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CN112566720A - 催化装置 - Google Patents

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CN112566720A
CN112566720A CN201980053635.9A CN201980053635A CN112566720A CN 112566720 A CN112566720 A CN 112566720A CN 201980053635 A CN201980053635 A CN 201980053635A CN 112566720 A CN112566720 A CN 112566720A
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CN
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hole
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holes
exhaust gas
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CN201980053635.9A
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前田和寿
武田广充
堀村弘幸
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明提供一种能够高效地进行废气的净化的催化装置。催化装置(36)具有载体(42)和外筒(44)，其中，所述载体(42)通过将金属箔状的平板(52)和波纹板(54)重叠并卷绕而形成，且担载催化剂；所述外筒(44)在内部收容载体(42)，并且以使载体(42)的一端部(42a)朝向废气的上游侧且使载体(42)的另一端部(42b)朝向废气的下游侧的方式支承载体(42)；在所述催化装置(36)中，平板(52)和波纹板(54)具有多个孔(64)，且被含有催化物质的涂层覆盖，覆盖孔(64)的下游侧的涂层的厚度比覆盖孔(64)的上游侧的涂层的厚度厚。

Description

催化装置
技术领域
本发明涉及一种催化装置(catalyst device)，该催化装置将载体收容并支承于外筒，其中，该载体通过将平板和波纹板重叠并卷绕而形成，且担载催化剂。
背景技术
具有内燃机的车辆具有用于将在内燃机的燃烧工序中产生的废气向车外排出的排气装置。排气装置具有净化废气的催化装置。日本发明专利公开公报特开2014-147879号中公开了一种催化装置，其用于设置在机动二轮车上的小型内燃机。该催化装置具有担载催化剂的载体和收容并支承载体的外筒。载体通过将金属箔状的平板和波纹板重叠并卷绕而形成。在日本发明专利公开公报特表2005-535454号中，公开了一种带孔蜂窝体(载体)，其由分别具有孔的平坦形薄板(平板)和波形薄板(波纹板)形成。
发明内容
为了在催化装置中高效地进行废气的净化，可以更积极地进行废气与催化剂的接触。作为其中的一个方法，可以考虑使催化装置内的废气流产生紊流。如日本发明专利公开公报特表2005-535454号的载体那样，若在平板和波纹板上设置孔，则载体内的流路形状变得复杂，从而产生紊流。
但是，若平板和波纹板的表面是平坦的，则一部分废气有可能直接直线流动，因此，从这一点来看，也认为废气的净化不充分。
本发明是考虑到这样的问题而作出的，其目的在于，提供一种能够高效地进行废气的净化的催化装置。
本发明为：一种催化装置，其具有载体和外筒，其中，所述载体通过将金属箔状的平板和波纹板重叠并卷绕而形成，且担载催化剂；所述外筒在内部收容所述载体，并且以使所述载体的一端部朝向废气的上游侧且使所述载体的另一端部朝向废气的下游侧的方式支承所述载体；所述催化装置的特征在于，
