專利名稱：低背壓后處理金屬載體單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種低背壓后處理金屬載體單元，應(yīng)用于汽車尾氣的DOC、SCR或POC后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
當前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車的排放達標的技術(shù)手段選擇方面，人們?nèi)匀幻媾R不少的難題，例如，如何選擇后處理的載體和催化劑等方面。后處理載體是構(gòu)成車用后處理平臺的關(guān)鍵因素，截止到目前為止，在后處理載體方面絕大多數(shù)是進ロ的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機械強度稍差，不太適應(yīng)于中國的實際情況；同樣，ー些特殊結(jié)構(gòu)的成熟的金屬載體也是被國外的技術(shù)和專利壟斷，成為制約中國 后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理載體是推進該領(lǐng)域技術(shù)進步的核心內(nèi)容。根據(jù)車用后處理器的使用エ況，以及對載體的綜合技術(shù)要求，金屬蜂窩、金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、金屬纖維和無機纖維也是載體材料的不錯的選項。后處理所用的陶瓷載體，通常都是采用專用的金屬陶瓷的3M襯墊‘包括’住載體，并把載體和殼體封裝固定在一起，滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求，但是，一方面材料的成本較高，另ー方面封裝必須采用機器人生產(chǎn)線，影響產(chǎn)品的競爭力。而上述所用的金屬載體單元，在封裝時就不適合使用這種金屬陶瓷的3M襯墊。這里，并不是說金屬材質(zhì)的載體的封裝就沒有一點問題，相反，要滿足車輛的冷態(tài)和熱態(tài)的抗振動要求也必須采取多種技術(shù)措施；例如，可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體整體在真空釬焊爐內(nèi)進行釬焊處理，此エ藝，雖然能很好的解決載體単元的強度問題，但是，設(shè)備成本和生產(chǎn)エ藝的成本高昂，也完全不符合低碳節(jié)能環(huán)保的緑色エ藝過程的特點；也可以把柱狀的金屬材質(zhì)的載體兩端加裝支撐結(jié)構(gòu)，也可以在柱狀的金屬材質(zhì)的載體之間‘橫穿加強筋’等等，這些措施都改變了載體的最基本的氣流場的分布均勻性，結(jié)果是‘局部受カ不均’，在通過GB或HJ振動試驗時產(chǎn)生位移等形式的損害。同樣，市場上已經(jīng)有各類金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)的金屬載體出現(xiàn)，但是，對這類樣件在規(guī)定的50(Tl000h的臺架老化試驗中存在不同程度的堵塞問題，實測樣件的背壓指標檢測大于15kpa，最高達到23kpa，背壓較高時將導(dǎo)致車輛燃油經(jīng)濟性變差，出現(xiàn)這些堵塞問題的原因歸結(jié)到底是這類載體的宏觀結(jié)果和微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化存在問題，也就是在增加過濾面積(濾床體積)的同時應(yīng)該優(yōu)化氣流通道；
在中國專利信息平臺，以‘后處理載體封裝’、‘后處理殼體封裝’和‘殼體封裝’進行檢索，申請(專利)號為CN201010522911. 2的‘ー種尾氣凈化用金屬載體及其加工方法’的專利是卷繞而成的波片和平片通過耐高溫的黏膠連接的方法；申請(專利)號為CN200510024944. 3的‘汽車尾氣凈化器催化劑金屬載體及其制備方法’的專利是泡沫金屬的結(jié)構(gòu)；申請(專利)號為CN200910262284. O的‘尾氣浄化器用金屬載體’的專利是ー種多層交替疊合的U型平板及U型波形板構(gòu)成；申請(專利)號為CN200910177855. O的‘ー種耐高溫的金屬載體’的專利是外殼內(nèi)壁涂布鎳基釬焊粉及粘結(jié)劑進行高溫焊接制作金屬載體；申請(專利)號為CN201110048031.0的‘一種用于固定源尾氣脫硝的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)催化劑及制備’的專利是蜂窩狀金屬載體的催化劑的制備；申請(專利)號為CN98125354. 