專(zhuān)利名稱(chēng)：汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，更詳細(xì)講，是關(guān)于在以蜂窩形狀構(gòu)成形成涂敷層的數(shù)個(gè)貫通部的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的單元結(jié)構(gòu)中，將單元擠壓成型為與催化劑載體形成一體型的圓形結(jié)構(gòu)，使涂敷層形成均勻的分布度，同時(shí)，減小單元行間的垂直高度，以相對(duì)增大單元的密度，由此可提高整個(gè)催化劑轉(zhuǎn)換器排氣的凈化效率的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
一般講，汽車(chē)使用揮發(fā)性油等礦物燃料產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)所需要的動(dòng)力，但就其結(jié)構(gòu)特性講，由于燃料的不完全燃燒，而產(chǎn)生象一氧化碳和氮氧化物等對(duì)人體有害的排氣，故在因燃料的不完全燃燒而產(chǎn)生有害成分的車(chē)體的各部分中，具有使揮發(fā)性油等燃料燃燒的燃燒室、將空氣和燃料混合的吸氣系統(tǒng)和排出排氣的排氣系統(tǒng)等多樣的裝置，以最大限度地抑制上述有害氣體的產(chǎn)生量。
尤其是，在汽車(chē)將排氣向外部排出的排氣管間，附著有催化劑轉(zhuǎn)換器以去除排氣中的有害成分，但是，上述催化劑轉(zhuǎn)換器使用將排氣中的一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)氧化，轉(zhuǎn)化成二氧化碳(CO2)和水(H2O)的氧化催化劑，和將氮化物(NOx)分別還原成氮(N2)和二氧化碳(CO2)的還原催化劑，為了滿(mǎn)足反應(yīng)所需要的溫度和排氣滯留時(shí)間等要件，在加大催化劑轉(zhuǎn)換器的有效面積的同時(shí)，還要在殼體內(nèi)安裝其表面附著催化劑的粒子狀催化劑載體。
一方面，上述催化劑載體形成特定的結(jié)構(gòu)體，在該結(jié)構(gòu)體表面上，涂敷能引起排氣中有害成分氧化和還原反應(yīng)的催化劑。
因此，經(jīng)由上述排氣管流入殼體內(nèi)部的排氣，與涂敷在催化劑載體上的催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)，隨后進(jìn)入流出口。
作為這種催化劑載體實(shí)例，可舉出日本特開(kāi)昭56-147637號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的，單元截面形狀為三角形、四角形(圖2)、六角形，在各單元的角部設(shè)有規(guī)定大小的圓角部(fillet)的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
在日本特開(kāi)昭62-225250號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種在六角形單元的單元右部上設(shè)有彎曲部(1mm以上)的蜂窩結(jié)構(gòu)體。
同樣，在日本特開(kāi)平7-39760號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了在間隔厚度為0.05～0.15mm、開(kāi)口率為0.65～0.95的確定了高密度上下限的蜂窩結(jié)構(gòu)體中，使用了六角形單元。在日本特開(kāi)平8-193512號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種由配置在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的六角形單元形成的蜂窩結(jié)構(gòu)體，在日本特開(kāi)平11-320723號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了一種軸壓縮破壞強(qiáng)度比平均為0.9以上的六角單元的蜂窩結(jié)構(gòu)體(圖3)。
圖4和圖5是表示900cpsi(Cell per square inch)/2.5mil(mili inch)密度的催化劑載體的四角形單元結(jié)構(gòu)的照片，在單元140和單元通路間隔110之間，涂敷了含有貴金屬的涂敷層(例如氧化鋁(Al2O3)等)130，如上所述，現(xiàn)有的由四角形和六角形單元結(jié)構(gòu)形成的催化劑載體100，就其結(jié)構(gòu)講，涂敷層130集中在各個(gè)貫通部120的角部分上，這種分布存在不均勻的問(wèn)題，由此，存在的不足之處是排氣集中在某一部位，或者偏重于一方等，催化劑載體100不能充分發(fā)揮自身的功能。
