DE69322814T2

DE69322814T2 - Konstruktion einer katalytischen Auspuff-Gas-Reinigungs-Anlage

Info

Publication number: DE69322814T2
Application number: DE69322814T
Authority: DE
Inventors: Isao Fukui; Masahiro Hiraishi; Kazunori Ihara; Koji Inoue; Shinichi Kuroda; Shinobu Miyaura; Hiroshi Murakami; Masamitsu Takahashi; Tetsuhiro Tanaka
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1992-06-10
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2013-06-12
Also published as: DE69322814D1; EP0574012A3; EP0574012A2; EP0574012B1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung katalytischer Abgaskonversionssysteme; insbesondere betrifft sie eine Struktur, die aus einer bestimmten Verfahrensweise zur Herstellung resultiert, die induktives Erhitzen zur Aktivierung eines abgasreinigenden Katalysators bei Anwendung des kalalytischen Konversionssystems in einem Verbrennungsmotor ermöglicht.
Interne katalytische Umwandlungsmittel oder Konvertoren bei Verbrennungsmotoren sind wirksam zur Behandlung giftiger Komponenten wie HC, CO und/oder NOx in Abgasen von Motoren durch ihren Abbau in weniger umweltverschmutzende Derivate vor ihrem Austritt in die Atmosphäre.
Da die Bestimmungen bezüglich der Grenzmengen solcher verunreinigenden Substanzen in Motorabgasen für die Hersteller immer strenger geworden sind, sind die Anforderungen an Verbesserungen katalytischer Reinigungssysteme für Abgas erhöht.
Ein Typus solcher Systeme umfaßt einen Katalysator in Form einer Schicht auf der Oberfläche eines Trägermaterials für Absgassysteme, einschließlich eines katalytischen Konverterträgernetzwerks, ebenso wie Abgasleitungen. Eine allgemeine Herstellungsanforderung besteht darin, eine katalytische Schicht der Art zu bilden, daß sie von dem Basismaterial nicht abgelöst oder abgeschält wird.
Entsprechend kann die katalytische Schicht auf der Oberfläche des Katalysatorträgers über eine Zwischenschicht gebildet werden. Ein Beispiel wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 71898/1982 beschrieben, wobei Oxidwhisker auf der Oberfläche eines metallischen Trägers aus einem eine rostfreie Eisenstahllegierung enthaltendem Aluminium gezüchtet werden, um eine katalysatorbindende Zwischenschicht zu bilden, auf der eine Katalysatorschicht aufgeformt wird. Die Whisker der Bindeschicht, die oberflächlich auf der Oberfläche des metallischen Trägers aufgebildet ist, haftet fest an der Katalysatorschicht. Darüber hinaus haftet die Bindeschicht, die oberflächlich auf der Oberfläche des metallischen Trägers durch eine chemische Reaktion auf dieser fest verbunden aufgebracht ist, sehr fest mit ihr.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode der Verbindung eines Katalysators mit Basismaterial besteht darin, daß ein erheblicher Zeitaufwand benötigt wird, um die bindende Schicht zu bilden.
Da katalytische Materialien bei den hohen Temperaturen des Abgases selbst wirksam beim Abbau der giftigen Komponenten sind, ist die Reinigungswirkung während der Aufwärmperiode auf normale Betriebstemperatur im Anschluß an Kaltstart schlecht, so daß Kohlenwasserstoffe und andere unbehandelte Schadstoffe vorübergehend in die Atmosphäre abgegeben werden. Die kummulative Wirkung aus einer Vielzahl von Fahrzeugmotoren ist bedeutsam genug, um Abgasbehandlung erforderlich zu machen.
Versuche in jüngerer Zeit, die Katalysatormaterialien selber zu verbessern, um für die Abgasreinigung bei niederen Temperaturen während des Aufwärmens des Motors wirksam zu sein, zeitigten nur mäßigen Erfolg.
Entsprechend wurden Mittel vorgeschlagen, um die Erwärmung des Abgaskatalysators vor der Aufwärmphase des Motors zu beschleunigen, wie beispielsweise in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungs-Nr. 36324/1974 beschrieben ist, in der die Installation eines elektrischen Heizers in der Nachbarschaft des Endes eines monolithisch strukturierten Katalysators und stromaufwärts bezüglich des Abgasflusses beschrieben wird.
Hierbei erhitzt Hitzeenergie, erzeugt durch elektrischen Strom durch Heizdrähte, räumlich abgesetzt von dem Katalysatorträger, am Eingang des katalytischen Konverters das Gas, wobei erhitztes Gas seinerseits den Katalysator erhitzt, während es in die monolithische Struktur eintritt. Das erhitzte Gas, das oberflächlich den Katalysator kontaktiert, dient als wirksames Hitzetransfermedium, um effektiv den Katalysator zu erhitzen, da dessen Temperatur als Konsequenz der Vermischung mit umgebendem Gas deutlich abfällt. Der dem Erhitzer zuzuführende elektrische Strom zur Überwindung dieses Problems ist zu groß, um bei Autoinstallation von praktischem Wert zu sein.
Eine andere Lösung wird in dem offengelegten japanischen Gebrauchsmuster Nr. 67609/1988 vorgeschlagen. Hierbei wird ein leitfähiges metallisches Basismaterial als ein Katalysatorträger verwendet; der Träger wird elektrisch erregt, um den abgasreinigenden Katalysator auf hohe Temperaturen zu erhitzen.
Diese Art der Vorheizung des Katalysators durch elektrische Erregung des metallischen Trägers ist deshalb nicht befriedigend, weil wesentliche Zeit benötigt wird, um den metallischen Träger auf ausreichend hohe Temperaturen zu erhitzen, wodurch der Sinn der Vorheizung des Katalysators praktisch aufgehoben wird. Da darüber hinaus der Batterie eine große Energiemenge durch dieses Vorheizsystem unmittelbar nach Motorstart entnommen wird, führt dieses zu erheblichen Anforderungen an die Batterie.
Der Metallträger, der den Katalysator trägt, und als solcher eine monolithische Konstruktion ist, ist integral im elektrischen Heizkreis angeordnet, wodurch der Nachteil lokalisierter Erhitzung des Trägers derart auftritt, daß wesentliche Temperaturunterschiede von einem Bereich zum anderen Bereich auftreten. Entsprechend treten verschiedene Expansionswerte auf, wodurch Abtrennung des katalytischen Materials vom Träger verursacht wird.
In der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung, offengelegt unter der Nr. 124412/1974, wird eine monolithische Katalysatoranordnung vorgeschlagen, die einen Platinkatalysator in monolithischer Struktur auf einem Siliciumcarbid-Träger aufweist, die als ein Heizelement dient, wobei der Katalysator durch Zuführung eines elektrischen Stroms zum Heizelement erhitzt werden kann.
In gleicher Weise schlägt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 295184/1991 einen wabenförmig strukturierten Träger als Katalysatorträger vor, der pulvermetallurgisch gebildet wird, dem unmittelbar elektrischer Strom zu dessen Erhitzung zugeführt wird.
