[发明专利]催化转化器

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化转化器、一种包括催化转化器的内燃机排气系统、以及一种用于制造催化转化器的方法。更具体地，本发明涉及一种设计用于将由内燃机的排气系统排出的至少一部分不希望的燃料副产物部分地催化的催化转化器。

背景技术

在世界范围内有数百万发动机在被使用。这些发动机中很多是内燃机，包括用柴油和汽油作为燃料的机动车用发动机。不利的是，这些发动机中的大部分都排放对环境有害的空气污染物，如氮氧化物(“NOx”)、未燃烧的燃料或碳氢化合物、以及一氧化碳等。

为了有效地减少这些有害污染物的产生，美国以及世界范围内的各政府都通过了清洁空气法规，所述立法规定发动机可合法地产生的有害排放量。为符合清洁空气法规，发动机制造商必须持续地改进发动机技术。发动机技术的为满足严格的规定而经常改进的一个领域是催化转化器技术。

催化转化器是利用化学催化剂来帮助将发动机排放的各种不同的有害排放物转换成无害的-或危害较小的-化学混合物。如上所述，这种有害排放物中的一些包括碳氢化合物、NOx以及一氧化碳。

有些催化转化器是由陶瓷结构如蜂窝体制成，该结构接着被涂覆催化剂然后容纳在连接到排气管上的类似消声器的预装件中。其它催化转化器包括金属薄片，该金属薄片然后绕一轴线卷起形成筒状结构，该筒状结构然后容纳在连接到排气管上的类似消声器的预装件中。在这些卷起的催化转化器中，可在薄片卷绕在一起之前或之后施加催化剂。所述转换器通常包括多个供排气流动通过的相邻的通路/通道/沟槽。

多数催化转化器都涂有化学催化剂。这些催化剂可包括贵金属，例如铑、铂和钯。一些催化剂，例如有助于将一氧化碳转化成二氧化碳。其它催化剂可有助于将碳氢化合物转化成二氧化碳和水，而甚至其它一些催化剂可有助于将NOx转化成氮气和氧气。

如果催化转化器由陶瓷基体制成，该转化器可通过挤出工艺制造，从而使通路沿其整体长度上都是直的。

如果催化转化器由金属制成，波纹状的片材或薄片可选地与扁平的片材一起设置，二者然后被绕一轴线或如Emitec设计的绕多个轴卷绕。所得到的通路截面形状通常是矩形或梯形。另外，与在陶瓷基体转化器中的通路相似，在金属转化器中所得到的通路通常沿其整体长度也是直的。

因为陶瓷的或金属型的催化剂中的很多都具有表面平滑均匀的大致为直的通路，流经所述通路的气体的速度较低，在通路中的流动通常是层流。

在层流流体流动中，最靠近通路壁处形成边界层。在该边界层处，气体的速度几乎为零。因此，边界层减小了物质传递系数，这会降低催化转化器的效率。

催化转化器的效率的测度取决于在转化器内对有害排放物的转化。照此，希望具有高效的转化器。通常，为了使催化转化器具有高效率，必须使作为物质传递率的度量的物质传递系数较高。

为了增加物质传递系数以及提高催化转化器的效率，可以将穿过通路的排气的流动从层流变成湍流，尽管这通常会增加过滤器的压降。湍流可以多种不同的方式形成。例如，可使排气速度显著地增加，这会在通路中产生湍流。或者，将通路设置成使得所述通路在整体长度上不是直的，也可产生湍流。

授予Nilsson的美国专利No.6,187,274(“Nilsson”)公开了一种催化转化器通路中的湍流引发器。在Nilsson中公开了一种包括纵向通路的催化转化器。在Nilsson中，所述通路具有在纵向方向上彼此间隔开的第一和第二湍流发生器，用来制造气流湍流。另外，在Nilsson中，各湍流发生器包括以35°到60°的角度从通路基部向前倾斜并面向后方的后表面，从后表面的自由边缘向前延伸的连接表面，以及从连接表面的前边缘向基部突出并面向前方的前表面。

尽管Nilsson公开了利用湍流引发器来在至少部分催化转化器通路内制造湍流流动，Nilsson中说明的催化转化器存在使得该催化转化器不实用的某些特征。例如，由于存在湍流发生器，Nilsson催化转化器的制造成本可能是相当高。另外，由于多个因素，包括湍流发生器的间隔，Nilsson的通路的整体长度内的流动可能仍保持层流特征。

本发明旨在克服现在技术中存在的一个或多个问题或缺点。

发明内容

在一实施例中，设置有一种催化转化器。该催化转化器可包括至少一个构造用于接收气流的通路以及涂在所述至少一个通路上的催化剂。在该实施例中，所述至少一个通路沿长度方向至少部分是非线性的。