一种高效催化过滤转化器的制作方法

本实用新型属于车辆尾气处理技术领域，尤其涉及一种用于尾气处理的催化转化器。

背景技术：

目前的尾气催化转化器，主要包括催化载体和涂覆在圆柱状的催化载体内部蜂窝状芯体上的催化涂层，该催化涂层主要包括氧化铝和稀土，同时含有贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或含其中的任意一种或两种贵金属，蜂窝状芯体主要是横截面呈蜂窝网状的一段圆柱形的镂空金属，内部均匀地设有很多轴向贯穿载体圆柱形外壳两端面的通孔。导致尾气催化反应程度不均匀，催化效率低，处理效果不好，其原因如下：流入芯体内的尾气密集度在圆柱形外壳内从轴线向外侧逐渐变稀疏，而现有的催化转化器由于蜂窝状芯体内的上述通孔大小相同且均匀设置，导致尾气在芯体中心附近催化反应更加彻底，而向外侧则效率逐渐降低；此外，尾气在芯体内部流动时不断与芯体表面覆盖的催化涂层接触后反应，从催化载体的进气端到出气端尾气逐渐被处理，即需要催化处理的尾气的有害成分越来越少；然而，催化载体内的芯体(包括催化载体内壁)上所涂覆的催化涂层厚度均匀一致，若要使流经的尾气充分反应，则必须在催化载体内的所有接触面处涂覆足够的催化涂层，由于催化涂层含有贵金属，大量充分涂覆成本太大，而使用率却不足，而且，在气流集中流经的地方很难把握其合适的涂覆厚度，极易导致涂覆厚度不足或涂覆厚度过厚产生浪费。另一方面，目前的催化转化器是利用催化剂的作用，将排气中的CO、HC、和NOx转换为对人体无害的气体，催化转化器在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应，将尾气中的CO、HC、及NOx三种有害气体转化成无害气体二氧化碳、氮气、氢气和水。然而，实际上尾气中除了上述气体有害成分之外，还含有大量颗粒性废物排出，而目前的催化转化器还不能实现对颗粒物的过滤净化处理，而对尾气中颗粒物的排放的控制是大势所趋，且在即将实行的国六新的排放标准中已有限制要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种高效催化过滤转化器，该催化转化器可更加充分地催化反应尾气而不产生贵金属浪费，同时对部分颗粒物进行过滤。

本实用新型的技术方案如下：

一种高效催化过滤转化器，包括圆柱状的催化载体，在所述催化载体内部嵌有涂覆有催化涂层的横截面呈蜂窝状的圆柱状芯体；所述催化涂层不均匀地涂覆在所述芯体上；其中，从芯体中心向外侧径向辐射的方向上的催化涂层逐步变薄；从芯体进气口向出气口的方向上的催化涂层逐渐变薄。所述芯体沿其轴向设有若干均匀的进气孔，所述进气孔包括间隔设置的气流不能轴向通过的盲孔和气流可以轴向通过的通孔，相邻两进气孔之间的孔壁上设有用于连通两进气孔的滤尘孔，所述滤尘孔与所述进气孔相垂直。

