УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F01N3/28 

Изобретение касается устройства для каталитического обезвреживания отработанных газов, в частности для автомобильных двигателей.

Известно из ДЕ-АI 27 20 322 фольга металлического катализатора сваривается при помощи электронных лучей. При этом отдельные слои фольги свариваются друг с другом таким образом, что металлический катализатор объединяется в единый, прочный сам по себе комплект. Этот комплект закрепляется в корпусе, например, также посредством сварки электронными лучами.

Из ДЕ-АI 27 27 967 (дополнение к ДЕ-А1 27 20 322) известно, что металлический катализатор изготавливают с помощью лазерной сварки.

ИЗ ДЕ-АI 0 245 737 известно об образовании сотового корпуса из волнистых и ровных листов, причем волнистые листы на концах имеют прямые участки, которые проходят примерно посредине между граничащими гладкими листами. При этом концы волнистых листов не должны касаться концов гладких листов, они соответственно прилегают по отдельности к охватывающей обечайке, с которой они связаны на стыках.

Недостатком указанных конструкций является то, что очень тонкая металлическая фольга (например, 0,05 мм) должна соединяться с намного более толстым корпусом, в частности, свариваться. Чтобы достигнуть стойкого соединения между металлическим катализатором и корпусом, глубина сварки электронным или соответственно лазерным лучом должна очень строго регулироваться, поскольку в противном случае сварочное соединение между корпусом и металлическим катализатором становится нестабильным и наружный слой фольги металлического катализатора разрезается.

Поэтому в основу изобретения положена задача образовывать металлонесущий корпус указанного вначале типа таким образом, чтобы возникал сотовый корпус, который бы просто и на длительное время фиксировался в обечайке аксиально и, в частности, мог ввариваться.

Для решения этой задачи предлагается металлонесущий корпус с отличительными признаками по п.1 формулы изобретения. Другие предпочтительные исполнения такого металлонесущего корпуса представлены в зависимых пунктах.

Предложенное исполнение обеспечивает надежное соединение металлонесущего корпуса с обечайкой. Наружный слой металлонесущего корпуса, образованный из перекрывающих друг друга гладких концевых участков волнистых или волнистых и гладких листов, способствует накоплению материала на периферии металлонесущего корпуса, которое обеспечивает простую сварку металлонесущего корпуса с обечайкой. Гладкие концевые участки листов по своей длине примерно равны. Благодаря их равномерному распределению по периферии они на равных расстояниях друг от друга входят в наружный слой металлонесущего корпуса, проходят там радиально наружу, заканчиваясь в итоге на охватывающей обечайке. Этим обеспечивается то, что каждый лист непосредственно соединен с обечайкой. Толщина наружного слоя выбирается так, чтобы она была больше толщины стенки окружающей обечайки. Глубина сварки для проваривания согласно п.4 через обечайку в наружный слой металлонесущего корпуса устанавливается такой, что сварка проникает радиально внутрь примерно на 2/3 толщины наружного слоя. При колеблющейся глубине сварки достигнутой таким образом диапазон допусков сохраняется, так что наружный слой металлонесущего корпуса при уменьшенной глубине сварки сваривается с обечайкой, но при большей глубине сварки не прорезается. При этом метод сварки не ограничивается лазерной или электроннолучевой сваркой, могут быть использованы и другие методы сварки, например, дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, однако посредством лазерной сварки согласно п.3 формулы изобретения достигается особенно предпочтительная, в частности обеспечивающая скорость изготовления возможность.

В варианте исполнения согласно п.5 представлена торцевая сварка металлонесущего корпуса с обечайкой. Даже и здесь особенно желательна большая толщина материала в наружном слое. Можно, например, сварить металлонесущий корпус с обечайкой по их торцевым контактным линиям при выступающей обечайке угловым швом, при заподлицо примыкающей обечайке U-образным швом. В качестве метода сварки можно при этом воспользоваться любым доступным способом.

