каталитически активная структура
Классы МПК: | B01J35/04 пористые, ситовые, решетчатые или сотовые структуры B01J21/06 кремний, титан, цирконий или гафний; их оксиды или гидроксиды B01J21/16 глины или прочие минеральные силикаты B01J23/70 металлов группы железа или меди B01D53/94 каталитическими способами F01N3/28 конструкции каталитических реакторов |
Автор(ы): | БЕРГМАНН Андре (DE) |
Патентообладатель(и): | ЭМИТЕК ГЕЗЕЛЬШАФТ ФЮР ЭМИССИОНСТЕХНОЛОГИ МБХ (DE) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-03-26 публикация патента:
27.07.2003 |
Изобретение относится к проточной для отработавших газов двигателя внутреннего сгорания каталитически активной структуре, прежде всего к сотовой структуре, сформированной по меньшей мере из одного металлического листа, имеющего каталитически активную поверхность. Описана каталитически активная структура, которая образована металлическим листом с каталитически активной поверхностью. Эта поверхность металлического листа по меньшей мере частично снабжена каталитически активным металлоксидным слоем, при этом оксидом металла является оксид металла четвертого периода, выбранного из группы, включающей Ti, V, Zn, Fe, Cr, Mn, Ni, Cu, Co. Технический эффект: снижение содержания токсичных компонентов в отработавших газах двигателя внутреннего сгорания. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Проточная для отработавших газов двигателя внутреннего сгорания каталитически активная сотовая структура, которая образована по меньшей мере одним металлическим листом, имеющим каталитически активную поверхность, которая по меньшей мере частично снабжена каталитически активным металлооксидным слоем, образованным в результате оксидирования нанесенного на металлический лист металлического покрытия, отличающаяся тем, что оксидом металла является оксид металла четвертого периода, выбранного из группы, включающей Ti, V, Zn, Fe, Cr, Мn, Ni, Cu, Со. 2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что металл металлооксидного слоя обладает более высоким окислительным потенциалом в сравнении с компонентами материала металлического листа. 3. Структура по п.1 или 2, отличающаяся наличием по меньшей мере незначительной диффузией металла оксида металла в металлический лист.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к проточной для отработавших газов (ОГ) двигателя внутреннего сгорания (ДВС) каталитически активной структуре, прежде всего к сотовой структуре, сформированной по меньшей мере из одного металлического листа, имеющего каталитически активную поверхность. Для снижения содержания в выбросах токсичных компонентов, таких как несгоревшие углеводороды, моноксид углерода и оксиды азота, используют структуры, прежде всего сотовые структуры, имеющие каталитически активную поверхность. Такая структура может быть образована монолитным керамическим сотовым элементом. Известны также структуры, образованные свернутыми в рулон и/или набранными в пакет металлическими листами. Металлические структуры покрыты тонким слоем оксида алюминия. Этот оксид алюминия увеличивает площадь поверхности структуры. По алюминийоксидному слою распределен каталитически активный материал. Этот материал содержит платину, родий и палладий. С целью обеспечить наиболее эффективную работу каталитического нейтрализатора ОГ необходим точный контроль за составом горючей смеси, который можно определять по составу ОГ. Для этого в выпускном трубопроводе перед, если смотреть в направлении потока ОГ, каталитическим нейтрализатором устанавливают кислородный датчик (называемый также лямбда-зондом). Такой лямбда-зонд соединен с системой управления ДВС, которая позволяет управлять процессом смесеобразования в ДВС. Подобные системы, предназначенные для сокращения содержания в выбросах токсичных компонентов, называют также трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами ОГ для транспортных средств. В статье Nonnenmann, озаглавленной "
на фиг.1 - схематичное изображение структуры 1,
на фиг. 2 - схематичное изображение металлического листа с металлооксидным слоем,
на фиг. 3 - первый пример выполнения показанного схематично устройства для изготовления металлического листа с металлооксидным слоем,
на фиг. 4 - второй пример выполнения показанного схематично устройства для изготовления металлического листа с металлооксидным слоем и
на фиг. 5 - третий пример выполнения показанного схематично устройства для изготовления металлического листа с металлооксидным слоем. На фиг.1 в качестве примера схематично показана структура 1. Эта структура 1 имеет в основном сотовое строение. Она образована слоями гофрированных 2 и гладких 3 металлических листов. Гофрированные 2 и гладкие 3 металлические листы набраны в пакет и S-образно свернуты в рулон. Гофрированные 2 и гладкие 3 металлические листы ограничивают проточные каналы 5 для прохождения потока ОГ двигателя внутреннего сгорания. Гофрированные 2 и гладкие 3 металлические листы расположены в трубчатом кожухе 4. Структура 1, показанная в качестве примера на фиг.1, обладает каталитическим действием. При прохождении потока ОГ двигателя внутреннего сгорания сквозь структуру 1 происходит восстановление и/или окисление компонентов ОГ. На фиг. 2 в увеличенном масштабе схематично показан металлический лист 2, представляющий собой лист металлической фольги. Этот металлический лист 2 имеет каталитически активную поверхность 6. Каталитически активная поверхность 6 металлического листа 2 образована металлооксидным слоем 7. Таким металлооксидным слоем 7 может быть покрыта вся поверхность металлического листа. Кроме того, металлооксидный слой 7 могут иметь и гофрированные 2 и гладкие 3 металлические листы. Металлооксидный слой 7 представляет собой слой оксида, образующийся в результате окисления неблагородного металла. Для получения металлооксидного слоя 7 на металлическом листе 2 в соответствии с фиг.3 предлагается непрерывно пропускать металлический лист 2" с неокисленной поверхностью через устройство 8 оксидирования. Это устройство 8 оксидирования имеет