DE602004003975T2 - CONVERTER FOR EXHAUST GASES FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen Konverter für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Vorrichtung, die für die Oxidation der Abgase dieser Motoren verwendet werden kann.The The invention relates to a converter for internal combustion engines and in particular a device for the oxidation of the exhaust gases of these engines can be used.

Es ist bekannt, dass die Abgase von Verbrennungsmotoren nicht vollständig oxidierte Gase wie CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten, wobei diese Gase eine Ursache für die Umweltverschmutzung sind und aktuelle Vorschriften die Verwendung von Systemen zur Beseitigung dieser Emissionen, die zur Vervollständigung der Verbrennung dieser Gase nach dem Motor angeordnet sind, beispielsweise durch Konverter, verlangen.It It is known that the exhaust gases of internal combustion engines did not completely oxidize Contain gases such as CO and unburned hydrocarbons, wherein These gases are a cause for Pollution and current regulations are the use of systems for eliminating these emissions, which are to be completed the combustion of these gases are arranged after the engine, for example through converter, demand.

Im US-Patent 5 294 411 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen offenbart, die eine wie eine Spirale aufgewickelte Honigwabenstruktur umfasst, die eine katalytisch aktive kontinuierliche Oberfläche auf einem keramischen oder metallischen Substrat besitzt und in welcher der Strom der Abgase linearen Wegen folgt, fließend durch eine Vielzahl von von der Struktur selbst gebildeten Kanälen, alle parallel zueinander und zu dieser Strömungsrichtung. Eine Vorrichtung dieser Art hat im Wesentlichen zwei Probleme: Zunächst ist die für den Kontakt mit den Gasen zur Verfügung stehende Gesamtfläche, die der Abwicklung der Spiralstruktur entspricht, nicht besonders groß, und das Verhältnis von Volumen der Vorrichtung zu der geometrischen Oberfläche, auf welcher der Katalysator ausgebreitet ist, ist nicht vorteilhaft; und zweitens ist die streng lineare Geometrie der Kanäle derart, dass der Gasstrom durch die Struktur vorwiegend laminar ist, was keine optimale Ausnutzung des Katalysators erlaubt.in the U.S. Patent 5,294,411 is an apparatus for treating exhaust gases discloses a honeycomb structure wound up like a spiral includes a catalytically active continuous surface has a ceramic or metallic substrate and in which the flow of exhaust gases follows linear paths, flowing through a multitude of channels formed by the structure itself, all parallel to each other and to this flow direction. A device of this type has essentially two problems: first is the for the total area available for contact with the gases, the the development of the spiral structure corresponds, not particularly large, and the relationship from volume of the device to the geometric surface on which the catalyst is spread is not advantageous; and secondly is the strictly linear geometry of the channels such that the gas flow Due to the structure is predominantly laminar, which is not optimal utilization of the catalyst allowed.

In der Patentanmeldung WO 97/02092 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen offenbart, die aus einem perforierten Metallblech oder einem Metallgitter erhalten wird, auf welchem eine vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder Zirconiumdioxid hergestellte poröse keramische Schicht aufgebracht wurde, die anschließend mit einer Lösung oder Suspension eines Katalysatorvorläufers imprägniert worden ist. Auch in diesem Fall ist jedoch die zur Verfügung stehende katalytische Oberfläche nicht sehr groß, weshalb der Umwandlungswirkungsgrad begrenzt ist. Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Konverter für Abgase bereitzustellen, der frei von diesen Nachteilen ist.In Patent Application WO 97/02092 is an apparatus for treatment disclosed by exhaust gases, which consist of a perforated sheet metal or a metal grid is obtained, on which a preferably made of alumina or zirconia porous ceramic Layer was applied, then with a solution or Suspension of a catalyst precursor waterproof has been. Also in this case, however, is the available catalytic surface not very large, therefore the conversion efficiency is limited. That's why The invention is based on the object, a converter for exhaust gases to provide that is free of these disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch einen Konverter für die Abgase von Verbrennungsmotoren gelöst, welcher ein Gehäuse umfasst, das mit mindestens einer Einlassöffnung für die umzuwandelnden Abgase und mit mindestens einer Auslassöffnung für die umgewandelten Gase versehen ist und ein Umwandlungssystem enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungssystem eine Vielzahl von Platten aus Fasern umfasst, die einen Metallkern, der mit einer Schicht aus Oxiden überzogen ist, auf welcher katalytisch aktive Metalle vorhanden sind, umfassen, wobei die Platten so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander mit einer Kante zur Einlassöffnung und einer anderen Kante zur Auslassöffnung gerichtet sind und von metallischen Abstandshaltern voneinander beabstandet gehalten werden.These Task is by a converter for the exhaust gases of internal combustion engines solved, which a housing comprising, with at least one inlet opening for the exhaust gases to be converted and with at least one outlet opening for the converted gases and contains a conversion system, characterized characterized in that the conversion system comprises a plurality of plates Fiber includes a metal core made with a layer of Oxides coated is on which catalytically active metals are present, wherein the plates are arranged so that they are substantially parallel to each other with an edge to the inlet opening and another edge to the outlet opening are directed and metallic spacers from each other be kept at a distance.

Die mit Katalysatoren funktionalisierten erfindungsgemäßen metallischen Platten haben eine Kontaktoberfläche, die gegenüber den perforierten Platten und Metallgittern der bekannten Vorrichtungen bedeutend vergrößert ist. Darüber hinaus verursacht die erfindungsgemäße Anordnung, die Platten und Abstandshalter umfasst, derart einen turbulenten Gasstrom im Konverter, dass das Gas auf seinem Weg zwischen dem Einlass und dem Auslass gezwungen ist, wenigstens teilweise durch diese Platten zu strömen. Durch diese Merkmale wird der Kontakt zwischen Gasstrom und Katalysator und infolgedessen der Wirkungsgrad der Umwandlung, insbesondere der Oxidation, des erfindungsgemäßen Konverters beträchtlich verbessert.The with catalysts functionalized metallic inventive Plates have a contact surface, the opposite the perforated plates and metal grids of the known devices is significantly enlarged. About that In addition, the arrangement according to the invention causes the plates and Spacer comprises, such a turbulent gas flow in the converter, that the gas is on its way between the inlet and the outlet is forced to flow at least partially through these plates. By these features will be the contact between the gas stream and the catalyst and consequently the conversion efficiency, in particular the oxidation, of the converter according to the invention considerably improved.

