的水力直徑和定義為d2的各所述外柵格孔的水力直徑的大 小確定為滿足 S1SS2 彡 53(-0.2242((112/(122)2+0.1141((11 2/(122)+0.617)的關(guān)系。
[0013] 本發(fā)明的另一方面涉及一種催化轉(zhuǎn)化器，所述催化轉(zhuǎn)化器包括:催化劑基底，所述 催化劑基底包括內(nèi)基底材料部和外基底材料部，所述內(nèi)基底材料部包括允許排氣流過的內(nèi) 柵格孔，并且所述外基底材料部形成在所述內(nèi)基底材料部的外側(cè)且包括外柵格孔，所述外 柵格孔各自具有比所述內(nèi)柵格孔的水力直徑大的水力直徑;和排氣管，所述排氣管包括上 游側(cè)管、催化劑收納管和下游側(cè)管，所述上游側(cè)管允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的排氣流過，所述 催化劑收納管與所述上游側(cè)管連通、具有比所述上游側(cè)管的直徑大的直徑且收納所述催化 劑基底，并且所述下游側(cè)管配置在所述催化劑收納管的下游并允許由所述催化劑基底凈化 的排氣流過，其中，定義為S1的所述上游側(cè)管的流動(dòng)路徑截面積、定義為S2的所述內(nèi)基底材 料部的截面積、定義為S3的所述催化劑基底的截面積、定義為dl的各所述內(nèi)柵格孔的水力 直徑和定義為d2的各所述外柵格孔的水力直徑滿足S1彡S2彡S3(-0.2242(dl 2/d22)2+ 0.1141(dl2/d2 2)+0.617)的關(guān)系。
[0014] 本發(fā)明的有利效果
[0015] 上述催化轉(zhuǎn)化器和用于設(shè)計(jì)所述催化轉(zhuǎn)化器的方法提供了適當(dāng)?shù)卮_定催化劑基 底的內(nèi)基底材料部的截面積的關(guān)系式。
[0016] 具體地，將上游側(cè)管的流動(dòng)路徑截面積S1、內(nèi)基底材料部的截面積S2、催化劑基底 的截面積S3、各內(nèi)柵格孔的水力直徑dl和各外柵格孔的水力直徑d2的大小確定為滿足SIS S2 彡 33(-0.2242((112/(122)2+0.1141((11 2/(122)+0.617)的關(guān)系式。通過滿足該關(guān)系式，以平衡 的方式確定了 S1、32、33、(11和(12的大小，并且能使流過催化劑基底的排氣的流速分布均勻。 由此，能使催化劑基底的溫度分布均勻，并且能使全部催化劑基底的溫度快速上升到活化 溫度。
[0017]因此，以例如滿足上述關(guān)系式的方式設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器使得能提供上述適合于有效 地凈化排氣的催化轉(zhuǎn)化器。
[0018] 因此，上述用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器的方法能提供能夠使排氣的流速分布均勻并有效 地凈化排氣的催化轉(zhuǎn)化器。
【附圖說明】
[0019] 圖1是根據(jù)示例1的催化轉(zhuǎn)化器的局部剖視圖。
[0020] 圖2是(沿圖1的箭頭II的方向看去的)根據(jù)示例1的催化劑基底的剖視圖。
[0021] 圖3是示出確認(rèn)試驗(yàn)1中的流速變動(dòng)和截面積比率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0022] 圖4是示出確認(rèn)試驗(yàn)1中的截面積比率和水力直徑的平方比率之間的關(guān)系的曲線 圖。
[0023] 圖5是示出確認(rèn)試驗(yàn)1中的催化劑基底的凈化性能和壓力損失之間的關(guān)系的曲線 圖。
[0024] 圖6是示出確認(rèn)試驗(yàn)2中的流速變動(dòng)和截面積比率之間的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在上述催化轉(zhuǎn)化器中，形成內(nèi)基底材料部中的內(nèi)柵格孔并具有定義為tl的厚度的 內(nèi)柵格壁和形成外基底材料部中的外柵格孔并具有定義為t2的厚度的外柵格壁優(yōu)選構(gòu)造 成滿足tl<t2的關(guān)系。
