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(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980144817. 3、申請(qǐng)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(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)要求2008年11月11日提交的第61/113, 593號(hào)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)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(jī)動(dòng)車的壓縮 發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng)車產(chǎn)業(yè)包括利用一個(gè)或多個(gè)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(dòng)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(shí)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(duì)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。
[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(zhǎng)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(duì)于每個(gè) 特定催化單元設(shè)計(jì)需要的每個(gè)不同尺寸和形狀的模切需要保持不同零件編號(hào)的庫(kù)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?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(duì)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(gè)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(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。
[0011] 作為另一特征，通過首先測(cè)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(cè)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(fèi)，并且通過減少與傳統(tǒng)模 切工藝所需的多個(gè)零件編號(hào)相關(guān)的庫(kù)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(shí)"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(gè) 最終單元特定墊卷，其中，每個(gè)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(zhǎng)度，或者通過認(rèn)真選擇從大卷上割下來的 每個(gè)最終單元特定支撐墊卷上設(shè)置的長(zhǎng)度，或者通過在生產(chǎn)與每個(gè)最終單元特定支撐墊卷 相關(guān)的催化單元時(shí)認(rèn)真選擇從該最終單元特定卷切下來的支撐墊的長(zhǎng)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)。
[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(shí)，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(shí)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(gè)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。
[0016] 根據(jù)整個(gè)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。
【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(shí)施方式】
[0018] 參照?qǐng)D2,示出用于處理來自燃燒過程(諸如來自燃燒壓縮發(fā)動(dòng)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 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(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(dòng)方向一致。盡管可以使用任何適當(dāng)橫截面時(shí)，包括例如，卵形、橢圓 形、三角形、長(zhǎng)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。
[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(gè)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(dòng)處理中包裹或填裝墊24。
[0022] 圖4示出提供用于一個(gè)或多個(gè)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(chǔ)存在倉(cāng)庫(kù)中。然后，由最終用戶在"按需"或所謂"剛好及時(shí)" (JIT)的基礎(chǔ)上將大卷40從存儲(chǔ)狀態(tài)拉出以進(jìn)行割開操作41，其中，每個(gè)大卷40沿其寬度 W被割開，以形成多個(gè)最終單元特定支撐墊卷42,每個(gè)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W KW。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(shì)。一旦將大卷40割開以用于個(gè)別程序，就可以提供最終單元卷42， 以用于切割成設(shè)定長(zhǎng)度且在填裝處理44中將支撐墊24組裝到基底上。
[0023] 在一個(gè)優(yōu)選形式中，基于每個(gè)最終單元支撐墊卷42的期望寬度WKW選擇每個(gè)大卷 40的原始寬度W，其中每個(gè)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(zhǎng)度的整數(shù)劃分選擇從最終單元支撐墊卷42切割的每個(gè)支撐墊24的長(zhǎng)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(gè)或 多個(gè)單元的各個(gè)支撐墊24的期望切割長(zhǎng)度的倍數(shù)選擇原始大卷40的總長(zhǎng)度，再次最小化 浪費(fèi)。在一個(gè)優(yōu)選形式中，從單元特定卷42切割固定長(zhǎng)度的支撐墊24,以形成用于正在組 裝的各個(gè)單元10中每一個(gè)的支撐墊24。作為另一可選示例，可以基于用于每個(gè)單元特定卷 42的特定單元10的墊24的期望切割長(zhǎng)度的倍數(shù)選擇該單元特定卷42上的墊的總長(zhǎng)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(zhǎng)度，基 于每個(gè)支撐墊24將要包裹的特定基底20的測(cè)量直徑DsubstMte計(jì)算每個(gè)支撐墊24的長(zhǎng)度， 從而對(duì)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(zhǎng)度是74. 2 m或80 m。第一個(gè)表示出優(yōu)化每個(gè)支撐墊24的長(zhǎng)度以最小化來自大卷40上墊的長(zhǎng)度的端部的廢 料的分析，第二個(gè)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(zhǎng)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(jì)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(shí)際環(huán)形體積計(jì)算