Die Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Konverters werden dem Fachmann anhand der folgenden speziellen und die Erfindung nicht begrenzenden Beschreibung einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobeiThe Advantages and features of the converter according to the invention will become apparent to those skilled in the art with reference to the following specific and not limiting the invention Description of some embodiments with reference to the attached drawings, wherein

1 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Konverters, 1 an exploded view of a converter according to the invention,

2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß verwendeten Metallfaserplatte und 2 a perspective view of a metal fiber plate used in the invention and

3 einen Querschnitt durch eine Faser, aus welcher die Platte von 1 aufgebaut ist, zeigt und die 3 a cross section through a fiber from which the plate of 1 is constructed, shows and the

4 bis 7 Einzelheiten des erfindungsgemäßen Konvertierungssystems zeigen und 4 to 7 Details of the conversion system according to the invention show and

8 ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Konvertierungssystem zeigt. 8th a preferred inventive conversion system shows.

In 1 ist eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Konverters 10 gezeigt, der ein Konvertierungssystem 11 einschließt, das eine Vielzahl von Platten 12 umfasst, wobei der Konverter 10 auf bekannte Weise ein Gehäuse 13 mit mindestens einer Einlassöffnung 14 für die von einem Verbrennungsmotor kommenden zu behandelnden Abgase und mindestens eine Auslassöffnung 15 für die vom System 11 behandelten Gase umfasst. Die Platten sind vorzugsweise von (nicht in dieser Figur gezeigten) Metallelementen 16 umgeben, die einen Rahmen bilden, der an den Plattenkanten durch beliebige geeignete Mittel, beispielsweise durch mechanisches Umbördeln, befestigt ist, wobei dieser Rahmen dabei hilft, die Flachheit der Platte 12 während der Wärmezyklen (sowohl bei den Wärmebehandlungen zum Oxidieren und Funktionalisieren der Platten als auch im Betrieb nach dem Motor verursachten Wärmezyklen) aufrechtzuerhalten und Faserverluste an den Plattenkanten zu vermeiden. Der Konverter 10 kann um den Umfang der Auslassöffnung 15 einen (nicht in dieser Figur gezeigten) Flansch umfassen.In 1 is an exploded view of a converter according to the invention 10 shown a conversion system 11 includes a variety of plates 12 includes, wherein the converter 10 in a known manner, a housing 13 with at least one inlet opening 14 for the exhaust gases to be treated coming from an internal combustion engine and at least one outlet opening 15 for those of the system 11 treated gases. The plates are preferably of (not shown in this figure th) metal elements 16 surrounding, which form a frame, which is attached to the plate edges by any suitable means, for example by mechanical crimping, which helps to the flatness of the plate 12 to maintain heat cycles (both in the heat treatments for oxidizing and functionalizing the plates and in the post-engine operation heat cycles) and to avoid fiber losses at the plate edges. The converter 10 can be around the perimeter of the outlet opening 15 comprise a flange (not shown in this figure).

Erfindungsgemäß umfasst das System 11 eine Vielzahl von Platten 12, die von metallischen Abstandshaltern in dem gewünschten Abstand gehalten werden. von den Erfindern ist festgestellt worden, dass gute Ergebnisse erhalten werden, wenn dieser Abstand in einem Bereich von zwischen etwa 1 und 4 mm gehalten wird. Bei einem Abstand von unter 1 mm wird die Plattenpackung zu dicht und das System 11 verursacht einen zu hohen Abfall des Gasdruckes. Andererseits hat ein zu großer Abstand den Nachteil, dass die Anzahl der Platten der Art 12 und somit die bei der Gasbehandlung aktive katalytische Oberfläche verkleinert wird; außerdem wird, wenn der Abstand zwischen den Platten zu groß ist, der Effekt der Erzeugung einer turbulenten Bewegung im Gasstrom verringert und kann wenigstens ein Teil des Gases durch das System 11 strömen, ohne mit dem auf den Platten der Art 12 angeordneten Katalysator in Berührung zu kommen. Optimale Werte des Abstandes zwischen einander benachbarten Platten liegen im Bereich von zwischen etwa 2 und 3 mm.According to the invention, the system comprises 11 a variety of plates 12 , which are held by metallic spacers at the desired distance. It has been found by the inventors that good results are obtained if this distance is maintained in a range of between about 1 and 4 mm. At a distance of less than 1 mm, the plate pack becomes too dense and the system becomes too small 11 causes too high a drop in gas pressure. On the other hand, too great a distance has the disadvantage that the number of plates of the type 12 and thus reducing the catalytic surface active in the gas treatment; In addition, if the distance between the plates is too large, the effect of generating a turbulent motion in the gas flow is reduced and at least a portion of the gas can pass through the system 11 flow without being on the plates of the kind 12 arranged catalyst to come into contact. Optimum values of the distance between adjacent plates are in the range of between about 2 and 3 mm.

