專(zhuān)利名稱(chēng)：催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)化的制作方法
催化轉(zhuǎn)化器的優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)的披露內(nèi)容涉及催化轉(zhuǎn)化器。
背景技術(shù)：
本部分所進(jìn)行的陳述僅提供了與本申請(qǐng)的披露內(nèi)容相關(guān)的背景技 術(shù)信息且可能并未構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了例如一氧化碳(CO )、揮發(fā)性有機(jī)化合物(V0Cs ) 和氮的氧化物(N0x)等排放物。汽車(chē)可包括被設(shè)計(jì)用來(lái)減少這些排放 物的一個(gè)或多個(gè)催化轉(zhuǎn)化器。催化轉(zhuǎn)化器包括涂覆有催化劑的多塊基 板，所述催化劑例如為貴金屬如鉑、銠和/或鈀。在結(jié)構(gòu)方面被設(shè)計(jì)成 使催化劑的最大表面積暴露于從發(fā)動(dòng)機(jī)流出的排出物，并因此通過(guò)與催 化劑進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)而降低排出物中的排放物水平。常規(guī)的催化轉(zhuǎn)化器在該催化轉(zhuǎn)化器的前部部段中提供了更高密度 的催化劑以便促進(jìn)排放物的減少。同時(shí)，常規(guī)的轉(zhuǎn)化器在該催化轉(zhuǎn)化器 的遠(yuǎn)端部段中提供了更低密度的催化劑以便降低成本。更特別地，參見(jiàn) 圖1,圖中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的催化轉(zhuǎn)化器10。催化轉(zhuǎn)化器10包括 允許排出物14進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器IO的入口 12和允許排出物14被排出催 化轉(zhuǎn)化器10的出口 16。催化轉(zhuǎn)化器10包括被布置在催化轉(zhuǎn)化器10的第一子部段20中的 第一基板18和被布置在催化轉(zhuǎn)化器10的第二子部段24中的第二基板 22。第一基板18包括第一催化劑涂層26。催化劑涂層26以第一密度被 均勻地分布在整個(gè)第一基板18上。涂層26通常包括氧化催化劑如鉑和 鈀。第二基板22包括第二催化劑涂層28。第二催化劑涂層28以小于第 一密度的第二密度被均勻地分布在整個(gè)第二基板22上。第二涂層28通 常包括氧化催化劑和還原催化劑如鉑、鈀和銠。該設(shè)計(jì)對(duì)于在較低的排出物溫度和較為寬松的排放標(biāo)準(zhǔn)下使用的 催化轉(zhuǎn)化器而言是一種可行的折衷方案。隨著導(dǎo)致產(chǎn)生了更高的排出物 溫度和更快的催化劑升溫速率的被安裝在更接近發(fā)動(dòng)機(jī)的位置處的催 化轉(zhuǎn)化器的出現(xiàn)，前部部段上的更高密度的催化劑使得在最小的限度上促進(jìn)了排放物的減少。更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)使得需要在更大程度上減少排 放物且不會(huì)大大增加添加到催化劑中的貴金屬的量。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述內(nèi)容，本申請(qǐng)的披露內(nèi)容教導(dǎo)了一種催化轉(zhuǎn)化器。所述催 化轉(zhuǎn)化器包括入口 。基板的第 一子部段位于與所述入口相距第 一距離的 位置處，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化劑涂層?；宓?第二子部段位于與所述入口相距第二距離的位置處，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化劑涂層。所述第二距離大于所述第 一距離且 所述第二密度大于所述第一密度。在其它特征中，提供了 一種形成催化轉(zhuǎn)化器的方法。所述方法包括 將至少一個(gè)基板結(jié)構(gòu)分成多個(gè)子部段；用第一密度的催化劑涂覆所述多 個(gè)子部段中的第一子部段；用大于所述第一密度的第二密度的催化劑涂 覆所述多個(gè)子部段中的第二子部段；將所述第一子部段設(shè)置在與所述催 化轉(zhuǎn)化器的入口相距第 一距離的范圍內(nèi)；并且將所述第二子部段設(shè)置在 與所述入口相距第二距離的范圍內(nèi)，所述第二距離大于所述第 一距離。通過(guò)本文提供的描述將更易于理解其它可應(yīng)用的領(lǐng)域。應(yīng)該理解 所進(jìn)行的描述和特定實(shí)例僅旨在用于示例性的目的且并不旨在限制本 申請(qǐng)的披露內(nèi)容的范圍。


