專利名稱：小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)換器，其中，在裝在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的消音器殼內(nèi)置有用催化活性物質(zhì)涂層的蜂窩體。
鑒于日益增強(qiáng)的環(huán)保意識和許多國家日益嚴(yán)格的排放規(guī)范，強(qiáng)烈地要求不僅在汽車上而且也在小型發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行催化式排氣凈化。下文中小型發(fā)動(dòng)機(jī)指的是排量小于250ccm尤其小于50ccm的發(fā)動(dòng)機(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)主要使用在割車機(jī)、機(jī)動(dòng)鋸、輕便式發(fā)電設(shè)備、摩托車和其他類似的應(yīng)用場合。尤其對于機(jī)動(dòng)鋸、割車機(jī)和其他的園藝機(jī)具，操縱機(jī)具的人往往長時(shí)間直接處于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣區(qū)內(nèi)，因此催化排氣凈化就顯得十分重要。
由DE-OS3829668已經(jīng)列舉了一個(gè)用于二行程發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣消音器的例子，它在其內(nèi)部含有一個(gè)用于排氣凈化的催化轉(zhuǎn)換器。
由EP0470113B1已知一種金屬的催化劑載體，它特別適用于固定在消音器殼的隔板內(nèi)。
所介紹的這些用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)催化排氣凈化的裝置需要專門加工的蜂窩體，它的制造、涂催化層以及裝配需要比較多的工序才能完成，因此與小型發(fā)動(dòng)機(jī)本身及配屬的器具相比相當(dāng)昂貴。為了進(jìn)一步推廣小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化排氣凈化，有必要十分有效地降低此類排氣凈化裝置的成本。
因此本發(fā)明的目的是提供一種小型發(fā)動(dòng)機(jī)用的催化轉(zhuǎn)換器，它能非常廉價(jià)地生產(chǎn)，對已有的小型發(fā)動(dòng)機(jī)及其排氣裝置只要求盡可能少量的結(jié)構(gòu)改變，盡管如此，仍能從排氣中催化地消除大部分有害物質(zhì)。
為達(dá)到此目的采用按權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)換器，在權(quán)利要求11中說明了相應(yīng)的制造方法。在各從屬權(quán)利要求中說明了有利的設(shè)計(jì)。
催化轉(zhuǎn)換器通常含有蜂窩體，以便在排氣系統(tǒng)的部分容積內(nèi)提供用于催化反應(yīng)的足夠大的表面。這些蜂窩體主要用金屬薄板制造，其中，使至少金屬薄板的一部分按這樣的方式具有某種結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)化)，即，有效地產(chǎn)生允許流過排氣的通道。在最簡單的情況下采用交替的平的與波紋形薄板層。當(dāng)然對于本發(fā)明可考慮用各種結(jié)構(gòu)，所以也可以采用具有兩種不同波紋的薄板層或具有彼此交替傾斜排列的波紋的薄板層。在先有技術(shù)中，迄今通常將一個(gè)規(guī)定用于蜂窩體的部分容積盡可能均勻地用通道填滿，在這種情況下所有已知的制造方法均盡可能避免在將蜂窩體裝入排氣系統(tǒng)時(shí)一大部分通道變形或破壞。盡管蜂窩體偶然也在預(yù)緊力狀態(tài)下組合在套管或機(jī)殼內(nèi)，但是通常通道沒有或只有一小部分產(chǎn)生塑性變形。按本發(fā)明的方案對于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)換器不選擇這種途徑，以便十分有效地簡化生產(chǎn)。小型發(fā)動(dòng)機(jī)的消音器殼通常有一個(gè)比用于安置使排氣完全凈化的催化劑載體所必要的更大的容積。因此沒有最佳地利用存在的容積或使機(jī)殼最小化。為此人們可考慮通過塑性變形的通道來部分堵塞一部分容積，不會(huì)影響功能或排氣凈化。這就揭示了這種可能性，作為蜂窩體可簡單地使用由涂有催化活性物質(zhì)的涂層的薄板層經(jīng)層疊、卷繞或其他的折疊而成的堆垛組件，它在一大部分蜂窩例如10、20或至30％的蜂窩塑性變形的情況下擠壓在消音器殼內(nèi)，所以蜂窩體至少完全填滿消音器殼的部分容積。
如下面借助于最佳實(shí)施例所說明的那樣，此方法有許多加工技術(shù)方面的優(yōu)點(diǎn)，并導(dǎo)致一種簡單的經(jīng)久耐用的催化轉(zhuǎn)換器。
