КОНСТРУКЦИЯ КАТАЛИЗАТОРА
CATALYST STRUCTURE

Область техники
Настоящее изобретение относится к конструкции катализатора.
Уровень техники
Относительно конструкции катализатора, которая располагается в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, известна такая технология, в которой элемент основания сплетается с тонкими металлическими проволоками, вместо монолитного элемента основания, который формируется из керамики или тонкой металлической пластины (см., например, публикацию выложенной заявки на патент Японии № 63-302953). Элемент основания, который относится к этой технологии, формируется таким образом, что трехмерная форма предоставляется посредством комбинирования группы продольных проволок, которые являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, группы поперечных проволок, которые являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов и которые являются ортогональными к группе продольных проволок, и группы вертикальных проволок, которые являются параллельными направлению потока выхлопных газов и которые являются ортогональными к группе продольных проволок и группе поперечных проволок.
Задача, решаемая изобретением
Конструкция катализатора, описанная выше, направлена на увеличение площади поверхности посредством формирования элемента основания в сетчатой форме таким образом, что за счет этого увеличивается возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом. Тем не менее, в случае конструкции, описанной выше, площадь поперечного сечения элемента основания значительно изменяется в направлении потока выхлопных газов, и в силу этого сжатие и расширение выхлопных газов непрерывно повторяются. Таким образом, выхлопные газы сжимаются, когда выхлопные газы проходят через продольную проволоку или поперечную проволоку, и выхлопные газы расширяются после того, как выхлопные газы проходят через продольную проволоку или поперечную проволоку. Выяснено, что сопротивление проточной части увеличивается за счет повторения сжатия и расширения выхлопных газов, как описано выше, по сравнению с традиционным монолитным элементом основания.
Настоящее изобретение осуществлено с учетом вышеприведенной проблемы, причем его цель заключается в том, чтобы предоставлять конструкцию катализатора, которая позволяет уменьшать сопротивление проточной части и повышать степень очистки.
Средство для решения задачи
Один аспект настоящего изобретения заключается в конструкции катализатора, предоставленной в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания, причем конструкция катализатора содержит элемент основания, который формируется посредством комбинирования проволокообразных элементов, при этом проволокообразные элементы не включают в себя проволокообразные элементы, которые размещаются таким образом, что они являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, и проволокообразные элементы включают в себя проволокообразные элементы, которые размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов.
Элемент основания конструируется посредством комбинирования проволокообразных элементов, и в силу этого площадь поверхности может увеличиваться по сравнению с любым элементом основания, который конструируется посредством поверхностей. Следовательно, можно увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом, и в силу этого можно ожидать повышение степени очистки выхлопных газов. В этом контексте, если площадь поперечного сечения элемента основания изменяется в направлении потока выхлопных газов, то вызывается расширение и сжатие выхлопных газов в связи с изменением площади проточной части, и в силу этого потеря давления может увеличиваться. Таким образом, если площадь поперечного сечения элемента основания, который предоставляется в поперечном сечении, ортогональном к направлению потока выхлопных газов, значительно изменяется в направлении потока выхлопных газов, потеря давления увеличивается. Затем если проволокообразные элементы размещаются таким образом, что проволокообразные элементы являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, изменение площади поперечного сечения элемента основания увеличивается. В этой ситуации, выхлопные газы сжимаются, когда выхлопные газы проходят через проволокообразный элемент, и выхлопные газы расширяются после того, как выхлопные газы проходят через проволокообразный элемент. Следовательно, потеря давления увеличивается. С другой стороны, можно подавлять изменение площади поперечного сечения элемента основания в направлении потока выхлопных газов посредством размещения проволокообразных элементов под углом относительно направления потока выхлопных газов. Следовательно, можно подавлять изменение площади проточной части. Таким образом, когда элемент основания формируется посредством комбинирования проволокообразных элементов, в таком случае конструкция не включает в себя проволокообразные элементы, которые размещаются таким образом, что они являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, и конструкция включает в себя проволокообразные элементы, которые размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов. За счет этого, можно подавлять изменение площади поперечного сечения элемента основания в направлении потока выхлопных газов. Когда элемент основания формируется так, как описано выше, за счет этого можно подавлять изменение площади поперечного сечения элемента основания, предоставленного в поперечном сечении, ортогональном к направлению потока выхлопных газов, в направлении потока выхлопных газов. Соответственно, можно подавлять возникновение расширения и сжатия выхлопных газов. Следовательно, можно уменьшать потерю давления. Таким образом, можно уменьшать сопротивление проточной части, и можно повышать степень очистки выхлопных газов.
Дополнительно, элемент основания может содержать множество наклонных участков, в которых проволокообразные элементы размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов; и пересекающихся участков, в каждом из которых множество наклонных участков пересекаются на обоих концах каждого из наклонных участков, при этом множество наклонных участков могут размещаться радиально вокруг центра пересекающегося участка на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов в каждом из пересекающихся участков.
В каждом из пересекающихся участков, множество наклонных участков размещаются радиально ко множеству пересекающихся участков, предоставленных на стороне выше по потоку, и множество наклонных участков размещаются радиально ко множеству пересекающихся участков, предоставленных на стороне ниже по потоку. Затем идентичные или эквивалентные пересекающиеся участки также формируются, соответственно, на концевом участке, расположенном на противоположной стороне каждого из наклонных участков, размещаемых радиально. Следовательно, наклонные участки и пересекающиеся участки могут многократно размещаться в направлении потока выхлопных газов. Дополнительно, проволокообразные элементы могут размещаться таким образом, что проволокообразные элементы не являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов. Соответственно, можно подавлять возникновение расширения и сжатия выхлопных газов, и в силу этого можно уменьшать потерю давления. Таким образом, наклонные участки размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов, и в силу этого можно подавлять любое большое изменение площади поперечного сечения элемента основания в направлении потока выхлопных газов. Следовательно, можно уменьшать потерю давления. Дополнительно, проточные каналы для выхлопных газов формируются в сетчатой форме. Следовательно, можно увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом. Дополнительно, предоставление пересекающегося участка позволяет повышать жесткость элемента основания. Пересекающийся участок может иметь такую длину в направлении потока выхлопных газов, что пересекающийся участок является параллельным направлению потока выхлопных газов.
Дополнительно, элемент основания может уплотняться на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Фраза "элемент основания уплотняется" означает то, что плотность элемента основания увеличивается. В этом контексте, когда выхлопные газы проходят через конструкцию катализатора, концентрация целевого вещества для очистки в большей степени понижается на стороне ниже по потоку. Следовательно, скорость реакции целевого вещества для очистки в большей степени понижается на стороне ниже по потоку. Таким образом, степень очистки целевого вещества для очистки может в большей степени понижаться на стороне ниже по потоку. Наоборот, когда элемент основания уплотняется на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку, можно увеличивать возможность для целевого вещества для очистки и катализатора контактировать друг с другом. Следовательно, можно повышать степень очистки целевого вещества для очистки.
Дополнительно, угол наклонного участка относительно направления потока выхлопных газов может в большей степени увеличиваться на стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов. Элемент основания может в большей степени уплотняться на стороне ниже по потоку посредством большего увеличения угла наклонного участка на стороне ниже по потоку, как описано выше. Дополнительно, когда элемент основания непрерывно уплотняется, за счет этого можно подавлять увеличение потери давления.
Дополнительно, элемент основания может уплотняться на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов. Когда элемент основания уплотняется на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку, в таком случае большее количество тепла может приниматься на стороне выше по потоку, и можно подавлять высвобождение тепла из элемента основания наружу. Следовательно, температура элемента основания может повышаться более быстро на стороне выше по потоку. Следовательно, даже когда температура катализатора является низкой, например, при холодном запуске, можно очищать целевое вещество для очистки на ранней стадии. Следовательно, можно повышать степень очистки целевого вещества для очистки, например, при холодном запуске двигателя внутреннего сгорания.
Дополнительно, угол наклонного участка относительно направления потока выхлопных газов может в большей степени увеличиваться на стороне выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Элемент основания может в большей степени уплотняться на стороне выше по потоку посредством большего увеличения угла наклонного участка на стороне выше по потоку. Дополнительно, когда элемент основания непрерывно уплотняется, за счет этого можно подавлять увеличение потери давления.
Дополнительно, плотность элемента основания может отличаться в направлении, перпендикулярном направлению потока выхлопных газов. В этом случае, плотность элемента основания может быть наибольшей на выносной линии центральной оси выхлопной трубы, и плотность элемента основания может понижаться в позициях, разделенных дальше от выносной линии центральной оси выхлопной трубы. Дополнительно, плотность элемента основания вместо этого может повышаться на стороне центральной оси элемента основания по сравнению с внешней периферической стороной элемента основания. Относительно этого, чем выше плотность элемента основания, тем труднее протекают выхлопные газы. Выхлопным газам может разрешаться протекать равномерно через весь элемент основания посредством использования этого явления таким образом, что плотность повышается в участках, в которые может протекать большее количество выхлопных газов. Соответственно, можно повышать степень очистки целевого вещества для очистки.
Преимущества изобретения
Согласно настоящему изобретению, можно предоставлять конструкцию катализатора, которая позволяет уменьшать сопротивление проточной части и повышать степень очистки.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает конструкцию катализатора согласно первому варианту осуществления при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов.
Фиг. 2 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции катализатора согласно первому варианту осуществления вдоль центральной оси конструкции катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов.
Фиг. 3 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент основания согласно первому варианту осуществления.
Фиг. 4 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент основания, когда пересекающиеся участки согласно первому варианту осуществления имеют длины в направлении потока выхлопных газов.
Фиг. 5 показывает вид в сечении вдоль поперечного сечения A-A, показанного на фиг. 2.
Фиг. 6 показывает вид в сечении вдоль поперечного сечения B-B, показанного на фиг. 2.
Фиг. 7 показывает взаимосвязь между расходом выхлопных газов и дифференциальным давлением между стороной выше по потоку и стороной ниже по потоку относительно элемента основания.
Фиг. 8 показывает конструкцию катализатора согласно второму варианту осуществления при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов.
Фиг. 9 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции катализатора согласно второму варианту осуществления вдоль центральной оси конструкции катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов.
Фиг. 10 показывает конструкцию катализатора согласно третьему варианту осуществления при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов.
Фиг. 11 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции катализатора согласно третьему варианту осуществления вдоль центральной оси конструкции катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов.
Фиг. 12 показывает конструкцию катализатора согласно четвертому варианту осуществления при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов.
Фиг. 13 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент основания согласно пятому варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Ниже приводится примерное подробное пояснение со ссылкой на чертежи в отношении варианта осуществления для осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, например, размеры или размер, материал, форма и относительная компоновка конститутивных частей или компонентов, описанных в варианте осуществления, не имеют намерение ограничивать объем изобретения только означенным, если прямо не указано иное.
Первый вариант осуществления
Фиг. 1 и 2 показывают схематичные чертежи конструкции катализатора согласно этому варианту осуществления. Фиг. 1 показывает конструкцию 1 катализатора при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Фиг. 2 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции 1 катализатора вдоль центральной оси конструкции 1 катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов. Со ссылкой на фиг. 2, левая сторона представляет собой сторону выше по потоку для потока выхлопных газов, и правая сторона представляет собой сторону ниже по потоку для потока выхлопных газов. Конструкция 1 катализатора предоставляется в выпускном канале двигателя внутреннего сгорания. Конструкция 1 катализатора конструируется таким образом, что он включает в себя цилиндрический внешний периферийный участок 2 и элемент 3 основания, который формируется во внешнем периферийном участке 2. Элемент 3 основания формируется из материала, который может выдерживать температуру выхлопных газов, причем материал (например, металл, керамика и т.п.) допускает перенос катализатора (например, Pt, Pb, Ba, Li, K и т.п.). Внешний периферийный участок 2 и элемент 3 основания могут формироваться из идентичного материала. Альтернативно, внешний периферийный участок 2 и элемент 3 основания могут формироваться из различных материалов. Следует отметить, что, когда элемент 3 основания формируется из керамики, катализатор может заранее содержаться в керамике.
Элемент 3 основания конструируется таким образом, что материал формируется таким образом, что он является проволокообразным. Элемент 3 основания формируется трехмерно вместе с внешним периферийным участком 2 посредством использования, например, 3D-принтера. Фиг. 3 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент 3 основания. Элемент 3 основания конструируется таким образом, что он включает в себя множество проволокообразных наклонных участков 3A, которые размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов, показанного посредством стрелки на фиг. 3 (т.е. в направлении, параллельном центральной оси конструкции 1 катализатора), и множество пересекающихся участков 3B, в которых пересекаются множество наклонных участков 3A, и они соединяются друг с другом. Следует отметить, что на фиг. 3, части наклонных участков 3A, которые пересекаются в пересекающихся участках 3B, опускаются из иллюстрации. Множество наклонных участков 3A проходят радиально из каждого из пересекающихся участков 3B ко множеству других пересекающихся участков 3B, которые позиционируются на стороне ниже по потоку под углом в направлении потока выхлопных газов. При просмотре конструкции со стороны выше по потоку для потока выхлопных газов, соответствующие наклонные участки 3A проходят радиально под равными углами из пересекающегося участка 3B. Следовательно, как показано на фиг. 3, когда четыре наклонных участка 3A проходят из каждого из пересекающихся участков 3B, при просмотре конструкции со стороны выше по потоку для потока выхлопных газов, в таком случае соответствующие наклонные участки 3A размещаются с интервалами в 90 градусов вокруг центра пересекающегося участка 3B. Дополнительно, соответствующие наклонные участки 3A размещаются таким образом, что углы соответствующих наклонных участков 3A являются идентичными относительно направления потока выхлопных газов. Множество пересекающихся участков 3B размещаются идентично вышеописанному в направлении, которое является ортогональным к направлению потока выхлопных газов. Далее, четыре наклонных участка 3A, которые проходят, соответственно, к стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов из четырех пересекающихся участков 3B, которые примыкают в направлении, ортогональном к направлению потока выхлопных газов, пересекаются в пересекающемся участке 3B, расположенном на стороне ниже по потоку, и они соединяются друг с другом. Наклонные участки 3A, которые пересекаются в пересекающемся участке 3B, также размещаются под равными углами при их просмотре со стороны выше по потоку для потока выхлопных газов. Таким образом, множество наклонных участков 3A, которые проходят из множества пересекающихся участков 3B, позиционированных на стороне выше по потоку под углом в направлении потока выхлопных газов, пересекаются в каждом из пересекающихся участков 3B. Дополнительно, множество наклонных участков 3A проходят радиально ко множеству пересекающихся участков 3B, которые позиционируются на стороне ниже по потоку под углом в направлении потока выхлопных газов, в каждом из пересекающихся участков 3B. Как описано выше, наклонные участки 3A и пересекающиеся участки 3B размещаются попеременно в направлении потока выхлопных газов. Соответственно, элемент 3 основания формируется таким образом, что элемент 3 основания не включает в себя проволокообразные элементы, которые размещаются таким образом, что они являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, и элемент 3 основания включает в себя проволокообразные элементы, которые размещаются под углом относительно направления потока выхлопных газов.
Следует отметить, что пересекающийся участок 3B может иметь длину в направлении потока выхлопных газов. Фиг. 4 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент 3 основания, когда пересекающиеся участки 3B имеют длины в направлении потока выхлопных газов. Пересекающийся участок 3B, показанный на фиг. 4, формируется с возможностью иметь столбчатую форму, имеющую центральную ось, которая является параллельной направлению потока выхлопных газов. Следовательно, подтверждено, что пересекающийся участок 3B не является ортогональным к направлению потока выхлопных газов также. Дополнительно, на фиг. 3 и 4, наклонный участок 3A и пересекающийся участок 3B формируются с возможностью иметь столбчатые формы, соответственно. Тем не менее, форма не ограничена этим. Также допустимо формировать участок таким образом, что, например, поперечное сечение является многоугольным. Дополнительно, число наклонных участков 3A не ограничено четырьмя наклонными участками 3A, проходящими из каждого из пересекающихся участков 3B в другие пересекающиеся участки 3B, позиционированные на стороне ниже по потоку.
Фиг. 5 показывает вид в сечении вдоль поперечного сечения A-A, показанного на фиг. 2. Фиг. 6 показывает вид в сечении вдоль поперечного сечения B-B, показанного на фиг. 2. Фиг. 5 является видом в поперечном сечении, полученным посредством секционирования элемента 3 основания в наклонных участках 3A. Фиг. 6 является видом в поперечном сечении, полученным посредством секционирования элемента 3 основания в пересекающихся участках 3B. Элемент 3 основания формируется таким образом, что площадь поперечного сечения элемента 3 основания, который предоставляется в поперечном сечении, ортогональном к направлению потока выхлопных газов, является постоянной в направлении потока выхлопных газов. Таким образом, углы наклонных участков 3A и размеры наклонных участков 3A и пересекающихся участков 3B определяются таким образом, что общая площадь в поперечном сечении наклонных участков 3A, показанных на фиг. 5, является идентичной общей площади в поперечном сечении пересекающихся участков 3B, показанных на фиг. 6.
В этом контексте, элемент 3 основания конструируется из проволоки (формирующего проволоку элемента), а не посредством любой поверхности (формирующего поверхность элемента), и в силу этого можно увеличивать площадь поверхности в расчете на среднюю площадь отверстия. Следует отметить, что площадь отверстия представляет собой площадь пространства (площадь участков, в которых элемент 3 основания не присутствует), полученную, когда элемент 3 основания секционирован вдоль поверхности, ортогональной к направлению потока выхлопных газов (т.е. к направлению центральной оси конструкции 1 катализатора). Средняя площадь отверстия представляет собой площадь, полученную посредством усреднения соответствующих площадей отверстий в направлении потока выхлопных газов. Когда площадь поверхности в расчете на среднюю площадь отверстия увеличивается, за счет этого увеличивается возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом. Следовательно, можно повышать степень очистки.
