СОТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ Российский патент 2015 года по МПК F01N3/28 B01J35/04 

Настоящее изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов (ОГ), а также к способу его изготовления, соответственно интеграции в систему снижения токсичности ОГ.

Подобные сотовые элементы могут использоваться, например, в качестве носителей обладающих каталитическим действием покрытий и/или в качестве фильтров, адсорберов, смесителей в системе выпуска отработавших газов, образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Для применения по подобному назначению известны (имеющие слоистую конструкцию) металлические и (экструдированные) керамические сотовые элементы. Характерной особенностью сотовых элементов, используемых для нейтрализации или в более общем случае для снижения токсичности ОГ, обычно является наличие у них входной стороны, на которую набегает поток ОГ, образующихся при работе ДВС. От входной стороны сотового элемента отходят его каналы, проходящие вплоть до выходной стороны сотового элемента, с которой ОГ вновь выходят из него. Каналы сотового элемента обычно ограничены стенками, с которыми контактируют ОГ при своем прохождении по этим канал. Вход потока ОГ в сотовый элемент в значительной степени влияет на их распределение по отдельным каналам сотового элемента. В зависимости от конструктивного исполнения входной стороны сотового элемента происходит определенное распределение ОГ по отдельным каналам. В уровне техники уже были предложены различные варианты конструктивного исполнения входной стороны сотовых элементов, например выполнение сотовых элементов с телескопированными либо испещренными или изрезанными неровностями входными сторонами, на которых отдельные стенки между каналами выступают на разное расстояние.

Конструктивное исполнение входной торцевой стороны сотового элемента влияет также на аэродинамическое сопротивление сотового элемента, поскольку перед сотовым элементом обычно образуется своего рода напорная подушка, на которую может влиять конструктивное исполнение входной торцевой стороны сотового элемента. Однако на аэродинамическое сопротивление сотового элемента влияет не только его входная сторона. Выходная сторона на конце каналов при соответствующем ее конструктивном исполнении также может влиять на аэродинамическое сопротивление сотового элемента и на распределение потока ОГ за ним.

Поскольку сотовый элемент часто желательно устанавливать и закреплять в выпускном трубопроводе в положении, согласованном с характером движения потока ОГ или других добавок, приходится также сталкиваться с проблемой, связанной с соблюдением подобного требования к установке сотового элемента с высокой точностью и с малыми техническими затратами при серийном производстве.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере снизить остроту рассмотренных выше в описании уровня техники проблем. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке сотового элемента, входная, соответственно выходная сторона которого имела бы наиболее предпочтительное для потока ОГ конструктивное исполнение или конструктивное оформление. Еще одна задача изобретения состояла в разработке способа изготовления подобного сотового элемента.

Указанные задачи решаются с помощью сотового элемента, заявленного в п.1 формулы изобретения, а также с помощью способа изготовления сотового элемента, заявленного в п.7 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные по отдельности в формуле изобретения отличительные особенности изобретения могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут дополняться пояснениями, приведенными в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами, в котором представлены также другие варианты осуществления изобретения.

Предлагаемый в изобретении сотовый элемент имеет каналы, осевое основное направление, плоскую переднюю поверхность, плоскую концевую поверхность и окружную боковую поверхность, расположенную параллельно осевому основному направлению, при этом по меньшей мере передняя поверхность или концевая поверхность расположена наклонно к осевому основному направлению.

Подобный сотовый элемент в предпочтительном варианте выполнен со множеством каналов, которые при определенных условиях проходят в основном параллельно друг другу и/или в основном параллельно осевому основному направлению. Передняя поверхность, соответственно концевая поверхность, рассматривается как "плоская" прежде всего в том случае, когда она расположена практически полностью в одной плоскости и прежде всего когда в основном все каналы и ограничивающие их стенки полностью оканчиваются (в пределах обычных производственных допусков) в общей плоской передней поверхности, соответственно концевой поверхности. Под "наклонным" в данном контексте прежде всего подразумевается расположение передней поверхности и/или концевой поверхности под углом к плоскости поперечного сечения сотового элемента, расположенной перпендикулярно к его осевому основному направлению. Такой угол может составлять, например, от 30 до 60°, а предпочтительно он составляет около 45°. При нахождении подобного сотового элемента в системе выпуска ОГ и при набегании их потока на такую его наклонно расположенную концевую или переднюю поверхность часть ОГ входит в некоторые каналы сотового элемента уже раньше, чем в другие его каналы, поскольку эти некоторые каналы вследствие наклонного расположения концевой, соответственно передней поверхности начинаются в направлении потока ОГ впереди других каналов сотового элемента. При создании изобретения было установлено, что выполнение сотового элемента с наклонной передней поверхностью, на которую поток ОГ набегает подобным образом, может оказаться предпочтительным для движения потока ОГ в системе их выпуска.

