催化转化器制造技术

一种催化转化器包括：由具有最高孔密度的中心区(1A)、具有最低孔密度的周边区(1C)和具有介于中心区和周边区之间的孔密度的中间区(1B)构成的具有孔结构的基底(1)；在中心区(1A)中形成的第一催化剂层；在中间区(1B)中形成的第二催化剂层；和在周边区(1C)红棕形成的第三催化剂层。第二催化剂层的纵向长度比第一催化剂层长。第三催化剂层的纵向长度比第二催化剂层长。第一催化剂层的纵向长度与基底长度的比率为65％或更大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化转化器专利技术背景1.专利
本专利技术涉及安放并固定在构成废气排气系统的管道中的催化转化器。2.相关技术描述全世界各种工业已经为降低环境影响负荷作出各种努力，特别地，汽车工业已努力推广所谓的环保汽车，如混合电动汽车和电动汽车以及具有优异燃料经济性能的汽油汽车，并努力作出旨在进一步改进其性能的发展。通常，在连接车辆发动机和消声器的废气排气系统中安置用于净化废气的催化转化器。发动机排放环境有害物质，如CO和NOx以及未燃烧的HC和VOC，因此，为了将这样的有害物质转化成许可的物质，在具有许多孔的基底的孔壁中形成由贵金属催化剂如钯或铂形成的催化剂层。更具体地，在许多孔的孔壁中，在基底的纵向(这也是废气的流向)中形成催化剂层。当废气经过具有由此构成的基底的催化转化器时，CO转化成CO2，NOx转化成N2和O2，且VOC燃烧产生CO2和H2O。例如，关于催化转化器，具有蜂窝结构的含孔的基底的孔密度通常均一。但是，由于废气的流速分布在基底横截面的中心区中高于周边区中，这引起没有充分利用整个基底中的催化剂层的问题。考虑到废气的这种流速分布，修改催化转化器以使基底中心区的孔密度高于周边区。因此，可以尽可能降低基底横截面内的流速分布差异并由此可以有效利用整个催化转化器的催化剂层净化废气。日本专利申请公开No.2002-177794(JP2002-177794A)公开了通过与沉积在具有蜂窝结构且整个催化转化器(在此称作催化剂体)中的孔密度均一的基底的周边区(在此称作外周区段)中的量相比改变沉积在中心区(在此称作中心区段)中的贵金属催化剂的量来改进废气净化性能的技术。更具体地，在催化剂体中，将沉积在具有大气体流速的中心区段中的每单位体积的催化剂量设定为外周区段中的1.1倍或更大。但是，这种技术固有的问题在于，由于整个催化剂中的均一孔密度，很难期望高废气净化性能，并且在通过提高贵金属催化剂的量来净化废气的方法中会产生大量硫化氢，这是异味的成因。此外，日本专利申请公开No.2006-281134(JP2006-281134A)公开了一种蜂窝结构，其中孔密度从中心区向外周区降低。相应地，通过改变该蜂窝结构的横截面内的孔密度，可以将废气的流速分布调节到在该蜂窝结构的横截面内尽可能均一。但是，已经确认，通过仅如所述调节孔密度以将流速分布简单调节到尽可能均一无法在废气净化过程中有效利用构成蜂窝结构的整个催化剂层。专利技术概述本专利技术提供了可有效利用催化转化器中的整个催化剂净化废气并因此具有优异的废气净化性能的催化转化器。本专利技术的一个方面涉及一种催化转化器，其包括：具有孔结构的基底，其由具有最高孔密度的中心区、具有最低孔密度的周边区和位于中心区和周边区之间并具有介于中心区的孔密度和周边区的孔密度之间的孔密度的中间区构成；在基底的中心区的孔壁上形成并包括第一贵金属催化剂的第一催化剂层；在基底的中间区的孔壁上形成并包括第二贵金属催化剂的第二催化剂层；和在基底的周边区的孔壁上形成并包括第三贵金属催化剂的第三催化剂层。第二催化剂层在基底纵向上的长度比第一催化剂层的纵向长度长，第三催化剂层的纵向长度比第二催化剂层的纵向长度长，且中心区中的第一催化剂层的纵向长度与基底的纵向长度的比率为65％或更大。本专利技术的“第一至第三催化剂层”分别是指各区域中的整个催化剂层的最厚部分。第一至第三贵金属催化剂可以是相同的贵金属催化剂。在本专利技术的催化转化器中，例如，具有许多孔的基底由孔密度彼此不同的中心区、中间区和周边区构成，且中心区具有最高孔密度，而周边区具有最低孔密度。相应地，与具有均一孔密度的基底相比，可以降低废气在中心区、中间区和周边区之间的流速分布差异。此外，关于中心区、中间区和周边区中的催化剂层的纵向长度(废气在基底中流过的长度)，中间区的催化剂层比中心区的长，周边区的催化剂层比中间区的长。因此，可以有效利用构成该催化转化器的整个催化剂层。下面描述上述情况的原因。在沿纵向横截面切割基底的垂直剖视图中，与具有均一的每单位体积孔密度的基底相比，在中心区具有相对较高孔密度的基底中，流入具有相对较低孔密度的周边区的废气量提高。