In 2 ist eine in dem erfindungsgemäßen System verwendete Platte 12 in der einrahmende Metallelemente 16 umfassenden bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Diese Platte ist eine Matte aus metallischen Fasern, die im Allgemeinen durch Sintern aneinander anhaften gelassen worden sind. Diese Fasern können aus Stahl oder vorzugsweise einer Legierung, die Eisen, Chrom und Aluminium plus kleine Prozentsätze anderer Elemente enthält und als Fecralloy® (eingetragenes Warenzeichen der UKAEA, Didcot, Großbritannien) bekannt ist, hergestellt sein. Es hat sich gezeigt, dass diese Legierung besonders geeignet für eine lange Verwendung bei hohen Temperaturen ist, wie bei Verwendungen, die für katalytische Konverter oder Filter für Verbrennungsmotoren vorgesehen sind. Aus Fecralloy®-Fasern hergestellte Platten können von dem Unternehmen N.V. Bekaert SA, Zwevegem, Belgien, das sie unter dem Namen Bekipor® vertreibt, erhalten werden; wobei diese Platten entsprechend verschiedenen Geometrien geformt und an verschiedene Verwendungszwecke angepasst werden können.In 2 is a plate used in the system according to the invention 12 in the framing metal elements 16 comprehensive preferred embodiment shown. This plate is a mat of metallic fibers that have generally been adhered to each other by sintering. These fibers may contain steel or, preferably, an alloy containing iron, chromium and aluminum plus small percentages of other elements, and as Fecralloy ® (registered trademark of UKAEA, Didcot, Great Britain) is known to be produced. It has been found that this alloy is particularly suitable for long-term use at high temperatures, such as uses intended for catalytic converters or filters for internal combustion engines. Plates made of Fecralloy ® fibers can be obtained from the company NV Bekaert SA, Zwevegem, Belgium, which markets it under the name Bekipor ®; these plates can be shaped according to different geometries and adapted to different uses.

In 3 ist im Querschnitt eine für die Herstellung der Platte 12 verwendete Faser gezeigt (dabei sind die Teile der Faser nicht maßstabsgetreu), wobei in der Figur eine Faser mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt ist, da das die typischste Form der Fecralloy®-Fasern ist, obwohl die Fasern selbstverständlich auch einen anderen Querschnitt, beispielsweise einen kreisförmigen, haben können. Faser 30 umfasst einen Fecralloy®-Kern 31, der mit einer Schicht 32 aus Oxiden überzogen ist, die den Katalysator 33 trägt. Die Oxidschicht ist im Allgemeinen mehrschichtig und aus zwei oder drei Oxidschichten aufgebaut, die sich jeweils, was chemische Zusammensetzung oder physikalische Eigenschaften betrifft, voneinander unterscheiden. Eine erste Oxidschicht 32' ist auf der Oberfläche der Fecralloy®-Fasern durch eine Hochtemperaturbehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre aufwachsen gelassen worden, wobei die durch diese Behandlung gebildete Oxidschicht hauptsächlich aus Aluminiumoxidwhiskern mit einer Länge von im Allgemeinen 0,5 bis 5 Mikrometern (μm) in Abhängigkeit von Behandlungszeit und -temperatur besteht und die Whisker vorzugsweise eine Länge von unter 3 μm haben. Das diese Whisker bildende Oxid ist im Allgemeinen sehr dicht und einheitlich. Die anschließende Verfahrensstufe besteht in der Bildung einer zweiten Oxidschicht 32'' auf der ersten. Diese zweite Oxidschicht ist, anders als die erste, porös und hat eine große spezifische Oberfläche; sie kann wieder aus Aluminiumoxid oder aber aus einem anderen Oxid bestehen. Die zweite Oxidschicht kann durch Sprühen einer Lösung einer Vorläuferverbindung des Oxids oder durch Tauchen der Matte aus gesinterten metallischen Fasern in diese Lösung mit anschließender thermischer Zersetzung des Vorläufers hergestellt werden. Alternativ kann die zweite Oxidschicht durch Tauchen der Matte in eine flüssige Suspension von Vorläuferteilchen und eine anschließende Kalzinierung hergestellt werden. Wahlweise wird eine dritte Schicht 32''' aus Oxiden auf der zweiten Oxidschicht ge bildet. Diese Schicht hat ebenfalls eine große spezifische Oberfläche. Die optionale Schicht 32''' besteht im Allgemeinen aus einem Cer-Zirconium-Mischoxid (mit optionalem Zusatz von Lanthan) und hat die Eigenschaft, das Sintern der katalytischen Metalle zu begrenzen, wodurch deren Dispersion über die Zeit sichergestellt und somit geholfen wird, einen hohen Wirkungsgrad des Konverters aufrechtzuerhalten, sowie einen Sauerstoffvorrat für die Oxidation der den Motor verlassenden unverbrannten Gase darzustellen.In 3 is in cross-section one for the production of the plate 12 shown fiber used (here, the parts of the fiber not to scale), wherein in the figure, a fiber with a rectangular cross-section is shown, as the most typical form of Fecralloy ® fibers, although the fibers of course also have a different cross section, for example a circular, can have. fiber 30 comprises a Fecralloy ® core 31 that with a layer 32 coated with oxides, which is the catalyst 33 wearing. The oxide layer is generally multi-layered and composed of two or three oxide layers, each differing in chemical composition or physical properties. A first oxide layer 32 ' ® is on the surface of the Fecralloy fibers were allowed to grow by a high temperature treatment in an oxidizing atmosphere, wherein the oxide layer formed by this treatment mainly of alumina whiskers having a length of generally from 0.5 to 5 micrometers (microns) depending on treatment time and temperature and the whiskers preferably have a length of less than 3 microns. The oxide forming this whisker is generally very dense and uniform. The subsequent process step consists in the formation of a second oxide layer 32 '' on the first. This second oxide layer, unlike the first, is porous and has a large specific surface area; it may again consist of alumina or of another oxide. The second oxide layer can be prepared by spraying a solution of a precursor compound of the oxide or by dipping the mat of sintered metallic fibers into this solution, followed by thermal decomposition of the precursor. Alternatively, the second oxide layer may be prepared by dipping the mat in a liquid suspension of precursor particles and then calcining. Optionally, a third layer 32 ''' of oxides on the second oxide layer forms GE. This layer also has a large specific surface area. The optional layer 32 ''' It consists generally of a cerium-zirconium mixed oxide (with optional addition of lanthanum) and has the property of limiting the sintering of the catalytic metals, thereby ensuring their dispersion over time and thus helping to maintain high efficiency of the converter, as well to represent an oxygen supply for the oxidation of the unburnt gases leaving the engine.

