СОТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ЗОНАМИ ГИБКОСТИ Российский патент 2013 года по МПК F01N3/28 

Настоящее изобретение относится к сотовому элементу, используемому, например, для снижения токсичности отработавших газов (ОГ) автомобилей. Такой сотовый элемент имеет по меньшей мере корпус и сотовую структуру. Сотовая структура в свою очередь имеет множество каналов, каждый из которых является проточным для ОГ. Сотовая структура образована по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным металлическим слоем, образующим фиксирующие сотовую структуру точки соединения. Подобные сотовые элементы, которые характеризуются высокой внутренней гибкостью, используются прежде всего в качестве носителей каталитических нейтрализаторов и/или улавливателей твердых частиц в системах выпуска ОГ, образующихся при работе дизельных двигателей и/или двигателей с принудительным воспламенением рабочей смеси.

Преимущество сотовых элементов, используемых для снижения токсичности ОГ, образующихся при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), состоит в том, что такие сотовые элементы имеют поверхность особо большой площади, благодаря чему обеспечивается очень тесный контакт проходящего через сотовый элемент потока ОГ со стенками каналов. На такую поверхность, образуемую в принципе стенками каналов, обычно наносят покрытия из приемлемых, в некоторых случаях разных катализаторов, которые обеспечивают возможность превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные. Подобные сотовые элементы применяются и в иных целях, в частности для (по меньшей мере периодического) накопления твердых веществ (сажи, твердых частиц и т.д.) и/или для воздействия на поток (перемешивания и т.д.).

Подобные сотовые элементы в принципе могут быть изготовлены из керамического или металлического материала. Однако в последнее время наиболее широкое распространение получили металлические носители каталитических нейтрализаторов благодаря возможности изготовления таких носителей из исключительно тонких материалов, например, фольги толщиной менее 80 мкм или даже менее 30 мкм. Использование такой фольги для изготовления носителей каталитических нейтрализаторов позволяет обеспечить наличие исключительно большой по своей площади геометрической поверхности, а также позволяет значительно уменьшить по сравнению с керамическими носителями потерю давления в системе выпуска ОГ при их прохождении через сотовый элемент. При малой толщине фольги существенно ускоряется также достижение каталитическим покрытием каталитического нейтрализатора своей начальной рабочей температуры (около 230°С), поскольку для ее достижения ОГ должны нагревать меньшее количество материала. В качестве еще одного преимущества металлических сотовых элементов можно назвать также возможность исключительно простого их соединения с остальными компонентами системы выпуска ОГ (например, с выпускным трубопроводом), поскольку в каждом случае между собой комбинируются металлические материалы.

Однако подобная сотовая структура на протяжении срока своей службы в автомобильной системе выпуска ОГ подвергается воздействию множества различных нагрузок. При этом необходимо также учитывать, что именно наложение таких отчасти экстремальных нагрузок друг на друга оказывает длительное отрицательное влияние на выносливость подобных сотовых элементов. Так, например, длительное отрицательное влияние на выносливость сотовых элементов может оказывать такая термическая нагрузка, как воздействие экстремально высоких температур (превышающих 1000°С), значительная скорость изменения температуры при нагреве и охлаждении и/или распределение температур во входящем в сотовый элемент потоке ОГ. То же самое равным образом относится и к механической нагрузке, а именно: например, к максимальной величине ускорения, к диапазону частот возбуждения собственных колебаний, а также к газодинамической нагрузке, обусловленной пульсацией потока газа. Из сказанного со всей очевидностью следует, что именно зоны или места соединения между собой отдельных компонентов (листов фольги, корпуса и т.д.) подобного сотового элемента подвержены воздействию особо высоких нагрузок и должны как можно дольше выдерживать воздействие постоянно изменяющихся термических и/или динамических нагрузок.

Из уровня техники известны способы соединения, предусматривающие помещение твердого припоя (в виде паяльной фольги, паяльного порошка и/или паяльной пасты) в определенные зоны подобного сотового элемента для соединения между собой его металлических компонентов. Между корпусом и листами фольги сотового элемента обычно образуют полосовидные круговые зоны, которые могут проходить на части или по всей осевой протяженности сотового элемента, соответственно корпуса. Для соединения листов фольги между собой в качестве известного равным образом можно рассматривать способ, предусматривающий их соединение между собой по всему поперечному сечению сотового элемента по длине некоторого его осевого участка. Дополнительно к этому и/или вместо этого возможно также образование зон (если смотреть со стороны торца), охватывающих множество каналов с выполненным в них соединением. Таким путем паяные соединения можно располагать, если смотреть со стороны торца, по различным схемам, например, по типу концентрических колец, полосок, треугольников и иных аналогичных фигур.

