专利名称：催化转化器的优化的制作方法
催化转化器的优化技术领域本申请的披露内容涉及催化转化器。
背景技术：
本部分所进行的陈述仅提供了与本申请的披露内容相关的背景技 术信息且可能并未构成现有技术。汽车发动机产生了例如一氧化碳(CO )、挥发性有机化合物(V0Cs ) 和氮的氧化物(N0x)等排放物。汽车可包括被设计用来减少这些排放 物的一个或多个催化转化器。催化转化器包括涂覆有催化剂的多块基 板，所述催化剂例如为贵金属如铂、铑和/或钯。在结构方面被设计成 使催化剂的最大表面积暴露于从发动机流出的排出物，并因此通过与催 化剂进行的化学反应而降低排出物中的排放物水平。常规的催化转化器在该催化转化器的前部部段中提供了更高密度 的催化剂以便促进排放物的减少。同时，常规的转化器在该催化转化器 的远端部段中提供了更低密度的催化剂以便降低成本。更特别地，参见 图1,图中示出了根据现有技术的催化转化器10。催化转化器10包括 允许排出物14进入催化转化器IO的入口 12和允许排出物14被排出催 化转化器10的出口 16。催化转化器10包括被布置在催化转化器10的第一子部段20中的 第一基板18和被布置在催化转化器10的第二子部段24中的第二基板 22。第一基板18包括第一催化剂涂层26。催化剂涂层26以第一密度被 均匀地分布在整个第一基板18上。涂层26通常包括氧化催化剂如铂和 钯。第二基板22包括第二催化剂涂层28。第二催化剂涂层28以小于第 一密度的第二密度被均匀地分布在整个第二基板22上。第二涂层28通 常包括氧化催化剂和还原催化剂如铂、钯和铑。该设计对于在较低的排出物温度和较为宽松的排放标准下使用的 催化转化器而言是一种可行的折衷方案。随着导致产生了更高的排出物 温度和更快的催化剂升温速率的被安装在更接近发动机的位置处的催 化转化器的出现，前部部段上的更高密度的催化剂使得在最小的限度上促进了排放物的减少。更严格的排放标准使得需要在更大程度上减少排 放物且不会大大增加添加到催化剂中的贵金属的量。发明内容鉴于上述内容，本申请的披露内容教导了一种催化转化器。所述催 化转化器包括入口 。基板的第 一子部段位于与所述入口相距第 一距离的 位置处，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化剂涂层。基板的 第二子部段位于与所述入口相距第二距离的位置处，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化剂涂层。所述第二距离大于所述第 一距离且 所述第二密度大于所述第一密度。在其它特征中，提供了 一种形成催化转化器的方法。所述方法包括 将至少一个基板结构分成多个子部段；用第一密度的催化剂涂覆所述多 个子部段中的第一子部段；用大于所述第一密度的第二密度的催化剂涂 覆所述多个子部段中的第二子部段；将所述第一子部段设置在与所述催 化转化器的入口相距第 一距离的范围内；并且将所述第二子部段设置在 与所述入口相距第二距离的范围内，所述第二距离大于所述第 一距离。通过本文提供的描述将更易于理解其它可应用的领域。应该理解 所进行的描述和特定实例仅旨在用于示例性的目的且并不旨在限制本 申请的披露内容的范围。
在此所示的附图仅用于示例性的目的且并不旨在以任何方式限制 本申请的披露内容的范围。图1是根据现有技术的催化转化器的剖视图；图2是示出了发动机控制系统的框图；图3是根据本教导的催化转化器的剖视图；图4示出了在第一加速周期期间的催化剂温度与活性催化剂体积；和图5是示出了根据本教导的 一种形成催化转化器的方法的流程图。
具体实施方式
下面进行的描述在本质上仅是示例性的且并不旨在限制本申请的才皮露内容及其应用或使用。应该理解在所有附图中，相应的附图标记 表示相似或相应的部件和特征。现在参见图2,车辆30包括控制模块32、发动机34、燃料系统36 和排出系统38。节流阀40与控制模块32连通以便控制流入发动机34 的进气歧管35内的空气流。由发动机34产生的扭力矩与进入发动机34 内的质量空气流量(MAF)成比例。当A/F比(空燃比)大于化学计量 空燃比时，发动机34在贫燃条件(即燃料减少的情况)下运行。当空 燃比小于化学计量空燃比时，发动机34在富燃条件下运行。在发动机 34内进行的内燃产生了排出气体，所述排出气体从发动机34流向排出 系统38 ，所述排出系统对排出气体进行处理并且将排出气体释放到大气 中。控制模块32与燃料系统36连通以便控制向发动机34的燃料供应。排出系统38包括排气歧管42、催化转化器44和一个或多个氧传 感器46、 48。催化转化器44通过提高烃(HC)和一氧化碳(C0)的氧 化率以及氮的氧化物(N0x)的还原率来控制排放。催化转化器"需要 氧。氧传感器46测量进入催化剂的氧的量，且氧传感器48为控制模块 32提供指示出排出物中氧的水平的反馈。