专利名称：用于废气催化处理的催化器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于废气催化处理的催化器。该催化器尤其是设置用来通过催化处理使一种内燃发动机、例如汽油内燃发动机的废气净化和/或去毒，也就是使有害物质通过一种化学反应发生转换从而除去有害物质。该内燃发动机例如可以属于汽车或其它的机动车亦或用于静上的运行，例如用于备用发电机组的驱动。
公知的催化器具有设有一个废气入口及一个废气出口的外壳。该外壳包含可通过气体的催化装置，在其中当催化器工作时使废气受到催化处理。该催化器具有例如通常被称为基体的一个催化器体，或是多个在工作时使废气一个接一个流过的催化器体或多个基体。
此外由公开的EP-A0514326公知了具有外壳的催化器，它具有一个圆柱形侧面及两个平的端壁并包含有设有至少一个环形催化器体的催化装置。这个或每个环形催化器体具有一个外表面、一个内表面及一多个由该内表面至该外表面延伸的通道。在所引证的该公开文献的图6及10中所示的催化器上，入口连通到被一环形催化器体的内表面包围的内空间中。在该催化器工作时，废气通过入口流入到该内空间中，在其中废气将转向外部，并从内部经由催化器体向外流到一个外部的环形空腔中。试验表明，在催化器体中废气的流速及气流密度沿轴向仍有一些变化，此外其中气流密度的分布是与单位时间导入的废气量相关的。这种气流分布的不均匀性使催化器体的效率下降，而且引起了轴向的不均匀发热，由此该催化器体与一种能在催化器体的轴向延伸上均匀分布废气气流的情况相比，其尺寸必须要大一些。在该引证的公开文献的图6及10中所示的催化器的另一缺点还在于它的外壳(相对于待处理的废气量来说)具有过大的直径，这就使催化器布置于汽车下部变得困难了。虽然可以使环形催化器体的内、外直径取较小的尺寸，并对此使环形催化器体的轴向尺寸增大，从而使催化器体的容积保持不变。但是这样做将使催化器体中气流分布的轴向非均匀度更变大。
在所引证的公开文献的图5中所示催化器上，入口被连通到一个换向内空间中，该内空间与一个在外壳侧面与环形催化器体的从入口侧出发并锥形扩大的外表面之间的环形外空间相连通。在催化器工作时，废气经由入口流入到该换向内空间中，在其中转向外部并到达该外空间中，并流到催化器体外表面处且进入其中，接着穿过催化器体到达一个内空间中并经由出口离开催化器。这种催化器体的锥形外表面改善了催化器体中气流密度的均匀性。因为该催化器体是由具有沿轴不断变化的直径的环形波纹片件组成的，因此这种催化器体的制造成本高。此外，在根据该引证文献图5的催化器中如在根据
图1至3及7至9中的其余催化器中一样，废气与较大的外壳壁部分形成接触，并通过它使相当多的热量，在气流进入到催化器体前，就已通过外壳传递到周围环境中。这在一个所谓的冷起动时，即当开始被导入废气时催化器约具有环境温度的情况下，其缺点在于达到催化器体具有对有效地废气处理所必须的温度的时间延续到相当长。
一种由公开文献DE-A2201881公知的催化器具有一个带有圆柱形侧面的外壳，该侧面利用由此开始锥形缩小的过滤区段与圆柱形套管相连接，这些套管则用作废气的入口及出口。外壳包括一个带有轴向废气通道的催化器体。该催化器体绝大部分是圆柱形的，但在接近入口的地方具有截锥形的端部区域，该区域伸入到外壳的锥形过渡区段中。根据该文献的附图，该催化器体具有垂直其轴并由此垂直于废气流过的气流方向的一个横截面，它大约是套管限定的内空间的横截面的四倍大。因此废气以相当大的流速流过该催化器体。催化器体的各个通道因此必须有相对大的横截面尺寸，因为否则会使气流阻力及压力损耗非常大。而大的各通道的横截面尺寸将导致流过的废气仅与具有催化活性材料层的催化器体中形成通道的面产生相对少的接触。由此通道必须相应加长，这就使气流阻力及压力损耗以不希望的方式增加。此外，该催化器体的容积、重量及制造成本与在催化器中单位时间流过的废气量相对照是相当高的。根据该引证的文献，催化器体的截锥形端部区域应使通过入口流入的废气均匀地分布在催化器体的整个横截面中。但是本专利申请持有者对一个与此类似结构的催化器作了气流的数值计算，它表明在该催化器体中的气流密度总是与距轴的距离有关的，并且外横截面区域中的气流密度小于中间横截面区域中的气流密度。因为根据该引证的文献的附图，与入口相连接的外壳的锥形过渡区段与轴构成一个相当大的角度，即约为30°，此外在较大的气流速度时存在这样的危险，即当废气流在进入到由锥形过渡区段限定的外壳内空间区域时会与壁脱离产生涡流，这就使气流阻力变大。