Несмотря на существование уже целого ряда предложений по расположению паяных соединений по определенным схемам они, однако, оказываются не способны удовлетворить всем требованиям касательно обеспечения достаточной выносливости сотового элемента в условиях, преобладающих на сегодня в автомобильной системе выпуска ОГ. При разработке схемы расположения паяных соединений в подобном сотовом элементе можно рассматривать множество различных критериев для обеспечения достаточной гибкости сотовой структуры, с одной стороны, и ее выносливости, с другой стороны. Помимо этого при разработке подобной схемы расположения паяных соединений должна также учитываться возможность их воспроизводимой реализации, точного позиционирования и технологически надежного выполнения.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере частично решить рассмотренные выше в описании уровня техники проблемы. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке сотового элемента, который в условиях воздействия экстремальных термических и динамических нагрузок в автомобильных системах выпуска ОГ обладал бы гораздо более длительным сроком службы. При этом главным образом расположение точек соединения друг относительно друга должно быть таким, чтобы схема расположения паяных соединений не зависела от конструкции сотовой структуры. Дополнительно к этому сотовый элемент должен обладать явно лучшей термоударной стойкостью и/или улучшенными вибрационными и виброакустическими характеристиками.

Указанные задачи решаются с помощью сотового элемента, заявленного в п.1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные в зависимых пунктах формулы изобретения отличительные особенности изобретения могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут образовывать тем самым другие варианты осуществления изобретения. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения более подробно рассмотрены также в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами.

Предлагаемый в изобретении сотовый элемент имеет по меньшей мере корпус и сотовую структуру со множеством каналов, образованную по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным металлическим слоем, который образует точки соединения, фиксирующие сотовую структуру, в поперечном сечении которой имеются радиальные зоны с разной плотностью расположения в них точек соединения, при этом в по меньшей мере одной зоне, кроме того, от по меньшей мере 1 до максимум 20% внутренних точек контакта в поперечном сечении сотовой структуры образуют одну точку соединения.

Касательно количества каналов следует отметить, что сотовый элемент предпочтительно выполнять с плотностью их расположения от 100 до 1000 каналов на кв.дюйм, прежде всего от 200 до 600 каналов на кв.дюйм. Предпочтительно далее использовать для изготовления сотового элемента несколько гладких и профилированных (например, гофрированных) листов фольги. В принципе такие листы фольги можно, например, свертывать в рулон со спиральной навивкой, однако более предпочтительно изгибать их с приданием им в поперечном сечении сотового элемента иной формы, например, S-образной, V-образной, W-образной, U-образной иди иной аналогичной формы. Толщина листов фольги составляет при этом предпочтительно от 30 до 110 мкм, прежде всего менее 80 мкм. В этом случае листы фольги располагают друг относительно друга таким образом, чтобы в конечном итоге они равномерно заполняли собой (круглое, овальное или иное аналогичное) поперечное сечение сотового элемента. Листы фольги соединены между собой (с силовым замыканием, соответственно неразъемно присадочным материалом) в разных местах, в так называемых точках соединения. В предпочтительном варианте речь при этом идет о паяном соединении, прежде всего о соединении, получаемом путем высокотемпературной пайки в вакууме. Из сказанного следует также, что направление изгиба металлического слоя, соответственно схема расположения паяных соединений обычно относится к готовому (свернутому в рулон, соответственно скрученному) сотовому элементу.

В отношении точек соединения следует отметить, что они служат для фиксации положения прилегающих друг к другу, соответственно расположенных рядом друг с другом участков по меньшей мере одного металлического слоя. Обычно слои образуют между собой множество точек контакта, т.е. мест, в которых участки одних и тех же или разных металлических слоев прилегают друг к другу. Именно с учетом количества каналов, как правило, образуется одна точка контакта, а обычно две точки контакта на один канал. Применительно к таким точкам контакта в изобретении предлагается использовать в по меньшей мере одной зоне (а при необходимости в большинстве зон или даже во всех зонах) максимум 20% их количества для образования одной точки соединения, а в особенно предпочтительном варианте максимум 10% или даже максимум 1% этих внутренних точек контакта образует одну точку соединения. В это количество не включены наружные точки контакта между сотовой структурой, соответственно металлическим слоем, с одной стороны, и корпусом, с другой стороны. Из сказанного со всей очевидностью следует, что в своем поперечном сечении сотовая структура выполнена в радиальном направлении и/или в окружном направлении не жесткой, а гибкой и тем самым способна длительно выдерживать изменяющиеся термические нагрузки в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС.

