CN110307065A - 用于净化尾气的加热净化部件以及具有这种净化部件的净化装置 - Google Patents

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Abstract

该尾气净化部件具有定中心在中心轴线(C1)上的环形基件(30)、沿靠基件(30)的外圆柱面(38)的周边电极、以及沿靠基件(30)的内圆柱面(36)的中心电极。基件(30)由导电材料制成，并具有多个相交壁(46,48)，相交壁之间限定纵向的隔间(50)，每个隔间形成在基件(30)的上游面和下游面中。这些相交壁(46,48)覆以复合催化材料，相交壁每个从基件(30)的限定外圆柱面(38)的外圆柱形壁(44)延伸到基件(30)的限定内圆柱面(36)的内圆柱形壁(42)。

Description

用于净化尾气的加热净化部件以及具有这种净化部件的净化 装置
技术领域
本发明涉及车辆尾气净化部件，净化部件具有环形的基件，基件定中心在中心轴线上，基件具有限定基件的第一轴向端部的上游面、限定基件的第二轴向端部的下游面、定中心在中心轴线上并朝向中心轴线的内圆柱面、以及定中心在中心轴线上并反向于中心轴线的外圆柱面，基件具有限定内圆柱面的内圆柱形壁以及限定外圆柱面的外圆柱形壁，所述内圆柱形壁和外圆柱形壁中每一个都定中心在中心轴线上，基件由导电材料制造并具有多个相交壁，相交壁之间限定纵向的隔间，每个隔间形成在基件的上游面和下游面中，所述相交壁覆以复合催化剂，净化部件还具有沿靠基件的外圆柱面的圆柱形周边电极以及沿靠基件的内圆柱面的圆柱形中心电极。
本发明还涉及具有这种净化部件的尾气净化装置。
背景技术
装有热力发动机的车辆的排气管路具有催化净化部件，例如使之可将排出的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物转换成氮气、二氧化碳和水。这种部件仅仅在催化物质处于最低温度时有效。
当发动机仍冷、产生的尾气的温度不足以使催化物质加热到足以使净化部件工作的温度时，车辆起动就出现问题。
为了解决这个问题，已经有人提出用具有较低电阻的材料制造净化部件的基件，当发动机起动时，甚至在起动发动机之前，使强电流在该基件中流通，以使基件快速加热，从而使附着在其上的催化物质快速加热。根据US8715579，这种净化部件是公知的。
然而，公知的解决方案不完全令人满意。实际上，基件内一般电能分布不良，其一方面引起净化部件不均匀加热，从而即使在电加热之后也会降低性能指标，另一方面由于不均匀膨胀而使所述基件断裂。
发明内容
因此，本发明的一个目的是缩短尾气净化部件获得其最佳性能所需的时间。另一个目的是当这种净化部件电加热时，使所述净化部件内温度均匀。
为此，本发明涉及上述类型的净化部件，其中，每个相交壁从外圆柱形壁延伸到内圆柱形壁。
根据本发明的具体实施例，单独地或者根据任何技术上可行的组合，净化部件也具有下列一个或多个特征：
-相交壁相交于布置在定中心于中心轴线上的多个等势圆上的交点，每个等势圆与每个相交壁相交在所述相交壁与另一个相交壁的交点；
-相交壁具有第一壁和第二壁，特别是由第一壁和第二壁组成，每个第一壁在第一圆周侧面上呈凹形，每个第二壁在与第一圆周侧面相反的第二圆周侧面上呈凹形；
-每个第一壁不与任何其他第一壁相交，每个第二壁不与任何其他第二壁相交，每个第一壁与多个第二壁相交，每个第二壁与多个第一壁相交；
-第一壁基本上彼此平行，第二壁基本上彼此平行；
-每个相交壁具有线性径向截面；
-径向截面总体上没有弯曲点；
-相交壁形成围绕中心轴线在圆周上重复的图案，所述图案重复十次以上，最好二十次以上，更优选地五十次以上；
