逆流碳氫化合物捕集器制造技術

本申請提供一種逆流碳氫化合物捕集器，其改善在發動機冷啟動期間在車輛的排氣中存在的碳氫化合物到更環保的良性化合物的轉變。該捕集器包括基體，該基體具有穿過其中的至少一個排氣道，其中排氣道的壁包括碳氫化合物捕集材料和氧化催化劑。該基體包括用于來自車輛發動機的熱排氣的入口和用于該排氣的出口，并且進一步包括入口通道、出口通道以及排氣流經的中間通道。該中間通道被定向為使得穿過排氣道的排氣流從入口通道中的流動方向和從出口通道中的流動方向被逆轉，以便改善碳氫化合物捕集器的性能。

【技術實現步驟摘要】
逆流碳氫化合物捕集器
本申請描述的主題涉及用在汽車排氣系統中的碳氫化合物捕集器，并且涉及運行這種捕集器以提高其捕集冷啟動發動機排放物的性能的方法。
技術介紹
近年來，對于降低來自車輛發動機的碳氫化合物(HC)排放水平以滿足日益嚴格的排放標準，已經做了相當大的努力。常規排氣處理催化劑諸如三元催化劑(TWC)完成碳氫化合物到水和二氧化碳的轉化，并且幫助阻止未燃燒的或部分燃燒的碳氫化合物排放物從車輛離開。在熱啟動后正常的發動機運轉期間，這種三元催化劑能有效地轉化超過99％的碳氫化合物排放物。然而，在發動機的冷啟動期間，碳氫化合物排放高并且在排氣的潛熱活化催化劑之前即催化劑達到其“起燃”溫度之前進入車輛的排氣系統，該“起燃”溫度被定義為三元催化劑有效地轉化至少50％的未燃燒碳氫化合物排放物時的溫度。已經開發出用于通過在低溫下捕集/吸附碳氫化合物(HC)排放物并且一旦達到足夠高的溫度以便在催化劑諸如三元催化劑上進行氧化，就從捕集器釋放/解吸碳氫化合物的方式來降低冷啟動期間的排放物的碳氫化合物捕集器。目前，沸石由于其獨一無二的籠形晶格結構而成為最廣泛使用的用于碳氫化合物捕集的吸附材料。在常規碳氫化合物捕集器設計中，捕集材料諸如沸石被涂覆在例如蜂窩狀基體的壁上，該蜂窩狀基體具有從其中穿過的氣體流道或通道。三元催化劑被洗涂(washcoat)在碳氫化合物捕集材料上。當排氣流經捕集器時，在冷啟動期間碳氫化合物排放物被沸石材料吸附，并且當三元催化劑被排氣中的熱量預熱到其起燃溫度時，理論上排氣被釋放。然而，一個主要的障礙是碳氫化合物儲存材料諸如沸石通常不能保留所有的碳氫化合物直到達到三元催化劑的起燃溫度。典型地，在冷啟動時，超過50％的被捕集碳氫化合物已經從捕集材料解吸，并且在已達到起燃溫度之前已經穿過捕集器。這些解吸的碳氫化合物在離開車輛排氣系統之前沒有被催化轉化的機會。為了使高百分比的碳氫化合物被轉化，當碳氫化合物從沸石捕集材料解吸時，三元催化劑應該完全活化。沸石和三元催化劑的常規分層配置設計之間的這種溫度失配導致碳氫化合物捕集器在冷啟動期間的整體性能不佳。本領域已經試圖改進捕集材料和三元催化劑的性能，其目標是在低溫下吸收更多的碳氫化合物、延遲釋放所吸附的碳氫化合物直到達到更高的溫度以及開發具有低起燃溫度的三元催化劑。進一步的復雜問題是在常規碳氫化合物捕集器中的材料通過重復使用已經老化后，碳氫化合物捕集材料趨向于吸收較少的碳氫化合物并且在較低的溫度下釋放它們，并且三元催化劑趨向于需要更高的溫度來達到起燃。因此，在本領域中仍然需要能夠更好地實現降低在冷啟動期間來自車輛排氣系統的碳氫化合物排放物的期望目標的碳氫化合物捕集器。
技術實現思路
這些需求通過本專利技術的實施例來解決，這些實施例采用逆流設計捕集器，以便從捕集材料解吸的碳氫化合物在離開捕集器之前經歷捕集器中的更高溫度區域，從而氧化催化劑能夠將更高百分比的碳氫化合物排放物轉化為更環保的良性化合物。根據本專利技術的一個實施例，提供一種用于降低冷啟動車輛排放物的碳氫化合物捕集器，其包括基體，該基體具有從其中穿過的至少一個排氣道。排氣道的壁包括在其上的至少一種碳氫化合物捕集材料和至少一種氧化催化劑。該基體包括用于來自車輛發動機的熱排氣的入口和用于該排氣的出口。該排氣道進一步包括具有第一端和第二端的入口通道以及具有第一端和第二端的出口通道，其中入口通道的第一端與排氣入口連通，出口通道的第二端與排氣出口連通。該基體還包括具有第一端和第二端的中間通道，其中中間通道的第一端與入口通道的第二端連通，且中間通道的第二端與出口通道的第一端連通。中間通道被定向為使得穿過至少一個排氣道的排氣流從入口通道中的流動方向和從出口通道中的流動方向被逆轉，以便改善碳氫化合物捕集器的性能。該碳氫化合物捕集器的一個特征是在冷啟動時迅速地增加捕集器的入口端的溫度的能力。因此，在本專利技術的一個實施例中，捕集器中的出口通道的第一端靠近熱排氣入口。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集材料沿著入口通道和中間通道設置。在另一個實施例中，氧化催化劑沿著中間通道和出口通道設置在碳氫化合物捕集材料的下游。使用具有高熱導率的材料也有助于迅速提升捕集器的溫度。在碳氫化合物捕集器中最通常使用的基體是堇青石，其具有低于2W/(m.K)的熱導率。包括碳化硅和金屬的其他基體材料具有較高的熱導率。在本專利技術的實施例中，基體的入口端包括具有大于2W/(m.K)的熱導率的材料。具有在大約35％與70％之間的孔隙率的材料結構也有助于提高捕集器的溫度攀升。