用于催化轉(zhuǎn)化器絕緣件尺寸設(shè)計(jì)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(guò)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(duì)于任何給定的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行的常規(guī)實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)適合的絕緣件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]形成本發(fā)明的一個(gè)方面的是用于加快在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器基底中的絕緣層的設(shè)計(jì)，所述燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括上限和下限的運(yùn)行功率范圍，基底為在使用時(shí)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(lèi)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(dòng)機(jī)在運(yùn)行功率范圍的下限處運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)上的氣體方向；
[0005]i1.當(dāng)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行功率范圍的上限處運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)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(guò)基底并且具有貫穿基底長(zhǎng)度的均一剖面；
[0011]籲均一剖面基本上由兩個(gè)假想圓柱體和基底的上游表面的相交部限定；
[0012]
[0013]?每一個(gè)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(diǎn)上的氣體方向?qū)R的軸線；
[0014]籲假想圓柱體中的一個(gè)與在運(yùn)行功率范圍的下限處的氣體流動(dòng)相關(guān)，并且假想圓柱體中的另一個(gè)與在運(yùn)行功率范圍的上限處的氣體流動(dòng)相關(guān)。
[0015]形成本發(fā)明的另一個(gè)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(dòng)機(jī)一同使用的類(lèi)型，燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)具有包括上限和下限的運(yùn)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(lèi)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(guò)基底，并且具有貫穿基底長(zhǎng)度的均一剖面。均一的剖面基本上由兩個(gè)假想圓柱體和基底的上游表面的相交部限定，每一個(gè)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(diǎn)上的氣體方向?qū)R的軸線。假想圓柱體中的一個(gè)與在運(yùn)行功率范圍的下限處的氣體流動(dòng)相關(guān)，并且假想圓柱體中的另一個(gè)與在運(yùn)行功率范圍的上限處的氣體流動(dòng)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(jiǎn)略地描述)則本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)、特征和特點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)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(lèi)似于圖1的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運(yùn)行功率范圍的下限處和運(yùn)行功率范圍的上限處的最大氣體速率點(diǎn)；
[0023]圖5為類(lèi)似于圖2的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運(yùn)行功率范圍的下限處和運(yùn)行功率范圍的上限處的最大氣體速率點(diǎn)；
[0024]圖6為類(lèi)似于圖3的視圖，示出在入口管道與容器相交之處在運(yùn)行功率范圍的下限處和運(yùn)行功率范圍的上限處的最大氣體速率點(diǎn)；
[0025]圖7示出類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(shí)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(guò)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(gè)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(duì)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(guò)與容器24的軸線對(duì)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(dòng)機(jī)方面來(lái)說(shuō))確定在如下情況時(shí)最大氣體速率點(diǎn)處的氣體方向
[0040]籲當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在所關(guān)注的運(yùn)行功率范圍的下限處時(shí)；以及
[0041]?當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在所關(guān)注的運(yùn)行功率范圍的上限處時(shí)。
[0042]運(yùn)行范圍根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而變化，并且在一些情況下運(yùn)行范圍可以由單個(gè)的值限定。例如，固定式發(fā)動(dòng)機(jī)(諸如發(fā)電機(jī))經(jīng)常以單個(gè)的功率設(shè)置進(jìn)行使用，通常為所設(shè)計(jì)功率的60-80%，而大貨運(yùn)卡車(chē)在其大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)以高速公路巡航功率水平(最大值的20-30% )運(yùn)行。在普通乘用車(chē)的情況下，所使用的運(yùn)行范圍可以由通常的運(yùn)行功率范圍限定，即最大發(fā)動(dòng)機(jī)功率的30%至80%之間的某一點(diǎn)。雖然能夠通過(guò)測(cè)量確定氣體的方向，但是一般說(shuō)來(lái)將通過(guò)計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)建模來(lái)確定，原因在于插入測(cè)量裝置本身能夠產(chǎn)生流動(dòng)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(diǎn)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(duì)于直徑58毫米的彎曲的入口管道來(lái)說(shuō)，低流動(dòng)位置和高流動(dòng)位置之間的差異為11毫米。
[0045]類(lèi)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