所述平板和所述波纹板具有多个孔，且被含有催化物质的厚度不均的涂层覆盖。
根据本发明，能够高效地进行废气的净化。
附图说明
图1是机动二轮车的左视图。
图2是排气装置的左视图。
图3是催化剂收纳部的剖视图。
图4是从上游侧观察到的催化装置简化后的示意图。
图5是平板简化后的示意图。
图6是用于说明钎焊部位的说明图。
图7是沿轴线剖切载体的局部剖面示意图。
图8是用于说明孔部的说明图。
图9是与轴线方向正交的平面中的第1孔部间范围的局部剖视图。
图10是与轴线方向正交的平面中的第2孔部间范围的局部剖视图。
图11是用于说明开孔率的分析结果的说明图。
图12是用于说明载体的制造方法的说明图。
具体实施方式
以下，列举优选的实施方式，参照附图对本发明所涉及的催化装置详细地进行说明。
此外，在以下的说明中所使用的上游、下游是以废气的流动为对象的。
[1.排气装置14]
如图1所示，机动二轮车10具有内燃机12作为用于行驶的驱动源。在内燃机12上连接有排气装置14。
如图2所示，排气装置14包括法兰16、上游侧排气管18、催化剂收纳部20、下游侧排气管22(图3)、隔热罩24和消音器26。上游侧排气管18通过法兰16而与内燃机12的气缸盖连接。催化剂收纳部20与上游侧排气管18的下游侧端部连接。关于催化剂收纳部20的结构，将在下述[2]中进行说明。下游侧排气管22(图3)与催化剂收纳部20的下游侧端部连接。隔热罩24以覆盖下游侧排气管22的方式与催化剂收纳部20的下游侧端部连接。消音器26被连接于下游侧排气管22和隔热罩24的下游侧端部。排气装置14通过一个以上的支承件28被安装在车身的框架上。根据该结构，从内燃机12排出的废气通过上游侧排气管18、催化剂收纳部20、下游侧排气管22、消音器26被排出到外部。
[2.催化剂收纳部20]
如图3所示，催化剂收纳部20具有外锥形管30、隔热管32、上游侧内锥形管34、催化装置36和下游侧内锥形管38。外锥形管30与上游侧排气管18的下游侧端部连接。隔热管32与外锥形管30的下游侧端部连接。上游侧内锥形管34在比外锥形管30和上游侧排气管18的连接部位靠下游侧的位置与上游侧排气管18的下游侧端部连接，且位于外锥形管30的内部。催化装置36与上游侧内锥形管34的下游侧端部连接，且位于隔热管32的内部。关于催化装置36的结构，将在下述[3]中进行说明。下游侧内锥形管38与催化装置36的下游侧端部连接，且位于隔热管32的内部。
[3.催化装置36]
如图3、图4所示，催化装置36具有载体42和外筒44。载体42是蜂窝结构的大致圆柱形状，通过将金属箔状的一个以上的平板52(图9)和一个以上的波纹板54(图9)重叠卷绕而形成，其中，波纹板54通过将金属箔状的平板52成型为波状而成。平板52(和波纹板54)由不锈钢形成，具有从一个面贯通至另一个面的多个孔64(图5)。关于孔64，将在下述[3.1]中进行说明。
载体42担载催化剂。例如，在载体42的状态下，平板52和波纹板54的表面被含有催化物质(铂、钯、铑等铂族元素等)的涂层覆盖。平板52和波纹板54彼此接合。关于平板52和波纹板54的接合，将在下述[3.2]中进行说明。
外筒44是内径比载体42的外径稍大的圆筒。外筒44与平板52同样由不锈钢形成。外筒44在内部收容载体42。外筒44以载体42的一端部42a朝向废气的上游侧且载体42的另一端部42b朝向废气的下游侧的状态支承载体42。在外筒44支承载体42的状态下，外筒44的轴线与载体42的轴线一致。如图3所示，将两者的轴线称为轴线A。载体42的外周面与外筒44的内周面彼此接合。关于载体42与外筒44的接合，将在下述[3.2]中进行说明。
[3.1.具有孔64的平板52]
