催化轉(zhuǎn)化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種催化轉(zhuǎn)化器，其被容納固定在構(gòu)成廢氣（exhaust gas)的排氣系 統(tǒng)的配管內(nèi)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在各種產(chǎn)業(yè)界，在世界范圍內(nèi)進行了針對環(huán)境影響負荷降低的各種努力，其中尤 其在汽車產(chǎn)業(yè)，燃料消耗率性能優(yōu)良的汽油發(fā)動機車自不必言，混合動力車、電動汽車等所 謂的環(huán)保車的普及以及針對其性能的進一步提高的開發(fā)日漸推進。除了這樣的環(huán)保車的開 發(fā)外，還在積極進行對從發(fā)動機排出的廢氣進行凈化的廢氣凈化催化劑的相關(guān)的研宄。該 廢氣凈化催化劑包含氧化催化劑、三元催化劑、NOx儲存還原催化劑（storage reduction catalyst)等，在該廢氣凈化催化劑中發(fā)現(xiàn)有催化劑活性的是鉑（Pt)、鈀（Pd)、銠（Rh)等貴 金屬催化劑，貴金屬催化劑一般以附著在由氧化鋁等多孔氧化物構(gòu)成的載體上的狀態(tài)來使 用。
[0003] 在將車輛發(fā)動機和消聲器相連的廢氣的排氣系統(tǒng)中一般配設(shè)有用于對廢氣進行 凈化的催化轉(zhuǎn)化器。發(fā)動機有時會排出C0、N 〇x、未燃燒的HC、V0C等對環(huán)境有害的物質(zhì)，為 了將這樣的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能夠容許的物質(zhì)，通過使廢氣穿過催化轉(zhuǎn)化器，從而CO被轉(zhuǎn)換 為C0 2, NOx被轉(zhuǎn)換為隊和0 2, VOC燃燒并生成0)2和H 20,其中，催化轉(zhuǎn)化器是將在載體上附 著有RKPcUPt這樣的貴金屬催化劑的催化劑層配設(shè)在基體材料的窩孔（cell)壁面上而成 的。
[0004] 順便提及，作為【背景技術(shù)】（related art)的催化轉(zhuǎn)化器的實施方式，能夠例舉出： 將2個窩孔結(jié)構(gòu)的基體材料沿廢氣的流通方向配設(shè)而成的串聯(lián)（tandem)型催化轉(zhuǎn)化器。該 串聯(lián)型的催化轉(zhuǎn)化器使上游側(cè)的基體材料和下游側(cè)的基體材料所附著的貴金屬催化劑種 類、附著量等變化，來實現(xiàn)高的催化劑活性。
[0005] 此處，圖7示出了【背景技術(shù)】的將2個基體材料串聯(lián)地搭載而成的催化轉(zhuǎn)化器。如 該圖所示，有如下形態(tài)的催化轉(zhuǎn)化器：在構(gòu)成配管系統(tǒng)的管路H的內(nèi)部，在廢氣流動上游側(cè) (前側(cè)、Fr側(cè)）和下游側(cè)（后側(cè)、Rr側(cè)）分別配設(shè)有各1個，總計2個窩孔結(jié)構(gòu)的基體材料 KU K2,在這些基體材料KU K2各自的窩孔壁面上形成有由載體和附著于該載體的貴金屬 催化劑構(gòu)成的催化劑層。在該催化轉(zhuǎn)化器中，一般基體材料K1、K2的窩孔密度都是均勻的。
[0006] 順便提及，由于氣流一般在不存在與管路H的壁面產(chǎn)生摩擦的影響的管路的中心 部（基體材料的中心部）以相對高的流速在基體材料內(nèi)流通，因此圖7所示的窩孔結(jié)構(gòu)的 基體材料存在的問題是：由于基體材料Κ1、Κ2的截面中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域相比廢氣的流速 分布高，由此導(dǎo)致在周邊區(qū)域流通的廢氣量減少，因此該區(qū)域的催化劑不能被充分利用，作 為結(jié)果，就不能充分利用基體材料整體的催化劑。
[0007] 對于這樣的問題，日本特開平9-317454公開了如下催化轉(zhuǎn)化器：對圖7所示的以 往的串聯(lián)型的催化轉(zhuǎn)化器的構(gòu)成加以改良，通過對氣流上游側(cè)的基體材料和下游側(cè)的基體 材料雙方，在各中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域使窩孔密度變化，從而能夠?qū)⒋呋D(zhuǎn)化器整體的流速 分布、溫度分布平均化。
[0008] 圖8中模擬了日本特開平9-317454公開的催化轉(zhuǎn)化器。在該圖所示的催化轉(zhuǎn)化 器中，在上游側(cè)的基體材料Kl中，中央?yún)^(qū)域Kla與周邊區(qū)域Klb相比窩孔密度高；在下游側(cè) 的基體材料K2中，反而周邊區(qū)域K2b與中央?yún)^(qū)域K2a相比窩孔密度高。