由公开的文献GB-A2128893中公知了一种具有空心柱体式催化器体的催化器。该催化器的入口与被催化器的圆柱形内表面包围的内空间相连通。该圆柱形外表面及朝向出口的催化器体端面与一个和出口相连接的外空间相邻。该催化器体是由一圈原来是平面的，压成波纹状的线织物构成的，不但在轴向而且在径向可流过气体。在催化器工作时，废气流通过催化器体的圆柱形内表面来到其中，并然后一部分在其圆柱形外表面处，另一部分在该催化器体的平端面处从其中流出。这种催化器具有的缺点是，在催化器体的内表面处流入的废气中的气流速度及气流密度沿轴向有相当大的变化。此外废气在该催化器体中经过了不同的路径长度，并有一部分仅是经过很短的路径就出来了，因此有一部分的废气未充分地受到催化处理。
由公开文献US-A3736105公开的一种催化器具有一个外壳及催化装置，该催化装置具有一个内部的及一个外部的锥形的而横截面为环形的催化器基圈。每个催化器基圈是由带孔的锥形侧面限定的，并在两者之间设置了颗粒状的材料。入口与由内部锥形侧面包围的内空间相连接。该内空间从入口侧开始缩小，并在背离入口的端部上具有的直径大约为与入口相连接的内空间端部直径的30%。在这种催化器中在流入到内催化器基圈的内侧面中的废气流速及气流密度也同样地沿轴向有很大变化。同时气体的分布尤其与经入口流入的废气速度及量有关。因为这种催化器基圈是由颗粒材料组成的，此外该基圈的厚度及气体渗透性是随地点而异的并且是随时间变化的。
本发明的任务则在于作出一种催化器，利用它可以克服公知的催化器的缺点。同时应该作到(例如从公开文献EP-A0514326的图5中公知的催化器作为出发点)尤其是在工作时在催化装置的内表面上气流密度的分布尽量地均匀并达到尽可能小的气流阻力。此外该催化器可以完善地安装在汽车的底部及可经济地制造，以及在冷起动时能获得完善的废气催化处理。
这个任务将根据本发明通过具有这样特征的催化器来解决，该催化器用于废气的催化处理，特别是可用于内燃发动机的废气催化处理，它具有一个轴、一个外壳及一个设置在该外壳中的催化装置，其中外壳具有一个围绕轴的侧面、与一个内空间相连接的一个入口及一个出口，其中催化装置具有与内空间相邻的一个内表面、一个朝着侧面的外表面、及多个从该内表面延伸到该外表面的通道，并且其中在侧面及催化装置的外表面之间具有一个外空腔，其特点在于所述催化器还设有至少在内空间的部分中的带有一个限流表面的限流部件，它与催化装置的内表面共同限定了一个自由的内空间区域，并且至少在内空间的一部分中从入口侧出发逐渐地靠近催化装置的内表面，以使得自由内空间区域的横截面至少在该内空间的所述部分中从入口侧开始减少。
而且，在所述的催化器中，催化装置的内表面可以基本上平行于轴。
而且，在所述的催化器中，至少在限流面上沿催化装置的内表面的50%的尺寸上延伸的部分，可以在离开入口延伸的方向上从轴开始向着催化装置的内表面倾斜。
而且，在所述的催化器中，限流部件可基本上沿催化装置的内表面的整个轴向尺寸延伸;及限流面基本上沿催化装置的内表面的整个轴向尺寸在离开入口的延伸方向上从轴开始向外倾斜。
而且，在所述的催化器中，限流面在靠近入口的限流部件的端部可以在至少一个轴向截面中是弯曲的并可以与该限流面朝着催化装置内表面的区域形成连续的连接。
而且，在所述的催化器中，基本上整个限流面在至少一个轴向截面中可以是持续弯曲的。
而且，在所述的催化器中，限流面至少在一个轴向截面中可以基本上是抛物线形的。
而且，在所述的催化器中，限流面可以在所有的轴向截面中基本上是抛物线形的。
而且，在所述的催化器中，朝着催化装置内表面的限流面可以具有延伸在催化装置内表面轴向尺寸的绝大部分上并在轴向截面中的直线区域。
而且，在所述的催化器中，在催化装置的内表面背向入口的端部处，限流面与催化装置的内表面可以相接触或距该内表面一段距离，该距离至多为内空间的最大横截面尺寸的5%。
而且，在所述的催化器中，催化装置的内表面及自由内空间在一个与轴成直角的横截面中可以是环形的并且包围着限流部件。
而且，在所述的催化器中，催化装置的外表面可以距离其内表面一段距离;而且催化装置平行于轴所测的长度可以至少是催化装置的外表面至内表面距离的两倍。
而且，在所述的催化器中，该催化装置可以具有一个由彼此叠放的片件组成的片束，叠放的片件中至少每隔一个具有一个波;这些彼此叠放的片件共同限定了废气的通道，并在通道的周围具有设有催化活性材料的面;并且通道基本上沿与轴垂直的面延伸。
而且，在所述的催化器中，在外壳的侧面的一端上可以具有带有一个中心孔的一个端壁;入口可以具有一个套管，该套管穿过该端壁并与催化装置形成密封连接。
而且，在所述的催化器中，侧面可以由一个片件构成;端壁也可以由一个片件构成，并且构成侧面的片件可以具有从侧面的一端延伸到另一端的利用卷边连接处彼此连接的边缘，并/或利用卷边连接处与构成端壁的片件相连接。
该外壳及催化装置例如可以是基本上对催化器轴旋转对称的。催化装置可以具有一个空心柱形其横截面为环状的催化器体。
其外壳和/或催化装置内表面、和/或催化装置外表面也可以是相对轴非放置对称的。催化器外壳也可以例如是具有其横截面为椭圆或类似椭圆形的一个侧面。此外，催化装置也可以例如具有其横截面为椭圆或类似椭圆形的一个外表面或外周面。所述“类似椭圆状”的概念这里也包括椭圆及其角或整个短边用弧取代的矩形。对这种椭圆形的或类似于椭圆的形状或线条，也可以类似于对待一个椭圆或一个椭圆形那样在其中加入一个主长轴及一个与此垂直的短轴。
现在将借助于附图中所描绘的实施例来描述本发明的主题。其附图为图1是表示一个催化器的轴向截面图;
图2是表示通过图1中剖线Ⅱ-Ⅱ的催化器横截面图;
图3是表示另一个催化器的轴向截面图;
图4是表示通过上图中剖线Ⅳ-Ⅳ的催化器横截面图;
图5是表示以放大尺寸表示的催化器中催化器体的一个截面;
图6是表示另一种催化器体的一个截面。
在图1及2中可以看到，用于废气催化处理的催化器1具有一个中心轴和/或纵轴2及一个基本上例如绕轴2旋转对称的长形外壳3。该外壳3具有由金属例如不锈钢作成的壁，该壁具有围绕轴2的侧面4及在其每个端部的端壁5及6。
侧面4平行于轴2，基本上呈圆柱形，其横截面例如基本上为圆形。侧面4例如由一张可变成圆柱形的并具有与轴2平行的两边缘的片材构成，这两个边缘被卷边和/或折叠并通过卷边和/或折叠连接处7相互形成连接。在侧面4两端处的边缘利用卷边和/或折叠连接处8及9与也由片材构成的端壁5及6相连接。端壁5及6在其中心具有背着侧面突出的凸缘，它限定了一个孔5a及6a。该外壳还具有一个用于废气的进口10及一个出口11。进口10及出口11与轴2同心并且各由伸进到孔5a或6a中的一个套管构成，其中属于入口10的套管可以穿过孔5a伸入到由侧面包围的空间中一些。两个套管与端壁5或6固定地及密封地连接，即与限定孔5a或6a的凸缘相焊接。进口10及出口11在其背向侧面的端部各有一个圆柱形的端部段10a或11a及一个由此朝着端壁锥形扩大的过渡段10b及11b。在这两个锥形过渡段10b，11b中至少属于入口10的过渡段10b与轴2构成一个角度，优选为最大20°或例如最大为15°。
在外壳中设置了催化装置20，该装置具有一个环形和/或套筒形的并同轴地围绕着中心轴和/或纵轴2的催化器体21，它在专业术语上通常称为基体。催化器体21具有一个内表面21a及一个外表面21b。这两个面21a，21b在与轴2垂直的横截面中是圆形的并且这两个面平行于轴2及侧面4。该催化器体21因而构成了一个横截面为圆形的圆柱体。如还要详细描述的，催化器体21具有一定数量的相邻放置的环形片件，在这些片件上至少设置了一种催化活性的贵金属，并用由标号22总表示的通道限制废气。这些通道22基本上沿着与轴2垂直的平面从内表面21a延伸到外表面21b。
该催化装置20还具有一个保持装置24，它将片件保持在一起并且将这个构成催化器体21的片件束与外壳3相连接。该保持装置24例如具有一个金属套筒25，它穿过催化器体21。该套筒25具有一个内表面25a及一个外表面25b并且是圆柱形的，以使得内表面25a及外表面25b均平行于轴2。内表面25a及外表面25b的横截面均是圆形的。套筒25的内径大约并最好精确等于入口10在端壁5处附近的端部内径，也即锥形入口段10b的最宽端的内径。套筒25的外径例如为略小于由环状片件构成的催化器体21的内径，以使得在催化器体21与套筒25之间形成一个狭窄的环状横截面的间隙。但套筒25的外径也可不是如此，而与催化器体21的内径相等，以使得催化器体21紧密地及无缝隙地包围住套筒25。该套筒25上设有由多个径向孔25c形成的孔眼。
这里应注意，在图1及图2中有一部分不是按比例表示的，尤其是外壳侧的壁厚、通道22平行于轴2测得的尺寸及通道的距离和孔25c的尺寸及距离，它们与外壳3及催化器体21的外部尺寸相对照实际上要比图1及2中所示的尺寸要小得多。此外实际上这些孔是这样定尺寸及布置的，即孔25c沿着轴2无空隙地重叠着。另外催化器体21及套筒25是这样构成的，即在催化器1工作时流过孔25c的废气可以在所有的通道22中流通。由此废气至少部分地由孔25c在轴2的径向上到达一个通道22。如果在催化器体21及套筒25之间存在一个环形间隙时，在工作中废气不仅可分布在该间隙中并且可以在相邻的孔25c之间沿催化器体21的内表面21a及套筒25的外表面25b流通。当将套筒25理解为催化装置20的一部分时，套筒25的孔25c与催化器体21的通道22一起成了整个催化装置20的通道22一起成了整个催化装置20的通道22-25c。
