CN1715623A - 催化转化器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种催化转化器，其包括：催化剂托架、其中容纳所述催化剂托架的壳体、插入所述催化剂托架和壳体之间的催化剂垫、和位于所述催化剂托架末端的环形止挡，其中所述催化剂垫具有在壳体和止挡之间压缩的延伸部分，用于将止挡保持在壳体中的适当位置。还提供了一种制造催化转化器的方法。

Description

催化转化器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种催化转化器，该催化转化器具有催化剂托架，该催化剂托架被稳定保持于壳体中同时承载催化剂，并涉及制造这种催化转化器的方法。

背景技术

如在日本实用新型公开号No.5-47333和未审查的日本专利公开号No.9-273417中所公开的，催化转化器设置在发动机的排气系统中以便减少尾气中包含的有毒成分例如CO和HC。催化转化器通常具有一个蜂窝状的整体催化剂托架，该托架支撑在要与排气管连接的壳体中。在催化剂托架表面涂覆净化有毒成分的催化剂材料例如铂。在日本实用新型公开号No.5-47333中，公开了采用缓冲件(垫子)覆盖催化剂托架外周，并在壳体与催化剂托架和缓冲件的每个相对的前后端部之间插入垫片，该前后端部在气体流经催化剂托架的气流方向上相对。

发明内容

近年来，为了应对严格的尾气标准，高密度和薄壁的催化剂托架已经投入使用，即，该催化剂托架具有900巢室/英寸²的巢室密度和50微米壁厚。这种具有高密度和薄壁的催化剂托架冲击强度必然降低。因此，在将催化剂托架稳定支撑于壳体之内方面存在困难。而且，在通过使用如日本实用新型公开号No.5-47333公开的金属丝网制成的缓冲件和垫片支撑催化剂托架的情况下，有可能作用于催化剂托架上的表面压力变得极高以致超过所述冲击强度。

因此，本发明的一个目的是提供一种催化转化器，其消除现有装置中固有的上述问题。

本发明的另一目的是提供一种制造具有前述特征催化转化器的方法。

为实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供一种催化转化器，其包括催化剂托架、其中容纳催化剂托架的壳体、插入所述催化剂托架和壳体之间的催化剂垫、和位于所述催化剂托架末端的环形止挡，其中所述催化剂垫具有在壳体和止挡之间压缩的延伸部分，用于将止挡保持在适当位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造催化转化器的方法，所述催化转化器包括催化剂托架、其中容纳催化剂托架的壳体、插入所述催化剂托架和壳体之间的催化剂垫、和位于所述催化剂托架末端的环形止挡，所述方法包括：围绕同轴设置的催化剂托架和环形止挡卷绕所述催化剂垫，来制成中间组件；将所述中间组件插入金属管；和将所述金属管形成为壳体，该壳体中容纳所述催化剂托架、止挡和催化剂垫，其中形成壳体的步骤包括使金属管中位于止挡周围的一部分直径减小以形成壳体的直径减小部分，压缩催化剂垫在所述直径减小部分和止挡之间的一部分，并将止挡保持在壳体中适当位置。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的催化转化器剖面图；

图2是图1的II部分放大视图；

图3是用于说明制造图1的催化转化器的过程的视图；

图4是示出根据本发明第二实施例的催化转化器的止挡的局部剖视图；

图5是根据本发明第三实施例的催化转化器的剖面图；和

图6是根据本发明第四实施例的催化转化器的剖面图。

具体实施方式

首先参照图1和图2，将描述根据本发明第一实施例的催化转化器。众所周知，催化转化器设置在车辆排气系统中。作为主要构件，催化转化器包括：其上承载有催化剂的催化剂托架1、其中装入或容纳催化剂托架1的壳体2、插入壳体2内周面和催化剂托架1外周面之间的催化剂垫3、以及与催化剂托架1和其相邻的相对轴向端部同轴设置的两个环形止挡4，所述相邻的相对轴向端部在气体流经催化剂托架1的气流方向“A”上相对。

