催化轉(zhuǎn)化器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種構(gòu)成用于排氣的排氣系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種產(chǎn)業(yè)中，在世界范圍內(nèi)正在進(jìn)行減小環(huán)境影響的各種努力。其中，在汽車工業(yè)中每天都在努力普及所謂的環(huán)保車，例如混合動(dòng)力車輛和電動(dòng)車輛，當(dāng)然還有具有優(yōu)良的燃料經(jīng)濟(jì)性能的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛，并且在進(jìn)行研發(fā)以進(jìn)一步提高這些車輛的性能。
[0003]用于凈化排氣的催化轉(zhuǎn)化器通常配置在將車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接到消聲器的用于排氣的排氣系統(tǒng)中。
[0004]發(fā)動(dòng)機(jī)排出有害物質(zhì)，例如未燃燒的HC和V0C。為了將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成容許的物質(zhì)，在包括多個(gè)網(wǎng)格的基底的網(wǎng)格壁面上形成有貴金屬催化劑，例如鈀或鉑。更具體地，在多個(gè)網(wǎng)格的網(wǎng)格壁面上沿基底的長度方向即沿排氣流動(dòng)的方向形成催化劑層。當(dāng)排氣通過設(shè)置有具有這種結(jié)構(gòu)的基底的催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，CO因此轉(zhuǎn)化成C02，NOx轉(zhuǎn)化成隊(duì)和O2,并且VOC燃燒而生成0)2和H 20。
[0005]在典型的催化轉(zhuǎn)化器中，基底的網(wǎng)格密度均勻，設(shè)置有網(wǎng)格的基底例如具有蜂窩結(jié)構(gòu)。由于在基底的截面中央?yún)^(qū)域中排氣的流速分布高于在截面周邊區(qū)域中排氣的流速分布，故整個(gè)基底的催化劑層不能被充分利用。
[0006]因此，考慮到這種排氣流速分布，通過使催化轉(zhuǎn)化器在基底的中央?yún)^(qū)域比在基底的截面周邊區(qū)域具有更高的網(wǎng)格密度，能夠盡快地減小基底的截面中流速分布的差異，從而使有效利用整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的催化劑層的排氣凈化成為可能。
[0007]另外，以這種方式改變基底的截面中的網(wǎng)格密度也使得催化轉(zhuǎn)化器中的壓力損失能夠減小，這也有助于改善排氣凈化性能。
[0008]催化轉(zhuǎn)化器與供經(jīng)凈化的排氣從該催化轉(zhuǎn)化器流出的下游側(cè)的排氣管之間的關(guān)系對(duì)于提高整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的排氣轉(zhuǎn)化效率和減小壓力損失也非常重要。需要綜合地設(shè)計(jì)催化轉(zhuǎn)化器，包括催化轉(zhuǎn)化器下游側(cè)的排氣管。
[0009]日本專利申請(qǐng)公報(bào)N0.2008-18370 (JP 2008-18370 A)關(guān)注于催化轉(zhuǎn)化器與上游側(cè)排氣管之間的關(guān)系，并記載了一種陶瓷催化劑體部，其中，與上游側(cè)排氣管的相對(duì)于基底的投影部分對(duì)應(yīng)的基底部分的開口率小于與該投影部分外側(cè)的部分對(duì)應(yīng)的基底部分的開口率。
[0010]JP 2008-18370 A中記載的陶瓷催化劑體部關(guān)注于催化轉(zhuǎn)化器的上游側(cè)排氣管與構(gòu)成催化轉(zhuǎn)化器的基底的網(wǎng)格密度之間的關(guān)系。通過該陶瓷催化劑體部也能夠提高排氣凈化性能。然而，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成催化轉(zhuǎn)化器的基底與該催化轉(zhuǎn)化器的下游側(cè)排氣管之間的關(guān)系對(duì)于排氣凈化性能比催化轉(zhuǎn)化器的上游側(cè)排氣管與構(gòu)成該催化轉(zhuǎn)化器的基底之間的關(guān)系更重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明通過規(guī)定構(gòu)成催化轉(zhuǎn)化器的基底與該催化轉(zhuǎn)化器的下游側(cè)排氣管之間的關(guān)系而提供一種具有優(yōu)良的排氣凈化性能的催化轉(zhuǎn)化器。