[0026]這種情況下，外基底材料的強(qiáng)度提尚，且因此催化劑基底的強(qiáng)度提尚。不例 [0027]將參考圖1和2說明如上所述的催化轉(zhuǎn)化器和用于設(shè)計(jì)該催化轉(zhuǎn)化器的方法的示 例。
[0028]如圖1和2所示，根據(jù)本示例的催化轉(zhuǎn)化器1包括用于凈化排氣G1的催化劑基底2和 收納催化劑基底2的排氣管3。
[0029] 催化劑基底2包括內(nèi)基底材料部21和形成在內(nèi)基底材料部21的外側(cè)的外基底材料 部23。在內(nèi)基底材料部21中，形成有允許排氣G1流過的內(nèi)柵格孔211。在外基底材料部23中， 形成有具有比內(nèi)柵格孔211的水力直徑大的水力直徑的外柵格孔231。
[0030] 排氣管3包括上游側(cè)管31、催化劑收納管32和下游側(cè)管33。上游側(cè)管31允許內(nèi)燃發(fā) 動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的排氣G1流過。催化劑收納管32配置在上游側(cè)管31的下游，具有比上游側(cè)管31 的直徑大的直徑，并且收納催化劑基底2。下游側(cè)管33配置在催化劑收納管32的下游，并允 許利用催化劑基底2凈化后的凈化排氣G2流過。
[0031] 當(dāng)將上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積、內(nèi)基底材料部21的截面積、催化劑基底2的截 面積、內(nèi)柵格孔211的水力直徑和外柵格孔231的水力直徑分別定義為31、32、33、(11和(12時(shí)， 催化轉(zhuǎn)化器 1 被構(gòu)造成滿足 S1SS2 彡 33(-0.2242((112/(122)2+0.1141((11 2/(122)+0.617)的關(guān) 系。
[0032] 在下文中，將更詳細(xì)地說明該示例。
[0033] 如圖1所示，本示例的催化轉(zhuǎn)化器1用于凈化汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的排氣G1。從發(fā)動(dòng) 機(jī)的燃燒室排出的排氣G1經(jīng)由排氣通路(未示出)流到催化轉(zhuǎn)化器1。
[0034] 催化轉(zhuǎn)化器1包括與排氣通路連通的排氣管3和配置在排氣管3內(nèi)的催化劑基底2。 [0035]排氣管3包括收納催化劑基底2的催化劑收納管32、設(shè)置在催化劑收納管32的上游 的上游側(cè)管31和設(shè)置在催化劑收納管32的下游的下游側(cè)管33。
[0036]催化劑收納管32的內(nèi)徑大于上游側(cè)管31和下游側(cè)管33的直徑。催化劑基底2收納 在催化劑收納管32中。在催化劑收納管32和上游側(cè)管31之間設(shè)置有上游側(cè)圓錐部34。上游 側(cè)圓錐部34具有這樣的形狀，即隨著它從上游側(cè)管31側(cè)朝催化劑收納管32側(cè)延伸，其直徑 從上游側(cè)管31的直徑逐漸變成催化劑收納管32的直徑。此外，在催化劑收納管32和下游側(cè) 管33之間設(shè)置有下游側(cè)圓錐部35。下游側(cè)圓錐部35具有這樣的形狀，即隨著它從催化劑收 納管32側(cè)朝下游側(cè)管33側(cè)延伸，其直徑從催化劑收納管32的直徑逐漸變成下游側(cè)管33的直 徑。
[0037] 如圖1所示，上游側(cè)管31呈圓柱形并且在與上游側(cè)圓錐部34的連接部位附近呈直 線形狀地形成為使得上游側(cè)管31的中心軸線與催化劑收納管32的中心軸線共軸。將上游側(cè) 管31的流動(dòng)路徑截面積定義為S1。
[0038]此外，下游側(cè)管33呈圓柱形并且在與下游側(cè)圓錐部35的連接部位附近呈直線形狀 地形成為使得下游側(cè)管33的中心軸線與催化劑收納管32的中心軸線共軸。
[0039] 如圖2所示，催化劑基底2包括用于凈化排氣的催化劑和載持該催化劑的圓柱形陶 瓷載體。催化劑基底2具有由均呈格子框架樣式排布的柵格壁212和232構(gòu)成的蜂巢結(jié)構(gòu)，以 及各自都由柵格壁212和232分隔出的多個(gè)柵格孔211和231。此外，催化劑基底2具有覆蓋其 外周面的圓柱形外壁24。將催化劑基底2的與催化劑基底2的軸向垂直的截面的截面積定義 為S3。
