CN1170451A - 尤其用于汽车排气催化剂的双层壁式壳体 - Google Patents

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Abstract

尤其用于汽车排气催化剂的双层壁式壳体,它有一个内壳(1),一个间隔一定距离基本上同心地围绕着内壳(1)的外套(2),内壳(1)和外套(2)在两个端部互相紧密地贴靠,内壳(1)至少在两个端部(4、5)通过收缩外套(2)在压力下固定,以及,外套(2)制有朝内壳(1)方向的压痕(11)。制造这种壳体是通过,内壳(1)用金属板轧制成保留一个分缝(8)的圆柱形或圆锥形;外套(2)用金属板轧制成圆柱形或圆锥形,并通过接缝技术连接彼此相遇的边缘(6、7);将内壳(1)装在外套(2)内;以及,外套(2)在两端沿整个圆周向内塑性变形,所以内壳在压力下固定,其中,外套(2)事先或与此同时制造朝内壳(1)方向的压痕(11)。

Description

尤其用于汽车排气催 化剂的双层壁式壳体
本发明涉及一种双层壁式壳体，主要用于汽车的排气催化剂，其中含有用于可流过排气的金属催化剂载体。
催化剂载体已知有多种形式。金属催化剂载体的一个例子可见EP-A-0245737。催化剂载体可例如用金属板构成，或也可以通过粉末冶金制备。
这种催化剂载体装在一个壳体内。由于在这种机体内因热交变负荷产生机械应力，已经提出了一些建议，如何通过壳体的适当造型或通过壳体的特殊设计来降低这种机械应力。
由EP-B-0435936已知一种尤其用于汽车的排气催化剂双层壁式壳体。蜂窝状催化剂载体支承在内套管上，后者装在一个外套管中。此内套管可在外套管内沿纵向膨胀。通过一种滑动配合来保证此纵向的可膨胀性。
由DE-U7401002已知一种催化剂载体的壳体，它有一个外套和一个内壳。这种壳体用于安装陶瓷的催化剂载体。在内壳与催化剂载体之间，装有一个可压缩的海绵状隔热层。
为了遵守日益严格的环境保护法规，排气催化剂的冷起动特性和再起动特性也就显得越来越重要。壳体的隔热性能对于这一特性起重要作用，所以本文要在能经济地制造的同时寻找改善的途径。
因此，本发明的目的是，创造一种尤其用作催化剂外套的双层壁式壳体，这种壳体能易于制造和成本低，具有高的稳定性和有利的隔热特性。此壳体还应适用于排气系统其它的例如锥形区段，尤其是鉴于其隔热性能。
此目的通过具有权利要求1的特征的双层壁式壳体以及通过按权利要求16所述的制造这种双层壁式壳体的方法来达到。在各从属权利要求中说明了有利的设计，并在下面借助于附图所表示的实施例进行详细的介绍。
尤其用于汽车排气催化剂的双层壁式壳体有一个内壳和一个外套，外套间隔一定距离地基本上同心地围绕着内壳，内壳和外套在两端紧密地互相贴靠。在这种情况下，内壳至少在两个端部通过外套的收缩在压力下被固定住，以及，外套上制有朝内壳方向的压痕。这些压痕最好基本上均匀地沿壳体的长度和圆周分布，以获得一种均匀的机械稳定性。
内壳和外套用金属板制造，它们的总壁厚比迄今已知的壳体壁的厚度小。为了使壳体获得足够高的稳定性，外套制有朝内壳方向的压痕，它们最好对称地制  在外套上。这些压痕最好设计为，它们能给予壳体即沿径向以及又沿切向的高的稳定性。由此并通过在内壳和外套之间所形成的起内部隔热装置的中间腔，内壳管可以迅速地与催化剂载体一起加热，并共同达到一个比没有外套时更高的温度。由于这一特点降低了催化剂载体内部的热应力。此外，内壳不受任何外界影响，所以在材料选择方面允许有较大的范围。由于壳体的这些特性，内壳的壁厚也可以减小。
壳体的隔热性能还可以有目的地调整，只要使外套的部分压痕与内壳接触，或在外套与内壳上或两者之间设附加的隔热层或镀层。除热传导之外，对流也起重要作用，前者最好通过内壳和外套之间的间隙得到减少，后者则最好采用陶瓷的中间层来防止。但在高温时重要的还有热辐射，它可通过适宜的镀层来减小或反射。按本发明的壳体提供了这样的可能性，即，这些特点可以有目的地适应尤其在催化剂中所提出的要求。其结果是改善了这样一种催化剂的冷起动特性和再起动特性。
按本发明，外管由圆形或锥形地成形的最好是轧制金属板构成，彼此相遇的边缘通过接缝技术互相连接起来。术语“圆形轧制”还应理解为包括非圆形的横截面形状，其中例如可以涉及椭圆形或卵形。