Während der Katalysatorträger der monolithischen Konstruktion ausgebildet ist, um selbst als Heizelement zu dienen, ist es wesentlich, daß der Träger, unter Ausbildung eines elektrischen Stromkreises, einen geregelten Widerstand aufweist, unabhängig davon, ob der Träger aus Siliciumcarbid oder einem Metall oder aus einem metallurgischen Pulver geformt ist. Dieser Konstruktionstyp jedoch erhöht nicht nur die Kosten des katalytischen Reinigungsgeräts, sondern ist auch bezüglich der Zuverlässigkeit problematisch, da eine unerwünschte Widerstandsänderung während der Operationszyklen leicht als Ergebnis beispielsweise des Umstands erfolgt, das sich Metall/Metallverbindungen trennen, wenn der Träger aus einer Metallfolie hergestellt wird, oder als Ergebnis teilweises Platzen eines gesinterten Trägers. Darüber hinaus wird die Herstellung einer zuverlässigen und befriedigten Katalysatorkonstruktion durch die Schwierigkeit behindert, entsprechend Elektrodenbereiche auf den beschriebenen Trägern auszubilden.
Zu den angestrebten Vorteilen zählt ein Verfahren zur Bildung eines abgaswandelnden (konvertierenden) Katalysators auf einem Trägerbasismaterial, mit dem Ziel, das Ablösen des Katalysators auch bei längerer Verwendung zu verhindern.
Weiter erwünscht ist die Realisierung der Verbindung eines Katalysators mit Trägermaterialien für Katalysatoren katalytischer Konversion, die üblicherweise durch die notwendige Hitze bei konventionellen Verbindungsmethoden in einer monolithischen Konstruktion verformt würden; ebenso wie die Realisierung der Bindung von Katalysator innerhalb der Bohrung von Abgasleitungen, um zusätzliche katalytische Konversion entlang des Abgassystems zu erzielen.
Ein weiterer erwünschter Vorteil ist das schnelle Erhitzen des Konversionskatalysators vor der Erhitzung der Abgassystemkomponenten durch Abgase während des Aufwärmens des Motors auf Betriebstemperatur.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Wirksamkeit der Vorheizung katalytischer Konversionskomponenten zu verbessern, wobei die Belastung der Startbatterie des Motors auf ein Minimum gebracht werden soll.
Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bindung eines Katalysators zur reinigenden katalytischen Abgaskonversion von sowohl metallischer als auch lithischer (Lithic) Substrate in Abgassystemen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Das Verfahren umfaßt die erfinderische Stufe der Bildung einer Katalysatorbindeschicht durch chemische Dampfablagerung, die bei Temperaturen in der Größenordnung von denen durchgeführt werden kann, wie sie im Abgas während des Betriebes auftreten, so daß Bindung einer Festigkeit auf Trägermaterialien, die sonst bei höheren Bindetemperaturen deformiert werden können, erzielbar ist, wobei die Bindeergebnisse mit denen der Verbindungsarten bei höheren Temperaturen vergleichbar sind.
Die Erfindung betrifft auch das schnelle, wirkungsvolle Vorheizen des Katalysators als Maßnahme zur weiteren Reaktion der giftigen Fahrzeugemissionen, um den zunehmend strengeren gesetzlichen Anforderungen zu genügen, wobei gleichzeitig die Belastung der Fahrzeugbatterie, die die Energie zur Vorheizung des Katalysators liefert, minimiert werden soll.
Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung elektromagnetische induktive Heizung der erfinderischen Katalysatorbindeschicht, um bei der Aufwärmphase des Motors den Katalysator eines katalytischem Konverters des Abgassystems mit maximaler Geschwindigkeit und minimaler Batteriebelastung zu erhitzen.
Hierbei ist, wenn der Katalysator auf einem keramischen Trägergitter, integral mit einer umgebenden elektrisch und thermisch isolierenden Schicht, getragen wird, die induktive Heizung noch wirksamer, da das Isoliermaterial die Hitze des Katalysators elektromagnetisch durch sie induziert enthält.
So führt das induktive Erhitzen zu Vorteilen bezüglich der Wirksamkeit und der Stabilität, daß der Widerstand des erhitzten Elements durch dessen gleichförmige Erhitzung in sich konsistent bleibt, so daß das Problem bezüglich mechanischer Verbindungen nicht auftritt. Darüber hinaus gewährleistet induktives Heizen, daß die Startbatterie äußerst konservativ verwendet wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt eine Katalysatorkonstruktion zur Reinigung von Abgasen einen keramischen wabenförmig strukturierten Katalysatorträger, mit dem ein Katalysator über eine Bindeschicht verbunden ist, die elektrisch leitend sein kann und auf den keramischen Träger durch chemische Dampfablagerung aufgebildet ist. Peripher auf dem Katalysatorträger ist eine elektrisch und thermisch isolierende Schicht ausgebildet, wodurch eine monolithische Basiskonstruktion des katalytischen Konverters gebildet ist. Darüber hinaus kann eine Induktionsheizspule auf die isolierende Schicht des katalytischen Konverters gebunden werden, und die Spule oder die Windungen kann/können in der Konstruktion durch eine hitzebeständige Keramikschicht oder ähnliches Material, sprühbeschichtet oder gebrannt, zum Einschluß oder zur Erstellung der monolithischen Konstruktion fixiert werden.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Konstruktion zur katalytischen Reinigung von Abgas umfaßt das induktive Erhitzen eines katalytischen Konverters, der entweder einen metallischen Katalysatorträger, selbst induziert, über eine Heizinduktionsspule, die peripher den Träger umgibt und von diesem durch eine Isolierschicht getrennt ist, um den Katalysator zu erhitzen, oder einen keramischen Träger, in dem ein Heizstrom über eine Induktionsspule induziert wird.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist eine Konstruktion zur katalytischen Reinigung von Abgas unterteilt in einen Hauptbereich des katalytischen Konverters, der den keramischen wabenförmig strukturierten Katalysatorträger aufweist, an der Katalysator über die CVD- abgelagerte Bindeschicht gebunden ist, und einen induktiv heizenden Unterbereich, der einen einen metallischen Träger tragenden Katalysator aufweist, der entweder über die CVD- abgelagerte Bindeschicht oder in konventioneller Weise oder durch konventionelle Mittel getragen ist, und eine Größe aufweist, die ausreicht, um ausreichend Katalysator zu erhitzen, um die abgasdampfreinigende katalytische Konversion während der niedrigtourigen Aufwärmperiode zur maximalen Wirksamkeit sowohl der katalytischen Konversion als auch bezüglich des Batterieverbrauchs zu bewirken.
