专利名称：尤其用于柴油机或稀混合气发动机的催化转换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的催化转换器。鉴于在许多国家日益严格的环境法规，用于净化废气的催化转换器必须更准确地适应汽车的内燃机及其运行方式。
在汽油机的废气净化中，由先有技术已知，为了降低在冷起动阶段的有害物排放采用一种催化转化器，它有具有尽可能小的每单位体积的热容量的第一区，因此这一区迅速加热、起动催化反应以及通过由此产生的热能加热催化转换器处于更下游的部分。在WO 92/02716中介绍了这种催化转换器的一个例子。
US 5549873和EP 0705962 A1也介绍了在前部区内具有较小热容量的蜂窝体。所有三个文件共同之点在于，在第一区内的表面积比第二区的小，因此基本上达到减小热容量。
除了所介绍的具有较小热容量的第一区的整体式蜂窝体外，在许多排气装置中还有一些具有两个蜂窝体的方案，其中第一个蜂窝体每单位横截面积有较少的通道数并因而有较小的热容量。
最近几年总的发展趋势是，在所有的蜂窝中壁越来越薄以及导致总体上尽可能小的热容量。之所以这样做的原因，除了减轻重量外，主要是希望在排气系统内的压力损失尽可能小再加上希望有尽可能大的每单位体积的面积。
这些基本上在汽油机中获得并适用的知识涉及传统的发动机设计思想，其中，废气和燃料的混合物尽可能准确地按化学计算法调整。
然而这些设计思想不能毫无问题地转用于柴油机或所谓的稀混合气发动机，亦即以大的空气过量工作的发动机，尤其采用汽油直接喷射的发动机。由于在废气内大的空气过量，在工作时那里存在的温度比按化学计算法工作时的低得多。当然。尽管希望在内燃机冷起动后在催化转换器内尽可能迅速地达到对催化转换必要的工作温度，但是在晚些时候的运行中，尤其在怠速阶段中产生如此低的排气温度，以致使催化转换器在有的情况下冷却到为转换所需的工作温度之下，因此在随后的负载阶段起先向环境排出有害物质。
因此本发明的目的是创造一种用于净化废气的催化转换器，它尤其适用于柴油机和稀混合气发动机，在发动机冷起动后迅速达到其工作温度，但是在随后的排气温度较低的阶段中不会很快重新丧失此工作温度。
按权利要求1的催化转换器用于达到此目的。在从属权利要求中给出有利的进一步发展。
本发明决定性的步骤在于，在催化转换器内，在常见的以及在本例中也期望的热容量小的区的下游，提供一个每单位蜂窝体体积热容量特别高的第二区。与发展趋势相反，在这里因为要显著改善废气净化质量不得不忍受较大的重量和略高的压力损失。
按本发明，用于净化废气的催化转换器至少有一个具有催化活性物质涂层的蜂窝体，它有借助于壁彼此分开可流过废气的通道，其中，转换器沿流动方向前后有第一区和第二区，其中第一区蜂窝体每单位体积的热容量比第二区的小。在这里，第二区有特别大的热容量为至少每升和每开尔文有800焦耳[J/LK]，优选地至少有900。在第二区内这种大热容量的作用在于蓄热，因此在排气温度低时所蓄的热可以在一定时间内维持催化反应。
在发动机冷起动后，第一区如按先有技术已知的那样迅速加热，并开始有害的废气成分尤其碳氢化合物和一氧化碳的催化转换。这种反应是放热的并支持迅速加热现在开始蓄热的第二区。为了在此冷起动阶段中进行转化反应，催化转换器第一区的表面积基本上足够了，所以第二区温度缓慢上升对于有害物质排放没有造成不利的影响。因此，第二区在后续的排气温度低的运行阶段借助于所蓄的热可以继续维持催化反应，在此期间第一区由于其热容量小而迅速冷却到低于必要的转化温度。在再往后的排气温度较高的阶段放热反应迅速地重新转移到第一区内，因此第二区重新加热并能蓄入新的热量。这一过程总体上导致即使在发动机运行方式变换的情况下仍能均匀和有效地净化废气，上述运行方式的变换例如尤其可能在居民区行驶时和在相应的试车循环中发生。
原则上有多种可能性制造具有热容器特别大的第二区的催化转换器。热容量可通过增加载体结构的壁厚和/或通过增加涂层的厚度获得。当然，除此之外也可以与第一区相比增加每单位横截面积的通道数量。
在一种优选的实施形式中，催化转换器由两个单个的蜂窝体组成，它们可并列靠近或在空间上略有分开地布置，其中第二蜂窝体的壁比第一蜂窝体的厚。在由金属薄板层卷绕、叠层或缠绕而成的蜂窝体的情况下，按本发明第一区平均的无涂层壁厚小于0.06mm，优选地小于0.04mm，而第二区平均的无涂层壁厚大于0.06mm，优选地大于0.08mm，尤其有0.11mm厚。因为出自于加工技术和/或力学方面的原因，有可能会要求各个薄板层，尤其是光滑的和波纹状的薄板层设计为不同的厚度，所以在本例的情况下提供的数据是平均的金属薄板层厚度。但特别优选的是，在一个区内所有的薄板层采用相同的厚度。由于通常使用的不锈钢有大的热容量，迄今对于金属蜂窝体几乎不考虑的大于0.08mm的薄板厚度允许储存大量的热，这一热量可以使作为涂层存在于薄板层上的陶瓷基面修补涂层在一段时间内保持在工作温度，即使在排气温度已剧烈下降的情况下。