按另一项有利的设想，内壳由圆形轧制金属板制成，并带有一条沿此内壳整个长度延伸的分缝，这种设计的优点是制造简单，因为内壳沿其周向看没有封闭，并因而必须加工的接缝少了一条。
制造按本发明的双层壁式壳体的方法包括下列步骤：
-内壳通过金属板变形最好是轧制，形成保留一个分缝的圆柱形或圆锥形的形状，
-外套通过金属板变形最好是轧制，形成圆柱形或圆锥形，以及通过接缝技术连接彼此相遇的边缘，
-将内壳装入外套内，
-外壳在其端区的两个端面处，通过沿整个圆周向内塑性变形，使内壳在压力下被固定，其中，外套事先或与此同时制造朝内壳方向的压痕。在这种情况下，在外套变形前，在内壳和外套之间安置隔热层。
在内壳管的外侧和/或在外套管的内侧，也可以设影响辐射特性的镀层，例如一个氧化层。然后，在以后的装配中，内壳管和外套管的端头在与一个相邻件连接前或连接时互相焊接起来。
本发明的其它优点和特征借助于一个最佳实施例，亦即排气催化剂加以说明。其中：
图1具有按本发明的双层壁式壳体的排气催化剂纵剖面；
图2a至2d示意表示这种壳体的制造过程。
图1借助于排气催化剂说明本发明的原理，它包含一个排气催化剂载体3。有关催化剂载体3可例如是由金属板制成的蜂窝体，它被一个内壳1所包围。内壳1在两端超出金属的催化剂载体3。内壳1被一个外套2同心地围绕。外套2具有与内壳1相应的长度。外套2的外端部4、5朝内壳1方向变形并贴靠在内壳1上，使内壳1受到压力。由图1可见，在以后的装配状态，外套和内壳1、2互相之间以及与排气系统的排气管9连接起来。连接通过焊接构成。在图1的右侧与另一根排气管的相应的连接没有表示。
在内壳1与外套2之间构成一个管状中间空腔10，它主要用作隔热装置。外套管制有压痕11，它们最好设计成环形的，并沿壳体的长度均匀分布。压痕11朝着内壳1的方向。在图中所表示的实施例的情况下，压痕11与内壳1不接触，所以在内壳与外套之间不形成任何附加的传热途径。如果需要，也可以将压痕制成直至贴靠在内壳1上。也还可以混合采用在内壳管上非接触的和接触的压痕。除此以外，可以在中间空腔10内设隔热层。此双层壁式壳体通过其特殊的结构具有高的机械稳定性。尤其是，压痕11给予此壳体具有强的抗径向变形的能力。因此，当内壳与外套的壁厚各有约0.5毫米以及中间空腔尺寸为0.3至2毫米时的壳体，它可获得壁厚约1.5毫米的单层壁式壳体的稳定性，但它的重量更轻和有更好的隔热性能。
图1所表示的壳体可按以下结合图2所作的说明制成。在这里只涉及一个实施例。其它的制造方法也是可能的，尤其是还可以类似地制造锥形机体，它们可有利地用作催化剂的进口锥或出口锥，因为它们减少在冷起动或再起动时的热损失。
一块基本上矩形的金属板轧制成一个圆柱形的外套1。此外套彼此相遇的边缘互相焊接13。另一块金属板基本上圆形轧制为内壳1。如图2所示，内壳有一条由对置的边缘6、7确定的分缝8。
如此制成的内壳和外套1、2互相插入，并在必要时置入隔热的中间层12。内壳最好安置成使它的分缝不直接在焊缝上。
已互相插入的内壳和外套接着最好在它们的端部变形，使壳体的横截面基本上与催化剂载体的外横截面相一致。在这种情况下，外套2沿其圆周塑性变形，所以它与内壳1接触并在压力下固定内壳，与此同时，此内壳至少产生弹性变形。在外套2上可以在事先或与此同时制造压痕11。如由图1和2可见，压痕最好设计成在外套2圆周上的环形凹槽。这些压痕应大体上沿壳体长度均匀分布。环形的凹槽给予壳体如同一个波纹管那样有一定的纵向弹性，以补尝内壳1和外套2之间的热应力。如果不需要这种效果，则也可以设其它类型的压痕，它们可给予外套沿要求的所有方向的附加稳定性。外套2和内壳1也可以用不同的材料制造，例如铁氧体和奥氏体，以优化总体特性。
为了有目的地影响导热特性，内壳1的外侧和/或外套2的内侧附加地设一种镀层，它降低通过辐射进行的传热，这种热辐射在排气催化剂中所具有的温度情况下已经起到了重要的作用。在这一方面可以考虑的尤其是氧化层或反射层。
本发明特别适用于汽车的排气催化剂，它能满足特别严格的环境保护法规，因为在冷起动和热起动时的起动性能可以得到改善。