Подобные сотовые элементы могут быть выполнены, например, в виде носителей каталитических нейтрализаторов, в виде фильтров, в виде адсорберов, в виде смесителей и могут использоваться в системе выпуска ОГ.

В особенно предпочтительном варианте выполнения подобного сотового элемента он имеет по меньшей мере один по меньшей мере частично гофрированный металлический слой, который образует стенки, ограничивающие каналы. Указанный металлический слой может быть образован прежде всего листами (полностью или частично) гофрированной и/или гладкой фольги. Кроме того, альтернативно этому или дополнительно к этому возможно также использование металлических нетканых материалов (изделий, изготавливаемых из тончайших проволочек в виде металлической ткани, металлического вязаного изделия, изделия в виде путанки) или матов из металлических волокон. Отличительная особенность сотовых элементов, образованных металлическими слоями, состоит в том, что толщина стенок, ограничивающих каналы, много меньше размеров поперечного сечения самих каналов. Подобные тонкие стенки создают меньшее аэродинамическое сопротивление. Кроме того, металлические сотовые элементы обладают исключительно длительным сроком службы. Обычно для изготовления подобных металлических сотовых элементов несколько гладких и гофрированных металлических слоев набирают в пакет. При этом прежде всего гладкий металлический слой может быть образован металлическим нетканым материалом. Уложенные один на другой в виде пакета металлические слои затем свертывают в рулон, скручивают или набирают в пакет с образованием сотовой структуры. В точках контакта металлических слоев друг с другом выполнены расположенные в требуемых местах паяные или сварные соединения. При этом металлические слои могут быть соединены между собой пайкой или сваркой не во всех таких точках их контакта друг с другом.

Предпочтителен далее предлагаемый в изобретении сотовый элемент, выполненный из по меньшей мере двух составляющих его секций, каждая из которых имеет по меньшей мере одну плоскую и перпендикулярную осевому основному направлению торцевую поверхность и у которых эти их перпендикулярные торцевые поверхности обращены друг к другу. Такие составляющие сотовый элемент секции в предпочтительном варианте образуют также (общую) окружную боковую поверхность сотового элемента. Поэтому предпочтительно, чтобы окружные боковые поверхности обеих составляющих сотовый элемент секций располагались в линию и образовывали совместно окружную боковую поверхность всего сотового элемента. Плоская передняя поверхность и плоская концевая поверхность сотового элемента образованы при этом разными составляющими его секциями, и поэтому, например, одна первая секция сотового элемента одной своей торцевой поверхностью образует плоскую и наклонную переднюю поверхность, а вторая секция сотового элемента одной своей торцевой поверхностью образует плоскую и наклонную концевую поверхность. В этом случае соответствующие, расположенные по нормали (перпендикулярно) к осевому основному направлению торцевые поверхности расположены между плоской передней поверхностью сотового элемента и его плоской концевой поверхностью (например, с (малым) зазором между собой или с непосредственным примыканием друг к другу).

