CN1031554C - 带双套装置的催化转化器 - Google Patents

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Abstract

一种催化转化器的双套装置，特别是用汽油发动机的并且是高工作负荷的轿车的主催化转化器的双套装置。最好是将两个带内套管的金属蜂窝体放置在一个外套管内，内套管只在一端上固定连接到外套上，而其在内面的一端纵向可动并在滑配接合座上相向相对滑动。双套装置通过其间的空间起隔热作用。在蜂窝体与内套管之间的径向热应力因而降低了，同时轴向热膨胀由于存在滑配接合座而不会引起应力。

Description

带双套装置的催化转化器
本发明涉及一种带外套的催化转化器，具体涉及汽车用的带外套的催化转化器，这种催化转化器包括至少一个金属制的、废气可通过的、蜂窝状催化剂载体及一个支撑该载体的套管。
已知有很多种形式的金属催化剂载体，例如欧洲专利A-0245737描述的那种。这些催化剂载体可用薄钢板制成或用粉末冶金方法制造。控制由交变热负荷在这种装置中造成的机械应力对这种载体的耐用度具有特别重要的意义。这可以通过构形或通过一种特别形式的外套来实现。欧洲专利A-0212243描述了一种催化剂载体用的支撑装置，通过该支撑装置使催化剂载体能够不受应力地纵向伸展。这种装置只有一个套管，该套管带间距地同心地围绕住催化剂载体。
在许多结构形式的催化剂载体中，例如也在欧洲专利A-0245737描述的催化剂载体中，仍然不能摒弃用一个套管直接套住蜂窝体本体并支撑着蜂窝体的结构。
本发明的目的在于为催化转化器提供一种外套，这种外套结构简单、造价也较低廉，并且在用于容积大于1立升的大型催化剂载体时仍能经得住交变热负荷。
达到上述目的的解决方案在于，一个基于稳定性的考虑而设置的内套管被一个外套管大致同心地围绕住。两个套管之间的距离最好约为1至5毫米。内套管在一端上与外套管的端部固定连接，最好是以环形焊道焊接在一起。内套管的另一端可自由伸入外套管内并可在温度升高时不受阻挡地伸展。这种外套结构有如下的重要优点：
首先，由于内套管毋须承受内部压力，因此内套管可以做得比一般的套管薄得多，例如只有0.1-1毫米厚。由此，并由于外加的外套管起隔热的作用，内套管跟催化剂载体在一起热起来比较快，所达到的总体温度比不带外套的情况为高。这就降低了催化剂载体内部的热应力。此外，内套管没有暴露在外界影响之下，如溅水的影响，因此在材料选用时毋须考虑这些因素，例如可以选用最适合做这种内套管的铁素体材料。再者，由于内套管不再执行任何密封功能，因此也不需要由密蔽的金属薄板构成。可采用多孔金属薄板，既能大大地减轻重量，又可节约大量材料。开孔的型式、形状及大小可在很宽的范围内变化，但最好能采用开孔大小约为1厘米、开孔面积约为50％的金属薄板。
在本发明的实施例中，在内套管超出一定的轴向长度的情况下，将内套管附加支承在一个滑配接合座内是很有效的。由此就抑制了振动并避免了振动性断裂。
这样的一种滑配接合座可以例如通过在外套上的环形的或间断的内凹槽来形成。环形内凹槽同时提高外套的稳定性及抑制其发出的噪声，这在各种不同的应用场合下将会是有优点的。
在本发明的实施例中，外套管承受了装置的总体结构的密封职能、固定到汽车的排气装置上的职能和保护整个装置使其不受外部影响的职能，而内套管只用于保持催化剂载体本体的形状稳定和支撑催化剂载体本体。外套管最好能够用奥氏体材料制成。
如果在一个外套管内容纳两个催化剂载体，则上述外套装置特别有利。由于各种原因它是有意义的，例如高功率等级汽车用的主催化转化器的情况，对例如一个外径为10到15厘米的约3立升的给定容积，不装设一个单体的催化剂载体而设置两个或多个沿轴向相继设置的催化剂载体段是有利的。一方面，这样的催化剂载体段易于制造，另一方面，在这样的催化剂载体段之间的中间空间会形成废气旋流并从而提高了转化率。采用具有不同轴向长度的、配置有不同通道数量与/或不同的起催化作用的涂层的催化剂载体段也是很有效的。在本发明的实施例中还提供了一个好的结构，在一个外套管内设置两个催化剂载体段。两个催化剂载体段的内套管以其相应的一端固定连接到外套管的相应外端上，最好是焊接。两个内套管的可纵向自由伸展的内端最好能相对互相插套，第一内套管相应缩小，或相应扩大第二个内套管。这样就形成了一个滑配接合座。随着装置升温，相互插套愈来愈深，因此在任何工况下均能可靠地支撑着两个催化剂载体。还可以通过例如内凹槽作为在内、外套管之间的另外方案的或辅助的滑配接合座。