Die äußere Oxidschicht (entweder 32'' oder 32''') ist aufgrund ihrer porösen Struktur ein optimaler Träger für katalytische Metalle, sie stellt die Dispersion des Metalls und dessen gute Verankerung auf der Faseroberfläche sicher. Die Funktionalisierung der Oxidschicht mit dem Katalysator 33 ist für die beabsichtigte Verwendung der Faserplatte erforderlich. Der Katalysator besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren Edelmetallen, die aus denjenigen der achten Gruppe des Periodensystems oder ihren Verbindungen ausgewählt sind, wobei die Verwendung von Platin bevorzugt ist.The outer oxide layer (either 32 '' or 32 ''' ) is an optimum support for catalytic metals due to its porous structure, it ensures the dispersion of the metal and its good anchoring on the fiber surface. The functionalization of the oxide layer with the catalyst 33 is required for the intended use of the fiberboard. The catalyst is preferably composed of one or more precious metals selected from those of the eighth group of the periodic table or their Ver are selected, wherein the use of platinum is preferred.

In 4 ist eine Teilexplosionsdarstellung einer ersten möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform des Systems 11 gezeigt. In dieser Ausführungsform umfasst das System 11 eine Übereinander-Anordnung aus Platten 12, die sich mit Metallblechen 40 abwechseln (es sind nur zwei Platten und ein Metallblech gezeigt; und Metallelemente der Art 16 sind nicht gezeigt), wobei diese Bleche eine Vielzahl von Vorsprüngen 41, 41',..., aufweisen, die sich von beiden Seiten eines Blechs erheben. Diese Vorsprünge haben alle dieselbe Höhe, sodass sie eine Vielzahl von Kontaktpunkten bieten, auf welchen zwei Platten 12 (eine pro Seite des Blechs 40) liegen können. Die Bleche 40 sind aus hochtemperaturbeständigen Metallen hergestellt; vorzugsweise sind diese Bleche aus derselben Fecralloy®, die zur Herstellung der Fasern der Platten 12 verwendet worden ist, hergestellt. Diese Bleche sind im Allgemeinen so dünn wie möglich und für die notwendige mechanische Widerstandsfähigkeit bei hohen Temperaturen geeignet, wobei optimale Dickenwerte 0,15 bis 0,45 mm betragen.In 4 is a partial exploded view of a first possible embodiment of the system according to the invention 11 shown. In this embodiment, the system includes 11 a superposition of plates 12 that deal with metal sheets 40 alternate (only two plates and a metal sheet are shown; and metal elements of the type 16 are not shown), these sheets having a plurality of protrusions 41 . 41 ' , ..., which rise from both sides of a sheet. These projections all have the same height so that they provide a plurality of contact points on which two plates 12 (one per side of the sheet 40 ) can lie. The sheets 40 are made of high temperature resistant metals; Preferably, these sheets from the same Fecralloy ®, which for producing the fibers of the plates 12 has been used. These sheets are generally as thin as possible and suitable for the necessary mechanical resistance at high temperatures, with optimum thicknesses of 0.15 to 0.45 mm.

In 5 ist in einer zu der von 4 ähnlichen Ansicht eine etwas andere Ausführungsform des Systems 11 gezeigt, wobei in diesem Fall (zu den Blechen 40 analoge) Bleche 50 neben Vorsprüngen 51, 52',..., eine Vielzahl von Löchern 52, 52',..., aufweisen und diese Anordnung bei der Verstärkung der Turbulenz der Strömung des Gases bei dessen Durchgang durch das System 11 unterstützt, wodurch der Wirkungsgrad des Kontaktes des Gases mit den Platten 12 und infolgedessen der Wirkungsgrad des Systems 11 bei der Gasbehandlung erhöht wird, wobei in 5 die Löcher kreisförmig gezeigt sind, ihre Form aber im Wesentlichen eine beliebige sein kann. In einem System 11, das Bleche des Typs 50 umfasst, ist es bevorzugt, dass die Löcher nicht mehr als 50 % der Oberfläche des Blechs einnehmen, um in diesem keine konstruktiven Probleme zu verursachen, wenn das System 11 bei hohen Temperaturen arbeitet.In 5 is in one of the 4 similar view of a slightly different embodiment of the system 11 shown, in which case (to the sheets 40 analogous) sheets 50 next to protrusions 51 . 52 ' , ..., a variety of holes 52 . 52 ' , ..., and this arrangement in enhancing the turbulence of the flow of the gas as it passes through the system 11 supports, reducing the efficiency of contact of the gas with the plates 12 and consequently the efficiency of the system 11 is increased in the gas treatment, in 5 the holes are shown circular, but their shape can be essentially any. In a system 11 , the sheets of the type 50 It is preferred that the holes occupy no more than 50% of the surface area of the sheet so as not to cause any design problems in it when the system 11 works at high temperatures.

