DK3172416T3 - Katalysatorenhed og fremgangsmåde til fremstilling deraf - Google Patents

Description

Beskrivelse

Opfindelsen angår en katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator ifølge den indledende del af krav 1. Endvidere angår opfindelsen en udstødningsgaskatalysator og en fremgangsmåde til fremstilling af en katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator.

Udstødningsgaskatalysatorer til store motorer, som f.eks. til stationært drevne store dieselforbrændingsmotorer eller skibsdieselforbrændingsmotorer, råder typisk over flere katalysatorenheder, hvor hver katalysatorenhed omfatter et keramisk katalysatorlegeme, der gennemstrømmes af udstødningsgas, og et metallisk hus, der i det mindste afsnitsvist omgiver katalysatorlegemet vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf. Det keramiske katalysatorlegeme af en katalysatorenhed betegnes også som Honeycomb-element eller Honeycomb, og huset afen katalysatorenhed betegnes også som Canning.

Et keramisk katalysatorlegeme til en katalysatorenhed råder fremstillingsteknisk betinget over tolerancer i området af flere millimeter. De metalliske huse skal dog have et defineret udvendigt tværsnit eller en defineret udvendig kontur for at sikre en optimal tilslutning af katalysatorenhederne til andre komponenter af et udstødningsgassystem af forbrændingsmotoren, f.eks. til udstødningsgasførende ledninger eller til reaktorhuse. Derfor positioneres der til toleranceudligning i området ved hver katalysatorenhed mellem katalysatorlegemet og huset mindst en lejemåtte, der set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning strækker sig over hele aksialudstrækningen deraf mellem katalysatorlegemet eller huset af den pågældende katalysatorenhed.

Da et katalysatorlegemes tolerance set i gennemstrømningsretningen deraf og dermed i aksialretningen deraf kan variere, skal eventuelt flere lejemåtter eller lejemåtter med forskellig tykkelse langs katalysatorlegemets aksialretning anbringes mellem katalysatorlegemet og huset. Dette medfører meget fremstillingsarbejde og dermed høje fremstillingsomkostninger af en katalysatorenhed.

Fra praksis kendes det ligeledes allerede til toleranceudligning mellem katalysatorlegemet af en katalysatorenhed og katalysatorenhedens hus at presse huset med katalysatorlegemet ved mellemanbringelse af mindst en lejemåtte, nemlig over hele husets eller katalysatorenhedens aksiale udstrækning. Herved opstår det problem, at katalysatorenheden, nemlig huset deraf, efterfølgende ikke længere har et defineret udvendigt tværsnit, således at tilslutningen af katalysatorenheden til andre komponenter i et udstødningssystem af forbrændingsmotoren giver vanskeligheder. Især når en udstødningsgaskatalysator omfatter flere sådanne katalysatorenheder, der er positioneret ved siden af hinanden, især i et reaktorhus, kan det samlet set resultere i geometriske afvigelser i centimeterområdet, således at yderligere omstændeligt tilpasningsarbejde til tilslutning af udstødningsgaskatalysatoren til andre komponenter i et udstødningsgassystem i en forbrændingsmotor er nødvendigt. Også dette resulterer i høje monteringsomkostninger eller fremstillingsomkostninger.

Fra dokumentet XP 7 133 099 A kendes allerede en katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator med et keramisk katalysatorlegeme, der gennemstrømmes af udstødningsgas, og med et metallisk hus, der omgiver katalysatorlegemet vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf i det mindste set afsnitsvist, hvor der set vinkelret på gennemstrømningsretningen af katalysatorlegemet mellem katalysatorlegemet og huset er positioneret mindst en lejemåtte, hvor katalysatorlegemet vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf under mellemanbringelse af lejemåtten eller hver lejemåtte holdes kraftsluttende i huset ved hjælp afen prespasning, nemlig på en sådan måde, at prespasningen set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i definerede aksialpositioner, hvor huset i de definerede aksialpositioner omfatter notlignende fordybninger til afsnitsvis reduktion af husets indvendige tværsnit, og hvor prespasningen mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i området ved de notlignende fordybninger.

Ud fra dette er det formålet med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en hidtil ukendt katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator, en udstødningsgaskatalysator med en sådan katalysatorenhed og en fremgangsmåde til fremstilling afen sådan katalysatorenhed.

Dette formål opfyldes med en katalysatorenhed ifølge krav 1.

Ifølge opfindelsen holdes katalysatorlegemet kraftsluttende i huset ved hjælp af en prespasning vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf under mellemanbringelse af lejemåtten eller hver lejemåtte, nemlig på en sådan måde, at prespasningen set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i definerede aksialposi-tioner, hvor huset i de definerede aksialpositioner omfatter notlignende fordybninger til afsnitsvis reduktion af husets indvendige tværsnit, og hvor prespasningen mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i området ved de notlignende fordybninger.

Med den foreliggende opfindelse foreslås det først at holde katalysatorlegemet af en katalysatorenhed, som omfatter fremstillingsteknisk betingede tolerancer, kraftsluttende i huset ved hjælp af en prespasning under mellemanbringelse af mindst en lejemåtte, således at prespasningen set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning er udformet i definerede aksialpositioner. Til dette omfatter huset i definerede aksialpositioner notlignende fordybninger til afsnitsvis reduktion af husets indvendige tværsnit, hvor prespasningen mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i området ved disse notlignende fordybninger. Mellem de notlignende fordybninger omfatter huset set i katalysatorlegemets strømningsretning et defineret udvendigt tværsnit, hvorved katalysatorenheden eller en udstødningsgaskatalysator, der omfatter mindst en katalysatorenhed, uden problemer kan tilsluttes til andre komponenter i et udstødningsgassystem i en forbrændingsmotor.

Især ved tilvejebringelse afen udstødningsgaskatalysator til en stor motor, der omfatter flere katalysatorenheder, der er anbragt parallelt ved siden af hinanden i gennemstrømningsretningen, er det herved nemt at tilslutte udstødningsgaskatalysatoren til andre komponenter i et udstødningsgassystem i den store motor.

Ifølge opfindelsen er der set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning udelukkende i området ved husets notlignende fordybninger positioneret mindst en lejemåtte mellem katalysatorlegemet og huset. Når lejemåtten eller hver lejemåtte udelukkende er positioneret i området ved husets notlignende fordybninger mellem katalysatorlegemet og huset, kan anvendelse af sådanne lejemåtter reduceres betydeligt i forhold til den kendte teknik. Herved er det muligt at reducere fremstillingsomkostningerne til en katalysatorenhed.

Ifølge en yderligere fordelagtig videreudvikling er der anbragt udsparinger i huset set i katalysatorlegemets gennemstrømningsretning nedstrøms for den første notlignende fordybning og opstrøms for den sidste notlignende fordybning. Herved er det muligt at fremstille en katalysatorenhed med lav vægt under anvendelse af få materialer og dermed til lave omkostninger.

Udstødningsgaskatalysatoren ifølge opfindelsen er defineret i krav 4 og fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling afen katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator er defineret i krav 5.

Foretrukne videreudviklinger af opfindelsen fremgår af underkravene og den følgende beskrivelse. Udførelseseksempler på opfindelsen vil, uden at begrænse sig hertil, blive nærmere forklaret ved hjælp aftegningen. Her viser:

Fig. 1: et kraftigt skematiseret tværsnit gennem en katalysatorenhed ifølge opfindelsen til en udstødningsgaskatalysator; og Fig. 2: en kraftigt skematiseret perspektivisk visning af en katalysatorenhed ifølge opfindelsen til en udstødningsgaskatalysator.

Den foreliggende opfindelse angår en katalysatorenhed til en udstødningsgaskatalysator i en forbrændingsmotor, især en stationært drevet stor dieselforbrændingsmotor eller en skibsdieselforbrændingsmotor.

Fig. 1 viser et kraftigt skematiseret tværsnit gennem en katalysatorenhed 10 ifølge opfindelsen til en udstødningsgaskatalysator, hvor katalysatorenheden 10 omfatter et keramisk katalysatorlegeme 12, der gennemstrømmes af udstødningsgas i gennemstrømningsretningen 11, og et metallisk hus 13, der set vinkelret på katalysatorlegemets 12 gennemstrømningsretning 11 udvendigt omgiver katalysatorlegemet 12 i det mindste afsnitsvist. Det keramiske katalysatorlegeme 12 betegnes også som Honeycomb-element eller Honeycomb, og det metalliske hus 13 betegnes også som Canning. I fig. 1 er det kraftigt skematiseret og overdrevet vist, at det keramiske katalysatorlegeme 12 har en udvendig kontur eller et udvendigt tværsnit 14, der fremstillingsbetinget råder over tolerancer, der set i gennemstrømningsretningen 11 deraf kan variere.

Katalysatorlegemet 12 holdes kraftsluttende i huset 13 ved hjælp afen prespasning set vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf under mellemanbringelse af mindst en lejemåtte 15, nemlig på en sådan måde, at prespasningen set i katalysatorlegemets 12 gennemstrømningsretning mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 udelukkende er udformet i definerede aksialpositioner af katalysatorlegemet 12 eller af huset 13. Til dette omfatter huset 13 i definerede aksialpositioner notlignende fordybninger 16, via hvilke en indvendig kontur eller et indvendigt tværsnit 17 af huset 13 kan reduceres afsnitsvist. Prespasningen mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 er udelukkende udformet i området ved disse notlignende fordybninger 16, hvor lejemåtten eller hver lejemåtte 15 set i katalysatorlegemets 12 gennemstrømningsretning 11 udelukkende er positioneret i området ved disse notlignende fordybninger 16 mellem katalysatorlegemet 12 og huset 13.

Med udformningen ifølge opfindelsen af katalysatorenheden 10 er det muligt at tilvejebringe en katalysatorenhed 10, hvis hus 13 i alle aksialpositioner, der er positioneret mellem de notlignende fordybninger 16, især i området ved en frontside 18 på strømningsindgangssiden og i området ved en frontside 19 på strømningsudgangssiden, har en udvendig kontur eller et udvendigt tværsnit 20, der er nøjagtigt defineret og har så godt som ingen tolerancer. Når flere sådanne katalysatorenheder 10 positioneres ved siden af hinanden i en udstødningsgaskatalysator, råder udstødningsgaskatalysatoren også over et defineret, nøjagtigt indstillet og næsten tolerancefrit udvendigt tværsnit eller over en tilsvarende udvendig kontur. Derfor kan udstødningsgaskatalysatoren tilsluttes til andre komponenter i et udstødningsgassystem i en forbrændingsmotor uden problemer.

Ifølge opfindelsen kompenseres den tolerancebehæftede udvendige kontur 14 af et keramisk katalysatorlegeme 12 i en katalysatorenhed 10, der omfatter et hus 13 med en nøjagtigt defineret udvendig kontur eller et nøjagtigt defineret udvendigt tværsnit 20, ved, at huset 13 i definerede aksialpositioner omfatter notlignende fordybninger 16, der udelukkende ændrer husets 13 indvendige tværsnit 17 og dermed også det udvendige tværsnit deraf i definerede aksialpositioner for i disse definerede aksialpositioner udelukkende at fiksere og dermed holde det keramiske katalysatorlegeme 12 i det metalliske hus 13 ved hjælp af en prespasning under mellemanbringelse af en lejemåtte 15 i disse aksialpositioner.

Især i området ved frontsiden 18 på strømningsindgangssiden og frontsiden 19 på strømningsudgangssiden og alle andre aksialpositioner af huset 13 uden for de notlignende fordybninger 16 har det samme et næsten tolerancefrit, defineret udvendigt tværsnit 20.

Fig. 2 viser en perspektivisk visning af en videreudvikling af katalysatorenheden 10, hvor der ifølge fig. 2 er anbragt udsparinger 21 i huset 13 set i katalysatorlegemets 12 gennemstrømningsretning 11 nedstrøms for den første notlignende fordybning 16 og opstrøms for den sidste notlignende fordybning 16. Ved disse udsparinger 21 kan der være tale om runde udsparinger eller om kantede udsparinger med forskellige dimensioner. Ved hjælp af disse udsparinger 21 kan vægten af katalysatorenheden 10 reduceres. Endvidere er det herved muligt at fremstille en katalysatorenhed 10 mere omkostningseffektivt, da denne kræver mindre materiale i området ved det metalliske hus 13.

Til fremstilling af en katalysatorenhed 10 ifølge opfindelsen tilvejebringes der først et keramisk katalysatorlegeme 12, et metallisk hus 13 og mindst en lejemåtte 15. Det keramiske katalysatorlegeme 12 anbringes efterfølgende sammen med lejemåtten eller hver lejemåtte 15 i det metalliske hus 13, og prespasningen er udformet mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 i definerede aksialpositioner.

Til dette kan man gå således til værks, at der tilvejebringes et hus 13 med notlignende fordybninger 16 i definerede aksialpositioner, hvor husets 13 indvendige tværsnit 17 i området ved de notlignende fordybninger 16 allerede er mindre end det udvendige tværsnit af katalysatorlegemet 13, der er omgivet af lejemåtten eller hver lejemåtte 15, ide aksialpositioner, hvor prespasningen skal udformes mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12. Ved anbringelsen af katalysatorlegemet 12 og lejemåtten eller hver lejemåtte 15 i huset 13 dannes prespasningen mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 i området ved de notlignende fordybninger 16 automatisk.

Denne fremgangsmåde til fremstilling af katalysatorenheden 10 er især en mulighed, når både katalysatorlegemet 12 og huset 13 er udformet firkantet i tværsnit, som vist i fig. 1 og fig. 2. I dette tilfælde kan der tilvejebringes et ved en langsgående væg i første omgang åbent hus 13 for så at anbringe katalysatorlegemet 12 i huset 13 sammen med lejemåtten eller hver lejemåtte 15 og efterfølgende at positionere en væg i området ved husets 13 langsgående væg og forbinde den fast med de andre vægge af huset 13, f.eks. ved svejsning. Ved sammenføjning af huset 13 opstår der så automatisk prespasning mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 i de definerede aksialpositioner af de notlignende fordybninger 16.

Den ovennævnte fremgangsmåde kan dog også anvendes, når der skal tilvejebringes en katalysatorenhed med et keramisk katalysatorlegeme, der har et rundt tværsnit og et metallisk hus, der har et rundt tværsnit. I dette tilfælde er det f.eks. muligt at sammensætte det rørlignende hus 13, der har et rundt tværsnit, og som allerede har notlignende fordybninger, af to halvskåle, hvor katalysatorlegemet 12 så først lægges ind i en første halvskål af huset 13, og derefter påsættes den anden halvskål og forbindes fast med den første halvskål, som katalysatorlegemet 12 før blev indsat i, f.eks. ved svejsning.

Også her dannes der så automatisk prespasning mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 i de definerede aksialpositioner af husets 13 notlignende fordybninger 16.

Ifølge en anden variant af opfindelsen kan katalysatorenheden 10 tilvejebringes ved, at der tilvejebringes et hus 13 med notlignende fordybninger 16 i definerede aksialpositioner, hvor husets 13 indvendige tværsnit 17 i området ved de notlignende fordybninger 16 er endnu større end det udvendige tværsnit af katalysatorlegemet 12, der er omgivet af lejemåtten eller hver lejemåtte 15, i de aksialpositioner, hvor prespasningen skal udformes mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12. Efter anbringelsen af katalysatorlegemet 12 i huset 13 sammen med lejemåtten eller hver lejemåtte 15 presses huset 13 så afsnitsvist sammen i området ved de notlignende fordybninger under dannelse af prespasningen mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12, dvs. kun i området ved de notlignende fordybninger 16, således at den definerede udvendige kontur eller det definerede udvendige tværsnit 20 af huset 13 forbliver uændret mellem de notlignende fordybninger 16.

Ved denne fremgangsmåde måles katalysatorlegemet 12 fortrinsvis i de aksialpositioner, hvor prespasningen skal dannes med husets 13 notlignende fordybninger 16, for på forhånd nøjagtigt at bestemme det mål, som de notlignende fordybninger 16 ved kraftpåvirkning skal sammenpresses med efter anbringelse af katalysatorlegemet 12 i huset 13 sammen med lejemåtten eller hver lejemåtte 15.

Ifølge en yderligere variant kan katalysatorenheden 10 fremstilles ved, at der først tilvejebringes et hus uden notlignende fordybninger. Det indvendige tværsnit 17 af et sådant hus 13 er så større end det udvendige tværsnit af katalysatorlegemet 12, der omgives af lejemåtten eller hver lejemåtte 15. Efter anbringelse af katalysatorlegemet 12 og lejemåtten eller hver lejemåtte 15 i huset 13 sammenpresses huset 13 afsnitsvist ved dannelse af notlignende fordybninger 16 ved dannelse af prespasningen mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 i området ved de notlignende fordybninger 16.

Ved denne variant er en større kraft nødvendig til sammenpresning af huset, da de notlignende fordybninger 16 i de definerede aksialpositioner af huset 13 først skal udformes. I dette tilfælde er en understøtning af huset 13 især nødvendig i området ved frontsiden 18 på strømningsindgangssiden og frontsiden 19 på strømningsudgangssiden for at forhindre en deformering af den definerede udvendige kontur eller det definerede udvendige tværsnit 20 af huset 13 uden for de notlignende fordybninger 16.