众所周知，催化剂托架1由表面上具有催化剂材料涂层的整体蜂窝状陶瓷体制成，该催化剂材料例如是铂。在此实施例中，催化剂托架1具有沿气流方向“A”基本相同的外周形状，并典型地具有轴线沿气流方向“A”延伸的圆筒形状。催化剂托架1优选是高密度和薄壁型，即具有900巢室/英寸²或更大的巢室密度以及50微米或更薄的壁厚的那种类型，由此具有较高的催化净化性能。

如后面将说明的，壳体2通过旋压形成，用来形成局部直径减小的管状金属管14(参照图3)。作为主要部分，壳体2具有围绕催化剂托架1外圆周的圆筒部分2A。壳体还具有相对的开口端部2D，法兰5固定地安装于该开口端部上。法兰5用于将其固定地安装到排气管上(未示出)。开口端部2D内径小于圆筒部分2A，由此壳体2在开口端部2D和圆筒部分2A之间具有锥形部分2C。锥形部分2C在圆筒部分2A和开口端部2D之间平滑地连接，以便不阻碍尾气流动，即锥形部分2C具有截锥形状，由此从圆筒部分2A向开口端部2C直径逐渐减小。

止挡4为圆环的形式并且由金属制成由此强度极好。止挡4具有支撑催化剂托架1的功能，由此防止催化剂托架1相对于壳体2轴向移动。止挡4的外圆周面4A具有与催化剂托架1几乎相同的形状和直径，因此止挡4从托架1平滑连续延伸而且在它们之间没有任何显著的台阶。止挡4的面向催化剂的表面4B设置成防止催化剂托架1的轴向移动，尤其是，在气流方向“A”上的轴向移动，即，由此支撑或接合催化剂托架1的相应端面1A。同时，虽然在此实施例中，面向催化剂的表面4B构造为直接支撑催化剂托架1的端面1A，但是它们也可以构造为通过在面向催化剂的表面4B和催化剂托架1的端面1A之间插入一部分催化剂垫3而间接支撑催化剂托架1的端面1A，如图6所示。

催化剂垫3是由氧化铝纤维制成和具有低膨胀率的非膨胀垫。催化剂垫3具有沿气流方向“A”延伸以便从催化剂托架1突出的垫延伸部分3B。垫延伸部分3B以压缩状态保持在止挡4的外圆周面4A和壳体2的内圆周面之间。即，催化剂垫3的垫延伸部分3B局部被强烈压缩，由此与保持在催化剂托架1和壳体2之间的垫主体相比产生明显或相当大的表面压力。因此，借助垫延伸部分3B，止挡4可以稳定地保持在壳体2上。

与围绕催化剂托架1的圆筒部分2A相比，位于圆筒部分2A和锥形部分2C之间连接处的一部分壳体2，即与止挡4一起在压缩状态下保持垫延伸部分3B的直径减小部分2B在外径上减小预定量。于是，其中插入垫延伸部分3B的止挡4和直径减小部分2B之间的空间(间隙)小于催化剂托架1和外壳2的圆筒部分2A之间的空间，使得垫延伸部分3B如上所述局部被强烈压缩。

为了稳定保持止挡4，作用在止挡4和垫延伸部分3B之间的较强的表面压力是必需的。然而，因为垫延伸部分3B沿气流方向“A”从催化剂托架1突出，从而可以允许大表面压力只作用在垫延伸部分3B上，由此明显减小作用在催化剂托架1和垫主体部分3A之间的表面压力。于是，可以采用具有低冲击强度的高密度和薄壁型催化剂托架1。以此方式，通过采用催化剂垫3和止挡4的简单结构，高密度和薄壁型催化剂托架1能稳定地保持在壳体2中。

