电加热催化剂布置的制作方法

1.本公开涉及一种用于改善发动机冷起动时的排放转化的电加热催化剂(ecat)系统。


背景技术：

2.冷起动发动机排放占车辆总排放的很大一部分。实际上，联邦测试程序循环(ftp)中多达三分之一的总排放可归因于发动机冷起动。电加热催化剂(“ecat”)系统是一种有前景的新开发技术，该技术具有通过提高催化转化器效率来减少冷起动排放的潜力。


技术实现要素：

3.催化转化器包括：与排气管流体连通的催化剂，以及在催化剂上游并且具有蜂窝结构的电加热器，所述蜂窝结构在某些区域中比其他区域更致密，使得相对于其他区域约束排气流通过所述某些区域并重新引导所述排气流通过所述其他区域，以促进均匀的排气流通过所述蜂窝结构和所述催化剂，以及跨所述蜂窝结构和所述催化剂内的均匀温度分布。
4.汽车排气系统包括排气管和催化转化器。所述催化转化器包括与所述排气管流体连通的催化剂，以及在所述排气管与所述催化剂之间的电加热器。所述电加热器包括蜂窝结构，所述蜂窝结构限定多个较小小区和多个较大小区，并且其中所述较小小区占据所述蜂窝结构的连续一半。
5.汽车排气系统包括排气管和催化转化器。所述催化转化器包括与所述排气管流体连通的催化剂，以及在所述排气管与所述催化剂之间的电加热器。所述电加热器包括限定多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构。
附图说明
6.图1示出了位于成角度锥体下游的电加热器和催化剂。
7.图2a示出了当加热器不受排气影响时在其大气温度状态下的小区结构。
8.图2b示出了当加热器被电加热并且受到排气传递通过成角度锥体影响时的温度分布曲线。
9.图2c示出了催化剂在传递通过成角度锥体和加热器之后受到排气流影响时的温度分布曲线。
10.图3示出了定位在涡轮增压系统下游的电加热器和催化剂。
11.图4a示出了当加热器不受排气影响时在其大气温度状态下的小区结构。
12.图4b示出了当加热器被电加热并且受到排气传递通过涡轮增压系统影响时的温度分布曲线。
13.图4c示出了催化剂在传递通过加热器之后受到排气流通过涡轮增压系统影响时的温度分布曲线。
14.图5示出了定位在非涡轮系统下游的电加热器和催化剂。
15.图6a示出了当加热器不受排气通过影响时在其大气温度状态下的小区结构。
16.图6b示出了当加热器被电加热并且受到排气传递通过非涡轮系统影响时的温度分布曲线。
17.图6c示出了催化剂在传递通过加热器和非涡轮系统之后受到排气流影响时的温度分布曲线。
18.图7示出了电加热器上游的成角度的入口锥体，所述电加热器具有限定第一电加热器区域和第二电加热器区域的蜂窝结构，其中电加热器定位在成角度的入口锥体与催化剂之间。
19.图8a示出了当电加热器不受排气传递通过成角度锥体影响时在其大气温度状态下的上邻接半部和下邻接半部的小区结构。
20.图8b示出了当被电加热并且受到排气传递通过成角度锥体影响时上邻接半部和下邻接半部的温度分布曲线。
21.图8c示出了催化剂在传递通过具有限定占用上邻接半部和下邻接半部的多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构的电加热器之后受到排气流影响时的温度分布曲线。
22.图9示出了电加热器上游的涡轮增压系统，所述电加热器具有限定第一电加热器区域和第二电加热器区域的蜂窝结构，其中电加热器定位在涡轮增压系统与催化剂之间。
23.图10a示出了具有容纳较小小区的外部环空区域和容纳较大小区的中心区域的电加热器在不受传递通过涡轮增压系统的排气影响时在其大气温度状态下的蜂窝结构。
24.图10b示出了当外部环空和中心区域被电加热并且受到排气传递通过涡轮增压系统影响时的温度分布曲线。
25.图10c示出了催化剂在传递通过涡轮增压系统和具有限定多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构的加热器之后受到排气流影响时的温度分布曲线。
26.图11示出了电加热器上游的非涡轮系统，所述电加热器具有限定第一电加热器区域和第二电加热器区域的蜂窝结构，其中电加热器定位在非涡轮系统与催化剂之间。
27.图12a示出了具有容纳较大小区的外部环空区域和容纳较小小区的中心区域的电加热器在不受排气传递通过非涡轮系统的影响时在其大气温度状态下的蜂窝结构。
28.图12b示出了当外部环空和中心区域被电加热并且受到排气传递通过非涡轮系统影响时的温度分布曲线。
29.图12c示出了催化剂在传递通过非涡轮系统和具有限定多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构的加热器之后受到排气流影响时的温度分布曲线。
