内燃机废气的催化转化器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及摩托车和汽车构造，更确切地说，涉及确保环境安全并降低内燃机废气毒性的系统。
【背景技术】
[0002]已知一种用于净化工艺和机动车辆由一氧化碳、氮氧化物以及有机化合物形成的废气的催化器，所述催化器包含具有进入口和排出口的套管并且容纳由多孔可渗透蜂窝材料制成的催化单元，所述多孔可渗透蜂窝材料呈施用在氧化铝底漆覆盖物上的耐火多孔的开孔镍铬合金形式(RF专利号2117169，IPC:F01N3/00，公开10.08.1998)。所述催化器是以包含以等于10到15个内孔直径的距离间隔的隔板的组合件的单元形式制成。优选地，所述板具有直径等于1-5个孔直径的通口。
[0003]所述已知发明在未配备有电子汽化器或λ探针的俄罗斯汽车中的实际使用已显示增加所述转化器催化剂层的耐热性和效率的必要性，所述电子汽化器或λ探针优化废气组成、防止过量燃料进入排气系统和转化器中(这在过量燃料在转化器中骤燃期间会导致催化单元过热)以及排除在不同模式中递送稀混合物到发动机期间未分解的氮氧化物过冲的可能性。依据TU37.0001.1893-94，为获得机动车辆废气转化器的俄罗斯联邦合格证号00290070而在莫斯科欧诺泰克(AO Notek, Moscow)所进行的持久性和认证测试已显示所要求的催化单元与最佳国际对应物相比具有高竞争性。
[0004]基于原型的催化转化器的测试批次已显示降低催化单元成本和贵金属消耗量以及优化其水力阻力的必要性，以便增加其相对于最佳国际对应物的竞争性，所述最佳国际对应物使用不同催化单元设计，例如由蜂窝陶瓷或铁铬铝合金(fechral，铁铝高阻合金)的内螺纹箔制成。
【发明内容】
[0005]本发明的目标是提供一种催化单元，它具有高耐热性和在过热模式中的高效率，多孔可渗透蜂窝材料和贵金属的消耗量最少并且水力阻力最佳。
【附图说明】
[0006]无
【具体实施方式】
[0007]所述目标是通过一种内燃机废气的催化转化器来实现，所述催化转化器包含具有进入口和排出口的套管，或者在没有套管的情况下，呈由耐火多孔的开孔材料制成的催化单元形式，其中所述催化单元的所述耐火多孔的开孔材料的板是以具有I到1mm厚度和根据特定内燃机的气体和水力参数所选择的宽度的条带形式制成并且被卷起形成圆形或适合排气线设计的其他形状的卷状物。
[0008]优选地，所述催化单元包含多个卷起的板，所述板以5到20个板内孔直径间隔。
[0009]同样重要的是，每个催化单元板的所述耐火多孔的开孔材料包含以下构成比率的Fe ,Ni以及Cr:50%到80%Fe、3%到15%Ni以及15%到40%Cr,并且将贵金属催化剂涂层施用在底漆覆盖物上。
[0010]优选地,所述催化单元是由具有0.3到0.8g/cm2的密度和0.5到5mm的孔直径的耐火多孔的蜂窝材料的隔板以及用氧化镧改性的Y-氧化铝(底漆覆盖物)的第二载体层和由钼、铑以及3到4价铈氧化物制成的催化层制成。
[0011]所述催化转化器的高净化效率的实现归因于耐火多孔的开孔材料的上述组成增加了板的耐热性和机械强度、所述催化单元通道沿气流方向排列以及气体动力学特性改善。已建议通过使用具有沿气流方向排列的通口的板来增加单元的透气性。每个板的水力阻力可以通过改变开口的大小来控制，以便流动参数最佳保持。测试和计算结果表明，如果开口大小为I到5个孔直径，那么充分满足这一条件。优选地，板排列应避免相邻板内的开口对齐，即开口排列应随机。如果板内开口大小大于5个孔直径，那么开口改变流动模式并且因此降低催化净化效率。另一方面，制造小于一个孔直径的开口为复杂的。
[0012]在转化器单元内相邻板间提供间隙，以便均衡气流在一个板输出和在另一个板进入时的压力。最佳板间隔为5到20个孔直径。最大间隙大小受排气线的典型设计限制，而制造小于最小大小限制的间隙将降低转化器的透气性且因此导致发动机效率下降。
[0013]穿过多孔可渗透蜂窝材料的气流模式的研究已经显示单元的渗透性完全由所述蜂窝材料的特性控制并且不取决于流动参数。催化器的气体动力学参数研究已经证明，多孔可渗透蜂窝材料板中的通口极大地降低其对高流速气流的阻力，且不改变穿过蜂窝材料的气流模式或气体组分与催化单元的催化表面之间的化学相互作用。基于实验结果开发的模拟模型已经显示催化单元中存在高达某一直径的开口相当于孔直径明显增加，而转化器板(不考虑其排列)之间存在特定大小的间隙相当于多孔可渗透蜂窝材料的密度明显减小。
