带有电加热装置的催化净化转换器
2020-01-14

带有电加热装置的催化净化转换器

一种带有电加热装置的催化净化转换器,其中包括一个壳体及至少一个设置在壳体中的、容许来自于内燃机的废气沿其流动方向通过的峰窝体装置,该峰窝体至少在部分区段可导电并被加热,在至少部分区段内设有催化剂活性层,蜂窝体装置被槽和/或电的不良导体区分成各个区段,使其上至少有两个沿气流方向首尾相接的电加热区段,其各自具有不同的轴向长度(LH1、LH2、LH3)和/或不同的电阻。

为获得所需要的机械稳定性,蜂窝体装置的轴向总长为12至40mm,最好是25mm。

以下代号意义是:LW蜂窝体装置的长度LH加热区段的轴向总长m质量FH加热面积V体积此外,表中还给出了一个这类的蜂窝体是由多少层构成的,每层又弯有多少波纹。举一个例子,一种由铬铝铁合金构成的抗高温耐腐蚀板的板层厚度为0.04至0.1。如表中所示,本发明的蜂窝体的特征是适用于750W、1000W、或1500W的电功率低的情况。当用在更高的电功率时,可通过如下措施转用该标准件,即对整个蜂窝体电加热(也就是不再分段加热了)同时根据情况加大其轴向长度。不过,对于功率较小的情况,用标准直径和标准长度的蜂窝体装置同样可以达到在冷启动阶段有关加热时间的合理的性能。

因此,一个挤压成形的蜂窝体也可以有三个首尾相接的区段即一个第一可导电并加热的区段、一个接在该区段之后的不良电导体因而不能直接加热的区段以及一个接在该区段之后的第二可导电并加热的区段。这些区段的作用同于前面所述的相应的区段。该挤压成形的蜂窝体在其良导体区段最好由金属材料构成,而在其非良导体区段内最好由陶瓷材料或孔隙率较高的金属材料构成。这样的蜂窝体也可由五个区段组成,其中或有三个或有两个直接电加热区段。

图1表示了一个汽车排气系统中的一段、也就是直接位于一个前置催化净化器6前方向的、部分区域可被电加热的蜂窝体结构10的纵向剖视图。废气沿气流流动方向经由一个进气扩压管1进入到蜂窝体装置10中。蜂窝体装置设置在壳体2中。接在壳体2后面有一个壳体3,其中设置有一个前催化净化器6。在蜂窝体10与前催化净化器6之间只有一个宽度为A的很小的间隙。在前催化净化器6后面连接着一个扩压管4。一个图中没有表示的主催化净化转换器设置在该扩管后面。蜂窝体10的直径为d,前催化净化器6的直径为D。图3中沿轴向公开表示了蜂窝体10的轴向长度LW和加热区段的长度LH1、LH2、LH3。

第二电加热区段的轴向长度、电阻、质量及其表面积应保证,在内燃机冷启动阶段,在给定的供电电压下,在考虑在该区段中放热反应的前提下,对于以400℃温度进入该区段的气体在经过该区段后温度只升高约50至150℃。

实践表明,为了获得最佳的效果,必须使电加热式催化净化转换器适合于其各种汽车类型。首先,必须考虑在所给定的电流强度下获得最大的加热效果,而后要考虑在给定的供电电压(一般为8至12伏)下使蜂窝体必须达到其电阻。因为一个电加热式蜂窝体、如一个前催化净化器或一个主催化净化器应尽可能密闭地设置在一个非加热式催化净化转换器前面,所以电加热蜂窝体的直径应当与所给定的条件相匹配。另外,还取决于与被加热质量成一定比例的可利用的加热面,因而人们希望该比例可在较大的范围内变化。然而在已知结构中,当给定了电阻和直径时,这是难以做到的。特别是,人们希望在给定的边界条件下蜂窝体的轴向长度很小,但这将无法满足机械稳定性,特别是无法抵抗汽车上存在的振动。

图2表示了蜂窝体10中的温度分布在冷启动阶段但处于电加热的区段内时对应于图3的三维关系图。冷废气以例如150℃温度进入区段11中,并先加热到300℃。在该温度下,催化剂将产生放热反应,随后,即可由电能也可由化学能对废气进一步加热,使得温度继续升高直至约500℃或更高温度。在接在其后的非加热区段12中温度从500℃降到300℃,但仍处在催化反应所需要的温度之上,所以在整个区段12中催化反应仍然进行。在电加热区段13,温度再次升至500℃,而在其后的非加热区段14又被降到300℃。在电加热区段15,温度又升到500℃,随后在间隙5及前催化净化器6中又降到300℃。催化反应在整个长度LK、即从第一电加热区段11中部附近一直到前催化净化器6止进行。整个电加热长度LH跨过电加热区段11、13、15的三段长度LH1、LH2、LH3。人们不难理解,蜂窝体的长度LW在一定的区间内与加热区段的总长LH无关。此外,发生催化反应的长度LK大于加热区段的总长LH。

图5示意地表示了一个挤压成形的蜂窝体装置20的结构,其上带有第一电加热区段21、非电加热区段22和电加热区段23。区段21是一个金属含量较高的部件,而区段22则是一个陶瓷含量较高的部件。一般地,在该蜂窝体挤压成形时,可通过交替地变换注入的金属量和陶瓷量使其电阻沿气流方向连续地增高,由此可同样有效地实现本发明的任务。

带有电加热装置的催化净化转换器

为获得所需要的机械稳定性,蜂窝体装置的轴向总长为12至40mm,最好是25mm。

图5示意地表示了一个挤压成形的蜂窝体装置20的结构,其上带有第一电加热区段21、非电加热区段22和电加热区段23。区段21是一个金属含量较高的部件,而区段22则是一个陶瓷含量较高的部件。一般地,在该蜂窝体挤压成形时,可通过交替地变换注入的金属量和陶瓷量使其电阻沿气流方向连续地增高,由此可同样有效地实现本发明的任务。

图3中表示了蜂窝体装置10的轴向剖视图,其中包括第一电加热区段11、接在其后的非加热区段12、接在非加热区段后的二次电加热区段13、接在该加热区段后的非加热区段14以及再次电加热区段15。不过,在本发明的一种更简单的方案中可包括较少的区段,其中,蜂窝体装置作为最前端的原盘,其上可有一个非加热或加热的区段。不过,最好加热区段设置在最前端。