具体实施方式
30.所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可采取各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定
的应用或实现方式，可能期望与本公开的教示一致的对特征的各种组合和修改。
31.除非上下文另外明确指明，否则如说明书和所附权利要求中所使用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数个指示物。例如，以单数形式提及部件意在包括多个部件。
32.当一个元件或层被称为“在另一个元件或层上”、“接合到”另一个元件或层、“连接到”另一个元件或层、或者“联接到”另一个元件或层时，其可直接在另一个元件或层上、接合、连接或联接到另一个元件或层，或者可存在中间元件或中间层。相比之下，当一个元件被称为“直接在另一个元件或层上”、“直接接合到”另一个元件或层、“直接连接到”另一个元件或层或者“直接联接到”另一个元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应以相似方式解译(例如，“在
……
之间”与“直接在
……
之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一者或多者的任何和所有组合。
33.催化转化器在车辆中用于转化从内燃发动机产生的气体。催化转化器通常位于车辆的排气系统内在内燃发动机下游。车辆中通常使用两种类型的催化转化器来减少有害气体的排放。这两者即：双向催化转化器和三元催化转化器。双向催化转化器具有两个同时的功能：i)将一氧化碳氧化成二氧化碳；以及ii)将碳氢化合物氧化成二氧化碳和水。可使用几种氧化催化剂(诸如铂和钯)来促进这些氧化反应。然而，没有配备双向催化转化器来减少氮氧化物的消耗。因此，它们不如三元催化转化器普遍。
34.三元催化转化器具有三个同时的功能：i)将一氧化碳氧化成二氧化碳；ii)将碳氢化合物氧化成二氧化碳和水；以及iii)将氧化氮还原为氮和氧。铂和铑通常用于促进还原反应，而铂和钯通常用于促进氧化反应。因为这些反应在最佳化学计量空燃比下是最有效的，所以一个或多个氧传感器通常设置在闭环燃料喷射反馈系统内以测量氧气量并增大或减小空燃比，使得发动机以最佳化学计量比运行。
35.影响催化转化器的效率的另一因素是温度。催化转化器在高温下表现最佳。特别地，催化转化器在达到发起上面提及的催化反应所需的最低温度之后通常是有效的。该最低温度通常被称为“起燃温度”。更具体地，起燃温度(t
50
)是指碳氢化合物转化率达到50％时的温度。
36.因为这种对高温的依赖性，发动机冷起动排放可能是总排放的很大一部分。联邦测试程序循环(ftp)中多达三分之一的总排放可能来自发动机冷起动。传统的冷起动发动机还原(cser)方法的一个可能的问题是高碳氢化合物排放，这可能是由在气缸壁和活塞的冷表面上形成的燃油膜、由于低温引起的不良液膜蒸发、由于气缸内的高燃烧温度而在进气和压缩冲程期间缺乏足够的时间使液体膜蒸发以及在排气冲程期间使液体燃料(壁膜)蒸发而导致的。要加速催化剂温度升高，通常将催化转化器放置靠近发动机。
37.电加热催化剂(“ecat”)系统是用于催化剂的快速起燃以提高发动机冷起动时的排放转换效率的有前景的新开发技术。ecat是放置在发动机与催化剂/催化转化器之间的外部加热器(电阻加热器)。这些ecat通常具有一个或多个加热元件，所述一个或多个加热元件经由施加电力而被通电以进一步辅助加热排气。简而言之，ecat用于加速实现起燃温度的过程。在常规的ecat系统中，因为向加热器施加恒定的电力，所以加热器上的热生成通常是均匀的。然而，跨加热器的排气流通常是不均匀的。这是因为排气流(或流体流)特性取决于许多因素，包括但不限于促进气体流动的排气系统的导管的布置。这种不匹配降低了
加热器效率并且可能导致加热器损坏。
38.例如，在ecat系统前方具有成角度的入口锥体的排气系统中，大部分排气流向加热器的上部。在这种状况下，加热器的底部部分可能过热，而上部部分可能不会生成足够的热来预热排气。相似地，在涡轮增压系统位于ecat系统下游的排气系统中，大部分排气远离加热器的中心部分并朝向加热器的边界涡旋。在这种状况下，加热器的中心部分可能过热，而外部部分可能不会生成足够的热来预热排气。在非涡轮系统位于ecat系统下游的排气系统中，大部分排气倾向于传递通过加热器的中心部分。在这种状况下，因为排气的冷却效果较低，所以加热器的外部部分可能过热，而中心部分可能不会生成足够的热来快速地加热催化剂。这些排气流动特性可能会降低加热器效率，并因此降低催化转化器的转化效率。在一些实例中，跨加热器的温度变化可能导致加热器损坏。