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器包括與供排氣流過的排氣管連接的外管。該外管包括筒部、上游側(cè)錐形部和下游側(cè)錐形部，所述上游側(cè)錐形部從所述筒部的一端以其截面在直徑上變小的方式延伸并且在相對(duì)于排氣流的上游側(cè)與所述排氣管連接，所述下游側(cè)錐形部從所述筒部的另一端以其截面在直徑上變小的方式延伸并且在相對(duì)于所述排氣流的下游側(cè)與所述排氣管連接。所述催化轉(zhuǎn)化器還包括配置在所述外管的所述筒部的內(nèi)部的具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基底。在所述基底的網(wǎng)格壁面上形成有催化劑層，在所述催化劑層中在載體上載持有貴金屬催化劑。所述基底構(gòu)造成使得在與所述基底的長度方向正交的截面中位于中央?yún)^(qū)域的網(wǎng)格密度不同于位于周邊區(qū)域的網(wǎng)格密度，所述中央?yún)^(qū)域的網(wǎng)格密度高于所述周邊區(qū)域的網(wǎng)格密度。所述基底使得在所述排氣管與所述下游側(cè)錐形部的連接部的截面被投影到所述基底上時(shí)的投影部分落在所述中央?yún)^(qū)域內(nèi)。
[0013]本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器包括具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的帶催化劑層的基底，該基底配置在由筒部形成的金屬外管的中空內(nèi)部，該筒部位于在一端的上游側(cè)錐形部和在另一端的下游側(cè)錐形部之間，這兩個(gè)錐形部都朝外側(cè)在直徑上變小。使基底具有網(wǎng)格密度相對(duì)高的中央?yún)^(qū)域和網(wǎng)格密度相對(duì)低的周邊區(qū)域使得中央?yún)^(qū)域與周邊區(qū)域之間的排氣流速分布的差異能夠小于網(wǎng)格密度均勻的基底。
[0014]此外，當(dāng)下游側(cè)的排氣管與外管的其截面積小于基底的截面積的下游側(cè)錐形部的連接部被投影到基底上時(shí)形成的投影部分會(huì)落在中央?yún)^(qū)域內(nèi)。因此，能夠提高排氣凈化性會(huì)K。
[0015]從催化轉(zhuǎn)化器的下游側(cè)流出的經(jīng)凈化的排氣穿過外管的下游側(cè)錐形部并進(jìn)入下游側(cè)的排氣管。因此，即使通過使基底的截面中中央?yún)^(qū)域的網(wǎng)格密度不同于周邊區(qū)域的網(wǎng)格密度而試圖使整個(gè)截面的流速分布均衡，與在供排氣流出的下游側(cè)的排氣管的截面被投影到基底上時(shí)的投影部分對(duì)應(yīng)的基底部分處的排氣的流速實(shí)際上快于其它基底部分處的流速。
[0016]因此，通過將該投影部分安排在基底的中央?yún)^(qū)域(即網(wǎng)格密度高的區(qū)域)內(nèi)部，能使排氣有效地流過網(wǎng)格密度高且催化劑的量多的中央?yún)^(qū)域，從而能夠促進(jìn)該排氣的凈化。由此，能夠提高整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的排氣凈化性能。
[0017]這里，具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基底可由陶瓷材料如堇青石或碳化硅制成。包括多個(gè)具有格子廓形的網(wǎng)格的所謂的蜂窩結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于具有網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基底，所述格子廓形是四方形、六角形或八角形等。
[0018]此外，多孔質(zhì)氧化物是構(gòu)成形成在基底的網(wǎng)格壁面上的催化劑層的載體的一個(gè)可能的示例?？尚纬蛇@樣的催化劑層，其中在該載體上載持有一種或兩種或更多種類型的貴金屬催化劑，如銠、鈀和鉑。
[0019]本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器具有具備優(yōu)良的耐熱沖擊性的堇青石蜂窩載體，但所述催化轉(zhuǎn)化器也可以是電加熱式催化轉(zhuǎn)化器(EHC:電加熱轉(zhuǎn)化器)。該電加熱式催化轉(zhuǎn)化器設(shè)置有一對(duì)例如附裝于蜂窩催化劑的電極。通過給電極通電來加熱蜂窩催化劑，這又增加了蜂窩催化劑的活性，使得穿過蜂窩催化劑的排氣被凈化。通過將電加熱式催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用于使車輛發(fā)動(dòng)機(jī)連接到消聲器的用于排氣的排氣系統(tǒng)，可通過電加熱將催化劑激活，由此除了在常溫下凈化排氣外還能夠在天氣寒冷時(shí)凈化排氣。