Alternativ hierzu kann der Unterbereich einen katalytischen Keramikträger aufweisen, der eine elektrisch leitende Schicht trägt, die teilweise auf dem Träger durch beispielsweise chemische Dampfablagerung auf einen vorbestimmten Widerstand gebildet ist. Zum Heizen des Katalysators kann der leitenden Schicht Strom direkt zugeführt oder in ihr induziert werden. Ebenso kann der Unterbereich direkt erhitzt werden, wobei der Katalysatorträger ein metallischer Träger ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Konstruktion zur katalytischen Reinigung von Abgas, wobei eine katalytische Bindeschicht durch chemische Dampfablagerung auf das Basismaterial, umfassend Komponenten eines Motorabgassystems, gebildet ist. Hierbei besteht die Bindeschicht aus entweder einer keramischen oder intermetallischen Verbindung säulenförmiger Kristalle; und eine Katalysatorschicht ist auf die Bindeschicht aufgeformt.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die katalytische Bindeschicht durch chemische Dampfablagerung auf die metallische Abgasleitung eines Abgassystem eines Verbrennungsmotors aufgebracht, um in diesem die Reinigung des Abgases durch katalytische Konversion zu bewirken. Der Katalysator kann zusätzlich zum Heizen durch die Verbrennungsabgase mit zusätzlichen Mitteln erhitzt werden; beispielsweise durch direkte Einwirkung eines elektrischen Stroms auf die Bindeschicht, die metallisch ist. In diesem Fall wird zunächst eine Isolierschicht durch chemische Dampfablagerung in der Bohrung der Abgasleitung ausgebildet; dann wird die Bindeschicht auf die Isolierschicht aufgebracht.
Die vorgehenden und anderen Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der folgenden näheren Beschreibung, die zusammen mit den Zeichnungen bevorzugte und andere erfindungsgemäße Ausführung illustriert, ohne die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken:
Fig. 1(a) ist eine vergrößerte Aufsicht eines katalysatortragenden metallischen Trägernetzwerks einer Konstruktion eines katalytischen Reinigers für Abgas;
Fig. 1(b) ist ein teilweiser Querschnitt durch die Struktur gemäß Fig. 1(a);
Fig. 2 ist eine vergrößerte Aufsicht eines katalysatortragenden elektrisch nicht leitenden Trägers in wabenförmiger Struktur einer Konstruktion eines katalytischen Reinigers von Abgas;
Fig. 3 ist ein teilweiser Ausschnitt eines katalysatortragenden metallischen Trägers mit wabenförmiglaminarer Struktur einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers;
Fig. 4 illustriert morphologische Charakteristika von Substanzen, die durch thermische chemische Dampfablagerung gemäß Erfindung bei gegebener Reaktionstemperatur und Konzentration von Rohmaterialgasen abgelagert sind;
Fig. 5(a) zeigt die Oberflächenstruktur einer grobstrukturierten Kristallschicht von WxC, in der der Abstand zwischen den Bindestrichen unter rechts 10 u m beträgt;
Fig. 5(b) zeigt die Oberflächenstruktur einer säulenförmigen Kristallschicht WxC, wobei der Abstand zwischen den Bindestrichen unten rechts 2,0 u m beträgt;
Fig. 6 ist eine schematische Wiedergabe einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, hergestellt nach einer erfindungsgemäßen Methode;
Fig. 7 ist ein Querschnitt entsprechend der Ausführung gemäß Fig. 6;
Fig. 8 ist eine vergrößerte Teilansicht entsprechend Fig. 7;
Fig. 9 ist ein teilweiser Querschnitt gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Querschnitt einer Änderung der Konstruktion des katalytischen Abgasreinigers gemäß Fig. 6;
Fig. 11 ist ein teilweiser Querschnitt der Abänderung gemäß Fig. 10;
Fig. 12 ist die schematische Wiedergabe einer anderen Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 13 ist eine schematische Wiedergabe einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers in einer abgeänderten Ausführungsform;
Fig. 14 ist eine schematische Darstellung einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers in einer anderen geänderten Ausführungsform;
Fig. 15 ist eine schematische Wiedergabe einer anderen Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, hergestellt gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 16 ist eine schematische Wiedergabe einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers in Abänderung der Konstruktion des katalytischen Abgasreinigers gemäß Fig. 15;
Fig. 17 ist eine schematische Wiedergabe einer anderen Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 18(a) ist eine schematische Ansicht eines katalytischen Konverters vom Vorheiztyp, hergestellt nach einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise;
Fig. 18(b) ist ein vertikaler Schnitt entsprechend Fig. 18(a);
Fig. 19(a) ist eine schematische Ansicht eines katalytischen Konverters vom Vorheiztyp in Abänderung des katalytischen Konverters gemäß Fig. 18(a)(b);
Fig. 19(b) ist ein vertikaler Schnitt entsprechend Fig. 19(a);
Fig. 20(a) ist eine schematische Ansicht eines weiteren katalytischen Konverters vom Vorheiztyp;
Fig. 20(b) ist ein Querschnitt entsprechend Fig. 20(a);
Fig. 21(a) ist eine schematische Ansicht einer anderen Abgasleitung, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren; und
Fig. 21(b) ist ein Querschnitt entsprechend Fig. 21(a).
Fig. 1(a), eine vergrößerte Ansicht in Richtung des Abgasflusses, und Fig. 1(b), deren Teilansicht im Querschnitt, zeigt ein Katalysatorträger-Unterstützungsnetz einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bestehend aus metallischen dünnen Drähten 10A, die vertikal und horizontal zu Maschennetzen 12 verwoben und in Richtung des Abgasflusses übereinander liegend angeordnet sind.
Die Bindeschicht 14 aus säulenförmigen Kristallen einer Dicke von hunderten bis tausenden Micron wird aus Keramik oder einer intermetallischen Verbindung durch thermische Niederdruck-CVD auf die Oberfläche der metallischen dünnen Drähte 10A gebildet. Die keramische oder intermetallische Verbindung kann Wolframcarbid (WC), Molybdäncarbid (MO&sub2;C), Siliciumcarbid (SiC) oder deren Legierungen sein; ebenfalls geeignet sind Wolframsilicid (WSix), Molybdänsilicid (MoSix), Tantalsilicid (TaSix), Titansilicid (TiSix) oder deren Legierungen.
Auf die Oberfläche der Bindeschicht 14 wird in an sich bekannter Weise eine Katalysatorschicht 16 geschichtet.