通常用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的消音器殼由兩個(gè)或多個(gè)分開的部分尤其是半殼以及隔板組成，它們借助于一種簡單的連接過程例如卷邊或焊接組合。這些殼體部分可在組合的同時(shí)用于蜂窩體成形，無需附加的工具。具有其容積比要填滿的消音器殼部分容積大的薄板層堆垛組件。在殼體組合時(shí)將其簡單地置于規(guī)定位置，并在殼體各部分組合時(shí)被擠壓至它的最終位置和形狀。即使通道的15至30％在這種情況下塑性和/或彈性變形，也就是在堆垛組件的側(cè)端和在外邊緣區(qū)，仍留有足夠的允許氣體流過的蜂窩，從而保證有效的催化凈化。
為避免蜂窩體在消音器殼內(nèi)沿氣流方向滑動(dòng)，在一種最佳實(shí)施形式中，堆垛組件的側(cè)端應(yīng)固定在殼體的壁上或壁內(nèi)。
為了簡化制造過程，重要之點(diǎn)還包括，薄板在置入消音器殼內(nèi)之前已經(jīng)用催化活性物質(zhì)涂層，為此或采用已涂層的薄板用于全部加工過程，或?qū)㈩A(yù)制的薄板層堆垛組件作為一個(gè)整體進(jìn)行涂層。
按本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)換器的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)在于，通道的明顯變形一部分是塑性的和一部分是彈性的，所以蜂窩體保持處于預(yù)緊狀態(tài)，預(yù)緊力防止在各種工作條件下尤其是受交變熱負(fù)荷時(shí)薄板層松動(dòng)。在按本發(fā)明制造的催化轉(zhuǎn)換器中，蜂窩體一般處于最大預(yù)緊力狀態(tài)，因?yàn)樗教幊鰪椥詷O限地變形。其結(jié)果是，即使隨著溫度上升使彈性下降，也仍能消除薄板層之間的相對運(yùn)動(dòng)。
在這里應(yīng)當(dāng)指出，也尤其可考慮將具有所謂橫向微結(jié)構(gòu)的薄板層用于本發(fā)明，這種微結(jié)構(gòu)在先有技術(shù)中是已知的。這些微結(jié)構(gòu)提高了催化反應(yīng)的效力，除此之外還促使薄板層互相夾緊，所以尤其在處于高彈性預(yù)緊力的狀態(tài)下甚至在最不利的條件下薄板層也不可能相對滑移。若并非所有薄板層而只是一部分通過其端部固定在消音器殼上，也是上述情況。
特別有利的是，要擠壓在消音器殼內(nèi)的堆垛組件，其原始形狀與要填滿的部分容積的形狀以及與在擠壓時(shí)各地區(qū)預(yù)期的變形度相匹配，當(dāng)然，在這種情況下堆垛組件的容積應(yīng)比要填滿的部分容積至少大5％，最好至少大10％。
因此堆垛組件的橫截面形狀可考慮各種形狀，尤其是矩形、梯形、橢圓形或在個(gè)別情況下也可采用不規(guī)則形狀。還應(yīng)指出，各薄板層若它們的端部在擠壓過程結(jié)束后仍應(yīng)伸展到殼體壁或接縫，則沿堆垛組件端部彎曲的薄板層端部應(yīng)比彎曲得不多的薄板層的長。
特別有利的是，在由至少兩部分組成的消音器殼的情況下，堆垛組件受擠壓的端部夾緊在這些部分之間的接縫中，以便蜂窩體總體固定。這既可以在由一塊塊薄板構(gòu)成的堆垛組件中，也可以在由一塊或多塊薄板卷繞、折疊或蛇曲狀敷設(shè)而成的堆垛組件中在端部擠合后實(shí)施。此外堆垛組件的端部可包括在迄今使用于組合消音器殼的技術(shù)內(nèi)，所以固定可例如通過卷邊、有焊縫的焊接或通過點(diǎn)焊來實(shí)現(xiàn)。尤其用卷邊時(shí)但也在通過焊縫連接時(shí)在薄板上的催化活性的涂層一般沒有影響，所以不需要附加的為了除去此涂層的工序。
下面借助于


本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)和實(shí)施例，但本發(fā)明不受所表示的實(shí)施例的限制。附圖表示圖1 通過一個(gè)具有示意表示催化轉(zhuǎn)換器安裝地點(diǎn)的消音器殼的縱剖面；圖2 消音器殼的各部分包括一堆垛組件在內(nèi)即將組裝時(shí)的橫截面；圖3 沿圖1中剖面線III-III通過組裝后的消音器殼的橫截面；以及圖4、5、6、7、及8 由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層構(gòu)成的堆垛組件不同形狀。
圖1在縱部面中示意表示用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的消音器殼3。排氣通過排氣進(jìn)口1到達(dá)消音器殼的下部3.2內(nèi)，再從那里通過隔板3.3中的孔到達(dá)消音器殼的上部3.1內(nèi)。排氣從這里流過蜂窩體4的通道7，然后到達(dá)排氣出口2。消音器殼的上部3.1和下部3.2以及隔板3.3在接縫3.4區(qū)域內(nèi)互相連接，例如通過卷邊或通過焊縫。
圖2在橫截面內(nèi)示意表示消音器殼的上部3.1、下部3.2、隔板3.3以及由薄板層5、6組成的堆垛組件8的拼合，其中用箭頭表示拼合的過程。在本實(shí)施例中，堆垛組件8由交替排列的一塊塊平的薄板層5與波紋形薄板層6構(gòu)成，它們共同形成許多允許流過排氣的通道7。薄板層5、6涂有催化活性物質(zhì)10的涂層。這種涂層可或在所有其余工序之前已經(jīng)在一個(gè)連續(xù)的過程中涂在薄板層5、6上，但也可以在堆垛組件8層疊后一起涂敷。