7的‘催 化劑用金屬載體’的專利是具有一個呈圓筒形并含有多個沿軸線方向延伸的通氣孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)體；申請(專利)號為CN200710010359. 7的‘ー種具有氧化鋁涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體及其制備方法’的專利是將多個平板狀和多個瓦楞狀金屬絲網(wǎng)加工制成帶有涂層的蜂窩狀金屬絲網(wǎng)載體；申請(專利)號為CN200720088652. O的‘機動車三元催化凈化器金屬載體的波紋帶及其金屬載體’的專利是由多層波紋帶與平板帶的疊合層卷制焊接成的蜂窩狀柱體；申請(專利)號為CN201020206068. 2的‘孔網(wǎng)式催化轉(zhuǎn)化器’的專利是由孔網(wǎng)式金屬載體是由多條金屬波紋網(wǎng)帶交叉重疊或由多條金屬波紋網(wǎng)帶與金屬平板網(wǎng)帶交叉重疊組成；申請(專利)號為CN201020532458. 9的‘ー種摩托車的尾氣凈化金屬載體’的專利是多個呈直通孔狀結(jié)構(gòu)的過濾孔，過濾孔內(nèi)間隔設(shè)置有若干起阻流作用的徑向波紋的蜂窩載體；分析認為上述專利于本發(fā)明沒有近似性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種低背壓后處理金屬載體單元，其對現(xiàn)有的后處理載體的性能和結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，降低了堵塞的風險，増加了振動試驗通過的幾率，具備實用性和先進性。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的ー種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于采用長度為L400(T9000mm，寬度為Dl=15(T500mm，厚度為O. 5 4. 5mm的金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈和汽液過濾網(wǎng)做成金屬過濾基片，并在金屬過濾基片上布置一條由汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2的呈正弦分布的金屬繩，卷繞制備而成金屬載體單元；封裝在SUS304不銹鋼殼體內(nèi)。所述的金屬繩是用汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2=3 30mm，呈正弦對稱分布在金屬過濾基片的長度上。所述的金屬繩的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XL。所述的汽液過濾網(wǎng)的絲徑為O. 2^0. 35mm。所述的金屬過濾基片上采用2 4層的汽液過濾網(wǎng)疊在一起，并經(jīng)過三輥機碾壓ー次。本發(fā)明的積極效果是通過卷繞前的濾片進行微觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，發(fā)明了金屬繩支撐的‘濾片単元’，在載體宏觀規(guī)整的前提下，營造圍觀的不規(guī)整，使卷繞后的載體存在豐富的‘契型空間’，増加了氣體濾過的面積，減少了被堵塞可能，在使用中具有積極意義。