39.图1示出了汽车排气系统100的一部分，其中成角度的入口锥体102位于定位在发动机(未示出)与催化剂(或催化转化器)106之间的电加热器104的上游。由发动机生成的排气从发动机流动通过加热器104和催化剂106，并且在传递通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为108)中的一者或多者之后被释放。在该排气管道布置下，流动通过成角度锥体102的大部分排气流向加热器104的上部部分110。为此，加热器104的底部部分112可能由于来自排气的冷却效果较小而过热，而加热器104的上部部分110可能不会生成足够的热来加热排气。图2a至图2c示出了定位在成角度锥体102下游从而促进排气的释放的加热器104和催化剂106的热温度曲线。
40.特别地，图2a示出了当加热器104不受排气影响时在其大气温度状态下的小区结构。图2b示出了当加热器104被电加热并且受到排气传递的影响时的温度分布曲线。该图示出，因为流动通过成角度锥体102的大部分排气流向加热器104的上部部分110，所以上部部分110因为排气的冷却效应而表现出比预期更低的温度。相似地，该图示出，由于通过加热器104的底部部分112的排气的流量较低，该底部部分112因为排气的冷却效应较低而表现出比预期更高的温度。图2c示出了催化剂106在传递通过加热器104之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于大部分排气已经传递通过加热器104的上部部分110，催化剂106的顶部部分114表现出高温，而催化剂106的底部部分116表现出低温。这种不均匀的温度曲线可能导致低于最佳的有害气体转化效率。这种较低的效率可归因于催化剂106的底部部分116达到其起燃温度所需的时间较长。
41.图3示出了具有在涡轮增压系统202下游的电加热器204和催化剂206的汽车排气系统200的一部分。排气系统200的示出的部分促进来自发动机(未示出)的排气传递通过电加热器204、催化剂206以及通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为208)中的一者或多者。在该排气管道布置下，流动通过涡轮增压系统202的大部分排气远离加热器204的中心部分210并朝向加热器204的外部部分212涡旋。为此，加热器204的中心部分210可能过热，而外部部分212可能不会生成足够的热来预热排气。图4a至图4c示出了定位在涡轮增压系统202下游从而促进排气的释放的加热器204和催化剂206的热温度曲线。
42.特别地，图4a示出了当加热器204不受排气影响时在其大气温度状态下的小区结构。图4b示出了当加热器204被电加热并且受到排气传递的影响时的温度分布曲线。该图示出，因为流动通过涡轮增压系统202的大部分排气流向加热器204的外部部分212，所以外部部分212因为排气的冷却效应而表现出比预期更低的温度。相似地，该图示出，由于通过加
热器204的中心部分210的排气的流量较低，该中心部分210因为排气的冷却效应较低而表现出比预期更高的温度。图4c示出了催化剂206在传递通过加热器204之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于大部分排气已经传递通过加热器204的外部部分212，催化剂206的外围部分214表现出高温，而催化剂206的中心部分216表现出低温。这种不均匀的温度曲线可能导致低于最佳的有害气体转化效率。这种较低的效率可归因于催化剂206的中心部分216达到其起燃温度所需的时间较长。
43.图5示出了具有在非涡轮系统302下游的电加热器304和催化剂306的汽车排气系统300的一部分。排气系统300的示出的部分促进来自发动机(未示出)的排气传递通过电加热器304、催化剂306以及通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为308)中的一者或多者。在该排气管道布置下，流动通过非涡轮系统302的大部分排气传递通过加热器304的中心部分310。为此，加热器304的外部部分312可能过热，而中心部分310可能不会生成足够的热来预热排气。图6a至图6c示出了定位在非涡轮系统302下游从而促进排气的释放的加热器304和催化剂306的热温度曲线。