在另一個實施例中，基體的入口端具有高的熱質量，其也有助于減緩基體的加熱和碳氫化合物的解吸。本專利技術的其他實施例可以使用布置為增強捕集器的性能的不同碳氫化合物捕集材料。例如，在一個實施例中，捕集器包括至少兩種不同的碳氫化合物捕集材料。捕集材料的位置也可以增強捕集器的性能。在另一個實施例中，適于優先吸附水的第一碳氫化合物捕集材料沿著入口通道設置。在又一個實施例中，適于優先吸附具有少于4個碳原子的碳氫化合物分子諸如乙醇、乙烯和丙烯的第二碳氫化合物捕集材料被設置在第一碳氫化合物捕集材料的下游。并且，在再一個實施例中，適于優先吸附具有高于4個碳原子的碳氫化合物分子諸如苯和甲苯的第三碳氫化合物捕集材料被設置在第二碳氫化合物的下游。在一些實施例中，碳氫化合物捕集器可以表現為具有蜂窩狀結構的基體形式。在另一個實施例中，所述基體包括容納在密封容器內的蜂窩狀結構。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括設置在所述蜂窩狀結構的內核中的多個入口通道。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括圍繞所述蜂窩狀結構的外部設置的多個中間通道。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括引導所述排氣從所述入口通道的所述第二端流到所述中間通道的所述第一端的結構。在另一個實施例中，所述入口通道被設置在所述蜂窩狀結構的內核內。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括圍繞所述入口通道設置的多個中間通道。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括圍繞所述蜂窩狀結構的外核設置的多個出口通道。在另一個實施例中，碳氫化合物捕集器包括引導所述排氣從所述入口通道的出口端流入所述多個中間通道的結構。因此，本專利技術實施例的一個特征是提高車輛排氣系統中的碳氫化合物捕集器在冷啟動期間的性能。一個附加特征是提供逆流設計的捕集器，以便從捕集材料解吸的碳氫化合物在離開捕集器之前經歷捕集器中的較高溫度區域，從而三元催化劑能夠轉化更高百分比的碳氫化合物排放物。通過以下具體實施方式、附圖和權利要求，本專利技術的其他特征和優點將會變得顯而易見。附圖說明當結合附圖閱讀時，本專利技術的特定實施例的以下詳細描述可被最好地理解，其中使用相同的附圖標記來指示相同的結構，并且其中：圖1是包括依照本專利技術的一個或多個實施例的碳氫化合物捕集器的排氣處理系統的簡化示意性側視圖；圖2A是通過常規碳氫化合物捕集器的排氣流的簡化示意圖；圖2B是本專利技術的逆流碳氫化合物捕集器的實施例的簡化示意圖；圖3是說明不同碳氫化合物捕集材料在捕集器的內壁上的位置的可替換實施例的簡化示意性側視圖；圖4是說明碳氫化合物捕集材料和TWC催化劑在捕集器的內壁上的位置的另一個實施例的簡化示意性側視圖；圖5是說明形成碳氫化合物捕集器基體的高導熱率和高熱質量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于減少冷啟動車輛排放物的碳氫化合物捕集器，包括：基體，其具有穿過其中的至少一個排氣道，所述排氣道的壁包括在其上的碳氫化合物捕集材料和氧化催化劑；所述基體包括用于來自車輛發動機的熱排氣的入口和用于所述排氣的出口；所述排氣道進一步包括具有第一端和第二端的入口通道以及具有第一端和第二端的出口通道，所述入口通道的所述第一端與所述排氣入口連通，所述出口通道的所述第二端與所述排氣出口連通，以及具有第一端和第二端的中間通道，所述中間通道的所述第一端與所述入口通道的所述第二端連通且所述中間通道的所述第二端與所述出口通道的所述第一端連通，其中所述中間通道被定向為使得穿過所述至少一個排氣道的排氣流從所述入口通道中的流動方向和從所述出口通道中的流動方向被逆轉。

【技術特征摘要】
2014.06.18 US 14/307,7901.一種用于減少冷啟動車輛排放物的碳氫化合物捕集器，包括：基體，其具有穿過其中的至少一個排氣道，所述排氣道的壁包括在其上的碳氫化合物捕集材料和氧化催化劑；所述基體包括用于來自車輛發動機的熱排氣的入口和用于所述排氣的出口；所述排氣道進一步包括具有第一端和第二端的入口通道以及具有第一端和第二端的出口通道，所述入口通道的所述第一端與所述排氣入口連通，所述出口通道的所述第二端與所述排氣出口連通，以及具有第一端和第二端的中間通道，所述中間通道的所述第一端與所述入口通道的所述第二端連通且所述中間通道的所述第二端與所述出口通道的所述第一端連通，其中所述中間通道被定向為使得穿過所述至少一個排氣道的排氣流從所述入口通道中的流動方向和從所述出口通道中的流動方向被逆轉。2.根據權利要求1所述的碳氫化合物捕集器，其中所述出口通道的所述第一端鄰近所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭剛，G·卡瓦泰歐，徐立峰，M·夏爾馬，J·S·赫伯恩，
申請(專利權)人：福特環球技術公司，
類型：發明
國別省市：美國;US