[0040] 催化劑基底2包括形成在截面的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)基底材料部21和形成在內(nèi)基底材料 部21的徑向外側(cè)的外基底材料部23。此外，在內(nèi)基底材料部21和外基底材料部23之間形成 有分隔壁22。
[0041 ]外基底材料部23包括呈格子框架樣式排布的多個(gè)外柵格壁232和由外柵格壁232 分隔出并沿軸向貫穿外基底材料部23的多個(gè)外柵格孔231。將外柵格壁232的厚度定義為 t2。各外柵格孔231具有矩形截面形狀。將外柵格孔231的水力直徑定義為d2。
[0042]內(nèi)基底材料部21包括呈格子框架樣式形成的多個(gè)內(nèi)柵格壁212和由內(nèi)柵格壁212 分隔出并沿軸向貫穿內(nèi)基底材料部21的多個(gè)內(nèi)柵格孔211。將內(nèi)基底材料部21的與其軸向 垂直的截面的截面積定義為S2。將內(nèi)柵格壁212的厚度定義為tl。內(nèi)柵格壁212的厚度tl和 外柵格壁232的厚度t2被設(shè)定成滿足tl<t2的關(guān)系。此外，各內(nèi)柵格孔211具有矩形截面形 狀。將各內(nèi)柵格孔的水力直徑定義為dl。內(nèi)柵格孔211的水力直徑dl和外柵格孔231的水力 直徑d2被設(shè)定成滿足dl<d2的關(guān)系。
[0043]在本示例的催化轉(zhuǎn)化器1中，上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1、內(nèi)基底材料部21的 截面積S2、催化劑基底2的截面積S3、內(nèi)柵格孔211的水力直徑dl和外柵格孔231的水力直徑 d2 的大小被確定成滿足 S1SS2 彡 S3(-0.2242(dl2/d22)2+0.1141(dl 2/d22)+0.617)的關(guān)系 式。通過滿足該關(guān)系式，以平衡的方式確定了 3142、53、(11和(12的大小，并且由此能使流過 催化劑基底2的排氣G1的流速分布均勻。因此，能使催化劑基底2的溫度分布均勻，并且使全 部催化劑基底2的溫度快速上升到活化溫度。
[0044] 將催化轉(zhuǎn)化器1設(shè)計(jì)成滿足以上關(guān)系式使得催化轉(zhuǎn)化器1能夠有效地凈化排氣G1。
[0045] 在催化轉(zhuǎn)化器1中，形成內(nèi)基底材料部21中的內(nèi)柵格孔211并具有定義為tl的厚度 的內(nèi)柵格壁212和形成外基底材料部23的外柵格孔231并具有定義為t2的外柵格壁232被構(gòu) 造成滿足tl<t2的關(guān)系。因此，外基底材料部23的強(qiáng)度提高，并且因此催化劑基底2的強(qiáng)度 提尚。
[0046] (確認(rèn)試驗(yàn)1)
[0047] 在該確認(rèn)試驗(yàn)中，如圖3至6所示，改變示例1的催化轉(zhuǎn)化器1中的內(nèi)柵格孔211的水 力直徑dl、外柵格孔231的水力直徑d2和內(nèi)基底材料部21的截面積S2的大小，并且確認(rèn)變動(dòng) 的大小對(duì)流速分布、熱分布和凈化性能的影響。
[0048] 關(guān)于催化劑基底2的大小，上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1和催化劑基底2的截面 積S3為8332mm2。將催化劑基底2中的內(nèi)柵格孔211的水力直徑dl和外柵格孔231的水力直徑 d2設(shè)定為使得水力直徑的平方比率(dl2/d22)，即水力直徑dl的平方與水力直徑d2的平方之 比取 0.67、0.82、0.49、0.35和0.24這5個(gè)值。
[0049] 圖3是在縱軸上示出催化轉(zhuǎn)化器1中的排氣G1的流速的變動(dòng)并且在橫軸上示出表 示內(nèi)基底材料部21的截面積S2與催化劑基底2的截面積S3之比的截面積比率(S2/S3)的曲 線圖。在圖3中，實(shí)線L1至L5對(duì)應(yīng)于各自具有水力直徑的不同平方比率的催化劑基底2,并且 表示與截面積比率的變化對(duì)應(yīng)的流速變動(dòng)的變化。關(guān)于水力直徑的平方比率，實(shí)線L1、L2、 L3、L4和L5分別對(duì)應(yīng)于0.82、0.67、0.49、0.35和0.24。關(guān)于流速分布的變動(dòng)，如圖2所示，在 催化劑基底2中的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量流速，以獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差3σ。從催化劑基底2的中央朝其外 周每隔10mm設(shè)定流速測(cè)量點(diǎn)。