Noch bevorzugter ist der Fall, in welchem Erhebungen und Öffnungen übereinstimmen. 6 ist ein Beispiel für diese Ausführungsform. In diesem Fall hat das Blech 60 Löcher 61, die durch teilweises Einschneiden des Blechs, wodurch "Klappen" 62 erhalten wurden, die entlang mindestens eines Randes mit dem Blech verbunden sind, und Aufbiegen der "Klappen" entlang dieses Randes gebildet wor den sind, wobei die Abmessungen der "Klappen" und deren Biegewinkel in Bezug auf die Blechebene den Abstand zwischen der Oberfläche von Blech 60 und derjenigen der angrenzenden Platte 12 derart bestimmen, dass diese "Klappen" die Abstandshalter in dieser Ausführungsform bilden, und 6 rechteckige "Klappen" (und Öffnungen) zeigt, aber selbstverständlich eine beliebige andere geeignete Form verwendet werden kann. Die Schnitte im Blech 60, durch welche diese "Klappen" gebildet werden, können durch mechanisches Scheren, Laserschneiden oder ein beliebiges anderes bekanntes verfahren angebracht werden.More preferable is the case where bumps and openings coincide. 6 is an example of this embodiment. In this case, the sheet has 60 holes 61 by partially cutting in the sheet, creating "flaps" 62 have been obtained, which are connected along at least one edge to the sheet, and bent the "flaps" along this edge wor formed, the dimensions of the "flaps" and their bending angle with respect to the sheet plane, the distance between the surface of sheet metal 60 and those of the adjacent plate 12 determine so that these "flaps" form the spacers in this embodiment, and 6 rectangular "flaps" (and openings), but of course any other suitable shape can be used. The cuts in the sheet metal 60 by which these "flaps" are formed may be attached by mechanical shearing, laser cutting or any other known method.

Die bisher beschriebenen verschiedenen Arten von Systemen 11 werden vorzugsweise in einen Metallkasten eingefügt, der das System auf allen Seiten, außer auf der Einlass- und der Auslassseite, umgibt und seinerseits in das Gehäuse 13 eingebaut wird, wobei vorzugsweise zwischen diesem Metallkasten und dem Gehäuse 13 keramische Faserplatten aus Gründen der Wärmedämmung angeordnet werden.The various types of systems described so far 11 are preferably inserted into a metal box which surrounds the system on all sides except on the inlet and outlet sides, and in turn into the housing 13 is installed, preferably between this metal box and the housing 13 ceramic fiber boards are arranged for reasons of thermal insulation.

In 7 ist eine Platte 12 gezeigt, die für eine noch andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 11 verwendet werden kann, wobei aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung in dieser Figur der Zusammenbau der Platte mit nur einigen Abstandshaltern gezeigt ist. In diesem Fall sind die Abstandshalter 70 Metallbleche mit einer geometrischen Fläche, die ein kleiner Teil der geometrischen Fläche der Platten 12 (im Gegensatz zu den Blechen 40, 50 und 60) und auf eine solche Weise aufgewickelt ist, dass die Berührungspunkte mit den angrenzenden Platten gekrümmt und glatt sind. Die Abstandshalter 70 werden an ihrer Stelle gehalten, indem sie (beispielsweise durch Punktschweißen) auf Metallbän dern 71 befestigt werden, die so schmal wie möglich sind und den Erfordernissen entsprechen, mechanisch genügend fest zu sein und eine ausreichende Fläche für die Befestigung der Abstandshalter 70 zu bieten. Ihrerseits werden die Metallbänder 71 an ihrer Stelle gehalten, indem sie (beispielsweise auch hier wieder durch Punktschweißen) an zwei Metallelementen der Art 16 befestigt werden, die durch Umbördeln an den zwei Seitenkanten der Platte 12 (in Bezug auf die Richtung des Gasstroms im Konverter 10, die durch den Pfeil angegeben ist) befestigt sind, während die anderen zwei Elemente der Art 16 (diejenigen, die sich vor dem Einlass 14 und dem Auslass 15 des Konverters 10 befinden) mit der Platte vor den thermischen Oxidationsbehandlungen der Fasern verbunden werden können, wobei die zwei seitlichen Elemente der Art 16 der Platte 12 besser am Ende von deren Produktion hinzugefügt werden, um ihre Oxidation zu verhindern und für die Bänder 71 gute Schweißeigenschaften zu gewährleisten. Auf der anderen Seite der Platte 12 sind weitere Abstandshalter der Art 70, die in der Figur nicht zu sehen sind, vorhanden, wobei die Abstandshalter auf allen Platten des Konvertersystems vorzugsweise in denselben Positionen so angeordnet sind, dass durch Übereinander-Anordnung einer Vielzahl von Platten die Abstandshalter eine Art Pfeiler mit dem Gesamteffekt der Verstärkung des Aufbaus bilden.In 7 is a plate 12 shown for a still further embodiment of the system according to the invention 11 can be used, for clarity of illustration in this figure, the assembly of the plate is shown with only a few spacers. In this case, the spacers 70 Metal sheets with a geometric surface that forms a small part of the geometric surface of the sheets 12 (unlike the sheets 40 . 50 and 60 ) and wound in such a way that the points of contact with the adjacent plates are curved and smooth. The spacers 70 are held in place by countries (for example by spot welding) on Metallbän countries 71 be as narrow as possible and meet the requirements of being mechanically strong enough and a sufficient surface for the attachment of the spacers 70 to offer. In turn, the metal bands 71 held in place by (for example, again by spot welding) to two metal elements of the type 16 be attached by crimping on the two side edges of the plate 12 (in relation to the direction of the gas flow in the converter 10 , which is indicated by the arrow), while the other two elements of the type 16 (those who are in front of the inlet 14 and the outlet 15 the converter 10 can be connected to the plate before the thermal oxidation treatments of the fibers, wherein the two lateral elements of the type 16 the plate 12 better be added at the end of their production to prevent their oxidation and for the tapes 71 to ensure good welding properties. On the other side of the plate 12 are more spacers of the kind 70 not shown in the figure, with the spacers on all the plates of the converter system preferably arranged in the same positions so that by superposing a plurality of plates, the spacers form a kind of pillar with the overall effect of reinforcing the structure ,

In 8 ist in einer Explosionsdarstellung der bevorzugte Zusammenbau des Systems 11 gezeigt, wenn Abstandshalter der Art 70 verwendet werden, wobei aus Gründen der Verdeutlichung in dieser Figur keine Abstandshalter dargestellt sind. In diesem Fall ist festgestellt worden, dass, um die mechanische Stabilität des Systems sicherzustellen, die Platten besser in zwei seitliche Haltemittel 80, 80' mit der Form eines Mäanders eingefügt werden.In 8th is an exploded view of the preferred assembly of the system 11 shown when spacers of the type 70 are used, for reasons of clarity in this figure, no spacers are shown. In this case, it has been found that, to ensure the mechanical stability of the system, the panels fit better in two lateral retention means 80 . 80 ' be inserted with the shape of a meander.

