УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК F01N3/28 

Группа изобретений относится к устройствам для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности, в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания и к способам изготовления таких устройств.

Для достижения максимально полного превращения содержащихся в двигателе внутреннего сгорания углеводородов и окиси углерода нейтрализатор должен иметь некоторую минимальную температуру, при которой может происходить каталитическое превращение компонентов отработавшего газа. В целом речь идет о так называемой температуре пуска. Нейтрализатор в фазе холодного пуска нагревается горячим выхлопным газом. Известно также использование электрического подогрева корпуса-носителя катализатора, по меньшей мере частично. Поэтому для поддержания выхлопа вредных веществ во время фазы холодного пуска на возможно более низком уровне и по механическим соображениям предлагалось выполнять корпус-носитель катализатора с внутренней изоляцией с целью уменьшить потери тепла во внешний корпус и в окружающую среду.

Из заявки DE 3602134 А1 известно устройство для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое имеет помещенный во внешний корпус металлический корпус-носитель катализатора. Корпус- носитель имеет множество каналов, через которые протекают отработавшие газы. Внутреннюю изоляцию корпуса-носителя можно выполнять согласно указанной заявке DE 3602134 А1, расположив перед корпусом носителем обращенный радиально внутрь буртик, высота которого составляет от 3 до 15% диаметра катализатора, но не менее 1 мм. Благодаря этому буртику в потоке отработавшего газа создается вихревая зона, которая препятствует непосредственному подводу горячего газа во внешнюю кольцеобразную зону.

Из описания к полезной модели Германии DE G 8712267.7 U1 известно устройство для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, являющееся наиболее близким аналогом заявленного изобретения. Устройство включает корпус-носитель катализатора, который имеет множество каналов для протекания отработавших газов и который вставлен в гильзообразный внешний корпус. Этот внешний корпус термически изолирован относительно корпуса-носителя катализатора. Изоляция обеспечивается за счет того, что корпус-носитель катализатора расположен между торцевыми кольцами, перекрывающими по меньшей мере наружный слой металлического корпуса матрицы и тем самым наружные проточные каналы в этой матрице. Благодаря этому во внешней зоне корпуса носителя катализатора образуется замкнутый воздушный зазор, через который не протекают отработавшие газы и который служит теплоизоляцией.

Наиболее близким аналогом заявленных вариантов способа является способ изготовления устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности, в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, который раскрыт в описании к полезной модели DE G 8712267.7 U1. Такого рода устройство включает корпус-носитель катализатора со множеством каналов, через которые протекают отработавшие газы. Способ изготовления известного устройства включает размещение корпуса носителя катализатора между торцевыми кольцами, перекрывающими по меньшей мере наружный слой металлического корпуса матрицы и тем самым наружные проточные каналы в этой матрице.

В основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать известные устройства для каталитического превращения отработавших газов таким образом, чтобы упростить изготовление корпуса-носителя катализатора с внутренней изоляцией. Еще одной задачей изобретения является создание способа изготовления такого устройства для каталитического превращения отработавших газов.

Данная задача решается за счет того, что в устройстве для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности, в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, включающем корпус-носитель катализатора со множеством каналов, через которые протекают отработавшие газы, согласно настоящему изобретению, что во внешней кольцевой зоне корпуса-носителя катализатора живое поперечное сечение каналов по меньшей мере на одном участке перекрыто в направлении потока отработавших газов с помощью пластической деформации стенок каналов.

Каналы предпочтительно перекрывать в зоне входа отработавших газов.

Целесообразно также, чтобы каналы дополнительно были перекрыты в зоне выхода отработавших газов.

Каналы могут быть размещены слоями друг над другом, причем пластически деформировано в этом случае до пяти слоев, предпочтительно два слоя каналов.

Указанная техническая задача решается также при осуществлении способа изготовления устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности, в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое включает корпус-носитель катализатора со множеством каналов, через которые протекают отработавшие газы, тем, что согласно настоящему изобретению каналы во внешней кольцевой зоне корпуса-носителя катализатора пластически деформируют, перекрывая живое поперечное сечение каналов по меньшей мере на одном участке в направлении потока отработавших газов.

Предпочтительно помещать корпус-носитель катализатора для деформирования каналов в матрицу.

Корпус-носитель катализатора может помещаться в матрицу, имеющую коническую стенку.