44.特别地，图6a示出了当加热器304不受排气影响时在其大气温度状态下的小区结构。图6b示出了当加热器304被电加热并且受到排气传递的影响时的温度分布曲线。该图示出，因为流动通过非涡轮系统302的大部分排气流向加热器304的中心部分310，所以中心部分310因为排气的冷却效应而表现出比预期更低的温度。相似地，该图示出，由于通过加热器304的外部部分312的排气的流量较低，该外部部分312因为排气的冷却效应较低而表现出比预期更高的温度。图6c示出了催化剂306在传递通过加热器304之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于大部分排气已经传递通过加热器304的中心部分310，催化剂306的中心部分314表现出高温，而催化剂306的外围部分316表现出低温。这种不均匀的温度曲线可能导致低于最佳的有害气体转化效率。这种较低的效率可归因于催化剂306的外围部分316达到其起燃温度所需的时间较长。
45.要补救上面提及的问题中的一者或多者，提出了一种多区段多区域加热器系统。换句话说，在具有与排气管流体连通的催化剂的催化转化器中，可采用在某些区域中比具有不同的暴露表面积和孔隙率的其他区域更致密的蜂窝结构的电加热器。这种变化的蜂窝结构可相对于其他区域约束排气流通过所述某些区域并重新引导排气流通过所述其他区域，以促进均匀的排气流通过所述电加热器和催化剂，以及跨所述蜂窝结构和所述催化剂内的均匀温度分布。例如，在电加热器和催化剂在成角度锥体下游的排气系统中，占据基本上圆形的蜂窝结构的上半部的区域可具有表面积较大的较小气体通道，而占据基本上圆形的蜂窝结构的下半部的其他区域可具有表面积较小的较大气体通道。由于较密集的气体通道，上部加热器区域可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，下部加热器区域可具有较小的表面积。上部加热器区域的较小气体通道(较低孔隙率)可用于增加通过上部加热器区域的排气流动阻力并且将排气的各部分重新引导到下部加热器区域。可采用这种多区段、多区域加热器系统来补偿通过成角度锥体排气管道的排气的流动特性。在成角度锥体下游的ecat系统中，具有较小气体通道和较大表面积的上半部加热器将原本倾向于传递通过上半部加热器的一些排气重新引导通过下半部加热器，从而在这两个区域之间均匀地分布载荷。在通过两个区域的气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
46.在另一实施例中，对应于在涡轮增压系统下游的ecat系统，例如，占据基本上圆形的蜂窝结构的周界的区域可具有表面积较大的较小气体通道，而占据基本上圆形的蜂窝结构的中心的其他区域可具有表面积较小的较大气体通道。由于较密集的气体通道，周界加热器区域可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，中心加热器区域可具有较小的表面积。周界加热器区域的较小气体通道(较低孔隙率)可用于增加通过周界加热器区域的排气流动阻力并且将排气的各部分重新引导到中心加热器区域。可采用这种多区段、多区域加热器系统来补偿通过涡轮增压系统排气管道的排气的流动特性。换句话说，这种布置可被采用以用于位于文氏管下游的催化转化器。在一些实施例中，在ecat系统在涡轮增压系统下游的情况下，具有较小气体通道和较大表面积的周界加热器区域将原本倾向于传递通过周界区域的一些排气重新引导通过中心加热器区域，从而在这两个区域之间均匀地分布载荷。在通过两个区域的气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
47.在另一实施例中，对应于在非涡轮系统下游的ecat系统，例如，占据基本上圆形的蜂窝结构的中心部分的区域可具有表面积较大的较小气体通道，而占据基本上圆形的蜂窝结构的周界的其他区域可具有表面积较小的较大气体通道。由于较密集的气体通道，中心加热器区域可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，周界加热器区域可具有较小的表面积。中心加热器区域的较小气体通道(较低孔隙率)可用于增加通过中心加热器区域的排气流动阻力并且将排气的各部分重新引导到周界区域。可采用这种多区段、多区域加热器系统来补偿通过非涡轮系统排气管道的排气的流动特性。换句话说，这种布置可被采用以用于位于非涡轮系统下游的催化转化器。在一些实施例中，在ecat系统在非涡轮系统下游的情况下，具有较小气体通道和较大表面积的中心加热器区域将原本倾向于传递通过中心区域的一些排气重新引导通过周界加热器区域，从而在这两个区域之间均匀地分布载荷。在通过两个区域的气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