圖I濾片切割的示意圖。圖2模板以及繩的纏繞示意圖。圖3模板原理示意圖。圖4卷繞后的樣件示意圖。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明進ー步描述，實施例為進ー步闡明本發(fā)明的特點，不等同于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進行的更改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。ー種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于采用長度為L400(T9000mm，寬度為Dl=15(T500mm，厚度為O. 5^4. 5mm的金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈和汽液過濾網(wǎng)做成金屬過濾基片1，并在金屬過濾基片I上布置一條由汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2的呈正弦分布的金屬繩2，卷繞制備而成金屬載體單元；封裝在SUS304不銹鋼殼體內(nèi)；
所述的金屬繩2是用汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2=3 30mm，呈正弦對稱分布在金屬過濾基片I的長度上； 所述的金屬繩2的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XL ；
所述的汽液過濾網(wǎng)的絲徑為O. 2^0. 35mm ；
所述的金屬過濾基片I上采用2 4層的汽液過濾網(wǎng)疊在一起，并經(jīng)過三輥機碾壓一次。實施例I
如圖2-3所示，取O. Imm絲徑的SUS304不銹鋼的編織網(wǎng)，長度L=5000mm，寬度Dl=300mm ;把金屬過濾基片I固定在模板3上；取D= (l/20)XL=250mm，即在這個長度方向上分布20個正弦線形狀；采用2層的寬度為15mm的O. 3mm絲徑的SUS304不銹鋼的汽液過濾網(wǎng)抒成約4. 5mm的繩,制備長度約為13500mm,三棍機碾壓一次,扁平化,厚度為2mm ;固定繩的一端，使之在模板上纏繞成I條類似正弦狀，剪掉多余的繩；然后沿長度方向的一端為‘芯’卷繞，制成車用低背壓后處理金屬載體單元如圖4所示；
采用厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼板作為殼體板,制備出內(nèi)徑為300mm,高度為340mm筒狀殼體，用此筒狀殼體把此載體単元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了低背壓后處理金屬載體單元的制備；該載體單元按照正常的エ藝完成催化劑連接層漿料的涂敷和燒結(jié)，完成活性催化劑的涂敷和燒結(jié)，即成為低背壓后處理器金屬載體的樣件；
在排量為8. 6L的柴油發(fā)動機標準臺架上連接該樣件，選定6個轉(zhuǎn)速和負荷的不同組合的エ況，熱起活樣件2h后，分別測定各個エ況下的排氣背壓參數(shù)，背壓在6 12Kpa，符合標準。實施例2
取厚度為I. 2mm的SUS304不銹鋼纖維的燒結(jié)氈，長度L=5000mm，寬度Dl=300mm ;采用三輥機把制備的濾片滾壓一次，邊角更為整齊，使之規(guī)整的金屬過濾基片I ;把金屬過濾基片I固定在模板3上；取D= (1/200 X L=25mm，即在這個長度方向上分布200正弦線形狀；采用2層的寬度為15mm的O. 3mm絲徑的SUS304不銹鋼的汽液過濾網(wǎng)擰成約4. 5mm的繩，制備長度約130000mm,三棍機碾壓一次,扁平化,厚度為2m ;固定繩的一端,使之在模板上纏繞成I類似正弦狀，剪掉多余的繩；然后沿長度方向的一端為‘芯’卷繞，制成車用低背壓后處理金屬載體單元；
采用厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼板作為殼體板,制備出內(nèi)徑為300mm,高度為340mm筒狀殼體，用此筒狀殼體把此載體単元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了低背壓后處理金屬載體單元的制備；該載體單元按照正常的エ藝完成催化劑連接層漿料的涂敷和燒結(jié)，完成活性催化劑的涂敷和燒結(jié)，即成為低背壓后處理器金屬載體的樣件；
在排量為8. 6L的柴油發(fā)動機標準臺架上連接該樣件，選定6個轉(zhuǎn)速和負荷的不同組合的エ況，熱起活樣件2h后，分別測定各個エ況下的排氣背壓參數(shù)，背壓在8 12Kpa，符合標準。
實施例3