Fig. 2 ist eine Ansicht in Richtung des Abgasflusses eines wabenförmig strukturierten Trägersupports eines katalytischen Konverterträgers einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers in Abänderung der zuvor besprochenen Ausführungsform. Der Träger ist eine wabenförmige Form 10B aus Kohlenstoff oder Keramik. Auf der Form 10B ist oberflächlich eine Bindeschicht 14 und eine Katalysatorschicht 16, entsprechend wie vorbeschrieben, aufgeformt.
Fig. 3 ist eine Ansicht in Richtung des Abgasflusses eines wabenförmig-laminaren Supports eines katalytischen Konverterträgers einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers gemäß einer anderen Ausführungsform. Der katalytische Träger ist ein wabenförmiger metallischer Support 10C, der hergestellt wird durch Laminieren metallischer flacher Bleche 10A und/bzw. metallischer gewellter Bleche 10B. Eine Bindeschicht 14 und eine Katalysatorschicht 16, entsprechend der vorhergehenden Beschreibung, werden auf der Oberfläche des metallischen Trägers 10C gebildet. Alternativ hierzu wird der wabenförmige metallische Träger 10C hergestellt, indem mehrere Platten oder Bleche vorgegebener Dimensionierung und jedes bestehend aus einem flachen metallischen Blech 10a und einem metallischen gewellten Blech 10b oder durch spiralisch gebogene lange Bleche, zusammengesetzt aus metallischem flachen Blech 10a und dem metallischen gewellten Blech 10b, gestapelt werden.
Es ist darauf hinzuweisen, daß das Basismaterial gemäß Erfindung nicht auf das vorhergehende beschränkt ist. Es kann sich auch um einen Träger handelt, bestehend aus einem Blech oder Filz aus dünnen Drähten oder Kohlenstoff-Fasern (Graphit), Keramik oder Metall; oder ein Träger aus dünnem Metallblech oder einen Träger aus einer wabenförmigen, filzigen oder dreidimensionalen maschenförmigen (filterähnlichen) integralen Form aus Keramik. Die dreidimensionale maschenförmige Form ist in dem Sinne bevorzugt, daß sie hochwirksame Reinigung des Abgases durch die aufgetragene Katalysatorschicht 16 bewirkt, weil die Dämpfe zwischen den zahlreichen Zellen zirkulieren.
Die Bindeschicht 14 kann nach irgendeiner der thermischen CVD-Verfahren (CVD bei atmosphärischem oder Niederdruck), plasmaunterstützter CVD, fotochemischer Dampfablagerung, ECR- Plasma-CVD und andere CVD-Verfahren gebildet werden. Thermische CVD ist insbesondere deshalb bevorzugt, weil sie die folgenden Merkmale aufweist: (1) Die Bindeschicht kann auf verschiedenen Arten von metallischem wie auch nichtmetallischem Basismaterial ausgebildet werden; (2) eine Bindeschicht, bestehend aus einer vorgegebenen multikomponenten Legierung kann gebildet werden; (3) eine Bindeschicht, die ausgezeichnete Abnutzungs- und Abriebresistenz und ausgezeichnete Antikorrosionseigenschaften aufweist, kann aus TiC, SiC, BN und anderen Materialien hergstellt werden; (4) die Bindeschicht kann schnell bei einer Rate von einigen Micron zu hunderten von Micron je Minute gebildet werden; (5) da reaktive Gase während des CVD- Verfahrens in gefangene Ecken und Hohlräume eintreten, wenn das Verfahren bei verhältnismäßig niederem Druck durchgeführt wird, kann eine Bindeschicht selbst innerhalb dünner, tiefer Löcher oder anderer Ausnehmungen gebildet werden; (6) da eine Bindeschicht hoher Reinheit bei relativ hohen Temperaturen gebildet werden kann, wird eine Bindeschicht mit wenigen internen Störungen und wenigen Nadellöchern realisiert werden, so daß sich ausgezeichnete Adhesion und Elastizität ergibt; (7) es ist nicht nötig, hohe Spannung zu verwenden; (8) die Arbeitsmaschine ist einfach und hohes Vakuum ist nicht nötig, so daß hohe Produktivität erzielbar ist; (9) es ist leicht, Vorkehrungen gegen Umweltschäden zu ergreifen.
Bei thermischen CVD-Verfahren wird chemische Dampfablagerung in einer Reaktionskammer durchgeführt, die auf 0,1 bis 10 Torr evakuiert ist. Verglichen mit CVD unter atmosphärischem Druck, besitzt Niederdruck-CVD die folgenden Vorteile: (1) Die freien Wege der reaktiven Gase und des Trägergases und ihre Verteilung sind erhöht, wodurch im großen Maße die Filmdicke und die Verteilung ihres spezifischen Widerstandes verbessert und die Menge verbrauchter reaktiver Gase reduziert werden; (2) die Reaktionskammer hat die Form eines Diffusionsabzugs, und es ist deshalb leicht, die Temperatur zu regeln; die Maschine ist auch einfach in ihrer Struktur, so daß Zuverlässigkeit und Durchsatz wesentlich verbessert werden; (3) weniger fremde Substanzen haften an der Oberfläche der Bindeschicht.
Zu Beispielen thermischer CVD-Verfahren zählen ein Verfahren unter Verwendung von Fluorid wie WF&sub6; oder MoF&sub6;, andere unter Verwendung eines Chlorids wie WCl&sub6; oder MoCl&sub6; und ein Verfahren unter Verwendung eines Carbids wie W(CO)&sub6; oder Mo(CO)&sub6;. Die Dünnfilmbedingungen der Bindeschicht, die mittels einer dieser thermischen CVD-Verfahren erzeugt sind, differieren in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur (Temperatur der verarbeiteten Substanz) und der Konzentration und Durchflußgeschwindigkeit der Rohmaterialgase. Bei geeigneter Wahl dieser Bedingungen wird eine hitzebeständige Bindeschicht mit großem Oberflächenbereich erhalten.
Fig. 4 ist ein Diagramm mit Wiedergabe der Wirkungen der Reaktionstemperatur und der Konzentration der Rohmaterialgase auf die Morphologie der abgeschiedenen Substanzen. Es ist notwendig, die Reaktionstemperatur und die Konzentration der Rohmaterialgase derart einzustellen, daß die abgeschiedene Substanz die Form einer Schicht grobstrukturierter Kristalle oder einer Schicht säulenförmiger Polykristalle annimmt.
Bevorzugt liegt die Reaktionstemperatur oberhalb 1000ºC bei Siliciumcarbid (SiC), oberhalb 800ºC bei Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und 600 bis 800ºC bei Molybdäncarbid (MO&sub2;C) und Molybdänsilicid (MoSix).
Die Festigkeit des Kristalls, das bei Bildung der Bindeschicht 14 entstanden ist, ist abhängig von der Art des Basismaterials. Wird eine Bindeschicht, bestehend aus WxC mit einer Dicke von 40 u m auf der Oberfläche eines Basismaterials aus 92% Al&sub2;O&sub3; gebildet, wird eine Zugfestigkeit von über 10 kgf · mm&supmin;² erhalten. Wird eine Bindeschicht aus WxC mit einer Dicke von 40 u m auf der Oberfläche eines Basismaterial aus rostfreiem Eisenstahl mit 20 Gewichtsprozent Cr und 5 Gewichtsprozent Al als Hauptzusätze, Rest Eisen, gebildet wird eine Zugfestigkeit von über 10 kgf · mm&supmin;² erhalten. Werden Bleche aus rostfreiem Eisenstahl miteinander durch Punktschweißen verbunden, beträgt die Zugfestigkeit etwas 3 kgf · mm&supmin;². Werden Bleche aus rostfreiem Eisenstahl zusammengelötet, beträgt die Zugfestigkeit etwas 10 kgf · mm&supmin;².