Обе секции, из которых составлен предлагаемый в изобретении сотовый элемент, могут выполнять разные функции в системе выпуска ОГ. Так, например, составляющие сотовый элемент секции могут быть выполнены на своих обращенных друг к другу (соприкасающихся) торцевых поверхностях из разнотипных металлических слоев, таких, например, как фольга и/или металлические нетканые материалы. Отдельные составляющие сотовый элемент секции могут быть соединены между собой. При этом прежде всего возможно выполнение сварного или паяного соединения. Обычно предлагаемый в изобретении сотовый элемент имеет корпус, проходящий вдоль окружной боковой поверхности сотового элемента. Такой корпус часто имеет толщину, которая много больше толщины металлических слоев, образующих сотовую структуру сотового элемента. Обычно и отдельные составляющие сотовый элемент секции также имеют соответствующую корпусную деталь. Именно такие корпусные детали наиболее пригодны с учетом их толщины для неразъемного соединения между собой составляющих сотовый элемент секций. Выполнение предлагаемого в изобретении сотового элемента состоящим из по меньшей мере двух секций предпочтительно постольку, поскольку благодаря этому удается значительно упростить изготовление сотовых элементов, которые имеют наклонные передние поверхности и/или наклонные концевые поверхности обычными технологическими методами (свертыванием в рулон, набором в пакет и/или скручиванием пакетов металлических слоев) и у которых тем самым все металлические слои оканчиваются в плоской наклонной передней или концевой поверхности.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента каждая из по меньшей мере двух составляющих его секций имеет каналы и ограничивающие их стенки, при этом каналы по меньшей мере двух этих секций расположены вдоль осевого основного направления в линию. Под расположением каналов двух секций, составляющих сотовый элемент, "в линию" вдоль его осевого основного направления в данном контексте прежде всего подразумевается такое расположение, при котором каналы расположенной в сотовом элементе первой (в направлении потока ОГ) составляющей его секции обычно переходят (без существенного) разрыва в каналы расположенной после нее (в направлении потока ОГ) секции. Выражение "в линию" при этом означает также выровненное, оппозитное и/или переходящее друг в друга расположение каналов. Подобное расположение каналов в линию предпочтительно постольку, поскольку тем самым предотвращается образование внутренних зон завихрения ОГ в самом сотовом элементе. Особенно предпочтительно при этом, чтобы все каналы и прежде всего также образованные предпочтительно металлическими слоями стенки, отделяющие друг от друга отдельные каналы, в обеих составляющих сотовый элемент секциях располагались вдоль осевого основного направления в линию в пределах обычных производственных допусков. Подобное расположение каналов требует соблюдения высокой точности при изготовлении обеих составляющих сотовый элемент секций, прежде всего в том случае, когда речь идет о металлических сотовых элементах, изготовленных из металлических слоев путем их свертывания в рулон, скручивания или набора в пакет. Для такого расположения каналов требуется точное согласование их расположения по поперечному сечению обеих составляющих сотовый элемент секций, каковое согласование обеспечивается с соответственно высокой точностью в процессе изготовления таких секций.

В другом варианте или при использовании более двух секций для составления из них сотового элемента можно также вполне целенаправленно предусматривать расположение каналов одной из двух составляющих сотовый элемент секций со смещением относительно каналов другой секции. Такое смещение может обеспечивать завихрение потока ОГ и/или образование зоны его отклонения при переходе от расположенной первой в направлении потока ОГ секции сотового элемента в расположенную за ней в направлении потока ОГ секцию сотового элемента. При этом подобное смещение между каналами может оказаться предпочтительным предусматривать прежде всего в том случае, когда составляющие сотовый элемент секции выполняют разные функции в системе выпуска ОГ (функцию носителя каталитического нейтрализатора, функцию фильтра, функцию адсорбера и/или функцию смесителя).

Помимо этого предлагаемый в изобретении сотовый элемент можно также компоновать из составляющих его отдельных секций, стыкуя между собой их проходящие не перпендикулярно, прежде всего наклонно к осевому основному направлению торцевые поверхности.

Предпочтителен далее сотовый элемент, который имеет параллельно своему осевому основному направлению наибольшую осевую протяженность и наименьшую осевую протяженность, которая много меньше наибольшей осевой протяженности. Различия в осевой протяженности сотового элемента обусловлены прежде всего его выполнением только с одной наклонной поверхностью - передней или концевой. В данном случае особенно предпочтительно также, чтобы наибольшая осевая протяженность сотового элемента по меньшей мере в 5 раз и прежде всего по меньшей мере в 10 раз превышала его наименьшую осевую протяженность. При подобном выполнении сотового элемента часть его каналов, прежде всего каналы, расположенные в зоне его наименьшей осевой протяженности, создают явно меньшее аэродинамическое сопротивление потоку ОГ, чем другие каналы. Те же каналы, которые расположены в зоне наибольшей протяженности сотового элемента, обычно создают наибольшее аэродинамическое сопротивление потоку ОГ. Подобное распределение каналов по их длине влияет на распределение потока ОГ в сотовом элементе, а также в расположенном перед и за ним выпускном трубопроводе. Тем самым подобный сотовый элемент можно использовать для создания особых профилей потока ОГ, которые прежде всего обеспечивают перемешивание ОГ. Сотовый элемент прежде всего в том случае, когда он имеет наклонную переднюю поверхность и наклонную концевую поверхность, можно компоновать из по меньшей мере двух составляющих его секций, которые имеют описанное выше исполнение и при комбинировании которых образуются каналы, которые вновь имеют одинаковую длину по всей протяженности сотового элемента.

