專利名稱：用于處理排氣的催化單元以及這種單元的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理來自燃燒過程的排氣的催化單元，例如，用于機(jī)動車的壓縮發(fā)動機(jī)的催化轉(zhuǎn)化器、柴油氧化催化劑(DOC)以及選擇性催化還原催化劑(SCR)，更具體地，涉及這樣的催化單元，其中，在催化載體結(jié)構(gòu)的外圓周表面周圍放置支撐或安裝墊，用于在殼體或殼內(nèi)支撐該結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
已知在機(jī)動車產(chǎn)業(yè)包括利用一個或多個催化單元的排氣處理系統(tǒng)，諸如催化轉(zhuǎn)化器、柴油氧化催化單元或選擇性催化還原催化單元，以改善排氣中的排放物。在這種催化單元中，通常將催化劑作為涂層而承載在支撐基底結(jié)構(gòu)上，諸如具有單片結(jié)構(gòu)的陶瓷基底。通常，這種催化劑載體的橫截面是橢圓或圓形，并且通常包裹著位于催化劑載體和該單元的外殼或殼之間的一層支撐或安裝墊，幫助保護(hù)催化劑載體免受可能從外殼或殼傳遞到該載體的沖擊和振動力。通常，支撐或安裝墊由耐熱減震型材料制成，諸如玻璃纖維或巖棉墊。 這些墊通常用結(jié)合劑進(jìn)行處理，該結(jié)合劑可以在將墊子切割為預(yù)定尺寸時并且在用墊子進(jìn)行包裹和催化單元的組裝期間，改善工人對墊子的處理能力。在這些結(jié)構(gòu)適合于它們的預(yù)期目的，但還是有改進(jìn)的余地。通常，這些結(jié)構(gòu)包括圍繞催化劑載體包裹的單層墊子。這些結(jié)構(gòu)中的墊子由多卷墊子材料形成，多卷墊子材料首先被切成片，然后在模切為包裹所需的寬度和長度之前用結(jié)合劑處理。雖然這種工藝滿足期望目的，但是其產(chǎn)生大量墊子材料的廢料(平均高達(dá)產(chǎn)出的30%)，由于在制造和組裝期間為模切墊子所需的處理而需要使用結(jié)合劑，并且對于每個特定催化單元設(shè)計(jì)需要的每個不同尺寸和形狀的模切需要保持不同零件編號的庫存。圖1 是此工藝的示圖。通常在這些結(jié)構(gòu)中，在催化單元的外殼或殼與催化劑載體之間壓縮支撐墊，以在催化劑載體上產(chǎn)生保持力。然而，因?yàn)橹螇|在組裝到這些單元之前其密度就被設(shè)定，所以由于所述支撐墊的密度的可變性，很難精確地維持該保持力。對支撐墊提供期望的組裝密度的一種已知方法是在將催化劑載體和支撐墊放置到殼內(nèi)之后減小單元的外殼或殼的尺寸，其中，基于支撐墊的期望組裝密度確定殼的最終外徑。

發(fā)明內(nèi)容
在一個特征中，提供一種處理來自燃燒過程的排氣的催化單元。催化單元包括催化劑載體和包裹在催化劑載體周圍的至少一層支撐墊，支撐墊沒有任何結(jié)合劑。在另一特征中，基于需要實(shí)現(xiàn)期望墊密度的外殼的內(nèi)徑與催化劑載體之間的墊的實(shí)際環(huán)形體積計(jì)算具有包裹在外殼中包含的支撐墊中的催化劑載體的催化單元結(jié)構(gòu)的目標(biāo)外殼直徑。作為另一特征，通過首先測量作為單獨(dú)組件的催化劑載體和外殼或殼的重量，然后測量催化劑載體、支撐墊和外殼的整體組裝重量，并且從組裝重量減去外殼和催化劑載體的重量，間接地確定給定催化單元的支撐墊的質(zhì)量/重量。在另一特征中，通過消除了與傳統(tǒng)模切工藝相關(guān)的浪費(fèi)，并且通過減少與傳統(tǒng)模切工藝所需的多個零件編號相關(guān)的庫存，改善了支撐墊的產(chǎn)出效率。在這方面，在“按需”或所謂“剛好及時”的基礎(chǔ)上，提供一大卷支撐墊，并且沿其寬度將該支撐墊割開以產(chǎn)生多個最終單元特定墊卷，其中，每個最終單元特定墊卷具有催化單元的具體配置或設(shè)計(jì)特有的寬度。通過認(rèn)真選擇在大卷上提供的支撐墊的長度，或者通過認(rèn)真選擇從大卷上割下來的每個最終單元特定支撐墊卷上設(shè)置的長度，或者通過在生產(chǎn)與每個最終單元特定支撐墊卷相關(guān)的催化單元時認(rèn)真選擇從該最終單元特定卷切下來的支撐墊的長度，或者通過上述所有中的一種或多種的組合，可以進(jìn)一步縮減浪費(fèi)。