套筒25由一种金属材料，例如不锈钢构成，并用其朝着入口10的端部与入口10形成固定和密封的连接。套筒25与入口10的接套可以例如是将原来分开的部件合在一起，并且在被端壁5的内表面撑着的水平面上或是与该面很小距离处在由侧面4包围的空间中被固定地及密封地焊在一起而实现。但是入口10及套筒25也可以由一个单件整体构成。此外套筒25也可不直接地与入口10构成接套再与端壁5焊接，而是经过端壁5使上述接套得以实现。
保持装置24还具有一个保持机件26，它由一个平的圆形金属板构成，其直径大约等于催化器体21的外径。保持装置26固定地及密封地装在套筒25背向入口10的端部上，也即与该端部相焊接。催化器体21被布置在端壁5及保持机构26之间，并例如直接地靠放在端壁5及保持机件26上，以使得端壁5及保持机构26共同固定住催化器体21的环形片件。
入口10在其横截面中包围着一个入口内空间31。催化装置20及套筒25在其横截面中限定及包围着一个催化装置内空间或内空腔32，它与入口内空间31相连通并且在背着入口10的端部通过用作密封机构的保持机件26形成密封。一个限流和/或导流部件33至少部分地布置在催化装置内空间32中并占据了至少套筒25的内表面25a的一部分，并由此具有朝向催化器体21的内表面21a的限流表面和/或导流表面33a。该导流表面至少在内空间32的一部分中朝离开入口10延伸的方向上接近于内表面21a及25a。其中至少沿50%的轴向上，即平行于轴2测得的催化装置20及内表面21a及25a的整个轴向尺寸上延伸的限流表面和/或导流表面33a，并最好是沿着催化装置20及内表面21a与25a的整个轴向尺寸上延伸的限流表面和/或导流表面33a，在离开入口10延伸的轴2的方向上向外朝着内表面21a及25a靠拢。限流表面和/或导流表面33a在其接近入口10的端部33b，至少在图1所示的轴向截面中并也可在所有其它可能的轴向截面中弯曲地及持续地与表面33a朝着内表面21a及25a的区域相连接。此外处在内32中的整个部件33的表面至少在图1所示的轴向截面中并也在所有其它可能的轴向截面中是凸变形的且基本上是约为抛物线形的。因此限流和/或导流部件33是由一个对轴2旋转对称的，至少约为及基本上为抛物形的空心体构成，并在其远离入口10的粗端处例如通过焊接与保持机件26和/或套筒25固定地及密封地连接。构成抛物线顶点的限流和/或导流部件33的顶端33b大约处于入口10与催化装置内空间32接口的并与轴2相垂直的水平面处。该限流和/或导流部件33在内空间32中与包围它的套筒25确定了一个环形截面的自由内空间区域32a。内空间区域32a的横截面沿离开入口10的轴向减小，并且至少大约地或精确地随距入口10及限流和/或导流部件33的端部33b的距离线性地减小。限流和/或导流表面33a距入口10最远的端部与套筒25的内表面25a相接触，或与该内表面25a垂直地及沿轴2径向地具有一段距离，该距离最大为内表面25a及内空间33的直径的5%，并更好为该直径的3%。
一个外空腔34在侧面4与催化器体21的外表面21b之间具有从端壁5延伸到端壁6的区段及在端壁6及保持机构26之间的区段。该外空腔34由催化器体21、套筒25及保持机件26与入口内空间31及催化装置内空间32分隔开。外空腔34与一个被出口11包围的出口内空间35相连通。
在横截面中包围着催化装置内空间32的套筒25的内表面25a也构成了整个催化装置20的内表面，并在工作中用作为催化装置20的废气输入面。催化器体21的内表面21a相应地构成了该催化器体的废气输入面。催化器体21的外表面21b构成了整个催化装置20的外表面及废气输出面。
催化器体21的纵向也即平行于轴2的尺寸至少等于其内表面21a到外表面21b的径向距离，并最好至少两倍甚至于至少三倍于所述的距离。催化器体21的外径至多或约等于催化器体21的轴向尺寸。此外该外径至多或约为入口10的圆柱形区段10a的内径的三倍。外壳3的最大外径最好至多约为入口10的圆柱形区段10a的内径或外径的五倍。内表面21a及25a的表面积优选为圆柱形入口区段10a的内空间横截面面积的10倍，并且更好为15倍。