В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента его плоская передняя поверхность и плоская концевая поверхность расположены в основном параллельно друг другу. У подобного сотового элемента каналы по всему его поперечному сечению имеют приблизительно одинаковую длину, и поэтому такой сотовый элемент создает приблизительно одинаковое по всему своему поперечному сечению аэродинамическое сопротивление потоку ОГ, которые тем самым равномерно распределяются в подобном сотовом элементе, у которого тем не менее одновременно предусмотрена наклонная передняя, соответственно концевая поверхность. Такой сотовый элемент, если смотреть сбоку (соответственно в продольном разрезе), имеет, например, в основном форму параллелограмма.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления сотового элемента, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:

а) подготавливают исходный сотовый элемент, который имеет две перпендикулярные его осевому основному направлению торцевые поверхности,

б) исходный сотовый элемент разделяют по наклонной плоскости на две секции,

в) две указанные торцевые поверхности располагают в обращенном друг к другу положении и

г) две секции сотового элемента соединяют между собой.

Подобный способ пригоден прежде всего для изготовления предлагаемого в изобретении сотового элемента.

На стадии а) можно использовать уже полностью готовый исходный сотовый элемент, который был изготовлен, например, известными, технологически надежными методами с высокой точностью. При этом используют прежде всего уже собранные с корпусом исходные сотовые элементы, т.е., например, исходные сотовые элементы, у которых металлические слои, образующие сотовую структуру со множеством параллельных каналов, помещены в корпус и пайкой соединены с ним и между собой. На стадии б) затем по меньшей мере один исходный сотовый элемент разделяют, получая множество составляющих его секций, причем каждая образующаяся при этом часть в предпочтительном варианте представляет собой такую секцию, т.е. прежде всего не образуются никакие отходы или обрезь (суммарный объем составляющих сотовый элемент секций соответствует в основном объему исходного сотового элемента). В процессе разделения исходного сотового элемента на части разделяют его корпус и/или все каналы. Для разделения исходного сотового элемента можно использовать соответствующие (например, механические и/или термические) методы, которые выбираются, например, и с учетом материала, из которого изготовлен исходный сотовый элемент. Далее на стадии в) изменяют последовательность расположения полученных таким путем секций сотового элемента по сравнению с последовательностью их расположения после выполнения стадии б) таким образом, что изначально обращенные друг от друга, ограничивающие исходный сотовый элемент его перпендикулярные торцевые поверхности располагают в обращенном друг к другу положении (расположение "торец к торцу"). С этой целью, например, каждую из двух составляющих сотовый элемент секций, имеющих перпендикулярные торцевые поверхности, поворачивают на 180°, в результате осевое основное направление каждой из двух этих секций изменяется на противоположное. Для окончательного изготовления сотового элемента составляющие его секции непосредственно или опосредованно собирают друг с другом (например, приваривают к корпусным деталям), вновь получая тем самым стабильную составную конструкцию.

Выше уже говорилось, что изготовление сотовых элементов с плоскими торцевыми поверхностями классическими способами изготовления сотовых элементов из металлических слоев (путем их набора в пакет, свертывания в рулон и/или скручивания) проблематично. По этой причине подобные сотовые элементы с плоскими передними и концевыми поверхностями предпочтительно изготавливать, например, путем косого разрезания исходного сотового элемента. В том случае, когда исходный сотовый элемент представляет собой, например, классический цилиндрический сотовый элемент с расположенными по нормали (перпендикулярно) к его осевому основному направлению торцевыми поверхностями, из такого исходного сотового элемента можно простым путем изготавливать две секции. Однако возможно также изготовление нескольких секций из исходного сотового элемента путем его попеременно разрезания в нормальной и наклоненной к его осевому основному направлению плоскостях. Изготовление предлагаемого в изобретении сотового элемента из двух составляющих его секций, изготовленных из одного и того же исходного сотового элемента путем его разрезания (процесс разделения, такой, например, как резка пилой, лазерная резка и иной метод резки), особенно предпочтительно постольку, поскольку у изготовленных таким путем составляющих сотовый элемент секций обеспечивается возможность расположения каналов в обеих таких секциях после их состыковывания приблизительно в линию без необходимости при этом уделять особое внимание согласованию расположения каналов при наборе металлических слоев в пакет, их скручивании и/или свертывании в рулон.