Die Platten 12 können in den Haltemitteln 80, 80' durch mechanisches Umbördeln von Abschnitten des Mäanders auf die seitlichen Elemente der Art 16, wobei dieselben Elemente die Bänder 71 tragen, befestigt werden. Der Zusammenbau, der aus Platten und Haltemitteln aufgebaut ist, wird seinerseits in einen Metallkasten 81 eingefügt, der die vier zum Gasstrom parallelen Seiten des Zusammenbaus umgibt, aber auf der Einlass- und der Auslassseite offen ist. Diese Anordnung lässt, wobei das System 11 umgangen wird, mögliche Durchgänge 82 für Gase frei, die so aus dem Auslass 15 unbehandelt austreten. Um diese Gefahr zu vermeiden, werden die Durchgänge 82 mit einem (nicht in der Figur gezeigten) hochtemperaturbeständigen Klebstoff ausgefüllt, der normalerweise ein Metallpulver (beispielsweise Stahlpulver) in einem anorganischen Bindemittel umfasst, wobei ein geeigneter Klebstoff Durabond 954, vertrieben von COTRONICS Corp. of Brooklyn, NY (USA), ist. Der Zusammenbau wird vervollständigt, indem seine Rückseite und seine Vorderseite jeweils mit einem Rahmen 83, 83' verbunden wird, dies, um sicherzustellen, dass keine Durchgänge für vom Motor kommende Gase übrigbleiben, die das System 11 umgehen könnten, wobei die Rahmen 83, 83' mit Vorder- und mit Rückseitenelementen der Art 16 der Platten 12, den Enden der Haltemittel 80, 80' und möglicherweise dem Kasten 81, auch hier wieder durch Verkleben, verbunden werden.The plates 12 can in the holding means 80 . 80 ' by mechanically crimping sections of the meander onto the lateral elements of the type 16 where the same elements are the bands 71 wear, be fastened. The assembly, which is made up of plates and holding means, turns into a metal box 81 inserted, which surrounds the four parallel to the gas flow sides of the assembly, but is open on the inlet and the outlet side. This arrangement leaves, the system 11 is bypassed, possible passages 82 for gases released, so from the outlet 15 emerge untreated. To avoid this danger, the passages become 82 filled with a high temperature resistant adhesive (not shown in the figure) which normally comprises a metal powder (eg, steel powder) in an inorganic binder, a suitable adhesive being Durabond 954, marketed by COTRONICS Corp. of Brooklyn, NY (USA). The assembly is completed by placing its back and its front each with a frame 83 . 83 ' This is to ensure that no passages are left for engine-sourced gases from the system 11 could bypass, with the framework 83 . 83 ' with front and back elements of the type 16 the plates 12 , the ends of the retaining means 80 . 80 ' and maybe the box 81 , again by gluing, be connected.

Der erfindungsgemäße Konverter, indem er aus Metallfasern hergestellte Platten umfasst, ist besonders für eine so nah wie mögliche Anordnung am Motor geeignet (eine Konfiguration, die auf dem Fachgebiet als "Close Coupled Catalyst" oder CCC bekannt ist), d.h. in der Position, in welcher sichergestellt wird, dass der Konverter bei Maximaltemperatur arbeitet, wodurch ein hoher Umwandlungswir kungsgrad erhalten wird. Auch hier wieder kann der erfindungsgemäße Konverter aufgrund seiner metallischen Konstruktion plötzliche Temperaturveränderungen ertragen, wie diejenigen, die in modernen Systemen zur Beseitigung von von Verbrennungsmotoren kommenden Schadstoffen erwartet werden. Besonders kritisch ist im Fall von Dieselmotoren die sogenannte "Nacheinspritzphase", die aus dem Einspritzen des Kraftstoffs in die Zylinder besteht, wenn diese sich im Auspuffhub befinden (Auslassventile sind offen) und so der Kraftstoff nicht im Zylinder zündet, sondern unverbrannt den CCC-Konverter erreicht, wo er aufgrund von dessen hoher Temperatur katalytisch oxidiert wird. Somit haben die den CCC verlassenden Gase eine sehr hohe Temperatur und können die auf dem eigentlichen Filter (auf dem Fachgebiet als "Dieselrußpartikelfilter" oder DPF bekannt) angesammelten Partikel verbrennen, wodurch dessen Regeneration ermöglicht wird; ein Beispiel für einen DPF-Filter ist in der italienischen Patentanmeldung MI2003A002211 der Patentanmelderin beschrieben.Of the converter according to the invention, by including plates made of metal fibers is special for one as close as possible Arrangement on the engine suitable (a configuration that is in the art as "Close Coupled Catalyst "or CCC known is), i. in the position in which it is ensured that the converter operates at maximum temperature, creating a high Conversion efficiency is obtained. Again, the Converter according to the invention due to its metallic construction sudden temperature changes endure, like those in modern systems for elimination expected from internal combustion engines pollutants are expected. Especially In the case of diesel engines, what is critical is the so-called "post-injection phase" resulting from injection of the fuel in the cylinders when they are in the exhaust stroke are located (exhaust valves are open) and so the fuel is not ignites in the cylinder, but unburned reaches the CCC converter, where he due to whose high temperature is catalytically oxidized. Thus, the the CCC leaving gases a very high temperature and can on the actual filter (known in the art as "diesel soot particulate filter" or DPF) burn accumulated particles, thereby enabling its regeneration; an example of one DPF filter is in Italian patent application MI2003A002211 the patent applicant described.