使用图5说明平板52。图5所示的平板52是被制成载体42之前的平坦状态。平板52是第1方向D1上的长度为L、第2方向D2上的长度为W(＞L)的大致矩形的金属箔状部件。第1方向D1与废气的流动方向以及载体42的轴线方向(轴线A的延伸方向)平行。将图5中从纸面上方朝向下方的方向设为第1方向D1。第2方向D2与第1方向D1正交。将图5中从纸面左方向右方的方向设为第2方向D2。平板52的第1方向D1的长度L为载体42的轴线方向的长度。平板52的第2方向D2的长度W与载体42的直径有关。因此，长度L和长度W根据载体42的设计来确定。
平板52具有孔形成部60和包围孔形成部60的缘部62。平板52在孔形成部60上具有沿着第1方向D1和第2方向D2排列的多个孔64。将沿着第1方向D1的孔64的列称为第1列66。将沿着第2方向D2的孔64的列称为第2列68。在第1列66中，当将连接孔64的中心的线作为列的中心线66c时，以使各中心线66c为等间隔的方式来配置各孔64。在第2列68中，当将连接孔64的中心的线作为列的中心线68c时，以使各中心线68c为等间隔的方式配置各孔64。
对于第1列66，朝第2方向D2依次标注编号。从第2方向D2的一侧(或另一侧)观察时，第n个第1列66上的各孔64与第n+1个第1列66上的各孔64交替排列。即，从第2方向D2的一侧(或另一侧)观察时，在第n个第1列66上彼此相邻的两个孔64之间配置有第n+1个第1列66的一个孔64，在第n+1个第1列66上彼此相邻的两个孔64之间配置有第n个第1列66的一个孔64。
同样，对于第2列68，从第1方向D1的一侧朝另一侧依次标注编号。从第1方向D1的一侧(或另一侧)观察时，第n个第2列68上的各孔64与第n+1个第2列68上的各孔64交替排列。即，从第1方向D1的一侧(或另一侧)观察时，在第n个第2列68上彼此相邻的两个孔64之间配置有第n+1个第2列68的一个孔64，在第n+1个第2列68上彼此相邻的两个孔64之间配置有第n个第2列68的一个孔64。
彼此相邻的两个(第n个与第n+1个)第1列66中，一个(第n个)第1列66上的孔64与另一个(第n+1个)第1列66上的孔64在从第1方向D1观察时，彼此的局部64p重叠。重叠的局部64p的第2方向D2的长度大于0且为孔64的第2方向D2的长度(例如直径2a)的20％以下。相对于此，彼此相邻的两个(第n个与第n+1个)第2列68中，一个(第n个)第2列68上的孔64与另一个(第n+1个)第2列68上的孔64在从第2方向D2观察时彼此分离。
在此，对平板52的具体例进行说明。孔64的形状为圆形。孔64的半径a为4.0mm(φ8.0)。彼此相邻的第2列68的间隔i2(即第n个第2列68与第n+1个第2列68的间隔i2)为9.52mm。彼此相邻的两个孔64的端部之间的距离b为3.0mm。
此外，上述形状和数值是一例，也可以是其他形状或数值。例如，孔64的形状也可以是椭圆，在该情况下，长轴和短轴中的任一个可以与第1方向D1或第2方向D2平行。
另外，配置于局部64p的区域的孔64的尺寸(例如直径2a)可以小于配置于其他区域的孔64的尺寸(例如直径2a)。尤其，可以减小包含在上游侧即从成为载体42的一端部42a的第1端部52a侧起的规定个数(第1～第k个)的第2列68中的孔64的尺寸。具体而言，在孔64为圆形的情况下，可以设定孔64的尺寸和配置，以使距离b＞半径a的关系成立。通过减小上游侧的孔64的尺寸，提高对由废气的脉动引起的载体42的振动(称为颤振)的耐用性。
通过将沿第2方向D2延长平板52的形态的金属箔状部件加工成朝向第2方向D2的波形状而形成波纹板54。波纹板54在俯视观察时呈与平板52大致相同的外形。波纹板54的波形状是振幅递增、递减的形状，例如是正弦波形状。波纹板54具有与平板52相同配置的孔64。但是，波纹板54在第2方向D2上比平板52长，与此相应地，孔形成部60在第2方向D2上宽，从而孔64的数量多。