48.图7示出了汽车排气系统400的一部分，所述部分具有在催化转化器404上游的成角度锥体入口排气管402，所述催化转化器包括与排气管402流体连通的催化剂406，以及在排气管402与催化剂406之间的电加热器408，其中电加热器408包括限定多个较小小区410和多个较大小区412的蜂窝结构，并且其中较小小区410占据蜂窝结构的邻接半部。在一些实施例中，蜂窝结构具有圆形横截面区域。由发动机(未示出)生成的排气从发动机流动通过加热器408的较小小区410和较大小区412两者，并且随后流动通过催化剂406并且在传递通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为414)中的一者或多者之后被释放。在该排气管道布置下，流动通过成角度锥体排气管402的大部分排气流向较小的小区410，而较大的小区412经历较低的排气流。在此类实施例中，排气管和催化转化器未轴向对准。在一些实施例中，加热器408的具有较小气体通道的较小小区410可具有较大表面积，而加热器408的较大小区412可具有较小表面积。
49.由于较密集的气体通道，较小的小区410可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，较大的小区412可具有较小的表面积。较小气体通道(较低孔隙率)小区410可用于增加通过上邻接半部410的排气流动阻力并且将排气的各部分重新引导到下邻接半部412。可采用这种多区段、多加热器系统来补偿通过成角度锥体排气管道的排气的流动特性。在成
角度锥体402下游的ecat系统中，具有较小气体通道和较大表面积的上邻接半部410可将原本倾向于传递通过上邻接半部410的一些排气重新引导通过下邻接半部412，从而在这两个区域之间基本上均匀地分布载荷。在通过两个区域的排气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
50.图8a示出了当电加热器408不受排气影响时在其大气温度状态下的上邻接半部410和下邻接半部412的小区结构。如图8a中所示，与下邻接半部412相比，上邻接半部410可具有表面积较大的较小气体通道。上半部410的较小气体通道将原本倾向于传递通过上半部410的一些排气重新引导通过下邻接半部412，从而在这两个区域之间基本上均匀地分布载荷。图8b示出了当被电加热并且受到排气传递的影响时上邻接半部410和下半部412的温度分布曲线。该图示出，因为趋向于传递通过上半部410的一些排气现在已经被重新引导到下半部412，从而基本上均匀地分布流量，所以两个区域都经历了来自流动排气的相同量的冷却效应，并且表现出基本上相同的预期温度曲线。图8c示出了催化剂406在传递通过具有限定多个较小小区410和多个较大小区412的蜂窝结构的加热器408之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于排气基本上均匀地传递通过加热器408，催化剂406表现出基本上均匀的温度曲线分布。在一些实施例中，这种均匀的温度曲线可提高有害气体转化效率。这种效率的提高可归因于排气传递通过下邻接半部412并随后传递通过催化剂406以达到其起燃温度所需的时间量比以前短。
51.图9示出了汽车排气系统500的一部分，所述部分具有在催化转化器504上游的涡轮增压系统和/或文氏管排气管502，所述催化转化器包括与排气管502流体连通的催化剂506，以及在排气管502与催化剂506之间的电加热器508，其中电加热器508包括限定多个较小小区510和多个较大小区512的蜂窝结构，并且其中较小小区510占据蜂窝结构的外部环空。在一些实施例中，蜂窝结构具有圆形横截面区域。由发动机(未示出)生成的排气从发动机流动通过加热器508的较小小区510和较大小区512两者，并且随后流动通过催化剂506并且在传递通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为514)中的一者或多者之后被释放。在该排气管道布置下，流动通过成文氏管排气管502的大部分排气流向较小的小区510，而较大的小区512经历较低的排气流。在一些实施例中，加热器508的具有较小气体通道的较小小区510可具有较大表面积，而加热器508的较大小区512可具有较小表面积。