用上述的双套装置还能够简单地把整个催化转化器装置装到排气装置上，例如可把常规的连接件套到伸出的内套筒的端头上并与外套焊接起来。
附图以部分地示意的形式示出了本发明的实施例。
图1是由两个带双外套装置的催化剂段构成的催化转化器装置；
图2是图1的催化转化器装置的一个派生型，带有另一种端部结构并在外套管上附加了一个用以支承内部装置的内凹槽；
图3是图1的催化转化器装置的另一个派生型，外套由两部分构成以适应轴向长度较大的催化转化器装置；
图4是本发明在单体式催化转化器中的应用。
图1借助一个大容积催化转化器来示范本发明的原理，催化转化器由两个催化剂载体1、2组成。去掉其中一个催化剂载体并相应缩短外套管8的长度就得出了本发明在单体式催化转化器中应用的基本结构(见图4)。这也相应适用于图2和图3。
在图1中，催化转化器装置具有第一金属蜂窝体1和第二金属蜂窝体2，这两个蜂窝体分别被第一内套管3和第二内套管4包围着。两个内套管3、4的两端均突出金属蜂窝体1、2本体之外。其中，第一内套管3的内端突出端有一个缩颈6，该缩颈插进第二内套管4的内端项圈7的内部并在该处与后者一起构成一个滑配接合座5。在两个蜂窝体1、2之间是一个中空的混合腔14，废气在通过第一个金属蜂窝体1后可在这里再一次充分混合。第一内套管3的外端部有一环形外凸缘13，第二内套管4的外端部也有一环形外凸缘12。外套管8推过这两个外凸缘12、13而套在催化剂载体组合上并以环形焊道10、11固定在外凸缘12、13上。两个内套管3、4的外端均突出外套管8一些，使图中用虚线表示的连接件15可以容易地一直推入到外套管的止位上。因此，催化转化器装置可以毫无问题地连接到汽车的排气装置上，在一些情况下，焊道10、11甚至可用来同时把连接件15、内套管3、4和外套管8连接在一起。这里要补充说明的是，图1不是按比例的，而只是用来解说本发明的装置的原理性结构。特别须指出的是，内套管3、4可能比外套管8薄得多。此外，混合腔14的轴向长度比图中所示的要短得多。重要的是，缩颈6的长度要让套在其上的项圈7在两个内套管3、4受热膨胀时有足够的活动余地。蜂窝体1、2可能有不同的轴向长度和不同的每单位截面的通道数量。
如图2和图3所示有不同的连接内、外套的结构和不同的装置端部结构。此外，可以一个蜂窝体或两个蜂窝体都靠外套的内凹槽支承住。图2示出了两个带内套管23、24的金属蜂窝体21和22，这两个内套管跟图1所示的一样通过一个缩颈26和一个外伸的项圈27相对套插并形成一个滑配接合座25。在这个实施例中，外套28上有一个环形内凹槽20，其槽深相当于内套装置和外套装置之间的距离29。在轴向长度较大的催化转化器装置中，一个这样的内凹槽20能够防止蜂窝体21、22出现振动，同时又不限制蜂窝体的轴向运动自由度。降低了发出的噪声是其附带的优点。
图3示出了一种催化转化器装置，其外套管由两部分38a、38b组成，这两部份在38c处相互连接在一起。该连接部位38c可以是一个环形对接焊道，两个部分38a和38b也可相对套插，然后连接在一起。带有内套管33、34的金属蜂窝体装置31、32的布置跟图1和图2中的相同。在这种结构中，外套管有两个环形内凹槽30a、30b用于支承两个内套管33和34。两个内套管33和34的项圈36和37也是相对滑动，形成滑配接合座35。此外，图3还示出了双套装置端部区设计的两种不同结构。在左端，连接件43套到第一内套管33的突出端42上，可一直套入至碰到外套管38a的缩颈端。在右端，第二内套管34不突出外套管38b之外。连接件41可套到外套管38b的缩颈端40上并与其相连。有利的是，这样就可以没有焊道来损伤催化转化器的外层。装置端部的结构还可能有其它的变型，但这个结构总的来说应这样选用，使外套管和连接件完全地并紧密地包围住内套管。
为完整起见，图4示出了本发明的单体结构催化转化器的实施例。一个金属蜂窝体51以其内套管53的一端与一个外套管58固定连接，两个套管之间存在一个间隔59。内套管53的另一端由外套管58上的一个环形内凹槽50支承着并形成一个滑配接合座55，使带着内套管53的催化剂载体51相对于外套管58可纵向自由伸展。
上述带有双套装置的催化转化器适用于轿车的主催化转化器，特别适用于热工作负荷高的、功率等级高的大容积轿车。