[0014]使用这些方法中的任一种多倍地降低催化单元组合件中多孔可渗透蜂窝材料的消耗量、催化单元对气流的阻力以及因此贵金属消耗量，而不损害废气转化单元效率。
[0015]使用卷起的催化单元降低昂贵的耐热多孔可渗透蜂窝材料的消耗量达30%到40%,且因此提供更廉价的催化转化器。
[0016]将氧化镧添加到底漆覆盖物、接着热处理，使氧化铝α -相变点增加300°C，并且添加氧化铈混合物到钼/铑黑催化剂层使其细粒结构在高温下稳定且因此甚至在过热情况下也提供高效率的催化单元。
[0017]本文所要求的催化单元的效率是于2010年12月在中国国家摩托车测试中心的测试实验室测试的。比较测试结果概括在表I中。对由具有以下参数的多孔可渗透蜂窝材料制成的圆柱形催化单元进行测试:密度0.7g/cm3、孔大小3到4_、直径50_、高度15_、单元间隔20mm以及开口直径2mm。底漆覆盖物是一层用15wt.%氧化镧稳定的Y-氧化招。贵金属和稀土金属(例如钯、铑以及铈)的含量为每I升催化单元体积1.2g。测试中所用的参考催化单元是中国制造并且按标准安装在摩托车排气线中的常规摩托车废气催化转化器。所述催化单元是具有含2.3g/l贵金属的Pt-Rh/A1203催化剂层的铁铬铝蜂窝单元。
[0018]催化单元被安装在具有125立方厘米内燃机的摩托车排气管中，随后如第10丽200号报告中所记录，到2010年12月30日为止进行比较测试。使用堀场(Horiba)CVS-7100气体分析仪就NO X、C0以及CH含量测量毒性，并且获得满足EUR0-2环境标准的良好结果，因而可在中国应用。
[0019]因此，本文所要求的催化单元提供了烃、碳氧化物以及氮氧化物在未装备有λ探针或电子混合控制系统的内燃机的废气转化器中的有效转化，同时具有催化单元尺寸较小、贵金属消耗量显著较低以及效率可与最佳国际对应物匹敌的优势。
【主权项】
1.一种内燃机废气的催化转化器，包含具有进入口和排出口的套管，或者在没有套管的情况下，呈由耐火多孔的开孔材料制成的催化单元形式，所述耐火多孔的开孔材料具有由用氧化镧改性的氧化铝和/或三价和/或四价铈氧化物制成的底漆覆盖物并具有直径等于I到5个孔直径的通口，其特征在于所述催化单元的所述耐火多孔的开孔材料的板是以具有I到1mm厚度和根据特定内燃机的气体和水力参数所选择的宽度的条带形式制成并且被卷起形成圆形或适合排气线设计的其他形状的卷状物。
2.如权利要求1所述的催化转化器，其特征在于所述转化器单元具有多个卷起的耐火多孔的开孔材料板，另外其中所述板以5到20个所述板的内孔直径间隔。
3.如权利要求1或2所述的催化转化器，其特征在于所述催化单元板每一者的所述耐火多孔的开孔材料包含以下构成比率的F e、Ni以及Cr:50%到80%Fe、3%到15%Ni以及15%到40%Cr，并且将贵金属催化剂涂层施用在所述底漆覆盖物上。
4.如权利要求3所述的催化转化器，其特征在于所述催化单元板每一者具有0.3到.0.8g/cm2的密度和0.5到5_的孔直径，以及经氧化镧改性的Y -氧化铝第二载体层(所述底漆覆盖物)和由钼、铑以及3到4价铈氧化物制成的催化层。
【专利摘要】本发明涉及汽车构造，更确切地说，涉及确保环境安全并降低内燃机废气毒性的系统。本发明的目标是提供一种催化单元，它具有高耐热性和在过热模式中的高效率，多孔可渗透蜂窝材料和贵金属的消耗量最少并且水力阻力最佳。所述目标是通过提供一种催化转化器来实现，所述催化转化器包含具有进入口和排出口的套管，或者在没有套管的情况下，呈由耐火多孔的开孔材料制成的催化单元形式，所述耐火多孔的开孔材料包含Fe、Ni以及Cr，以及由施用在氧化铝层上的贵金属制成的催化剂涂层。底漆覆盖物是由经氧化镧改性的氧化铝和/或3价和/或4价铈氧化物制成。所述催化器是一个呈以5到20个内孔直径的距离间隔的隔板的组合件形式制成的单元。优选地，所述板具有直径等于1到5个孔直径的通口。所述板是由具有1到10mm厚度和根据特定内燃机的气体和水力参数所选择的宽度的条带制成。将所述条带卷起形成可以具有多种适合排气线设计的形状的卷状物。所述转化器具有高净化效率。
【IPC分类】F01N3-28
【公开号】CN104675484
【申请号】CN201310625316
【发明人】博古斯拉斯基·伊格维克托罗维奇, 涅波姆尼亚奇·亚历山大尼古拉耶维奇, 布拉科夫·尤里乌利乌卡耶夫
【申请人】博古斯拉斯基·伊格维克托罗维奇, 涅波姆尼亚奇·亚历山大尼古拉耶维奇
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月28日