52.由于较密集的气体通道，较小的小区510可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，较大的小区512可具有较小的表面积。较小气体通道(较低孔隙率)小区510可用于增加通过容纳较小小区510的外部环空区域的排气流动阻力，并且将排气的各部分重新引导到容纳加热器508的较大小区512的中心区域。可采用这种多区段加热器系统来补偿通过涡轮增压排气和/或文氏管排气管道的排气的流动特性。在位于涡轮增压系统(或文氏管502)下游的ecat系统中，容纳具有较小气体通道和较大表面积的较小小区510的外部环空可将原本倾向于传递通过较小小区510的一些排气重新引导通过容纳较大小区512的中心区域，从而基本上均匀地分布两个区域之间的载荷。在通过两个区域的排气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
53.图10a示出了容纳较小小区510的外部环空和容纳较大小区512的中心区域当不受排气影响时在其大气温度下的加热器508小区结构。如图10a中所示，与中心区域512相比，外部环空510可具有表面积较大的较小气体通道。容纳较小小区510的外部环空的较小气体
通道将原本倾向于传递通过较小小区510的一些排气重新引导通过容纳较大小区512的中心区域，从而基本上均匀地分布两个区域之间的载荷。图10b示出了当外部环空510和中心区域512被电加热并且受到排气传递的影响时的温度分布曲线。该图示出，因为趋向于传递通过具有较小小区510的外部环空的一些排气现在已经被重新引导到容纳较大小区512的中心区域，从而基本上均匀地分布流量，所以两个区域都经历了来自流动排气的相同量的冷却效应，并且表现出基本上相同的预期温度曲线。图10c示出了催化剂506在传递通过具有限定多个较小小区510和多个较大小区512的蜂窝结构的加热器508之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于排气基本上均匀地传递通过加热器508，催化剂506表现出基本上均匀的温度曲线分布。在一些实施例中，这种均匀的温度曲线可提高有害气体转化效率。这种效率的提高可归因于排气传递通过中心区域并随后传递通过催化剂506以达到其起燃温度所需的时间量比以前短。
54.图11示出了汽车排气系统600的一部分，所述部分具有在催化转化器604上游的非涡轮系统602，所述催化转化器包括与排气管602流体连通的催化剂606，以及在排气管602与催化剂606之间的电加热器608，其中电加热器608包括限定多个较小小区610和多个较大小区612的蜂窝结构，并且其中较小小区610占据蜂窝结构的中心区域。在一些实施例中，蜂窝结构具有圆形横截面区域，并且排气管602与电加热器608和/或与催化转化器604轴向对准。由发动机(未示出)生成的排气从发动机流动通过加热器608的较小小区610和较大小区612两者，并且随后流动通过催化剂606并且在传递通过谐振器、消声器和/或尾管(统称为614)中的一者或多者之后被释放。在该排气管道布置下，流动通过成非涡轮排气管602的大部分排气流向较小的小区610，而较大的小区612经历较低的排气流。在一些实施例中，加热器608的具有较小气体通道的较小小区610可具有较大表面积，而加热器608的较大小区612可具有较小表面积。
55.由于较密集的气体通道，较小的小区610可具有较大的表面积，而由于粗糙的气体通道，较大的小区612可具有较小的表面积。较小气体通道(较低孔隙率)小区610可用于增加通过加热器608的容纳较小小区610的中心区域的排气流动阻力，并且将排气的各部分重新引导到容纳加热器608的较大小区612的外部环空区域。可采用这种多区段加热器系统来补偿通过非涡轮排气管道的排气的流动特性。在位于非涡轮系统602下游的ecat系统中，加热器608的容纳具有较小气体通道和较大表面积的较小小区610的中心区域可将原本倾向于传递通过较小小区610的一些排气重新引导通过容纳较大小区612的外部环空区域，从而基本上均匀地分布两个区域之间的载荷。在通过两个区域的排气流均匀分布的情况下，可通过控制单元为每个区域调整施加的电力，以确保两个区域生成相同的热量。