Ein weiterer wichtiger Vorteil, den das erfindungsgemäße Konvertersystem bietet, ist das geringe Gewicht des Trägermaterials, verglichen mit den Honigwabenkonvertersystemen des Standes der Technik, die dasselbe Volumen einnehmen (und somit etwa dieselbe Menge an katalytischen Metallen und im Wesentlichen denselben Koversionswirkungsgrad haben). von den Erfindern sind verschiedene Arten erfindungsgemäßer Konvertersysteme hergestellt worden, wobei durch Messung ihres Gewichts und Volumens festgestellt worden ist, dass sie ein mittleres Gewicht von 0,28 Gramm pro Kubikzentimeter des Systems haben; demgegenüber ergab eine ähnliche Messung mit Systemen des Standes der Technik ein mittleres Gewicht von etwa 0,62 Gramm pro Kubikzentimeter. Abgesehen von einem niedrige ren Gesamtgewicht (was bereits an sich ein Vorteil ist), bedeutet dies den großen Vorteil einer geringeren Wärmeträgheit, sodass die erfindungsgemäßen Systeme die hohen Temperaturen, bei welchen der Katalysator die besten Eigenschaften besitzt, schneller erreichen, wodurch das "Kaltstartproblem" abgeschwächt wird.One Another important advantage, the converter system according to the invention offers, is the low weight of the carrier material compared with The honeycomb converter systems of the prior art, the same Occupy volume (and thus about the same amount of catalytic Metals and have substantially the same conversion efficiency). Various types of converter systems according to the invention are produced by the inventors as determined by measuring their weight and volume is that they have an average weight of 0.28 grams per cubic centimeter of the system; In contrast, revealed a similar one Measurement with prior art systems an average weight of about 0.62 grams per cubic centimeter. Apart from a lower ren Total weight (which is already an advantage in itself), this means the big one Advantage of a lower thermal inertia, so the systems of the invention the high temperatures at which the catalyst has the best properties own, reach faster, which mitigates the "cold start problem".

Claims (15)