Корпус-носитель катализатора может помещаться также в матрицу, имеющую кольцеобразную стенку.

Каналы могут деформироваться с помощью пуансона.

Предпочтительно каналы деформируются с помощью кольцеобразного пуансона.

В последнем случае целесообразно, чтобы кольцеобразный пуансон имел скошенную изнутри наружу стенку.

Во время пластической деформации корпус-носитель катализатора может поддерживаться контропорой.

Указанная техническая задача решается при осуществлении способа изготовления устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности, в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое включает заключенный в трубообразный кожух корпус-носитель катализатора со множеством каналов, через которые протекают отработавшие газы, тем, что, согласно настоящему изобретению, трубообразный кожух и каналы во внешней кольцеобразной зоне корпуса-носителя катализатора пластически деформируют, перекрывая живое поперечное сечение каналов по меньшей мере на одном участке в направлении потока отработавших газов.

В трубообразном кожухе предпочтительно выполняют по меньшей мере один круговой, вогнутый внутрь корпуса-носителя катализатора желобок.

Пластическую деформацию целесообразно осуществлять свободной ковкой. В этом случае пластическую деформацию ковкой можно производить на радиально-ковочной машине.

Пластическая деформация может осуществляться в другом варианте способа накатыванием.

В отличие от известных устройств для каталитического превращения отработавших газов воздушный зазор, замкнутый во внешней зоне корпуса-носителя катализатора, создается не посредством дополнительных колец или т.п., а за счет того, что живое поперечное сечение каналов частично, т.е. в по меньшей мере одной аксиальной зоне, перекрывают в направлении потока отработавших газов пластической деформацией стенок каналов. Благодаря этому упрощается изготовление устройства, так как более не требуется использование никакого буртика или торцевого кольца во внешнем корпусе. Если корпус-носитель катализатора состоит из нескольких свернутых в рулон слоев металлических листов, то пластическую деформацию можно осуществлять уже при рулонировании. Это упрощает способ изготовления свернутых в рулон нейтрализаторов, так как процесс рулонирования и пластическая деформация могут происходить одновременно.

Пластическую деформацию каналов производят предпочтительно перед нанесением каталитически активного слоя на корпус-носитель катализатора. Покрытие (повышающий адгезию слой) наносят в виде суспензии, пропускаемой через корпус-носитель катализатора. Корпус-носитель можно расположить таким образом, чтобы суспензия втекала в закрытые с одной стороны каналы. В этом случае указанный слой заполняет каналы, образуя термическую изоляцию. Если корпус- носитель расположить таким образом, что перекрытые каналы располагаются в зоне входа суспензии в корпус-носитель, то суспензия не может заполнить каналы. Это улучшает изоляцию, так как теплопроводность слоя-подложки катализатора, который бы заполнял канал полностью, выше по сравнению с теплопроводностью содержащейся в каналах атмосферы. Если в результате пластической деформации не удается полностью перекрыть отдельные каналы, то это можно компенсировать нанесением дополнительного покрытия, которое закрывает маленькие щели.

Благодаря послойному перекрытию каналов в корпусе-носителе катализатора достигается компромисс между необходимой каталитически активной поверхностью и теплоизоляцией без необходимости существенного увеличения наружных размеров корпуса-носителя катализатора, в котором каналы выполнены послойно друг над другом.

Пластическую деформацию можно осуществлять, запрессовывая корпус-носитель катализатора в матрицу. При запрессовывании корпуса-носителя катализатора внешняя часть корпуса-носителя деформируется, благодаря чему каналы перекрываются.

Вместо запрессовывания корпуса-носителя катализатора в матрицу пластическую деформацию стенок каналов можно осуществлять, прикладывая с помощью пуансона к внешней кольцевой зоне усилие, которое приводит к пластической деформации стенок каналов. Если пуансон снабжен скошенной изнутри наружу стенкой, то живые сечения каналов перекрываются за счет гибких стенок каналов. При применении кольцеобразного пуансона стенки каналов сминаются.

Во время пластической деформации корпус-носитель катализатора на его конце, противоположном концу приложения усилия, поддерживается контропорой. Преимущество этого состоит в том, что отдельные слои корпуса-носителя не смещаются один относительно другого.