В изобретении предлагается далее предусматривать в поперечном сечении сотовой структуры радиальные зоны с разной плотностью расположения в них точек соединения. При этом следует прежде всего исходить из наличия точек соединения во всех таких зонах. Однако равным образом в этих зонах имеются и участки без соединений. Хотя границу одной подобной зоны и можно задавать в соответствии с изогнутой формой по меньшей мере частично профилированного металлического слоя, более предпочтительно, однако, образование двухмерных зон в поперечном сечении сотовой структуры, соответственно на ее торце вне зависимости от формы изгиба металлического слоя. Указанные зоны, количество которых в предпочтительном варианте составляет две, три или четыре, могут быть расположены концентрично друг другу и корпусу, а также оси сотового элемента, что, однако, не является строго обязательным условием. При этом прежде всего возможно также образование концентричных зон, имеющих центр, смещенный относительно оси сотовой структуры. С образованием подобных радиальных зон должно достигаться согласование упругости сотовой структуры в радиальном направлении, например, с вибрационной характеристикой сотового элемента. При этом прежде всего рассматриваются зоны, которые, с одной стороны, примыкают к корпусу, а с другой стороны, расположены близко к указанному центру, соответственно к оси сотовой структуры. В предпочтительном варианте такие зоны должны в максимально возможной степени различаться между собой плотностью расположения в них точек соединения. Сказанное означает, например, что соотношение между плотностью расположения точек соединения в одной из обеих этих зон и плотностью расположения точек соединения в другой из них является наибольшим соответственно наименьшим. Под "плотностью" расположения точек соединения подразумевается прежде всего величина, представляющая собой частное от деления количества точек соединения на площадь (например, наименьшей) зоны, соответственно на площадь представительной базовой поверхности. В принципе при этом возможно также наличие по меньшей мере одной (другой) зоны, в которой слои соединены между собой полностью во всех точках их контакта друг с другом, и/или по меньшей мере одной (другой) зоны, в которой слои не соединены между собой ни в одной точке их контакта друг с другом. При наличии, например, зоны, в которой слои соединены между собой во всех точках их контакта друг с другом, ее предпочтительно располагать по центру поперечного сечения сотовой структуры.

В одном из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента плотность расположения точек соединения непрерывно изменяется в направлении по радиусу изнутри наружу. Сказанное означает, что при разбиении поперечного сечения сотовой структуры, например, на множество концентричных колец плотность расположения точек соединения в среднем равномерно возрастает, соответственно снижается от одного кольца к следующему. В том случае, когда можно выделить только две зоны, подобный критерий соблюдается всегда, как только появляются различия в плотности расположения точек соединения, поскольку при переходе от одной зоны ко второй происходит (скачкообразное или аналогичное) увеличение плотности расположения точек соединения.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента его сотовая структура образована по меньшей мере одним пакетом, набранным из нескольких попеременно чередующихся профилированных листов фольги и гладких металлических слоев, при этом точки соединения на профилированном листе фольги расположены попеременно с обеих его сторон, обращенных к одному и другому соседним с ним металлическим слоям. Сказанное означает, в частности, что профилированные листы фольги, а также гладкие листы фольги (или гладкие нетканые материалы, спеченные материалы и иные материалы аналогичного назначения) с попеременным чередованием укладывают друг на друга, набирая из них таким путем пакет, который затем свертывают в рулон и/или скручивают с получением сотовой структуры, имеющей требуемую наружную форму в поперечном сечении (согласованную с внутренней формой корпуса). Если рассматривать отдельно профилированный лист фольги, то он имеет верхнюю и нижнюю стороны, каждой из которых он контактирует соответственно с "другими" металлическими слоями. Такие (внутренние) точки контакта можно использовать для создания точки соединения. В изобретении же предлагается располагать точки соединения в (поперечном) направлении профилированного листа фольги поочередно, т.е. попеременно с его верхней и нижней сторон. При таком размещении точек соединения соседние листы фольги, соответственно металлические слои вследствие их скрепления друг с другом попеременно с одной и другой их сторон могут растягиваться по типу гармошки и таким путем обеспечивать внутреннюю гибкость сотового элемента.

Помимо этого предлагается также располагать точки соединения вдоль металлического слоя на разном расстоянии одна от другой. Сказанное означает, что расстояние или интервал между точками соединения в пределах одной зоны является постоянным. В этом отношении скачкообразный переход от одной зоны к другой можно идентифицировать и по соответствующей смене, соответственно по соответствующему изменению расстояния между точками соединения. В этой связи предпочтительно, чтобы точки соединения металлического слоя располагались одинаковым образом в обоих направлениях изгиба металлического слоя начиная от его середины, т.е. прежде всего располагались (касательно расстояний между ними) зеркально-симметрично относительно середины металлического слоя. Обычно расстояние между соседними точками соединения изменяется, т.е. увеличивается или уменьшается, вдоль металлического слоя не на постоянную величину, а вместо этого расстояния между соседними точками соединения при определенных условиях значительно различаются между собой. В особых случаях даже вдоль одного металлического слоя расстояния между расположенными на нем точками соединения могут быть неодинаковыми. Фактически задаваемое расстояние между точками соединения сначала определяют расчетным путем, благодаря чему в конечном итоге обеспечивается расположение паяных соединений в готовой сотовой структуре по предлагаемой в изобретении схеме.