圖3在沿圖1中線III-III的橫截面內(nèi)表示了一個(gè)基本上完成組裝的帶有擠壓在里面的蜂窩體的消音器殼?？梢钥闯?，在圖2中表示為尚未變形的堆垛組件8的側(cè)端9現(xiàn)在已被擠合，此外，在蜂窩體邊緣區(qū)內(nèi)也有許多通道7.1發(fā)生塑性變形。盡管如此，尤其在蜂窩體的內(nèi)部區(qū)仍留有足夠的沒有塑性變形的通道，它們足以催化置換反應(yīng)通過它們流動(dòng)的排氣。然而這些通道7由于在整個(gè)蜂窩體上施加的擠壓力而存在明顯的彈性變形，所以整個(gè)蜂窩體處于大的預(yù)緊力狀態(tài)。薄板堆垛組件受擠壓的側(cè)端9被夾緊在消音器殼的上部3.1和隔板3.3之間，并可包括在消音器殼一般的連接技術(shù)內(nèi)。如圖3右側(cè)所示，這種連接技術(shù)可以是卷邊3.5。但也可以是圖3左側(cè)所示的焊接3.6，它將薄板層5、6、上部3.1、下部3.2以及隔板3.3的端部都包括在內(nèi)。
在圖4、5、6、7、和8中表示要組合在消音器殼3內(nèi)的蜂窩體4的不同原始形狀，作為選出的可能的總體形狀。圖4表示一種梯形的由平的薄板層5和波紋形薄板層6組成的薄板堆垛組件11，其中，在薄板堆垛組件11側(cè)端區(qū)9正好這些薄板層比較長，即它們的端部在組裝后到達(dá)接縫有較長的距離。因此保證實(shí)防上所有薄板層的端部都能可靠地固定住。圖5表示了蛇曲形的薄板堆垛組件12.1，其中，一塊波紋形薄板層6蛇曲狀地疊層，在各層之間各放一塊平的薄板5。圖6表示了一種類似的結(jié)構(gòu)，但那里只有唯一的一塊分段平的和成波紋形的薄板層疊為蛇曲狀的薄板堆垛組件12.2。圖7表示由平的薄板5和波紋薄板6組成的橢圓形薄板堆垛組件13作為起始堆垛組件。這樣一種堆垛組件可按傳統(tǒng)的方式通過壓平一個(gè)借助于圓柱形空腔卷繞的螺旋狀薄板堆垛獲得。
最后，圖8表示一種最佳實(shí)施形式，其中只有平的薄板層5才應(yīng)包含在接縫的連接內(nèi)。由于這個(gè)原因平的薄板層的端部根據(jù)它們到達(dá)接縫的距離伸出不同的長度。波紋形薄板層6較短，它們各自的長度與消音器殼的橫截面形狀相適應(yīng)并在體積上仍設(shè)計(jì)有一定的富裕量，以后通過塑性變形減少此多余的體積。為避免波紋形薄板層6在加工好的蜂窩體內(nèi)沿氣流方向滑移，平的薄板層5和波紋形薄板層6制有互相形狀相配地嚙合的結(jié)構(gòu)。為此，特別適用的是橫向于流動(dòng)方向延伸的微結(jié)構(gòu)，如由先有技術(shù)已知的那些微結(jié)構(gòu)那樣。
本發(fā)明采用經(jīng)濟(jì)的制造技術(shù)創(chuàng)造了這樣的可能性，即，即使在小型發(fā)動(dòng)機(jī)中也能在廣泛的基礎(chǔ)上應(yīng)用排氣催化劑，以保護(hù)環(huán)境和小型發(fā)動(dòng)機(jī)的操作人員。
權(quán)利要求
1.小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)換器，其中，在一裝在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的消音器殼(3)內(nèi)，一個(gè)由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層(5、6)組成具有排氣流動(dòng)通道(7)及用催化活性物質(zhì)(10)涂層的蜂窩體(4)按這樣的方式設(shè)置，即，小型發(fā)動(dòng)機(jī)的至少絕大部分排氣必須流過蜂窩體(4)，其特征為蜂窩體(4)是經(jīng)層疊、卷繞或折疊而成的薄板層的堆垛組件(8)，它在至少10％最好20至30％的通道(7)塑性變形的情況下擠壓在消音器殼(3)內(nèi)，所以蜂窩體完全填滿消音器殼(3)的至少部分容積。
2.按照權(quán)利要求1所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(8)的側(cè)端(9)固定在殼(3)的壁上或壁內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為薄板層(5、6)裝入消音器殼(3)之前用催化活性物質(zhì)(10)涂層。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為通道(7.1)的變形一部分是塑性的和一部分是彈性的，所以蜂窩體(4)保持處于預(yù)緊力狀態(tài)下，這種預(yù)緊力防止在各種工作條件下尤其受交變熱負(fù)荷時(shí)薄板層(4、5)松散開。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(8)有一個(gè)與要填滿的消音器殼(3)局部容積的形狀相匹配的原始形狀，當(dāng)然有至少超過5％最好至少超過10％的較大的體積。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(8)在裝入消音器殼(3)之前是矩形截面。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的催化轉(zhuǎn)化器，其特征為堆垛組件(8)在裝入消音器殼(3)之前是梯形截面。