如圖6～圖8所示，四角形單元結(jié)構(gòu)和六角形單元結(jié)構(gòu)的單元通路間隔110，是由形成恒定壁厚的直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，存在的問(wèn)題是由排氣(氧化鐵)可腐蝕的部位遍及整體。
尤其是，現(xiàn)有的六角形單元結(jié)構(gòu)，為了制作形成高密度，必須制作單元密度大的類(lèi)型，由于結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，而帶來(lái)的問(wèn)題是難以制作600cpsi以上的高密度型。
因此，為解決由現(xiàn)有的多角形單元結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的問(wèn)題，在日本特開(kāi)平7-243322號(hào)公報(bào)中，提出一種由圓形單元結(jié)構(gòu)形成的金屬載體(Metallic support)，如圖9所示，上述金屬載體是將由圓形形成的數(shù)個(gè)金屬材料管110′形成捆狀的載體，結(jié)構(gòu)是將涂敷成分涂敷在上述金屬材料管110′的內(nèi)徑和外徑上。
然而，上述圓形單元結(jié)構(gòu)的金屬載體存在如下問(wèn)題，第一，就材料特性方面講，由于沒(méi)有氣孔，所以涂敷成分不能緊密地黏附在載體表面上，為了克服此問(wèn)題，必須進(jìn)行表面蝕刻，然而如圖9所示，由于是由細(xì)小金屬材料管110′的結(jié)合所構(gòu)成，所以存在的問(wèn)題是上述表面蝕刻不容易進(jìn)行，而且費(fèi)用也增加。
第二，取出最小厚度的金屬材料管110′，將其進(jìn)行積層后，制作成載體，所以管與管結(jié)合的邊界部位的單元厚度增加，由此，相對(duì)減小了貫通部分(OFAOpen Frontal Area)111′的面積。
這種貫通部分111′的減小，延長(zhǎng)了催化劑活性化的溫度，降低了催化劑的凈化效率，同時(shí)，由于排氣難以排出，而導(dǎo)致背壓上升。
為了制作與陶瓷催化劑載體相同的貫通部111′，使金屬材料管110′的厚度減小時(shí)，當(dāng)暴露在900℃以上的排氣中時(shí)，上述金屬材料管110′的很薄部分產(chǎn)生熔化的問(wèn)題。
第三，根據(jù)上述理由，必須加大單元的厚度，由此帶來(lái)的問(wèn)題是延遲了催化劑活性化的到達(dá)時(shí)間。
第四，當(dāng)上述金屬材料管110′的內(nèi)徑和外徑全部涂敷時(shí)，在金屬材料管110′外徑上的涂敷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于內(nèi)徑上的涂敷量，由此管與管的外徑形成的貫通部112′的截面積減小，截面的形狀也不再是圓形，形成排氣不能通過(guò)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也形成作為催化劑的貴金屬的活性度非常低的結(jié)構(gòu)。
在金屬材料管110′的外徑上不涂布涂敷成分時(shí)，在外徑形成的貫通部112′中，排氣在未凈化的情況下就被排出，結(jié)果導(dǎo)致催化劑整體的凈化效率降低。
為了防止這種現(xiàn)象，將上述貫通部112′隔斷，導(dǎo)致加工過(guò)程非常復(fù)雜，誘發(fā)費(fèi)用升高的問(wèn)題。
第五，就上述金屬載體100′的制作而言，必須將管與管形成積層而制作，尤其是，在密度為900cpsi/2.5mil，直徑為110mm的催化劑時(shí)，單元數(shù)可達(dá)到13500。
將它們焊接或利用其他方法成捆制作載體時(shí)，存在的問(wèn)題是導(dǎo)致生產(chǎn)單價(jià)的極大升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為解決上述問(wèn)題而提出的，其目的是提供一種汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)。將汽車(chē)催化劑載體的單元結(jié)構(gòu)形成為圓形結(jié)構(gòu)的陶瓷一體型單元結(jié)構(gòu)，在使涂敷層形成均勻分布的同時(shí)，減小單元行間的垂直高度，以增大單元密度，由此充分確保催化劑載體與排氣之間接觸的反應(yīng)條件，從而提高催化劑轉(zhuǎn)換器整體排氣的凈化效率。