[0050]如圖3所示，實(shí)線1^1上2上3上4和1^5形成浴缸形曲線，并分別具有第一拐點(diǎn)？11、 ?21131、？41和？51以及第二拐點(diǎn)？12、？22、？32、？42和？52，在所述拐點(diǎn)處流速變動(dòng)急劇變 化。在各第一拐點(diǎn)PI 1至P51和各第二拐點(diǎn)P12至P52之間，流速變動(dòng)小。
[00511 在實(shí)線L1至L5的各第一拐點(diǎn)P11至P51，截面積比率為0.34。當(dāng)截面積比率為0.34 時(shí)，內(nèi)基底材料部21的截面積S2與上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1大致相等。換言之，流速 變動(dòng)在內(nèi)基底材料部21的截面積S2和上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1具有SKS2的關(guān)系 時(shí)減小。
[0052]圖4是示出在第二拐點(diǎn)P12至P52的截面積比率和水力直徑的平方比率之間的關(guān)系 的曲線圖。在該曲線圖中，截面積比率在縱軸示出，而水力直徑的平方比率在橫軸示出。曲 線C1代表從實(shí)線L1至L5的第二拐點(diǎn)P12至P52獲得的近似式。該近似式為S2/S3 = (-0.2242 (dl2/d22)2+0.1141(dl 2/d22)+0.617)。在截面積比率小于從該近似式獲得的截面積比率的 區(qū)域X中，流速變動(dòng)減小。
[0053]換言之，在設(shè)計(jì)成滿足 SKS2 彡 S3(-0.2242(dl2/d22)2+0.1141(dl 2/d22)+0.617) 的關(guān)系式的催化劑基底2中，能使流動(dòng)的排氣G1的流速分布均勻。
[0054]表1示出催化轉(zhuǎn)化器1的催化劑基底2中的溫度分布。為了確認(rèn)溫度分布而準(zhǔn)備的 催化劑基底2的水力直徑的平方比率為0.67,并且對(duì)應(yīng)于圖3所示的實(shí)線L2。以30g/s的流量 將400°C的排氣G1導(dǎo)入催化轉(zhuǎn)化器1中，并且針對(duì)與圖3所示的點(diǎn)P23、P24、P25和P26對(duì)應(yīng)的 截面積比率分別測(cè)量催化劑基底2的溫度。該測(cè)量在三個(gè)點(diǎn)一一即如圖1和2所示的位于內(nèi) 基底材料部21的中央的A點(diǎn)、位于內(nèi)基底材料部21的外周側(cè)的B點(diǎn)和位于外基底材料部23中 的C點(diǎn)--進(jìn)行。如表1所示，在催化劑基底2中，流速變動(dòng)被抑制得越多，便能達(dá)到越均勻的 溫度分布。
[0055] [表1]
[0056]
?0057?~圖5是示出在與實(shí)線L2(圖3)對(duì)應(yīng)的條件下形成的催化轉(zhuǎn)化器1的凈化性能的曲線_ 圖。在該曲線圖中，通過以30g/s的流量將400°C的排氣G1導(dǎo)入催化轉(zhuǎn)化器1中并且利用催化 轉(zhuǎn)化器1凈化而獲得的凈化排氣G2中的排放量在縱軸示出，而催化劑基底2中的壓力損失在 橫軸示出。為了確認(rèn)凈化性能而準(zhǔn)備的催化劑基底2具有與為了確認(rèn)溫度分布而準(zhǔn)備的催 化劑基底2相同的形狀，并且在與截面積比率對(duì)應(yīng)的兩個(gè)條件下一一即，在P23和P25處一一 比較凈化性能。
[0058]在圖5中，實(shí)線La示出了具有均勻的柵格孔一一其水力直徑和數(shù)量有所變動(dòng)一一 的催化劑基底中呈現(xiàn)的排放量和壓力損失之間的關(guān)系。在具有均勻柵格孔的催化劑基底 中，凈化性能由于縮小柵格孔的水力直徑和增加?xùn)鸥窨椎臄?shù)量而提高，但壓力損失增加。另 一方面，壓力損失由于擴(kuò)大柵格孔的水力直徑和減少柵格孔的數(shù)量而減少，但凈化性能下 降。