В следующем варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента точки соединения представляют собой места спая, расположенные вблизи экстремумов по меньшей мере частично профилированного металлического слоя. Под "местами спая" подразумеваются прежде всего неразъемные соединения, для образования которых использовался твердый припой. Места спая, соответственно точки спая создаются, таким образом, прежде всего путем высокотемпературной пайки в вакууме. Образованные профильной структурой экстремумы (например, вершины гофров, соответственно впадины между вершинами гофров) в конечном итоге образуют внутренние точки контакта, к которым примыкают места спая, соответственно точки спая. В особенно предпочтительном варианте припой на самом экстремуме, т.е. в его наивысшей, соответственно наинизшей точке, отсутствует, а места спая, соответственно точки спая выполнены в виде расположенных по обе стороны от экстремума вблизи него боковых полосок. Одна точка соединения образована максимум одним местом спая, соответственно одной точкой спая на двух непосредственно соседних между собой экстремумах, обращенных в одном направлении (т.е. только на вершинах гофров, соответственно только на впадинах между вершинами гофров), а предпочтительно даже, чтобы одна точка соединения была образована только одним местом спая, соответственно одной точкой спая на одном отдельном экстремуме.

Места (точки) соединения предлагается далее располагать по длине только по меньшей мере одного отдельного участка продольной протяженности сотовой структуры в направлении ее оси. Сказанное означает, в частности, что места соединения расположены только на части длины каналов. Продольная протяженность сотовой структуры обычно ограничена ее торцами, через один из которых поток ОГ входит в сотовую структуру, а через другой соответственно выходит из нее. Точки соединения предпочтительно предусматривать по длине одного отдельного участка вблизи первого торца сотовой структуры и по длине еще одного отдельного участка вблизи второго ее торца и не предусматривать в поперечном сечении сотовой структуры на остальной части ее продольной протяженности. Длина отдельного участка, измеряемая от соответствующего торца, составляет, например, от 5 до 15 мм. При создании изобретения было установлено, что подобная сотовая структура со стороны входа в нее потока ОГ нагружается положительным термоударом, а со стороны выхода из нее потока ОГ нагружается отрицательным термоударом. Сказанное означает, в частности, что положительный термоудар создает с входной стороны сотовой структуры радиальные сжимающие напряжения, которые вследствие распределенного расположения мест спая могут эффективно компенсироваться, например, в результате скручивания листов фольги. С выходной же стороны сотовой структуры преобладают, например, радиальные растягивающие напряжения, которые также могут эффективно компенсироваться благодаря расположению паяных соединений по предлагаемой в изобретении схеме. Вне зависимости от этого по меньшей мере один осевой отдельный участок сотовой структуры, соответственно по меньшей мере одно ее поперечное сечение с находящимися в нем местами соединения можно также предусматривать в других местах, например, в зоне осевой середины сотовой структуры.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента предусмотрено два отстоящих один от другого в направлении оси отдельных участка, при этом точки соединения накладываются одна на другую, если смотреть в направлении оси. Сказанное означает, в частности, что одна точка соединения, находящаяся на первом отдельном участке продольной протяженности сотовой структуры, совмещена, если смотреть в направлении оси, соответственно вдоль канала, т.е. если смотреть со стороны одного торца сотовой структуры, с другой точкой соединения, находящейся на втором отдельном участке продольной протяженности сотовой структуры. Ради полноты описания следует отметить, что в особых случаях может оказаться целесообразным располагать точки соединения со смещением друг относительно друга в направлении оси сотовой структуры.

Надежное соединение особо гибкой сотовой структуры с корпусом позволяет обеспечить вариант, в котором сотовая структура соединена с корпусом всеми металлическими слоями по всей своей продольной протяженности. Особенно предпочтительно при этом располагать все металлические слои таким образом, чтобы оба конца каждого из них прилегали к корпусу и тем самым по всей своей протяженности были соединены с ним, предпочтительно паяным соединением.