Следующим объектом изобретения является также участок выпускного трубопровода, имеющий предлагаемый в изобретении сотовый элемент или изготовленный предлагаемым в изобретении способом сотовый элемент и предусмотренное на нем по меньшей мере одно ответвление с направлением протяженности, которое расположено напротив наклонной передней поверхности сотового элемента или его наклонной концевой поверхности и обращено соответственно к этой наклонной передней поверхности или наклонной концевой поверхности. Предпочтительно при этом, чтобы направление протяженности указанного ответвления было ориентировано (приблизительно) перпендикулярно соответствующей наклонной передней поверхности или наклонной концевой поверхности сотового элемента и прежде всего проходило также через центр соответствующей наклонной передней поверхности или наклонной концевой поверхности (например, в зоне осевого основного направления, соответственно средней оси). Под "перпендикулярным" в данном контексте подразумевается угол, образуемый направлением протяженности указанного ответвления с передней поверхностью или концевой поверхностью сотового элемента, в пределах от 70 до 90°, прежде всего от 80 до 90°.

Подобный участок выпускного трубопровода можно простым путем интегрировать в систему выпуска ОГ. Ответвление выпускного трубопровода пригодно прежде всего для размещения датчика для контроля ОГ и/или устройства подачи, например, восстановителя на таком участке выпускного трубопровода. Ориентация направления протяженности ответвления на наклонную переднюю поверхность и/или наклонную концевую поверхность сотового элемента позволяет непосредственно подавать восстановитель на сотовый элемент с равномерным распределением по нему. Наклонное расположение позволяет подавать восстановитель непосредственно на переднюю или концевую поверхность сотового элемента, например, и без отдельного потокоотклоняющего элемента.

В отношении способа изготовления сотового элемента следует отметить, что при необходимости дополнительно может быть предусмотрена стадия д), на которой сотовый элемент по меньшей мере у, соответственно вблизи, его наклонной передней или концевой поверхности неразъемно соединяют (например, сваркой) с участком выпускного трубопровода. При соединении каждой из числа наклонной передней поверхности сотового элемента и его наклонной концевой поверхности с соответствующим участком выпускного трубопровода участки выпускного трубопровода предпочтительно изготавливать из исходной выпускной трубы, которую (аналогично стадии б), выполняемой в отношении исходного сотового элемента) разделяют путем косого разрезания. Оба (взаимно согласованных) наклонных среза, составляющих сотовый элемент секций и участков выпускного трубопровода, оказываются в этом случае пригнаны друг к другу по своей форме и позволяют точно соединять их между собой.

Еще одним объектом настоящего изобретения является автомобиль с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и системой выпуска отработавших газов (ОГ), которая имеет выпускной трубопровод с основным направлением прохождения по нему потока ОГ (по выпускному трубопроводу от ДВС) и по меньшей мере один предлагаемый в изобретении сотовый элемент, или сотовый элемент, изготовленный предлагаемым в изобретении способом, или по меньшей мере один предлагаемый в изобретении участок выпускного трубопровода и в которой имеется также устройство подачи восстановителя, которое в основном направлении потока ОГ расположено после сотового элемента и подаваемый которым восстановитель попадает тем самым с задней стороны сотового элемента на его наклонную переднюю поверхность или его наклонную концевую поверхность, т.е. преимущественно подается по меньшей мере частично в направлении, противоположном основному направлению потока ОГ.