[0059] 如圖5所示，當(dāng)催化劑基底2具有在P25處的截面積比率時(shí)，凈化排氣G2中的排放量 與催化劑基底2具有P23處的截面積比率的情形相比減少。亦即，凈化性能提高。此外，能確 認(rèn)的是，與實(shí)線La相比，具有在P25處的截面積比率的催化劑基底2能在抑制壓力損失的增 加的同時(shí)提高凈化性能。
[0060] 如上所述，在設(shè)計(jì)成滿足31彡32彡33(-0.2242((112/(122)2+0.1141 ((112/(122) + 0.617)的關(guān)系式的催化轉(zhuǎn)化器1中，能取得實(shí)現(xiàn)排氣的均勻流速的有利效果。該均勻流速能 實(shí)現(xiàn)催化轉(zhuǎn)化器1中的均勻溫度分布以提高凈化性能。
[0061 ](確認(rèn)試驗(yàn)2)
[0062] 通過部分地修改用在確認(rèn)試驗(yàn)1中的催化轉(zhuǎn)化器1的構(gòu)型來(lái)準(zhǔn)備用在該確認(rèn)試驗(yàn) 中的催化轉(zhuǎn)化器。在該確認(rèn)試驗(yàn)中，將催化劑基底2的截面積S3設(shè)定為13，070_ 2。其它構(gòu)型 與用在確認(rèn)試驗(yàn)1中的催化轉(zhuǎn)化器1相同。
[0063] 圖6是示出催化轉(zhuǎn)化器1中的排氣G1的流速的變動(dòng)和截面積比率(S2/S3)--即內(nèi) 基底材料部21的截面積S2與催化劑基底2的截面積S3之比一一之間的關(guān)系的曲線圖。在圖6 中，實(shí)線L6至L10對(duì)應(yīng)于內(nèi)柵格孔211的水力直徑dl和外柵格孔231的水力直徑d2有所變動(dòng) 的催化劑基底2。在實(shí)線L6至L10中，水力直徑的平方比率(dl 2/d22)對(duì)于實(shí)線L6而言為0.82， 對(duì)于實(shí)線L7而言為0.67,對(duì)于實(shí)線L8而言為0.49,對(duì)于實(shí)線L9而言為0.35,且對(duì)于實(shí)線L10 而言為0.24。
[0064] 如圖6所示，實(shí)線1^6、1^7、1^8、1^9和1^10形成浴缸形曲線，并且分別具有第一拐點(diǎn)？61、 ?71、？81、？91和？101以及第二拐點(diǎn)？62、？72、？82、？92和？102。在實(shí)線1^6至1^10的各第一拐點(diǎn) P61至P101，截面積比率為0.22。當(dāng)截面積比率為0.22時(shí)，內(nèi)基底材料部21的截面積S2與上 游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1大致相等。亦即，通過將內(nèi)基底材料部21的截面積S2設(shè)定為 等于或大于上游側(cè)管31的流動(dòng)路徑截面積S1來(lái)減小流速的變動(dòng)。
[0065]在實(shí)線L6至L10中，針對(duì)第二拐點(diǎn)P62至P102的截面積比率不是固定的。此外，在該 確認(rèn)試驗(yàn)中，對(duì)第二拐點(diǎn)P62至P102繪制的近似曲線具有與圖4所示的曲線C1的形狀相似的 形狀。
[0066] 因此，在該確認(rèn)試驗(yàn)中，即使在具有不同形狀的催化轉(zhuǎn)化器1中，通過將催化轉(zhuǎn)化 器 1 設(shè)計(jì)成滿足 S1SS2 彡 S3(-0.2242(dl2/d22)2+(hll41(dl 2/d22)+(h617)的關(guān)系式，也能取 得實(shí)現(xiàn)排氣的均勻流速的有利效果。該均勻流速能實(shí)現(xiàn)催化轉(zhuǎn)化器1中的均勻溫度分布以 提高凈化性能。
[0067] 附圖標(biāo)記列表
[0068] 1 催化轉(zhuǎn)化器
[0069] 2 催化劑基底
[0070] 21內(nèi)基底材料部 [0071] 211內(nèi)柵格孔
[0072] 23外基底材料部
[0073] 231外柵格孔
[0074] 3 排氣管
[0075] 31上游側(cè)管