取6層的O. 3mm絲徑的SUS304不銹鋼的汽液過濾網(wǎng)，長度L=4000mm，寬度Dl=300mm ；三輥機碾壓一次，把濾片固定在模板上；取D= (l/400)XL=10mm，即在這個長度方向上分布400個正弦線形狀；采用2層的寬度為15mm的O. 3mm絲徑的SUS304不銹鋼的汽液過濾網(wǎng)抒成約4. 5mm的繩,長度為250000mm,三棍機碾壓一次,扁平化,厚度為2m ;固定繩的一端，使之在模板上纏繞成I類似正弦狀，剪掉多余的繩；然后沿長度方向的一端為‘芯’卷繞，制成車用低背壓后處理金屬載體單元；
采用厚度為I. 5mm的SUS304不銹鋼板作為殼體板,制備出內(nèi)徑為300mm,高度為340mm筒狀殼體，用此筒狀殼體把此載體単元芯封裝焊接，兩端各用齒板擋條焊接固定，完成了低背壓后處理金屬載體單元的制備；該載體單元按照正常的エ藝完成催化劑連接層漿料的涂敷和燒結(jié)，完成活性催化劑的涂敷和燒結(jié)，即成為低背壓后處理器金屬載體的樣件；
在排量為8. 6L的柴油發(fā)動機標準臺架上連接該樣件，選定6個轉(zhuǎn)速和負荷的不同組合的エ況，熱起活樣件2h后，分別測定各個エ況下的排氣背壓參數(shù)，背壓在8 14Kpa，符合標準。本發(fā)明的金屬過濾基片的材料是金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈和汽液過濾網(wǎng)，上述幾種材料在市場上作為普通的商品很容易獲得；金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈和汽液過濾網(wǎng)必須是SUS304以上規(guī)格的不銹鋼材料，以滿足其防腐蝕和防銹的要求；商品化的金屬絲網(wǎng)的絲徑只能選用O. Γ0. 3mm之間的規(guī)格，絲徑過大卷繞難度加大，絲徑過小強度過低；另外，為方便卷繞，燒結(jié)租的厚度應(yīng)該控制在5mm以下；同樣,汽液過濾網(wǎng)的絲徑也應(yīng)該在O. 2"O. 35mm之間,推薦一張濾片應(yīng)該采用2 4層的汽液過濾網(wǎng)疊在一起，并實現(xiàn)經(jīng)過三輥機碾壓一次；
本發(fā)明所述的金屬繩是采用汽液過濾網(wǎng)的窄條按照擰繩的辦法擰成直徑為D2=3 30_的金屬繩，此金屬繩以一定現(xiàn)狀分布在兩個金屬濾片的之間，即起到支撐的作用，借助于繩的作用，在濾片之間形成微隙，這些微隙可以讓尾氣的氣流通過，但是由于不是直通孔，濾片就把尾氣中的PM截留下來，在濾片上的催化劑的作用下被除去；為保證汽液過濾網(wǎng)的窄條擰成的繩能保持形狀，可以采用與金屬加工行業(yè)類似的‘拉拔磨具’，把繩經(jīng)過廣2次的來回拉拔，即可部分消除弾力，保證繩的形狀；也可以采用三輥機碾壓一次，稍微扁平化，消除其弾性；事實上，采用較大的卷繞カ時，卷繞前的圓形的金屬繩在卷繞后也可以成為扁平狀金屬線繩；繩的直徑可以采用擰繩之前所用‘網(wǎng)的寬度或厚度’的大小來保證；為保證載體単元的強度，本發(fā)明的繩的擺放是一條正弦繩的分布，有時，在張緊カ的作用下也可能變成類似正弦，當然，也可以是其它尖角分布的形狀，這在本領(lǐng)域的技術(shù)人員都可以實現(xiàn)，如圖I所示 ，金屬繩2的直徑選為D2=3 30mm，當D2太小時，在卷制壓力的作用下，微隙可能太小，甚至消失；相反，當D2過大時，微隙的空間足夠大，但是使整個載體的有效過濾體積(面積)縮小，無法實現(xiàn)最佳效果；D2直徑較小可以制備過濾隙較小的精細載體単元，相反，D2較大時可以制備過濾隙較大的一般精度的載體單元；
本發(fā)明的金屬繩的分布由D來控制，本發(fā)明的D= (1/20^1/400) XL，其中，當D過大吋，即正弦線分布過少，例如，僅僅分布3 4個正弦形狀，環(huán)繞后很難形成均勻的契型氣隙；因此，本發(fā)明的D最小為長度L的1/400，即當長度為4000mm時，D=IOmm,分布400個契型氣隙，起到氣流分布的均化作用；反之，如果當D過小，即正弦線分布過多，例如400個以上的正弦線，不僅生產(chǎn)エ藝復(fù)雜，效率低下，可能會大大增加載體的質(zhì)量，影響成本；金屬繩的表面是凹凸不平的粗糙表面，當有一定的卷繞カ時，很容易和過濾基片互相咬合和約束成為一體，有利于改善載體單元的整體強度，這也是不能采用其它的‘實心’的金屬絲替代金屬繩的原因；金屬繩具有一定的弾性，但是一旦完成卷繞后，在濾片壓緊カ和軸向以及徑向張カ的作用下，將保持其形狀不變；