进一步地，所述催化涂层包括作为基层的高钯催化涂层和作为表层的铂铑催化涂层。

进一步地，所述催化涂层还包括位于所述高钯催化涂层和铂铑催化涂层之间的钯铂铑催化涂层。

进一步地，所述催化涂层中的氧化铝为铈锆镧共改性氧化铝。

进一步地，还包括混合后用于放置贵金属分子的分子筛。

进一步地，所述催化涂层中的氧化铝为铈锆镧共改性氧化铝。

进一步地，所述芯体的蜂窝孔呈正六边形，且其壁厚与内壁围成的正六边形的对角线之比为1:3.6。

进一步地，所述进气孔在芯体端面呈纵横排列，每一横排和每一纵列上的所述盲孔和通孔间隔设置。

进一步地，所述通孔包括彼此同轴相通的大通孔和小通孔，所述小通孔位于芯体出气端的封板上。

进一步地，所述盲孔包括彼此同轴相连的通气孔和沉渣孔，所述通气孔的直径小于沉渣孔的直径，且通气孔位于芯体的进气端，沉渣孔的孔壁未设有所述滤尘孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型一改传统的催化转化器的催化载体涂层厚度一致的结构，将厚度根据气流的流动扩散方向以及气流束本身的疏密度来设计催化剂涂层的厚度值，将整个催化载体芯体(催化涂层)做得中间向外侧逐渐变薄，进气口向出气口方向逐渐变薄，使各个气流段、气流层具有相适应的较合适的催化层厚度，在具体生产制造时，根据不同车辆排量、燃油类型等因素来设置具体的催化层厚度值的分布。不仅大大提高了催化效率、更充分地实现尾气处理，更是大大减少了贵金属的使用量，避免了贵金属的浪费，节约了成本，促进了催化转化器的使用。同时，将芯体设计成带孔盲和通孔的结构，可使尾气在经过芯体时发生催化氧化的同时，将一部分颗粒废物留下。当尾气从芯体的进气孔进入，进入盲孔的尾气在盲孔底端遇到阻挡，改变流向，由轴向改为与轴向相垂直的方向逸出到相邻的通孔型进气孔内，并经通孔排除，在该流动过程中，颗粒物在盲孔内发生九十度的流向改变，一部分颗粒物便被遗留沉积下来，从而达到去除一部分颗粒物的目的。

本实用新型的上述两种结构特征有机结合起来，不但可以提高催化剂中贵金属使用率，减少催化剂涂覆量，还可以在催化氧化反应的同时将尾气中的部分颗粒物一并除去，使催化转化器功能多元化，为顺应以后国六的新排标准奠定基础，尤其适用于颗粒含量少的尾气净化处理。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为催化载体横截面示意图。

图3为图2中I处的放大视图。

图4为沿芯体轴向剖切时的局部示意图。

图5为芯体表面涂层分布示意图。

图6为芯体结构示意图。

图7为芯体出气端端面的局部结构示意图。

图8为盲孔底部设有沉渣孔时的芯体结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1—2所示，一种高效催化过滤转化器，包括圆柱状的催化载体1，在所述催化载体1内部嵌有涂覆有催化涂层2的横截面呈蜂窝状的圆柱状芯体101，需说明的是，此处的蜂窝状并非仅仅指绝对的现实中蜂窝的形状，而是指具有若干通孔的结构，例如蜂窝煤的孔是圆孔，而真实的蜂窝的孔为正多边形结构。所述催化涂层2不均匀地涂覆在所述芯体101上，其中，如图3所示，从芯体101中心向外侧径向辐射的方向上的催化涂层2逐步变薄，由于现有的芯体101的壁厚一致，因此涂上相同厚度的催化涂层后厚度各处仍然一致，而本实施例中由于催化涂层厚度不同，因此如图3所示，端面看去为厚度递减的孔壁结构；同时，如图4所示，从催化载体1(或者芯体101)进气口向出气口的方向(即图示箭头方向)上的催化涂层2逐渐变薄。

在进行催化涂层2的涂覆时，可先将载体的进气口端竖直放入涂层溶液内，一段时间后取出，竖直悬挂静置，由于自重作用，涂层沿载体(芯体101)轴向厚度可逐渐积聚变厚，再继续向载体上覆盖上一层均匀的涂层，使载体缓慢滚动或者自转，但自转速度一定要控制好，保证每转一圈载体的涂层都向圆心(轴线)流动，从而使涂层沿其径向方向逐步变薄。当然，也可将载体一次性放入催化剂溶液中涂覆，然后连续依次地进行悬挂静置、滚动(自转)的流程，以达到涂层厚度的设计目标。还可以采用拼接法，将芯体101的诸如金属板之类的制作材料预先涂覆上一层厚度逐渐变小的涂层，然后将所有板按其厚度变化方向均匀排列拼接成具有诸如正方形或其他多边形的蜂窝孔状结构。需说明的是对于复杂的可采用冲压折弯后再拼接的蜂窝孔形式，需要事先在其相应部位涂覆相应厚度的涂层，进行选择性的不连续涂覆，这种往往是对于要求较高的催化转化器使用，其成本较高，当然售价也较高。除上述方式之外，还有很多现有的不均匀涂层(包括其他领域内的材料层涂覆)厚度涂覆技术，亦均可采用，此处不再做一一列举。

