專利名稱：帶雙套裝置的催化轉(zhuǎn)化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，具體涉及汽車用的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，這種催化轉(zhuǎn)化器包括至少一個(gè)金屬制的、廢氣可通過(guò)的、蜂窩狀催化劑載體及一個(gè)支撐該載體的套管。
已知有很多種形式的金屬催化劑載體，例如歐洲專利A-0 245 737描述的那種。這些催化劑載體可用薄鋼板制成或用粉末冶金方法制造?？刂朴山蛔儫嶝?fù)荷在這種裝置中造成的機(jī)械應(yīng)力對(duì)這種載體的耐用度具有特別重要的意義。這可以通過(guò)構(gòu)形或通過(guò)一種特別形式的外套來(lái)實(shí)現(xiàn)。歐洲專利A-0 212 243描述了一種催化劑載體用的支撐裝置，通過(guò)該支撐裝置使催化劑載體能夠不受應(yīng)力地縱向伸展。這種裝置只有一個(gè)套管，該套管帶間距地同心地圍繞住催化劑載體。
在許多結(jié)構(gòu)形式的催化劑載體中，例如也在歐洲專利A-0 245 737描述的催化劑載體中，仍然不能摒棄用一個(gè)套管直接套住蜂窩體本體并支撐著蜂窩體的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于為催化轉(zhuǎn)化器提供一種外套，這種外套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)也較低廉，并且在用于容積大于1立升的大型催化劑載體時(shí)仍能經(jīng)得住交變熱負(fù)荷。
達(dá)到上述目的的解決方案在于，一個(gè)基于穩(wěn)定性的考慮而設(shè)置的內(nèi)套管被一個(gè)外套管大致同心地圍繞住。兩個(gè)套管之間的距離最好約為1至5毫米。內(nèi)套管在一端上與外套管的端部固定連接，最好是以環(huán)形焊道焊接在一起。內(nèi)套管的另一端可自由伸入外套管內(nèi)并可在溫度升高時(shí)不受阻擋地伸展。這種外套結(jié)構(gòu)有如下的重要優(yōu)點(diǎn)首先，由于內(nèi)套管毋須承受內(nèi)部壓力，因此內(nèi)套管可以做得比一般的套管薄得多，例如只有0.1-1毫米厚。由此，并由于外加的外套管起隔熱的作用，內(nèi)套管跟催化劑載體在一起熱起來(lái)比較快，所達(dá)到的總體溫度比不帶外套的情況為高。這就降低了催化劑載體內(nèi)部的熱應(yīng)力。此外，內(nèi)套管沒(méi)有暴露在外界影響之下，如濺水的影響，因此在材料選用時(shí)毋須考慮這些因素，例如可以選用最適合做這種內(nèi)套管的鐵素體材料。再者，由于內(nèi)套管不再執(zhí)行任何密封功能，因此也不需要由密蔽的金屬薄板構(gòu)成?？刹捎枚嗫捉饘俦“?，既能大大地減輕重量，又可節(jié)約大量材料。開(kāi)孔的型式、形狀及大小可在很寬的范圍內(nèi)變化，但最好能采用開(kāi)孔大小約為1厘米、開(kāi)孔面積約為50％的金屬薄板。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，在內(nèi)套管超出一定的軸向長(zhǎng)度的情況下，將內(nèi)套管附加支承在一個(gè)滑配接合座內(nèi)是很有效的。由此就抑制了振動(dòng)并避免了振動(dòng)性斷裂。
這樣的一種滑配接合座可以例如通過(guò)在外套上的環(huán)形的或間斷的內(nèi)凹槽來(lái)形成。環(huán)形內(nèi)凹槽同時(shí)提高外套的穩(wěn)定性及抑制其發(fā)出的噪聲，這在各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合下將會(huì)是有優(yōu)點(diǎn)的。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，外套管承受了裝置的總體結(jié)構(gòu)的密封職能、固定到汽車的排氣裝置上的職能和保護(hù)整個(gè)裝置使其不受外部影響的職能，而內(nèi)套管只用于保持催化劑載體本體的形狀穩(wěn)定和支撐催化劑載體本體。外套管最好能夠用奧氏體材料制成。
如果在一個(gè)外套管內(nèi)容納兩個(gè)催化劑載體，則上述外套裝置特別有利。由于各種原因它是有意義的，例如高功率等級(jí)汽車用的主催化轉(zhuǎn)化器的情況，對(duì)例如一個(gè)外徑為10到15厘米的約3立升的給定容積，不裝設(shè)一個(gè)單體的催化劑載體而設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)沿軸向相繼設(shè)置的催化劑載體段是有利的。一方面，這樣的催化劑載體段易于制造，另一方面，在這樣的催化劑載體段之間的中間空間會(huì)形成廢氣旋流并從而提高了轉(zhuǎn)化率。采用具有不同軸向長(zhǎng)度的、配置有不同通道數(shù)量與/或不同的起催化作用的涂層的催化劑載體段也是很有效的。在本發(fā)明的實(shí)施例中還提供了一個(gè)好的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)外套管內(nèi)設(shè)置兩個(gè)催化劑載體段。兩個(gè)催化劑載體段的內(nèi)套管以其相應(yīng)的一端固定連接到外套管的相應(yīng)外端上，最好是焊接。兩個(gè)內(nèi)套管的可縱向自由伸展的內(nèi)端最好能相對(duì)互相插套，第一內(nèi)套管相應(yīng)縮小，或相應(yīng)擴(kuò)大第二個(gè)內(nèi)套管。這樣就形成了一個(gè)滑配接合座。隨著裝置升溫，相互插套愈來(lái)愈深，因此在任何工況下均能可靠地支撐著兩個(gè)催化劑載體。還可以通過(guò)例如內(nèi)凹槽作為在內(nèi)、外套管之間的另外方案的或輔助的滑配接合座。
用上述的雙套裝置還能夠簡(jiǎn)單地把整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器裝置裝到排氣裝置上，例如可把常規(guī)的連接件套到伸出的內(nèi)套筒的端頭上并與外套焊接起來(lái)。
附圖以部分地示意的形式示出了本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1是由兩個(gè)帶雙外套裝置的催化劑段構(gòu)成的催化轉(zhuǎn)化器裝置；圖2是圖1的催化轉(zhuǎn)化器裝置的一個(gè)派生型，帶有另一種端部結(jié)構(gòu)并在外套管上附加了一個(gè)用以支承內(nèi)部裝置的內(nèi)凹槽；圖3是圖1的催化轉(zhuǎn)化器裝置的另一個(gè)派生型，外套由兩部分構(gòu)成以適應(yīng)軸向長(zhǎng)度較大的催化轉(zhuǎn)化器裝置；圖4是本發(fā)明在單體式催化轉(zhuǎn)化器中的應(yīng)用。
圖1借助一個(gè)大容積催化轉(zhuǎn)化器來(lái)示范本發(fā)明的原理，催化轉(zhuǎn)化器由兩個(gè)催化劑載體1、2組成。去掉其中一個(gè)催化劑載體并相應(yīng)縮短外套管8的長(zhǎng)度就得出了本發(fā)明在單體式催化轉(zhuǎn)化器中應(yīng)用的基本結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖4)。這也相應(yīng)適用于圖2和圖3。
在圖1中，催化轉(zhuǎn)化器裝置具有第一金屬蜂窩體1和第二金屬蜂窩體2，這兩個(gè)蜂窩體分別被第一內(nèi)套管3和第二內(nèi)套管4包圍著。兩個(gè)內(nèi)套管3、4的兩端均突出金屬蜂窩體1、2本體之外。其中，第一內(nèi)套管3的內(nèi)端突出端有一個(gè)縮頸6，該縮頸插進(jìn)第二內(nèi)套管4的內(nèi)端項(xiàng)圈7的內(nèi)部并在該處與后者一起構(gòu)成一個(gè)滑配接合座5。在兩個(gè)蜂窩體1、2之間是一個(gè)中空的混合腔14，廢氣在通過(guò)第一個(gè)金屬蜂窩體1后可在這里再一次充分混合。第一內(nèi)套管3的外端部有一環(huán)形外凸緣13，第二內(nèi)套管4的外端部也有一環(huán)形外凸緣12。外套管8推過(guò)這兩個(gè)外凸緣12、13而套在催化劑載體組合上并以環(huán)形焊道10、11固定在外凸緣12、13上。兩個(gè)內(nèi)套管3、4的外端均突出外套管8一些，使圖中用虛線表示的連接件15可以容易地一直推入到外套管的止位上。因此，催化轉(zhuǎn)化器裝置可以毫無(wú)問(wèn)題地連接到汽車的排氣裝置上，在一些情況下，焊道10、11甚至可用來(lái)同時(shí)把連接件15、內(nèi)套管3、4和外套管8連接在一起。這里要補(bǔ)充說(shuō)明的是，圖1不是按比例的，而只是用來(lái)解說(shuō)本發(fā)明的裝置的原理性結(jié)構(gòu)。特別須指出的是，內(nèi)套管3、4可能比外套管8薄得多。此外，混合腔14的軸向長(zhǎng)度比圖中所示的要短得多。重要的是，縮頸6的長(zhǎng)度要讓套在其上的項(xiàng)圈7在兩個(gè)內(nèi)套管3、4受熱膨脹時(shí)有足夠的活動(dòng)余地。蜂窩體1、2可能有不同的軸向長(zhǎng)度和不同的每單位截面的通道數(shù)量。
如圖2和圖3所示，有不同的連接內(nèi)、外套的結(jié)構(gòu)和不同的裝置端部結(jié)構(gòu)。此外，可以一個(gè)蜂窩體或兩個(gè)蜂窩體都靠外套的內(nèi)凹槽支承住。圖2示出了兩個(gè)帶內(nèi)套管23、24的金屬蜂窩體21和22，這兩個(gè)內(nèi)套管跟圖1所示的一樣通過(guò)一個(gè)縮頸26和一個(gè)外伸的項(xiàng)圈27相對(duì)套插并形成一個(gè)滑配接合座25。在這個(gè)實(shí)施例中，外套28上有一個(gè)環(huán)形內(nèi)凹槽20，其槽深相當(dāng)于內(nèi)套裝置和外套裝置之間的距離29。在軸向長(zhǎng)度較大的催化轉(zhuǎn)化器裝置中，一個(gè)這樣的內(nèi)凹槽20能夠防止蜂窩體21、22出現(xiàn)振動(dòng)，同時(shí)又不限制蜂窩體的軸向運(yùn)動(dòng)自由度。降低了發(fā)出的噪聲是其附帶的優(yōu)點(diǎn)。
圖3示出了一種催化轉(zhuǎn)化器裝置，其外套管由兩部分38a、38b組成，這兩部份在38c處相互連接在一起。該連接部位38c可以是一個(gè)環(huán)形對(duì)接焊道，兩個(gè)部分38a和38b也可相對(duì)套插，然后連接在一起。帶有內(nèi)套管33、34的金屬蜂窩體裝置31、32的布置跟圖1和圖2中的相同。在這種結(jié)構(gòu)中，外套管有兩個(gè)環(huán)形內(nèi)凹槽30a、30b用于支承兩個(gè)內(nèi)套管33和34。兩個(gè)內(nèi)套管33和34的項(xiàng)圈36和37也是相對(duì)滑動(dòng)，形成滑配接合座35。此外，圖3還示出了雙套裝置端部區(qū)設(shè)計(jì)的兩種不同結(jié)構(gòu)。在左端，連接件43套到第一內(nèi)套管33的突出端42上，可一直套入至碰到外套管38a的縮頸端。在右端，第二內(nèi)套管34不突出外套管38b之外。連接件41可套到外套管38b的縮頸端40上并與其相連。有利的是，這樣就可以沒(méi)有焊道來(lái)?yè)p傷催化轉(zhuǎn)化器的外層。裝置端部的結(jié)構(gòu)還可能有其它的變型，但這個(gè)結(jié)構(gòu)總的來(lái)說(shuō)應(yīng)這樣選用，使外套管和連接件完全地并緊密地包圍住內(nèi)套管。
為完整起見(jiàn)，圖4示出了本發(fā)明的單體結(jié)構(gòu)催化轉(zhuǎn)化器的實(shí)施例。一個(gè)金屬蜂窩體51以其內(nèi)套管53的一端與一個(gè)外套管58固定連接，兩個(gè)套管之間存在一個(gè)間隔59。內(nèi)套管53的另一端由外套管58上的一個(gè)環(huán)形內(nèi)凹槽50支承著并形成一個(gè)滑配接合座55，使帶著內(nèi)套管53的催化劑載體51相對(duì)于外套管58可縱向自由伸展。
上述帶有雙套裝置的催化轉(zhuǎn)化器適用于轎車的主催化轉(zhuǎn)化器，特別適用于熱工作負(fù)荷高的、功率等級(jí)高的大容積轎車。
權(quán)利要求
1.一種帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，特別是汽車用的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器包括至少一個(gè)金屬制的、廢氣可通過(guò)的、蜂窩狀的第一催化劑載體(1，21，31)及一個(gè)支承著該載體的第一內(nèi)套管(3，23，33)，其特征在于，a)有一個(gè)帶間距地、大致同心地圍繞住第一內(nèi)套管(3，23，33)的外套管(8，28，38a、38b、38c)；b)第一內(nèi)套管(3，23，33)和外套管(8，28，38)在一端(11、13)上相互固定連接；c)第一內(nèi)套管(3，23，33)可縱向自由伸展地設(shè)置在外套管(8，28，38a、38b、38c)內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，可縱向自由伸展的內(nèi)套管(3，23，33)受到滑配接合座(5，30a)的附加支承。
3.按權(quán)利要求1或2的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，滑配接合座通過(guò)外套管(38a)上的環(huán)形的或間斷的內(nèi)凹槽(30a)形成。
4.按權(quán)利要求1、2或3的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，外套管(8，28，38a、38b、38c)構(gòu)成整個(gè)裝置的支承和外保護(hù)裝置以及內(nèi)部壓力的受力體，而該至少有一個(gè)的內(nèi)套管(3，23，33)只構(gòu)成催化劑載體(1，21，31)的安全支承。
5.按以上權(quán)利要求中之一項(xiàng)的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，外套管(8，28，38a、38b、38c)用奧氏體材料制成。
