專利名稱：帶加熱元件用于凈化廢氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化內(nèi)燃機特別是柴油發(fā)動機廢氣的裝置，具有至少一個具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)并可流通廢氣的催化劑載體，它裝在一套管內(nèi)；還具有一電加熱元件，其中加熱元件在其末端上分別具有一電流接頭并通過一在加熱元件內(nèi)的電絕緣的縫隙確定一曲折的電流線路。
例如由EP 0783621已知這樣一種裝置。本專利申請人的小冊子“可電加熱的催化器Emicat”也包含非常廣泛的資料，它詳細介紹了可加熱蜂窩體的發(fā)展歷史及其結(jié)構(gòu)。
在已知結(jié)構(gòu)中基本上其出發(fā)點是，可加熱的蜂窩體在流動方向設(shè)置在催化劑載體之前，從而在必要時可使催化劑載體迅速加熱。這里已知結(jié)構(gòu)從這樣一點出發(fā)，即橫截面應(yīng)該進行盡可能均勻的加熱，使得電絕緣縫隙保持得小一些，并使橫截面盡可能大的部分受到加熱。
然而由EP 0557309B1還知道，可加熱的蜂窩體設(shè)置在催化劑載體后面。這里這種方案從這樣一點出發(fā)，即催化器裝置的第一片層在使用過程中由于高溫和其他過程而老化，也就是說，在催化活性方面受到損傷，因此只有在位于后面的區(qū)域才加熱。催化器裝置中的第一片層由于燃料內(nèi)某種成份造成的所謂中毒也可以用這種方法補償。
其次還已知這樣的方案，在該方案中一原則上用可電加熱的板層或金屬結(jié)構(gòu)均勻填充的橫截面通過特殊措施不均勻地加熱，特別是在產(chǎn)生一定的高溫區(qū)(熱點)的情況下。這種方案要求比較復雜的制造技術(shù)，以便造成這樣的結(jié)構(gòu)，它在某些部位具有高的電阻，而在另一些部位具有較小的電阻。
在內(nèi)燃機排氣裝置中的還應(yīng)該加熱其他部件的可電加熱蜂窩體時重要的不僅僅在于將蜂窩體均勻或不均勻地加熱到一定的溫度，而主要在于將加熱能量輸送給后續(xù)的部件和/或流過的廢氣。
例如一簡單的加熱絲可能由于其表面小而不能供給足夠的熱量。為了將后續(xù)的蜂窩體加熱到一定的最低溫度，例如用來燒掉積聚的炭黑或點燃催化反應(yīng)，因此可加熱的蜂窩體不僅本身必須達到必要的溫度，而且還可以將這個溫度傳送給廢氣或后續(xù)蜂窩體。
本發(fā)明的目的是，提供一種用于凈化內(nèi)燃機廢氣的具有一個加熱元件的裝置，它可以快速而有效地加熱后續(xù)元件，特別是炭黑過濾器。這里其結(jié)構(gòu)在機械方面應(yīng)該是牢固的，并且可以用適合于汽車的電流強度工作。
一具有權(quán)利要求1特征的裝置用來實現(xiàn)這個目的。優(yōu)良的結(jié)構(gòu)在從屬權(quán)利要求中敘述。
按照本發(fā)明用于凈化廢氣的裝置具有一有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的催化劑載體，一作為加熱元件的蜂窩體借助電絕緣支承元件固定在催化劑載體上。蜂窩體在其末端分別具有一電流接頭，并且這樣地成形，使它確定一迂回曲折的電流線路。這里蜂窩體設(shè)置在沿廢氣流動方向催化劑載體之后。蜂窩體具有一大的表面，由此保證將熱量很好地傳導到流過的廢氣上。因此，所產(chǎn)生的熱量可以因此并且通過輻射迅速傳導到廢氣或后續(xù)部件上?？赡芡ㄟ^輻射傳輸給沿廢氣流動方向設(shè)置在前面的催化劑載體的熱能由它重新輸送給廢氣，因此整個熱能都提供給連接在后面的部件。
蜂窩體優(yōu)先設(shè)計成這樣，使得電流線路具有一大致之字型或螺旋線形的形狀，其中蜂窩體具有第一橫截面積，縫隙具有第二橫截面積。
在一種特別優(yōu)先的實施形式中縫隙大大大于在已知結(jié)構(gòu)如特別是在上面所提到的產(chǎn)品樣本“可電加熱的催化器Emitcat”中所介紹的那樣。雖然按本發(fā)明的裝置的原理性結(jié)構(gòu)相當于那里所示的“加熱催化器系列6”，但是首先是在電流方向方面布局是顛倒的，其次是電絕緣縫隙大大大于在已知結(jié)構(gòu)形式時。特別優(yōu)選的是這樣的實施形式，其中可加熱的蜂窩體的橫截面積與縫隙的橫截面積之比小于2，尤其是甚至小于1。后者意味著，縫隙寬度大于可加熱蜂窩體的寬度，可加熱蜂窩體形成迂回曲折的電流線路。
