专利名称：消音器外壳和配属的带支架的催化剂载体以及制造催化剂载体的方法
技术领域：
本发明涉及一种尤其小型发动机消音器外壳和配属的用于净化排气的金属催化剂载体。此外本发明还涉及一种制造此催化剂载体的方法。
已知用于净化排气的催化剂载体，它们有支架。在FR 2444793中介绍了一种载体，其中金属夹紧带用于固定催化剂载体板叠的位置。但此夹紧带没有规定与排气管外壳固定在一起，确切地说，就排气管外壳而言，必须在一个附加的为此需要另外的专用加工设备的工序中，在催化剂载体的外周边上沿周边一些区段成形，以保证载体密封地固定在排气管外壳中。
在DE 3829668中介绍了一种用于二冲程发动机带有催化剂载体安装座的排气消音器，其中，安装座借助于两块成型板构成一个排气腔。一方面此催化剂载体按已知的方式有一套管，这些板相应地支承和固定在套管上，与此同时板按这样的方式固定在设有套管的催化剂载体上，即催化剂载体作为一个整体背对着支承区但没有贯穿支承区。另一方面成型板还包括部分排气端管，所以加工这种复杂的成型板成本很高，看来尤其不特别适用于小型发动机的催化转换器。
在US 4795615中介绍了一种催化剂载体，其中设有在排气管系统内固定位置用的外套夹紧带。虽然外套夹紧带保证在排气管外壳内的位置固定，然而此催化剂载体必须有其他的装置，以便能在直到安装在排气管外壳内的运输过程中保持其形状稳定。
在EP 0470113中介绍了一种催化剂载体，它有一套管，因此它能形状稳定地运输至在排气管系统中的安装地点，其中，套管有一环形凸起，其上可固定一支板。此支板用来将由支板、套管和催化剂载体组成的组件进一步固定在排气管外壳内。
除此之外，在DE 2746475中还介绍了一种催化剂载体，其中一条夹紧带围绕着载体布设，它的互相搭接端固定在排气管外壳的内周边上。尽管这种夹紧带使得载体有可能单独运输到安装地点，但是这种方式难以保证在机械上稳定地包括防止振动地固定在排气管外壳内，因为夹紧带会产生热膨胀，因此不可能在其全部周边与排气管外壳连接。
本发明的目的在于创造一种催化剂载体和它的制造方法，这种催化剂载体可以形状稳定地运输，不需要套管，能经济地生产以及能方便地适配和安装在排气管外壳内。还应创造一种用于安装这种催化剂载体的相应的消音器外壳。
此目的借助于按权利要求1的金属催化剂载体和借助于按权利要求10的方法以及借助于按权利要求12的消音器外壳达到。
在各从属权利要求中提供了按本发明的合乎目的的进一步发展和设计。
按本发明的金属催化剂载体用于净化尤其小型发动机的排气，它有一纵向轴线以及在其内部有许多流动途径，此催化剂载体规定安装在一排气管外壳内。载体有一个其中带孔的支架，支架在孔的区域内围绕着载体的部分外表面，尤其是基本上包围了整个周边，并直接固定在催化剂载体上，支架可固定在排气管外壳内并与催化剂载体接合在一起保持形状稳定和/或基本上独立支承。
按本发明的一种最佳设计，排气管外壳有一个用于要净化的排气流的流入腔和一个用于已净化排气流的流出腔，这两个腔通过催化剂载体彼此连通，支架与此排气管外壳可按这种方式连接，即，使载体的第一部分面朝着流入腔，而载体的第二部分则面朝着与流入腔密封地隔开的流出腔。载体的第一和第二部分最好设计成长度大体相等。不过，根据催化剂载体在排气管外壳内的安装条件，尤其在排气管外壳是一个消音器外壳时，可能需要作与此不同的长度分配。通过将支架直接固定在载体上，支架便直接保证了一旦制成的催化剂载体的形状稳定性。对于由至少局部结构化的薄板层通过层叠、卷绕或缠结成蜂窝板叠的金属蜂窝体通常的形状而言，若不采取预防措施防止此组件重新松开，那么这种形状没有足够的稳定性。若支架套在一旦已完成的组件上，便由此保证了它的形状稳定性，所以催化剂载体可以与直接装在它上面的支架一起运输，无需借助于套管或辅助设施来达到这种形状稳定性。