Deshalb kann die Bindeschicht 14, gebildet durch CVD, dem Verbinden der flachen metallischen Bleche 10a und der gewellten metallischen Bleche 10b des metallischen Trägers 10C der zuvor beschriebenen Ausführungsform angepaßt bzw. zugeführt werden.
Im folgenden wird ein besonderes Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers gemäß Erfindung beschrieben.
Zunächst wurde der "Schaumfilter", hergestellt durch Toshiba Ceramics Co., Ltd., als filterähnliches keramisches Basismaterial hergestellt. Der Filter besteht aus Al&sub2;O&sub3; und ZrO&sub2; und kann Temperaturen bis zu 1800ºC widerstehen. Seine Porosität beträgt 80 bis 90%. Der Filter erhält eine plattenförmige Form mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 10 mm. Die Anzahl Zellen je Inch betrug 8. Es wurde eine Bindeschicht 14 aus WC auf der Oberfläche der Zellen des keramischen Basismaterials durch thermisches Niederdruck-CVD- Verfahren gebildet. Hierbei wurde bei vermindertem Druck von 500 mm Hg und einer Temperatur von 650ºC gearbeitet. WF&sub6;/C&sub6;H&sub6;/H&sub2;-Gas wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,3 · 10&supmin;&sup5; m³/sec, 0,5 · 10&supmin;&sup5; m³/sec bzw. 3 · 10&supmin;&sup5; m³/sec über 10 Minuten geleitet. Der Oberflächenbereich der resultierenden Bindeschicht 14 auf dem Basismaterial war die 10-fache bis 100-fache von der des Ausgangsbasismaterials.
Dann wurde die Oberfläche der Bindeschicht 14 mit porösem Aluminiumoxid imprägniert. Die Schicht wurde getrocknet und gesintert und ergab eine Katalysatorträgerschicht, die im wesentlichen aus porösem Aluminiumoxid bestand. Diese Katalysatorträgerschicht wurde durch Adsorption zum Tragen (Anlagern) katalytisch aktiver Komponenten (Pt/Pd/Ph) gebildet. Dann wurde die Schicht getrocknet, gesintert und aktiviert (oder reduziert) und ergab die Katalysatorschicht 16 in der Endform.
Fig. 5(a) ist eine Mikroabbildung der Oberflächenstruktur einer grobstrukturierten Kristallschicht einer Dicke von 30 u m, hergestellt aus WxC, das auf einer rostfreien Eisenstahlfolie bei vermindertem Druck und einer Temperatur von 650ºC aufgebildet wurde. Fig. 5(b) ist eine Mikroansicht der Oberflächenstruktur einer säulenförmigen Kristallschicht einer Dicke von 30 u m aus WxC, die auf einem keramischen Al&sub2;O&sub3; bei vermindertem Druck und einer Temperatur von 800ºC aufgebildet wurde. Die Vergrößerung der Abbildung Fig. 5(a) ist derart, daß der Abstand zwischen den Bindestrichen rechts unten auf der Abb. 10 u m beträgt. Die Vergrößerung der Abbildung Fig. 5(b) ist derart, daß der Abstand zwischen den Bindestrichen unten rechts auf der Abb. 2,0 u m beträgt.
Eine Konstruktion 1 eines katalytischen Abgasreinigers gemäß Fig. 6 und als Querschnitt in Fig. 7, der nach einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise hergestellt ist, umfaßt einen keramischen wabenförmig strukturierten Katalysatorträger oder -support 6, der eine Katalysatorschicht 16 (Fig. 2) über eine elektrisch leitende Bindeschicht 14 (siehe auch Fig. 2) niederer spezifischer Wärme trägt, aufgebildet auf dem keramischen Träger durch chemische Dampfablagerung. Eine Induktionsheizspule 7 ist peripher auf den keramischen Katalysatorträger 6 gewunden; gemäß Fig. 8 und 9 ist eine hitzebeständige Schicht 8 aus keramischem oder anderem geeigneten Material auf den Katalysatorträger 6, diesen umgebend, durch Sprühen aufgeschichtet oder gebrannt, wodurch eine monolithische Basiskonstruktion 2 eines katalytischen Konverters zusammengesetzt ist.
Diese Basiskonstruktion 2 wird in einem Konvertergehäuse 3 angeordnet und durch eine umlaufende Gasdichtedichtung 4 stromaufwärts sowie durch ein Kissen 5 stromabwärts gehalten, das beispielsweise ein Drahtnetz sein kann.
Der Heizstrom für den Katalysator wird elektromagnetisch in der Bindeschicht 14 über sich ändernden magnetischen Fluß durch die Induktionsheizspule 7 in der Bindeschicht 14 induziert; diese wird mit einem Hochfrequenzstrom durch Elektrode 9a, 9b von einem Hochfrequenzgenerator 18 und gesteuert durch Regler 17 zusammen mit Temperatursensor 13 versorgt. Die Energie wird durch die Motorbatterie 12 geliefert.
Bei einem derart konstruierten und ausgestatteten katalytischen Konverter induziert beim Start die Induktionsspule 7 einen Strom in den Bindeschicht 14, die minimal dünn und von niederer spezifischer Wärmekapazität ist, die bei vergleichsweise niederem Stromverbrauch schnell erhitzt. Mit der katalytischen aktiven Komponente in der Aluminiumoxidschicht, die mit ersterer imprägniert ist, erhitzt die Bindeschicht 14 ihrerseits den Katalysator schnell durch thermischen Transfer. So wird der Katalysator zumindestens teilweise erhitzt, um katalytische Konversion giftiger Abgasdämpfe des kalten Motors einschließlich Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid vor anderweitiger Erwärmung durch heiße Abgase des heißen Motors nach der Aufwärmphase auf nahezu normale Betriebstemperaturen, nämlich beispielsweise Temperaturen der in den Konverter eintretenden Gase von etwa 300ºC, zu bewirken. Bei dieser Temperatur unterbricht der Temperatursensor 13 in der monolithischen Basiskonstruktion 2 des katalytischen Konverters die Stromzufuhr zur Induktionsheizspule 7 und entlastet damit weiter die Batterie.
Bei einer anderen erfindungsgemäß hergestellten Ausführungsform der Konstruktion des vorhergehenden katalytischen Abgasreinigers kann alternativ zum keramischen wabenförmig strukturierten Katalysatorträger 6 ein metallischer Katalysatorträger, beispielsweise die Drahtmaschenstruktur 10A gemäß Fig. 1 oder die wabenförmige aus flachen und gewellten Metallblechen 10C gemäß Fig. 3 verwendet werden; wobei auf den Querschnitt der Anordnung gemäß Fig. 10 hingewiesen wird.
Um den Katalysator zu erwärmen, wird das Heizen des Katalysatorträgers 10A oder 10C selbst über die Induktionsheizspule 7 induziert, die peripher den metallischen Träger umgibt, jedoch von diesem durch die Isolierschicht 8 getrennt ist. Während der metallische Träger als Katalysatorträger in der Konstruktion 1 des katalytischen Abgasreinigers gemäß Fig. 11 verwendet wird, umfaßt die Isolierschicht 8 zwei Bereiche, elektrisch/thermisch isolierende Schicht 8a und Induktionsheizspule 7 hitzeresistent fixierende Schicht 8b. In diesem Fall ist die Spule 7 nicht direkt auf den metallischen Träger 10A/10C gewunden.