-基件通过挤压或辅助制造而成；
-周边电极支承多个径向导电突出部，径向导电突出部围绕周边电极进行分布，每个径向突出部沿着与中心轴线相反的方向从周边电极突出；
-基件，至少部分地，由碳化硅形成；
-每个电极由金属组成，特别是铜、钢例如不锈钢、镍铬合金、铁铬铝合金、或者以及
-每个相交壁的厚度从基件的上游面向下游面减小。
本发明还涉及净化装置，其具有电源和上述的净化部件，其中，中心电极电连接于电源的第一端子，周边电极电连接于电源的第二端子或者接地。
根据本发明的具体实施例，单独地或者根据任何技术上可行的组合，净化装置也具有下列一个或多个特征：
-净化装置具有由导电材料制造的外壳，所述外壳限定导管，导管用于将尾气导向基件的上游面和导到基件的下游面的出口，净化部件安装在所述外壳中，以致圆柱形周边电极与外壳进行电接触；
-周边电极由绝缘层与外壳隔开；
-净化装置具有电连接器，使中心电极电连接于电源的第一端子，所述电连接器穿过外壳延伸，同时与所述外壳进行电绝缘；以及
-净化部件形成第一净化部件，净化装置具有第二净化部件，第二净化部件布置在第一净化部件的下游。
附图说明
根据下面仅作为例子提供的参照附图给出的说明，本发明的其他特征和优越性将显而易见，附图如下：
-图1是装有本发明的尾气净化装置的机动车辆排气管路的示意简图；
-图2是图1所示排气管路的净化装置的一部分的剖面图；
-图3是图2所示净化装置的净化部件和电连接器的立体分解图；
-图4是图3所示净化部件的基件的正视图；以及
-图5是图4中细部V的视图。
具体实施方式
图1所示的排气管路1用于安装在车辆上，通常是装有热力发动机3的车辆上。这样车辆通常是机动车辆，例如小汽车或者卡车。
如图1所示，排气管路1具有获得从热力发动机3的燃烧室排出的尾气的歧管5，以及可使尾气释放到大气中的喷管7。排气管路1还具有尾气净化装置9，插在歧管5与喷管7之间进行流体连通，以致来自喷管7的尾气由所述净化装置9进行净化。
净化装置9具有至少一个尾气净化部件10、11。
如图2所示，所述净化装置9具有第一尾气净化部件10，第一尾气净化部件具有上游面12和下游面14，尾气由上游面12进入第一尾气净化部件10，尾气由下游面14排出净化部件10、11。
在本说明书中，上游和下游应相对于排气管路1中尾气的正常流动方向进行理解。
第一净化部件10具有连接上游面12和下游面14的中心轴线C1。
在所示的实施例中，净化装置9还具有第二尾气净化部件11，第二尾气净化部件11具有上游面13和下游面15，尾气由上游面13进入第二尾气净化部件11，尾气由下游面15排出第二尾气净化部件11。
第二净化部件11具有连接上游面13和下游面15的中心轴线C2。
这里，第一净化部件10和第二净化部件11彼此同轴布置，第二净化部件11紧接着布置在第一净化部件10的下游。“紧接着布置在下游”意味着第二净化部件11的上游面13布置成相对第一净化部件10的下游面14，与所述下游面14相隔小于50毫米的距离。
可选地，第二净化部件11与第一净化部件10不同轴布置，而是相对于第一净化部件10布置在远下游，例如车辆之下，与第一净化部件10相隔大于20厘米的距离。
第一和第二净化部件10、11例如由两个单独的构件组成，构件选自：选择性催化还原(SCR)催化器、三路催化器、氧化催化器、可控硅串联逆变颗粒过滤器(SCRF)、以及排出的氮氧化物(NOx)收集器。
优选地，第一和第二净化部件10、11是两个三路催化器。这两个催化器可嵌以不同的贵金属。
净化装置9还具有外壳16和保持层18，净化部件10、11布置在外壳16内，保持层18插入在每个净化部件10、11与外壳16之间。
外壳16由导电材料制成。