Впрыскивание восстановителя в направлении расположенной подобным образом выходной стороны сотового элемента особенно предпочтительно также постольку, поскольку восстановитель сначала прилипает к расположенным с концевой стороны сотового элемента стенкам его каналов и тем самым остается на них некоторое время, в течение которого восстановитель успевает термолитически прореагировать. Помимо этого стенки каналов сотового элемента в зоне той его поверхности, на которую попадает восстановитель, можно также снабжать обладающим гидролитическим действием покрытием, обеспечивающим также гидролитическое превращение восстановителя. В любом случае таким путем с помощью простых мер можно также надежно исключить осаждение восстановителя (например, водного раствора мочевины) и образование им отложений на холодных стенках выпускного трубопровода.

Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. На этих чертежах представлены особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, которые, однако, не ограничивают его объем. При этом необходимо прежде всего отметить, что эти чертежи носят исключительно схематичный характер и прежде всего не отражают реальные соотношения между размерами. На прилагаемых к описанию чертежах, в частности, показано:

на фиг.1 - предлагаемый в изобретении сотовый элемент,

на фиг.2 - выполненный по другому варианту предлагаемый в изобретении сотовый элемент в сборе,

на фиг.3 - выполненный еще по одному варианту предлагаемый в изобретении сотовый элемент в сборе,

на фиг.4 - автомобиль с системой выпуска ОГ, имеющей предлагаемый в изобретении сотовый элемент,

на фиг.5 - предлагаемый в изобретении участок выпускного трубопровода

и

на фиг.6 - вид в поперечном разрезе предлагаемого в изобретении сотового элемента.

На фиг.1, 2 и 3 показан выполненный по разным вариантам предлагаемый в изобретении сотовый элемент 1. В каждом из таких вариантов сотовый элемент 1 имеет переднюю поверхность 4 и концевую поверхность 5. Помимо этого в каждом из таких вариантов сотовый элемент 1 имеет окружную боковую поверхность 6 и параллельное ей осевое основное направление 3. В предпочтительном варианте окружная боковая поверхность 6 имеет цилиндрическую форму. Однако окружная боковая поверхность 6 может также иметь в сечении прямоугольную форму, прямоугольную форму с закругленным углами либо овальную форму и/или треугольную форму с закругленными углами. Кроме того, в каждом из вариантов сотовый элемент 1 имеет множество каналов 2 и ограничивающих их стенок 8. В данных вариантах сотовый элемент 1 образован, например, металлическими слоями 7.

У сотового элемента 1 в показанном на фиг.1 варианте его выполнения только его передняя поверхность 4 расположена наклонно под углом 22 к осевому основному направлению 3 (в данном случае также к средней оси). У сотового элемента 1 в показанных на фиг.2 и 3 вариантах его выполнения его передняя поверхность 4 и концевая поверхность 5 расположены наклонно под углом 22 к осевому основному направлению 3 (в данном случае также к средней оси). Угол 22 наклона передней поверхности 4 и угол 22 наклона концевой поверхности 5 не обязательно должны быть одинаковыми.

Как показано, кроме того, на фиг.1, предлагаемый в изобретении сотовый элемент 1 имеет вдоль осевого основного направления 3 наибольшую осевую протяженность 11 и наименьшую осевую протяженность 12. Дополнительной особенностью металлических слоев 7, образующих показанный на фиг.1 сотовый элемент 1, является наличие у них потокоотклоняющих профильных структур 23, которые отклоняют или перенаправляют поток ОГ внутри сотового элемента 1 из одного канала 2 в соседний с ним канал 2. Обычно вблизи потокоотклоняющих профильных структур 23 в металлических слоях 7 предусмотрены также отверстия, которые, однако, на фиг.1 не показаны. Потокоотклоняющие профильные структуры 23 в предлагаемом в изобретении сотовом элементе 1 могут, например, располагаться также таким образом, что они отклоняют ОГ из зоны, где расположены наиболее короткие в осевом направлении каналы, находящиеся ближе к кратчайшей осевой протяженности 12 сотового элемента, в сторону зон, где расположены каналы большей осевой длины, находящиеся ближе к наибольшей осевой протяженности 11 сотового элемента. Как описано ниже со ссылкой на последующие чертежи, такой сотовый элемент 1 может быть также выполнен в виде секции 9 и поэтому к данному сотовому элементу в равной степени относится и последующее описание.