[0009] 在具備這樣的窩孔密度形態(tài)的基體材料Kl、K2的催化轉(zhuǎn)化器中，廢氣一邊沿Xl方 向流動一邊進入催化轉(zhuǎn)化器后，在上游側(cè)的基體材料Kl中，廢氣以窩孔密度低而氣體容易 流動的周邊區(qū)域Klb為主而流動（ΧΓ方向），接下來在下游側(cè)的基體材料Κ2中，廢氣同樣 以窩孔密度低而氣體容易流動的中央?yún)^(qū)域K2a為主而流動。
[0010] 然而，如圖8所示那樣，在廢氣相對于催化轉(zhuǎn)化器最初流入的上游側(cè)的基體材料 Kl的中央?yún)^(qū)域Kla的窩孔密度高的形態(tài)下，對于流入該中央?yún)^(qū)域Kla的流速分布高的廢氣 流動造成的壓力損失高，作為結(jié)果，由于廢氣向基體材料Kl的流動被阻礙，因此廢氣向催 化轉(zhuǎn)化器的流入量降低。
[0011] 而且，若這樣廢氣相對于催化轉(zhuǎn)化器的流入量下降，則對于催化轉(zhuǎn)化器的熱供給 也會自然降低，發(fā)動機起動之后的預(yù)熱性會降低。隨著該發(fā)動機剛起動之后的預(yù)熱性的降 低，促進HC、Nox等的排放（冷排放，cold emission)。
[0012] 另外，日本特開2000-97019公開了在上游側(cè)配置有中央?yún)^(qū)域的窩孔密度高的基 體材料、并在下游側(cè)配置有窩孔密度均勻的基體材料的構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)化器（此處為汽車用 排氣處理裝置）。
[0013] 但是，即使根據(jù)日本特開2000-97019所公開的催化轉(zhuǎn)化器，也與日本特開平 9-317454同樣，由于上游側(cè)的基體材料的中央?yún)^(qū)域的窩孔密度高，因此阻礙廢氣流動，廢氣 的流入量降低這樣的問題依然存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明在于提供一種催化轉(zhuǎn)化器，其發(fā)動機剛起動之后的預(yù)熱性較好，并且有效 活用催化劑整體而廢氣凈化性能優(yōu)良。
[0015] 本發(fā)明的形態(tài)的催化轉(zhuǎn)化器涉及如下的催化轉(zhuǎn)化器：包括串聯(lián)搭載的上游側(cè)的第 1基體材料和下游側(cè)的第2基體材料，每個所述第1基體材料和所述第2基體材料是窩孔 結(jié)構(gòu)且廢氣在所示第1基體材料和所述第2基體材料流通，第1基體材料的窩孔密度均一， 第2基體材料包括具有第一窩孔密度的中央?yún)^(qū)域和具有第二窩孔密度的周邊區(qū)域，所述第 二窩孔密度比所述第一窩孔密度低。
[0016] 上述催化轉(zhuǎn)化器涉及從廢氣流動的上游側(cè)依次具有第1、第2這2個窩孔結(jié)構(gòu)的 基體材料的串聯(lián)型的催化轉(zhuǎn)化器，第1基體材料整體采用窩孔密度均勻的基體材料，位于 下游側(cè)的第2基體材料是中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域相比窩孔密度高的基體材料。通過該構(gòu)成， 由于一方的基體材料的窩孔密度均一，因此與2個基體材料都使窩孔密度變化的形態(tài)相 比，在易于制造的方面具有優(yōu)點。并且，通過將廢氣在位于下游側(cè)的第2基體材料的截面內(nèi) 的流速分布盡可能緩和來實現(xiàn)其均一化，從而該效果也會波及到位于上游側(cè)的第1基體材 料，廢氣在第1基體材料的截面內(nèi)的流速分布也被盡可能地緩和，從而實現(xiàn)其均一化。其結(jié) 果是，能夠有效利用第1、第2基體材料所有的催化劑，能夠提高廢氣凈化性能。
[0017] 這樣，對于串聯(lián)型的2個基體材料，通過使下游側(cè)的基體材料的截面內(nèi)的窩孔密 度變化來實現(xiàn)廢氣的流速分布的均一化，從而該效果也有助于廢氣在位于上游側(cè)且窩孔密 度均勻的基體材料中的流速分布的均一化，這樣的作用是由上述催化轉(zhuǎn)化器起到的新穎的 作用。
[0018] 而且，由于位于上游側(cè)的基體材料的窩孔密度均勻，例如由于中央?yún)^(qū)域不是高的 窩孔密度，因此抑制了廢氣最初流入的上游側(cè)的基體材料對于廢氣流動的造成壓力損失的 上升，保證了良好的廢氣流動及因此導(dǎo)致的對于催化轉(zhuǎn)化器的良好的熱供給，保證了發(fā)動 機剛起動之后的尚預(yù)熱性。
[0019] 此外，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人等的驗證，通過在第2基體材料中將中央?yún)^(qū)域的第一 窩孔密度相對于周邊區(qū)域的第二窩孔密度設(shè)定在大于1倍、且2倍以下的范圍，從而證實了 成為排放減少效果極高的催化轉(zhuǎn)化器。