Для экономии припоя, используемого для соединения металлических слоев с корпусом, может также оказаться предпочтительным располагать паяные соединения, например, круговыми полосками, т.е. по схеме, при которой сотовая структура соединена с корпусом всеми образующими ее металлическими слоями, но лишь на части всей своей продольной протяженности. По такой схеме в виде круговых полосок, ширина которых предпочтительно должна составлять от 5 до 10 мм, паяные соединения может оказаться предпочтительным располагать в зоне торцов и/или в зоне осевой середины сотовой структуры.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента по меньшей мере один по меньшей мере частично профилированный металлический слой выполнен с по меньшей мере одним выгнутым в обратную сторону (потоконаправляющим) элементом или отверстием. В особенно предпочтительном варианте металлический слой выполнен со множеством таких выгнутых в обратную сторону (потоконаправляющих) элементов или отверстий. Предпочтительно далее выполнять выгнутые в обратную сторону элементы попеременно выступающими к верхней стороне и к нижней стороне в направлении продольной протяженности каналов и образующими по отверстию со своей обращенной по ходу потока стороны, т.е. прежде всего со стороны своей аэродинамической тени.

Предлагаемый в изобретении сотовый элемент наиболее предпочтительно использовать в устройстве для снижения токсичности ОГ, прежде всего в таковом, применяемом на автомобиле.

Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены на примере особенно предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Необходимо отметить, что представленные на этих чертежах варианты осуществления изобретения не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию схематичных чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - автомобиль с системой выпуска ОГ,

на фиг.2 - вид в продольном разрезе предлагаемого в изобретении сотового элемента, выполненного по одному из вариантов,

на фиг.3 - первый фрагмент набранного из листов фольги пакета для изготовления предлагаемого в изобретении сотового элемента,

на фиг.4 - еще один фрагмент выполненного по другому варианту набранного из листов фольги пакета для изготовления предлагаемого в изобретении сотового элемента,

на фиг.5 - вид в поперечном разрезе предлагаемого в изобретении сотового элемента, выполненного по одному из вариантов,

на фиг.6 - предлагаемый в изобретении сотовый элемент, выполненный еще по одному варианту,

на фиг.7 - предлагаемый в изобретении сотовый элемент, выполненный по другому варианту,

на фиг.8 - предлагаемый в изобретении сотовый элемент, выполненный еще по одному варианту, и

на фиг.9 - пример профилированного металлического слоя.

На фиг.1 схематично показана конструкция системы выпуска ОГ, которой оснащен автомобиль 21. Автомобиль 21 имеет ДВС 22, например, двигатель с принудительным воспламенением рабочей смеси или дизельный двигатель. ОГ, образующиеся при сгорании топлива в ДВС, по соответствующему выпускному трубопроводу 23 поступают в устройство 20 для снижения их токсичности. В этом устройстве содержащиеся в ОГ вредные вещества по меньшей мере частично превращаются в безвредные вещества и/или задерживаются в нем, благодаря чему в окружающую среду в конечном итоге выбрасываются лишь относительно безвредные компоненты ОГ. В качестве примера подобных устройств для снижения токсичности ОГ можно назвать каталитические нейтрализаторы, улавливатели твердых частиц, фильтры, адсорберы и иные устройства аналогичного назначения. Очевидно, что количество, тип и/или расположение таких устройств 20 для снижения токсичности ОГ в подобной системе выпуска ОГ могут/может варьироваться во многих отношениях, и поэтому в данном случае лишь в качестве примера рассматривается возможное выполнение одного предлагаемого в изобретении сотового элемента 1, схематично показанного в выпускном трубопроводе 23.

Конструкция сотового элемента 1 более детально показана, например, на фиг.2. На фиг.2 сотовый элемент 1 (круглого сечения) показан в продольном разрезе вдоль своей оси 17. Сотовый элемент 1 снаружи ограничен корпусом 2, который выполнен прежде всего в виде металлической трубы. Внутри корпуса 2 находится сотовая структура 3 со множеством каналов 4. Такие (отдельные, по меньшей мере частично отделенные друг от друга) каналы 4 проходят между обоими торцами 25 и расположены в основном параллельно друг другу. Каналы 4 проходят при этом и в основном параллельно оси 17. Однако подобное расположение каналов не является строго обязательным. Помимо этого и стенки каналов не обязательно должны проходить прямолинейно, при этом в каналах могут быть также предусмотрены обращенные в направлении оси 17 профильные элементы (например, потоконаправляющие поверхности) и/или соединяющие между собой соседние каналы 4 отверстия или проходы.

Стенки каналов 4 сотовой структуры 3 обычно снабжены каталитически активным покрытием 38, которое может быть предусмотрено по всей продольной протяженности 16 сотовой структуры 3, однако при необходимости может также располагаться только на отдельном ее осевом участке. В каналах 4, соответственно наряду с ними прежде всего в том случае, когда требуется обеспечить высокую степень превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные на катализаторе и/или требуется предотвратить ламинарное течение ОГ через сотовую структуру 3, могут быть предусмотрены места завихрения потока ОГ и/или успокоительные зоны, интенсифицирующие контактирование ОГ со стенкой канала. Между сотовой структурой 3 и корпусом 2 выполнено боковое соединение 24 (предпочтительно в виде паяного соединения). Такое соединение проходит в основном по всей продольной протяженности 16 сотовой структуры 3. Таким путем прежде всего обеспечивается надежное соединение всех образующих сотовую структуру 3 листов фольги, соответственно металлических слоев с корпусом 2.