Сотовый элемент 1 в показанных на фиг.2 и 3 вариантах его выполнения состоит из нескольких составляющих его секций 9, которые примыкают одна к другой своими расположенными по нормали к осевому основному направлению 3 (перпендикулярными) торцевыми поверхностями 10. В показанном на фиг.2 варианте одна из составляющих сотовый элемент секций 9, а именно та, которая не образует осевой концевой участок сотового элемента, а расположена по середине, имеет две перпендикулярные торцевые поверхности 10. Дополнительной особенностью этой секции 9 сотового элемента является наличие у нее потокоотклоняющих профильных структур 23. При подобной компоновке сотового элемента первая из последовательно расположенных в направлении потока ОГ составляющих его секций прежде всего может быть выполнена с наклонной передней поверхностью и с гидролизующим покрытием, средняя секция может быть выполнена с двумя перпендикулярными торцевыми поверхностями и образовывать катализатор селективного каталитического восстановления (СКВ-катализатор), а секция, образующая концевую поверхность сотового элемента, может быть выполнена в виде катализатора окисления (каталитического нейтрализатора окислительного типа). Средняя секция сотового элемента с двумя перпендикулярными торцевыми поверхностями прежде всего может также представлять собой трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и/или при необходимости может иметь локально разные покрытия. Составляющие сотовый элемент секции предпочтительно непосредственно соединять между собой, например, соединять сваркой между собой корпуса или корпусные детали отдельных составляющих сотовый элемент секций.

Как показано, кроме того, на фиг.3, каналы 2 отдельных составляющих сотовый элемент секций 9 могут также располагаться с (радиальным) смещением 24 друг относительно друга, обеспечивая тем самым образование зоны завихрения и перемешивания ОГ в месте перехода от одной секции сотового элемента к его следующей секции.

На фиг.4 показан предлагаемый в изобретении автомобиль 16 с ДВС 17 и системой 18 выпуска ОГ, которая оснащена расположенным в ее выпускном трубопроводе 19 предлагаемым в изобретении сотовым элементом 1. ОГ, образующиеся при работе ДВС 17, движутся от него по выпускному трубопроводу 19 в направлении 20 своего потока. ОГ при своем движении в направлении 20 их потока сначала набегают на переднюю поверхность 4 предлагаемого в изобретении сотового элемента 1. Затем после прохождения через предлагаемый в изобретении сотовый элемент 1 ОГ выходят из него через его концевую поверхность 5, которая может смачиваться восстановителем, подаваемым соответствующим устройством 21 его подачи. Такое устройство 21 подачи восстановителя имеет потокоотклоняющий элемент, создающий аэродинамическое сопротивление потоку ОГ. После этого ОГ проходят через каталитический нейтрализатор 28, который обычно может представлять собой СКВ-катализатор.

На фиг.5 показан участок 13 выпускного трубопровода с сотовым элементом 1. Такой участок выпускного трубопровода имеет ответвление 14 с направлением 15 его протяженности, ориентированным по нормали (перпендикулярно) к передней поверхности 4 предлагаемого в изобретении сотового элемента 1. Устройство 21 подачи восстановителя, которое расположено в этом ответвлении 14, может подавать восстановитель фронтально на переднюю поверхность 4, не создавая аэродинамического сопротивления потоку ОГ в выпускном трубопроводе 19, поскольку в данном случае у устройства 21 подачи восстановителя не требуется предусматривать потокоотклоняющий элемент. Очевидно, что с аэродинамической точки зрения возможна также "превернутая" компоновка, т.е. компоновка, при которой восстановитель подается на концевую поверхность 5 сотового элемента.

На фиг.6 сотовый элемент 1 показан в поперечном сечении. На этом чертеже прежде всего можно видеть, что сотовый элемент 1 состоит из нескольких пакетов, которые набраны из гладких металлических слоев 26 и гофрированных металлических слоев 27, образующих каналы 2, и которые в совместно скрученном в рулон виде расположены в корпусе 25.

В соответствии со сказанным выше в настоящем изобретении предлагается сотовый элемент для системы снижения токсичности ОГ. Подобные сотовые элементы можно использовать, например, в качестве носителей для обладающих каталитическим действием покрытий либо в качестве фильтров, адсорберов или смесителей в системе выпуска ОГ, образующихся при работе ДВС. Предлагаемый в изобретении сотовый элемент представляет собой таковой, имеющий каналы, осевое основное направление, плоскую переднюю поверхность, плоскую концевую поверхность и окружную боковую поверхность, расположенную параллельно осевому основному направлению, при этом передняя поверхность и/или концевая поверхность расположены/расположена наклонно к осевому основному направлению. Особое преимущество подобных сотовых элементов состоит прежде всего в возможности эффективной подачи восстановителя на их наклонную концевую или переднюю поверхность.