在另一方面，支撐墊的前邊緣和后邊緣被切割成一定角度，以減少在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中經(jīng)常發(fā)生的材料密度的變化，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)支撐墊包裹在催化劑載體周圍時，支撐墊的相鄰層部分重疊在該墊的前邊緣和后邊緣的之上或之下。在另一方面，通過優(yōu)化在催化劑載體周圍包裹支撐墊時的層數(shù)，減小在支撐墊的相鄰層部分重疊在該墊的前邊緣和后邊緣之上或之下的區(qū)域中的墊密度的變化。根據(jù)整個說明書的描述，包括所附權(quán)利要求以及附圖，其他目的、特定和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。根據(jù)整個說明書的描述，包括所附權(quán)利要求以及附圖，本發(fā)明的其他目的、特定和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是提供催化劑載體中使用的支撐墊的現(xiàn)有技術(shù)工藝的圖解； 圖2是包括根據(jù)本發(fā)明的催化單元的燃燒過程和系統(tǒng)的圖解；
圖3是沿圖2的線3-3放大的部分截面圖4是根據(jù)本發(fā)明的提供在組裝催化單元中使用的支撐墊的工藝的圖解； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于確定支撐墊的質(zhì)量以及用于組裝包括該支撐墊的催化單元的工藝的圖解；
圖6a_6b示出催化單元的殼的示例，其中，圖6a是透視圖，圖6b是端視圖； 圖7a_7b示出催化單元的催化載體的示例，其中，圖7a是透視圖，圖7b是端視圖；以及圖8a_8b示出催化單元的單層支撐墊的示例，其中，圖8a是處于平坦?fàn)顟B(tài)的墊子得平面圖，圖8b是處于包裹狀態(tài)的墊子的透視圖。
具體實(shí)施例方式參照圖2，示出用于處理來自燃燒過程(諸如來自燃燒壓縮發(fā)動機(jī)14)的排氣12的催化單元10。催化單元10是排氣處理系統(tǒng)16的一部分，排氣處理系統(tǒng)16可以包括其他排氣處理組件18，位于催化單元10的上游和/或下游。組件18可以是任何適當(dāng)?shù)念愋突蚪Y(jié)構(gòu)，并且可以包括消聲器、柴油微粒過濾器、噴射器和閥門，諸如排氣再循環(huán)閥門，僅列舉一些。如圖3所示，催化單元10包括催化劑載體或基底20以及載體20周圍包裹的且夾在載體20與外殼或殼30之間的一層或多層支撐墊M。雖然催化劑載體20可以任何適當(dāng)?shù)念愋秃徒Y(jié)構(gòu)，許多這種適當(dāng)?shù)念愋秃徒Y(jié)構(gòu)都是已知的，但在圖2和圖3所示的優(yōu)選實(shí)施例中，載體20是承載適合于單元10的期望功能的催化劑涂層的多孔陶瓷單片結(jié)構(gòu)，例如，適當(dāng)?shù)难趸呋瘎┗蜻m當(dāng)?shù)倪x擇性催化還原催化劑。優(yōu)選地，載體20具有與縱軸線34平行延伸的外表面32，最佳見圖1，其通常與排氣 12通過單元10的流動方向一致。盡管可以使用任何適當(dāng)橫截面時，包括例如，卵形、橢圓形、三角形、長方形、六邊形，但是圖2和圖3所示的優(yōu)選實(shí)施例具有圓形橫截面，以軸線34 為中心以限定載體20的圓柱形形狀、外表面32和殼30的外表面36。支撐墊M的每層22可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬桑S多這種適當(dāng)?shù)牟牧隙际且阎?，例如，包括玻璃纖維墊或巖棉墊。在一個優(yōu)選形式中，墊M無任何結(jié)合劑。在這方面， 優(yōu)選地是，在自動處理中包裹或填裝墊24。圖4示出提供用于一個或多個特定催化單元設(shè)計(jì)10的支撐墊的發(fā)明方法。如圖4 所示，支撐墊37的連續(xù)坯料形成于針刺站38，且盤繞到心軸上以形成支撐墊的大卷40，然后大卷40被包裝和運(yùn)送以儲存在倉庫中。