外壳16具有尾气入口20(图1)和尾气出口22，尾气入口20与歧管5流体连通，尾气出口22与喷管7流体连通。这适于将来自尾气入口20的尾气导向尾气出口22，以致所述尾气在其路径上穿过净化部件10、11。为此，外壳16限定导管，导管将来自尾气入口20的尾气导向第一净化部件10的上游面12，在第一净化部件10的下游面14的出口导向第二净化部件11的上游面13，在第二净化部件11的下游面15的出口导向尾气出口22。
保持层18由电绝缘材料制成。
如图3所示，第一净化部件10具有环形的基件30，基件30定中心在净化部件10的中心轴线C1上。
所述基件30尤其是个单体件。基件优选地通过挤压或辅助制造而成。
基件30具有基本上呈平面的第一径向面32，第一径向面限定基件30的第一轴向端部。该第一径向面32构成第一净化部件10的上游面12。因此，该第一径向面32对应于基件30的上游面。
基件30还具有基本上呈平面的第二径向面34，第二径向面限定基件30的第二轴向端部。该第二径向面34构成第一净化部件10的下游面14。因此，该第二径向面34对应于基件30的下游面。
基件30还具有内圆柱面36和外圆柱面38，内圆柱面36定中心在中心轴线C1上并朝向中心轴线C1定向，外圆柱面38定中心在中心轴线C1上并远离中心轴线C1定向。这里，每个圆柱面36、38呈回转圆柱形。
内圆柱面36的直径比外圆柱面38的直径小33％。
基件30具有内圆柱形壁42和外圆柱形壁44，每个都定中心在圆柱形轴线C1上。内圆柱形壁42限定内圆柱面36。外圆柱形壁44限定外圆柱面38。
每个圆柱形壁40、42都为实体。
如图4和5所示，基件30还具有多个相交壁46、48，相交壁之间限定纵向的隔间50，每个隔间50形成于基件30的下游面32和上游面34中。为使部件10可执行尾气净化功能，每个相交壁46、48覆以复合催化材料(未示出)。
每个相交壁46、48具有线性径向部分。换句话说，在正交于中心轴线C1的平面中，每个相交壁46、48的截面具有线的形状。
该线总体上没有弯曲点，即其总体上呈直形，或者弯曲成其曲率总体上从不逆转。换句话说，对于所述线的任一对点互相间隔开的距离大于外圆柱面38的直径的1％的情况来说，线的位于所述一对点之间的区域以外的部分，都位于连接所述点的线的同一侧面，或者基本上与所述线对齐。
每个相交壁46、48也为实体。
每个相交壁46、48从基件30的上游面32向下游面34具有固定不变的厚度。
可选地，每个相交壁46、48从基件30的上游面32向下游面34具有渐减的厚度。
根据本发明，每个相交壁46、48从沿靠内圆柱形壁42的第一端部52延伸到沿靠外圆柱形壁44的第二端部54。因此，每个相交壁46、48从外圆柱形壁44延伸到内圆柱形壁42。
相交壁46、48相交于布置在定中心于中心轴线C1上的多个等势圆L上的交点56，每个等势圆L与相交壁46、48的每一个相交在该相交壁46、48与另一个相交壁46、48的交点56。
相交壁46、48由第一壁46和第二壁48组成。所述第一壁46之一和所述第二壁48之一在图4中以粗线示出，以提高其可见性。
如图4所示，每个第一壁46总体上在第一圆周侧面上形成第一凹拱。该第一凹拱由平行于中心轴线C1的一条母线限定。在所示的实施例中，每个第一凹拱沿反时针方向呈凹形。
每个第一凹拱的曲率半径从外圆柱面38到内圆柱面36递减。
第一壁46基本上彼此平行。因此，每个第一壁46不与任何其他第一壁46相交。然而，每个第一壁46与多个第二壁48相交。
每个第二壁48在第二圆周侧面上局部形成第二凹拱。该第二凹拱由平行于中心轴线C1的一条母线限定。在所示的实施例中，每个第二凹拱沿顺时针方向呈凹形。