Вблизи каждого из обоих торцов 25 сотовая структура имеет по показанному заштрихованным осевому участку, на котором в ее поперечном сечении находятся точки соединения. При этом следует отметить, что на этом участке (даже если он в данном случае и показан целиком заштрихованным) точки соединения расположены лишь на достаточном удалении одна от другой и при определенных условиях со смещением друг относительно друга. Со стороны каждого торца 25 точки соединения при этом располагаются по длине первого отдельного участка 14, соответственно второго отдельного участка 15 при максимальной его протяженности не более 15 мм, предпочтительно, однако, не более 5 мм.

На фиг.3 показан пакет 10, набранный из множества профилированных листов фольги 11 и гладких слоев 5 (например, также листов фольги или металлических нетканых материалов). Пакет 10 показан при этом в еще не свернутом в рулон состоянии, т.е. имеет в основном прямолинейный вид в направлении 28. Помимо этого разными цветами обозначено расположение друг относительно друга точек 6 соединения листов фольги. Учитывая тот факт, что подобные точки 6 соединения (паяные соединения) образуются лишь в собранном состоянии сотового элемента, т.е. в свернутом в рулон и помещенном затем в корпус состоянии пакета, на фиг.3 показаны прежде всего места расположения адгезива (например, клея), на который по завершении процесса свертывания пакета в рулон наносится, например, порошковый припой, который в конечном итоге и образует условно показанные в данном случае в качестве примера расположенные с верхней стороны профилированного листа фольги 11 точки соединения (обозначены темным цветом) и расположенные с его нижней стороны точки соединения (обозначены светлым цветом). Внизу на фиг.3 обозначено расстояние 12, на которое в направлении 28 друг от друга отстоят однотипные точки соединения, расположенные с нижней стороны профилированного листа фольги, т.е. в данном случае точки соединения, обращенные к нижнему гладкому слою 5, и которое составляет, например, по меньшей мере 20 мм. При использовании предлагаемой в данном случае схемы расположения паяных соединений в готовом сотовом элементе 1 обычно следует исходить из того, что в нем расстояние 12, на которое соседние между собой точки соединения отстоят друг от друга в направлении 28, не является постоянным.

На фиг.4 показан иной вариант, в котором каждая точка соединения образована двумя точками 31 спая (соответственно местами спая) на соседних экстремумах 13 профильной (рельефной) структуры профилированного листа фольги, т.е. либо на возвышении 29, либо на впадине 30 между соседними возвышениями. Между точками 6 соединения расположено по множеству экстремумов 13 профильной структуры профилированного листа фольги 11. В этом отношении необходимо лишь отметить, что обычно количество экстремумов 13 профильной структуры между однотипными (обозначенными одним и тем же цветом) местами соединения в направлении изгиба соответствующего слоя существенно больше того, которое в качестве примера показано на чертеже, и прежде всего составляет не менее 15.

Как показано далее на фиг.4, гладкие слои 5 снабжены препятствующим образованию нежелательных соединений покрытием 32. Несмотря на то, что в данном, предпочтительном варианте такой слой предусмотрен с верхней стороны 34 и нижней стороны 35 гладких слоев 5 (прежде всего листов фольги), в исключительных ситуациях вполне может также оказаться достаточным предусматривать, например, оксидный слой только с одной стороны гладких слоев. В любом случае таким путем должно исключаться соединение между собой металлических слоев вне точек соединения, например, вследствие диффузии, и тем самым должна обеспечиваться возможность образования под нагрузкой сравнительно больших полостей 33. Иными словами, можно придерживаться того правила, что крупная полость (крупный канал) 33 образована, например, участком гладкого слоя 5 и участком профилированного листа фольги 11 и ограничена двумя однотипными точками соединения (в данном случае показано для расположенных с нижней стороны точек соединения), а также расположенным между ними участком профилированного листа фольги 11 с по меньшей мере 15-ю экстремумами 13 его профильной структуры. При соблюдении подобного условия обеспечивается особо высокая деформируемость полостей 33, соответственно гибкое расположение соседних листов фольги, а именно: в направлении 28, с одной стороны, и в поперечном ему направлении, с другой стороны.