以下對(duì)為達(dá)到上述目的的本發(fā)明特征進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的特征是通過(guò)擠壓成型工序，以蜂窩形狀構(gòu)成形成有涂敷層130的數(shù)個(gè)貫通部120，該涂敷層130使排氣一邊通過(guò)催化劑載體100的內(nèi)側(cè)，一邊進(jìn)行氧化和還原作用，在如此構(gòu)成的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的單元結(jié)構(gòu)中，被單元通路間隔11分隔的由貫通部12和涂敷層13構(gòu)成的單元14，以與催化劑載體10形成一體型的圓形結(jié)構(gòu)進(jìn)行分布。
本發(fā)明的另一特征是，上述單元14的配列是以等間距、連續(xù)重復(fù)的正規(guī)交錯(cuò)配列所形成的。
本發(fā)明的另一特征是，形成上述單元通路間隔11的最小厚度范圍，在單元14密度為400cpsi以上的范圍內(nèi)，具有165μm以下的厚度。


圖1是本發(fā)明汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圖形單元結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是現(xiàn)有的催化劑載體的四角形單元結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是現(xiàn)有的催化劑載體的六角形單元結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是現(xiàn)有的密度為900cpsi/2.5mil的催化劑載體的四角形單元結(jié)構(gòu)的照片。
圖5是已知涂敷層分布的圖4的放大圖。
圖6是現(xiàn)有四角形單元結(jié)構(gòu)的單元通路間隔的破壞狀態(tài)的圖。
圖7是現(xiàn)有四角形單元結(jié)構(gòu)的單元通路間隔的破壞狀態(tài)的圖。
圖8是現(xiàn)有六角形單元結(jié)構(gòu)的單元通路間隔的破壞狀態(tài)的圖。
圖9是現(xiàn)有圓形單元結(jié)構(gòu)的金屬載體的圖。
符號(hào)說(shuō)明10催化劑載體；11單元通路間隔；12貫通部；13涂敷層；14單元。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成。
圖1是本發(fā)明的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)例，是將陶瓷原料供入擠壓器內(nèi)由模具擠出，形成具有一定截面的連續(xù)體的、通過(guò)擠壓成型工序而制作的催化劑載體10，截面形狀呈蜂窩形狀，可最大限度地確保與排氣的接觸面積，通過(guò)利用上述蜂窩形狀的貫通部12，使排氣通過(guò)，通過(guò)接觸引發(fā)氧化和還原作用，以提高排氣的凈化性能，尤其是由單元通路間隔11形成分隔的單元結(jié)構(gòu)，因其形狀和材質(zhì)的差異，會(huì)產(chǎn)生很大的不同。
如圖1所示，本發(fā)明是通過(guò)擠壓成型工序，由與催化劑載體10形成一體型的圓形單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成，由上述圓形結(jié)構(gòu)形成的貫通部12的內(nèi)徑，含有許多氣孔，所以含有貴金屬的涂敷層13很容易附著在催化劑載體10的表面上，并且由能耐高溫排氣的陶瓷材質(zhì)形成。
如上所述，由圓形構(gòu)成的貫通部12的內(nèi)徑，使涂敷層13容易附著，上述涂敷層13也會(huì)和單元形狀一樣形成圓形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，只在排氣通過(guò)的內(nèi)徑部位上涂敷，進(jìn)而可形成很薄的涂敷層13，所以與現(xiàn)有的圓形單元結(jié)構(gòu)的金屬載體100′相比，其長(zhǎng)處是貴金屬的活性應(yīng)用程度非常高，由此可節(jié)省涂敷劑。
現(xiàn)有的單元結(jié)構(gòu)是以四角形或六角形形成，涂敷層130的分布集中或偏重于其貫通部120的角處，這不僅降低了貴金屬活性應(yīng)用程度，還具有催化劑凈化效率低下的問(wèn)題，通過(guò)本發(fā)明這種狀況得以解決。