此外支架设计为与排气管外壳的内部形状相对应，因而它可以直接固定在排气管外壳里面。这种固定设计为，将排气管外壳工作可靠地基本上密封地再分割为一个要净化的排气流进入的流入腔和一个已净化的排气流从催化剂载体流出的流出腔。由此成功创造了一种非常经济的构件，它除了对于排气管外壳的各种几何形状有高度灵活和适应的能力外，还有一个决定性的优点，亦即可以装入各种结构类型的催化剂载体。例如可以没有任何问题地采用径向式催化转换器、轴向式催化转换器，亦即基本上可沿径向或沿轴向贯流的蜂窝体，以及也可以采用所谓对角式催化转换器。对角式催化转换器应理解为，这种催化器在催化剂载体内有一些流动途径，它们既有沿径向的也有沿轴向的分量。
按本发明的一种最佳实施例，支架设计为板状。在最佳实施形式中支架设计为一块基本上平的板。采用平板是特别有利的，因为在平板上能容易地制造一个与催化剂载体形状相配的孔，并还能方便地与排气管外壳的内部形状相配。
按另一种最佳实施例，支架有一个大体椭圆形的用于在其中倾斜地安装横截面圆形的催化剂载体的孔。通过将载体倾斜地布置在支架内，形状稳定地固定了真正的催化剂载体圆周的一个更大的范围。此外还有可能方便地适应给定的空间条件。
按另一种最佳实施例，支架的孔在其边缘处有凸缘。此凸缘可借助于已知的制造方法，例如型模拉伸法，在加工孔的同时制成。凸缘主要用于改善固定和保证真正的催化剂载体有更好的形状稳定性。将凸缘焊接在催化剂载体上比焊在无凸缘的孔中更方便。
在椭圆形孔的情况下若此边缘在窄侧折边是特别有利的，所以倾斜地装入的催化剂载体两侧贴靠在折边上。
通过设一支架，作为催化剂载体允许优先采用轴向结构方式的蜂窝体结构，或以同样优先的方式采用径向结构方式的蜂窝体结构。
按本发明的另一方面成功创造了一种制造准备好安装在排气管外壳内的催化剂载体的方法，按此方法，将此由至少局部结构化的薄板层卷绕或叠置或缠结后的催化剂载体从用于制造真正的催化剂载体的工艺装备直接插入制在支架中的孔内并在那里固定，尤其是焊接或刚性连接。
孔最好设计为使催化剂载体的纵轴线相对于一个标志支架延伸面的基本上垂直的方向倾斜，在这种情况下支架在孔区密封地和绕全部周边直接固定在催化剂载体的外表面上。这意味着真正的催化剂载体没有任何套管。因此，按此方法制造的设有支架的催化剂载体可以单独运输，以及支架相应的外部造型可以装入任何形状的排气管外壳内并按这样的方式固定在此排气管外壳上或内，即使此支架成为一块挡板，它将排气管外壳分为一个用于要净化的排气的流入腔和一个用于已净化排气的流出腔。
按本发明的一个方面，真正的催化剂载体仅仅尤其由至少在部分区已有陶瓷和/或催化活性物质涂层的薄板层卷绕、层叠或缠结而成，许多互相重叠的层它们的接触部位没有钎焊。取决于支架在薄板层上的固定方式，可能要求在连接部位不加涂层或将在那里的涂层重新除去。可取的是也可以只在部分薄板层上涂催化活性物质，以便将排气成分放热反应引起的热负荷限制在有限范围内。
按另一种实施例，催化剂载体用网形钢的薄板层制成。
此外，催化剂载体最好用薄片叠卷绕或堆叠而成，所以此薄片叠可被置于任意一种形状，这种形状允许根据既有的结构条件将真正的催化剂载体装入现有的排气管外壳内。催化剂载体最好由一个有波纹结构的薄片通过随意地置入一个具有与真正的催化剂载体的外形一致的内部尺寸和内部形状的腔内获得。有这种波纹结构的薄片是所谓通过相应的进口被“射入”这种腔内的，所以形成了一种无序地层叠的催化剂载体。支架最好作为隔板装在排气管外壳内，并在那里与外壳壁密封地粘结、焊接、或借助其边缘卷包在环形的外壳棱边上，从而构成两个经由催化剂载体互相连通的腔，按此方式尤其可以构成一种按本发明的具有倾斜安装的催化剂载体的消音器外壳。