Claims (24)

1.一种催化转化器，它包含有至少一个金属制的、废气可通过的、蜂窝状的催化剂载体，有至少一个具有第一与第二端部区域的内套管，该至少一个催化剂载体容纳在该至少一个内套管内；有一个大致同心地围绕着该至少一个内套管并具有第一与第二端部区域的外套管；该至少一个内套管的该第一端部区域固定地连接到该外套管的该第一端部区域上；该至少一个内套管可在该外套管内自由地纵向膨胀；
其特征在于，在该外套管的该第二端部区域设有滑配接合座，该至少一个内套管的第二端部区域支承在该滑配接合座上，所述滑配接合座是在该外套管上的一个连续的环形内凹槽。
2.一种催化转化器，它包含有至少一个金属制的、废气可通过的、蜂窝状的催化剂载体，有至少一个具有第一与第二端部区域的内套管，该至少一个催化剂载体容纳在该至少一个内套管内；有一个大致同心地围绕着该至少一个内套管并具有第一与第二端部区域的外套管；该至少一个内套管的该第一端部区域固定地连接到该外套管的该第一端部区域上；该至少一个内套管可在该外套管内自由地纵向膨胀；其特征在于，在该外套管的该第二端部区域设有滑配接合座，该至少一个内套管的第二端部区域支承在该滑配接合座上，所述滑配接合座是在该外套管上形成的间断的内凹槽。
3.按权利要求1或2所述的催化转化器，其特征在于，该外套管用奥氏体材料制成。
4.按权利要求1或2所述的催化转化器，其特征在于，该至少一个内套管用铁素体材料制成。
5.按权利要求1所述的催化转化器，其特征在于，该至少一个内套管在至少一些部份是多孔的。
6.按权利要求5所述的催化转化器，其特征在于，该至少一个内套管具有不打孔的端部区域。
7.一种催化转化器，它包含有至少一个金属制的、废气可通过的、蜂窝状的催化剂载体；有至少一个具有第一与第二端部区域的、容纳着该至少一个催化剂载体的内套管；有一个大致同心地围绕着该至少一个内套管并具有第一与第二端部区域的外套管；该至少一个内套管的该第一端部区域固定地连接到外套管的该第一端部区域上；该至少一个内套管可在外套管内自由地纵向膨胀；其特征在于所述催化转化器具有第一与第二内套管，每个内套管内容纳一个所述催化剂载体，该第一内套管的该第一端部区域跟该外套管的第一端部区域固定地连接，该第二内套管的该第一端部区域跟外套管的第二端部区域固定地连接，该第一内套管的第二端部区域跟第二内套管的第二端部区域成滑配接合座相互支承着，容纳在该第一与第二内套管内的催化剂载体设置成使该两催化剂载体的相向端面分离开以在其间形成一个空间以使废气形成湍流并补偿催化转化器各构件的纵向热膨胀。
8.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述第一与第二内套管的第二端部区域附加地支承在由形成在该外套管上的内凹槽所形成的滑配接合座上。
9.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述第一与第二内套管的第二端部区域可分别附加地支承在由形成在该外套管上的内凹槽所形成的滑配接合座上。
10.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，该外套管由两段连接构成。
11.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述第一与第二内套管用铁素体金属薄板制成。
12.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述第一与第二内套管用多孔金属薄板制成。
13.接权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述第一与第二内套管用铁素体多孔金属薄板制成。
14.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述的分别容纳在第一与第二内套管内的催化剂载体具有不同的轴向长度。
15.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述的分别容纳在第一与第二内套管内的催化剂载体在每单位横截面面积上具有不同数目的通道。
16.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述的分别容纳在第一与第二内套管内的催化剂载体具有不同的轴向长度和在每单位横截面面积上具有不同数目的通道。
17.按权利要求1所述的催化转化器，其特征在于还包括有套到该外套管的缩颈端上并与其相连的连接件。
18.按权利要求17所述的催化转化器，其特征在于，所述连接件通过对焊连接到该外套管上。
19.按权利要求17所述的催化转化器，其特征在于，一个所述连接件、所述外套管与所述至少一个内套管用单一的一条连续环形焊缝连接起来。
20.按权利要求1所述的催化转化器，其特征在于，该外套管与该至少一个内套管相离约1至5毫米的距离设置。
21.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于，所述外套管与所述内套管相离1至5毫米的距离设置。
22.按权利要求7所述的催化转化器，其特征在于还包括有套到该外套管的缩颈端上并与其相连的连接件。
23.按权利要求22所述的催化转化器，其特征在于，所述连接件通过对焊连接到该外套管上。
24.按权利要求22所述的催化转化器，其特征在于，一个所述连接件、所述外套管与一个所述内套管用单一的一条连续环形焊缝连接起来。
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