[3.2.各部件的接合]
[3.2.1.上游侧的接合]
参照图6来对平板52与波纹板54的接合以及载体42与外筒44的接合进行说明。图6表示图3所示的催化装置36中的各部件的接合范围。平板52与波纹板54的接合以及载体42与外筒44的接合都通过钎焊来进行。
在本实施方式中，将平板52和波纹板54的上游侧的钎焊部位设为第1上游范围70，将载体42和外筒44的钎焊部位设为第2上游范围72。第1上游范围70是从载体42的一端部42a的位置沿轴线方向扩展到向下游侧离开长度L1的位置的范围。第2上游范围72是从载体42的一端部42a的位置沿轴线方向扩展到向下游侧离开长度L2的位置的范围。长度L2比长度L1长。即，第2上游范围72比第1上游范围70向轴线方向的下游侧扩展得宽。
对于位于第1上游范围70的载体42而言，平板52和波纹板54从中心遍及外周彼此被钎焊在一起。第1上游范围70包括平板52和波纹板54各自的缘部62、和第1个至规定个数的第2列68上的多个孔64。波纹板54所包含的各波纹部分的大致顶点部位被钎焊在平板52上。但是，对第1上游范围70所包含的平板52与波纹板54的所有接触部位进行钎焊并不容易。因此，在本实施方式中，不是必须对所有的接触部位进行钎焊。
位于第2上游范围72的载体42和外筒44彼此被钎焊在一起。具体而言，载体42的外周面和外筒44的内周面被钎焊在一起。
催化装置36的振动越靠向上游侧越大。如本实施方式所示，通过在第1上游范围70接合平板52和波纹板54，在第2上游范围72接合载体42和外筒44，能够高效地抑制载体42的振动。而且，由于各部件不是在载体42的全长范围进行接合，因此，能够防止由于各部件受热影响而伸缩所导致的载体42破损。
[4.催化物质的涂层]
使用图7～图9对覆盖载体42的内表面的催化物质的涂层进行说明。
当使用图5所示的平板52和孔64的配置与该平板52相同的波纹板54形成载体42，且沿轴线A剖切该载体42时，剖面的局部如图7所示。在该剖面中，形成有平板52和波纹板54都不存在的孔部80。如图8所示，孔部80通过将平板52或波纹板54的多个孔64、具体而言，通过将相同第2列68上的多个孔64集合而形成。当以轴线方向为基准将孔部80的形成范围称为孔部形成范围82时，孔部形成范围82从载体42的上游侧到下游侧以大致一定间隔存在。该间隔相当于第n个第2列68上的孔64的下游侧端部与第n+1个第2列68上的孔64的上游侧端部的距离b。
在图7所示的剖面中，在最上游存在相当于缘部62的缘部范围84，在缘部范围84以后，从上游侧到下游侧交替地存在孔部形成范围82和未形成有孔部80的孔部间范围86。而且，孔部间范围86被分为位于孔部形成范围82的下游侧的第1孔部间范围88和位于孔部形成范围82的上游侧的第2孔部间范围90。
在此，当着眼于覆盖平板52和波纹板54的涂层的厚度时，形成在孔部形成范围82和第1孔部间范围88的涂层的厚度相对较厚，形成在缘部范围84和第2孔部间范围90的涂层的厚度相对较薄。图9是与轴线方向正交的平面中的第1孔部间范围88的局部剖视图。图10是与轴线方向正交的平面中的第2孔部间范围90的局部剖视图。由图9和图10可知，图9所示的平板52和波纹板54与图10所示的平板52和波纹板54相比，被更多的涂层覆盖。
由于难以在各范围内确定涂层的定量厚度，因此，在本说明书中，考虑将各范围内的涂层厚度替换为开孔率。这里所说的开孔率是指在轴线方向的某位置上相对于与轴线方向正交的载体42的截面面积的空隙面积(不存在平板52、波纹板54和涂层的部分的面积)。在孔部间范围86的轴线方向的各位置，平板52和波纹板54的截面面积实质上相同。即，决定开孔率的是该位置处的涂层的量(截面面积)、即涂层的厚度。
