專利名稱：消音器外殼和配屬的帶支架的催化劑載體以及制造催化劑載體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其小型發(fā)動機消音器外殼和配屬的用于凈化排氣的金屬催化劑載體。此外本發(fā)明還涉及一種制造此催化劑載體的方法。
已知用于凈化排氣的催化劑載體，它們有支架。在FR 2444793中介紹了一種載體，其中金屬夾緊帶用于固定催化劑載體板疊的位置。但此夾緊帶沒有規(guī)定與排氣管外殼固定在一起，確切地說，就排氣管外殼而言，必須在一個附加的為此需要另外的專用加工設(shè)備的工序中，在催化劑載體的外周邊上沿周邊一些區(qū)段成形，以保證載體密封地固定在排氣管外殼中。
在DE 3829668中介紹了一種用于二沖程發(fā)動機帶有催化劑載體安裝座的排氣消音器，其中，安裝座借助于兩塊成型板構(gòu)成一個排氣腔。一方面此催化劑載體按已知的方式有一套管，這些板相應(yīng)地支承和固定在套管上，與此同時板按這樣的方式固定在設(shè)有套管的催化劑載體上，即催化劑載體作為一個整體背對著支承區(qū)但沒有貫穿支承區(qū)。另一方面成型板還包括部分排氣端管，所以加工這種復(fù)雜的成型板成本很高，看來尤其不特別適用于小型發(fā)動機的催化轉(zhuǎn)換器。
在US 4795615中介紹了一種催化劑載體，其中設(shè)有在排氣管系統(tǒng)內(nèi)固定位置用的外套夾緊帶。雖然外套夾緊帶保證在排氣管外殼內(nèi)的位置固定，然而此催化劑載體必須有其他的裝置，以便能在直到安裝在排氣管外殼內(nèi)的運輸過程中保持其形狀穩(wěn)定。
在EP 0470113中介紹了一種催化劑載體，它有一套管，因此它能形狀穩(wěn)定地運輸至在排氣管系統(tǒng)中的安裝地點，其中，套管有一環(huán)形凸起，其上可固定一支板。此支板用來將由支板、套管和催化劑載體組成的組件進一步固定在排氣管外殼內(nèi)。
除此之外，在DE 2746475中還介紹了一種催化劑載體，其中一條夾緊帶圍繞著載體布設(shè)，它的互相搭接端固定在排氣管外殼的內(nèi)周邊上。盡管這種夾緊帶使得載體有可能單獨運輸?shù)桨惭b地點，但是這種方式難以保證在機械上穩(wěn)定地包括防止振動地固定在排氣管外殼內(nèi)，因為夾緊帶會產(chǎn)生熱膨脹，因此不可能在其全部周邊與排氣管外殼連接。
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種催化劑載體和它的制造方法，這種催化劑載體可以形狀穩(wěn)定地運輸，不需要套管，能經(jīng)濟地生產(chǎn)以及能方便地適配和安裝在排氣管外殼內(nèi)。還應(yīng)創(chuàng)造一種用于安裝這種催化劑載體的相應(yīng)的消音器外殼。
此目的借助于按權(quán)利要求1的金屬催化劑載體和借助于按權(quán)利要求10的方法以及借助于按權(quán)利要求12的消音器外殼達到。
在各從屬權(quán)利要求中提供了按本發(fā)明的合乎目的的進一步發(fā)展和設(shè)計。
按本發(fā)明的金屬催化劑載體用于凈化尤其小型發(fā)動機的排氣，它有一縱向軸線以及在其內(nèi)部有許多流動途徑，此催化劑載體規(guī)定安裝在一排氣管外殼內(nèi)。載體有一個其中帶孔的支架，支架在孔的區(qū)域內(nèi)圍繞著載體的部分外表面，尤其是基本上包圍了整個周邊，并直接固定在催化劑載體上，支架可固定在排氣管外殼內(nèi)并與催化劑載體接合在一起保持形狀穩(wěn)定和/或基本上獨立支承。
按本發(fā)明的一種最佳設(shè)計，排氣管外殼有一個用于要凈化的排氣流的流入腔和一個用于已凈化排氣流的流出腔，這兩個腔通過催化劑載體彼此連通，支架與此排氣管外殼可按這種方式連接，即，使載體的第一部分面朝著流入腔，而載體的第二部分則面朝著與流入腔密封地隔開的流出腔。載體的第一和第二部分最好設(shè)計成長度大體相等。不過，根據(jù)催化劑載體在排氣管外殼內(nèi)的安裝條件，尤其在排氣管外殼是一個消音器外殼時，可能需要作與此不同的長度分配。通過將支架直接固定在載體上，支架便直接保證了一旦制成的催化劑載體的形狀穩(wěn)定性。對于由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層通過層疊、卷繞或纏結(jié)成蜂窩板疊的金屬蜂窩體通常的形狀而言，若不采取預(yù)防措施防止此組件重新松開，那么這種形狀沒有足夠的穩(wěn)定性。若支架套在一旦已完成的組件上，便由此保證了它的形狀穩(wěn)定性，所以催化劑載體可以與直接裝在它上面的支架一起運輸，無需借助于套管或輔助設(shè)施來達到這種形狀穩(wěn)定性。
此外支架設(shè)計為與排氣管外殼的內(nèi)部形狀相對應(yīng)，因而它可以直接固定在排氣管外殼里面。這種固定設(shè)計為，將排氣管外殼工作可靠地基本上密封地再分割為一個要凈化的排氣流進入的流入腔和一個已凈化的排氣流從催化劑載體流出的流出腔。由此成功創(chuàng)造了一種非常經(jīng)濟的構(gòu)件，它除了對于排氣管外殼的各種幾何形狀有高度靈活和適應(yīng)的能力外，還有一個決定性的優(yōu)點，亦即可以裝入各種結(jié)構(gòu)類型的催化劑載體。例如可以沒有任何問題地采用徑向式催化轉(zhuǎn)換器、軸向式催化轉(zhuǎn)換器，亦即基本上可沿徑向或沿軸向貫流的蜂窩體，以及也可以采用所謂對角式催化轉(zhuǎn)換器。對角式催化轉(zhuǎn)換器應(yīng)理解為，這種催化器在催化劑載體內(nèi)有一些流動途徑，它們既有沿徑向的也有沿軸向的分量。
按本發(fā)明的一種最佳實施例，支架設(shè)計為板狀。在最佳實施形式中支架設(shè)計為一塊基本上平的板。采用平板是特別有利的，因為在平板上能容易地制造一個與催化劑載體形狀相配的孔，并還能方便地與排氣管外殼的內(nèi)部形狀相配。
按另一種最佳實施例，支架有一個大體橢圓形的用于在其中傾斜地安裝橫截面圓形的催化劑載體的孔。通過將載體傾斜地布置在支架內(nèi)，形狀穩(wěn)定地固定了真正的催化劑載體圓周的一個更大的范圍。此外還有可能方便地適應(yīng)給定的空間條件。
按另一種最佳實施例，支架的孔在其邊緣處有凸緣。此凸緣可借助于已知的制造方法，例如型模拉伸法，在加工孔的同時制成。凸緣主要用于改善固定和保證真正的催化劑載體有更好的形狀穩(wěn)定性。將凸緣焊接在催化劑載體上比焊在無凸緣的孔中更方便。
在橢圓形孔的情況下若此邊緣在窄側(cè)折邊是特別有利的，所以傾斜地裝入的催化劑載體兩側(cè)貼靠在折邊上。
通過設(shè)一支架，作為催化劑載體允許優(yōu)先采用軸向結(jié)構(gòu)方式的蜂窩體結(jié)構(gòu)，或以同樣優(yōu)先的方式采用徑向結(jié)構(gòu)方式的蜂窩體結(jié)構(gòu)。
按本發(fā)明的另一方面成功創(chuàng)造了一種制造準(zhǔn)備好安裝在排氣管外殼內(nèi)的催化劑載體的方法，按此方法，將此由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層卷繞或疊置或纏結(jié)后的催化劑載體從用于制造真正的催化劑載體的工藝裝備直接插入制在支架中的孔內(nèi)并在那里固定，尤其是焊接或剛性連接。
孔最好設(shè)計為使催化劑載體的縱軸線相對于一個標(biāo)志支架延伸面的基本上垂直的方向傾斜，在這種情況下支架在孔區(qū)密封地和繞全部周邊直接固定在催化劑載體的外表面上。這意味著真正的催化劑載體沒有任何套管。因此，按此方法制造的設(shè)有支架的催化劑載體可以單獨運輸，以及支架相應(yīng)的外部造型可以裝入任何形狀的排氣管外殼內(nèi)并按這樣的方式固定在此排氣管外殼上或內(nèi)，即使此支架成為一塊擋板，它將排氣管外殼分為一個用于要凈化的排氣的流入腔和一個用于已凈化排氣的流出腔。
按本發(fā)明的一個方面，真正的催化劑載體僅僅尤其由至少在部分區(qū)已有陶瓷和/或催化活性物質(zhì)涂層的薄板層卷繞、層疊或纏結(jié)而成，許多互相重疊的層它們的接觸部位沒有釬焊。取決于支架在薄板層上的固定方式，可能要求在連接部位不加涂層或?qū)⒃谀抢锏耐繉又匦鲁?。可取的是也可以只在部分薄板層上涂催化活性物質(zhì)，以便將排氣成分放熱反應(yīng)引起的熱負荷限制在有限范圍內(nèi)。
按另一種實施例，催化劑載體用網(wǎng)形鋼的薄板層制成。
此外，催化劑載體最好用薄片疊卷繞或堆疊而成，所以此薄片疊可被置于任意一種形狀，這種形狀允許根據(jù)既有的結(jié)構(gòu)條件將真正的催化劑載體裝入現(xiàn)有的排氣管外殼內(nèi)。催化劑載體最好由一個有波紋結(jié)構(gòu)的薄片通過隨意地置入一個具有與真正的催化劑載體的外形一致的內(nèi)部尺寸和內(nèi)部形狀的腔內(nèi)獲得。有這種波紋結(jié)構(gòu)的薄片是所謂通過相應(yīng)的進口被“射入”這種腔內(nèi)的，所以形成了一種無序地層疊的催化劑載體。支架最好作為隔板裝在排氣管外殼內(nèi)，并在那里與外殼壁密封地粘結(jié)、焊接、或借助其邊緣卷包在環(huán)形的外殼棱邊上，從而構(gòu)成兩個經(jīng)由催化劑載體互相連通的腔，按此方式尤其可以構(gòu)成一種按本發(fā)明的具有傾斜安裝的催化劑載體的消音器外殼。
下面借助附圖表示的實施例詳細說明本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和應(yīng)用的可能性。其中

圖1 無套管有支架的催化劑載體；圖2 有支架的催化劑載體在排氣管外殼內(nèi)的基本布局；以及圖3 有支架的催化劑載體裝入一個按本發(fā)明一種實施例的消音器外殼內(nèi)。
圖1表示了按本發(fā)明的催化劑載體1，它通過支架3固定在一個制在支架內(nèi)的有傾斜縱軸線2的孔4中。支架3設(shè)計為平的并有矩形的形狀，這種形狀規(guī)定用于安裝在一個基本上設(shè)計為矩形的排氣管外殼6內(nèi)。為了使橫截面圓形的催化劑載體1能傾斜地固定在支架3內(nèi)，支架3內(nèi)的孔4制成橢圓形。為了改善支架3孔4的內(nèi)圓周與催化劑載體1外圓周的固定，孔4的圓周可設(shè)有折邊5。因此，催化劑載體1與支架3構(gòu)成了一個組件，它可以運輸并保證在催化劑載體1完成卷繞、層疊和/或纏結(jié)后使催化劑載體保持其形狀，以及不會非故意地自動重新松開，或從緊湊的形狀回彈為一種不緊湊的松散的形狀。
催化劑載體在支架3內(nèi)這種傾斜布局的優(yōu)點為，可將排氣管外殼6的高度設(shè)計得比催化劑載體1垂直安裝時低。此外，催化劑載體1的棱邊可以支承在外殼上部7和/或外殼下部8上，從而可減小系統(tǒng)的振動趨勢和使組裝更容易進行。
圖2表示按本發(fā)明的催化劑載體1在排氣管外殼內(nèi)的基本布局。此排氣管外殼6包括一個包圍流入腔10和排氣進口9通入其中的外殼上部7，以及包括一個包圍流出腔11和已凈化的排氣從那里通過排氣出口流出的外殼下部8。催化劑載體1固定在形式上為一塊平板的支架3內(nèi)，支架的外尺寸與由外殼上部7與外殼下部8構(gòu)成的排氣管外殼6的內(nèi)部尺寸相配。在這里支架3既在孔4內(nèi)與催化劑載體1牢固地并基本上密封地連接，又牢固和基本上密封地連接在排氣管外殼6的內(nèi)側(cè)上，所以支架3起流入腔10與流出腔11之間隔板的作用。排氣流在排氣管外殼內(nèi)多次轉(zhuǎn)向，由此還可達到良好地消音。
由于催化劑載體1傾斜地布置在排氣管外殼6內(nèi)，所以保證對于流入催化劑載體1內(nèi)的排氣流有比較大的外部流入面積。
圖3表示沒有套管的催化劑載體1是如何按本發(fā)明設(shè)置一個矩形的和基本上設(shè)計為平的支架3的。在這里，支架3的外形設(shè)計為，使構(gòu)成排氣管外殼6并有環(huán)形折邊的外殼半部7、8能在它們的折邊之間將板沿周邊與外殼通過相應(yīng)的卷邊過程、焊接過程或類似的已知連接過程連接成一個統(tǒng)一的排氣管外殼6。這樣一來，如圖3所示，催化劑載體1以傾斜的縱軸線2牢固地裝在排氣管外殼6的內(nèi)部。在這種情況下排氣流經(jīng)排氣進口9進入流入腔10，流入腔由外殼上部7和支架3構(gòu)成。在流過并因而在催化劑載體1內(nèi)完成凈化后，已凈化的排氣流經(jīng)流出腔11從排氣管外殼6通過排氣出口12流出。
因此采用按本發(fā)明的有支架3的催化劑載體1，成功地創(chuàng)造了一種可與各種安裝條件匹配、可經(jīng)濟地生產(chǎn)的尤其用于小型發(fā)動機的催化轉(zhuǎn)換器。它尤其可由預(yù)先涂層的薄板層構(gòu)成和可以在沒有附加的構(gòu)件和沒有套管的情況下運輸，所以催化劑載體的生產(chǎn)及它在消音器內(nèi)的安裝可以在不同的地點進行，無需附加的工序或運輸保險裝置。
權(quán)利要求
1.用于凈化尤其小型發(fā)動機排氣的金屬催化劑載體(1)有一縱軸線(2)和在其內(nèi)部有許多流動途徑(14)，它適合于安裝在排氣管外殼(6)內(nèi)，其中，此催化劑載體(1)固持在至少一個有孔(4)的支架(3)內(nèi)，支架(3)只圍繞著催化劑載體(1)外表面的一部分并直接固定在催化劑載體(1)上，以及，支架(3)可固定在排氣管外殼(6)內(nèi)并與催化劑載體(1)接合在一起保持其形狀穩(wěn)定和/或基本上獨立支承。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬催化劑載體(1)，其中，排氣管外殼(6)尤其是消音器外殼有一個要凈化的排氣的流入腔(10)和一個已凈化的排氣的流出腔(11)，以及，支架(3)與排氣管外殼(6)可按這種方式連接，即，使催化劑載體(1)的第一部分面朝流入腔(10)，而催化劑載體(1)的第二部分面朝基本上與流入腔密封地隔開的流出腔(11)，所以排氣可通過催化劑載體(1)從流入腔(10)流入流出腔(11)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的金屬催化劑載體(1)，其中，支架(3)基本上設(shè)計為板狀。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的金屬催化劑載體(1)，其中，支架(3)是一塊基本上平的板，催化劑載體(1)從板的兩側(cè)伸出基本上相同的長度。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的金屬催化劑載體(1)，其中，支架(3)的孔(4)設(shè)計為橢圓形，以便在孔中傾斜地安裝橫截面圓形的催化劑載體(1)。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的金屬催化劑載體(1)，其中，支架(3)的孔(4)在其邊緣的至少局部區(qū)內(nèi)有凸緣(5)，用于固定催化劑載體(1)。
7.按照權(quán)利要求5所述的金屬催化劑載體(1)，其中，橢圓形孔(17)在其窄側(cè)各有一折邊的局部區(qū)(5)，這兩個局部區(qū)最好向支架(3)的不同側(cè)按鈍角折邊，并設(shè)計為使它們貼靠在傾斜地裝入的催化劑載體(1)上。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的金屬催化劑載體(1)，它設(shè)計為可沿軸向貫流的蜂窩體。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的金屬催化劑載體(1)，基本上由至少局部具有某種結(jié)構(gòu)的薄板層(15)構(gòu)成，薄板層卷繞、層疊和/或互相纏結(jié)，所以它們形成了可流過排氣的通道(14)，其中，薄板層(15)最好在卷繞、層疊或纏結(jié)前至少在局部區(qū)有催化活性物質(zhì)涂層。
10.制造一種具有按照權(quán)利要求1至9之一所述特征的準(zhǔn)備好安裝在排氣管外殼(6)中的催化劑載體(1)的方法，按此方法，在工藝裝備中真正的催化劑載體(1)最終制成后，將此催化劑載體從工藝裝備直接插入支架(3)的孔(4)中，以及此支架(3)直接在孔(4)的區(qū)域內(nèi)固定在沒有套管的催化劑載體(1)外表面上，最好焊接(13)或剛性連接。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，按此方法，催化劑載體(1)由用陶瓷材料和/或催化活性物質(zhì)涂層的至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層(15)層疊、卷繞和/或纏結(jié)在工藝裝備中。
12.小型發(fā)動機排氣系統(tǒng)的消音器外殼(6)有一個流入腔(10)和一個流出腔(11)，它們用隔板(3)互相分開，其中，隔板(3)設(shè)計作為金屬催化劑載體(1)的支架(3)，其特征在于，催化劑載體(1)傾斜地安裝在隔板(3)內(nèi)。
13.按照權(quán)利要求12所述的消音器外殼，其中，隔板(1)有一橢圓形孔(4)，它在其窄側(cè)區(qū)內(nèi)有彎折的邊緣(5)，邊緣(5)與催化劑載體(1)按接縫技術(shù)直接連接，尤其是焊接(13)。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的消音器外殼(6)，其中，催化劑載體(1)安裝成使排氣在消音器外殼(6)內(nèi)多次轉(zhuǎn)向。
15.按照權(quán)利要求12至14之一所述的消音器外殼(6)，其中，催化劑載體(1)一端或兩端支承在消音器外殼(6)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于凈化尤其小型發(fā)動機排氣的金屬催化劑載體(1),以及涉及一種制造這種最好裝在消音器外殼(6)內(nèi)的催化劑載體的方法。催化劑載體(1)有許多內(nèi)部流動途徑(14),以及它裝在排氣管(6)內(nèi)。催化劑載體(1)有一個帶孔(4)的支架(3)。支架(3)通過孔(4)至少圍繞著催化劑載體(1)外表面的一部分并直接固定在催化劑載體上,所以催化劑載體(1)保持形狀穩(wěn)定并可以被運輸。按照本發(fā)明,支架(3)可以連接在排氣管外殼(6)上,排氣管外殼構(gòu)成一個流入腔(10)和一個流出腔(11),支架(3)密封地將這兩個腔彼此隔開。采用這種支架(3),催化劑載體(1)可以不需要套管,以及該催化劑載體可直接和方便地裝入消音器外殼(6)內(nèi)。
文檔編號F01N1/00GK1261422SQ98805544
公開日2000年7月26日 申請日期1998年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月27日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克, 曼弗雷德·維爾克特, 約翰·澤赫特納 申請人:發(fā)射技術(shù)有限公司