8.按照權(quán)利要求1至6之一所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(8)在裝入消音器殼(3)之前是橢圓形截面。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(8；11；14)由一塊塊至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層(4、5)層疊而成，它們的端部被擠合(9)并固定在消音器殼(3)上，最好夾緊在消音器殼(3)兩個(gè)部分(3.1，3.3)之間的接縫(3.4)內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求1至8之一所述的催化轉(zhuǎn)換器，其特征為堆垛組件(11；12.1；12.2；13)由一塊或多塊至少局部結(jié)構(gòu)化的蛇曲狀鋪設(shè)或橢圓形卷繞的薄板(5、6)構(gòu)成，在這種情況下堆垛組件(11；12.1；12.2；13)的側(cè)端分別被擠合并固定在消音器殼(3)上，最好夾緊在消音器殼(3)兩個(gè)部分(3.1、3.3)之間的接縫(3.4)內(nèi)。
11.制造在小型發(fā)動(dòng)機(jī)消音器殼(3)內(nèi)的催化轉(zhuǎn)換器的方法，它有下列步驟-由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層(5、6)構(gòu)成一個(gè)堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)，它有用于流過排氣的通道(7)，-堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)在有至少15％最好20至30％的通道(7)塑性變形的條件下擠壓在消音器殼(3)的部分容積內(nèi)，在這種情況下此部分容積被完全填滿；-受擠壓的堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)的側(cè)端(9)固定在消音器殼(3)的壁上或壁內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征為薄板(5、6)在形成堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)之前或至少裝入消音器殼(3)中之前用催化活性物(10)涂層。
13.按照權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征為擠壓堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)通過組合消音器殼(3)的兩個(gè)或多個(gè)殼的部分(3.1、3.2、3.3)實(shí)現(xiàn)，堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)夾在這些部分之間。
14.按照權(quán)利要求11、12或13所述的方法，其特征為堆垛組件(8；11；12.1；12.2；13；14)制成略寬于消音器殼(3)，所以它的側(cè)端(9)在消音器殼(3)擠壓和組合后在一或兩側(cè)從殼(3)伸出，在那里可通過卷邊(3.5)或接縫技術(shù)的連接(3.6)包含在消音器殼各部分(3.1、3.2、3.3)的連接之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的催化轉(zhuǎn)換器和其制造方法。為了降低制造成本,在小型發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)裝在發(fā)動(dòng)機(jī)附近的消音器殼內(nèi),一個(gè)由至少局部結(jié)構(gòu)化的薄板層(5、6)組成具有排氣流動(dòng)通道(7)及用催化活性物質(zhì)涂層的蜂窩體按這樣的方式設(shè)置,即,小型發(fā)動(dòng)機(jī)的至少絕大部分排氣必須流過蜂窩體,在這種情況下,蜂窩體是一個(gè)薄板層(5、6)經(jīng)層疊、卷繞或折疊而成的堆垛組件,它在至少10%最好20至30%的通道(7)塑性變形的情況下擠壓在消音器殼(3.1、3.2、3.3)內(nèi),所以蜂窩體完全填滿消音器殼的至少部分容積。由于一部分通道(7)明顯的塑性變形,所以在其余蜂窩體內(nèi)也產(chǎn)生大的彈性變形,由于這種彈性變形,即使在交變熱負(fù)荷作用下仍能保證蜂窩體的穩(wěn)定性。
文檔編號B01J35/00GK1258336SQ97199558
公開日2000年6月28日 申請日期1997年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月8日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克, 沃爾夫?qū)っ?申請人:發(fā)射技術(shù)有限公司