Das Umgeben des keramischen Katalysatorträgers 6 des katalytischen Abgasreinigers gemäß Fig. 6 und 7 durch die elektrisch/thermisch isolierende Schicht 8a verbessert die Arbeitsweise und Zuverlässigkeit der Konstruktion 1 des katalytischen Abgasreinigers.
Die Induktionsheizung einer Konstruktion 1 eines katalytischen Abgasreinigers, hergestellt nach einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise, kann teilweise nur, beispielsweise am stromaufwärtigen Ende der Konstruktion, in einem katalytischen Konverter konzentriert werden. Ein Beispiel wird in Fig. 12 wiedergegeben, worin die Induktionsheizspule 7a eng auf die Gasdichtedichtung 4 als Ende der monolithischen Basiskonstruktion 19 eines katalytischen Konverters gewunden ist.
Diese Erfindung deckt alle Arten der Windungen der Induktionsheizung ab, wie es in weitern Beispielen Fig. 13 und 14 gezeigt ist, wobei diese Windungsarten entsprechend den dimensionalen Anforderungen ausgewählt werden. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 13 führen die eng gewundenen Windungen 7b auf der monolithischen Basiskonstruktion 21 eines katalytischen Konverters zu konzentrierter induktiver Heizung des Katalysators am stromaufwärtigen Ende des Abgases, während am gegenüberliegenden Ende in weiterem Abstand gewundene Teilwindungen 7b' in einer späteren Stufe heizen können und so der Ausbalancierung verbesserter Wirksamkeit dienen. Alternativ zu konzentrischer umlaufender Windung zeigt Fig. 14 spiralförmige Windung 7c zur wirkungsvollen induktiven katalytischen Heizung um die monolithische Basiskonstruktion 23 eines katalytischen Konverters, ebenso wie die feste Verbindung zu Elektroden 9a, 9b.
Während die Bindeschicht 14 nicht leitend ist oder nicht selbst geheizt werden soll, kann eine leitfähige Schicht 37 gemäß Fig. 15 mit vorbestimmtem Widerstand auf dem Teilbereich 25 katalytischer Heizung gebildet werden, der den keramischen Träger als Katalysatorträger der monolithischen Basiskonstruktion 6 eines katalytischen Konverters aufweisen kann. Die leitfähige Schicht kann durch direkte Einwirkung eines elektrischen Stroms geheizt werden; induktive Heizung kann erzielt werden über Windungen 7d mit relativ weniger Windungen auf der Isolationsschicht 8.
Fig. 16 zeigt ein Muster der leitfähigen Schicht, angegeben als 39, den Teilbereich 27 katalytischer Heizung bildend, wobei dieses analog bezüglich des Heizeffekts der Windungskonfiguration gemäß Fig. 13 ist. In der Konstruktion gemäß Fig. 16 sind die Induktionsheizwindungen 7 um die monolithische Basiskonstruktion 6 eines katalytischen Konverters in gleichem Muster wie in Fig. 6 gewunden, um einen wirkungsvollen Heizgradienten bezüglich des Abgasstromes bei dessen Eintritt in das Konvertergehäuse 3 zu bewirken.
Die monolithische Basiskonstruktion des katalytischen Konverters kann in einen bestimmten Bereich 6 und in einen induktiv heizenden Unterbereich 29 gemäß Fig. 17 unterteilt werden. Der Hauptbereich 6' umfaßt den wabenförmig strukturierten Katalysatorträger, an den der Katalysator über die CVD-abgelagerte Bindeschicht fixiert ist; der Unterbereich 19 umfaßt einen metallischen Träger 31, der den Katalysator entweder über die CVD-abgelagerte Bindeschicht oder in konventioneller Weise trägt. In diesem Fall ist keine leitfähige Schicht notwendig, weil der metallische Träger 31 induktiv durch die induktiven Heizspulenwindungen 7a geheizt wird. Der metallische Träger 31, wie er in dem katalysatortragenden Unterbereich 29 angeordnet ist, kann auch durch direkte Energiezufuhr geheizt werden.
Weitere Beispiele von Abgasreinigern, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei denen die Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers aus einem Katalysatorträger gebildet ist, auf den eine katalysatorbindende Schicht durch chemische Dampfablagerung aufgeformt wird, wird im folgenden beschrieben. In diesen Fällen wird der Katalysator, der auf der Bindeschicht fixiert ist, durch direkte Einwirkung elektrischer Energie erhitzt.
Fig. 18(a) ist die Seitenansicht in vertikalem Querschnitt eines weiteren katalytischen Konverters vom Vorheiztyp, der nach einer erfindungsgemäßen Verfahrensweise hergestellt ist. Fig. 18(b) ist die Vorderansicht in vertikalem Schnitt dieses katalytischen Konverters vom Vorheiztyp.
Wie gezeigt besitzt der katalytische Konverter vom Vorheiztyp, angegeben mit 20, ein Gehäuse 22, in dem plattenförmige erste, zweite, dritte und vierte katalytische Filter 24A, 24B, 24C und 24D im Abstand voneinander in Zirkulationsrichtung des Abgases angeordnet sind. Der Filter weist einen schwammförmigen keramischen Träger auf und ist im wesentlichen gemäß vorhergehender Beschreibung des Abgasreinigers gemäß Fig. 6 und 7 gebildet. Es wird eine erste zentrale Elektrode 26A, die als externer Anschlußterminal dient, in den ersten katalytischen Filter 24A eingeführt. Der erste katalytische Filter 24A und der zweite katalytische Filter 24B werden durch eine erste Außenelektrode 28A verbunden. Der zweite katalytische Filter 24B und der dritte katalytische Filter 24C werden durch eine zweite Zentralelektrode 26B miteinander verbunden. Der dritte katalytische Filter 24C und der vierte katalytische Filter 24D werden durch eine zweite Außenelektrode 28B miteinander verbunden. Eine dritte zentrale Elektrode 26C, die als externer Anschlußterminal dient, wird in den vierten katalytischen Filter 24D eingeführt. Eine Energiequelle (nicht abgebildet) wird zwischen erster Zentralelektrode 24A und dritter Zentralelektrode 24C angeordnet. Zwischen der mittleren und äußeren Peripherie eines jeden der katalytischen Filter 24A bis 24D wird eine Potentialdifferenz ausgebildet, so daß elektrischer Strom durch die Bindeschichten der Filter 24A bis 24D fließt. Als Ergebnis wird die Katalysatorschicht auf hohe Temperatur erhitzt.
Fig. 19(a) ist eine Seitenansicht in vertikalem Schnitt eines katalytischen Konverters vom Vorheiztyp als erste Abänderung des vorangegangenen Beispiels. Fig. 19(b) ist die Frontansicht in vertikalem Querschnitt dieses katalytischen Konverters vom Vorheiztyp.