Известны корпуса-носители катализатора, состоящие из множества чередующихся структурированных и предпочтительно гладких слоев металлических листов. Такие металлические корпуса-носителя катализатора окружены трубообразным кожухом. Поэтому пластическую деформацию трубообразного кожуха и каналов предлагается проводить во внешней кольцевой зоне корпуса-носителя таким образом, чтобы живое поперечное сечение каналов частично перекрывалось в направлении потока отработавших газов. Пластическую деформацию трубообразного кожуха и каналов можно осуществлять, выполняя в трубообразном кожухе по меньшей мере один выгнутый внутрь круговой желобок. Желобок может быть также использован для соединения корпуса-носителя катализатора с внешним корпусом.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах его выполнения, не ограничивающих его объем, со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах изображено:
на фиг. 1 - схематически корпус-носитель катализатора и матрица,
на фиг. 2 - вторая форма матрицы,
на фиг. 3 - схематически корпус-носитель катализатора после запрессовывания в матрицу по фиг. 2,
на фиг. 4 - корпус-носитель катализатора и пуансон в разрезе,
на фиг. 5 - второй пример выполнения пуансона,
на фиг. 6 - пластически деформированный корпус-носитель катализатора по фиг. 4,
на фиг. 7 - корпус-носитель катализатора, пластически деформированный с помощью пуансона по фиг. 5, и
на фиг. 8 - корпус-носитель катализатора в частичном разрезе.

Корпус-носитель 1 катализатора имеет множество каналов 2, через которые протекают отработавшие газы. Каналы 2 образованы за счет набора в пакет попеременно чередующихся слоев 12 структурированных металлических листов и слоев 13 гладких металлических листов. Каждый канал имеет живое поперечное сечение 4 потока, которое ограничено стенками 11 канала. Стенки каналов образованы слоями 12, 13 металлических листов. Для пластической деформации во внешней кольцеобразной зоне 3 корпуса-носителя 1 катализатора последний, как видно на фиг. 1, запрессовывают в матрицу 7. Для этого корпус-носитель 1 катализатора можно удерживать с помощью, например, не показанного зажимного кулачка и соответственно заталкивать в матрицу 7. Показанный на фиг. 1 элемент 1 с сотовой структурой запрессовывают в матрицу с помощью инструмента 14. В матрице 7 выполнена кольцеобразная стенка 8. Ширина кольца соответствует ширине перекрываемых каналов в элементе 1 с сотовой структурой. К стенке 8 примыкает кожух 15, внутренняя форма которого соответствует наружной форме корпуса-носителя 1 катализатора.

На фиг. 2 изображен второй вариант выполнения матрицы 7. Матрица 7 имеет стенку 8, которая выполнена конической.

На фиг. 3 изображен элемент 1 с сотовой структурой после запрессовывания в соответствующую матрицу 7 по фиг. 2. Каналы в кольцеобразной зоне 3 перекрыты. Краевая зона корпуса-носителя 1 катализатора выполнена соответственно скошенной.

Вместо запрессовывания корпуса-носителя 1 катализатора в матрицу 7 предлагается осуществлять пластическую деформацию каналов 2 с помощью пуансона 9 и соответственно 9'. Пуансон 9 и соответственно 9' может совершать возвратно-поступательное движение и имеет кольцевой выступ 16.

Пуансон 9' отличается от пуансона 9 тем, что он имеет скошенную изнутри наружу стенку 21.

На фиг. 6 и 7 изображен, причем на фиг. 6 в разрезе, корпус-носитель 1 катализатора, у которого во внешней кольцевой зоне каналы 2 были перекрыты с помощью пуансона 9. На фиг. 7 изображен корпус-носитель катализатора, у которого каналы были перекрыты с помощью пуансона 9' по фиг. 5.

Изготовление устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, с корпусом-носителем 1 катализатора, окруженным трубообразным кожухом 10 и имеющим множество каналов 2, может осуществляться посредством пластической деформации трубообразного кожуха 10 и каналов 2 во внешней кольцевой зоне таким образом, что живое поперечное сечение 4 каналов 2 частично перекрывается в направлении потока отработавших газов. Пластическую деформацию можно осуществлять с помощью инструмента 17. Инструмент 17 имеет шайбу 18, которая может вращаться вокруг оси 19 и которая имеет в ее наружной краевой зоне в основном треугольное сечение. Шайбу 18 с усилием прижимают к корпусу-носителю 1 катализатора и трубообразному кожуху 10, за счет чего происходит пластическая деформация этого кожуха 10 и стенок каналов. При этом по всему периметру образуется вогнутый внутрь корпуса-носителя 1 желобок 20.

