排气后处理装置的制作方法

1.本公开涉及排气系统，并且更具体地涉及电加热催化器。


背景技术：

2.车辆可包括具有排气系统的发动机。排气系统可包括包含催化剂的后处理装置。这有时称为催化转化器。催化转化器包括被配置为将原始排气转化为期望反应产物的催化剂。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种排气后处理装置，所述排气后处理装置旨在快速加热排气后处理装置中的催化器总成，减少后处理装置的预热时间，减少起燃时间和排放。另外，所述排气后处理装置旨在减轻电极/载体基质上热点的形成，从而提供电极和载体基质的更均匀的温度。
4.根据一个实施例，一种排气后处理装置包括：催化器总成，所述催化器总成具有外筒和设置在外筒内的导电载体基质；以及一对电极，所述一对电极附接在外筒的相对侧上以与导电载体基质电连接。电极中的每一者支撑被配置为与电源连接的端子。电极和导电载体基质被配置为生成热量以加热催化器总成。多个散热器各自附接到电极中的一者的外表面，并且被配置为吸收由电极产生的热量以减轻热点的形成。
5.根据另一个实施例，一种排气后处理装置包括蜂窝结构，所述蜂窝结构具有外筒和支撑催化剂的导电载体基质。第一弧形电极和第二弧形电极沿直径相对地附接到外筒，使得载体基质形成从第一电极到第二电极的电路。所述电路被配置为生成热量以加热催化剂。第一细长散热器沿着第一电极的外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
6.根据又一个实施例，一种排气后处理装置包括催化器总成，所述催化器总成具有导电载体基质以及第一电极和第二电极。第一电极和第二电极具有端子并且被配置为生成热量，所述端子附接在催化器总成的相对侧上以通过载体基质彼此电连接。第一细长散热器沿着第一电极轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
附图说明
7.图1是具有相关联的后处理装置的发动机系统的示意图，所述后处理装置具有电加热催化器总成。
8.图2是沿着切割线2-2的后处理装置的截面视图。
9.图3是电加热催化器总成的透视图。
具体实施方式
10.本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他
实施例可以呈现各种和替代形式。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，本文公开的具体结构和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本实用新型的代表性基础。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。所示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施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
11.本文所使用的方向性术语是参考示例性附图中所示的视图和取向来做出的。在附图中示出并在下面描述中心轴线。诸如“外”和“内”的术语是相对于中心轴线而言。例如，“外”表面是指表面背离中心轴线或者在另一个“内”表面的外侧。诸如“径向”、“直径”、“圆周”等术语也是相对于中心轴线而言。术语“前”、“后”、“上”和“下”表示附图中所参考的方向。除非另有明确说明或通过上下文另有说明，否则术语连接、附接等是指直接或间接地连接、附接等。
12.参考图1，发动机系统20包括内燃发动机22和相关联的排气系统24。排气系统24包括安装到发动机缸体的排气歧管26。排气系统24还包括后处理装置28，所述后处理装置经由一个或多个管与排气歧管26流体连通地连接。后处理装置28可以是催化转化器或包括排气催化剂的其他装置。后处理装置28包括支撑催化器总成32的壳体、外壳或主体30。外壳30可以具有圆柱形形状并且可与排气管居中串联。外壳30限定内腔34、连接到排气歧管26的入口锥体36和通过一个或多个排气管37连接到消声器(未示出)的出口锥体38。
13.催化转化器可以是将氧气与一氧化碳和未燃烧的烃类结合以产生二氧化碳和水的双元转换器，或者还可还原氮的氧化物的三元转换器。一旦达到操作温度，催化转化器就高效地将原始排气转化成期望的反应产物。低于该温度，并且更具体地低于起燃温度，例如300摄氏度，化学反应不发生或不完全地发生。因此，快速加热催化器总成32是有利的。在发动机22的冷起动期间产生的排放物可能占驾驶循环期间的总排放物的多达三分之一。因此，减少后处理装置28的预热时间对于减少排放是有效的。