每个第二凹拱的曲率半径从外圆柱面38到内圆柱面36递减。
第二壁48基本上彼此平行。因此，每个第二壁48不与任何其他第二壁48相交。然而，每个第二壁48与多个第一壁46相交。
因此，每个交点56由一个第一壁46与一个第二壁48之间的交点组成。该对第一和第二壁46、48专用于每个交点56；换句话说，对于每对第一和第二壁46、48来说，当它们相交时，所述第一和第二壁46、48仅交叉单独一次。
第一和第二壁46、48形成在圆周上围绕中心轴线C1重复的图案，所述图案重复十次以上，最好二十次以上。在所示的实施例中，该图案重复五十次以上。
第一和第二壁46、48的厚度、纵向的隔间50的数量、基件30的直径和高度、以及催化材料的性质，取决于由第一净化部件10组成的净化部件的类型、发动机3的类型、以及所述发动机3的控制。
回到图3，净化部件10还具有沿靠基件30的外圆柱面38的圆柱形周边电极60，以及沿靠基件30的内圆柱面36的圆柱形中心电极62。
圆柱形周边电极60紧紧地连接基件30的外圆柱面38；换句话说，圆柱形周边电极60基本上在其整个表面上与基件30的外圆柱面38进行电接触。为此，基件30通常由搭锁装配在圆柱形周边电极60中，或者通过铸造或导电性胶进行连接。
圆柱形周边电极60由金属制成，金属通常是铜、钢例如不锈钢、镍铬合金、铁铬铝合金、或者特别是，由围绕自身缠绕的板形成。
圆柱形周边电极60由保持层18与外壳16隔开，同时与所述外壳16电接触。为此，圆柱形周边电极60承载多个径向导电突出部64，径向导电突出部围绕圆柱形周边电极60进行分布。
在所示的实施例中，有三个这种径向导电突出部64。
每个径向导电突出部64从圆柱形周边电极60朝与中心轴线C1相对的方向突出。有利地，如图所示，以弯曲舌片的形式，特别是朝上游方向，在其远离圆柱形周边电极60的远端带有径向部分66，径向部分66适于插入在外壳16的互补凹入部分(未示出)中。
因此，径向导电突出部64适于使第一净化部件10保持在外壳16中，同时在圆柱形周边电极60与外壳16之间进行电接触。
每个径向导电突出部64优选与圆柱形周边电极60集成在一起。为此，每个径向导电突出部64通常如图所示由取自与形成圆柱形周边电极60相同的板的模压的板端部形成。
圆柱形中心电极62紧紧地连接基件30的内圆柱面36；换句话说，圆柱形中心电极62基本上在其整个表面上与基件30的内圆柱面36进行电接触。为此，圆柱形中心电极62由搭锁装配在基件30中，或者通过铸造或导电性胶进行连接。
圆柱形中心电极62由金属制成，通常是铜、钢例如不锈钢、镍铬合金、铁铬铝合金、或者特别是，由围绕自身缠绕的板形成。
回到图1，净化装置9还包括电源70，电源70带有第一端子72A和第二端子72B，用于向第一净化部件10供电。
第一端子72A通过穿过外壳16延伸的电连接器74(图3)电连接于第一净化部件10的圆柱形中心电极62，同时与所述外壳16进行电绝缘。
如图3所示，电连接器74具有连接锥76、导电杆78、绝缘环80以及支撑环81。
连接锥76由导电材料制成。其具有装配于圆柱形中心电极62的宽基部82以及连接于导电杆78的窄顶部83。
导电杆78具有与连接锥76连接的第一端部84，以及相对的与第一端子72A连接的第二端部85。第一端部84接合在连接锥76的窄顶部83中。第二端部85在外壳16外延伸。
导电杆78最好呈挠性。因此，净化装置9的装配更加容易，以及基件30的材料中的作用力得到控制。
绝缘环80由电绝缘材料例如陶瓷制成。其限定导电杆78通过的通道87。绝缘环自己被接纳在支撑环81中。
支撑环81围绕绝缘环80布置，与绝缘环80同心。支撑环穿过布置在外壳16上的通孔88(图2)延伸。