Konverter (10) für die Abgase von Verbrennungsmotoren, welcher ein Gehäuse (13) umfasst, das mit mindestens einer Einlassöffnung (14) für die umzuwandelnden Abgase und mit mindestens einer Auslassöffnung (15) für die umgewandelten Gase versehen ist und ein Umwandlungssystem (11) enthält dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandlungssystem eine Vielzahl von Platten (12) aus Fasern (30) umfasst, die einen Metallkern (31), der mit einer Schicht (32) aus Oxiden überzogen ist, auf welcher katalytisch aktive Metalle (33) vorhanden sind, umfassen, wobei die Platten so angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander mit einer Kante zur Einlassöffnung und einer anderen Kante zur Auslassöffnung gerichtet sind und von metallischen Abstandshaltern (41, 41'; 51, 51'; 62; 70) voneinander beabstandet gehalten werden.Converter ( 10 ) for the exhaust gases of internal combustion engines, which a housing ( 13 ), which is provided with at least one inlet opening ( 14 ) for the exhaust gases to be converted and with at least one outlet ( 15 ) is provided for the converted gases and a conversion system ( 11 ) characterized in that the conversion system comprises a plurality of disks ( 12 ) of fibers ( 30 ) comprising a metal core ( 31 ), with a layer ( 32 ) is coated on oxides on which catalytically active metals ( 33 ) are arranged, wherein the plates are arranged so that they are directed substantially parallel to each other with an edge to the inlet opening and another edge to the outlet opening and of metallic spacers ( 41 . 41 '; 51 . 51 '; 62 ; 70 ) are kept apart from each other. Konverter nach Anspruch 1, wobei der Kern (31) aus den Fasern (30) aus einer Eisen, Chrom und Aluminium enthaltenden Legierung hergestellt und mit einer Mehrfachschicht (32) aus Oxiden bedeckt ist, die eine erste Schicht (32') aus Aluminiumoxid, die sich mit der Legierung in Berührung befindet, eine zweite Oxidschicht (32'') und wahlweise eine dritte Schicht (32''') aus Cer-, Zirconium- und wahlweise Lanthanoxid umfasst.A converter according to claim 1, wherein the core ( 31 ) from the fibers ( 30 ) made of an alloy containing iron, chromium and aluminum and coated with a multilayer ( 32 ) is covered by oxides comprising a first layer ( 32 ' ) of alumina, which is in contact with the alloy, a second oxide layer ( 32 '' ) and optionally a third layer ( 32 ''' ) of cerium, zirconium and optionally lanthanum oxide. Konverter nach Anspruch 2, wobei die Mehrfachschicht (32) mit einem oder mehreren Katalysatoren (33) beschichtet ist, die aus den Edelmetallen der achten Gruppe des Periodensystems oder ihren Verbindungen ausgewählt sind.Converter according to claim 2, wherein the multilayer ( 32 ) with one or more catalysts ( 33 ) selected from the precious metals of the eighth group of the periodic table or their compounds. Konverter nach Anspruch 3, wobei der Katalysator aus Platin besteht.Converter according to claim 3, wherein the catalyst made of platinum. Konverter nach Anspruch 1, wobei das Umwandlungssystem (11) aus von Metallelementen (16) umgebenen Platten (12) hergestellt ist.Converter according to claim 1, wherein the conversion system ( 11 ) of metal elements ( 16 ) surrounded plates ( 12 ) is made. Konverter nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen zwei einander benachbarten Platten (12) des Umwandlungssystems (11) 1 bis 4 mm beträgt.Converter according to claim 1, wherein the distance between two adjacent plates ( 12 ) of the conversion system ( 11 ) Is 1 to 4 mm. Konverter nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen zwei einander benachbarten Platten (12) des Umwandlungssystems (11) 2 bis 3 mm beträgt.Converter according to claim 1, wherein the distance between two adjacent plates ( 12 ) of the conversion system ( 11 ) Is 2 to 3 mm. Konverter nach Anspruch 1, wobei das Umwandlungssystem (11) eine abwechselnde Übereinander-Anordnung von Platten (12) und auf beiden Seiten Vorsprünge (41, 41') aufweisenden Metallblechen (40) umfasst.Converter according to claim 1, wherein the conversion system ( 11 ) an alternating superposition of plates ( 12 ) and on both sides projections ( 41 . 41 ' ) having metal sheets ( 40 ). Konverter nach Anspruch 1, wobei das Umwandlungssystem (11) eine abwechselnde Übereinander-Anordnung von Platten (12) und Metallblechen (50) umfasst und diese Bleche Vorsprünge (51, 51') auf beiden Seiten und Löcher (52, 52'), die den Durchgang der umzuwandelnden Gase von einer Seite des Blechs zur anderen erlauben, aufweisen.Converter according to claim 1, wherein the conversion system ( 11 ) an alternating superposition of plates ( 12 ) and metal sheets ( 50 ) and these sheets projections ( 51 . 51 ' ) on both sides and holes ( 52 . 52 ' ), which allow passage of the gases to be converted from one side of the sheet to the other. Konverter nach Anspruch 9, wobei die Vorsprünge und die Löcher übereinstimmen und durch Anbringen von Einschnitten in den Blechen (60), wodurch Klappen (62) erhalten wurden, die entlang mindestens eines Randes mit dem Blech verbunden sind, und Aufbie gen der Klappen entlang dieses Randes, wodurch die Löcher (61) erhalten wurden, gebildet worden sind.A converter according to claim 9, wherein the projections and the holes coincide and by inserting cuts in the sheets ( 60 ), whereby flaps ( 62 ), which are connected along at least one edge to the metal sheet, and bending of the flaps along this edge, whereby the holes ( 61 ) have been formed. Konverter nach Anspruch 5, wobei das Umwandlungssystem (11) einen Stapel aus Platten (12) umfasst, die auf den gewünschten Abstand von Abstandshaltern (70) gehalten werden, die Metallbleche sind, welche eine geometrische Fläche haben, die kleiner als diejenige der Platten ist, und welche derart aufgewickelt worden sind, dass die Berührungspunkte mit den benachbarten Platten gekrümmt und glatt sind.Converter according to claim 5, wherein the conversion system ( 11 ) a stack of plates ( 12 ), which is at the desired spacing of spacers ( 70 ), which are metal sheets having a geometric area smaller than that of the plates, and which have been wound so that the points of contact with the adjacent plates are curved and smooth. Konverter nach Anspruch 11, wobei die Abstandshalter (70) an ihrer Stelle durch Befestigung an Metallbändern (71) gehalten werden, die ihrerseits durch Befestigung an zwei die Platte umgebenden Metallelementen (16) an ihrer Stelle gehalten werden.Converter according to claim 11, wherein the spacers ( 70 ) in their place by attachment to metal strips ( 71 ), which in turn can be held by attachment to two metal elements surrounding the plate ( 16 ) are held in their place. Konverter nach Anspruch 12, wobei die zwei Metallelemente (16) diejenigen an den zu dem Gasstrom im Konverter parallel stehenden Seiten der Platte sind.Converter according to claim 12, wherein the two metal elements ( 16 ) are those at the parallel to the gas flow in the converter sides of the plate. Konverter nach Anspruch 13, wobei die zu dem Gasstrom im Konverter parallel stehenden Seiten der Platte von zwei seitlichen Haltemitteln (80, 80') mit der Form eines Mäanders gehalten werden, die aus Platten (12) und Haltemitteln (80, 80') aufgebaute Einheit in einen Metallkasten (81) eingebaut ist, der die zu dem Gasstrom in dem Konverter parallel stehenden vier Seiten der Einheit umgibt, aber auf der Einlass- und der Auslassseite offen ist, die Durchgänge (82) zwischen den Haltemitteln (80, 80') und dem Kasten (81) mit einem hochtemperaturbeständigen Klebstoff ausgefüllt sind und zwei Metallrahmen (83, 83') mit den vorderseitigen und rückseitigen umgebenden Elementen (16) der Platten (12), den Enden der Haltemittel (80, 80') und wahlweise dem Kasten (81) verbunden sind.Converter according to Claim 13, in which the sides of the plate which are parallel to the gas flow in the converter are formed by two lateral holding means ( 80 . 80 ' ) are held in the shape of a meander consisting of plates ( 12 ) and holding means ( 80 . 80 ' ) constructed unit in a metal box ( 81 ) which surrounds the four sides of the unit parallel to the gas flow in the converter but is open on the inlet and outlet sides, the passages (FIG. 82 ) between the holding means ( 80 . 80 ' ) and the box ( 81 ) are filled with a high temperature resistant adhesive and two metal frames ( 83 . 83 ' ) with the front and back surrounding elements ( 16 ) of the plates ( 12 ), the ends of the holding means ( 80 . 80 ' ) and optionally the box ( 81 ) are connected. Konverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Umwandlungssystem (11) in einen Kasten (81) eingebaut ist, der in dem Gehäuse (13) des Konverters (10) angeordnet ist, wobei zwischen dem Kasten und dem Gehäuse Keramikplatten eingefügt sind.Converter according to one of the preceding claims, wherein the conversion system ( 11 ) in a box ( 81 ) installed in the housing ( 13 ) of the converter ( 10 ) is arranged, wherein between the box and the housing ceramic plates are inserted.
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