在图3及4中所示的催化器51由一个中心轴和/或纵轴52及一个外壳53组成。该催化器具有一个侧面54及两个端壁55，56。侧面54及端壁55，56具有对轴52非旋转对称的形状，并且在平行于轴2的观察方向上为椭圆形或类似椭圆形。端壁55具有中心孔55a，它同样是椭圆形或类似椭圆形的。端壁56具有中心孔56a，它为圆形的或也可以是椭圆或类似椭圆形的。外壳53具有入口60及出口61。入口60具有一个圆柱形的截面为圆形的区段60a及一个过渡区段60b，它从圆柱形区段60a一直延伸到孔55a中并且在横截面上紧密地穿在该孔中。图3中所示轴向截面沿着由外壳53及孔55a确定的椭圆的主长轴伸延。在图3所示的轴向截面中过渡区段60b从圆柱形区段60a朝着端壁55展宽。在一个沿该椭圆的主短轴延伸的并与图3截面平面垂直的轴向截面中，过渡区段60b(取决于在该轴向截面中孔55a的横截面尺寸)从圆柱形区段60a出发渐渐变宽，或变窄，或是平行于轴52。出口61同样具有一个圆柱形的截面为圆形的区段61a及从这里出发延伸到端壁56的孔56a中的过渡区段61b。该过渡区段可相应于孔56a的形状为对轴52旋转对称的锥形，或是在孔56a处的端部具有椭圆或类似椭圆形的横截面形状。
外壳53包括具有一个催化器71的催化装置70。催化器体具有一个内表面71a及一个外表面71b。这些面平行于轴52，并且在与轴52垂直的横截面中至少是椭圆形及至少约平行于侧面54。该催化器体71也构成了横截面为椭圆的或类似椭圆的空心柱体。催化器体71包含并限定了废气的通道72。催化装置70还具有保持装置74及横截面为椭圆或类似椭圆的套筒75，套筒75具有一个内表面75a、一个外表面75b及多个孔75c。此外还具有属于保持装置74的保持机构76，它是由一个椭圆形或类似椭圆形的平板构成的。
入口60在横截面上包围着入口内空间81，该内空间与在横截面上被套筒75及催化装置70包围的内空间或内空腔82相接口。在内空间82中设置了一个限流和/或导流部件83，它被固定在保持机件76和/或套筒75上，即形成了焊接的空心体并在外部具有一个限流和/或导流表面83a。该限流和/或导流部件83的背向保持机件76的端部83b大约被布置在催化装置内空间82的接近入口的端部处并且譬如稍微地从该端部突出到入口60的过渡区段60b中。该限流和/或导流面83a至少在内空间82的大部分中或基本上整个内空间中，在离开出口60延伸的方向上从轴52出发向外一直倾斜到套筒75的内表面75a上。限流和/或导流面83a的绝大部分在图3所示的轴向截面中及在所有的其它轴向截面中均是直的。表面83a在部件83的端部83b处，在图3所示的轴向截面及所有的其它轴向截面中均是弯曲的，它与限流和/或导流面83a的轴向截面中的直线区域形成连续的连接。表面83a在背向入口的端部上从平行于轴2的方向观察其横截面是椭圆或类似椭圆形的，并至少大致平行于套筒75的内表面75a，且是这样定尺寸的，即它接触到内表面75a或与该面有一个距离，该距离至多为最大直径的5%，而更好至多为3%，该最大直径是指沿内空间82的椭圆体主纵轴所测得的最大横截面的尺寸。限流和/或导流面83a其横截面，例如直到至少接近于部件83的端部83b处，是椭圆的或类似椭圆形的，并且其横截面至少接近平行于内表面75a。这点可从图4所看到的横截面得到参照，该横截面是沿图3中Ⅳ-Ⅳ剖线的并十分接近于端部83b的截面。
限流和/或导流部件83与套筒75的内表面75a一起限定出一个环形横截面的自由内空间区域82a。此外，类似于催化器的外空腔34地，设置了外空腔84及一个其横截面被出口61包围的出口内空腔85。
至此类似描述的催化器51是与催化器1相同或相似的，催化器51的各部分对应于催化器1的各部分，后者的标号比催化器51对应部分的标号小50。
催化器体21及催化器体71例如可根据图5那样构成，该图表示一个催化器体的片断，该催化器体在图5中用标号91表示。催化器体91具有一个环状片件92及93构成的片束，它们沿催化器1或51的轴交替地叠放着。片件92、93的一个内边缘共同构成了催化器体21或71的内表面21a或71a，而片件92、93的外边缘则共同构成了催化器体21或71的外表面21b或71b。每个片件92、93具有一定数目的带有波顶92b或93b的波92a或93a。这些波92a及波顶92b是彼此对直地及平行地并且垂直于图5的图形截面地延伸着。波93及波顶93b同样是彼此对直的及平行地延伸的，但它与波92a及波顶92b成直角并且平行于图5的图形截面地延伸。波92a因而与波93a相交叉，如在图2及4中通过彼此交叉的实线或虚线所表示的。