回到图1，第二端子72B通常使用由焊接在外壳16上的一个螺杆形成的电源接头与外壳16进行电连接。可选地(未示出)，外壳16使用相同类型的电源接头接地。
因此，第一净化部件10的周边电极60电连接于电源72的第二端子72B，或者接地。
因此，每个相交壁46、48的第一端部52电连接于电源70的第一端子72A，每个相交壁46、48的第二端部54电连接于电源70的第二端子72B，或者接地。因此，当电源70工作时，每个相交壁46、48的第一端部52和第二端部54之间存在电位差。该电位差取决于电源70的端子72A、72B之间的电位差。
基件30适于对于每个相交壁46、48在其第一和第二端部52、54的电位差的作用下被加热到150至1300℃的温度，优选地，200至1000℃，更优选地，300至600℃。基件30在有尾气的情况下还适于耐受氧化。
为此，基件30由耐化学腐蚀的导电材料制成。特别是，基件30，至少部分地，由碳化硅形成，以及尤其是由碳化硅构成。可选地，基件30由浸以硅的碳化硅、或者石墨烯掺杂的堇青石制成。
制造基件30的材料的电阻率取决于电源70的特征、基件30的体积、相交壁46、48的厚度、催化材料的活化温度、以及希望的启动速度。
因此，相交壁46、48相交处的等势圆L，形成等电位线或等电位圆。上述相交壁46、48的特殊布置使电流在基件30内的比较均匀地分布。
电源70还具有电能源90，例如由车辆的蓄电池或者超级电容器装置构成。
优选地，电能源90定位在净化部件10的附近。因此，可缩短输电线的长度同时增大输电线的截面，从而降低这些输电线中的功率损耗。
在取决于车辆(例如12伏或48伏)的电压下，电能源90通常适于提供直流电或者突变电流。当电流是直流电时，电能源90最好适于向第一端子72A提供比向第二端子72B提供的电位更大的电位。
电源70还具有控制器93，控制器93布置成控制基件30的供电。
控制器93例如具有信息处理器，信息处理器由处理器和与处理器连接的存储器形成。可选地，控制器93制成可编程序逻辑元件的形式，例如FPGAs(Fiel-Programmable GateAttays:现场可编程门阵列)，或者制成专用集成电路的形式，例如ASICs(Application-Specific Integrated Circuit:特定用途集成电路)。
控制器93尤其配置成选择由电源70向基件30提供的电压和电流，以使消耗的加热功率和/或消耗的电能和/或基件30的温度保持在预定范围内。
控制器93控制脉宽调制加热(PWM)或者高强度直流电加热。
电源70还具有获得激励基件30的电流强度和基件30的端子的电压的部件94。
获得部件94是任何适当类型的。
例如，获得部件94具有测量电流的传感器95和测量电压的传感器97。在其他实施例中，电流强度和电压根据控制器93中取得的信息计算获得。
控制器93最好配置成控制基件30的温度以及监控基件30的正确操作，当基件不再被供电时确定尾气的温度，以及一旦基件30不再被供电，就确定尾气通过第一净化部件10的流速。为此，控制器93通常配置成执行专利申请FR 17 53059中述及的控制程序。
由于上述本发明，可以获得第一净化部件10的快速和均匀的温度升高，而不会使之性能降低。因此，第一净化部件10达到其最佳性能所需的时间被缩短。在预热情况下，发动机起动之前的等待时间缩短。
此外，第一净化部件10加热通过第一净化部件10的尾气，并释放通过第一净化部件10的基本污染物的放热能量，使得通过对流也加热紧接着布置在下游的第二净化部件11。因此，第二净化部件11达到其最佳性能所需的时间也被缩短。