Вариант согласно фиг.6 представляет еще одно предпочтительное исполнение. При этом наружный слой металлонесущего корпуса козырьком выступает наружу, причем образуется выступающая наружу кромка, которая охватывается торцевой стороной обечайки и соединяется с нею посредством сварки, например, точечной или дуговой сваркой, вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Одновременно с противоположной от обечайки стороны может быть сварена труба, конус и т.п. с выступающей кромкой и обечайкой.

Другое решение задачи представляет собой исполнение устройства для очистки отработанных газов согласно фиг.7. Металлонесущий корпус и в этом случае имеет наружный слой из наложенных друг на друга гладких концевых участков волнистых или волнистых и гладких листов. Он закрепляется на обечайке при помощи механических средств фиксации. Эти фиксирующие средства взаимодействуют с наружной стороной слоя, благодаря чему фиксирующие усилия, которые должны возникать для фиксации металлонесущего корпуса в обечайке передаются на все слои листов наружного слоя. Поскольку гладкие концевые участки на периферии металлонесущего корпуса, кроме особых случаев, являются согласно этому способу предпочтительными, изготовленный металлонесущий корпус не должен дополнительно покрываться, а собираться из покрытых листов. Этим достигается равномерное распределение покрытия на волнистых и гладких листах, в частности, исключается накопление материала, которые образуются при дополнительных покрытиях в углах между контактными линиями волн волнистых листов с гладкими листами. Отсюда вытекает, что в устройстве для очистки отработанных газов эффективная поверхность становится больше, а падение давления меньше.

Согласно фиг. 1-8, изобретение может с успехом использоваться для таких подложек, в которых несколько слоев идут изнутри наружу, то есть, например, в соответствии с ДЕ-СI 40 16 276 или ЕР-ВI 0 245 736.

На фиг. 1 показан вырез с гладкими концевыми участками у обечайки; на фиг. 2 металлонесущий корпус в обечайке, вид сверху; на фиг.3 то же, с зигзагообразным сварным швом; на фиг.4 то же, с двумя идущими прямо сварными швами; на фиг. 5 разрез металлонесущего корпуса и обечайки с провариванием обечайки и наружного слоя; на фиг.6 то же, с угловым швом стыка обечайки и наружного слоя; на фиг. 7 то же, с торцевым сварным швом стыка обечайки и наружного слоя; на фиг.8 то же, с отбортованной кромкой и огибающим сварным швом стыка обечайки и отбортованной кромки; на фиг.9 то же, с механической фиксацией; на фиг. 10 вырез из фиг.2 с покрытыми листами и непокрытыми гладкими концевыми участками у обечайки.

На фиг.1 показан вырез устройства. Здесь волнистые листы 4 имеют гладкие концевые участки 5. Эти концевые участки 5 гладкими окончаниями 5' чередуются с гладкими или даже с волнами, например микроволнами, листов 3 в шихте наружного слоя 8 металлонесущего корпуса 1. Концевые участки 5,5' имеют примерно одну длину, благодаря чему за счет равномерно по периметру металлонесущего корпуса 1 распределенного ввода гладких концевых участков 5,5' в наружный слой 8 каждый концевой участок 5,5' входит в контакт с окружающей обечайкой 2 и может соединяться с ней сваркой. Удлинение гладких концевых участков 5,5' способствует приросту толщины наружного слоя 8, так как за счет этого возрастает число гладких концевых участков 5,5', которые одновременно шихтуются в точке периметра металлонесущего корпуса 1 в наружный слой 8.

Гладкие концевые участки 5,5' хорошо прилегают к окружающей обечайке 2 так, что в местах, в которых заканчивается один концевой участок 5,5', а расположенных под ним концевой участок 5,5', соприкасается обечайкой 2, не остается больших полостей. За счет внутренних напряжений листов 3 наружный слой 8 прижимается к охватывающей обечайке 2, поэтому перед свариванием не нужны дополнительные предохранительные мероприятия для фиксации металлонесущего корпуса 1 в обечайке 2.