每两个彼此相邻的片件92、93在它们相对着凸出的波顶的交叉处相接触，因此形成了在它们表面上均匀分布的近似点状的多个接触位置。在其它的不是占据这些点状接触位置的表面区域上，在两个彼此相邻的片件间形成了一个自由空间，它构成了在图5中用94表示的催化器体的通道。
在图1至4中所示的催化器体21及71也可以利用在图6中用101表示的一种催化器体来构成或替换。该催化器体101具有一个环状的由交替地叠放的片件102及103构成的片束，它们的边缘共同地构成催化器体圆柱形内表面及圆柱形外表面。每个片件102具有波102a及波顶102b。片件102这样构成，即每个波102a从催化器体101的圆柱形内表面延伸到它的圆柱形外表面。片件103是平的并位于与其相邻的片件102的波顶102b上。片件102与两个和它相邻靠着的片件103构成了多个通道104，这些通道从催化器体的内表面延伸到其外表面并且彼此在其整个长度上被分隔开。
在图5及6中所看到的片件92、93、102、103具有由不锈钢作成的内部区域或中心区域，它的表面设有氧化铝作的覆盖层。在该覆盖层上扩散着催化活性材料，它至少是一种贵金属，如铂和/或铑。在图5及6中看到的层叠片件93、94、102从一个波区到另一波区测得的波高度最好至多为1mm，例如为约0.3mm至0.7mm。其波长为例如是波高度的两倍至四倍。
催化器1或51的入口10或60可通过一个排气装置的一部分与一个汽车的汽油内燃发动机相连接，并可安装在汽车的底部。催化器1及51的外壳与入口10及60的圆柱形区段10a及60a相比较及与单位时间待处理的废气量相比较，具有相对小的横截面尺寸，因此可找到好的安装位置。
在发动机及催化器工作时，废气在图1及3中的箭头所示的方向上流过催化器。废气因而通过入口10或60流到催化装置内空间32或82的自由空间中。然后废气在由套筒25或75的内表面25a、75a构成的催化装置20或50的废气输入面处首先穿过套筒的侧面，并随后在催化器体21或71的内表面21a或71a处进入到这些通道22或72中。废气接着穿过催化器体，在其中废气与限定通道22或72的面相接触并被催化处理。废气经过用作催化装置20或70的废气输出面的催化器体21或71的输出面处被排出并流过外空腔34或84再经由出口11或61离开催化器。
限流及导流部件33或83将从入口内空间31或81流入到催化装置内空间32或82中的单位时间的流量在大范围中变化的废气至少接近均匀地分配到催化装置20或70的整个废气输入面上。由试验及数值计算表明，在自由内空间32a或82a中在催化装置内表面25a或75a处的废气的流速及流向，在流过催化器的废气量单位时间恒定的情况下，在整个催化装置内表面上并尤其是沿该表面轴向的延伸上接近于恒定。因此在催化器体21或71整个内表面21a或71a处的流速及气流密度也近似恒定。类似的情况也适用于在催化器体内部中间的并与内表面21a或71a平行的截面中的气流。根据计算，特别合适的情况是当自由内空间区域的横截面沿着离开入口的轴向线性地减小时，即如自由内空间32a的情况。
试验及气流的数值计算还表明在工作中出现的气流量的情况下，在入口内空间31或81中，在催化装置内空间32或82中，在外空腔34或84中及在出口内空间35或85中的气流至少是接近无涡流的，因此在这些空间中实际上不会形成漩涡或尤其不会形成大的漩涡。这与催化器体中均匀的气流密度一起有助于使气流阻力及压力损失保持在低值上。
波92a、93a、102a的波高度及波长的小尺寸保证了催化器体的通道中流过的废气与催化活性材料的强烈接触。这就可以作到与待处理废气单位时间流量相比较使通道相对地短，及使催化器体的容积尺寸相对地小，这正好使催化器体的位置需要量及材料需要量以及制造成本下降。
废气在流入催化器1或51时直接地由入口10或60进入，并未和外壳3或53的侧面及端壁接触地到达催化装置内空间32或82中。该废气因而在流入催化装置以前仅对周围放出很少热量。在催化器1冷起动的情况下，这就是说当开始导入废气时催化器还大约具有环境温度的情况，热的废气由此快速地使催化器体21或71加热到对于有效地催化废气所需的温度上。