图3说明制造催化转化器的过程。首先，在催化剂托架1和止挡4同轴设置的情况下，均匀厚度的催化剂垫3绕在托架1和止挡4卷绕，以便覆盖其外周，因此制成中间组件11。在此期间，为了使催化剂垫3可以暂时保持这种卷绕状态，例如催化剂垫3形成有彼此配合地啮合的突出部12和凹部13。其次，将中间组件11插入或压入即将形成壳体2的圆筒形金属管14中。为了能便利地执行这种插入或压入操作，如上所述，止挡4的外径优选地尺寸定为等于或略小于(例如小2毫米或更少)催化剂托架1。第三，金属管14经历旋压工序，由此形成直径减小部分2B、锥形部分2C和开口端部2D，并制成壳体2。法兰5连接到相应的开口端部2D(参照图1)。

以这种方式，对处于其中插入中间组件11状态下的金属管14实施减小直径工序例如旋压，在中间组件11中，催化剂垫3绕在催化剂托架1和止挡4卷绕，由此与锥形部分2C及开口端部2D一起形成绕相应的止挡4定位的直径减小部分2B。由此，插入直径减小部分2B和止挡4之间的垫延伸部分3B被强烈压缩，从而引起强表面压力作用在垫延伸部分3B和止挡4之间，并且因此稳定保持止挡4。以此方式，通过利用广泛应用于形成壳体2的旋压工艺，可以将催化剂托架1、止挡4和催化剂垫3组装并稳定保持在壳体2中，以及其生产可非常容易地实现。

此外，因为在催化剂垫3和催化剂托架1之间产生的表面压力可以减小，而催化剂垫3能牢固保持在止挡4和壳体2之间，所以对催化剂垫3的质量要求减轻，而且可以使用具有1200克/米²或更低表面比重和便宜的催化剂垫3，由此使减少成本成为可能。

同时，在此实施例中，直径减小部分2B从圆筒部分2A开始直径均匀减小，因此使垫延伸部分3B处产生的表面压力均等，如图2所示。然而，这不是限定性的，而是直径减小部分2B可以例如如图6所示那样局部成锥形，或完全成锥形，即锥形部分2C可局部兼作直径减小部分2B。

图4示出根据第二实施例的催化转化器。在此实施例中，在剖面中观察时，止挡4E以接近直角弯曲，而包括具有外圆周面4A的圆筒壁部分15和具有面向催化剂的表面4B的径向向内凸缘部分16。由此止挡4E具有基本L型横截面和具有极好的强度。因此第二实施例中的止挡4E使面向催化剂的表面4B可以尺寸足够大，使得可以可靠地防止催化剂托架1在气流方向“A”移动，由此使得可以提高将催化剂托架1保持在适当位置的性能。另一方面，与第二实施例中的止挡4E相比，第一实施例中的止挡4的面向催化剂的表面4B较小，由此使催化剂托架1可以获得更大的尾气流动区域。因此，被面向催化剂的表面4B封闭的催化剂托架1气流通道的面积减小，由此使提高尾气转换效率和减小背压成为可能。

同时，为了使止挡4强度更高，径向向内的凸缘部分16可以进一步以直角弯曲，以便形成与圆筒壁部分15同心设置的内圆筒壁部分17。

图5示出根据第三实施例的催化转化器。在第三实施例中，仅在相对于气流方向“A”的下游侧或后端侧上设置一个止挡4F，相对于气流方向“A”的上游侧或前端侧不提供任何止挡。通过省去催化剂托架1的上游侧的止挡，使得可以减小壳体2的全长，并因此使壳体2尺寸更小。此外，可以减少构成部件的数量和实现减少重量及成本的效果。

因为尾气在气流方向“A”上流动，催化剂托架1受到促使催化剂托架1朝向下游的力。克服这种力，借助下游侧上的止挡4F可稳定地支撑催化剂托架1。与此相反，在省去下游侧止挡4F并在邻近上游端的位置18适当位置设置止挡，则不可能将催化剂托架1稳定保持于适当位置。

