CN117545913A - 具有小空腔的用于排气后处理的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气后处理的设备(1)，该设备具有能沿着主通流方向通流的蜂窝体(2)、陶瓷垫(4)和容纳蜂窝体(2)的至少一个第一壳体(5、10)，陶瓷垫(4)布置在蜂窝体(2)与壳体(5、10)之间并且在周向方向上环形地围绕蜂窝体(2)，陶瓷垫(4)构造成使得在蜂窝体(2)与第一壳体(5、10)之间形成的空腔被陶瓷垫(4)完全填满。本发明还涉及一种用于制造设备的方法，在第二壳体(3)中容纳蜂窝体(2)，被容纳在第二壳体(3)中的蜂窝体(2)被陶瓷垫(4)在周向方向上环形地围绕，第二壳体(3)在面向气体入口侧(20)的端部区域处具有部段(22)，该部段的结构与第二壳体(3)的其余部分结构不同。

Description

具有小空腔的用于排气后处理的设备

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的排气后处理的设备，该设备具有能沿着主通流方向通流的蜂窝体、陶瓷垫和容纳蜂窝体的至少一个第一壳体/护套，其中，陶瓷垫布置在蜂窝体与壳体之间并且在周向方向上环形地围绕蜂窝体。本发明还涉及一种用于制造根据本发明的设备的方法，其中，在第二壳体(3)中容纳蜂窝体(2)，并且容纳在第二壳体(3)中的蜂窝体(2)被陶瓷垫(4)在周向方向上环形地围绕。

背景技术

用于对内燃机进行排气后处理的催化器的蜂窝体具有多个能沿着主通流方向通流的流体通道。蜂窝体、特别是由金属制成的蜂窝体由多个光滑的和/或至少部分结构化的金属箔形成，这些金属箔彼此堆叠并且卷绕成最终的蜂窝体。由金属箔形成的基体为了稳定和为了进行保护以防止机械干扰影响而被插入外壳中并且与该外壳持久地连接。

在最简单的情况下，外壳由管形成，该管被设计为用于将基体容纳在其内部。外壳的另一功能是确保蜂窝体的通流，特别是避免排气从蜂窝体旁边流过。

一方面必须将基体持久地固定在外壳中，同时外壳应尽可能构造得轻且因此具有薄壁。催化器的一些实施方式具有内壳体，内壳体直接容纳基体。然后内壳体通过合适的支撑部相对于外壳或外部套管支撑。

现有技术中的设备的缺点特别是在于，在催化器的各个元件之间、例如在内壳体与外壳体之间会产生气隙，该气隙在基体被涂覆催化活性材料时由该材料填充。由于在运行中的机械震动以及热影响，这种存在于气隙中的材料可能会分离，由此可能导致损坏和/或导致下游的用于排气后处理的组分的催化剂失活。此外，在内壳体与外壳体之间的空间中，如果流动的排气可接近该空间，则可产生对流流动，这显著地增强了内壳体与外壳体之间的热传递，并由此明显降低了实际期望的隔热效果，由此催化器失去温度，并因此失去有效性。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于排气后处理的设备，其基体能够可靠地容纳在外壳之内，并且同时减少或完全避免在各个部件之间产生气隙，以便避免涂覆材料不期望地分离。本发明还涉及一种用于制造根据本发明的设备的方法。

在设备方面的目的通过具有权利要求1的特征的设备来实现。

本发明的一个实施例涉及一种用于内燃机的排气后处理的设备，所述设备具有能沿着主通流方向通流的蜂窝体、陶瓷垫和容纳蜂窝体的至少一个第一壳体，其中，陶瓷垫布置在蜂窝体与壳体之间并且在周向方向上环形地围绕蜂窝体，其中，陶瓷垫构造成使得在蜂窝体与第一壳体之间形成的空腔被陶瓷垫完全填满，其中，蜂窝体容纳在第二壳体中，并且容纳在第二壳体中的蜂窝体被陶瓷垫在周向方向上环形地围绕，其中，第二壳体在面向气体入口侧的端部区域处具有一部段，该部段的结构与第二壳体的其余部分结构不同。