56.图12a示出了当不受排气传递影响时在其大气温度下的容纳加热器608的较小小区610的中心区域和容纳加热器608的较大小区612的外部环空区域。如图12b中所示，与外部环空612相比，中心区域610可具有表面积较大的较小气体通道。加热器608的容纳较小小区610的中心区域的较小气体通道将原本倾向于传递通过较小小区610的一些排气重新引导通过容纳较大小区612的外部环空，从而基本上均匀地分布两个区域之间的载荷。图12b示出了当具有较小小区610的中心区域和具有较大小区612的外部环空区域被电加热并且受到排气传递通过非涡轮系统影响时的温度分布曲线。该图示出，因为趋向于传递通过具有较小小区610的中心区域的一些排气现在已经被重新引导到容纳较大小区612的外部环
空区域，从而基本上均匀地分布流量，所以两个区域都经历了来自流动排气的相同量的冷却效应，并且表现出基本上相同的预期温度曲线。图12c示出了催化剂606在传递通过非涡轮增压系统602和具有限定多个较小小区610和多个较大小区612的蜂窝结构的加热器608之后受到排气流影响时的温度分布曲线。该图示出了由于排气基本上均匀地传递通过加热器608，催化剂606表现出基本上均匀的温度曲线分布。在一些实施例中，这种均匀的温度曲线可提高气体转化效率。这种效率的提高可归因于排气传递通过外部环空区域并随后传递通过催化剂606以达到其起燃温度所需的时间量比以前短。
57.ecat流动混合器和具有对应于排气流动特性的蜂窝结构的加热器的一体形成还可减少与将有害气体转化为较不有害的气体相关联的包装大小约束和成本。此外，除了提高车辆的排气转化效率之外，这种一体形成还可通过促进均匀的排气流来消除热点，从而保护ecat系统。虽然本公开描述了具有多个区域的加热器的示例性实施例，但是应当理解，本公开还扩展到具有多个加热器的实施例，每个加热器具有取决于排气流动特性的不同蜂窝结构。
58.虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。
59.如先前所描述的，各种实施例的特征可被组合以形成可能未被明确描述或说明的其他实施例。虽然各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可折衷一个或多个特征或特性以达成期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。为此，描述为关于一个或多个特性而言不如其他实施例或现有技术实现方式那样期望的实施例在本公开的范围内，并且对于特定应用可能是合乎需要的。
60.根据本发明，提供了一种催化转化器，其具有：与排气管流体连通的催化剂；以及在催化剂上游并且具有蜂窝结构的电加热器，所述蜂窝结构在某些区域中比其他区域更致密，使得相对于其他区域约束排气流通过所述某些区域并重新引导所述排气流通过所述其他区域，以促进均匀的排气流通过所述蜂窝结构和所述催化剂，以及跨所述蜂窝结构和所述催化剂内的均匀温度分布。
61.根据实施例，所述某些区域占据所述蜂窝结构的一半。
62.根据实施例，蜂窝结构具有圆形横截面区域。
63.根据实施例，所述某些区域占据所述蜂窝结构的中心，并且所述其他区域占据所述蜂窝结构的周界。
64.根据实施例，蜂窝结构具有圆形横截面区域。
65.根据实施例，所述某些区域占据所述蜂窝结构的周界，并且所述其他区域占据所述蜂窝结构的中心。
66.根据实施例，以上发明的特征还在于所述电加热器上游的文氏管。
67.根据本发明，提供了一种汽车排气系统，其具有：排气管；以及催化转化器，所述催化转化器包括与排气管流体连通的催化剂，以及在排气管与催化剂之间的电加热器，其中
电加热器包括限定多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构，并且其中所述较小小区占据所述蜂窝结构的邻接半部。
68.根据实施例，所述较小小区的邻接半部相对于所述蜂窝结构的其余部分约束排气从所述排气管流动通过其中。
69.根据实施例，蜂窝结构具有圆形横截面区域。
70.根据实施例，排气管和催化剂不轴向对准。
71.根据本发明，提供了一种汽车排气系统，其具有：排气管；以及催化转化器，所述催化转化器包括与排气管流体连通的催化剂，以及在排气管与催化剂之间的电加热器，其中电加热器包括限定多个较小小区和多个较大小区的蜂窝结构。
72.根据实施例，较小小区占据所述蜂窝结构的外部环空。
73.根据实施例，所述外部环空的较小小区相对于所述蜂窝结构的其余部分约束排气从所述排气管流动通过其中。
74.根据实施例，蜂窝结构具有圆形横截面区域。
75.根据实施例，所述排气管还包括在所述电加热器上游的文氏管。
76.根据实施例，较小小区占据所述蜂窝结构的中心区域。
77.根据实施例，所述中心区域的较小小区相对于所述蜂窝结构的其余部分约束排气从所述排气管流动通过其中。
78.根据实施例，蜂窝结构具有圆形横截面区域。根据实施例，排气管和电加热器轴向对准。