在此所示的附圖僅用于示例性的目的且并不旨在以任何方式限制 本申請(qǐng)的披露內(nèi)容的范圍。圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的催化轉(zhuǎn)化器的剖視圖；圖2是示出了發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的框圖；圖3是根據(jù)本教導(dǎo)的催化轉(zhuǎn)化器的剖視圖；圖4示出了在第一加速周期期間的催化劑溫度與活性催化劑體積；和圖5是示出了根據(jù)本教導(dǎo)的 一種形成催化轉(zhuǎn)化器的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面進(jìn)行的描述在本質(zhì)上僅是示例性的且并不旨在限制本申請(qǐng)的才皮露內(nèi)容及其應(yīng)用或使用。應(yīng)該理解在所有附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記 表示相似或相應(yīng)的部件和特征。現(xiàn)在參見(jiàn)圖2,車(chē)輛30包括控制模塊32、發(fā)動(dòng)機(jī)34、燃料系統(tǒng)36 和排出系統(tǒng)38。節(jié)流閥40與控制模塊32連通以便控制流入發(fā)動(dòng)機(jī)34 的進(jìn)氣歧管35內(nèi)的空氣流。由發(fā)動(dòng)機(jī)34產(chǎn)生的扭力矩與進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)34 內(nèi)的質(zhì)量空氣流量(MAF)成比例。當(dāng)A/F比(空燃比)大于化學(xué)計(jì)量 空燃比時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)34在貧燃條件(即燃料減少的情況)下運(yùn)行。當(dāng)空 燃比小于化學(xué)計(jì)量空燃比時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)34在富燃條件下運(yùn)行。在發(fā)動(dòng)機(jī) 34內(nèi)進(jìn)行的內(nèi)燃產(chǎn)生了排出氣體，所述排出氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)34流向排出 系統(tǒng)38 ，所述排出系統(tǒng)對(duì)排出氣體進(jìn)行處理并且將排出氣體釋放到大氣 中?？刂颇K32與燃料系統(tǒng)36連通以便控制向發(fā)動(dòng)機(jī)34的燃料供應(yīng)。排出系統(tǒng)38包括排氣歧管42、催化轉(zhuǎn)化器44和一個(gè)或多個(gè)氧傳 感器46、 48。催化轉(zhuǎn)化器44通過(guò)提高烴(HC)和一氧化碳(C0)的氧 化率以及氮的氧化物(N0x)的還原率來(lái)控制排放。催化轉(zhuǎn)化器"需要 氧。氧傳感器46測(cè)量進(jìn)入催化劑的氧的量，且氧傳感器48為控制模塊 32提供指示出排出物中氧的水平的反饋。基于氧傳感器的信號(hào)，控制模 塊32將空氣和燃料控制在所需的空氣與燃料(A/F)比以便提供優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)性能并且提供優(yōu)化的催化轉(zhuǎn)化器性能。現(xiàn)在參見(jiàn)圖3,圖中示出了根據(jù)多個(gè)實(shí)施例的典型催化轉(zhuǎn)化器44。 根據(jù)本申請(qǐng)的披露內(nèi)容，催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)的催化劑涂層在通過(guò)催化劑溫度 和催化劑活化溫度進(jìn)行優(yōu)化的變化的密度下被分布在子部段中。換句話 說(shuō)，催化劑涂層的密度根據(jù)催化轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行溫度而產(chǎn)生變化從而優(yōu)化 了效率。例如，由于對(duì)于遠(yuǎn)高于活化溫度的溫度而言催化劑轉(zhuǎn)化效率的 改進(jìn)被削弱，因此在催化轉(zhuǎn)化器的溫度比催化劑活化溫度高得多的位置 處，第一涂層的密度被降低。相反，在催化轉(zhuǎn)化器的溫度更低的位置處， 第二涂層的密度被增加?？梢砸庾R(shí)到根據(jù)本申請(qǐng)的披露內(nèi)容的改變催 化劑涂層密度的方式可應(yīng)用于包括一個(gè)或多個(gè)基板結(jié)構(gòu)的催化轉(zhuǎn)化器。 還可以意識(shí)到可以階梯狀形式或者以連續(xù)或線性的形式施加催化劑涂 層的密度。如圖3所示，典型的催化轉(zhuǎn)化器44包括允許排出物進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化 器44的入口 46和允許排出物被排出催化轉(zhuǎn)化器44的出口 48。催化轉(zhuǎn) 化器44進(jìn)一步包括至少兩個(gè)基板結(jié)構(gòu)50、 52?；褰Y(jié)構(gòu)50、 52可包括被成形為蜂巢結(jié)構(gòu)、球珠結(jié)構(gòu)或類(lèi)似結(jié)構(gòu)中的一種的陶資結(jié)構(gòu)。兩個(gè)基 板結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)還可根據(jù)旨在實(shí)現(xiàn)的功能而產(chǎn)生變化。第一基板結(jié)構(gòu)50進(jìn)一步包括第一子部段54和第二子部段56。第一子部,史54位于與 入口 46相距第一距離的位置處。第二子部段56位于與入口 46相距第 二距離的位置處，所述第二距離大于第一距離。第一基板結(jié)構(gòu)50內(nèi)的 第一子部段54涂覆有第一密度的催化劑。第一涂層可包括減少烴和一 氧化碳排放物的氧化催化劑。該氧化催化劑包括，但不限于，鈀、鉑和 /或類(lèi)似催化劑。