На фиг.2 представлен предпочтительный вариант исполнения устройства для очистки отработанных газов, который описан в отличительной части п.1 формулы изобретения и содержит металлонесущий корпус 1, показанный на фиг.1 в увеличенном масштабе. Здесь крестообразно вставлены друг в друга четыре штабеля наложенных друг на друга листов 3, 4 с гладкими концевыми участками 5 и вместе в одном направлении переплетены в круглый металлонесущий корпус 1. При этом за счет наслаивания гладких концевых участков 5,5' образуется наружный слой 8. Металлонесущий корпус 1 вводится в обечайку 2 и сваривается с ней. Упругие силы листов 3, 4 способствуют тому, что последние могут соединяться друг с другом без технической стыковки. На фиг. представлен вариант исполнения устройства согласно п.4 формулы изобретения. Здесь металлонесущий корпус 1 вставлен в трубчатую обечайку 2. Наружный слой 8 металлонесущего корпуса 1 сваривается с обечайкой 2 посредством проваривания обечайки 2. Сварной шов 6 проходит зигзагообразно по периметру обечайки 2. Он может создаваться, например, посредством лазерной сварки. Например, с этой целью трубообразная обечайка 2, в которую вставлен металлонесущий корпус 1, прокручивается вокруг своей продольной оси и подвергается действию лазерного луча, который совершает колебательные движения вдоль осевого направления обечайки 2. За счет энергии лазерного луча осуществляется проваривание обечайки 2 в наружный слой 8.

На фиг. 4 представлен еще один вариант устройства согласно п.4 формулы изобретения. Здесь металлонесущий корпус 1 соединяется с обечайкой 2 двумя сварными швами 6, проходящими прямолинейно по периметру. Сварные швы изготавливаются посредством дуговой сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, причем устройство приводится, например, во вращение вокруг ее продольной оси и подвергается действию двух сварочных электродов.

На фиг.5 представлен разрез обечайки 2, металлонесущего корпуса 1 с его наружным слоем 8 и сварной шов 6. Сварной шов 6 получается провариванием. Он проходит через обечайку 2 до наружного слоя 8 и фиксирует гладкие окончания 5,5' листов 3, 4 на обечайке 2, при этом всегда хотя бы два гладких концевых участка 5,5' сваривается с обечайкой 2.

На фиг.6 представлен разрез устройства согласно пункту 5. Обечайка 2 нависает над металлонесущим корпусом 1, вследствие чего угловой шов 6 может в качестве углового шва проходить по угловому стыку, который образуется на торцевом конце металлонесущего корпуса 1 и внутренней стенки обечайки 2. Сварочный шов 6 исполняется таким образом, что наружный слой 8 металлонесущего корпуса 1 сваривается с обечайкой 2. Сварной шов 6 может выполняться любым способом, сварки, например, электро- или лазерной сваркой.

На фиг.5 также представлен разрез устройства по пункту 5. Здесь, однако, металлонесущий корпус 1 и обечайка 2 соединяются своими торцевыми концами заподлицо. Благодаря этому сварным швом 6 в виде U-образного или V-образного шва перпендикулярно торцу можно одновременно сваривать обечайку 2 и наружный слой 8 металлорежущего корпуса 1. Здесь также применим любой способ сварки.

Ширина сварного шва 6, посредством которого сваривается устройство по пункту 5, выбирается так, чтобы она была уже суммарной толщиной слоя 8 и обечайки 2, как это показано на фиг.6 и на фиг.7.

На фиг.8 представлен разрез устройства согласно пункту 6. От металлонесущего корпуса 1 наружный слой 8 в торцевой части фланцеобразно отбортован наружу и поэтому прижимается к торцевой части обечайки 2. Наружный слой 8 сваривается с обечайкой 2, при этом наружный слой 8 проваривается в области фланцеобразной кромки 7 по торцу, а обечайка 2 сбоку по окружности. Фланцеобразная кромка 7 соответствующим инструментом надрезается на металлонесущем корпусе и одновременно отгибается наружу или только за счет деформирования загибается наружу, в частности, таким инструментом может быть электрод аппарата точечной сварки, и сварной шов 6 может создаваться во время процесса фланцевания или деформирования посредством точечной сварки. Соединение между металлонесущим корпусом 1 и обечайкой 2 согласно пункту 6 осуществляется с замыканием по материалу и по форме.