然后，由最終用戶在“按需”或所謂“剛好及時” (JIT)的基礎(chǔ)上將大卷40從存儲狀態(tài)拉出以進(jìn)行割開操作41，其中，每個大卷40沿其寬度 W被割開，以形成多個最終單元特定支撐墊卷42，每個最終單元特定支撐墊卷42具有具體催化單元10的配置/設(shè)計(jì)特有的寬度WK(X)。優(yōu)選地，因?yàn)楸景l(fā)明的工藝不需要使用結(jié)合劑，所以在卷40和42中不使用結(jié)合劑。無結(jié)合劑材料提供了單元10的成本上、二次排放物上和低溫行為上的優(yōu)勢。一旦將大卷40割開以用于個別程序，就可以提供最終單元卷42， 以用于切割成設(shè)定長度且在填裝處理44中將支撐墊M組裝到基底上。在一個優(yōu)選形式中，基于每個最終單元支撐墊卷42的期望寬度WK(X)選擇每個大卷 40的原始寬度W，其中每個最終單元支撐墊卷42是有待根據(jù)考慮了由于割開處理41所引起的任何寬度損失的所述期望寬度WK(X)的增量而從所述大卷40上割開的。在另一優(yōu)選形式中，基于大卷40的寬度W選擇從大卷40割下來的期望寬度WK(X)，以最小化由割開處理41 導(dǎo)致的來自大卷40的廢料。另外，在一種形式中優(yōu)選的是，基于最終單元支撐墊卷42中支撐墊的總長度的整數(shù)劃分選擇從最終單元支撐墊卷42切割的每個支撐墊M的長度，以最小化或消除來自卷42的任何廢料。替換地，可以基于將利用大卷40的單元10中的一個或多個單元的各個支撐墊M的期望切割長度的倍數(shù)選擇原始大卷40的總長度，再次最小化浪費(fèi)。在一個優(yōu)選形式中，從單元特定卷42切割固定長度的支撐墊24，以形成用于正在組裝的各個單元10中每一個的支撐墊24。作為另一可選示例，可以基于用于每個單元特定卷 42的特定單元10的墊M的期望切割長度的倍數(shù)選擇該單元特定卷42上的墊的總長度，再次最小化浪費(fèi)。在另一形式中，為了考慮基底20尺寸的變化，而非使用固定的切割長度，基于每個支撐墊M將要包裹的特定基底20的測量直徑Dsubsteate計(jì)算每個支撐墊M的長度， 從而對于任何具體最終單元10來說，將墊M和基底20定制為彼此配合。為了示出上述概念的一部分，下面示出樣本分析，以試圖最小化與從寬度為1280 mm的大卷40分割多種支撐墊M相關(guān)的廢料，其中大卷40上支撐墊的長度是74. 2 m或80 m。第一個表示出優(yōu)化每個支撐墊M的長度以最小化來自大卷40上墊的長度的端部的廢料的分析，第二個表示出用于優(yōu)化可以從大卷40切割的最終單元特定卷42的寬度的分析?；趬|卷長度的墊分割產(chǎn)出的分析
權(quán)利要求
1.一種在具有夾在催化劑載體和殼之間的至少一層支撐墊的催化單元中實(shí)現(xiàn)安裝墊密度(IMD)的方法，其中，所述墊具有重量mmat和寬度Bmat，所述催化劑載體具有截面面積 Asubstrate，所述方法包括步驟基于下面的計(jì)算公式計(jì)算所述催化劑載體與所述殼之間的間隙的期望環(huán)形截面面積 基于下面的計(jì)算公式計(jì)算所述殼的內(nèi)徑的目標(biāo)截面面積κ咖
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過在與催化劑載體和支撐墊組裝在一起之前測量殼的重量，在與殼和支撐墊組裝之前測量催化劑載體的重量，測量組裝后的殼/墊/催化劑載體的重量，然后通過從組裝后的殼/墊/催化劑載體的重量減去殼的重量和催化劑載體的重量來計(jì)算重量mmat，來確定mmat。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過找到催化單元的支撐墊由其上切割下來的大卷支撐墊上的支撐墊的總重量，將該總重量除以該大卷的寬度以及該大卷上支撐墊的總長度從而提供以重量/面積表示的大卷的支撐墊的平均容重，然后將平均容重乘以支撐墊的寬度和長度，來確定mmat。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中 使用下面的公式計(jì)算標(biāo)定的外徑D。_ 其中，Aumalitoated是在殼的未標(biāo)定內(nèi)徑與殼的未標(biāo)定外徑之間限定的未標(biāo)定環(huán)形截面面積；和標(biāo)定步驟包括將殼的未標(biāo)定外徑減小到標(biāo)定的外徑D。_。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述墊沒有結(jié)合劑。