图6示出根据第四实施例的催化转化器。在第四实施例中，催化剂垫包括两个分开的垫部件3C、3D，它们被设置成仅局部覆盖催化剂托架1的外圆周，即仅在催化剂托架1的上游端和下游端处及其附近设置。也就是，不设置覆盖催化剂托架1的整个外周的催化剂垫，而是在两个垫部件3c、3d之间提供一个区域3E，在此区域中不设置任何催化剂垫。借此，能相当大地减少催化剂垫的体积，由此使得可以减少重量和成本。尤其是，虽然使用氧化铝纤维的非膨胀垫适合用于高密度和薄壁型的冲击强度较低的催化剂托架1，但是它非常昂贵，通过上述节省垫和削减成本实现的效益是很大的。

此外，壳体2的圆筒部分在与不提供催化剂垫的区域3E相对应的部分2E处局部地直径减小。借此，催化转化器尺寸可以更小。

此外，通过将垫部件3C、3D形成为圆环并将它们每一个与止挡4连接并由此组成一个整体单元，可以免除或简易地实施将中间产品11压入金属管的工作，关于壳体2外形的设计自由度增加。

根据前述内容可理解到，根据本发明，借助使用催化剂垫的简单结构，催化剂托架能稳定地保持在壳体中，所述催化剂垫覆盖催化剂托架外圆周和具有面向催化剂表面的止挡。通过以压缩状态保持在止挡和壳体之间的垫延伸部分，止挡可以被保持或支撑在壳体上。为稳定保持止挡，使强表面压力作用在止挡和垫延伸部分之间是必要的。然而，因为垫延伸部分沿气流方向从催化剂托架部分突出，因此通过仅使大表面压力作用于催化剂垫的垫延伸部分，止挡能稳定保持在壳体中，而所述大表面压力不会作用于催化剂托架上。于是，即使是用于例如压力损失高和冲击强度低的DPF(柴油机颗粒滤清器)的高密度薄壁型催化剂托架也能稳定地保持在壳体中而不损害其性能。

此外可以理解，根据本发明，催化剂托架、止挡和催化剂垫可以在制造壳体时通过广泛采用的旋压工艺装配和安装在壳体中，以便稳定地保持于其中，由此可以非常容易地制造催化转化器。

日本专利申请JP2004-175063(在2004年6月14日提交)的全部内容在此引作参考。

尽管已经参照本发明的特定实施例对本发明进行了如上描述，但是本发明不限于上述实施例。根据本发明的教导，上述实施例的修改和变型对本领域技术人员来说都是可以发生的。本发明的范围参照如下的权利要求进行限定。

Claims (20)

1.一种催化转化器，包括：

催化剂托架；

其中容纳所述催化剂托架的壳体；

插入所述催化剂托架和壳体之间的催化剂垫；和

位于所述催化剂托架末端的环形止挡；

其中所述催化剂垫具有在壳体和止挡之间压缩的延伸部分，其用于将止挡保持在壳体中的适当位置。

2.如权利要求1所述的催化转化器，其中所述止挡在外周形状上与催化剂托架近似相同，并且其中壳体尺寸局部减小以便压缩在壳体和止挡之间的催化剂垫的延伸部分。

3.如权利要求2所述的催化转化器，其中所述催化剂托架末端是相对于气体流过催化剂托架的气流方向的下游端。

4.如权利要求3所述的催化转化器，还包括位于催化剂托架上游端的另一环形止挡，并且其中所述催化剂垫包括在壳体和另一止挡之间压缩的另一延伸部分，用于将另一止挡保持在壳体中的适当位置。

5.如权利要求4所述的催化转化器，其中所述壳体包括圆筒部分、位于所述圆筒部分相应轴向端部的锥形部分和在所述圆筒部分与相应锥形部分之间的直径减小部分，并且所述壳体在所述直径减小部分尺寸局部减小，以便压缩在壳体的直径减小部分和止挡之间的催化剂垫的延伸部分。

6.如权利要求5所述的催化转化器，其中所述催化剂托架是圆筒形的，其中每个止挡具有等于或小于催化系托架的外径。

7.如权利要求4所述的催化转化器，其中所述壳体包括圆筒部分、内径小于所述催化剂托架外径的开口端部、和位于圆筒部分和相应的开口端部之间并由此朝向开口端部直径逐渐减小的锥形部分，其中催化剂垫包括仅在催化剂托架相应末端及其附近设置的两个分开的垫部件。

