專利名稱：入流側(cè)壁厚減小的催化器體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車排氣管路內(nèi)的催化器體以及一種制造催化器體的方法。
按先有技術(shù)有多種避免內(nèi)燃機(jī)有害物質(zhì)排放的方法。在這里人們必須區(qū)別兩種不同類型的有害物質(zhì)，亦即氣態(tài)的有害物質(zhì)和顆粒，尤其炭煙顆粒。在柴油機(jī)汽車中長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為炭煙顆粒是最有害的成分，所以發(fā)展了許多裝置，用于從排氣中除去炭煙顆粒。其中例如由US-PS4404795已知一種過(guò)濾器，它可流過(guò)氣體，但阻滯炭煙顆粒。為避免過(guò)濾器由于過(guò)多地聚集炭煙顆粒而堵塞，此過(guò)濾器有時(shí)在其前部區(qū)通過(guò)電熱器加熱到使聚集的炭煙層著火并燒盡的程度。為了支持這一過(guò)程，可以在此狀態(tài)下在過(guò)濾器前供給附加的空氣。
減少柴油機(jī)有害物質(zhì)的另一種方案的出發(fā)點(diǎn)在于，包含在柴油廢氣內(nèi)的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸急仨氀趸?，以便排除這一部分有害物質(zhì)。為此目的，在柴油機(jī)中采用與在汽油機(jī)中類似的氧化催化器，亦即有許多用于流過(guò)排氣的通道的蜂窩體，通道有一種催化活性涂層，這種涂層有利于碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉难趸?。但在這里出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，即這種氧化催化器原則上并不是設(shè)計(jì)為過(guò)濾器，而是有貫穿的通道，在通道的表面較快地沉積炭煙層，它堵塞孔隙從而減小或甚至完全覆蓋催化活性表面。其結(jié)果是，具有這種炭煙層的氧化催化器實(shí)際上不再能形成催化活性。在這種氧化催化器中積炭尤其從催化器體的端面區(qū)開始。因此在蜂窩體壁的前部區(qū)內(nèi)產(chǎn)生特別厚的炭煙層，這是特別不希望發(fā)生的，因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)起動(dòng)后在那里最迅速地達(dá)到為催化轉(zhuǎn)換所需的溫度，所以降低此區(qū)域內(nèi)的催化活性導(dǎo)致增加冷起動(dòng)階段的有害物質(zhì)排放。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種尤其用于內(nèi)燃機(jī)，優(yōu)選地柴油機(jī)排氣管路中的催化器體，它以簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方式防止在其端面區(qū)內(nèi)沉積炭煙顆粒。
按本發(fā)明為達(dá)到此目的借助于按權(quán)利要求1所述的催化器體以及按權(quán)利要求7所述的制造催化器體的方法。在相關(guān)的從屬權(quán)利要求中說(shuō)明了本發(fā)明恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。
按本發(fā)明的催化器體包括至少一個(gè)尤其具有催化活性涂層的蜂窩體，它有許多可流過(guò)流體的軸向通道，通道有關(guān)的通道壁總是有平均的壁厚，其中，相關(guān)的通道壁按本發(fā)明至少在催化器體的端面區(qū)內(nèi)各有具有壁厚減小的起始段。
