用于催化转化器绝缘件尺寸设计和定位的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及尾气处理领域。
【背景技术】
[0002]已知通过将绝缘层插置在催化转化器基底中而降低背压；在纳入本文加以参考的PCT/CA2013/000663的教导下，对于任何给定的应用场合，能够通过本领域的技术人员进行的常规实验而设计适合的绝缘件。
【发明内容】
[0003]形成本发明的一个方面的是用于加快在燃烧发动机的催化转化器基底中的绝缘层的设计，所述燃烧发动机具有包括上限和下限的运行功率范围，基底为在使用时基本上完全地占据除了扩散器锥体之外的催化转化器容器的类型，圆筒形入口管道通向所述催化转化器容器。所述方法包括以下步骤:
[0004]1.当燃烧发动机在运行功率范围的下限处运行时，确定在入口管道与催化转化器容器相交之处的最大气体速率点上的气体方向；
[0005]i1.当燃烧发动机在运行功率范围的上限处运行时，确定在入口管道与催化转化器容器相交之处的最大气体速率点上的气体方向；以及
[0006]ii1.限定基准催化转化器基底。
[0007]在基准中:
[0008]?基底的外部催化区部分围绕基底的内部催化区部分；
[0009]?绝缘材料热隔离外部催化区和内部催化区；
[0010]?绝缘材料延伸穿过基底并且具有贯穿基底长度的均一剖面；
[0011]籲均一剖面基本上由两个假想圆柱体和基底的上游表面的相交部限定；
[0012]
[0013]?每一个假想圆柱体具有:在入口管道直径的1.08和1.20之间的标称内直径；0.8-4毫米的厚度；以及与在入口管道和催化转化器容器相交之处的最大速率点上的气体方向对齐的轴线；
[0014]籲假想圆柱体中的一个与在运行功率范围的下限处的气体流动相关，并且假想圆柱体中的另一个与在运行功率范围的上限处的气体流动相关。
[0015]形成本发明的另一个方面的为一种改进的催化转化器基底，基底是与燃烧发动机一同使用的类型，燃烧发动机具有包括上限和下限的运行功率范围；并且基底还是在催化转化器容器中使用的类型，圆筒形入口管道通向催化转化器容器。
[0016]改进包括:基底的内部催化区部分；基底的围绕内部催化区的外部催化区部分；以及热隔离内部催化区和外部催化区的绝缘材料。
[0017]绝缘材料延伸穿过基底，并且具有贯穿基底长度的均一剖面。均一的剖面基本上由两个假想圆柱体和基底的上游表面的相交部限定，每一个假想圆柱体具有:在入口管道直径的1.08和1.20之间的标称内直径；0.8-4毫米的厚度；以及与在入口管道和催化转化器容器相交之处的最大速率点上的气体方向对齐的轴线。假想圆柱体中的一个与在运行功率范围的下限处的气体流动相关，并且假想圆柱体中的另一个与在运行功率范围的上限处的气体流动相关。
[0018]一旦总览以下详细描述和附图(后者在下文中简略地描述)则本发明的优势、特征和特点对于本领域的技术人员来说将变得显而易见。
【附图说明】
[0019]图1示出示意性的轴向对称的催化转化器；
[0020]图2示出示意性的具有成一定角度的入口的催化转化器；
[0021]图3示出示意性的具有弯曲的入口的催化转化器；
[0022]图4为类似于图1的视图，示出在入口管道与容器相交之处在运行功率范围的下限处和运行功率范围的上限处的最大气体速率点；
[0023]图5为类似于图2的视图，示出在入口管道与容器相交之处在运行功率范围的下限处和运行功率范围的上限处的最大气体速率点；
[0024]图6为类似于图3的视图，示出在入口管道与容器相交之处在运行功率范围的下限处和运行功率范围的上限处的最大气体速率点；
[0025]图7示出类似于图1的示意性的催化转化器；
[0026]图7A为沿图1的段7A-7A的视图；
[0027]图8示出类似于图1的示意性的催化转化器；
[0028]图8A为沿图7的段8A-8A的视图；
[0029]图9示出类似于图1的示意性的催化转化器；
[0030]图9A为沿图9的段9A-9A的视图；
[0031]图10示出类似于图3的示意性的催化转化器；
[0032]图1OA为沿图10的段10A-10A的视图；
[0033]图1lA-D示出作为用于多种在图7中示出类型的催化转化器的绝缘位置的函数的入口背压。
【具体实施方式】
[0034]当前参考图1-3，所述图1-3示出示范性催化转化器系统，能够通过所述示范性催化转化器系统有用地部署本发明:
[0035]?图1示出示意性的轴向对称的催化转化器系统22k ;
[0036]?图2示出示意性的具有成一定角度的入口的催化转化器系统22B ;
[0037]?图3示出示意性的具有弯曲的入口的催化转化器系统22C。
[0038]每一个系统22A、22B和22C均包括容器24，所述容器24包括圆筒形壳体26以及一对扩散器锥体28以及基本上完全地占据容器24的蜂巢式陶瓷基底30。系统22A中的容器24通过与容器24的轴线对齐的圆筒形入口管道32A进行给送；在系统22B中，入口管道32B为圆筒形的，但是布置为与容器的轴线成角度α ;并且在系统22C中，入口管道32C为弯曲的。
[0039]方法中的起始步骤涉及(在与催化转化器一同使用的任何给定发动机方面来说)确定在如下情况时最大气体速率点处的气体方向
[0040]籲当发动机在所关注的运行功率范围的下限处时；以及
[0041]?当发动机在所关注的运行功率范围的上限处时。
[0042]运行范围根据应用场合的不同而变化，并且在一些情况下运行范围可以由单个的值限定。例如，固定式发动机(诸如发电机)经常以单个的功率设置进行使用，通常为所设计功率的60-80%，而大货运卡车在其大部分运行时间内以高速公路巡航功率水平(最大值的20-30% )运行。在普通乘用车的情况下，所使用的运行范围可以由通常的运行功率范围限定，即最大发动机功率的30%至80%之间的某一点。虽然能够通过测量确定气体的方向，但是一般说来将通过计算机流体动力学(CFD)建模来确定，原因在于插入测量装置本身能够产生流动干扰。
[0043]在图3中示出的催化转化器的情境中，在最大气体速率点Vmaxl、Vmax2之间存在巨大的差别:在较低的气体速率处，在弯曲的管道中气体分子所暴露的离心力较低，并且在尾气分布的最大值Vmaxl更接近管道的中心；在较高的气体速率处，离心力更强，并且尾气分布的最大值Vmax2更接近管道壁，如图6中所示。
[0044]CFD模拟示出:对于直径58毫米的弯曲的入口管道来说，低流动位置和高流动位置之间的差异为11毫米。
[0045]类似的模拟能够被用于图2和3的催化转化器，如在一些例外环境中可能发生一些背离，但