垫用于将蜂窝体固定在第一壳体中，该第一壳体典型地是设备的外壳体。陶瓷垫被设计为具有热绝缘特性，并因此明显减少了热量朝向外壳体的散发。陶瓷垫在周向方向上完全环绕地围绕蜂窝体布置，以便确保在蜂窝体与外壳体之间不产生气隙。陶瓷垫能够吸收机械应力并且必要时通过压缩部分地降低机械应力。这些机械应力特别可能由于在热影响下蜂窝体的基体的膨胀而产生。

陶瓷垫优选具有2mm至5mm的厚度并且除了所提到的强烈的热绝缘之外还具有电绝缘特性，这在蜂窝体是电加热的蜂窝体或者蜂窝体与电加热的蜂窝体以能导电的方式接触时特别是有利的。

这是特别有利的，因为通过第二壳体可以改进制造。

优选是内壳体并且布置在蜂窝体与陶瓷垫之间的第二壳体可以被施加径向分力并且因此有针对性地扩宽到预定的内横截面。这个过程也被称为内壳体的校准。以这种方式可以在内壳体与陶瓷垫之间产生一定的预应力，并且同时产生内壳体的有利于容纳蜂窝体的内横截面。

在气体入口侧处的部段特别通过环形区域形成，该环形区域从气体入口侧沿着蜂窝体的轴向延伸部延伸。该部段可以与第二壳体的其余部分例如在材料选择、材料厚度、材料孔隙度方面不同。特别地，引起热容量变化的结构可以被引入该部段中。

特别有利的是，第二壳体在该部段中具有开口，这些开口在周向方向上彼此间隔开地布置在气体入口侧处。开口例如可以由矩形的窗口形成，所述窗口彼此间隔开地布置。替代地，可以设置以可预定图案的形式布置的圆形的或椭圆形的孔。例如可以规定，孔的数量或大小沿着轴向延伸部改变。

也适宜的是，第二壳体的部段在气体入口侧处由与第二壳体的其余部分不同的材料形成，其中，该不同的材料具有显著降低的热容量。优选地，例如可以设置金属板网，金属板网在其结构中具有开口。也可以选择一种具有较低热容量的材料。

此外优选的是，第二壳体的部段与第二壳体的其余部分的孔隙度相比具有50％至90％的孔隙度。通过改变的孔隙度，特别是降低了第二壳体的热容，由此有利于加热蜂窝体的催化活性结构。

此外有利的是，陶瓷垫在气体入口侧处的部段中至少局部地直接暴露于在蜂窝体中流动的流体。

此外优选的是，当从气体入口侧观察时，第二壳体的所述部段具有20mm至50mm的轴向延伸长度。已证实：这样的轴向长度的延伸部是有利的，特别是在用于乘用汽车的排气后处理的设备中。

也有利的是，第二壳体明显比第一壳体薄，其中，优选地，第一壳体的厚度是第二壳体的4倍至20倍。这是有利的，因为热容因此降低到最小。

优选地，形成设备的外壳体的第一壳体具有2mm至5mm的厚度。这对于一方面气密地封闭该设备和另一方面产生足够的机械稳定性是必要的。作为在蜂窝体与陶瓷垫之间的内壳体的第二壳体优选具有0.1mm至0.55mm的厚度。内壳体应特别轻并且能用相对小的力扩宽或校准，从而可以形成用于容纳蜂窝体的合适的横截面。

一个优选的实施例的特征在于，第一壳体具有在径向方向上外翻的部段。这种外翻的区域是有利的，因为该区域从内部观察形成径向向外成型的、在周向上环绕的槽，陶瓷垫可以特别是以其径向延伸部的大部分或者甚至完全被容纳到该槽中。通过在轴向方向上对这种外翻进行限位，也可以实现陶瓷垫的附加固定并且因此实现蜂窝体的附加固定。

也优选的是，在径向方向上外翻的区域容纳陶瓷垫。这对于产生陶瓷垫的径向固定和在第一壳体或外壳体中的轴向固定都是特别有利的。

在方法方面的目的通过具有权利要求6的特征的方法来实现。

本发明的一个实施例涉及一种用于制造根据本发明的设备的方法，其中，将蜂窝体插入陶瓷垫中，其中，将具有所容纳的蜂窝体的陶瓷垫插入第一壳体中，其中，在第一壳体、陶瓷垫和/或蜂窝体上施加至少一个沿径向起作用的力。