关于在孔壁上形成的各催化剂层在基底纵向上的长度(为各催化剂层的纵向长度与基底的纵向长度设定各种比率)，如果对具有不同孔密度的基底的各催化剂层使用充当参照物的具有均一孔密度的传统基底的催化剂层，在具有小孔密度的周边区中由于与具有均一孔密度的传统基底相比大量废气流经其中(待净化的废气量)，不可能获得足够的净化性能。考虑到上述情况，除在中心区、中间区和周边区之间改变孔密度外，还将中间区和周边区中的催化剂层的纵向长度设定得比中心区长。因此，中间区和周边区中的催化剂层与废气的接触面积提高，并由此改进废气净化性能。以中心区、中间区和周边区的顺序逐步或连续降低孔密度，以此模式改变各区域的孔密度。此外，不仅可以提供一个中间区，还可以提供两个或更多个中间区。相应地，各自具有不同孔密度的区域数目可能不是3，而是4或更大。此外，在本专利技术的催化转化器中，关于催化剂层的比率，将中心区中的催化剂层的纵向长度与基底的纵向长度的比率限定为65％或更大。由于如刚刚所述限定中心区中的催化剂层的长度与基底长度的比率，该催化转化器表现出优异的气体净化性能。在孔壁中形成的催化剂层的一个实施方案具有双层结构，包括在孔壁侧上的下层和在其上的上层，且各层由Pd、Pt、Rh中的一种或多种作为贵金属催化剂形成。除由含有氧化镁、氧化铝和二氧化硅的复合氧化物的堇青石、和碳化硅的陶瓷材料等形成的基底外，所用的具有孔结构的基底可以由陶瓷材料以外的金属材料等的材料形成。关于基底的构造，可以使用所谓的蜂窝结构，其包括许多格形孔，如正方形、六边形、八边形等。中心区的孔密度与周边区的孔密度的比率可以为至少大于1和最多2。设定该数值范围的上限和下限的基础是，如果孔密度的比率为1或更低，则由于中心区与周边区之间的孔密度差异，无法充分控制流入各区域的孔中的废气量，如果孔密度的比率超过2，则流入周边区中的废气量变得太大，因此净化性能变差。本专利技术的催化转化器可具有抗热震性质优异的堇青石蜂窝载体，但其也可以是电热转化器(EHC)。在EHC中，将一对电极连接到蜂窝催化剂上，通电以加热蜂窝催化剂，并由此增强蜂窝催化剂的活性以净化例如经过其的废气。当用于连接车辆发动机和消声器的废气排气系统时，EHC可以在常温下借助该催化剂净化废气。即使催化剂是冷的，EHC也可以电加热该催化剂以便活化并由此净化废气。由上文的描述已经理解，根据本专利技术的催化转化器，可以提供表现出优异的废气净化性能的催化转化器。附图简述下面参考附图描述本专利技术的示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似数字是指类似元件，且其中：图1是图解本专利技术的催化转化器的一个实施方案的示意图；图2A是图解基底中心区中的孔壁的纵向长度和具有双层结构的催化剂层的上层和下层的纵向长度的示意图；图2B是图解周边区中的孔壁的纵向长度和具有双层结构的催化剂层的上层和下层的纵向长度的示意图；图3是显示具有均一孔密度的基底中和孔密度在中心区和周边区之间改变的基底中的废气流速分布的曲线图；图4是显示当中心区中的催化剂层的长度(其与基底长度的比率)为50％并改变周边区中的催化剂层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种催化转化器，其包含：具有孔结构的基底，其由具有最高孔密度的中心区、具有最低孔密度的周边区和位于中心区和周边区之间并具有介于中心区的孔密度和周边区的孔密度之间的孔密度的中间区构成；在基底的中心区的孔壁上形成并包括第一贵金属催化剂的第一催化剂层；在基底的中间区的孔壁上形成并包括第二贵金属催化剂的第二催化剂层；和在基底的周边区的孔壁上形成并包括第三贵金属催化剂的第三催化剂层；其中第二催化剂层在基底纵向上的长度比第一催化剂层的纵向长度长，第三催化剂层的纵向长度比第二催化剂层的纵向长度长，且中心区中的第一催化剂层的纵向长度与基底的纵向长度的比率为65％或更大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.03 JP 2013-0777781.一种催化转化器，其包含：具有孔结构的基底，其由具有最高孔密度的中心区(1A)、具有最低孔密度的周边区(1C)和位于中心区和周边区之间并具有介于中心区的孔密度和周边区的孔密度之间的孔密度的中间区(1B)构成；在基底的中心区(1A)的孔壁上形成并包括第一贵金属催化剂的第一催化剂层；在基底的中间区(1B)的孔壁上形成并包括第二贵金属催化剂的第二催化剂层；和在基底的周边区(1C)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木悠生，铃木宏昌，松原浩之，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP