Каталитический нейтрализатор, в частности, для двигателя внутреннего сгорания и способ его изготовления

 

(ю) ЯЦ (u) 1839696 АЗ (S1) 5 Г01ХЗ 10 3010 3

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСМДАРСТВЕННОЕ IIATEHTHOE

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

oIIHcAHHK нзокркткнн -" ;.",", К ПАТЕНТУ (21) 4743436/06 (22) 30.03.90 (31) 87 3733402 (32) 0210.87 (33) 0Е (46) 30.1293 Бюл. Na 48-47 (71) Эмитек Гезельшафт фюр Эмиссионстехнологи мбх (0E) (72) Вольфганг Маус(0Ц; Хельмут Сварс(ОЦ (73) Эмитек Гезельшафт фюр Эмиссионстехнологи мбх (0Ц (86) ЕР 88/00756 (23.08.88) (54) КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР, В

ЧАСТНОСТИ„ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение касается системы использования катализатора, в частности. дпя двигателей внутреннего сгорания с расширяющимся в направлении потока диффузором перед сотовым телом катализатора и сужающимся конфузором за телом катализатора и по меньшей мере с одним направляющим элементом в диффузоре и/или конфуэоре., Чтобы добиться равномерного обтекания торцовой стороны тела катализатора, не дросселируя сильно поток отработавших газов, в соответствии с изобретением в диффузоре располагается направляющий элемент, который состоит из большего количества расположенных рядом друг с другом ипи друг в друге каналов. которые в направлении потока, по меньшей мере, частично имеют увеличивающееся поперечное сечение. При этом отдельные каналы предпочтительно должны иметь угол раскрытия альфа. который исключает отделение потока от стенок отдельных. каналов. Направляющий элемент может быть покрыт каталитическим активным материалом, благодаря чему объем диффузора и при необходимости конфузора используется для размещения каталитически активных поверхностей.

Наряду с улучшенным обтеканием тела основного катализа(ора могут быть улучшены пучковые свойства в холодном состоянии системы использования катализатора. 2 сп. 8 зп.ф-.лы. 10 ил

1839696

Изобретение касается каталитического нейтрализатора в системе использования катализатора, в частности, для двигателей внутреннего сгорания, а также способа его изготовления.

Нейтрализатор с направляющим поток элементом в системе использования катализатора известно (например, выложенная заявка ФРГ М 3430399 или М 3430400).

Большинство обычных систем использования катализаторов содержат сотовое тело катализатора с большим количеством параллельных каналов, которое может состоять или из керамического основного материала или из структурированных листов.

Так как обычные выпускные трубопроводы имеют значительно меньшее поперечное сечение, то обычно перед каждым телом катализатора расположен расширяющийся диффузорный участок, а за телом катализатора — конфузорный участок в качестве перехода к нормальным выпускным трубопроводам. При этом известно применение тел для направления потока, которые создают завихрение потока перед катализатором (выложенная заявка ФРГ М 3536315).

Кроме того, известны два разделенных тела катализатора с различным поперечным сечением, которые обеспечивают возможность приспособления к различным условиям установки (патент Ф РГ M 3417506).

Известны двухступенчатые тела катализатора(выложенная заявка ФРГ t4 3012182), .оптимально приспособленные к соответствующим отработавшим газам горения. Известно тело катализатора (выложенная заявка ФРГ %2313040), которое по технологическим причинам выполнено незначительно коническим, так как оно запрессовывается в слегка конический корпус.

Однако в системах использования катализаторов не решена проблема равномерного обтекания передней стороны тела катализатора. Все известные устройства действуют как дроссели в потоке отработавших газов и тем самым повышают противодавление отработавших газов, вследствие чего снижается КПД двигателя. С помощью известных тел для направления потока нельзя добиться равномерного обтекания тела катализатора, Пространство, необходимое для диффузора или конфузора, не может использоваться оптимально.

Задачей изобретения является создание тела для направления потока в системе использования катализатора, которое способствует оптимальному обтеканию тела катализатора. Наряду с этим должно быть. улучшено использование необходимого для

55 ния катализатора с впускным патрубком 1, выпускным патрубком 2, обычным сотовым катализатором 3, элементом 4 для направления потока в диффуэоре и элементом 5 для направления потока в конфузоре. Между элементами 4 и 5 для направления потока диффуэора и конфузора объема или этот объем должен быть уменьшен. Должна быть достигнута также лучшая пусковая характеристика катализатора при запуске холодно5 го двигателя.