通过施加在径向方向上起作用的力，各个部件能够被扩宽或被压缩。由此在任何情况下都能实现，在彼此相邻的部件之间的接触被加强。

沿径向起作用的力的施加可以用于所谓的校准。在此，将所述部件中的至少一个扩宽或者压缩到规定的程度。由此例如可以补偿各个部件的横截面中的差异并且实现部件相互之间紧密贴靠的配合。

此外有利的是，所述设备具有第二壳体，其中，第二壳体的外径小于或等于陶瓷垫的内径，其中，使第二壳体在被插入所述陶瓷垫中之后沿径向扩宽，由此使陶瓷垫在径向方向上被压缩和/或产生在径向方向上从陶瓷垫作用到第一壳体上的力。

在第一种布置中，将陶瓷垫插入形成外壳体的第一壳体中。然后将第二壳体、即内壳体插入陶瓷垫中。在此，内壳体的外径小于陶瓷垫的内径。随后从内部向内壳体上施加径向向外指向的力，由此使内壳体扩张到预先规定的程度。由此，也可以将一个分力作用到陶瓷垫上，由此该陶瓷垫被压缩。根据设计方案，也可以将一个分力作用到外壳体上。

然后，被以一定程度扩宽的内壳体可以容纳蜂窝体，随后将其与内壳体钎焊。通过扩宽确保了在内壳体、陶瓷垫和外壳体之间产生紧密贴靠的配合，并且在各个部件之间不形成气隙。因此不会产生这样的空腔，该空腔在随后用催化活性涂层涂覆蜂窝体的过程中可能会不期望地被涂层材料填充。

因此特别优选的是，没有涂层材料聚集在蜂窝体外部的空腔中，以防止该涂层材料在以后的运行中不期望地分离。因为涂层材料是催化活性的，所以它可以发生化学反应，由此特别是在与沿流动方向在后面的用于排气后处理的部件的其它涂层材料的相互作用中可能导致这些部件的损坏。在这种情况下这称为所谓的毒化，因为可能严重地损害后面的部件的排气后处理能力。

此外有利的是，蜂窝体在卷绕之后通过多个焊点固定以防止呈扇形散开，并且被插入陶瓷垫中，其中，陶瓷垫具有与被固定的蜂窝体的外径相同的内径，其中，将具有蜂窝体的陶瓷垫插入第一壳体中，第一壳体具有比陶瓷垫的外径大的内径，其中，在插入陶瓷垫之后从外部向第一壳体上施加径向力，由此减小第一壳体的直径。

一种替代的方法规定，例如利用焊接点将卷绕的蜂窝体固定在基体上。这防止基体的卷起或呈扇形散开。将蜂窝体插入陶瓷垫中，该陶瓷垫被设计为配合精确地用于容纳蜂窝体。然后，将由蜂窝体和陶瓷垫组成的组件插入外壳体中，外壳体具有比插入的组件大的内径。在此，外壳体可以选择性地具有向外指向的外翻部或者也可以构造为柱形。

随后在外壳体上施加径向向内指向的力，该力将外壳体压缩并且因此将外壳体压紧到陶瓷垫上。

也适宜的是，将径向力施加到第一壳体上，使得陶瓷垫在第一壳体中既在径向方向上又在轴向方向上被压缩。特别当外壳体具有向外指向的外翻部，且陶瓷垫和蜂窝体被插入该外翻部中时，可以有利地实现这一点。特别是，如果陶瓷垫与外壳体的从外翻的部段向不外翻的部段延伸的侧壁贴靠，则具有外翻的部段的外壳体也能够实现在轴向方向上简单地固定。

此外有利的是，将径向力施加到第一壳体的在径向方向上外翻的部段上。这是特别有利的，因为在该部段中布置有具有蜂窝体的陶瓷垫。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求和下面的附图说明中进行描述。

附图说明

下面根据实施例参照附图对本发明进行详细说明。图中：

图1示出示意性视图，包括被容纳在内壳体中的蜂窝体和被容纳在外壳体中的陶瓷垫，

图2示出相应于图1的示意图，其中，外壳体具有径向向外翻转的部段，

图3示出相应于图2的示意图，其中，在陶瓷垫与蜂窝体之间没有布置内壳体，和

图4示出穿过用作内壳体的第二壳体的透视截面图，该第二壳体在位于气体入口侧的部段中具有与第二壳体的其余部分不同的结构。

具体实施方式

图1示出用于排气后处理的设备1。设备1具有容纳在内壳体3中的蜂窝体2。蜂窝体2和内壳体3被容纳在陶瓷垫4中。陶瓷垫4又被容纳在外壳体5中，该外壳体可以形成从外部可见的壳体。

图1示出穿过蜂窝体2的中轴线的截面图。内壳体3、陶瓷垫4和外壳体5都是围绕柱形蜂窝体的环形元件。在替代的设计方案中也可以选择不同于圆形横截面的横截面形状。

在蜂窝体2的左边示出可电加热的蜂窝体的加热片6，该加热片通过支撑销7与蜂窝体2连接。加热片6可通过电气馈通装置/电接头8、9电接触。通过在加热片6上施加电流，该加热片可以在利用欧姆电阻的情况下被加热。加热片6可以沿通流方向支承在蜂窝体2之前或之后。

图1的外壳体5管状地构造并且具有沿着长度保持不变的横截面。优选地，内壳体3被施加径向向外指向的力，以便在径向方向上压缩陶瓷垫4并且在外壳体5上建立压力。由此可以将由蜂窝体2、内壳体3、陶瓷垫4组成的组件相对于外壳体5固定。附加地，可以规定，在插入蜂窝体2之后，外壳体5受到径向向内指向的力，以便压缩整个设备并且使各个部件相互固定。替代地或附加地，各个部件或所有部件可以通过钎焊方法或类似的方法彼此材料锁合地连接。

图2示出与图1类似的结构。因此，相同的元件设有相同的附图标记。与图1相反，外壳体10被这样设计，即，外壳体具有径向向外翻转的部段11。该外翻部11优选在周向方向上完全环绕地构造并且在外壳体10的内部形成用于陶瓷垫4的容纳区域12。

通过将径向向内指向的力施加到外壳体10上，陶瓷垫4可以在内部被固定。通过将陶瓷垫4布置在由外翻部11形成的容纳区域12之内，也可以将陶瓷垫附加地在设备1的轴向方向上固定。

图3示出图2的设备的一个替代的设计方案。与图2不同，在图3中没有设置内壳体3。在根据图3的实施方式中，被卷绕完毕的蜂窝体2借助多个焊点固定以防止呈扇形散开或卷起。

然后，将蜂窝体2插入陶瓷垫4中并且插入外壳体10的容纳区域12中。通过施加径向向内指向的力，使蜂窝体2连同陶瓷垫4被固定在外壳体10中。

通过在图1至图3的设备中施加径向力，可以实现紧密的挤压并且因此避免在各个部件之间形成气隙。因此，利用催化活性的表面涂层来涂覆蜂窝体不再导致涂覆材料沉积在气隙中。

图4示出内壳体3，内壳体具有从气体入口侧20沿着用附图标记B表示的长度沿着轴向方向延伸的部段22。内壳体3被插入外壳体5中，其中，外壳体5形成腔，陶瓷垫4被插入该腔中。

在图4的实施例中，部段2具有多个矩形的开口21。这些开口在周向方向上彼此间隔开地布置并且因此显著降低了第二壳体3在部段22中的热容。

在图4的作为根据本发明的主题的示例的实施例中，矩形的开口21具有沿着周向方向的宽度C，该宽度优选为30mm。开口21的轴向的延伸部在该实施例中为30mm。在周向方向上的距离D在该实施例中为5mm。在此，在气体入口侧20处限制第二壳体3的棱边与开口21之间的距离A优选为7mm。这里所示的示例包括10个开口。