图11表示本发明者们所进行的开孔率分析的结果。如图11所示，第1孔部间范围88的开孔率比第2孔部间范围90的开孔率大出大约5％。这意味着第1孔部间范围88的涂层厚度大于第2孔部间范围90的涂层厚度。在此，由于孔部80是各孔64的集合体，因此，可以说在以孔64单体来看的情况下也是同样的。即，可以说覆盖孔64的下游侧的涂层的厚度比覆盖孔64的上游侧的涂层的厚度厚。
而且，孔部形成范围82中的涂层厚度、即覆盖位于孔部形成范围82的孔部80以外的部位(平板52和波纹板54)的涂层的厚度也厚。孔部形成范围82的涂层厚度比第2孔部间范围90的涂层厚度大20％以上。
这样，当使孔部形成范围82和第1孔部间范围88的涂层厚度比第2孔部间范围90的涂层厚度厚时，在载体42中流动的废气容易产生紊流(涡流)。当废气产生紊流时，废气与催化剂接触的机会增加，因此，提高了废气的净化效率。
此外，从产生紊流的观点出发，也可以使第2孔部间范围90的涂层厚度比第1孔部间范围88的涂层厚度厚。总之，载体42的内表面只要从上游侧遍及下游侧被至少厚度不均的涂层覆盖即可。在本说明书中，厚度不均是指最厚的涂层的厚度与最薄的涂层的厚度相差3％以上。
[5.催化装置36的制造方法]
如图12所示，通过由支承工具支承层叠体50的中央部分C的同时使支承工具旋转而使中央部分C朝一方向R旋转，据此形成层叠体50从中心向径向重叠的载体42，其中，所述叠层体50通过将平板52重叠在波纹板54的两个面上而形成。此时，对平板52和波纹板54进行钎焊，使载体42呈大致圆柱形状。
此外，层叠体50也可以是多个平板52和多个波纹板54交替层叠而成的多层结构。另外，也可以如上述的日本发明专利公开公报特开2014-147879号所示，通过由支承工具支承层叠体50的端部的同时使支承工具沿R方向旋转来形成载体42。
接着，将大致圆柱形状的载体42插入到外筒44，并将载体42和外筒44钎焊在一起。
接着，将含有催化物质的粘性高的混合液配置在载体42的一端部42a侧，使另一端部42b侧的气压低于一端部42a侧的气压，从而产生压力差。于是，混合液被吸引到另一端部42b侧，由此从一端部42a侧浸入蜂窝状的载体42的内部。当混合液通过载体42的内部时，混合液与平板52及波纹板54的表面接触的同时被吸引到另一端部42b侧。其结果，载体42的内表面(平板52和波纹板54的表面)被含有催化物质的涂层覆盖。覆盖孔64的下游侧(另一端部42b侧)的涂层的厚度比覆盖孔64的上游侧(一端部42a侧)的涂层的厚度厚。
涂层厚度产生差异的机理如下所述。当载体42中产生从一端部42a朝向另一端部42b的气流时，该气流中产生紊流，从而局部地产生停滞。当气流中产生停滞时，在载体42的内部产生对含有催化物质的粘性高的混合液的吸引变弱的部分。于是，该部分的涂层厚度相对变厚。
为了形成3％以上的涂层厚度差，需要在载体42的内部特别地产生停滞。为此，有效的方法是增大孔64的尺寸。尤其，可以使孔64的直径2a为彼此相邻的两个孔64的端部间的距离b的2倍以上，即满足2a＞2b的条件。在上述实施方式中，孔64的直径2a为8.0mm，彼此相邻的两个孔64的端部间的距离b为3.0mm，满足2a＞2b的条件。
在使覆盖孔64的上游侧(一端部42a侧)的涂层的厚度大于覆盖孔64的下游侧(另一端部42b侧)的涂层的厚度的情况下，只要使一端部42a侧的气压低于另一端部42b侧的气压即可。若孔64的直径2a大于彼此相邻的两个孔64的端部之间的距离b，则由于对上述的混合液的吸引，而在载体42内产生紊流。其结果，形成厚度不均的涂层。
[6.从实施方式得到的技术方案]
从上述实施方式能够掌握的技术方案记载如下。
本发明涉及一种催化装置36，其具有载体42和外筒44，其中，所述载体42通过将金属箔状的平板52和波纹板54重叠并卷绕而形成，且担载催化剂；所述外筒44在内部收容载体42，并且以使载体42的一端部42a朝向废气的上游侧且使载体42的另一端部42b朝向废气的下游侧的方式来支承载体42；所述催化装置36的特征在于，