14.后处理装置28可以包括加热器而不是仅依赖于排气来将催化剂加热到起燃温度，即，后处理装置是自加热的。包括加热器可以显著减少起燃时间。加热器可以是利用焦耳加热的电加热催化器(ehc)的形式。
15.参考图2和图3，后处理装置28包括支撑在外壳30内的电加热催化器总成32。催化总成32通常可以是圆形筒。催化器总成32可以包括外筒40 和设置在外筒40内的陶瓷载体基质42。载体基质42可以是蜂窝结构，所述蜂窝结构具有交叉以限定多个通道44的多个壁43。通道44允许排气流过其中。将高孔隙度的陶瓷涂料(有时称为涂层)施加到壁的表面以增加表面积。化学催化剂46(诸如贵金属铂、钯和/或铑)被嵌入涂层中。
16.催化器总成32被配置为通过焦耳加热进行自加热。根据一个实施例，催化器总成32包括一对电极50和52。电极可以附接到外筒40的外表面54以在直径上彼此相对。电极50、52可以是弧形的，例如圆管的截面部分，并且具有内弧形表面53和外弧形表面55以及一对纵向(轴向)边缘58。边缘58可以从电极的前部57纵向地(轴向地)延伸到电极的后部59，并且可以从内弧形表面53径向地延伸到外弧形表面55。内弧形表面53具有与外表面54的半径匹配的内半径，使得电极可以被接纳在外筒42上。
17.电极50、52中的每一者与导电的载体基质42电连接。载体基质42可以包括导电陶瓷。电极中的每一者包括将电极连接到电路的相关联的端子56。电极50可以是正电极，并且电极52可以是负电极。在操作期间，正电极50 从电源(诸如车辆电气系统)接收电压和电流，然后电流经由具有高电阻的导电载体基质42从正电极50流到负电极52。此电流通过催化器总成32生成焦耳热以加热催化剂46。
18.由催化器总成产生的热量以及因此起燃时间可以取决于输送到正电极50 的电力。提供更高的功率(例如，超过4kw)可以减少起燃时间和排放。然而，提供这种更高的功率需要进行设计修改以减轻热点。电极50、52的弧形形状使通过载体基质42的电气路径在电极的边缘58处最短。(如图2中所示，边缘路径61比中心路径63短)。如果未减轻，这可能导致电极50、52的边缘部分变得比电极的其他部分显著更热，即，由于较短的电气路径，电极/载体基质具有沿着纵向边缘58的热点。在一些情况下，边缘部分可以达到1400 摄氏度(c)的温度，而中心区域仅为400摄氏度。这是低效的，并且电极上的更均匀的温度可以对催化剂46产生更好的加热。
19.为了减轻热点，催化器总成32在热点处包括一个或多个散热器60，以吸收那些区域中多余热量的积聚，并且提供电极和载体基质的更均匀的温度。在所示实施例中，利用了四个散热器60。散热器60位于电极50、52的边缘部分处。散热器60由导热材料形成，所述导热材料从这些区域传导热量，从而减轻热点。在所示实施例中，每个电极50、52包括沿着纵向边缘58设置的一对相关联的散热器60。在其他实施例中，取决于热点的位置和严重程度，可以将更多或更少的散热器附接到电极。可以基于电极的热点与较冷区域之间的温差来增大或减小散热器60的尺寸和质量。通常，较大且较重的散热器可以比相同材料的较小且较轻的散热器传导更多的热能。当然，不同的材料具有不同的热性质，并且一种材料相对于另一种材料可以允许较小的散热器。
20.根据一个或多个实施例，每个散热器60可以具有沿着电极的边缘部分纵向延伸的细长主体62。在一些实施例中，散热器60可以延伸电极的整个长度，即，从前部57延伸到后部59。细长主体可以包括接纳在电极的外表面 55上的内侧64、外侧66和在端侧70之间纵向延伸的纵向侧68。内侧64可以是弧形的并且具有与外表面55的半径匹配的半径。细长主体62可以放置在电极上，使得纵向侧68中的一者与边缘58中的一者基本上共面。在所示实施例中，所述纵向侧68之间的距离大于内侧64与外侧66之间的距离，然而，本公开不限于此类设计，并且在其他实施例中，所述纵向侧68之间的距离可以小于内侧64与外侧66之间的距离。
21.细长主体62可以由任何导热材料形成。在一个或多个实施例中，细长主体62是金属板。示例性金属包括铜、铝和金属氧化物(诸如氧化锆或氧化铈
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氧化锆)。细长主体62可以是均质材料，诸如实心铜或铜合金，或者可以由两种或更多种导热材料形成。例如，材料可以形成为径向层或轴向区段。
22.包括散热器基本上减小了电极的最热部分与电极的最冷部分之间的温差。例如，测试已经表明包括散热器60可以将温度差距从约1000摄氏度降低到约500摄氏度。另外，测试已经表明，虽然散热器吸收热能，但它们对载体基质的中心部分的温度没有实质性影响。也就是说，散热器有效地消除了来自较热区域的多余热量，而不会影响对催化剂的加热或延长起燃时间。