6.按以上權(quán)利要求中之一項(xiàng)的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，至少有一個(gè)的內(nèi)套管(3，23，33)用鐵素體材料制成。
7.按以上權(quán)利要求中之一項(xiàng)的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，該至少一個(gè)的內(nèi)套管(3，23，33)至少在部分區(qū)域-最好端部區(qū)域(6、11，26，36、42)除外-是多孔的。
8.按以上權(quán)利要求中之一項(xiàng)的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，a)有一個(gè)第二催化劑載體(2，22，32)帶著支承著該載體的第二內(nèi)套管(4，24，34)大致同心地放置在外套管(8，28，38a、38b、38c)內(nèi)；b)第一內(nèi)套管(3，23，33)的一個(gè)端部和外套管(8，28，38)的一個(gè)端部固定連接，c)第二內(nèi)套管(4，24，34)的一個(gè)端部和外套管(8，28，38a、38b、38c)的另一個(gè)端部固定連接；d)第一內(nèi)套管(3，23，33)和第二內(nèi)套管(4，24，34)的另外一個(gè)端部(6、7，26、27，36、37)通過(guò)相互之間的滑配接合座(5，25，35)與/或外套管(28，38a、38b)內(nèi)面的滑配接合座(20，30a、30b)支承著。
9.按權(quán)利要求8的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，第二內(nèi)套管也由鐵素體的與/或多孔的金屬薄板制成。
10.按權(quán)利要求8或9的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，兩個(gè)催化劑載體(1、2，21、22，31、32)具有不同的軸向長(zhǎng)度與/或不同的單位截面的通道數(shù)量。
11.按權(quán)利要求8、9或10的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，在兩個(gè)催化劑載體(1、2，21、22，31、32)之間有一個(gè)讓廢氣旋流和補(bǔ)償縱向伸長(zhǎng)的中間空間(14)，其軸向長(zhǎng)度最好在約1至3厘米之間。
12.按權(quán)利要求8、9、10或11的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，兩個(gè)內(nèi)套管(3、4，23、24，33、34)的縱向可自由伸展的端部(6、7，26、27，36、37)通過(guò)滑配接合座(5，25，35)相互支承，最好是第一內(nèi)套管(3，23，33)的端部(6，26，36)具有一個(gè)縮頸(6)，在冷狀態(tài)下伸入第二內(nèi)套管(4、24、34)內(nèi)部幾個(gè)毫米。
13.按以上權(quán)利要求中之一項(xiàng)的帶外套的催化轉(zhuǎn)化器，其特征在于，連接件(15，41，43)可套裝在裝置總體的端部上并與外套管(8，28，38)連接，最好用對(duì)焊的方法，相應(yīng)用一道環(huán)形焊道就足以把連接件(15)、外套管(8)和內(nèi)套管(3)連接在一起。
全文摘要
一種催化轉(zhuǎn)化器的雙套裝置，特別是用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的并且是高工作負(fù)荷的轎車的主催化轉(zhuǎn)化器的雙套裝置。最好是將兩個(gè)帶內(nèi)套管的金屬蜂窩體放置在一個(gè)外套管內(nèi)，內(nèi)套管只在一端上固定連接到外套上，而其在內(nèi)面的一端縱向可動(dòng)并在滑配接合座上相向相對(duì)滑動(dòng)。雙套裝置通過(guò)其間的空間起隔熱作用。在蜂窩體與內(nèi)套管之間的徑向熱應(yīng)力因而降低了，同時(shí)軸向熱膨脹由于存在滑配接合座而不會(huì)引起應(yīng)力。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1041705SQ89107900
公開(kāi)日1990年5月2日 申請(qǐng)日期1989年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月11日
發(fā)明者沃爾夫?qū)っ? 賴納·沙勒, 路德維?！ろf里斯 申請(qǐng)人:埃米特放射技術(shù)股份有限公司