[发明专利]具有改进的起燃性能的催化装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属蜂窝体，其作为用于内燃机的废气清洁的催化剂材料的涂层的支承体。

背景技术

针对蜂窝体所期望的是，首先是一种大的几何形状的表面面积，以容纳涂层，并且其次是低热容量，从而蜂窝体迅速地加热至催化装置的工作温度。另外，针对蜂窝体需要足够的机械稳定性，从而承受脉动气流的机械压力以及发动机和车辆的振动。而且，蜂窝体的材料必须在高温抵抗腐蚀性废气环境。

最终的催化装置的催化剂涂层包括细分的热学稳定的金属氧化物，在其表面上沉积催化活性的铂族金属。合适的金属氧化物例如是氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化铈、氧化锆、沸石以及它们的混合物或复合氧化物、以及诸如氧化镧和氧化钡的稳定剂。为了将这些材料施加至蜂窝体，粉状材料例如悬浮在水中。随后，该涂层悬浮物通过已知的工艺被沉积在蜂窝体上，并被干燥和通过焙烧被固结。

蜂窝体可具有不同的结构。甚至在最早期，螺旋卷绕的蜂窝体被使用。它们包括一个光滑的和一个波纹的片层，所述片层以一个在另一个之上的方式被放置并然后卷绕成螺旋形并插入外管中。这两个片层形成通道，废气可流经所述通道并与催化剂涂层密集接触。

在另一种结构中，蜂窝体是由多个光滑的和波纹的片层形成，或者由不同的波纹的片层形成，各所述片层交替布置，在这种情况中，各片层首先形成彼此相互缠绕的一个或多个堆叠体。各片层的端部位于外侧，并可与外管相连。这形成了片层与外管之间的多个连接，这增加了蜂窝体的机械强度。

用于片层的材料优选是含铝的合金钢，其例如市场上销售商标为这是一种铁铬铝合金。片层的厚度大体是在20与80μm之间，优选50μm。

已经已知一段时间的是，片层可设有穿孔和波纹，从而影响通道内的流和/或实现各个流通道之间的横向混合。同样已知的是，带有槽的片材可用于构成金属蜂窝体。例如，美国专利公开文献US5599509提出了在蜂窝体的进入区域中将片材装备有横向于废气流动方向的槽，从而以控制的方式在该区域内减小蜂窝体的热容量。

由于前侧部分中的减小的导热率以及热容量，所施加的催化剂涂层更加快速地达到其起燃温度(light off temperature)，并因此还实现了例如针对一氧化碳和碳氢化合物的更好的转化。然而，转化的改进主要取决于片层的槽的百分比面积。仅仅在20与50％之间的槽面积的范围内转化被改进。在50％以上，碳氢化合物转化再次减小，这是因为可用的催化剂材料随着槽面积和催化剂层的等效厚度的增加而减小。转化的改进因而仅仅在加热相中被观察。在加热相之后，减小量的催化剂材料导致了废气中的有害物质的更差的转化。而且，这种催化装置由于少量的催化剂材料而具有低的抗时效性。此外，片层中的穿孔增加了催化装置的背压(back pressure)，这是因为在各孔处形成紊流。如果打算将与具有同一几何形状的无孔的支承体的情况同样质量的催化剂材料施加至这种催化剂支承体，则催化剂层的层厚度以及因此同样催化装置的背压将不可避免地增加。

专利公开文献DE 10314085 A1同样公开了包括至少部分地穿孔的片层的金属蜂窝体。各穿孔的目的在于使得不同流通道的废气流的横向混合。在涂层中，因此确保了各孔并不由涂层悬浮物封闭。为此，蜂窝体在振动单元中被涂层，其中所述振动单元产生涂层悬浮物与支承体之间的相对运动并因而防止各孔的封闭。

专利公开文献US 5821194公开了包括光滑的和波纹的片层的金属蜂窝体。为了改进预涂层材料的粘合性，各片层设有多个孔，预涂层成分在涂层的情况中渗入所述孔中，并在片层与涂层材料之间形成机械锚固。为此，各孔的直径是片层的厚度的尺寸的大约一半，并因而是从25至35μm。各孔以大约彼此1mm的距离布置。

发明内容

本发明应避免现有技术的穿孔的片层已知的缺点。本发明的目的是借助于合适的措施通过片层的孔表面补偿支承表面的损失。

该目的通过用于内燃机的废气清洁的催化装置实现，所述催化装置包括由平滑的金属片材和波纹的金属片材构成的蜂窝体，其具有针对所述废气的进入端面以及排出端面，所述金属片材设有孔，以减小其热容量；以及催化剂材料，所述催化剂材料已经施加至所述金属片材。所述催化装置其特征在于，所述金属片材的孔和/或槽大致充满所述催化剂材料，并且所有孔的总共的孔面积是金属片材的面积的5至80％。