23.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，可做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本实用新型的另外的实施例。尽管各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员应认识到，可以折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、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。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。
24.根据本实用新型，提供了一种排气后处理装置，所述排气后处理装置具有：催化器总成，所述催化器总成包括外筒和设置在外筒内的导电载体基质；一对电极，所述一对电极附接在外筒的相对侧上以与导电载体基质电连接，电极中的每一者支撑被配置为与电源连接的端子，其中电极和导电载体基质被配置为生成热量以加热催化器总成；以及多个散热器，每个散热器附接到电极中的一者的外表面并且被配置为吸收由电极中的一者产生的热量以减轻热点的形成。
25.根据一个实施例，散热器中的每一者包括导热细长主体。
26.根据一个实施例，导热细长主体由金属形成。
27.根据一个实施例，导热细长主体在电极中的一者的整个轴向长度上延伸。
28.根据一个实施例，散热器中的每一者是相对于外筒纵向延伸的细长金属板。
29.根据一个实施例，电极的外表面是外弧形表面，并且其中电极中的每一者还包括附接到外筒的内弧形表面和各自在内弧形表面与外弧形表面之间延伸的相对边缘。
30.根据一个实施例，散热器中的每一者包括沿着电极中的一者的边缘中的一者延伸的细长主体。
31.根据一个实施例，电极中的每一者包括位于相对边缘处的一对相关联的散热器。
32.根据一个实施例，导电载体基质是蜂窝结构。
33.根据一个实施例，蜂窝结构包括导电陶瓷。
34.根据本实用新型，提供了一种排气后处理装置，所述排气后处理装置具有：蜂窝结构，所述蜂窝结构包括外筒和支撑催化剂的导电载体基质；第一弧形电极和第二弧形电极，所述第一弧形电极和第二弧形电极沿直径相对地附接到外筒，使得载体基质形成从第一弧形电极到第二弧形电极的电路，其中所述电路被配置为生成热量以加热催化剂；以及第一细长散热器，所述第一细长散热器沿着第一电极的外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
35.根据一个实施例，本实用新型的特征还在于第二细长散热器，所述第二细长散热器沿着第一弧形电极的第二外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
36.根据一个实施例，本实用新型的特征还在于第二细长散热器，所述第二细长散热器沿着第二弧形电极的外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
37.根据一个实施例，本实用新型的特征还在于：第二细长散热器，所述第二细长散热器沿着第一弧形电极的第二外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成；以及第三细长散热器，所述第三细长散热器沿着第二弧形电极的外轴向边缘轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
38.根据一个实施例，第一细长散热器是金属板。
39.根据一个实施例，第一细长散热器沿着第一弧形电极的整个外轴向边缘轴向延伸。
40.根据本实用新型，提供了一种排气后处理装置，所述排气后处理装置具有：催化器总成，所述催化器总成包括导电载体基质；第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极具有端子并且附接在催化器总成的相对侧上以通过导电载体基质彼此电连接，并且被配置为生成热量；以及第一细长散热器，所述第一细长散热器沿着第一电极轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
41.根据一个实施例，本实用新型的特征还在于第二细长散热器，所述第二细长散热器沿着第二电极轴向延伸并且被配置为吸收热量的一部分以减轻热点的形成。
42.根据一个实施例，第一细长散热器沿着第一电极的外轴向边缘轴向延伸。
43.根据一个实施例，第一细长散热器沿着第一电极的整个轴向长度轴向延伸。