Для решения этих задач предлагается нейтрализатор с направляющими элементами, которые могут одинаково использоваться как в диффуэоре, так и в конфуэоре. В

10 диффузоре открытая поверхность поперечного сечения тел для направления потока должна увеличиваться, в конфузоре она должна уменьшаться так, что тело для направления потока должно быть расположено наоборот. Направляющий элемент состоит из большого количества частично-конусно расширяющихся каналов. Падение давления, которое вызывает направляющий элемент потока, остается относительно

20 небольшим, в некоторых случаях даже ниже падения давления, которое бы вызвал диффуэор без направляющего элемента.

Направляющими элементами являются сотовые тела, отдельные каналы которых про25 ходят не параллельно, а под углом друг к другу.

На фиг. 1 изображена типичная система использования катализатора с телами для направления потока в соответствии с изо30 бретением; на фиг. 2 — система использования катализатора с одним телом для направления потока в диффузоре; на фиг. 3 — волнистый лист со шлицами, который пригоден для изготовления тел для направле35 ния потока в соответствии с изобретением; на фиг. 4 — выпрямленный слой на торцовой стороне тела для направления потока; на фиг. 5— - выпрямленный слой на задней кромке тела для направления потока, на фиг, 6—

40 выпрямленный слой на торцовой стороне иначе изготовленного тела для направления потока; нафиг,7 — выпрямленный слой на задней кромке тела для направления потока в соответствии с изобретением в

45 центральной зоне; на фйг. 8 — выпрямленный слой в наружной зоне задней кромки этого тела; на фиг, 9 — тело для направления потока из отдельных, заранее изготовленных канальных узлов в форме усеченного

50 конуса; на фиг. 10 — тело для направления потока из отдельных, заранее изготовленных каналов с прямоугольным поперечным сечением.

На фиг. 1 показана система использова1839696 патрубка 8, выпускного патрубка 9, катали- 5 затора 10 и элемента 11 направляющего

15

25

50 ших газов и размещенный с образованием

5 первой промежуточной полости перел сотовым катализатором, имеющим каналы для отработавших газов, конфузор. размещенный с образованием второй про лежуточной полости после кэталиэа1 . рэ, : сужающийся в направлении потока ll (006 и катализатором 3 предусмотрены промежуточные полости 6 и 7, На фиг. 2 показана система использования катализатора, состоящая иэ впускного поток в диффузоре. который с помощью г ромежуточной полости 12 отделен от катализатора 10. Катализатор выполнен из параллельных каналов. а направляющий элемент — из расширяющихся в направлении потока каналов с пространственным углом раскрытия. В принципе благоприятно, если направляющий элемент начинается точно в конце впускного патрубка 8, однако по технологическим или аэродинамическим причинам может быть необходимо, чтобы торцовая сторона направляющего элемента была расположена лишь немного внутри диффузора. Поперечные сечения систем использования катализатора в равной мере пригодны для цилиндрических и конусных систем, а также для уплощенных форм.

Для изготовления направляющего элемента пригоден волнистый лист 13, который имеет исходящие от задней кромки 14 шлицы вдоль всех или части впадин и/или гребней волны. Такой волнистый лист вначале изготавливается с возможно более крутыми боковыми поверхностями и большими амплитудами, Затем выполняются. @лицы 15.

Волнистый лист может растягиваться на передней кромке 16, вследствие чего уменьшаются крутизна боковых поверхностей и амплитуды. На задней кромке 14 лист со шлицами 15 также растягивается при необходимости дальше, чем на передней кромке

16. При этом шлицы раздаются, не изменяя боковые поверхности или амплитуды. Такой волнистый лист 13 спирально навивают вместе с гладким листом 17, который должен быть не прямым, а изогнутым с увеличением кривизны при возрастающем раэдвигании шлицов. Таким образом образуется желаемое тело для направления потока с каналами 18, которые имеют увеличивающееся в направлении потока поперечное сечение.

На фиг. 5 показана образующая форма поперечного сечения на передней кромке

16 или на задней кромке 14. Для простоты

Формула изобретения

1. Каталитический нейтралиэатор, в частности, для двигателя внутреннего сгорания, содержащий впускной патрубок, диффуэор, сообщенный с ним, расширяющийся в направлении потока отработав.т изображен только один выпрямленный слой иэ волнистого листа 13 с двумя гладкими листами 17.