蜂窩體的軸向長(zhǎng)度及其橫截面形狀與在汽車內(nèi)的具體安裝條件相適應(yīng)，其中長(zhǎng)度通常在若干厘米的范圍內(nèi)以及一般采用基本上圓形的橫截面形狀。但原則上也可以是其他長(zhǎng)度和別的橫截面形狀。涂層優(yōu)選地由一中間層構(gòu)成，它優(yōu)選地由多孔氧化鋁(Al2O3)組成，其中作為催化活性物質(zhì)例如含鉑(Pt)和/或銠(Rh)。催化器體的壁厚由真正的蜂窩體壁各自的壁厚和涂層的厚度得出，其中，涂層優(yōu)選地涂覆在相關(guān)壁的兩面。相關(guān)的壁確定了可流過(guò)流體的軸向通道，它們?cè)诒谥g通過(guò)催化器體延伸。此外蜂窩體優(yōu)選地還被一外殼包圍，外殼的尺寸基本上與蜂窩體的軸向尺寸和橫截面形狀相對(duì)應(yīng)。
通過(guò)按本發(fā)明的具有至少在端面區(qū)通道壁壁厚減小的催化器體的設(shè)計(jì)，在催化器體直接流入排氣的端面處，與在催化器體的端面也保持平均壁厚不同，在此區(qū)域內(nèi)形成了一個(gè)對(duì)于沉積炭煙顆粒而言為減小了的作用面。其結(jié)果是防止產(chǎn)生上面已說(shuō)明的效應(yīng)，亦即導(dǎo)致在催化器體的端面上開始沉積炭煙顆粒的結(jié)果。因此有效地避免了由于在其起始段形成厚的積炭而迅速堵塞沿軸向通過(guò)催化器體延伸的通道，而且恰恰在起始區(qū)保持了催化器體的催化效果。按先有技術(shù)例如附加地加熱催化器體的起始段以便通過(guò)將其燒盡來(lái)排除積炭的特殊措施，基于按本發(fā)明的設(shè)計(jì)在有些情況下便可以根本取消，因?yàn)樵谄鹗级窝杆匍_始催化反應(yīng)并點(diǎn)燃可能在后方沉積的顆粒。因此也取消了為附加地加熱起始段所需的結(jié)構(gòu)方面的預(yù)防措施。
按催化器體的一種優(yōu)選的實(shí)施形式，通道壁各自的起始段從端面出發(fā)沿軸向分別延伸的長(zhǎng)度在1至10mm的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地在2至5mm范圍內(nèi)。因此在催化器體的至少一個(gè)端面區(qū)內(nèi)造成壁厚足夠的減小。原則上壁厚的減小只是在入流側(cè)才需要，但出自于對(duì)稱的原因壁厚的減小可設(shè)在兩個(gè)端側(cè)，以便允許按任意方向安裝催化體。
因?yàn)榇呋黧w通道壁的壁厚總體上由蜂窩體壁的厚度和涂層的厚度決定，所以在結(jié)構(gòu)上特別有利的是，將通道壁相關(guān)的起始段設(shè)計(jì)為，它們至少在一側(cè)沒(méi)有或基本上沒(méi)有涂層。因此以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)按本發(fā)明具有已提及的優(yōu)點(diǎn)的壁厚減小。
本發(fā)明的一種實(shí)施形式是特別有利的，其中在起始段的區(qū)域內(nèi)通道壁朝催化器體端面的方向基本上逐漸形成尖頂?shù)?。其結(jié)果是導(dǎo)致朝端面方向連續(xù)地減小壁厚，由此可達(dá)到在催化器體的端面區(qū)內(nèi)有效的入流迎面橫截面積特別有效地減小。除此之外這種設(shè)計(jì)在流動(dòng)技術(shù)上特別有利于減少沉積，因?yàn)樵谧钣欣那闆r下通道壁系從其平均厚度減小到在催化器體端面區(qū)內(nèi)為銳的入流邊。
特別優(yōu)選的是，按本發(fā)明的蜂窩體基本上由纏繞的薄板層，優(yōu)選地由基本上光滑的和波紋狀的交替的薄板層構(gòu)成。同樣，蜂窩體優(yōu)選地可基本上是一種由陶瓷材料構(gòu)成的尤其擠壓而成的蜂窩體，其中至少一個(gè)端側(cè)有通過(guò)再變形減小的壁厚。
在制造催化器體尤其制造按權(quán)利要求1所述的催化器體的方法中，按已知的方式至少設(shè)一個(gè)蜂窩體，它有多個(gè)可流過(guò)流體的軸向通道和有各自的通道壁并基本上加有一個(gè)涂層，涂層尤其含有催化活性物質(zhì)。按本發(fā)明通道壁沿催化器體的軸向長(zhǎng)度分別制成有平均的壁厚，但相關(guān)通道壁各自的起始段至少在催化器體端面區(qū)內(nèi)形成減小的壁厚。此外，在通常應(yīng)用于汽車中的情況下，催化器體的封套通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)安裝蜂窩體的外殼實(shí)現(xiàn)。