Дополнительно, площадь поперечного сечения элемента 3 основания является постоянной в направлении потока выхлопных газов, и в силу этого подавляется повторение расширения и сжатия выхлопных газов, когда выхлопные газы проходят через конструкцию 1 катализатора. Следовательно, можно уменьшать потерю давления. Следует отметить, что необязательно, что площадь поперечного сечения элемента 3 основания является строго постоянной в направлении потока выхлопных газов. Допустимо то, что площадь поперечного сечения элемента 3 основания может изменяться при условии, что потеря давления находится в пределах допустимого диапазона. Например, когда площади поперечного сечения элемента 3 основания, которые предоставляются в поперечных сечениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, сравниваются друг с другом в произвольных двух позициях, которые отличаются друг от друга в направлении потока выхлопных газов, допустимо то, что разность площади поперечного сечения не превышает предварительно определенное значение. Предварительно определенное значение определяется, например, посредством экспериментов или моделирования таким образом, что потеря давления, которая предоставляется, когда выхлопные газы проходят через конструкцию 1 катализатора, находится в пределах допустимого диапазона.
Фиг. 7 показывает взаимосвязь между расходом выхлопных газов и дифференциальным давлением между стороной выше по потоку и стороной ниже по потоку относительно элемента 3 основания. Подтверждено, что чем больше дифференциальное давление, тем больше потеря давления. Сплошная линия указывает случай элемента 3 основания согласно этому варианту осуществления. Пунктирная линия указывает случай элемента основания (например, элемента основания, описанного в выложенной заявке на патент (Япония) номер 63-302953, в дальнейшем также называемого "традиционного элемента основания"), сформированного с возможностью иметь трехмерную форму посредством комбинирования группы продольных проволок, которые являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов, группы поперечных проволок, которые являются ортогональными к направлению потока выхлопных газов и которые являются ортогональными к группе продольных проволок, и группы вертикальных проволок, которые являются параллельными направлению потока выхлопных газов и которые являются ортогональными к группе продольных проволок и группе поперечных проволок. Элемент 3 основания согласно этому варианту осуществления сравнивается с традиционным элементом основания в состоянии, в котором площади поверхности являются идентичными. Как показано на фиг. 7, дифференциальное давление элемента 3 основания согласно этому варианту осуществления меньше дифференциального давления традиционного элемента основания. Следовательно, дифференциальное давление элемента 3 основания согласно этому варианту осуществления меньше дифференциального давления традиционного элемента основания в состоянии, в котором площади поверхности являются идентичными.
Дополнительно, в случае традиционного элемента основания, пространство (пространство, в котором не присутствует тонкая металлическая проволока), которое окружено посредством продольных проволок и поперечных проволок, является относительно большим, при просмотре элемента основания со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Следовательно, выхлопные газы, которые проходят через окрестность центра пространства, легко проходят через элемент основания без контактирования ни с одним из продольной проволоки, поперечной проволоки и вертикальной проволоки. Следовательно, любое большое увеличение степени очистки не ожидается за счет простого увеличения площади поверхности элемента основания. С другой стороны, в случае элемента 3 основания согласно этому варианту осуществления, наклонные участки 3A размещаются под углом относительно потока выхлопных газов. Следовательно, контакт с выхлопными газами упрощается. С учетом этого, можно повышать степень очистки.
Таким образом, элемент 3 основания формируется таким образом, что проволоки не являются ортогональными к потоку выхлопных газов, т.е. элемент 3 основания формируется таким образом, что проволоки для формирования элемента 3 основания являются наклонными или параллельными относительно направления потока выхлопных газов. Таким образом, можно подавлять изменение площади поперечного сечения. Следовательно, можно уменьшать потерю давления. Дополнительно, можно в большей степени увеличивать площадь поверхности посредством конструирования элемента 3 основания с проволоками. Дополнительно, наклонные участки 3A распределяются под углом радиально относительно направления потока выхлопных газов к стороне ниже по потоку из пересекающегося участка 3B. Таким образом, выхлопные газы и катализатор легко контактируют друг с другом. Следовательно, согласно конструкции 1 катализатора относительно этого варианта осуществления, можно уменьшать сопротивление проточной части, и можно повышать степень очистки.
Второй вариант осуществления
Фиг. 8 и 9 схематично показывают конструкцию катализатора согласно этому варианту осуществления. Фиг. 8 показывает конструкцию 1 катализатора при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Фиг. 9 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции 1 катализатора вдоль центральной оси конструкции 1 катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов. На фиг. 9, левая сторона представляет собой сторону выше по потоку для потока выхлопных газов, и правая сторона представляет собой сторону ниже по потоку для потока выхлопных газов. Конструкция 1 катализатора согласно этому варианту осуществления формируется таким образом, что элемент 3 основания уплотняется на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Таким образом, элемент 3 основания формируется таким образом, что плотность элемента 3 основания в расчете на единицу объема является большой на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. В этом контексте, угол наклонного участка 3A относительно направления потока выхлопных газов в большей степени увеличивается на стороне ниже по потоку (углу наклонного участка 3A относительно направления потока выхлопных газов разрешается приближаться к прямому углу). Соответственно, элемент 3 основания может уплотняться на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. В этом случае, угол наклонного участка 3A изменяется в диапазоне наклона, в котором отслоение не возникает относительно потока выхлопных газов. Соответственно, можно подавлять увеличение потери давления, и можно увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом. Диапазон наклона, в котором отслоение не возникает относительно потока выхлопных газов, может определяться, например, посредством экспериментов или моделирования. Следует отметить, что в этом варианте осуществления, также допустимо определять угол наклонного участка 3A и размеры наклонного участка 3A и пересекающегося участка 3B таким образом, что разность площади поперечного сечения не превышает предварительно определенное значение, когда площади поперечного сечения элемента 3 основания, которые предоставляются в поперечных сечениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, сравниваются друг с другом в произвольных двух позициях, которые отличаются друг от друга в направлении потока выхлопных газов.