第一基板結(jié)構(gòu)50內(nèi)的第二子部段56涂覆有第二密度 的催化劑。該第二密度大于第一密度。第二涂層可包括如上所述的減少 了烴和一氧化碳排放物的氧化催化劑，且所述第二涂層還可包括減少 N0x的催化劑如銠。第二基板結(jié)構(gòu)52進(jìn)一步包括第一子部段58和第二子部段60。第 一子部段58位于與入口 46相距第三距離的位置處。第三距離大于第二 距離。第二子部段60位于與入口 46相距第四距離的位置處。第四距離 大于第三距離。第二基板結(jié)構(gòu)52的第一子部段58包括根據(jù)小于或等于 第二密度的第三密度進(jìn)行涂覆的催化劑的第三涂層。第三涂層既可包括 氧化催化劑又可包括還原催化劑，所述氧化催化劑和還原催化劑同時(shí)減 少了CO、烴和NOx的排放物。催化劑包括，但不限于，柏、鈀、銠和/ 或類(lèi)似催化劑。第二基板結(jié)構(gòu)52的第二子部段60包括根據(jù)小于第一密 度、第二密度和第三密度的第四密度進(jìn)行涂覆的催化劑的第四涂層。繼續(xù)參見(jiàn)圖3且現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，圖4是示出了在第一加速周期期間 的催化劑溫度和轉(zhuǎn)化效率數(shù)據(jù)的曲線圖。催化劑溫度沿左側(cè)y軸被示作 62。轉(zhuǎn)化效率沿右側(cè)y軸被示作64。在沿根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的催化轉(zhuǎn)化器 10的中心軸線(Y)的點(diǎn)A、 B、 C、 D和E處的催化劑轉(zhuǎn)化效率數(shù)據(jù)被示 作66。在沿圖3所示的催化轉(zhuǎn)化器44的中心軸線(Y)的大體上相似的 點(diǎn)A、 B、 C、 D和E處的催化劑轉(zhuǎn)化效率數(shù)據(jù);陂示作68。催化劑溫度數(shù) 據(jù)被示作70。如72所示，在相同的催化劑溫度下，在B點(diǎn)與D點(diǎn)之間 的子部段中的增加的密度使得提供了更高的轉(zhuǎn)化效率?；诖呋瘎囟榷取?； 、 ^ ''"為了進(jìn)一步說(shuō)明本申請(qǐng)的披露內(nèi)容中的催化轉(zhuǎn)化器，圖5示出了一 種對(duì)將要在催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)形成的基板結(jié)構(gòu)進(jìn)行涂覆的典型方法。可以意識(shí)到可以改變的順序?qū)嵤┰摲椒ǖ牟襟E。因此，本申請(qǐng)的披露內(nèi)容不 限于按圖5所示的順序?qū)嵤?。該典型方法通常被示?0。該典型方法自 步驟82開(kāi)始。在步驟84中確定基板結(jié)構(gòu)的第一子部段?？苫诖呋瘎?溫度和催化劑活化溫度中的至少一個(gè)來(lái)確定該第一子部段的面積。在步 驟86中根據(jù)第一密度用第一催化劑涂層涂覆基板結(jié)構(gòu)的第一子部段。 在步驟88中確定基板結(jié)構(gòu)的第二子部段?？苫诖呋瘎囟群痛呋瘎?活化溫度中的至少一個(gè)來(lái)確定第二子部段的面積。在步驟90中根據(jù)大 于第一密度的第二密度用第二涂層涂覆基板結(jié)構(gòu)的第二子部段。在步驟 92中在與催化轉(zhuǎn)化器的入口相距第一距離的位置處形成基板結(jié)構(gòu)。在步驟94中確定第二基板結(jié)構(gòu)的第一子部段?？苫诖呋瘎囟?和催化劑活化溫度中的至少一個(gè)來(lái)確定該第一子部段的面積。在步驟96 中根據(jù)第三密度用第三催化劑涂層涂覆第二基板結(jié)構(gòu)的第一子部段。在 步驟98中確定第二基板結(jié)構(gòu)的第二子部段。可基于催化劑溫度和催化 劑活化溫度中的至少一個(gè)來(lái)確定該第二子部段的面積。該第二子部段的 面積可小于該第一子部段的面積。在步驟100中根據(jù)第四密度用第四催 化劑涂層涂覆第二基板結(jié)構(gòu)的第二子部段。第四密度小于第三密度。在 步驟102中在與催化轉(zhuǎn)化器的入口相距第二距離的位置處形成第二基板 結(jié)構(gòu)。第二距離大于第一距離。該方法在步驟104中結(jié)束。通過(guò)前面的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員現(xiàn)在可以意識(shí)到可以多種形 式實(shí)施本申請(qǐng)的披露內(nèi)容的廣義教導(dǎo)。因此，盡管已經(jīng)結(jié)合本申請(qǐng)的披 露內(nèi)容的特定實(shí)例對(duì)本申請(qǐng)的披露內(nèi)容進(jìn)行了描述，但本申請(qǐng)的披露內(nèi)容的真實(shí)范圍不應(yīng)因此受到限制，其原因在于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在對(duì) 附圖、說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)進(jìn)行研究之后將易于作出其它變型。
權(quán)利要求