На фиг. 9 представлен разрез устройства для очистки отработанных газов согласно пункту 7 формулы изобретения. Здесь металлонесущий корпус 1 вставлен в обечайку 2. Гладкие концевые участки 5 гладких и волнистых листов 3, 4 образуют наружный слой 8. В обечайку 2 вводится средство механической фиксации 9 в виде отрезка трубы. Он прилегает к торцу металлонесущего корпуса 1 в области наружного слоя 8 и соединяется с обечайкой 2 посредством торцевого сварного шва 6. Металлонесущий корпус 1 фиксируется в обечайке 2 в осевом направлении с геометрическим замыканием.

На фиг. 10 представлен вырез из металлонесущего корпуса, изготовленного способом, изложенным в пункте 8. При этом волнистые листы (14) и гладкие листы (13) имеют покрытие, например, Wash-Codt (10, 10'), которое предварительно было нанесено на отдельные листы. Гладкие концевые участки (15, 15') листов (13, 14) в области А, которая здесь по длине соответствует гладкому концевому участку (15, 15'), не имеют покрытий, они образуют шихту наружного слоя (18), прилегающего к обечайке (12). Обечайка (12) и наружный слой (18) стыкуются провариванием (16), которое возможно лишь при чистых и непокрытых концевых участках.

Использование: устройство для каталитической нейтрализации отработавших газов, в частности автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Сущность изобретения: гладкие и волнистые места, корпус выполнен с гладкими концевыми участками, последовательно наложенными один на другой и образующими наружный слой, расположенный по периферии корпуса и соединенный с обечайкой посредством по меньшей мере одного сварного шва. Возможен вариант соединения наружного слоя с обечайкой посредством механических средств фиксации. Способ изготовления устройства заключается в том, что на поверхности листов, за исключением концевых участков, наносят слой моющегося покрытия, уложенные в рулон листы вводят внутрь обечайки, а гладкие концевые участки соединяют с обечайкой. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 10 ил.

1. Устройство для каталитической нейтрализации отработавших газов, преимущественно для автомобильных двигателей, содержащее корпус, образованный слоями волнистых или чередующихся между собой волнистых и гладких листов, обечайку, охватывающую корпус и жестко связанную с последним посредством сварки, отличающееся тем, что листы выполнены с гладкими концевыми участками, последовательно наложенными один на другой, образующими наружный слой, расположенный по периферии корпуса и соединенный с обечайкой посредством по меньшей мере одного сварного шва. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что образованный гладкими концевыми участками наружный слой выполнен толщиной 0,5 - 2,0 мм. 3. Устройство по пп 1 и 2, отличающееся тем, что сварной шов, соединяющий наружный слой листов с обечайкой, выполнен посредством лазерной сварки. 4. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что соединение наружного слоя листов с обечайкой выполнено путем проваривания последней. 5. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что сварной шов, соединяющий наружный слой листов с обечайкой, выполнен по торцам наружного слоя. 6. Устройство по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что торцевая часть наружного слоя листов выполнена с фланцеобразной отбортовкой, направленной в сторону от корпуса. 7. Устройство для каталитической нейтрализации отработавших газов, преимущественно для автомобильных двигателей, содержащее корпус, образованный слоями волнистых и чередующихся между собой волнистых и гладких листов, и обечайку, охватывающую корпус, отличающееся тем, что листы выполнены с гладкими концевыми участками, последовательно наложенными один на другой, образующими наружный слой, расположенный по периферии корпуса, корпус выполнен геометрически замкнутым и связан с обечайкой посредством механических средств фиксации, расположенных с возможностью взаимодействия с торцевой частью корпуса по его периферии. 8. Способ изготовления устройства для каталитической нейтрализации отработавших газов путем укладки в рулон сложенных волнистых или чередующихся между собой гладкого и волнистого листов с образованием сквозных каналов, отличающийся тем, что на поверхность листов, за исключением концевых участков, наносят слой моющегося покрытия, уложенные в рулон листы вводят внутрь обечайки, а гладкие концевые участки листов соединяют с обечайкой.