基于氧传感器的信号，控制模 块32将空气和燃料控制在所需的空气与燃料(A/F)比以便提供优化的发动机性能并且提供优化的催化转化器性能。现在参见图3,图中示出了根据多个实施例的典型催化转化器44。 根据本申请的披露内容，催化转化器内的催化剂涂层在通过催化剂温度 和催化剂活化温度进行优化的变化的密度下被分布在子部段中。换句话 说，催化剂涂层的密度根据催化转化器的运行温度而产生变化从而优化 了效率。例如，由于对于远高于活化温度的温度而言催化剂转化效率的 改进被削弱，因此在催化转化器的温度比催化剂活化温度高得多的位置 处，第一涂层的密度被降低。相反，在催化转化器的温度更低的位置处， 第二涂层的密度被增加。可以意识到根据本申请的披露内容的改变催 化剂涂层密度的方式可应用于包括一个或多个基板结构的催化转化器。 还可以意识到可以阶梯状形式或者以连续或线性的形式施加催化剂涂 层的密度。如图3所示，典型的催化转化器44包括允许排出物进入催化转化 器44的入口 46和允许排出物被排出催化转化器44的出口 48。催化转 化器44进一步包括至少两个基板结构50、 52。基板结构50、 52可包括被成形为蜂巢结构、球珠结构或类似结构中的一种的陶资结构。两个基 板结构的物理性质还可根据旨在实现的功能而产生变化。第一基板结构50进一步包括第一子部段54和第二子部段56。第一子部,史54位于与 入口 46相距第一距离的位置处。第二子部段56位于与入口 46相距第 二距离的位置处，所述第二距离大于第一距离。第一基板结构50内的 第一子部段54涂覆有第一密度的催化剂。第一涂层可包括减少烃和一 氧化碳排放物的氧化催化剂。该氧化催化剂包括，但不限于，钯、铂和 /或类似催化剂。第一基板结构50内的第二子部段56涂覆有第二密度 的催化剂。该第二密度大于第一密度。第二涂层可包括如上所述的减少 了烃和一氧化碳排放物的氧化催化剂，且所述第二涂层还可包括减少 N0x的催化剂如铑。第二基板结构52进一步包括第一子部段58和第二子部段60。第 一子部段58位于与入口 46相距第三距离的位置处。第三距离大于第二 距离。第二子部段60位于与入口 46相距第四距离的位置处。第四距离 大于第三距离。第二基板结构52的第一子部段58包括根据小于或等于 第二密度的第三密度进行涂覆的催化剂的第三涂层。第三涂层既可包括 氧化催化剂又可包括还原催化剂，所述氧化催化剂和还原催化剂同时减 少了CO、烃和NOx的排放物。催化剂包括，但不限于，柏、钯、铑和/ 或类似催化剂。第二基板结构52的第二子部段60包括根据小于第一密 度、第二密度和第三密度的第四密度进行涂覆的催化剂的第四涂层。继续参见图3且现在参见图4，图4是示出了在第一加速周期期间 的催化剂温度和转化效率数据的曲线图。催化剂温度沿左側y轴被示作 62。转化效率沿右侧y轴被示作64。在沿根据现有技术的催化转化器 10的中心轴线(Y)的点A、 B、 C、 D和E处的催化剂转化效率数据被示 作66。在沿图3所示的催化转化器44的中心轴线(Y)的大体上相似的 点A、 B、 C、 D和E处的催化剂转化效率数据;陂示作68。催化剂温度数 据被示作70。如72所示，在相同的催化剂温度下，在B点与D点之间 的子部段中的增加的密度使得提供了更高的转化效率。基于催化剂温度度。 ； 、 ^ ''"为了进一步说明本申请的披露内容中的催化转化器，图5示出了一 种对将要在催化转化器内形成的基板结构进行涂覆的典型方法。可以意识到可以改变的顺序实施该方法的步骤。因此，本申请的披露内容不 限于按图5所示的顺序实施。该典型方法通常被示作80。该典型方法自 步骤82开始。在步骤84中确定基板结构的第一子部段。可基于催化剂 温度和催化剂活化温度中的至少一个来确定该第一子部段的面积。在步 骤86中根据第一密度用第一催化剂涂层涂覆基板结构的第一子部段。 在步骤88中确定基板结构的第二子部段。可基于催化剂温度和催化剂 活化温度中的至少一个来确定第二子部段的面积。在步骤90中根据大 于第一密度的第二密度用第二涂层涂覆基板结构的第二子部段。在步骤 92中在与催化转化器的入口相距第一距离的位置处形成基板结构。在步骤94中确定第二基板结构的第一子部段。可基于催化剂温度 和催化剂活化温度中的至少一个来确定该第一子部段的面积。在步骤96 中根据第三密度用第三催化剂涂层涂覆第二基板结构的第一子部段。在 步骤98中确定第二基板结构的第二子部段。可基于催化剂温度和催化 剂活化温度中的至少一个来确定该第二子部段的面积。该第二子部段的 面积可小于该第一子部段的面积。在步骤100中根据第四密度用第四催 化剂涂层涂覆第二基板结构的第二子部段。第四密度小于第三密度。在 步骤102中在与催化转化器的入口相距第二距离的位置处形成第二基板 结构。第二距离大于第一距离。该方法在步骤104中结束。通过前面的描述，本领域的技术人员现在可以意识到可以多种形 式实施本申请的披露内容的广义教导。因此，尽管已经结合本申请的披 露内容的特定实例对本申请的披露内容进行了描述，但本申请的披露内容的真实范围不应因此受到限制，其原因在于本领域的技术人员在对 附图、说明书和所附权利要求书进行研究之后将易于作出其它变型。