Выхлопные газы, которые проходят через конструкцию 1 катализатора, протекают к стороне ниже по потоку, в то время как целевое вещество для очистки очищается посредством катализатора. Следовательно, концентрация целевого вещества для очистки в большей степени понижается на стороне ниже по потоку в конструкции 1 катализатора. Чем выше концентрация целевого вещества для очистки, тем выше скорость реакции целевого вещества для очистки в катализаторе. Следовательно, скорость реакции целевого вещества для очистки понижается на стороне ниже по потоку конструкции 1 катализатора, и целевое вещество для очистки с трудом очищается на стороне ниже по потоку конструкции 1 катализатора. Наоборот, когда элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне ниже по потоку, за счет этого можно в большей степени увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом на стороне ниже по потоку. Соответственно, даже когда скорость реакции целевого вещества для очистки понижается на стороне ниже по потоку конструкции 1 катализатора, можно подавлять ухудшение степени очистки целевого вещества для очистки.
Следует отметить, что когда элемент 3 основания уплотняется на стороне ниже по потоку по сравнению со стороной выше по потоку в конструкции 1 катализатора, элемент 3 основания может уплотняться пошагово. Тем не менее, элемент 3 основания может уплотняться непрерывно. Как описано выше, можно дополнительно подавлять увеличение потери давления посредством непрерывного уплотнения элемента 3 основания.
Как пояснено выше, согласно конструкции 1 катализатора относительно этого варианта осуществления, можно уменьшать сопротивление проточной части, и можно повышать степень очистки.
Третий вариант осуществления
Фиг. 10 и 11 схематично показывают конструкцию катализатора согласно этому варианту осуществления. Фиг. 10 показывает конструкцию 1 катализатора при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Фиг. 11 показывает вид в сечении, полученный посредством секционирования конструкции 1 катализатора вдоль центральной оси конструкции 1 катализатора параллельно направлению потока выхлопных газов. На фиг. 11, левая сторона представляет собой сторону выше по потоку для потока выхлопных газов, и правая сторона представляет собой сторону ниже по потоку для потока выхлопных газов. Конструкция 1 катализатора согласно этому варианту осуществления формируется таким образом, что элемент 3 основания уплотняется на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов. Таким образом, элемент 3 основания формируется таким образом, что плотность элемента 3 основания в расчете на единицу объема является большой на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов. В этом контексте, угол наклонного участка 3A относительно направления потока выхлопных газов в большей степени увеличивается на стороне выше по потоку (углу наклонного участка 3A относительно направления потока выхлопных газов разрешается приближаться к прямому углу). Соответственно, элемент 3 основания может уплотняться на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов. В этом случае, угол наклонного участка 3A изменяется в диапазоне наклона, в котором отслоение не возникает относительно потока выхлопных газов. Соответственно, можно подавлять увеличение потери давления, и можно увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом. Диапазон наклона, в котором отслоение не возникает относительно потока выхлопных газов, может определяться, например, посредством экспериментов или моделирования. Следует отметить, что в этом варианте осуществления, также допустимо определять угол наклонного участка 3A и размеры наклонного участка 3A и пересекающегося участка 3B таким образом, что разность площади поперечного сечения не превышает предварительно определенное значение, когда площади поперечного сечения элемента 3 основания, которые предоставляются в поперечных сечениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, сравниваются друг с другом в произвольных двух позициях, которые отличаются друг от друга в направлении потока выхлопных газов.
Температура катализатора является низкой, например, при холодном запуске двигателя внутреннего сгорания. Следовательно, может быть затруднительным очищать целевое вещество для очистки посредством катализатора. В такой ситуации, требуется повышать температуру катализатора на ранней стадии. В этом контексте, элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне выше по потоку, и в силу этого можно в большей степени увеличивать возможность для выхлопных газов и катализатора контактировать друг с другом на стороне выше по потоку. Соответственно, большее количество тепла выхлопных газов может приниматься на стороне выше по потоку элемента 3 основания, и в силу этого можно быстро повышать температуру элемента 3 основания на стороне выше по потоку. Следовательно, можно быстро очищать целевое вещество для очистки на стороне выше по потоку элемента 3 основания. Если элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне ниже по потоку элемента 3 основания, то температура быстро повышается на стороне выше по потоку элемента 3 основания, но степень очистки является низкой, поскольку плотность элемента 3 основания является низкой. Дополнительно, если тепло, которое принимается на стороне выше по потоку элемента 3 основания, высвобождается наружу из внешнего периферийного участка 2, то температура медленно повышается на стороне ниже по потоку, и длительное время требуется для того, чтобы повышать степень очистки катализатора в целом.