一方面，上述單元通路間隔11，共有單元14和單元14，即兩個(gè)單元14，所以與現(xiàn)有的圓形單元結(jié)構(gòu)的金屬載體比較，可形成厚度很薄的單元通路間隔11。由此，其長(zhǎng)處是可減少催化劑達(dá)到活性化的到達(dá)時(shí)間，在某種程度上提高了排氣的凈化性能。
在本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)例中，在單元14密度為400cpsi以上的范圍內(nèi)，形成的上述單元通路間隔11的最小厚度范圍，優(yōu)選具有165μm以下的厚度。
上述單元通路間隔11具有在單元14和單元14之間，中央部具有最小間隔、兩側(cè)部具有最大的間隔的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的由一定直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)形成的多角形結(jié)構(gòu)的催化劑載體相比，由排氣(氧化鐵)可破壞的部位(強(qiáng)度弱的部位)是上述具有最小間隔的中央部位，整體狹窄地形成，故在機(jī)械特性方面，從單元結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度方面發(fā)揮了優(yōu)良的效果。
上述圓形單元結(jié)構(gòu)，與上述催化劑載體10構(gòu)成一體型，其配列是由等間隔、連續(xù)重復(fù)的正規(guī)交錯(cuò)配列形成，通過(guò)縮小單元14間的垂直高度，所以增大了單元密度。如圖1所示，a表示單元14的直徑，t表示單元通路間隔11的厚度。單元14的行間垂直高度h2，采用三角比的定理(a+t)sin60°、即，以 表示。
單元14間的間隔比現(xiàn)有的多角形結(jié)構(gòu)催化劑載體中的單元間隔要小，這就是增大單元密度的原因。由此，可充分確保催化劑載體10與排氣之間的接觸反應(yīng)條件，并能提高催化劑轉(zhuǎn)換器整體的排氣凈化效率。
如上所述，本發(fā)明汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，使涂敷層的分布度均勻，降低了單元的垂直高度，從而增大了單元的密度，從而充分確保了催化劑載體與排氣間的接觸反應(yīng)條件，不僅提高了催化劑的整體排氣凈化效率，而且也能獲得為了同等凈化排氣而減少催化劑貴金屬量的效果。
權(quán)利要求
1.一種汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，其通過(guò)擠壓成型工序，將形成有涂敷層(130)的多個(gè)貫通部(120)形成為蜂窩形狀，該涂敷層(130)使排氣一邊通過(guò)催化劑載體(100)的內(nèi)側(cè)，一邊發(fā)揮氧化和還原作用，其特征在于，被單元通路間隔(11)分隔的由貫通部(12)和涂敷層(13)構(gòu)成的單元(14)，分布為與催化劑載體(10)形成為一體型的圓形結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元(14)的配列是由以等間隔、連續(xù)重復(fù)的正規(guī)交錯(cuò)配列所形成。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述單元通路間隔(11)的最小厚度范圍形成為在單元(14)的密度為400cpsi以上的范圍內(nèi)，具有165μm以下的厚度。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于汽車(chē)用陶瓷催化劑載體的一體型圓形單元結(jié)構(gòu)，其通過(guò)擠壓成型工序，在催化劑載體的內(nèi)側(cè)上，將形成有涂敷層的多個(gè)貫通部形成為蜂窩形狀，該涂敷層邊使排氣通過(guò)邊發(fā)揮氧化和還原作用，被單元通路間隔分隔的由貫通部和涂敷層構(gòu)成的單元，分布為與催化劑載體形成為一體型的圓形結(jié)構(gòu)。在使涂敷層分布均勻的同時(shí)，減小單元行間的垂直高度，從而增大單元密度，由此可充分確保催化劑載體與排氣間的接觸反應(yīng)條件，并能提高催化劑轉(zhuǎn)換器的整體排氣凈化效率。
文檔編號(hào)B29C47/20GK1523206SQ20031012381
公開(kāi)日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月17日
發(fā)明者崔命植 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社