6.一種組裝催化單元的方法，每個催化單元包括殼、催化劑載體和夾在殼與催化劑載體之間的多層支撐墊，所述方法包括步驟提供具有與卷的中心軸線平行延伸的寬度的大卷支撐墊；分割該大卷以形成多個最終單元特定墊卷，其中，每個最終單元特定墊卷具有催化單元的具體配置特有的寬度；以及從每個最終單元特定墊卷切割期望長度的支撐墊，并且將所述長度的支撐墊組裝到與所述最終單元特定墊卷對應(yīng)的催化單元的具體配置中，所述長度的支撐墊從所述最終單元特定墊卷切割下來。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，基于有待從所述大卷切割的每個最終單元特定墊卷的期望寬度選擇所述大卷的寬度。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，基于所述大卷的寬度選擇有待從所述大卷切割的最終單元特定墊卷，以最小化來自大卷的廢料。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，基于每個最終單元特定墊卷中支撐墊的長度的整數(shù)劃分選擇支撐墊的長度。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，基于有待從最終單元特定墊卷切割的支撐墊的長度的倍數(shù)選擇大卷中的支撐墊的長度。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，從最終單元特定墊卷切割的每個支撐墊的長度如下確定基于周圍將被包裹所述長度的支撐墊的具體催化劑載體的測量直徑計(jì)算所述的每個支撐墊的長度。
12.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述支撐墊沒有結(jié)合劑。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括步驟基于下面的計(jì)算公式計(jì)算催化劑載體與殼之間的間隙的期望環(huán)形截面面積Agap
14.一種用于處理來自燃燒過程的排氣的催化單元，所述催化單元包括 殼；殼中的催化劑載體；以及在前邊緣和后邊緣之間延伸的一定長度的支撐墊，所述長度的支撐墊包裹在催化劑載體周圍以形成多個支撐墊層，支撐墊的前邊緣和后邊緣是斜面的以減小部分重疊在前邊緣和后邊緣之上和之下的支撐墊層中的材料密度的變化。
15.如權(quán)利要求14所述的催化單元，其中，優(yōu)化支撐墊層的數(shù)量，以減小前邊緣和后邊緣被相鄰支撐墊層部分重疊在之上或之下的區(qū)域中的墊密度的變化。
16.如權(quán)利要求14所述的催化單元，其中，所述支撐墊沒有結(jié)合劑。
17.一種用于處理來自燃燒過程的排氣的催化單元，所述催化單元包括 殼；殼中的催化劑載體；以及包裹在催化劑載體周圍且夾在催化劑載體與殼之間的多層支撐墊，所述支撐墊沒有結(jié)合劑。
全文摘要
提供了催化單元，用于提供催化單元的支撐墊的方法以及用于組裝催化單元的方法?；诖呋瘑卧拇呋瘎┹d體與殼之間的間隙的期望環(huán)形截面面積計(jì)算支撐墊的安裝墊密度，其中，支撐墊夾在催化劑載體與殼之間。可以通過首先分割大卷支撐墊以形成多個最終單元特定墊卷來提供催化單元的支撐墊。所述支撐墊可以包裹在催化劑載體周圍以形成多層支撐墊，其中，所述支撐墊具有成斜面的前邊緣和后邊緣，以減小部分重疊在前邊緣和后邊緣之上和之下的支撐墊層中的材料密度的改變。所述支撐墊可以沒有結(jié)合劑。
文檔編號F01N13/00GK102209842SQ200980144817
公開日2011年10月5日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者K·奧利維耶, R·萊瑟姆 申請人:坦尼科汽車營業(yè)公司