当然，作为替换形式或附加地还可以在一个催化转换器的第一和第二区内涂层厚度是不一样的，所以在第一区内得出壁加上涂层的总厚度小于0.08mm，而在第二区内总厚度大于0.1mm，优选地大于0.12mm。这样做尤其对于用厚度全都相同的载体材料制的整体式蜂窝体而言提供了制成热容量不同的两个区的可能性。
为了在冷起动阶段尽管第二区缓慢加热但仍有足够的表面积用于催化转换，第一区的轴向长度应为10至60mm，优选地为20至50mm。但在总体上第二区的轴向长度应至少是第一区轴向长度的两倍。对于两个区数量至少为360cpsi(cells per squareinch)已证明是恰当的。
在下面借助示意表示本发明实施例的附图
进一步说明本发明的其他详情和优点。
附图表示了一个具有蜂窝体6的催化转换器。此蜂窝体有一个轴向长度a的沿轴向第一区1和轴向长度b的沿轴向第二区2。蜂窝体6沿流动方向S被内燃机尤其柴油机或稀混合气发动机的废气流过。应当指出，蜂窝体6可以是整体式蜂窝体，其中设计有热容量不同的区1、2，但它也可以是由两个分开的用于两个区1、2的蜂窝体组成，它们然后装在一共同的外套管7内。按本实施例的蜂窝体由彼此反向缠绕的光滑金属薄板层4和波纹的金属薄板层5组成，它们构成可流过废气的通道3。在优选的实施例中，在第一区1内所有薄板的厚度约为0.03mm，在第二区2内则不同约为0.11mm。由此，使第二区具有涂层的热容量超过900J/LK。
本发明允许在柴油机或稀混合气发动机变换的工作状态下有效地净化废气，与此同时按本发明的方案简单、成本低以及在重量和压力损失方面只有轻微的缺点。
权利要求
1．净化内燃机尤其柴油机或稀混合气发动机废气的催化转换器，包括至少一个有催化活性活质涂层的蜂窝体(6)，它有通过壁(4、5)互相分开可流过废气的通道(3)，其中，转换器沿流动方向(S)前后有第一区(1)和第二区(2)，其中第一区(1)蜂窝体(6)每单位体积的热容量比第二区(2)的小，其特征为第二区(2)的热容量至少每升和每开尔文有800焦耳[J/LK]，优选地至少有900。
2．按照权利要求1所述的催化转换器，其中，蜂窝体(6)由至少局部具有某种结构的金属薄板层(4、5)卷绕、叠层或缠绕而成，金属薄板层构成通道(3)的壁，其特征为金属薄板层(4、5)在第一区(1)内平均无涂层的厚度小于0.06mm，优选地小于0.04mm，以及在第二区内平均无涂层的厚度大于0.06mm，优选地大于0.08mm，尤其有0.11mm厚。
3．按照权利要求1或2所述的催化转换器，其特征为带涂层的壁(3)厚度在第一区(1)内小于0.08mm，以及在第二区(2)内大于0.1mm，优选地大于0.12mm。
4．按照权利要求1、2或3所述的催化转换器，其特征为第一区(1)和第二区(2)由两个分开的蜂窝体构成。
5．按照权利要求1、2或3所述的催化转换器，其特征为第一区(1)和第二区(2)设计在一个整体式的蜂窝体(6)内。
6．按照权利要求3所述的催化转换器，其特征为第一区(1)和第二区(2)设计为有不同厚度的涂层。
7．按照前列诸权利要求之一所述的催化转换器，其特征为第二区(2)的轴向长度(b)至少是第一区(1)轴向长度(a)的两倍。
8．按照前列诸权利要求之一所述的催化转换器，其特征为第一区(1)的轴向长度(a)为10至60mm，优选地为20至50mm。
9．按照前列诸权利要求之一所述的催化转换器，其特征为它安装在尤其汽车柴油机的排气装置内。
10．按照权利要求1至9之一所述的催化转换器，其特征为它安装在尤其汽车的采用汽油直接喷射的稀混合气发动机的排气装置内。
11．按照前列诸权利要求之一所述的催化转换器，其特征为在第一区(1)和第二区(2)内每单位横截面积的通道数大体相同，尤其大于360 cpsi(cell per squareinch)。
12．按照前列诸权利要求之一所述的催化转换器，其特征为在第一区(1)和第二区(2)内每单位体积的表面积基本相同。
全文摘要
本发明涉及一种净化内燃机尤其柴油机或稀混合气发动机废气的催化转换器,包括至少一个有催化活性物质涂层的蜂窝体(6),它有通过壁(4、5)互相分开可流过废气的通道(3),其中,转换器沿流动方向(S)前后有第一区(1)和第二区(2),其中第一区(1)蜂窝体(6)每单位体积的热容量比第二区(2)的小,其特征在于,第二区(2)的热容量至少有每升和每开尔文800焦耳[J/LK],优选地至少有900。优选地,金属薄板层(4、5)在第一区(1)内平均无涂层的厚度小于0.06mm,优选地小于0.04mm,以及在第二区内平均无涂层的厚度大于0.06mm,优选地大于0.08mm,尤其有0.11mm厚。以此方式。第一区(1)当排气温度高时可迅速达到工作温度,而在此期间第二区(2)可以蓄热用于排气温度低的工作状态。
文档编号F01N3/28GK1299438SQ99805737
公开日2001年6月13日 申请日期1999年5月3日 优先权日1998年5月12日
发明者罗尔夫·布吕克, 约尔格·罗曼·柯涅茨尼 申请人:发射技术有限公司