На фиг.5 сотовый элемент 1 показан в поперечном разрезе, например, плоскостью, проходящей через его первый отдельный участок 14, изображенный на фиг.2. В данном случае на чертеже вновь показаны точки 6 соединения, распределенные по поперечному сечению сотового элемента. На чертеже показан, в частности, корпус 2, в котором размещено несколько расположенных с попеременным чередованием и в данном случае свернутых в рулон с S-образной скруткой гладких металлических слоев 5 и профилированных листов фольги 11 таким образом, что они полностью заполняют все поперечное сечение 8, ограниченное корпусом 2. Прилегающие друг к другу гладкие слои 5 и профилированные, соответственно гофрированные листы фольги 11 образуют между собой каналы 4. Точки 6 соединения изображены на чертеже разными цветами с тем, чтобы наглядно показать, что в направлении 28 изгиба слоя 5 от одного его бокового края до другого его бокового края точки 6 соединения попеременно расположены с его верхней, соответственно нижней стороны. Поэтому в указанном направлении 28 цветовые обозначения точек 6 соединения (незакрашенные, закрашенные) попеременно меняются. На фиг.5 показаны также различные зоны вдоль радиуса 36, при этом чем дальше каждая из показанных на чертеже зон расположена от центра сотового элемента, тем меньше количество в ней точек 6 соединения.

На фиг.6 слева в поперечном сечении схематично показан выполненный по другому варианту сотовый элемент 1, вокруг оси которого расположена первая зона 38. Концентрично вокруг нее расположены вторая зона 39 и находящаяся снаружи в направлении радиуса 36 третья зона 40. Справа на чертеже в графическом виде представлено изменение плотности расположения точек 6 соединения по радиусу 36, соответственно по трем зонам 38, 39, 40. На диаграмме отражено при этом два возможных варианта. В первом варианте (сплошная линия) плотность расположения точек 6 соединения непрерывно увеличивается. Во втором варианте (пунктирная линия) плотность расположения точек соединения в первой зоне 38 сначала слегка возрастает, затем во второй зоне 39 остается постоянной, а в третьей зоне 40 вновь возрастает от измененной (в данном случае от значительно большей) по сравнению со второй зоной 39 величины.

Показанный на фиг.7 сотовый элемент по своему исполнению аналогичен показанному на фиг.6. В данном случае сотовый элемент 1 имеет радиально внешнюю, доходящую вплоть до корпуса третью зону 40, которая охватывает первую зону 39 и вторую зону 38. Каждая из числа первой зоны 38 и второй зоны 39 при этом выполнена в виде квадрантов (четвертых частей круга), которые попеременно чередуются между собой. Совместно они образуют круглую центральную часть. Из представленной справа на чертеже диаграммы следует, что в радиально внешней, третьей зоне 40 точки соединения расположены с относительно постоянной плотностью. В первой же зоне 38 и во второй зоне 39 плотность расположения точек соединения варьируется, и поэтому в данном случае можно учитывать, например, разную степень деформации слоев в результате их свертывания в рулон, соответственно разное радиальное предварительное сжатие слоев.

На фиг.8 в свою очередь показан вариант, в котором зоны 38, 39 и 40 расположены концентрично не вокруг оси 17 сотового элемента, а вокруг смещенного относительно нее центра 37. Лишь ради порядка следует отметить, что зоны, как очевидно, могут располагаться не концентрично друг другу, а иным образом с наложением одна на другую, соответственно с примыканием одна к другой. Из представленной справа на чертеже диаграммы следует, что в направлении по радиусу 36 плотность расположения точек соединения сначала возрастает, прежде всего вплоть до центра 37, а затем резко снижается во второй зоне 39 и продолжает снижаться в третьей зоне 40.

На фиг.9 показан выполненный по особенно предпочтительному варианту профилированный слой 5, соответственно профилированный лист фольги 11, в отношении которого изобретение может использоваться в первую очередь. Сложная профильная структура слоя 5 с регулярно повторяющимся в направлении 28 его изгиба расположением возвышений 29 и впадин 30 между ними (волнистая или гофрированная структура), которыми тем самым определяется направление 27 продольной протяженности каналов, с одной стороны, и интеграция попеременно обращенных вверх и вниз выгнутых в обратную сторону элементов 18, с другой стороны, обеспечивают возможность многократного изменения направления, соответственно завихрения движущегося по каналам потока ОГ, благодаря чему возможно постоянное образование новых элементарных струек ОГ (обозначены стрелками 26 разных направлений). Поскольку слой 5, который обычно имеет очень малую толщину, имеет профильную структуру, образованную выгнутыми в обратную сторону элементами 18, отверстиями 19, возвышениями 29 и впадинами 30 между ними, необходимо избегать образования слишком жестких соединений внутри сотового элемента, соблюдение чего позволяет обеспечить предлагаемое в изобретении расположение точек соединения. На чертеже в качестве примера показана одна точка 6 соединения на возвышении 29. Такая точка соединения состоит из двух расположенных рядом с вершиной возвышения 29 мест спая, соответственно точек 31 спая, которые в данном случае имеют вид полосок, проходящих параллельно продольной протяженности возвышения 29. Подобную точку 6 соединения можно получить прежде всего способом, заключающимся в том, что в зоне точек 31 спая наносят (соответственно надпечатывают) адгезив, затем из слоев формируют сотовую структуру, после чего к адгезиву с торцевой стороны по каналам подают порошковый припой и в завершение сотовую структуру подвергают термической обработке, в ходе которой прилипший к адгезиву припой в конечном итоге образует точку 6 соединения.

