用于處理排氣的催化單元以及這種單元的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請?zhí)枮?00980144817. 3、申請日為2009年11月11日、名稱為"用于 處理排氣的催化單元以及這種單元的制造方法"的專利申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請的交叉引用 本申請要求2008年11月11日提交的第61/113, 593號的美國臨時申請的權(quán)益，通過 參考將其全部合并于此。
[0003] 聯(lián)邦政府資助的研宄或開發(fā) 不適用。
[0004] 微縮膠片/版權(quán)參考 不適用。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 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，用于機動車的壓縮 發(fā)動機的催化轉(zhuǎn)化器、柴油氧化催化劑（D0C)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)】
[0006] 已知在機動車產(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 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，但還是有改進的余地。
[0007] 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。
[0008] 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，因為支撐墊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】

[0009] 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。
[0010] 在另一特征中，基于需要實現(xiàn)期望墊密度的外殼的內(nèi)徑與催化劑載體之間的墊的 實際環(huán)形體積計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。
[0011] 作為另一特征，通過首先測量作為單獨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。
[0012] 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，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，可以進一步縮減浪費。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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)點將變 得更加明顯。
[0016] 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)點將變得更加明顯。
【附圖說明】
[0017]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； 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。
【具體實施方式】
[0018] 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 止匕 -、〇
[0019] 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24。
[0020] 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。
[0021] 支撐墊24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?的，例如，包括玻璃纖維墊或巖棉墊。在一個優(yōu)選形式中，墊24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。
[0022] 圖4示出提供用于一個或多個特定催化單元設(shè)計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)計特有的寬度W KW。優(yōu)選地，因為本發(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24組裝到基底上。
[0023] 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WKW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W KW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W K(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24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24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。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24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。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24將要包裹的特定基底20的測量直徑DsubstMte計算每個支撐墊24的長度， 從而對于任何具體最終單元10來說，將墊24和基底20定制為彼此配合。
[0024] 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24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24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。
[0025] 基于墊卷長度的墊分割產(chǎn)出的分析
優(yōu)選地，基于期望的安裝墊密度（IMD)計算殼體或殼30的標(biāo)定的或大小確定的外徑Dcase，其中，基于催化劑載體20的外表面32與大小確定后的/標(biāo)定之后的殼30的內(nèi)表面47 之間的間隙46中的期望用于支撐墊24的實際環(huán)形體積計算