[发明专利]减少汽车废气内碳氢化合物的催化剂

说明书

本发明涉及一种内燃机汽车用的主要用于催化净化含有大比例碳氢化合物的废气的催化剂。

在世界性的对汽车废气净化提出越来越严格要求的过程中，发展了许多种设计形式的催化剂。其中一类催化剂至少有部分地涂有催化活性材料层的金属箔，金属箔设在外管内。对于这些催化剂已知许多具有不同金属箔结构的结构形式。

尽管在金属箔上涂有催化活性材料的催化剂在导热和温度分布方面具有非常良好的特性，然而在某些使用情况下由于放热反应仍然在催化剂内出现过热。为避免这种情况，由DE3635993 A1已知一种催化剂，它设计为让废气自由流过横截面积的中央区，以避免过热。由EP0270856 A1还已知这样一种蜂窝体。

然而在这些已知的催化剂中始终还有一个目的，即，净化废气的一个尽可能多的份额，而只有在中央区的一小部分不受阻碍地流过，以避免在此区域过热，在一种完全占满排气截面的蜂窝体中就可能出现这种过热。

当然存在一些使用情况，此时内燃机的废气中含有如此大比例的碳氢化合物，以致即使在这些已知的蜂窝体中当它们催化转换碳氢化合物成分时仍会过热。尤其是某些老式二行程发动机产生的废气中碳氢化合物的浓度高达4体积％，在完全催化燃烧时它们释放出极大的热量。虽然这可以借助于大容积的催化剂加以控制，但为此往往没有可供使用的足够大的空间。尽管如此，值得追求的是用合理的花费降低此高的有害物质比例，以便能满足至少某些有关有害物质排放的最低要求。

在英国专利GB 2 231 283 A中对各种蜂窝体进行了描述，这些蜂窝体都包括一个层叠的、完全自由的中央区域，并且只有在横截面的外部区域中构成通道的叠层具有起催化作用的上表面。在这些实施例中，总是由一个光滑的叠层构成一个作用的中央区域，这样将使中央区域内的废气仅仅与内光滑叠层的小的催化作用表面接触。

因此本发明的目的是要创造一种催化剂，它至少能部分地催化转换具有例如2-4体积％的高碳氢化合物浓度的废气，在此情况下不会过热。与此同时，结构应尽可能简单而且也能装在小型汽车中。

为实现本发明的目的，根据本发明提供一种内燃机汽车用的主要用于催化净化含有大比例碳氢化合物的废气的催化剂由外管构成，外管内至少有一个至少部分有催化活性材料涂层的金属箔设在外管内表面的附近，外管横截面积在绝大部分中央区内与金属箔无关，其特征为：金属箔至少在部分区域内具有某种结构尤其是波纹形并构成一些通道，金属箔结构的尺寸和形状设计为使通道有一种横截面积，它如同在具有25至200cpsi(每平方英寸的孔数)的蜂窝体中出现的那样，在这种情况下中央区以金属箔的具有某种结构的部分区域为界。

根据本发明，在外管内表面的至少部分内圆周上设有至少一层作为单独构件的具有催化活性材料的金属箔。金属箔在一段内是光滑地与壁齐平的。金属箔至少在外管的端部钎焊就位。设二至六层金属箔，它们的结构设计为使它们构成废气能流过的通道。金属箔的这些层按蜗壳形卷绕。金属箔的这些层螺旋形卷绕。金属箔的这些层螺纹状卷绕。金属箔有孔眼。孔眼的直径在2mm至6mm范围内。催化剂箔在一段内光滑地钎焊在外管的内表面上。外管直线延伸。外管弯曲形延伸。外管是圆柱形的。外管沿流动方向呈锥形扩张。外管的横截面形状是椭圆形的。金属箔用一种经改进的耐高温腐蚀的材料制成，这种材料尤其是具有与材料1.4767类似的成分。此催化剂是可以电加热的。在此作为预催化剂的催化剂下游设主催化剂。

试验证明，为了催化转换废气中大部分碳氢化合物，使废气通过一外管流动便足够了，此外管在其内表面附近有至少部分有催化活性材料涂层的金属箔，但外管横截面积的主要部分没有这种金属箔，在一种有催化活性材料的蜂窝体中(这种蜂窝体占满外管的全部横截面)，人们发现，按照流动剖面而言最严重的放热反应发生在中央区，而且通常在蜂窝体的一个沿轴向相当短的区域内。与此同时，由于这种蜂窝结构，热量很难从蜂窝体内部向外散发给外管。若反之，外管横截面积的大部分没有金属箔，而将这种涂有催化活性材料的金属箔基本上布置在外管的内表面附近，则首先可以使放热反应生成的热量轻易散出。现在由于在排气流内有扩散过程，所以催化反应不是在沿轴向短的区域内进行，而是沿有涂层的金属箔全长发生，所以在这种配置中同样能够将绝大部分碳氢化合物转换成无害的成分(二氧化碳和水)。

对于不太严格的废气规范，有唯一的一层全部或部分涂有催化活性材料的金属箔，便足以能满足要求。为了增大催化活性的表面，金属箔至少可以在部分区域内设计为具有某种结构，尤其是波纹状。这些结构也可以更为复杂，例如波纹上加横向肋、缝或微结构，或其它几何形状。

但是也可以设与外管齐平的光滑的金属箔。