Следует отметить, что, когда элемент 3 основания уплотняется на стороне выше по потоку по сравнению со стороной ниже по потоку в конструкции 1 катализатора, элемент 3 основания может уплотняться пошагово. Тем не менее, элемент 3 основания может уплотняться непрерывно. Как описано выше, можно дополнительно подавлять увеличение потери давления посредством непрерывного уплотнения элемента 3 основания.
Как пояснено выше, согласно конструкции 1 катализатора относительно этого варианта осуществления, можно быстро повышать температуру катализатора из состояния, в котором температура катализатора является низкой, например, при холодном запуске двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, можно уменьшать сопротивление проточной части, и можно повышать степень очистки.
Четвертый вариант осуществления
Фиг. 12 схематично показывает конструкцию катализатора согласно этому варианту осуществления. Фиг. 12 показывает конструкцию 1 катализатора при просмотре со стороны выше по потоку в направлении потока выхлопных газов. Конструкция 1 катализатора согласно этому варианту осуществления формируется таким образом, что элемент 3 основания уплотняется на центральной стороне по сравнению со стороной внешнего периферийного участка 2 элемента 3 основания в направлениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов. Таким образом, элемент 3 основания формируется таким образом, что плотность элемента 3 основания в расчете на единицу объема увеличивается на центральной стороне по сравнению со стороной внешнего периферийного участка 2 в направлениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов. Когда элемент 3 основания формируется так, как описано выше, в таком случае инерционное сопротивление в большей степени увеличивается в центральном участке элемента 3 основания, и в силу этого выхлопные газы с трудом протекают. Следует отметить, что также в этом варианте осуществления, допустимо определять угол наклонного участка 3A и размеры наклонного участка 3A и пересекающегося участка 3B таким образом, что разность площади поперечного сечения не превышает предварительно определенное значение, когда площади поперечного сечения элемента 3 основания, которые предоставляются в поперечных сечениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, сравниваются друг с другом в произвольных двух позициях, которые отличаются друг от друга в направлении потока выхлопных газов.
В этом случае, когда предполагается, что плотность элемента 3 основания является постоянной, если центральная ось конструкции 1 катализатора позиционируется на выносной линии центральной оси выхлопной трубы, соединенной со конструкцией 1 катализатора, то выхлопные газы, которые протекают в конструкцию 1 катализатора из выхлопной трубы, легко протекают через окрестность центральной оси элемента 3 основания. В этом случае, целевое вещество для очистки главным образом очищается посредством катализатора, расположенного около центральной оси элемента 3 основания, и в силу этого трудно сказать, что функция катализатора демонстрируется в достаточной степени около внешнего периферийного участка 2. С другой стороны, в случае элемента 3 основания согласно этому варианту осуществления, элемент 3 основания в большей степени уплотняется, и инерционное сопротивление в большей степени увеличивается в позициях ближе к центральной оси. Следовательно, выхлопные газы с трудом проходят в таких позициях. С учетом этого, часть выхлопных газов, которые протекают в конструкцию 1 катализатора, протекает к внешнему периферийному участку 2 из окрестности центральной оси на концевом участке элемента 3 основания на стороне выше по потоку. Соответственно, также можно обеспечивать возможность прохождения большего количества выхлопных газов через элемент 3 основания около внешнего периферийного участка 2. Следует отметить, что плотность в радиальном направлении элемента 3 основания определяется, например, посредством экспериментов или моделирования таким образом, что поток выхлопных газов в элементе 3 основания является равномерным.
В вышеприведенном пояснении, описывается такой случай, в котором центральная ось элемента 3 основания позиционируется на выносной линии центральной оси выхлопной трубы. Тем не менее, центральная ось выхлопной трубы может отклоняться от центральной оси элемента 3 основания в некоторых случаях. В такой ситуации, элемент 3 основания может формироваться таким образом, что плотность элемента 3 основания является наибольшей на выносной линии центральной оси выхлопной трубы, и плотность в большей степени понижается в позициях, разделенных дальше от нее к стороне внешнего периферийного участка 2.