Wie in diesen Figuren gezeigt, besitzt der katalytische Konverter vom Vorheiztyp, angegeben mit Bezugsziffer 30, ein Gehäuse 32, in dem plattenförmige erste, zweite, dritte, vierte und fünfte katalytische Filter 34A, 34B, 34C, 34D und 34E im Abstand voreinander in Zirkulationsrichtung des Abgases angeordnet sind. Jeder Filter ist ein wabenförmiger keramischer Träger aus Kohlenstoff- oder Siliciumcarbidcomposit, die in vorher beschriebener Weise hergestellt werden. Es wird eine erste Mittelelektrode 36A, die als externer Anschlußterminal dient, in den ersten katalytischen Filter 34A eingeführt. Der zweite katalytische Filter 34B und der dritte katalytische Filter 34C werden durch eine zweite Mittelektrode 36B miteinander verbunden. Der vierte katalytische Filter 34D und der fünfte katalytische Filter 34E werden durch eine dritte Mittelelektrode 36C miteinander verbunden. Der erste katalytische Filter 34A und der zweite katalytische Filter 34B werden mit einer ersten Außenelektrode 38A miteinander verbunden. Der dritte katalytische Filter 34C und der vierte katalytische Filter 34D werden durch eine zweite Außenelektrode 38B miteinander verbunden. Eine dritte Außenelektrode 38C, die als ein externer Anschlußterminal dient, wird in den fünften katalytischen Filter 34E eingeführt. Bei diesem katalytischen Konverter 30 vom Vorheiztyp wirken das Basismaterial und die Bindeschicht des Carbids unter Bildung eines elektrischen Widerstandselements zusammen. Zwischen der ersten zentralen Elektrode 36A und der dritten Außenelektrode 38C wird eine Energiequelle (nicht abgebildet) angeordnet. Auf diese Weise wird ein elektrisches Potential zwischen der Mitte und der äußeren Peripherie eines jeden katalytischen Filters 34A bis 34E ausgebildet.
Fig. 20(a) zeigt die Struktur der seitlichen Oberfläche eines katalytischen Konverters vom Vorheiztyp als eine zweite Ausführungsform des obigen Beispiels. Fig. 20(b) ist die Vorderansicht in vertikalem Schnitt des katalytischen Konverters vom Vorheiztyp.
Das Basismaterial des katalytischen Konverters 40 vom Vorheiztyp umfaßt eine keramische wabenförmige Struktur 42, geformt auf Cordierit. Auf beiden Enden der Innenseite und an beiden Enden der Außenseite der wabenförmigen Struktur 42 werden Bindeschichten gebildet. In diesem Fall werden die äußeren Bindeschichten 44 dicker als die inneren Bindeschichten ausgebildet, um den elektrischen Widerstand der äußeren Bindeschichten 44 zu vermindern. Ebenso gezeigt sind externe Anschlußterminals 46 auf den Oberflächen der äußeren Bindeschichten 44.
Fig. 21(a) ist die Seitenansicht in vertikalem Schnitt eines Abgasrohres als Beispiel der Erfindung, verwirklicht in einer anderen Abgassystemkomponente als einem katalytischen Konverter. Fig. 21(b) ist eine Vorderansicht in vertikalem Schnitt der Abgasleitung zur katalytischen Abgaskonversion vom Vorheiztyp.
Wie gezeigt besteht das Motorabgasrohr, bezeichnet mit Bezugsziffer 50, aus einem metallischen Rohr 52. Auf die innere Oberfläche eines Endes (in den Figuren das linke Ende) des Rohres 52 ist eine erste Seitenelektrode 54A geschweißt. Durch CVD wird ein Isolierfilm 56 einer Dicke von etwa 100 u m aus Al&sub2;O&sub3; auf die gesamte innere Oberfläche des Rohrs 52, ausgenommen ein Ende, geformt. Eine zweite seitliche Elektrode 54B wird auf die innere Seite des Isolierfilm 56 am anderen Ende des Rohres 52 angeordnet. Es werden Bindeschichten 58 auf den inneren Oberflächen der ersten und zweiten Elektroden 54A und 54B und des Isolierfilms 56 durch CVD geformt. Auf der inneren Oberfläche jeder Bindeschicht 58 wird eine Katalysatorschicht 60 ausgebildet. Zwischen äußerer Oberfläche am anderen Ende des Rohres 52 und der zweiten Elektrode 54B wird eine Energiequelle angeordnet. Wenn ein elektrischer Strom zwischen gegenüberliegenden Enden jeder Bindeschicht 58 fließt, wird die Katalysatorschicht 60 auf eine hohe Temperatur erhitzt.
Bei einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers wird, wie beschrieben, eine katalysatorbindende Schicht auf der Oberfläche eines Basismaterials durch chemische Dampfablagerung geformt. Die bindende Schicht wird als eine keramische Schicht säulerförmiger Kristalle oder einer intermetallischen Verbindung gebildet und besitzt so eine geeignet rauhe Oberfläche, um das Katalysatormaterial zu binden. Die Bindeschicht kann darüber hinaus auf dem Basismaterial leicht und schnell ausgebildet werden. Als Folge wird die Produktivität erhöht.
Da die Bindeschicht durch CVD gebildet wird, ist die Schicht gleichförmig. Ebenso kann die Bindeschicht unabhängig von der Form des Basismaterials ausgebildet werden. Deshalb kann eine Bindeschicht mit rauher Oberfläche gleichförmig selbst auf einem Basismaterial geformt werden, dessen Form andererseits die Ausbildung einer Bindeschicht erschweren würde, oder dessen Form so komplex ist, daß eine gleichförmige Bindeschicht mit üblichen Techniken nicht hergestellt werden kann.
Bei anderen Ausführungsformen der Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, bei denen die Bindeschicht als ein elektrisches Widerstandselement wirkt und elektrisch angeregt wird, wird sie schnell auf hohe Temperaturen bei geringem Verbrauch elektrischer Energie erhitzt. Als Folge erreicht die Katalysatorschicht schnell eine Temperatur, die für die Reinigungsreaktion geeignet ist. Aus diesem Grund ist die Belastung der Batterie während der Zündung des Motors vermindert.
Während die Bindeschicht aus mindestens einem der Carbide, Wolframcarbid, Molybdäncarbid, Siliciumcarbid und/oder deren Legierungen, oder aus mindestens einem der Silicide, Wolframsilicid, Molybäncilicid, Tantalsilicid, Titancilicid und/oder deren Legierungen, geformt ist, kann CVD bei einer gegebenen Temperatur in einem Bereich von relativ niedriger bis relativ hoher Temperatur durchgeführt werden. Dies erlaubt die Ausbildung einer Bindeschicht auf einer metallischen Abgasleitung oder einem metallischen Träger ohne Störungen, wobei darauf hinzuweisen ist, daß solche metallischen Abgasleitungen und metallischen Träger bei hohen Temperaturen leicht zur Verformung neigen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Konstruktion eines katalytischen Abgasreinigers, bei dem metallische flache und gewellte Beche aufeinander laminiert werden, um einen wabenförmigen Katalysatorträger zu bilden, mit nachfolgender Bildung einer oberflächlichen Bindungsschicht durch CVD aus Keramik wie beschrieben, bindet die Bindeschicht die metallischen flachen Bleche und die metallischen gewellten Bleche zusammen, so daß zusätzlich zu den aufgezeigten Vorteilen Punktschweißen, Löten oder andere vergleichbare Methoden, die bisher zur Verbindung metallischer flacher Bleche und gewellter Bleche miteinander nötig sind, entbehrlich sind.