此外，上述本发明非常通用，因为其易于适合使用在现有的排气管路上，这种适用性只是需要用净化装置9替代净化装置，无需改变排气管路的其余部分。

Claims (11)

1.用于净化车辆尾气的净化部件(10)，净化部件具有环形的基件(30)，基件定中心在中心轴线(C1)上，基件具有限定基件(30)的第一轴向端部的上游面(32)、限定基件(30)的第二轴向端部的下游面(34)、定中心在中心轴线(C1)上并朝向中心轴线(C1)的内圆柱面(36)、以及定中心在中心轴线(C1)上并反向于中心轴线(C1)的外圆柱面(38)，基件(30)具有限定内圆柱面(36)的内圆柱形壁(42)以及限定外圆柱面(38)的外圆柱形壁(44)，所述内圆柱形壁(42)和外圆柱形壁(44)中每一个都定中心在中心轴线(C1)上，基件(30)由导电材料制造并具有多个相交壁(46,48)，相交壁之间限定纵向的隔间(50)，每个隔间形成在基件(30)的上游面(32)和下游面(34)中，所述相交壁(46,48)覆以复合催化剂，净化部件(10)还具有沿靠基件(30)的外圆柱面(38)的圆柱形周边电极(60)以及沿靠基件(30)的内圆柱面(36)的圆柱形中心电极(62)，
其特征在于，每个相交壁(46,48)从外圆柱形壁(44)延伸到内圆柱形壁(42)。
2.根据权利要求1所述的净化部件(10)，其特征在于，相交壁(46,48)相交于布置在定中心于中心轴线(C1)上的多个等势圆(L)上的交点(56)，每个等势圆(L)与每个相交壁(46,48)相交在所述相交壁(46,48)与另一个相交壁(46,48)的交点(56)。
3.根据权利要求1或2所述的净化部件(10)，其特征在于，相交壁(46,48)具有第一壁(46)和第二壁(48)，特别是由第一壁(46)和第二壁(48)组成，每个第一壁(46)在第一圆周侧面上呈凹形，每个第二壁(48)在与第一圆周侧面相反的第二圆周侧面上呈凹形。
4.根据权利要求3所述的净化部件(10)，其特征在于，每个第一壁(46)不与任何其他第一壁(46)相交，每个第二壁(48)不与任何其他第二壁(48)相交，每个第一壁(46)与多个第二壁(48)相交，每个第二壁(48)与多个第一壁(46)相交。
5.根据权利要求1、2或3所述的净化部件(10)，其特征在于，基件(30)，至少部分地，由碳化硅形成。
6.根据权利要求1、2或3所述的净化部件(10)，其特征在于，每个电极(60,62)由金属构成。
7.根据权利要求6所述的净化部件(10)，其特征在于，每个电极(60,62)由金属构成，金属选自：铜、钢、不锈钢、镍铬合金、铁铬铝合金、以及
8.根据权利要求1、2或3所述的净化部件(10)，其特征在于，每个相交壁(46,48)从基件(30)的上游面(32)到下游面(34)具有渐减的厚度。
9.净化装置(9)，净化装置具有电源(70)和根据权利要求1、2和3中任一项所述的净化部件(10)，其特征在于，圆柱形中心电极(62)电连接于电源(70)的第一端子(72A)，圆柱形周边电极(60)电连接于电源(70)的第二端子(72B)或者接地。
10.根据权利要求9所述的净化装置(9)，其特征在于，净化装置具有由导电材料制造的外壳(16)，所述外壳(16)限定导管，导管用于将尾气导向基件(30)的上游面(32)和导到基件(30)的下游面(34)的出口，净化部件(9)安装在所述外壳(16)中，以致圆柱形周边电极(60)与外壳(16)进行电接触。
11.根据权利要求9所述的净化装置(9)，其特征在于，圆柱形周边电极(60)由绝缘层(18)与外壳(16)隔开。
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