Как пояснено выше, согласно конструкции 1 катализатора относительно этого варианта осуществления, выхлопные газы протекают равномерно через элемент 3 основания, и в силу этого можно демонстрировать достаточные рабочие характеристики очистки катализатора. Таким образом, можно уменьшать сопротивление проточной части, и можно повышать степень очистки. Следует отметить, что элемент 3 основания может конструироваться таким образом, что элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне ниже по потоку, как пояснено во втором варианте осуществления, в дополнение к конструкции относительно этого варианта осуществления. Дополнительно, элемент 3 основания может конструироваться таким образом, что элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне выше по потоку, как пояснено в третьем варианте осуществления, в дополнение к конструкции относительно этого варианта осуществления.
Пятый вариант осуществления
Элементы 3 основания согласно первому-четвертому вариантам осуществления формируются посредством, например, 3D-принтера. Тем не менее, вместо этого, элемент 3 основания также может формироваться в качестве трехмерной ткани. Трехмерная ткань сплетается посредством использования только продольных проволок. Волокно, к примеру, металлическое волокно, керамическое волокно и т.п., которое может выдерживать температуру выхлопных газов, используется в качестве материала продольной проволоки. Ниже приводится пояснение в отношении случая, в котором элемент 3 основания формируется посредством использования тонких металлических проволок в качестве продольных проволок.
Фиг. 13 показывает укрупненный вид, иллюстрирующий элемент 3 основания согласно этому варианту осуществления. Пересекающийся участок 3B согласно этому варианту осуществления формируется посредством скручивания тонких металлических проволок. Следует отметить, что на фиг. 13, часть пересекающегося участка 3B показана на чертеже с прямыми линиями при упрощении. Центральная ось пересекающегося участка 3B формируется таким образом, что центральная ось является параллельной направлению потока выхлопных газов. Множество (четыре на фиг. 13), тонких металлических проволок скручиваются в направлении потока выхлопных газов вокруг центра центральной оси. Тонкие металлические проволоки, которые формируют пересекающийся участок 3B, проходят под углом к стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов при распределении радиально вокруг центра центральной оси пересекающегося участка 3B. Таким образом, наклонные участки 3A формируются. Затем четыре наклонных участка 3A, которые проходят к стороне ниже по потоку в направлении потока выхлопных газов из четырех пересекающихся участков 3B, которые взаимно примыкают в направлениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, скручиваются, чтобы формировать новый пересекающийся участок 3B. Таким образом, наклонные участки 3A и пересекающиеся участки 3B попеременно размещаются в направлении потока выхлопных газов. Затем, также в этом варианте осуществления, угол наклонного участка 3A и размеры наклонного участка 3A и пересекающегося участка 3B определяются таким образом, что разность площади поперечного сечения не превышает предварительно определенное значение, когда площади поперечного сечения элемента 3 основания, которые получаются в поперечных сечениях, ортогональных к направлению потока выхлопных газов, сравниваются друг с другом в произвольных двух позициях, которые отличаются друг от друга в направлении потока выхлопных газов. Следует отметить, что продольные проволоки скручиваются в пересекающемся участке 3B. Тем не менее, вместо этого, продольные проволоки могут соединяться друг с другом посредством, например, склеивания (адгезии) или сварки. Дополнительно, также допустимо использовать продольную проволоку, полученную посредством скручивания множества более тонких волокон. Что касается пересекающегося участка 3B, его центральная ось является параллельной направлению потока выхлопных газов. Следовательно, пересекающийся участок 3B является параллельным направлению потока выхлопных газов в целом. Дополнительно, соответствующие тонкие металлические проволоки, которые формируют пересекающийся участок 3B, проходят в направлении ниже по потоку для потока выхлопных газов при скручивании. Следовательно, непосредственно тонкие металлические проволоки располагаются под углом относительно направления потока выхлопных газов. В любом случае, подтверждено, что пересекающийся участок 3B не является ортогональным к направлению потока выхлопных газов.
Также можно уменьшать сопротивление проточной части и повышать степень очистки посредством конструкции 1 катализатора, сформированной так, как описано выше. Следует отметить, что угол наклонного участка 3A может изменяться относительно направления потока выхлопных газов таким образом, что элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне ниже по потоку, как пояснено во втором варианте осуществления. Дополнительно, угол наклонного участка 3A может изменяться относительно направления потока выхлопных газов таким образом, что элемент 3 основания в большей степени уплотняется на стороне выше по потоку, как пояснено в третьем варианте осуществления. Кроме того, угол наклонного участка 3A может изменяться относительно направления потока выхлопных газов в направлении, ортогональном к потоку выхлопных газов, как пояснено в четвертом варианте осуществления.
Перечень ссылочных позиций
1 - конструкция катализатора, 2 - внешний периферийный участок, 3 - элемент основания, 3A - наклонный участок, 3B - пересекающийся участок.