[0020]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器，通過使具有高流速的排氣穿過網(wǎng)格密度高且催化劑的量大的中央?yún)^(qū)域，同時(shí)有效地利用基底的周邊區(qū)域中的催化劑來凈化排氣，能夠促進(jìn)排氣凈化，由此提高整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的排氣凈化性能。
【附圖說明】
[0021]下面將參照【附圖說明】本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義，在附圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的要素，并且其中:
[0022]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器的一個(gè)示例性實(shí)施例連同上游側(cè)和下游側(cè)的排氣管的架構(gòu)模式的視圖；
[0023]圖2是構(gòu)成催化轉(zhuǎn)化器的基底的透視圖；
[0024]圖3A是從圖1中的Y方向觀察的下游側(cè)的排氣管與下游側(cè)錐形部的連接部被投影到基底的截面上的視圖；
[0025]圖3B是圖3A中的投影視圖的另一示例性實(shí)施例的視圖；
[0026]圖3C是圖3A中的投影視圖的又一示例性實(shí)施例的視圖；
[0027]圖4是示出與基底網(wǎng)格的數(shù)量和下游側(cè)排氣管的直徑改變時(shí)的壓力損失比有關(guān)的分析結(jié)果的視圖；
[0028]圖5是確定基底的中央?yún)^(qū)域的直徑d2和連接部的直徑d3之差與催化轉(zhuǎn)化器中的壓力損失之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視圖；
[0029]圖6是確定基底的中央?yún)^(qū)域的直徑d2和連接部的直徑d3之差與催化轉(zhuǎn)化器的NOx凈化量之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視圖；以及
[0030]圖7是確定基底的中央?yún)^(qū)域的直徑d2和連接部的直徑d3之差與NOx凈化量和壓力損失的比率(即NO凈化量/壓力損失)之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器的示例性實(shí)施例。
[0032](催化轉(zhuǎn)化器的示例性實(shí)施例)
[0033]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器的一個(gè)示例性實(shí)施例連同上游側(cè)和下游側(cè)的排氣管的架構(gòu)模式的視圖。圖2是構(gòu)成催化轉(zhuǎn)化器的基底的透視圖。另外，圖3A是從圖1中的Y方向觀察的下游側(cè)錐形部與下游側(cè)排氣管的連接部被投影到基底的截面上的視圖。
[0034]首先將描述本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器10介于用于排氣的排氣系統(tǒng)中的概況。本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器所應(yīng)用的用于排氣的排氣系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、催化轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器、副消聲器和主消聲器，所有這些部件都通過排氣管連接在一起。由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的排氣經(jīng)由排氣管流過各部分，以便被排出。在圖1中示出催化轉(zhuǎn)化器10、催化轉(zhuǎn)化器10的上游側(cè)的排氣管3(下文中也稱為“上游側(cè)排氣管3”)和催化轉(zhuǎn)化器10的下游側(cè)的排氣管4(下文中也稱為“下游側(cè)排氣管4”)。
[0035]催化轉(zhuǎn)化器10包括金屬外管I和配置在外管I的內(nèi)部的基底2。外管I例如由具有一致的截面的筒部la、上游側(cè)錐形部Ib和下游側(cè)錐形部Ic構(gòu)成，所述上游側(cè)錐形部從筒部Ia的