下面借助附图表示的实施例详细说明本发明的其他优点、特征和应用的可能性。其中
图1 无套管有支架的催化剂载体；图2 有支架的催化剂载体在排气管外壳内的基本布局；以及图3 有支架的催化剂载体装入一个按本发明一种实施例的消音器外壳内。
图1表示了按本发明的催化剂载体1，它通过支架3固定在一个制在支架内的有倾斜纵轴线2的孔4中。支架3设计为平的并有矩形的形状，这种形状规定用于安装在一个基本上设计为矩形的排气管外壳6内。为了使横截面圆形的催化剂载体1能倾斜地固定在支架3内，支架3内的孔4制成椭圆形。为了改善支架3孔4的内圆周与催化剂载体1外圆周的固定，孔4的圆周可设有折边5。因此，催化剂载体1与支架3构成了一个组件，它可以运输并保证在催化剂载体1完成卷绕、层叠和/或缠结后使催化剂载体保持其形状，以及不会非故意地自动重新松开，或从紧凑的形状回弹为一种不紧凑的松散的形状。
催化剂载体在支架3内这种倾斜布局的优点为，可将排气管外壳6的高度设计得比催化剂载体1垂直安装时低。此外，催化剂载体1的棱边可以支承在外壳上部7和/或外壳下部8上，从而可减小系统的振动趋势和使组装更容易进行。
图2表示按本发明的催化剂载体1在排气管外壳内的基本布局。此排气管外壳6包括一个包围流入腔10和排气进口9通入其中的外壳上部7，以及包括一个包围流出腔11和已净化的排气从那里通过排气出口流出的外壳下部8。催化剂载体1固定在形式上为一块平板的支架3内，支架的外尺寸与由外壳上部7与外壳下部8构成的排气管外壳6的内部尺寸相配。在这里支架3既在孔4内与催化剂载体1牢固地并基本上密封地连接，又牢固和基本上密封地连接在排气管外壳6的内侧上，所以支架3起流入腔10与流出腔11之间隔板的作用。排气流在排气管外壳内多次转向，由此还可达到良好地消音。
由于催化剂载体1倾斜地布置在排气管外壳6内，所以保证对于流入催化剂载体1内的排气流有比较大的外部流入面积。
图3表示没有套管的催化剂载体1是如何按本发明设置一个矩形的和基本上设计为平的支架3的。在这里，支架3的外形设计为，使构成排气管外壳6并有环形折边的外壳半部7、8能在它们的折边之间将板沿周边与外壳通过相应的卷边过程、焊接过程或类似的已知连接过程连接成一个统一的排气管外壳6。这样一来，如图3所示，催化剂载体1以倾斜的纵轴线2牢固地装在排气管外壳6的内部。在这种情况下排气流经排气进口9进入流入腔10，流入腔由外壳上部7和支架3构成。在流过并因而在催化剂载体1内完成净化后，已净化的排气流经流出腔11从排气管外壳6通过排气出口12流出。
因此采用按本发明的有支架3的催化剂载体1，成功地创造了一种可与各种安装条件匹配、可经济地生产的尤其用于小型发动机的催化转换器。它尤其可由预先涂层的薄板层构成和可以在没有附加的构件和没有套管的情况下运输，所以催化剂载体的生产及它在消音器内的安装可以在不同的地点进行，无需附加的工序或运输保险装置。
权利要求
1.用于净化尤其小型发动机排气的金属催化剂载体(1)有一纵轴线(2)和在其内部有许多流动途径(14)，它适合于安装在排气管外壳(6)内，其中，此催化剂载体(1)固持在至少一个有孔(4)的支架(3)内，支架(3)只围绕着催化剂载体(1)外表面的一部分并直接固定在催化剂载体(1)上，以及，支架(3)可固定在排气管外壳(6)内并与催化剂载体(1)接合在一起保持其形状稳定和/或基本上独立支承。
2.按照权利要求1所述的金属催化剂载体(1)，其中，排气管外壳(6)尤其是消音器外壳有一个要净化的排气的流入腔(10)和一个已净化的排气的流出腔(11)，以及，支架(3)与排气管外壳(6)可按这种方式连接，即，使催化剂载体(1)的第一部分面朝流入腔(10)，而催化剂载体(1)的第二部分面朝基本上与流入腔密封地隔开的流出腔(11)，所以排气可通过催化剂载体(1)从流入腔(10)流入流出腔(11)。