权利要求
1、一种催化转化器，所述催化转化器包括入口；位于与所述入口相距第一距离的位置处的基板的第一子部段，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化剂涂层；和位于与所述入口相距第二距离的位置处的基板的第二子部段，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化剂涂层，其中所述第二距离大于所述第一距离且所述第二密度大于所述第一密度。
2、 根据权利要求1所述的催化转化器，进一步包括位于与所述入 口相距第三距离的位置处的基板的第三子部段，所述第三子部段包括具有第三密度的第三催化剂涂层。
3、 根据权利要求2所述的催化转化器，其中所述第三距离大于所述第二距离且所述第三密度大于所述第一密度。
4、 根据权利要求3所述的催化转化器，其中所述第三密度小于所 述第二密度。
5、 根据权利要求3所述的催化转化器，进一步包括位于与所述入 口相距第四距离的位置处的基板的第四子部段，所述第四子部段包括具 有第四密度的第四催化剂涂层。
6、 根据权利要求5所述的催化转化器，其中所述第四距离大于所 述第三距离且所述第四密度小于所述笫三密度。
7、 根据权利要求5所述的催化转化器，其中所述第四密度小于所 述第一密度。
8、 根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述第一催化剂涂层 包括氧化催化剂以及氧化和还原催化剂中的至少一种。
9、 根据权利要求1所述的催化转化器，其中所述第二催化剂涂层 和所述第三催化剂涂层中的至少一种包括氧化和还原催化剂。
10、 根据权利要求5所述的催化转化器，其中所述第一密度、所述 第二密度、所述第三密度和所述第四密度提供了密度的线性变化。
11、 根据权利要求5所述的催化转化器，其中所述第一密度、所述 第二密度、所述第三密度和所述第四密度提供了密度的阶梯状变化。
12、 一种形成催化转化器的方法，所述方法包括 将至少一个基板结构分成多个子部段；用第 一 密度的催化剂涂覆所述多个子部段中的第 一子部段； 用大于所述第一密度的第二密度的催化剂涂覆所述多个子部段中的第二子部段；将所述第一子部段设置在与所述催化转化器的入口相距第一距离的范围内；并且将所述第二子部段设置在与所述入口相距第二距离的范围内，所述 第二距离大于所述第一距离。
13、 根据权利要求12所述的方法，进一步包括用第三密度的催化剂涂覆所述多个子部段中的第三子部段并且将所述第三子部段设置成 与所述入口相距第三距离，其中所述第三距离大于所述第二距离。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中所述涂覆所述第三子部段 的步骤包括以大于所述第一密度的所述第三密度涂覆所述第三子部段。
15、 根据权利要求13所述的方法，其中所述涂覆所述第三子部段 的步骤包括以小于所述第二密度的所述第三密度涂覆所述第三子部段。
16、 根据权利要求13所述的方法，进一步包括用第四密度的催化 剂涂覆所述多个子部段中的第四子部段并且将所述第四子部段设置成 与所述入口相距第四距离，其中所述第四距离大于所述第三距离。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中所述涂覆所述第四子部段 的步骤包括以小于所述第三密度的所述第四密度涂覆所述第四子部段。
18、 根据权利要求16所述的方法，其中所述涂覆所述第四子部段 的步骤包括以小于所述第 一密度的所述第四密度涂覆所述第四子部段。
19、 根据权利要求13所述的方法，其中所述涂覆包括用氧化催化 剂涂覆所述第一子部段、所述第二子部段和所述第三子部段。
20、 根据权利要求19所述的方法，其中所述涂覆包括用氧化催化 剂和还原催化剂涂覆所述第一子部段、所述第二子部段和所述第三子部 段中的至少一种子部段。
全文摘要
一种催化转化器包括入口。基板的第一子部段位于与所述入口相距第一距离的位置处，所述第一子部段包括具有第一密度的第一催化剂涂层。基板的第二子部段位于与所述入口相距第二距离的位置处，所述第二子部段包括具有第二密度的第二催化剂涂层。所述第二距离大于所述第一距离且所述第二密度大于所述第一密度。
文档编号F01N3/28GK101230794SQ20081000378
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月23日 优先权日2007年1月23日
发明者F·阿门特 申请人:通用汽车环球科技运作公司