Claims (20)

1.尤其用于汽车排气催化剂的双层壁式壳体，它有一个内壳(1)，一个间隔一定距离基本上同心地围绕着内壳(1)的外套(2)，内壳(1)和外套(2)在两个端部互相紧密地贴靠，其特征为：内壳(1)至少在两个端部(4、5)通过收缩外套(2)在压力下被固定；以及，外套(2)制有朝内壳(1)方向的压痕(11)。
2.按照权利要求1所述的双层壁式壳体，其特征为：压痕(11)沿圆周方向环形地制在外套(2)上，最好设计成内凹槽。
3.按照权利要求1或2所述的双层壁式壳体，其特征为：压痕(11)与内壳(1)不接触。
4.按照权利要求1或2所述的双层壁式壳体，其特征为：压痕(11)至少部分地接触内壳(1)。
5.按照权利要求1、2或3所述的双层壁式壳体，其特征为：在外套(2)与内壳(1)之间至少有一个隔热层(12)或镀层。
6.按照权利要求5所述的双层壁式壳体，其特征为：隔热镀层是一个影响辐射特性或反射特性的层(12)。
7.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：壳体有一个圆柱形内腔，它最好有装在其中的催化剂载体(3)。
8.按照权利要求1至6之一所述的双层壁式壳体，其特征为：壳体有一个锥形内腔，它最好有装在其中的催化剂载体。
9.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：外套(2)由轧制金属板制造，以及，彼此相遇的边缘通过接缝技术(13)互相连接。
10.按照权利要求9所述的双层壁式壳体，其特征为：边缘互相焊接(13)，尤其激光束焊接。
11.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：内壳(1)是一块有一个分缝(8)的、成形的、最好是圆形轧制或锥形轧制的金属板。
12.按照权利要求11所述的双层壁式壳体，其特征为：确定分缝(8)的内壳(1)的边缘(6，7)被外套(2)互相压靠在一起。
13.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：内壳管(2)的壁厚为0.3至1毫米，最好约0.5毫米。
14.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：外套管(2)的壁厚为0.3至1毫米，最好约0.5毫米。
15.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：内壳管(1)与外套管(2)之间的最大距离约0.3至4毫米，最好约0.5至1毫米。
16.按照前列诸权利要求之一所述的双层壁式壳体，其特征为：压痕(11)沿壳体的长度基本上均匀地分布。
17.制造一种尤其用于汽车排气催化剂的双层壁式壳体的方法，壳体有一个内壳(1)和一个间隔一定距离基本上同心地围绕着内壳(1)的外套(2)，内壳(1)和外套(2)在两个端部互相紧密地贴靠，其特征为：
-内壳(1)通过金属板变形最好是轧制，形成保留一个分缝(8)的圆柱形或圆锥形，
-外套(2)通过金属板变形最好是轧制，形成圆柱形或圆锥形，以及通过接缝技术连接彼此相遇的边缘(6、7)，
-内壳(1)装在外套(2)内，
-外套(2)在两端沿整个圆周向内塑性变形，所以内壳在压力下被固定，其中，外套(2)事先或与此同时制造朝内壳(1)方向的压痕(11)。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征为：在外套(2)变形前，在内壳(1)和外套(2)之间安置隔热层。
19.按照权利要求17或18所述的方法，其特征为：在内壳管(1)的外侧和/或在外套管(2)的内侧，设一个影响辐射特性的镀层，例如氧化层。
20.按照权利要求17至19之一所述的方法，其特征为：内壳管(1)和外套管(2)的端头在与一个相邻件(9)连接前或连接时互相焊接起来。
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