8.如权利要求7所述的催化转化器，其中所述壳体的圆筒部分在分别设置垫部件的端部之间尺寸局部减小。

9.一种催化转化器，包括：

具有相对的轴向端部的一体的催化剂托架，所述相对的轴向端部在气体通过其穿过的气流方向上相反；

其中容纳所述催化剂托架的壳体；

插入所述催化剂托架外圆周面和壳体内圆周面之间的催化剂垫；和

设置在所述催化剂托架的一个轴向端部上的环形止挡；

其中所述止挡具有形状与催化剂托架几乎相同的外圆周面和面向催化剂托架所述一个轴向端部以防止催化剂托架相对于壳体轴向移动的面向催化剂表面；且

其中催化剂垫具有沿气流方向从催化剂托架突出的垫延伸部分，所述垫延伸部分以压缩状态保持在止挡的外圆周面和壳体的内圆周面之间，用于将止挡保持在壳体中的适当位置。

10.如权利要求9所述的催化转化器，其中所述壳体具有较小直径部分，并且其中所述催化剂垫的垫延伸部分设置在壳体的较小直径部分和止挡之间。

11.如权利要求9所述的催化转化器，其中所述止挡具有等于或小于催化剂托架外径的外径。

12.如权利要求9所述的催化转化器，其中止挡是L型横截面并具有形成有外圆周面的圆筒壁部分和形成有面向催化剂表面的径向向内凸缘部分。

13.如权利要求9所述的催化转化器，其中所述一个轴向端部是相对于气流方向的下游端，并且止挡仅设置在催化剂托架的下游端。

14.如权利要求9所述的催化转化器，还包括位于催化剂托架另一末端的另一环形止挡，其中催化剂垫包括在壳体和所述另一止挡之间压缩的另一垫延伸部分，用于将所述另一止挡保持在壳体中的适当位置。

15.如权利要求14所述的催化转化器，其中所述壳体包括圆筒部分、内径小于催化剂托架外径的开口端部、和位于所述圆筒部分和相应的开口端部之间并由此朝开口端部直径逐渐减小的锥形部分，其中所述催化剂垫包括仅在催化剂托架相应末端处及其附近设置的两个分开的垫部件，并且其中所述垫延伸部分分别压缩在壳体的锥形部分和止挡之间。

16.如权利要求15所述的催化转化器，其中壳体的圆筒部分在其设置催化剂垫部件的端部之间直径局部减小。

17.一种制造催化转化器的方法，所述催化转化器包括催化剂托架、其中容纳催化剂托架的壳体、插入所述催化剂托架和壳体之间的催化剂垫、和位于所述催化剂托架末端的环形止挡，所述方法包括：

围绕同轴设置的催化剂托架和环形止挡卷绕催化剂垫，以制成中间组件；

将所述中间组件插入金属管；以及

将所述金属管形成为其中容纳催化剂托架、止挡和催化剂垫的壳体；

其中，形成壳体的步骤包括使金属管位于止挡周围的一部分直径减小以形成壳体的直径减小部分，压缩在所述壳体直径减小部分和止挡之间的催化剂垫的一部分，以及将止挡保持在壳体中的适当位置。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述壳体包括围绕催化剂托架设置的圆筒部分、内径小于催化剂托架外径的开口端部、和位于圆筒部分与开口端部之间并由此朝开口端部直径逐渐减小的锥形部分，其中所述使金属管位于止挡周围的一部分直径减小包括使金属管的一部分形成为直径局部减小的壳体圆筒部分。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述壳体包括围绕催化剂托架设置的圆筒部分、内径小于催化剂托架外径的开口端部、和位于圆筒部分与开口端部之间并由此朝开口端部直径逐渐减小的锥形部分，其中所述使金属管位于止挡周围的一部分直径减小包括形成所述锥形部分以及使其中一个锥形部分部分地用作所述直径减小部分。

20.如权利要求17所述的方法，其中所述使金属管位于止挡周围的一部分直径减小所述包括旋压。

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