按本發(fā)明為了提高催化器體的效率僅在催化器體的端面區(qū)內(nèi)制成具有減小了各通道壁壁厚的起始段就足夠了。因此只付出較低的結(jié)構(gòu)性費(fèi)用，并因而能簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)按本發(fā)明的催化器體，它設(shè)計(jì)成能防止在端面區(qū)內(nèi)沉積顆粒，尤其是炭煙顆粒。
優(yōu)選一種制造催化器體的方法，其中蜂窩體基本上用陶瓷材料構(gòu)成。尤其是這樣一種蜂窩體可以擠壓而成，然后在至少一個(gè)端側(cè)再成形。
特別優(yōu)選的是，基本上由疊置的薄板層，優(yōu)選地由基本上光滑的和波紋狀交替的薄板層通過(guò)纏繞這些薄板層構(gòu)成按本發(fā)明的蜂窩體。在這種情況下特別優(yōu)選的是，薄板的寬度按蜂窩體沿軸向所要求的長(zhǎng)度剪裁，其中有關(guān)的切口斜置，由此形成逐漸變尖的起始段。
因此在一道工序中既可以按蜂窩體要求的長(zhǎng)度剪裁，又可以形成減小了壁厚的起始段。通過(guò)在一道工序中綜合這兩個(gè)過(guò)程，提供了按本發(fā)明方法的一種特別有效和省時(shí)以及經(jīng)濟(jì)的實(shí)施形式。
按方法的一種特別優(yōu)選的實(shí)施形式建議，首先制造上述類型之一的蜂窩體，接著尤其通過(guò)將蜂窩體浸入一浴槽內(nèi)對(duì)蜂窩體進(jìn)行涂層，在這種情況下起始段不涂層。因此無(wú)論是基本上用陶瓷材料構(gòu)成的蜂窩體還是基本上由疊置的薄板層纏繞而成的蜂窩體，都可以在一道工序中既完成涂層又可在如此構(gòu)成的蜂窩體的端面區(qū)內(nèi)形成減小的壁厚。
若蜂窩體基本上由疊置的薄板層纏繞而成，則按用于制造蜂窩體方法的另一種優(yōu)選的實(shí)施形式特別有利的是，首先薄板層尤其通過(guò)浸入一浴槽內(nèi)加涂層，接著將薄板層纏繞成蜂窩體，在這一過(guò)程中，按本發(fā)明在涂層步驟中薄板層與催化器體在纏繞步驟中構(gòu)成的端面區(qū)內(nèi)各自的起始段相應(yīng)的區(qū)段不涂層或基本上不涂層或重新去除涂層。此方法可附加地與方法的一種實(shí)施形式組合，在這種實(shí)施形式中蜂窩體各自的起始段通過(guò)在薄板上斜置切口構(gòu)成。
下面借助附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、特征和實(shí)施形式。在附圖中表示

圖1按本發(fā)明的催化器體優(yōu)選的實(shí)施形式剖切俯視圖；圖2按本發(fā)明的催化器體優(yōu)選的實(shí)施形式剖切側(cè)視圖；圖3a按本發(fā)明的第一種優(yōu)選的實(shí)施形式起始段放大的剖切側(cè)視圖；圖3b沿圖3a中線B-B的剖面；圖3c沿圖3a中線A-A的剖面；圖4a按本發(fā)明的第二種優(yōu)選的實(shí)施形式起始段放大的剖切側(cè)視圖；以及圖4b沿圖4a中線C-C的剖面。
圖1表示按本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式的催化器體剖切俯視圖。此催化器體包括一個(gè)由漸開線狀纏繞的薄板層，在這種情況下為由基本上光滑的和波紋狀的交替的薄板層構(gòu)成的蜂窩體1、蜂窩體1含催化活性物質(zhì)的涂層2(圖中未表示)以及圍繞蜂窩體的外殼。在蜂窩體1內(nèi)纏繞的薄板構(gòu)成許多可流過(guò)流體的軸向通道3相關(guān)的通道壁4。
圖2表示圖1的催化器體剖切側(cè)視圖。構(gòu)成蜂窩體1的纏繞的薄板裝在一個(gè)在剖視圖中畫有斷面線的外殼內(nèi)。催化器體1設(shè)計(jì)為蜂窩體并包括多個(gè)可流過(guò)流體的軸向通道3，它們相關(guān)的通道壁4沿其各自的軸向長(zhǎng)度基本上有平均壁厚。在催化器體的端面5區(qū)內(nèi)，相關(guān)的通道壁4按本發(fā)明有壁厚減小的起始段6。各自的起始段6從端面5起沿軸向的長(zhǎng)度在圖2中用虛線表示。