1、一種催化轉(zhuǎn)化器，所述催化轉(zhuǎn)化器包括入口；位于與所述入口相距第一距離的位置處的基板的第一子部段，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化劑涂層；和位于與所述入口相距第二距離的位置處的基板的第二子部段，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化劑涂層，其中所述第二距離大于所述第一距離且所述第二密度大于所述第一密度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器，進(jìn)一步包括位于與所述入 口相距第三距離的位置處的基板的第三子部段，所述第三子部段包括具有第三密度的第三催化劑涂層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第三距離大于所述第二距離且所述第三密度大于所述第一密度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第三密度小于所 述第二密度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的催化轉(zhuǎn)化器，進(jìn)一步包括位于與所述入 口相距第四距離的位置處的基板的第四子部段，所述第四子部段包括具 有第四密度的第四催化劑涂層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第四距離大于所 述第三距離且所述第四密度小于所述笫三密度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第四密度小于所 述第一密度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第一催化劑涂層 包括氧化催化劑以及氧化和還原催化劑中的至少一種。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第二催化劑涂層 和所述第三催化劑涂層中的至少一種包括氧化和還原催化劑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第一密度、所述 第二密度、所述第三密度和所述第四密度提供了密度的線性變化。
11、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的催化轉(zhuǎn)化器，其中所述第一密度、所述 第二密度、所述第三密度和所述第四密度提供了密度的階梯狀變化。
12、 一種形成催化轉(zhuǎn)化器的方法，所述方法包括 將至少一個(gè)基板結(jié)構(gòu)分成多個(gè)子部段；用第 一 密度的催化劑涂覆所述多個(gè)子部段中的第 一子部段； 用大于所述第一密度的第二密度的催化劑涂覆所述多個(gè)子部段中的第二子部段；將所述第一子部段設(shè)置在與所述催化轉(zhuǎn)化器的入口相距第一距離的范圍內(nèi)；并且將所述第二子部段設(shè)置在與所述入口相距第二距離的范圍內(nèi)，所述 第二距離大于所述第一距離。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括用第三密度的催化劑涂覆所述多個(gè)子部段中的第三子部段并且將所述第三子部段設(shè)置成 與所述入口相距第三距離，其中所述第三距離大于所述第二距離。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述涂覆所述第三子部段 的步驟包括以大于所述第一密度的所述第三密度涂覆所述第三子部段。
15、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述涂覆所述第三子部段 的步驟包括以小于所述第二密度的所述第三密度涂覆所述第三子部段。
16、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括用第四密度的催化 劑涂覆所述多個(gè)子部段中的第四子部段并且將所述第四子部段設(shè)置成 與所述入口相距第四距離，其中所述第四距離大于所述第三距離。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述涂覆所述第四子部段 的步驟包括以小于所述第三密度的所述第四密度涂覆所述第四子部段。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述涂覆所述第四子部段 的步驟包括以小于所述第 一密度的所述第四密度涂覆所述第四子部段。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述涂覆包括用氧化催化 劑涂覆所述第一子部段、所述第二子部段和所述第三子部段。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述涂覆包括用氧化催化 劑和還原催化劑涂覆所述第一子部段、所述第二子部段和所述第三子部 段中的至少一種子部段。
全文摘要
一種催化轉(zhuǎn)化器包括入口?；宓牡谝蛔硬慷挝挥谂c所述入口相距第一距離的位置處，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化劑涂層。基板的第二子部段位于與所述入口相距第二距離的位置處，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化劑涂層。所述第二距離大于所述第一距離且所述第二密度大于所述第一密度。
文檔編號(hào)F01N3/28GK101230794SQ20081000378
公開(kāi)日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者F·阿門(mén)特 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作公司