камеру 12, в которой преобладает атмосфера, способствующая образованию на металле оксидной пленки. Кроме того, устройство 8 оксидирования имеет не показанные на чертеже нагреватели, с помощью которых в камере 12 устанавливается температура, необходимая для образования металлооксидного слоя 7. Металлический лист 2" предпочтительно нагревать в устройстве 8 оксидирования до температуры по меньшей мере в 350oС и выдерживать при этой температуре окисления в течение заданного промежутка времени. Температура и продолжительность окисления в основном зависят от материала металлического листа 2" и окислительной атмосферы в камере 12. При формировании на металле металлооксидного слоя 7 отдельные параметры процесса оксидирования можно отрегулировать таким образом, чтобы получить на металлическом листе 2 металлооксидный слой 7 с требуемыми свойствами. Металлооксидный слой 7 получен на металлическом листе 2 по фиг.3 окислением металла, являющегося компонентом материала металлического листа 2". При этом металл металлооксидного слоя предпочтительно обладает более высоким окислительным потенциалом в сравнении с остальными компонентами материала металлического листа 2. Оксидирование металлического листа 2" предпочтительно проводить таким образом, чтобы в этом металлическом листе 2" не истощался полностью металл, образующий металлооксидный слой в виде оксидной пленки. Сплав металла для изготовления металлического листа 2" следует также подбирать такого состава, чтобы металл металлооксидного слоя, соответственно оксид металла самое большее лишь незначительно диффундировал в металлический лист. Благодаря этому создаются предпосылки для фактического образования металлооксидного слоя 7. Для придания металлооксидному слою 7 максимальной активности предпочтительно также, чтобы другие компоненты материала металлического листа 2" обладали самое большее лишь низкой скоростью диффузии в этот металлооксидный слой. В результате процесс оксидирования будет протекать быстрее процесса диффузии компонента материала листа в металлооксидный слой, предотвращая тем самым образование смешанного оксида. Металлооксидный слой предпочтительно представляет собой оксидную пленку, образованную оксидами металлов, прежде всего TiO2, V2O5, ZnO, Fе2О3, Сr2О3, MnO2, NiO, CuO и/или Co3O4. Более предпочтительно, однако, выполнять металлооксидный слой из оксида титана. Оксидирование можно проводить не только в непрерывном, но и в периодическом режиме, подвергая в последнем случае оксидированию по меньшей мере один металлический лист 2". Однако с точки зрения экономической эффективности целесообразно использовать непрерывный процесс изготовления. На фиг.4 схематично показан второй вариант выполнения устройства для изготовления металлического листа 2 с металлооксидным слоем 7. Это устройство имеет агрегат 9 для нанесения покрытия. Агрегатом 9 на металлический лист 2, в качестве которого может быть использована металлическая фольга, наносится металл 10. Этот металл 10 образует на поверхности металлического листа 2" металлическое покрытие 11. Затем подготовленный таким образом металлический лист 2" подается в устройство 8 оксидирования. В камере 12 устройства 8 оксидирования происходит оксидирование металлического покрытия 11. Окисленное металлическое покрытие 11 образует металлооксидный слой 7 по изобретению. В камере 12 преобладает окислительная атмосфера. Устройство 8 оксидирования имеет далее не показанные на чертеже нагреватели, которые нагревают металлический лист с металлическим покрытием 11. Наряду с оксидированием металлического покрытия 11 происходит также соединение металла, соответственно оксидов металлов металлооксидного слоя 7, с металлическим листом 2. Наносить металл 10 на металлический лист 2" можно физическим или химическим путем. В зависимости от технологии нанесения покрытия на металлический лист 2" можно отказаться от дополнительного оксидирования в отдельном устройстве 8 оксидирования, если металл 10 наносят на металлический лист 2" в окислительной атмосфере. Наносить металл можно, например, распылением жидкого металла в окислительную атмосферу. Агрегат 9 для нанесения покрытия позволяет наносить металл на определенные участки металлического листа 2". Кроме того, металлический лист 2 можно также выполнить с металлооксидным слоем 7, который может содержать различные оксиды металлов или иметь участки, содержащие различные оксиды металлов. На фиг. 5 представлена схема еще одного возможного технологического процесса изготовления металлического листа 2 с металлооксидным слоем 7. Такой металлический лист 2 с металлооксидным покрытием 7 изготовлен путем осуществляемого прокаткой плакирования металлического листа 2" фольгой 13 из оксида металла. При необходимости изготовленный таким образом металлический лист 2 с металлооксидным слоем 7 можно подвергать последующим операциям обработки, в частности термообработке, в результате которой образуется долговечное соединение металлооксидного слоя 7 с металлическим листом 2. В качестве металлического листа 2, соответственно 2", предпочтительно использовать металлическую фольгу толщиной примерно 8 мкм. Такая металлическая фольга в свою очередь представляет собой, в частности, титановую фольгу со стабилизирующими добавками железа, хрома и ванадия. Подобная титановая фольга обладает очень высокой пластичностью, что позволяет использовать ее прежде всего для изготовления структурированных, т.е. профилированных, металлических листов. Существует также альтернативная возможность выполнять металлический лист с металлооксидным слоем путем цинкования и оксидирования в окислительной атмосфере коррозионностойкой, не содержащей алюминия металлической фольги.
Класс B01J35/04 пористые, ситовые, решетчатые или сотовые структуры
Класс B01J21/06 кремний, титан, цирконий или гафний; их оксиды или гидроксиды
Класс B01J21/16 глины или прочие минеральные силикаты
Класс B01J23/70 металлов группы железа или меди
Класс B01D53/94 каталитическими способами
Класс F01N3/28 конструкции каталитических реакторов