[0020] 此處，作為使用的窩孔結(jié)構(gòu)的基體材料，除了由氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅的復(fù)合 氧化物構(gòu)成的堇青石（cordierite)、碳化娃等陶瓷原材料構(gòu)成的基體材料之外，能夠例舉 出金屬原材料等陶瓷原材料以外的原材料的基體材料。另外，其構(gòu)成能夠采用具備四邊形、 六邊形、八邊形等許多格狀輪廓的窩孔的所謂的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
[0021] 另外，作為構(gòu)成在基體材料的窩孔壁面上形成的催化劑層的載體，能夠例舉出以 是多孔氧化物的氧化鈰（CeO2)、氧化鋯（ZrO 2)和氧化鋁（Al2O3)的至少1種作為主成分的氧 化物，能夠例舉出由Ce0 2、Zr〇dP Al 203的任意一種構(gòu)成的氧化物、由二種以上構(gòu)成的復(fù)合氧 化物（所謂的CZ材料即CeO 2-ZrO2化合物、作為擴散阻擋層導(dǎo)入有Al 203的Al 203-Ce02-Zr02 三元系復(fù)合氧化物（ACZ材料）等）。
[0022] 上述催化轉(zhuǎn)化器優(yōu)選具有耐熱沖擊性優(yōu)良的堇青石蜂窩載體，但除此之外也可以 是電氣加熱式的催化轉(zhuǎn)化器（EHC:Electrically Heated Converter)。該電氣加熱式的催 化轉(zhuǎn)化器是如下的催化轉(zhuǎn)化器：例如在蜂窩催化劑上安裝一對電極，通過將電極通電來加 熱蜂窩催化劑，使蜂窩催化劑的活性提高從而將通過該催化轉(zhuǎn)化器的廢氣無害化，該催化 轉(zhuǎn)化器通過應(yīng)用于將車輛發(fā)動機和消聲器相連的廢氣的排氣系統(tǒng)，從而能夠除了凈化常溫 時的廢氣外，還在冷時利用電氣加熱使催化劑活化來對廢氣進行凈化。
[0023] 從以上的說明可以理解，根據(jù)上述催化轉(zhuǎn)化器，涉及串聯(lián)搭載有廢氣流動的上游 側(cè)的第1基體材料和下游側(cè)的第2基體材料而成的催化轉(zhuǎn)化器，第1基體材料的窩孔密度 均一，第2基體材料由窩孔密度相對高的中央?yún)^(qū)域和窩孔密度相對低的周邊區(qū)域構(gòu)成，從 而能夠保證廢氣相對于催化轉(zhuǎn)化器的良好的流入而促進對于催化轉(zhuǎn)化器的熱供給，能夠提 高使發(fā)動機剛起動之后的預(yù)熱性而提高冷排放減少效果。另外，由于僅使下游側(cè)的第2基 體材料截面內(nèi)的窩孔密度變化，因此與2個基體材料的窩孔密度都變化的形態(tài)相比，能夠 享有在易于制造的方面的優(yōu)點。并且，通過將廢氣在位于下游側(cè)的第2基體材料的截面內(nèi) 的流速分布盡可能緩和來實現(xiàn)其均一化，從而該效果也會波及到位于上游側(cè)的第1基體材 料，廢氣在第1基體材料的截面內(nèi)的流速分布也被盡可能地緩和而實現(xiàn)其均一化，作為結(jié) 果，能夠有效利用第1、第2基體材料所有的催化劑，能夠?qū)崿F(xiàn)廢氣凈化性能的提高。
【附圖說明】
[0024] 下面，參照【附圖說明】本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術(shù)上和工業(yè)上的 重要性，在附圖中，同樣的附圖標記指代同樣的元件，其中：
[0025] 圖1是說明本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器介在其間的廢氣的排氣系統(tǒng)的示意圖。
[0026] 圖2是說明本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器的實施方式的示意圖。
[0027] 圖3是說明廢氣在基體材料的截面內(nèi)的流速分布的圖，且是示出了對上游側(cè)的基 體材料的截面內(nèi)的流速分布進行驗證的實驗結(jié)果的圖。
[0028] 圖4是示出了對上游側(cè)的基體材料的截面內(nèi)的流速分布進行驗證的實驗結(jié)果的 圖。
[0029] 圖5是示出了與上游側(cè)的基體材料的催化劑的排放比相關(guān)的實驗結(jié)果的圖。
[0030] 圖6是示出了對下游側(cè)的基體材料的中央?yún)^(qū)域和周邊區(qū)域的窩孔密度比、與排放 比的相關(guān)性進行確定的實驗結(jié)果的圖。
[0031] 圖7是說明【背景技術(shù)】的催化轉(zhuǎn)化器的實施方式的示意圖。
[0032] 圖8是說明【背景技術(shù)】（日本特開平9-317454公開）的催化轉(zhuǎn)化器的實施方式的 示意圖。