在催化装置20和70气流前侧的催化器1及51的内空间31、32与81、82是相对周围环境完全密封的，因此由入口10或60导入的废气全部到达催化装置中，并且在该内空间的废气与由发动机出口流出的气流具有相同的组分。催化器1的卷边和/或折叠连接处7、8、9及催化器51的相应连接比焊接连接在制造上成本更合适，并由此有助于使制造成本保持在低费用上。并且该卷边和/或折叠连接可以不是全部地而是部分地对气体密封，因为处于催化装置20或70后侧的与外空腔34或84相接触的废气可能在卷边和/或折叠连接处出现的很少泄漏不会产生任何妨碍。
催化器可以用各种方式产生改变。尤其是可以将两种催化器1及51的特片彼此组合。限流和/或导流部件33例如可以不是抛物面状的而基本构成圆锥体状的，其中端部33b可以是尖的或是在轴向截面中被倒成圆角的。也可以反过来使限流和/或导流部件83至少在沿椭圆的长主轴和/或短主轴延伸的轴向截面中是抛物线形的并也可以在所有的轴向截面中是抛物线状的。
此外，可用焊接来取代卷边和/或折叠的外壳连接。另外还可以不用端壁6及56，为此使出口11或61的过渡区段11b或61b在接近侧面4或54的端部这样地被扩宽，以使得该端部能直接地与侧面4或54相连接。再者侧面4或54可以这样地缩短，以使得大约在由保持机件26或76确定的平面中与出口的过渡区段相连接。甚至还可以使侧面与一个端壁或是侧面与出口由一个单件整体构成。
保持机件26、76也可以不用紧固的板件而用环状的垫片构成，该垫片的内边缘与限流和或导流部件33或83相焊接。此外，也可在端壁5或55及催化器体21或71之间再设置一个环状的隔热的和/或在轴向有些弹性的中间层。也可不是这样，而是在套筒25或75上距端壁5或55很小距离处固定一个环，可以是焊接上的，并使催化器体21或71布置在该环与保持机件26或76之间，以使得在端壁5或55及催化器体之间形成一个环形的、自由的、也即在工作中仅容纳废气的用作隔热的间隙。
也可以取代在催化器21，71中的套筒25或75，或是对此再附加一个包围催化器体的带孔套筒。
权利要求
1.用于废气催化处理的、尤其是用于内燃发动机废气催化处理的催化器，它具有一个轴(2，52)、一个外壳(3，53)及一个设置在该外壳中的催化装置(20，70)，其中外壳(3，53)具有一个围绕轴(2，52)的侧面(4，54)、与一个内空间(32，82)相连接的一个入口(10，60)及一个出口(11，61)，其中催化装置(20，50)具有与内空间(32，82)相邻的一个内表面(25a，75a)、一个朝着侧面(4，54)的外表面(21b，71b)、及多个从该内表面(25a，75a)延伸到该外表面(21b，71b)的通道(22，25c，72，75c)，并且其中在侧面(4，54)及催化装置(20，70)的外表面(21b，71b)之间具有一个外空腔(34，84)，其特征在于所述催化器还设有至少在内空间(32，82)的部分中的带有一个限流表面(33a，83a)的限流部件(33，83)，它与催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)共同限定了一个自由的内空间区域(32a，82a)，并且至少在内空间(32，82)的一部分中从入口(10，60)侧出发逐渐地靠近催化装置(20，70)的内表面，以使得自由内空间区域(32a，82a)的横截面至少在该内空间的所述部分中从入口(10，60)侧开始减少。
2.根据权利要求1所述的催化器，其特征在于催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)可以基本上平行于轴(2，52)。
3.根据权利要求1或2所述的催化器，其特征在于至少在限流面(33a，83a)上沿催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)的50%的尺寸上延伸的部分，可以在离开入口(10，60)延伸的方向上从轴(2，52)开始向着催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)倾斜。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的催化器，其特征在于限流部件(33，83)可基本上沿催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)的整个轴向尺寸延伸;及限流面(33a，83a)基本上沿催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)的整个轴向尺寸在离开入口(10，60)的延伸方向上从轴(2，52)开始向外倾斜。