可以设置与此不同的设计方案。图4的实施例示出一个可能的设计方案。

各个实施例的不同特征也可以相互组合。因此，具体而言，具有外翻部的外壳体可以与内壳体组合。

图1至图4的实施例不具有限制性特征，而是用于说明发明构思。

附图标记列表：

01 设备

02 蜂窝体

03 内壳体

04 陶瓷垫

05 外壳体

06 加热片

07 支撑销

08 电接头

09 电接头

10 外壳体

11 外翻部

12 容纳区域

20 气体入口侧

21 开口

22 部段

A气体入口侧到开口的距离

B 开口长度

C 开口宽度

D 开口距离

Claims (14)

1.一种用于内燃机的排气后处理的设备(1)，所述设备具有能沿着主通流方向从气体入口侧向气体出口侧通流的蜂窝体(2)、陶瓷垫(4)和容纳蜂窝体(2)的至少一个第一壳体(5、10)，其中，陶瓷垫(4)布置在蜂窝体(2)与壳体(5、10)之间并且在周向方向上环形地围绕蜂窝体(2)，其中，陶瓷垫(4)构造成使得在蜂窝体(2)与第一壳体(5、10)之间形成的空腔被陶瓷垫(4)完全填满，其中，蜂窝体(2)被容纳在第二壳体(3)中，并且容纳在第二壳体(3)中的蜂窝体(2)被陶瓷垫(4)在周向方向上环形地围绕，

其特征在于，

第二壳体(3)在面向气体入口侧(20)的端部区域处具有一部段(22)，该部段的结构与第二壳体(3)的其余部分结构不同。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，第二壳体(3)在所述部段(22)中具有开口(21)，这些开口在气体入口侧(20)处在周向方向上彼此间隔开地布置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，第二壳体(3)在气体入口侧(20)处的所述部段(22)由与第二壳体(3)的其余部分不同的材料形成，其中，该不同的材料具有显著降低的热容量。

4.根据权利要求3所述的设备(1)，其特征在于，第二壳体(3)的所述部段(22)的孔隙度是第二壳体(3)的其余部分的孔隙度的50％至90％。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，陶瓷垫(4)在气体入口侧(20)处的所述部段(22)中至少部分地直接暴露于在蜂窝体(2)中流动的流体。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，从气体入口侧(20)观察，第二壳体(3)的所述部段(22)具有20mm至50mm的轴向延伸长度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，第二壳体(3)明显比第一壳体(5、10)薄，其中，优选地，第一壳体(5、10)的厚度是第二壳体(3)的4倍至20倍。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，第一壳体(10)具有在径向方向上外翻的部段(11)。

9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，在径向方向上外翻的区域(12)容纳陶瓷垫(4)。

10.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)的方法，

其特征在于，

将蜂窝体(2)插入陶瓷垫(4)中，其中，将具有所容纳的蜂窝体(2)的陶瓷垫(4)插入第一壳体(5、10)中，其中，在第一壳体(5、10)、陶瓷垫(4)和/或蜂窝体(2)上施加至少一个沿径向起作用的力。

11.根据权利要求10所述的用于制造设备(1)的方法，其特征在于，所述设备(1)具有第二壳体(3)，其中第二壳体(3)的外径小于或等于陶瓷垫(4)的内径，其中，使第二壳体(3)在插入所述陶瓷垫(4)中之后沿径向扩宽，由此使陶瓷垫(4)在径向方向上被压缩和/或产生在径向方向上从陶瓷垫(4)作用到第一壳体(5、10)上的力。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，蜂窝体(2)在卷绕之后通过多个焊点固定以防止呈扇形散开，并且被插入陶瓷垫(4)中，其中陶瓷垫(4)的内径与被固定的蜂窝体(2)的外径相同，其中，将具有蜂窝体(2)的陶瓷垫(4)插入第一壳体(5、10)中，第一壳体的内径比陶瓷垫(4)的外径大，其中，在插入陶瓷垫(4)之后从外部向第一壳体(5、10)上施加径向力，由此减小第一壳体(5、10)的直径。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将径向力施加到第一壳体(5、10)上，使得陶瓷垫(4)在第一壳体(5、10)中既在径向方向上又在轴向方向上被压缩。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将径向力施加到第一壳体(10)的在径向方向上外翻的部段(11)上。