Инструмент 17 может вращаться вокруг корпуса-носителя 1 катализатора. Инструмент 17 также можно закрепить неподвижно и вращать корпус-носитель 1 катализатора вокруг его оси.

Выполнение желобка 20 может происходить поэтапно, для чего инструмент 17 соответствующим образом подают на глубину.

Изобретение относится к устройству для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов и может быть использовано в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Устройство имеет корпус-носитель катализатора со множеством каналов, через которые протекают отработавшие газы. Живое поперечное сечение каналов частично перекрыто в направлении потока отработавших газов вследствие пластической деформации стенок каналов, а именно во внешней кольцевой зоне корпуса-носителя катализатора. Пластическую деформацию можно осуществлять, например, с помощью соответствующего инструмента. Этот инструмент имеет для этой цели шайбу, которая может вращаться вокруг оси. Шайбу с усилием прижимают к корпусу-носителю катализатора и трубообразному кожуху, за счет чего происходит пластическая деформация трубообразного кожуха и стенок каналов. При этом образуется круговой вогнутый внутрь корпуса-носителя желобок. Можно использовать также и другие способы пластической деформации. Перекрытые таким образом внешние каналы образуют теплоизоляцию относительно трубообразного кожуха, благодаря чему корпус-носитель катализатора более быстро нагревается в фазе холодного пуска. 3 c. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое включает корпус-носитель (1) катализатора со множеством каналов (2), через которые протекают отработавшие газы, отличающееся тем, что во внешней кольцевой зоне (3) корпуса-носителя (1) катализатора живое поперечное сечение (4) каналов (2) по меньшей мере на одном участке перекрыто в направлении потока отработавших газов с помощью пластической деформации стенок (11) каналов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каналы (2) перекрыты в зоне входа (5) отработавших газов. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каналы (2) дополнительно перекрыты в зоне выхода (6) отработавших газов. 4. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что каналы (2) размещены слоями друг над другом, причем пластически деформировано до пяти слоев, предпочтительно два слоя каналов (2). 5. Способ изготовления устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое включает корпус-носитель (1) катализатора со множеством каналов (2), через которые протекают отработавшие газы, отличающийся тем, что каналы (2) во внешней кольцевой зоне (3) корпуса-носителя (1) катализатора пластически деформируют, перекрывая живое поперечное сечение (4) каналов (2) по меньшей мере на одном участке в направлении потока отработавших газов. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что корпус-носитель (1) катализатора для деформирования каналов (2) заталкивают в матрицу (7). 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что корпус-носитель (1) катализатора заталкивают в матрицу (7), имеющую коническую стенку (8). 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что корпус-носитель (1) катализатора заталкивают в матрицу (7), имеющую кольцеобразную стенку (8). 9. Способ по п.5, отличающийся тем, что каналы (2) деформируют с помощью пуансона (9, 9'). 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что каналы (2) деформируют с помощью кольцеобразного пуансона (9). 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что кольцеобразный пуансон (9) имеет скошенную изнутри наружу стенку (21). 12. Способ по любому из пп.5 - 10 или 11, отличающийся тем, что во время пластической деформации корпус-носитель (1) катализатора поддерживают контропорой. 13. Способ изготовления устройства для каталитического превращения отработавших газов в системе выпуска отработавших газов, в частности в системе выпуска отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, которое включает заключенный в трубообразный кожух (10) корпус-носитель (1) катализатора со множеством каналов (2), через которые протекают отработавшие газы, отличающийся тем, что трубообразный кожух (10) и каналы (2) во внешней кольцеобразной зоне (3) корпуса-носителя (1) катализатора пластически деформируют, перекрывая живое поперечное сечение (4) каналов (2) по меньшей мере на одном участке в направлении потока отработавших газов. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что в трубообразном кожухе (10) выполняют по меньшей мере один круговой, вогнутый внутрь корпуса-носителя (1) катализатора желобок (20). 15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют свободной ковкой. 16. Способ по п.13, отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют накатыванием. 17. Способ по п.15, отличающийся тем, что пластическую деформацию осуществляют ковкой на радиально-ковочной машине.