На фиг. 6, 7 и 8 направляющий элемент состоит иэ одного волнистого листа 19 с

6ollblUoA амплитудой и GQHof0 волнистого листа 20 с меньшей амплитудой, Эти листы навивэются спирально, причем на задней кромке скручиваются с узкой гладкой повер-, хностью 21. вследствие чего обе волны не могут взаимно переплетаться, благодаря чему образуется быстрее возрастающая при намотке торцовая поверхность, чем на передней кромке. Гладкая прокладка не является прямой лентой из листового материала, э должна иметь увеличивающееся искривление. однако при использовании узкой ленты из листового материала это может достигаться путем пластической деформации. Образующийся направляющий элемент имеет на торцовой стороне типичное взаимное расположение взаимно проникающих волнистых листов, как изображено на фиг. 6, на задней кромке во внутренней зоне взаимное расположение, кэк изображено на фиг, 7, и во внешней зоне взаимное расположение, как изображено на фиг. 8.

На фиг. 9 и 10 направляющие элементы выполнены иэ отдельных, заранее изготовленных в виде усеченного конуса канальных узлов 22 или из прямоугольных канальных узлов 23, Возможны другие поперечные сечения каналов, причем отдельные узлы могут включать не отдельные каналы, а целые ряды каналов.

В общем случае благоприятно соединять листы друг с другом с помощью пайки, однако принимаются другие технические способы соединения, как, например, клепка, сварка и спекание.

Направляющий элемент потока может иметь трубу-оболочку, которая при сборке системы использования катализатора представляет собой конфузор или вставляется в него. (56) Заявка ФРГ N. 2429002, кл; F 01 М 3/ 10, опублик. 1976.

Заявка ФРГ N. 2720322, кл. F 01 N 3/10, опублик, 1978.

1839696 щенный с выпускным патрубком, и по меньшей мере один направляющий элемент, установленный в диффузоре и/или конфузоре, выполненный с площадью поперечного сечения со стороны катализатора, превышающей его площадь поперечного сечения со стороны впускного патрубка и/или выпускного патрубка, имеющий сквозные каналы, выполненные с площадью поперечного сечения, увеличивающейся по потоку в диффузоре и уменьшающейся в конфуэоре, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения направляющего элемента со стороны катализатора превышает его площадь поперечного сечения со стороны впускного и/или выпускного патрубков более чем в два раза, преимущественно в 4 - 6 раэ, а сквозные каналы направляющего элемента расположены один рядом с другим

2. Нейтрализатор по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения сквозного канала со стороны входного и/или выходного патрубков и площадь поперечного сечения канала сотового катализатора равны между собой.

3. Нейтрализатор по пп.! и 2, отличающийся тем, что каждая промежуточная полость выполнена длиной, равной 5 - ЗО мм.

4. Нейтрализатор по пп.! - 3, отличающийся тем, что сквозные каналы выполнены с углом раскрытия, составляющим менее л/17, предпочтительно менее л/24.

5. Нейтрализатор по,пп.1 - 4, отличающийся тем, что направляющий элемент образован гладкими и волнистыми листами, расположенными попеременно или намотанными слоями, причем волнистые листы выполнены со шлицами, расположенными вдоль гребней или впадин от кромки, обращенной к катализатору, и заканчивающимися вблизи противоположной кромки, выполненной с волнистостью, превышающей волнистость кромки. обращенной к катализатору.

5 6. Нейтрализатор по пп.1 - 4, отличающийся тем, что направляющий элемент образован слоями по меньшей мере двух волнистых листов равной длины и разной f0 амплитуды волн, причем листы на одном конце направляющего элемента волнами и впадинами взаимно проникают один в друroA, а на другом конце разделены при помощи прокладки иэ узкой гладкой полосы

15 листового материала.

7, Нейтралиэатор по пп.1 - 4, отличающийся тем, что каждый сквозной канал направляющего элемента образован предпочтительно из металлических листов, Е, Нейтрализатор по пп,1 - 7, отлйчающийся тем, что листы по меньшей мере в части мест соприкосновения соединены один с другим при помощи пайки.

9. Нейтрализатор по пп,1 - 8, отличающийся тем, что направляющий элемент покрыт каталитически активным материалом.

10. Способ изготовления направляющего элемента путем навивки или укладки

30 слоями гладкого и волнистого листов с образованием сквозных каналов и последующего соединения листов по меньшей мере на части мест их соприкосновения пайкой при высокой температуре, отличающийся

35 тем, что перед навивкой или укладкой листов на волнистом листе выполняют шлицы вдоль по меньшей мере части гребней или впадин, начиная от одной кромки листа и заканчивая вблизи другой его кромки, на расстоянии 1О мм от нее, и волнистый лист растягивают со стороны кромки, снабженной шлицами, с большим усилием, чем со стороны кромки. беэ шлицев.

1839696

1839696

Составитель С. Андреева

Техред M. Моргентал Корректор М, Максимишинец

Редактор Т. Юрчикова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4!5

Заказ 3413

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101