本發(fā)明的一種低背壓后處理金屬載體單兀，金屬過濾基片I的Dl=150 500mm,L=4000^9000mm,以及厚度為O. 5^4. 5mm是考慮到本發(fā)明所形成的產(chǎn)品可以覆蓋從輕型車到重型車的完整產(chǎn)品線；
本發(fā)明的ー種低背壓后處理金屬載體單元，需要一個模具或模板來完成制作，該模板 的結(jié)構(gòu)如圖4所示，模板的特點是均勻分布若干的契型錨釘，鉚釘?shù)母叨群推跣徒嵌纫赃m合固定和卷繞為目的；在載體制作中事先把過濾基片平放在模具3上，用契型錨釘固定，由于過濾基片I是多孔的，因此，錨釘可以穿透并限位濾片；然后把I組直徑為D2的金屬繩2按照類似正弦形狀纏繞，也容易實現(xiàn)，即沿長度方向，從一端到另一端，可以手工操作，也可以采用機械設(shè)備來完成；然后從一端開始卷繞成需要的形狀；SUS304不銹鋼殼體封裝成載體單元；
按照本發(fā)明制作的載體單元，這樣，不論進ロ端或出口端都分布許多個均勻分布的契型緩沖空間，尾氣只能通過濾片的本體進行過濾，不存在直通孔隙，該結(jié)構(gòu)在不降低過濾效果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為后處理載體，該產(chǎn)品可以用作DOC、POC和SCR的載體；
本發(fā)明的ー種低背壓后處理金屬載體單元，根據(jù)實際車輛發(fā)動機的實際排量，從輕型車到重型車，后處理器載體的體積為3 40L之間。
權(quán)利要求
1.一種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于采用長度為L400(T9000mm，寬度為Dl=15(T500mm，厚度為0. 5^4. 5mm的金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈和汽液過濾網(wǎng)做成金屬過濾基片，并在金屬過濾基片上布置一條由汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2的呈正弦分布的金屬繩，卷繞制備而成金屬載體單元；封裝在SUS304不銹鋼殼體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于所述的金屬繩是用汽液過濾網(wǎng)擰成的直徑為D2=3 30mm，呈正弦對稱分布在金屬過濾基片的長度上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于所述的金屬繩的分布由D來控制，D= (1/20^1/400) XL。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于所述的汽液過濾網(wǎng)的絲徑為0. 2 0. 35mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于所述的金屬過濾基片上采用2 4層的汽液過濾網(wǎng)疊在一起，并經(jīng)過三輥機碾壓一次。
全文摘要
本發(fā)明涉及低背壓后處理金屬載體單元，其特征在于采用金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈或汽液過濾網(wǎng)作為基體，在長度方向的分布了一條一定直徑的正弦形狀的汽液過濾網(wǎng)擰成的繩，從一端卷繞制作的車用低背壓后處理金屬載體單元，這樣，金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)氈或汽液過濾網(wǎng)的層與層之間獲得很好的徑向和軸向的支撐，不論進口端或出口端都分布許多個均勻的契型緩沖空間，在不降低過濾效果的情況下降低背壓，延長更換和維修間隔，因此，作為后處理載體，該產(chǎn)品可以用作DOC、POC、DPF和SCR的載體，具有一定的實際意義和較高的實用價值。
文檔編號F01N3/28GK102733905SQ201210238839
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者劉忠政, 孫國靜, 崔龍, 張克金, 張喆, 王丹, 米新艷, 陳慧明, 魏傳盟 申請人:中國第一汽車股份有限公司