圖3a表示按本發(fā)明第一種優(yōu)選的實(shí)施形式具有通道壁4起始段6的催化器體端面5區(qū)域的放大側(cè)視圖。在各通道壁4之間構(gòu)成可流過(guò)流體的各軸向通道3。通道壁4在其沿軸向延伸的長(zhǎng)度上基本上有平均壁厚。此壁厚由真正的蜂窩體1和涂層2決定，在圖3a中涂層存在于真正的蜂窩體1的兩面。涂層優(yōu)選地由一種基本上制成多孔的Al2O3中間層構(gòu)成，其中催化活性物質(zhì)含有例如鉑(Pt)和/或銠(Rh)。在此第一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，按本發(fā)明的起始段6這樣構(gòu)成，即，通道壁4在那里總是沒(méi)有涂層2。對(duì)于在圖3a中表示的催化器體的情況下這一點(diǎn)適用于蜂窩體1的兩面。但也可以設(shè)想，在起始段6的區(qū)域內(nèi)只有一面保持不涂層，或只有部分相關(guān)的起始段6保持無(wú)涂層。
尺寸的比例，具體而言各通道壁4平均壁厚與相關(guān)通道3寬度之比，在圖3a中以及在其他一些圖中均沒(méi)有按正確的比例描繪。
圖3b在俯視圖中表示沿圖3a中的線B-B的剖面。可以看出在蜂窩體區(qū)域內(nèi)通道壁4的一個(gè)區(qū)段，在此區(qū)段中通道壁4在蜂窩體1的兩側(cè)均加有涂層2以及分別有平均的壁厚。
與之不同，圖3c表示了沿圖3a催化器體的剖面A-A，剖面A-A在相關(guān)的通道壁4各自的起始段6的區(qū)域內(nèi)延伸。與圖3b所示的剖面不同，在圖3c的剖面內(nèi)可以看出，在起始段6區(qū)域內(nèi)的壁厚比圖3b中所表示的平均壁厚小得多。在按圖3a、b、c所表示的第一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，在端面5的區(qū)域內(nèi)通道壁4壁厚的減小這樣實(shí)現(xiàn)，即，令通道壁4的起始段6沒(méi)有涂層2。這尤其可從圖3c的A-A剖面中看出。
圖4a表示具有按本發(fā)明的起始段6第二種優(yōu)選的實(shí)施形式的按本發(fā)明的催化器體端面5區(qū)域的放大側(cè)視圖，起始段與通道壁4的平均壁厚相比有減小了的壁厚。在這里催化體1也基本上設(shè)計(jì)為具有許多可流過(guò)流體的軸向通道3的蜂窩體，蜂窩體有內(nèi)含催化活性物質(zhì)的涂層2。已結(jié)合圖3a說(shuō)明的涂層成分也適用于此。
在此起始段6的第二種實(shí)施形式中，在其所在區(qū)內(nèi)通道壁4朝端面5的方向逐漸形成基本上尖頂?shù)?。圖4a表示在起始段6的下部蜂窩體1涂層2的厚度逐漸減小，以及在其上部，表示了在由于厚度減小因而逐漸變尖的涂層延長(zhǎng)段內(nèi)蜂窩體1逐漸變尖的分段。顯然，也可以在此第二種實(shí)施形式中類似于圖3a中所示的那樣，起始段6設(shè)計(jì)為基本上沒(méi)有涂層2以及僅僅是蜂窩體1的相關(guān)段設(shè)計(jì)為逐漸變尖的。
圖4b表示沿圖4a的線C-C的剖面俯視圖?？梢钥闯?，在相關(guān)的起始段6區(qū)域內(nèi)各自的通道壁4減小了的壁厚和相關(guān)的涂層2在兩側(cè)減小了的厚度。因此，除了類似于在圖3a、b、c(尤其在圖3c中可見)的第一種實(shí)施例中通道壁4壁厚減小外，還提供了在相關(guān)的起始段6的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)寬了的軸向通道3，這同樣防止因積炭而堵塞此通道3，并因而意味著按本發(fā)明的催化器體帶來(lái)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.催化器體，它包括至少一個(gè)尤其具有催化活性涂層(2)的蜂窩體(1)，催化器體有多個(gè)可流過(guò)流體的軸向通道(3)，它們有關(guān)的通道壁(4)總是有基本上平均的壁厚，其中，有關(guān)的通道壁(4)至少在催化器體的端面(5)區(qū)內(nèi)各有壁厚減小的起始段(6)。