5.根据权利要求3或4所述的催化器，其特征在于限流面(33a，83a)在靠近入口(10，60)的限流部件(33，83)的端部(33b，843b)可以在至少一个轴向截面中是弯曲的并可以与该限流面(33a，83a)朝着催化装置(20，70)内表面(25a，75a)的区域形成连续的连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的催化器，其特征在于基本上整个限流面(33a)在至少一个轴向截面中可以是持续弯曲的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的催化器，其特征在于限流面(33a)至少在一个轴向截面中可以基本上是抛物线形的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的催化器，其特征在于限流面(33a)可以在所有的轴向截面中基本上是抛物线形的。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的催化器，其特征在于朝着催化装置(70)内表面(75a)的限流面(83a)可以具有延伸在催化装置(70)内表面(75a)轴向尺寸的绝大部分上并在轴向截面中的直线区域。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的催化器，其特征在于在催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)背向入口(10，60)的端部处，限流面(33a，83a)与催化装置(20，70)的内表面可以相接触或距该内表面(25a，75a)一段距离，该距离至多为内空间(32，82)的最大横截面尺寸的5%。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的催化器，其特征在于催化装置(20，70)的内表面(25a，75a)及自由内空间(32a，82a)在一个与轴(2，52)成直角的横截面中可以是环形的并且包围着限流部件(33，83)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的催化器，其特征在于催化装置(20，70)的外表面(21b，71b)可以距离其内表面(21a，71a)一段距离;而且催化装置(20，70)平行于轴(2，52)所测的长度可以至少是催化装置(20，70)的外表面(21b，71b)至内表面(21a，71a)距离的两倍。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的催化器，其特征在于该催化装置(20，70)可以具有一个由彼此叠放的片件(92，93，102，103)组成的片束，叠放的片件中至少每隔一个具有一个波(92a，93a，102a);这些彼此叠放的片件(92，93，102，103)共同限定了废气的通道(94，104)，并在通道的周围具有设有催化活性材料的面;并且通道(94，104)基本上沿与轴(2，52)垂直的面延伸。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的催化器，其特征在于在外壳(53)的侧面(4，54)的一端上可以具有带有一个中心孔(5a，55a)的一个端壁(5，55);入口(10，60)可以具有一个套管，该套管穿过该端壁(5，55)并与催化装置(20，70)形成密封连接。
15.根据权利要求14所述的催化器，其特征在于侧面(4，54)可以由一个片件构成;端壁(5，55)也可以由一个片件构成，并且构成侧面(4，54)的片件可以具有从侧面(4，54)的一端延伸到另一端的利用卷边连接处(7)彼此连接的边缘，并/或利用卷边连接处(8)与构成端壁(5，55)的片件相连接。
全文摘要
催化器由一个轴及具有一入口和一个出口的外壳构成，外壳包括具有一个内表面及一个外表面的圆柱形催化装置及由该内表面延伸到该外表面的废气通道，该催化装置在一个与轴垂直的横截面中包围着一个催化装置内空间，入口与该内空间相连通，并在该内空间中包含一个限流和/或导流部件。该部件具有一个从入口侧出发向着催化装置的内表面逐渐靠近的限流和/或导流面。
文档编号F01N3/24GK1097646SQ9410631
公开日1995年1月25日 申请日期1994年6月4日 优先权日1993年6月4日
发明者皮特·德费那·施廷阿克斯 申请人:斯卡马比尔工业发展股份公司