Claims

1. Abgaskatalysator eines Auspuffsystems eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, enthaltend:

einen Katalysatorträger;

eine Bindeschicht aus säulenförmigen Kristallen, die durch chemisches Aufdampfen auf dem Träger gebildet ist; und

eine Katalysatorschicht, die auf der Bindeschicht aufgebildet ist.

2. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 1, wobei der Katalystorträger eine Katalysatorträgerstruktur eines katalytischen Umwandlungsmittels umfaßt.

3. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein filterähnliches Gitter aus Kohlenstoff ist.

4. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein filterähnliches Gitter aus Keramik ist.

5. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur eine filterähnliche Wabenstruktur aus Kohlenstoff ist.

6. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur eine filterähnliche Wabenstruktur aus Keramik ist.

7. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein filterähnliches Gitter aus metallischen Fasern ist.

8. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein filterähnliches Netz aus metallischen dünnen Drähten ist.

9. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Katalysatorträgerstruktur eine filterähnliche metallische Wabenstruktur ist.

10. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 2, wobei die Bindeschicht durch elektromagnetische Induktion erregbar ist, derart, daß der Katalysator vorheizbar ist, um die katalytische Reinigung der schädlichen Abgasdämpfe vor dem Erwärmen des Auspuffsystems durch die Abgase zu bewirken.

11. Abgaskatalysator gemäß Anpruch 1, wobei die Bindeschicht ein Film mit geringer spezifischer Wärmekapazität mit vorbestimmtem Widerstand ist.

12. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 11, wobei die Bindeschicht aus wenigstens einem der Karbide Wolframkarbid, Molybdänkarbid, Siliziumkarbid und/oder deren Legierungen gebildet ist.

13. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 11, wobei die Bindeschicht aus wenigstens einem der Silicide Wolframsilicid, Molybdänsilicid, Tantalsilicid, Titansilicid und/oder deren Legierungen gebildet ist.

14. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 1, wobei die Bindeschicht Keramikkristalle mit Säulenstruktur umfaßt.

15. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 1, wobei die Bindeschicht eine intermetallische Verbindung umfaßt.

16. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 1, wobei der Katalysatorträger eine metallische Abgasleitung des Fahrzeugauspuffsystems umfaßt.

17. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 16, welcher außerdem eine elektrisch und thermisch isolierende Schicht enthält, die durch chemisches Aufdampfen auf der metallischen Abgasleitung als Katalysatorträger aufgebildet ist, wobei die isolierende Schicht zwischen dem Träger und der Bindeschicht laminiert ist.

18. Abgaskatalysator gemäß Anspruch 17, wobei die Bindeschicht durch die direkte Einwirkung eines elektrischen Stroms erregbar ist, derart, daß der Katalysator vorheizbar ist, um die katalytische Reinigung von schädlichen Abgasdämpfen vor dem Erwärmen des Auspuffsystems durch die Abgase zu bewirken.

19. Verfahren zur Herstellung eines Abgaskatalysators eines Auspuffsystems eines Verbrennungsmotors mit den Stufen:

Ausbildung einer Bindeschicht aus säulenförmigen Kristallen durch chemisches Aufdampfen auf einem Katalysatorträger des Fahrzeugauspuffsystems; und

Beschichten der Bindeschicht mit einer Katalysatorschicht.

20. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei der Katalysatorträger eine Katalysatorträgerstruktur eines katalytischen Umwandlungsmittels umfaßt.

21. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei der Katalysatorträger eine metallische Abgasleitung des Fahrzeugauspuffsystems umfaßt.

22. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei die Stufe des Beschichtens der Bindeschicht mit der Katalysatorschicht außerdem

das Imprägnieren einer exponierten Oberfläche der Bindeschicht mit porösem Aluminiumoxid zur Bildung einer Katalysatorträgerschicht,

das Trocknen und Sintern der Katalysatorträgerschicht und

das Auftragen einer katalytisch aktiven Komponente auf die Katalysatorträgerschicht durch Adsorption umfaßt.

23. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei die Bindeschicht Keramikkristalle mit Säulenstruktur umfaßt.

24. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei die Bindeschicht eine intermetallische Verbindung umfaßt.

25. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 20, wobei die Stufe der Aufbildung einer Bindeschicht auf den Katalysatorträger außerdem

das sukzessive Laminieren metallischer Flachbleche und metallischer Wellbleche zur Bildung einer Wabenstruktur als Katalysatorträger umfaßt.

26. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 19, wobei der Katalysatorträger eine Katalysatorträgerstruktur eines katalytischen Umwandlungsmittels zur Einbringung in das Fahrzeugauspuffsystem umfaßt, wobei das Verfahren außerdem die Stufe des

Anbringens einer Induktionsheizspule auf dem katalytischen Umwandlungsmittel peripher zum durchlaufenden Abgasfluß zur Erwärmung des Katalysators über elektromagnetische Induktion umfaßt.

27. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 26, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein metallisches Trägernetzwerk umfaßt.

28. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 27, welches außerdem die Stufe des Aufbringens einer elektrisch und thermisch isolierenden Schicht integral auf dem metallischen Trägernetzwerk, so daß dieses peripherisch umgeben wird, umfaßt.

29. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 28, wobei die Induktionsheizspule auf der elektrisch und thermisch isolierenden Schicht angebracht ist, welches außerdem die Stufe des Befestigens der Induktionsheizspule auf dem katalytischen Umwandlungsmittel durch ein hitzebeständiges Material umfaßt, so daß die Induktionsheizspule gehalten wird.

30. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 26, wobei die Katalysatorträgerstruktur ein keramisches Trägergitter umfaßt.

31. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 30, wobei die Induktionsheizspule auf der Katalysatorträgerstruktur angebracht ist, welches außerdem die Stufe des Befestigens der Induktionsheizspule auf der Katalysatorträgerstruktur durch ein hitzebeständiges Material umfaßt, so daß die Induktionsheizspule gehalten wird.

32. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 31, wobei das hitzebeständige Material eine durch Sprühen aufgeschichtete Keramik ist.

33. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 26, wobei die Bindeschicht aufgrund ihres elektrischen Widerstands als elektromagnetisch leitende Schicht, welche durch die elektromagnetische Induktion von der Induktionsheizspule heizt, fungiert.

34. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 26, welches außerdem die Stufe der Bildung eines Vor wärmunterbereichs des katalytischen Umwandlungsmittels, getrennt von dem Hauptbereich des katalytischen Umwandlungsmittels, und stromaufwärts hinsichtlich des Abgasflusses umfaßt.