2.按照權(quán)利要求1所述的催化器體，其特征為通道壁(4)各自的起始段(6)從端面(5)出發(fā)沿軸向延伸的長(zhǎng)度在1至10mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地從2至5mm的范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的催化器體，其特征為通道壁(4)各自的起始段(6)在通道壁的至少一側(cè)基本上無(wú)涂層。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的催化器體，其特征為在起始段(6)的區(qū)域內(nèi)，通道壁(4)朝端面(5)的方向基本上逐漸形成尖頂?shù)摹?br> 5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的催化器體，其特征為蜂窩體(1)是一種基本上由纏繞的薄板層，優(yōu)選地由基本上光滑的和波紋狀的交替薄板層構(gòu)成的蜂窩體。
6.按照權(quán)利要求1至4之一所述的催化器體，其特征為蜂窩體(1)基本上是一種由陶瓷材料構(gòu)成的尤其擠壓而成的蜂窩體。
7.制造催化器體尤其制造按照權(quán)利要求1所述催化器體的方法，其中按已知的方式設(shè)至少一個(gè)蜂窩體(1)，蜂窩體尤其設(shè)計(jì)有多個(gè)可流過(guò)流體的軸向通道(3)，有相關(guān)的通道壁(4)和基本上具有一個(gè)催化活性涂層(2)，通道壁(4)總是設(shè)計(jì)有平均的壁厚，以及，相關(guān)的通道壁(4)各自的起始段(6)至少在催化器體的端面(5)區(qū)內(nèi)形成減小的壁厚。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征為蜂窩體(1)基本上由陶瓷材料構(gòu)成尤其擠壓而成，以及，在至少一個(gè)端側(cè)為了減小壁厚再變形。
9.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征為蜂窩體(1)基本上由堆疊的薄板層尤其由基本上光滑的和波紋狀交替的薄板層纏繞而成。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征為薄板的寬度按蜂窩體(1)沿軸向所要求的長(zhǎng)度剪裁，有關(guān)的切口斜置，由此形成逐漸變尖的起始段(6)。
11.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的方法，其特征為首先制造蜂窩體，接著尤其通過(guò)將蜂窩體(1)浸入一浴槽內(nèi)進(jìn)行涂層，在這種情況下起始段(6)不浸入并因而無(wú)涂層。
12.按照權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征為首先疊置的薄板層尤其通過(guò)浸入一浴槽內(nèi)加涂層(2)，接著薄板層的堆疊纏繞成蜂窩體(1)，在這一過(guò)程中起始段(6)不涂層或基本上不涂層或接著重新去除涂層(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種催化器體以及一種制造催化器體的方法,它包括至少一個(gè)具有催化活性涂層(2)的蜂窩體(1),有多個(gè)可流過(guò)流體的軸向通道(3),通道各自的通道壁(4)基本上總是有平均的壁厚。為了避免在蜂窩體(1)端面(5)上積炭,相關(guān)的通道壁(4)至少在端面(5)的區(qū)內(nèi)各有壁厚減小的起始段(6)。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1344350SQ00805354
公開日2002年4月10日 申請(qǐng)日期2000年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月22日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克, 約爾格－羅曼·科涅奇內(nèi) 申請(qǐng)人:發(fā)射技術(shù)有限公司