平板52和波纹板54具有多个孔64，且被含有催化物质的厚度不均的涂层覆盖。
根据上述结构，由于覆盖载体42内表面的涂层的厚度不均，因此，在载体42内部产生废气的紊流，易于进行废气与催化剂的接触。于是，促进了废气的净化，因此，能够高效地进行废气的净化。
在本发明中，可以为：覆盖孔64的下游侧的涂层的厚度比覆盖孔64的上游侧的涂层的厚度厚。
根据上述结构，由于覆盖孔64的下游侧的涂层的厚度比覆盖孔64的上游侧的涂层的厚度厚，因此，在孔64的前后产生废气的紊流，易于进行废气与催化剂的接触。于是，促进了废气的净化，因此，能够更高效地进行废气的净化。
在本发明中，可以为：覆盖孔64的上游侧的涂层的厚度比覆盖孔64的下游侧的涂层的厚度厚。
根据上述结构，由于覆盖孔64的上游侧的涂层的厚度比覆盖孔64的下游侧的涂层的厚度厚，因此，在孔64的前后产生废气的紊流，易于进行废气与催化剂的接触。于是，促进了废气的净化，因此，能够更高效地进行废气的净化。
在本发明中，可以为：最厚的涂层的厚度和最薄的涂层的厚度相差3％以上。
根据上述结构，能够在载体42的内部产生废气的紊流。
在本发明中，可以为：在平板52和波纹板54被制成载体42之前的平坦状态下，多个孔64沿与载体42的轴线方向平行的第1方向D1排列而形成多个第1列66，并且沿与第1方向D1正交的第2方向D2排列而形成多个第2列68，
彼此相邻的两个第2列68中的一个第2列68上的孔64与另一个第2列68上的孔64在从第2方向D2观察时彼此分离。
根据上述结构，第2列68上的孔64集合而形成有孔部80，沿轴线方向交替地形成有孔部形成范围82、第1孔部间范围88和第2孔部间范围90。在该排列中，形成于第1孔部间范围88的涂层的厚度比形成于第2孔部间范围90的涂层的厚度厚，因此，容易产生废气的紊流。
此外，本发明所涉及的催化装置不限于上述实施方式，当然能够不脱离本发明的主旨而采用各种结构。

Claims (5)

1.一种催化装置(36)，其具有载体(42)和外筒(44)，其中，所述载体(42)通过将金属箔状的平板(52)和波纹板(54)重叠并卷绕而形成，且担载催化剂；所述外筒(44)在内部收容所述载体(42)，并且以使所述载体(42)的一端部(42a)朝向废气的上游侧且使所述载体(42)的另一端部(42b)朝向废气的下游侧的方式来支承所述载体(42)；
所述催化装置(36)的特征在于，
所述平板(52)和所述波纹板(54)具有多个孔(64)，且被含有催化物质的厚度不均的涂层覆盖。
2.根据权利要求1所述的催化装置(36)，其特征在于，
覆盖所述孔(64)的下游侧的所述涂层的厚度比覆盖所述孔(64)的上游侧的所述涂层的厚度厚。
3.根据权利要求1所述的催化装置(36)，其特征在于，
覆盖所述孔(64)的上游侧的所述涂层的厚度比覆盖所述孔(64)的下游侧的所述涂层的厚度厚。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的催化装置(36)，其特征在于，
最厚的所述涂层的厚度和最薄的所述涂层的厚度相差3％以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的催化装置(36)，其特征在于，
在所述平板(52)和所述波纹板(54)被制成所述载体(42)之前的平坦状态下，多个所述孔(64)沿与所述载体(42)的轴线方向平行的第1方向(D1)排列而形成多个第1列(66)，并且沿与所述第1方向(D1)正交的第2方向(D2)排列而形成多个第2列(68)，
彼此相邻的两个所述第2列(68)中的一个所述第2列(68)上的所述孔(64)与另一个所述第2列(68)上的所述孔(64)在从所述第2方向(D2)观察时彼此分离。
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