Изобретение относится к сотовому элементу для системы снижения токсичности отработавших газов (ОГ). Сущность изобретения: сотовый элемент (1) имеет каналы (2), осевое основное направление (3), плоскую переднюю поверхность (4), плоскую концевую поверхность (5) и окружную боковую поверхность (6), расположенную параллельно осевому основному направлению (3), наклонно к которому при этом расположена по меньшей мере передняя поверхность (4) или концевая поверхность (5), и выполненный из по меньшей мере двух составляющих его секций (9), каждая из которых имеет по меньшей мере одну плоскую и перпендикулярную осевому основному направлению (3) торцевую поверхность (10) и у которых эти их перпендикулярные торцевые поверхности (10) обращены друг к другу. Предложены способ изготовления сотового элемента, участок выпускного трубопровода, имеющий сотовый элемент, и автомобиль, содержащий систему (18) выпуска отработавших газов (ОГ), которая имеет выпускной трубопровод (19), имеющий сотовый элемент. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности подачи восстановителя. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сотовый элемент (1), имеющий каналы (2), осевое основное направление (3), плоскую переднюю поверхность (4), плоскую концевую поверхность (5) и окружную боковую поверхность (6), расположенную параллельно осевому основному направлению (3), наклонно к которому при этом расположена по меньшей мере передняя поверхность (4) или концевая поверхность (5), и выполненный из по меньшей мере двух составляющих его секций (9), каждая из которых имеет по меньшей мере одну плоскую и перпендикулярную осевому основному направлению (3) торцевую поверхность (10) и у которых эти их перпендикулярные торцевые поверхности (10) обращены друг к другу.

2. Сотовый элемент (1) по п.1, имеющий по меньшей мере один по меньшей мере частично гофрированный металлический слой (7), который образует стенки (8), ограничивающие каналы (2).

3. Сотовый элемент (1) по п.1, у которого каждая из по меньшей мере двух составляющих его секций (9) имеет каналы (2) и ограничивающие их стенки (8), при этом каналы (2) по меньшей мере двух этих секций (9) расположены вдоль осевого основного направления (3) в линию.

4. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, который имеет параллельно своему осевому основному направлению наибольшую осевую протяженность (11) и наименьшую осевую протяженность (12), которая много меньше наибольшей осевой протяженности (11).

5. Сотовый элемент (1) по п.1 или 2, у которого плоская передняя поверхность (4) и плоская концевая поверхность (5) расположены в основном параллельно друг другу.

6. Способ изготовления сотового элемента (1), заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий:
а) подготавливают исходный сотовый элемент, который имеет две перпендикулярные его осевому основному направлению торцевые поверхности (10),
б) исходный сотовый элемент разделяют по наклонной плоскости на две секции (9),
в) две указанные торцевые поверхности (10) располагают в обращенном друг к другу положении и
г) две секции (9) сотового элемента соединяют между собой.

7. Участок (13) выпускного трубопровода, имеющий сотовый элемент (1) по одному из пп.1-5 или сотовый элемент (1), изготовленный способом по п.6, и предусмотренное на нем по меньшей мере одно ответвление (14) с направлением (15) протяженности, которое расположено напротив наклонной передней поверхности (4) сотового элемента (1) или его наклонной концевой поверхности (5) и обращено соответственно к этой наклонной передней поверхности (4) или наклонной концевой поверхности (5).

8. Автомобиль (16) с двигателем (17) внутреннего сгорания и системой (18) выпуска отработавших газов (ОГ), которая имеет выпускной трубопровод (19) с основным направлением (20) прохождения по нему потока ОГ и по меньшей мере один сотовый элемент (1) по одному из пп.1-5 или сотовый элемент, изготовленный способом по п.6, и в которой имеется также устройство (21) подачи восстановителя, которое в основном направлении (20) потока ОГ расположено после сотового элемента (1) и подаваемый которым восстановитель попадает с задней стороны сотового элемента (1) на его наклонную переднюю поверхность (4) или его наклонную концевую поверхность (5).