3.按照权利要求1或2所述的金属催化剂载体(1)，其中，支架(3)基本上设计为板状。
4.按照权利要求1、2或3所述的金属催化剂载体(1)，其中，支架(3)是一块基本上平的板，催化剂载体(1)从板的两侧伸出基本上相同的长度。
5.按照权利要求1至4之一所述的金属催化剂载体(1)，其中，支架(3)的孔(4)设计为椭圆形，以便在孔中倾斜地安装横截面圆形的催化剂载体(1)。
6.按照前列诸权利要求之一所述的金属催化剂载体(1)，其中，支架(3)的孔(4)在其边缘的至少局部区内有凸缘(5)，用于固定催化剂载体(1)。
7.按照权利要求5所述的金属催化剂载体(1)，其中，椭圆形孔(17)在其窄侧各有一折边的局部区(5)，这两个局部区最好向支架(3)的不同侧按钝角折边，并设计为使它们贴靠在倾斜地装入的催化剂载体(1)上。
8.按照权利要求1至7之一所述的金属催化剂载体(1)，它设计为可沿轴向贯流的蜂窝体。
9.按照前列诸权利要求之一所述的金属催化剂载体(1)，基本上由至少局部具有某种结构的薄板层(15)构成，薄板层卷绕、层叠和/或互相缠结，所以它们形成了可流过排气的通道(14)，其中，薄板层(15)最好在卷绕、层叠或缠结前至少在局部区有催化活性物质涂层。
10.制造一种具有按照权利要求1至9之一所述特征的准备好安装在排气管外壳(6)中的催化剂载体(1)的方法，按此方法，在工艺装备中真正的催化剂载体(1)最终制成后，将此催化剂载体从工艺装备直接插入支架(3)的孔(4)中，以及此支架(3)直接在孔(4)的区域内固定在没有套管的催化剂载体(1)外表面上，最好焊接(13)或刚性连接。
11.按照权利要求10所述的方法，按此方法，催化剂载体(1)由用陶瓷材料和/或催化活性物质涂层的至少局部结构化的薄板层(15)层叠、卷绕和/或缠结在工艺装备中。
12.小型发动机排气系统的消音器外壳(6)有一个流入腔(10)和一个流出腔(11)，它们用隔板(3)互相分开，其中，隔板(3)设计作为金属催化剂载体(1)的支架(3)，其特征在于，催化剂载体(1)倾斜地安装在隔板(3)内。
13.按照权利要求12所述的消音器外壳，其中，隔板(1)有一椭圆形孔(4)，它在其窄侧区内有弯折的边缘(5)，边缘(5)与催化剂载体(1)按接缝技术直接连接，尤其是焊接(13)。
14.按照权利要求12或13所述的消音器外壳(6)，其中，催化剂载体(1)安装成使排气在消音器外壳(6)内多次转向。
15.按照权利要求12至14之一所述的消音器外壳(6)，其中，催化剂载体(1)一端或两端支承在消音器外壳(6)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于净化尤其小型发动机排气的金属催化剂载体(1),以及涉及一种制造这种最好装在消音器外壳(6)内的催化剂载体的方法。催化剂载体(1)有许多内部流动途径(14),以及它装在排气管(6)内。催化剂载体(1)有一个带孔(4)的支架(3)。支架(3)通过孔(4)至少围绕着催化剂载体(1)外表面的一部分并直接固定在催化剂载体上,所以催化剂载体(1)保持形状稳定并可以被运输。按照本发明,支架(3)可以连接在排气管外壳(6)上,排气管外壳构成一个流入腔(10)和一个流出腔(11),支架(3)密封地将这两个腔彼此隔开。采用这种支架(3),催化剂载体(1)可以不需要套管,以及该催化剂载体可直接和方便地装入消音器外壳(6)内。
文档编号F01N1/00GK1261422SQ98805544
公开日2000年7月26日 申请日期1998年5月20日 优先权日1997年5月27日
发明者罗尔夫·布吕克, 曼弗雷德·维尔克特, 约翰·泽赫特纳 申请人:发射技术有限公司