Hensigten med den foreliggende opfindelse er således ved en katalysatorenhed 10, der omfatter et keramisk katalysatorlegeme 12 og et metallisk hus 13, afsnitsvist at trække det metalliske hus 13 ind via notlignende fordybninger 16 for i området ved fordybningerne 16 at tilvejebringe en sammenpresning af huset 13 med katalysatorlegemet 12. Uden for disse notlignende fordybninger 16 forbliver det definerede udvendige tværsnit 20 af huset 13 uforandret. Derfor kan katalysatorenheden 10 integreres i en udstødningsgaskatalysator og udstødningsgaskatalysatoren kan tilsluttes til andre komponenter i et udstødningsgassystem i en forbrændingsmotor uden problemer. Betinget af, at prespasningen mellem huset 13 og katalysatorlegemet 12 udelukkende er udformet i området ved de notlignende fordybninger 16, kan en lejemåtte 15, der set i gennemstrømningsretningen eller i aksialretningen er gennemgående, undværes. Lejemåtten 15 omgiver således udelukkende katalysatorlegemet 12 i det område, hvor prespasningen er udformet mellem katalysatorlegemet 12 og det metalliske hus 13. Endvidere kan der anbringes udsparinger mellem notlignende fordybninger 16 i form af huller og/eller spalter i huset 13 set i aksialretningen, hvorved vægten og materialeomkostningerne til det metalliske hus 13 og dermed i sidste ende til katalysatorenheden kan reduceres yderligere.

Husets 13 udgang og/eller indgang kan kalibreres til et defineret mål med hensyn til de udvendige dimensioner ved deformering, især ved presning eller udvidelse.

Henvisningstalliste 10 katalysatorenhed 11 gennemstrømningsretning 12 katalysatorlegeme 13 hus 14 udvendigt tværsnit 15 lejemåtte 16 fordybning 17 indvendigt tværsnit 18 frontside 19 frontside 20 udvendigt tværsnit 21 udsparing

Claims (5)

1. Katalysatorenhed (10) til en udstødningsgaskatalysator, med et keramisk katalysatorlegeme (12), der gennemstrømmes af udstødningsgas, og med et metallisk hus (13), der omgiver katalysatorlegemet (12) vinkelret på gennemstrømningsretningen (11) deraf i det mindste set afsnitsvist, hvor der set vinkelret på gennemstrømningsretningen (11) af katalysatorlegemet (12) mellem katalysatorlegemet (12) og huset (13) er positioneret mindst en lejemåtte (15), hvor katalysatorlegemet (12) vinkelret på gennemstrømningsretningen deraf under mellemanbringelse af lejemåtten eller hver lejemåtte (15) holdes kraftsluttende i huset (13) ved hjælp afen prespasning, nemlig på en sådan måde, at prespasningen set i katalysatorlegemets (12) gennemstrømningsretning (11) mellem huset og katalysatorlegemet udelukkende er udformet i definerede aksialpositioner, hvor huset (13) i de definerede aksialpositioner omfatter notlignende fordybninger (16) til afsnitsvis reduktion af husets (13) indvendige tværsnit (17), og hvor prespasningen mellem huset (13) og katalysatorlegemet (12) udelukkende er udformet i området ved de notlignende fordybninger (16), kendetegnet ved, at mindst en lejemåtte (15) er positioneret mellem katalysatorlegemet (12) og huset (13) i katalysatorlegemets (12) gennemstrømningsretning (11) udelukkende i området ved husets (13) notlignende fordybninger (16).

2. Katalysatorenhed ifølge krav 1, kendetegnet ved, at huset (13) set i katalysatorlegemets (12) gennemstrømningsretning (11) mellem de notlignende fordybninger (16) har et defineret udvendigt tværsnit (20).

3. Katalysatorenhed ifølge et af kravene 1 til 2, kendetegnet ved, at der i huset (13) set i katalysatorlegemets (12) gennemstrømningsretning (11) ned-strøms for den første notlignende fordybning (16) og opstrøms for den sidste notlignende fordybning (16) er anbragt udsparinger (21).

4. Fremgangsmåde til fremstilling af en katalysatorenhed ifølge et af kravene 1 til 3, med mindst de følgende trin: a) at tilvejebringe et keramisk katalysatorlegeme; b) at tilvejebringe et metallisk hus; c) at tilvejebringe mindst en lejemåtte; d) at anbringe det keramiske katalysatorlegeme og lejemåtten eller hver lejemåtte i det metalliske hus og udforme prespasningen mellem huset og katalysatorlegemet, kendetegnet ved, at der tilvejebringes et hus med notlignende fordybninger i definerede aksialpositioner deraf, hvor husets indvendige tværsnit i området ved de notlignende fordybninger er større end det udvendige tværsnit af katalysatorlegemet, der omgives af lejemåtten eller hver lejemåtte, i de aksialpositioner, hvor prespasningen skal udformes mellem huset og katalysatorlegemet, hvor huset efter anbringelse af katalysatorlegemet og lejemåtten eller hver lejemåtte i huset afsnitsvist presses sammen og dermed derformeres plastisk i området ved de notlignende fordybninger ved udformning af prespasningen mellem huset og katalysatorlegemet.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at husets udvendige dimensioner kalibreres til et defineret mål ved deformering, især presning eller udvidelse, i indgangs- og udgangsområdet.