本实施例中的芯体101结构也与现有芯体结构不同，如图6—7所示，本芯体101内沿其轴向设有若干均匀的进气孔801，即蜂窝状的通孔，所述进气孔801包括间隔设置的气流不能轴向通过的盲孔801a和气流可以轴向通过的通孔801b，相邻两进气孔801之间的孔壁上设有用于连通两相邻进气孔801的滤尘孔802，所述滤尘孔802与所述进气孔801相垂直，以便呈90度改变气流的流动方向。

进一步地，如图5所示，所述催化涂层2包括作为基层的高钯催化涂层201和作为表层的铂铑催化涂层202，当然，该两种催化涂层中均含有供贵金属附着的通用载体—氧化铝，高钯催化涂层201内含钯量在80—100克每立方英尺，设置该两层催化层可使催化效果更好，基层直接覆盖于芯体101表面。

进一步地，所述催化涂层还包括位于所述高钯催化涂层201和铂铑催化涂层之间的钯铂铑催化涂层，即同时含有贵金属钯、铂、铑的涂层，其催化效果好，反应效果多元化。

进一步地，目前用的氧化铝大多使用镧改性的氧化铝做为摩托车尾气与贵金属活性组分接触并产生反应的场所，缺点是：一是镧改性氧化铝能起的作用单一，不能适用于越来越严格的法规要求；二是镧改性氧化铝能起到的助催化的效果太小；三是Pd在镧改性氧化铝的分散度有限，导致Pd的利用率低下。针对该缺陷，本实施例所述催化涂层2中的氧化铝为铈锆镧共改性氧化铝，该种改性氧化铝不仅有利于贵金属的附着，还可提高Pd的利用率，更好地为催化反应提供反应场所，使整个催化涂层2催化效果显著。所述铈锆镧共改性氧化铝由铈、锆、镧和氧化铝构成，其中，按重量百分比计，铈占5-10％，锆占10-15％，镧占3-5％，余量为氧化铝。在实际制作时，可将铈锆镧的金属盐溶液稀释一定量后雾化喷淋在搅拌中的氧化铝粉末表面，搅拌中使盐溶液进入到氧化铝的孔道内部，再通过烘干和焙烧后固定在氧化铝的孔道内部。

进一步地，在涂覆上述铈锆镧共改性氧化铝来作为贵金属储存载体的基础上，本实施例还掺入了分子筛，分子筛是指具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当的一类物质。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成相应的分子尺寸大小的孔道和空腔体系，因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力，此处，本实施例用于混合后存放贵金属分子的分子筛，使贵金属不仅可以在氧化铝的空隙内存储，也可在分子筛内的空隙中存储，从而提供了两种催化反应场所，且分子筛由于空隙均匀，因此可以放置的贵金属量也更为均匀，即提升了催化效果，但，分子筛本身成本较高，不宜大量或者全部采用，因此实际生产中应根据尾气处理的标准来进行合理的含量分配。

进一步地，所述芯体101的蜂窝孔呈正六边形，且其壁厚与内壁围成的正六边形的对角线之比为1:3.6，该形状比例有利于目前大多数车辆尾气排放的处理标准，适应性较强。

进一步地，所述进气孔801在芯体101端面呈纵横排列，每一横排和每一纵列上的所述盲孔801a和通孔801b间隔设置，以便尾气流可较快地通过芯体101，以适应不同情况下的尾气处理。

进一步地，所述通孔801b包括彼此同轴相通的大通孔和小通孔，所述小通孔801b1位于颗粒过滤筒出气端的封板803上。设计成阶梯孔形式，可使气流在流经通孔801b的小通孔时，在其台阶处(此处即封板803内侧端面)留下一部分颗粒物，提升颗粒物的去除率。

进一步地，如图8所示，所述盲孔801a包括彼此同轴相连的通气孔和沉渣孔801a1，即在盲孔801a底部加工一个消气槽。所述通气孔的直径小于沉渣孔801a1的直径，且通气孔位于芯体101的进气端，沉渣孔801a1的孔壁未设有所述滤尘孔802，以免沉积在沉渣孔801a1内的颗粒物再次被带出。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。