[0076] 32催化劑收納管
[0077] 33下游側(cè)管
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器（I)的方法，所述催化轉(zhuǎn)化器（I)包括： 催化劑基底(2 )，所述催化劑基底包括內(nèi)基底材料部(21)和外基底材料部(23 )，所述內(nèi) 基底材料部(21)包括允許排氣流過的內(nèi)柵格孔(211 )，并且所述外基底材料部(23)形成在 所述內(nèi)基底材料部(21)的外側(cè)且包括外柵格孔(231)，所述外柵格孔各自具有比所述內(nèi)柵 格孔(211)的水力直徑大的水力直徑;和 排氣管（3)，所述排氣管包括上游側(cè)管（31)、催化劑收納管（32)和下游側(cè)管(33)，所述 上游側(cè)管(31)允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的排氣流過，所述催化劑收納管(32)與所述上游側(cè)管 (31)連通、具有比所述上游側(cè)管(31)的直徑大的直徑且收納所述催化劑基底(2)，并且所述 下游側(cè)管(33)配置在所述催化劑收納管(32)的下游并允許由所述催化劑基底(2)凈化的排 氣流過， 所述方法包括以下步驟:將定義為Sl的所述上游側(cè)管（31)的流動(dòng)路徑截面積、定義為 S2的所述內(nèi)基底材料部(21)的截面積、定義為S3的所述催化劑基底(2)的截面積、定義為dl 的各所述內(nèi)柵格孔(211)的水力直徑和定義為d2的各所述外柵格孔(231)的水力直徑的大 小確定為滿足 S1SS2 彡 53(-0.2242((112/(122)2+0.1141((11 2/(122)+0.617)的關(guān)系。2. -種催化轉(zhuǎn)化器（1 )，包括： 催化劑基底(2 )，所述催化劑基底包括內(nèi)基底材料部(21)和外基底材料部(23 )，所述內(nèi) 基底材料部(21)包括允許排氣流過的內(nèi)柵格孔(211 )，并且所述外基底材料部(23)形成在 所述內(nèi)基底材料部(21)的外側(cè)且包括外柵格孔(231)，所述外柵格孔各自具有比所述內(nèi)柵 格孔(211)的水力直徑大的水力直徑;和 排氣管（3)，所述排氣管包括上游側(cè)管（31)、催化劑收納管（32)和下游側(cè)管(33)，所述 上游側(cè)管(31)允許內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的排氣流過，所述催化劑收納管(32)與所述上游側(cè)管 (31)連通、具有比所述上游側(cè)管(31)的直徑大的直徑且收納所述催化劑基底(2)，并且所述 下游側(cè)管(33)配置在所述催化劑收納管(32)的下游并允許由所述催化劑基底(2)凈化的排 氣流過，其中 定義為Sl的所述上游側(cè)管(31)的流動(dòng)路徑截面積、定義為S2的所述內(nèi)基底材料部(21) 的截面積、定義為S3的所述催化劑基底(2)的截面積、定義為dl的各所述內(nèi)柵格孔(211)的 水力直徑和定義為d2的各所述外柵格孔(231)的水力直徑滿足Sl<S2<S3(-0.2242(dl 2/ (122)2+0.1141((112/(12 2)+0.617)的關(guān)系。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化轉(zhuǎn)化器（1)，其中，形成所述內(nèi)基底材料部(21)中的所述 內(nèi)柵格孔(211)并具有定義為tl的厚度的內(nèi)柵格壁(212)和形成所述外基底材料部(23)中 的所述外柵格孔(231)并具有定義為t2的厚度的外柵格壁(232)被構(gòu)造成滿足tl<t2的關(guān) 系。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK105899775SQ201480003176
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日
【發(fā)明人】青木悠生, 藤原孝彥, 萱沼良介, 藪崎祐司, 林真大, 松原浩之
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車株式會(huì)社