Перечень ссылочных обозначений

1 сотовый элемент

2 корпус

3 сотовая структура

4 канал

5 металлический слой

6 точка соединения

7 точка контакта

8 поперечное сечение

9 не имеющая соединений зона

10 пакет

11 листы фольги

12 расстояние

13 экстремум профильной структуры

14 первый отдельный участок

15 второй отдельный участок

16 продольная протяженность

17 ось

18 выгнутый в обратную сторону элемент

19 отверстия

20 устройство для снижения токсичности ОГ

21 автомобиль

22 двигатель внутреннего сгорания

23 выпускной трубопровод

24 боковое соединение

25 торец

26 направление потока

27 направление продольной протяженности каналов

28 направление изгиба металлического слоя

29 возвышение

30 впадина

31 точка спая

32 покрытие

33 полость

34 верхняя сторона

35 нижняя сторона

36 радиус

37 центр

38 первая зона

39 вторая зона

40 третья зона

Изобретение относится к сотовому элементу, используемому, например, для снижения токсичности отработавших газов (ОГ) автомобиля. Сущность изобретения: сотовый элемент (1), имеющий по меньшей мере корпус (2) и сотовую структуру (3) со множеством каналов (4), образованную по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным металлическим слоем (5), который образует точки (6) соединения, фиксирующие сотовую структуру (3), в поперечном сечении (8) которой имеются радиальные зоны (38, 39, 40) с разной плотностью расположения в них точек (6) соединения, при этом в по меньшей мере одной зоне, кроме того, от по меньшей мере 1 до максимум 20% внутренних точек (7) контакта в поперечном сечении (8) сотовой структуры образуют одну точку (6) соединения. Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы сотового элемента, увеличение термоударной стойкости и улучшение вибрационных и виброакустических характеристик элемента. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Сотовый элемент (1), имеющий по меньшей мере корпус (2) и сотовую структуру (3) со множеством каналов (4), образованную по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным металлическим слоем (5), который образует точки (6) соединения, фиксирующие сотовую структуру (3), в поперечном сечении (8) которой имеются радиальные зоны (38, 39, 40) с разной плотностью расположения в них точек (6) соединения, при этом в по меньшей мере одной зоне, кроме того, от по меньшей мере 1 до максимум 20% внутренних точек (7) контакта в поперечном сечении (8) сотовой структуры образуют одну точку (6) соединения.

2. Сотовый элемент (1) по п.1, у которого плотность расположения точек (6) соединения непрерывно изменяется в направлении по радиусу изнутри наружу.

3. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого сотовая структура (3) образована по меньшей мере одним пакетом (10), набранным из нескольких попеременно чередующихся профилированных листов фольги (11) и гладких металлических слоев (5), при этом точки (6) соединения на профилированном листе фольги (11) расположены попеременно с обеих его сторон, обращенных к одному и другому соседним с ним металлическим слоям (5).

4. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого точки (6) соединения расположены вдоль металлического слоя (5) на разном расстоянии (12) одна от другой.

5. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого точки (6) соединения представляют собой места спая, расположенные вблизи экстремумов (13) по меньшей мере частично профилированного металлического слоя (5).

6. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого места (6) соединения расположены по длине только по меньшей мере одного отдельного участка (14) продольной протяженности (16) сотовой структуры (3) в направлении ее оси (17).

7. Сотовый элемент (1) по п.6, у которого предусмотрено два отстоящих один от другого в направлении оси (17) отдельных участка (14, 15), при этом точки (6) соединения накладываются одна на другую, если смотреть в направлении оси (17).

8. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого сотовая структура (3) соединена с корпусом (2) всеми металлическими слоями (5) по всей своей продольной протяженности (16).

9. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого по меньшей мере один по меньшей мере частично профилированный металлический слой (5) выполнен с по меньшей мере одним выгнутым в обратную сторону элементом (18) или отверстием (16).

10. Устройство (20) для снижения токсичности отработавших газов с по меньшей мере одним сотовым элементом (1) по одному из пп.1-9.

11. Автомобиль (21) с по меньшей мере одним устройством (20) для снижения токсичности отработавших газов по п.10.