然而加熱元件的電氣性能始終仍舊可以任意調(diào)整。假設(shè)加熱元件在流動方向典型地恒定伸長5至20mm，特別是10mm，那么這意味著縫隙寬度加大、在加熱元件內(nèi)電流線路長度必須縮短和/或在電流線路內(nèi)平行板層的數(shù)量必須減少和/或電流線路內(nèi)單元的大小必須減小。正是最后提到的這種可能性允許，在相同的加熱功率時(由于電池(Zellen)縮小，但是其他所有參數(shù)保持不變的情況下電阻改變不明顯)，帶給流過加熱元件(和不流過縫隙)的廢氣支流更多的熱能。這樣形成的熱輻射可以局部加熱后續(xù)部件，這對于起動催化反應(yīng)或特別是對于點燃積聚在碳黑過濾器內(nèi)的炭黑特別有利。
可加熱蜂窩體內(nèi)的縫隙或者可以在其整個伸展長度上具有幾乎相同的寬度，由此在所有橫截面區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱的分氣流；或者縫隙也可以在朝向套管的方向具有越來越大的寬度。后者與排氣系統(tǒng)中典型的氣流分配相適應(yīng)，因此在系統(tǒng)內(nèi)部可以比在外部區(qū)域傳入更多的熱能。
為了避免按本發(fā)明優(yōu)選的非常窄的電流線路的振動，支承元件以大致相同的間距在整個電流線路上分布在加熱元件和催化劑載體之間。
用作加熱元件支承的催化劑載體通常帶一催化活性涂層，它促進廢氣組成成分的氧化，特別是一氧化碳和碳氧化合物的氧化?？杉訜岬姆涓C體最好也可以設(shè)計得帶有這種催化活性涂層，特別是帶起氧化作用的涂層。
可加熱的蜂窩體最好具有比催化劑載體的蜂窩小的蜂窩。特別是對于催化劑載體優(yōu)先選用200至500cpsi(每平方英寸單元數(shù))的單元數(shù)，對于可加熱的蜂窩體優(yōu)選選用400至800cpsi的單元數(shù)。這里可加熱的蜂窩體特別地由交替的微波紋板合強波紋板制成。
特別合適的是按本發(fā)明的裝置和一連接在后面的炭黑過濾器相組合，炭黑過濾器特別地也可以是陶瓷過濾器。所述類型的加熱體不能毫無問題地支承在一個陶瓷過濾體上，因為金屬和陶瓷的膨脹系數(shù)相差太大。因此支承在一個氧化催化器后面的加熱元件的所述結(jié)構(gòu)特別適合于那種總體結(jié)構(gòu)。
在附圖中表示本發(fā)明的一個實施例，下面對此加以詳細說明。附圖中表示

圖1具有一個S形曲折的蜂窩體的催化器裝置簡化的剖視圖，和圖2 帶有按本發(fā)明的裝置的排氣系統(tǒng)的示意圖。
在本發(fā)明的圖1中所示的實施例中催化劑載體1和蜂窩體2裝在一套管3內(nèi)。蜂窩體2用作電加熱元件，它在其一端部分別帶一電流接頭4，并通過絕緣縫隙5確定一迂回曲折的電流線路。蜂窩體2通過電絕緣支承元件6固定在催化劑載體1上。蜂窩體2沿廢氣流動方向設(shè)置在催化劑載體1的后面，如由圖2所見。支承元件6以大致相同的間距分散設(shè)置在蜂窩體2的電流線路上。在圖1中所示的實施例中設(shè)有作為支承元件6的在圖中未畫出的電絕緣層的金屬銷。支承元件6防止振動和短路。從催化劑載體1中流出的廢氣一部分從蜂窩體2旁邊流過，另一部分廢氣穿過蜂窩體2流過，這一部分廢氣通過加熱元件2大的表面加熱，因此同樣可以在部分區(qū)域內(nèi)加熱后續(xù)部件。
圖2表示按本發(fā)明的用在內(nèi)燃機10排氣系統(tǒng)中的裝置的原理性結(jié)構(gòu)。來自內(nèi)燃機10的廢氣首先流過催化劑載體1，然后流過蜂窩體2，接著流過后續(xù)部件9，特別是炭黑過濾器。與這里所示的不同后續(xù)部件也可以具有比可加熱的蜂窩體大的直徑。
本發(fā)明特別適用于柴油機的廢氣凈化，在這里首先轉(zhuǎn)變可氧化的氣體成分，然后用顆粒過濾器濾掉顆粒。如果炭黑過濾器的工作溫度在較長的時間內(nèi)不能達到燃燒所必需的溫度，那么必須通過附加的加熱點燃來燃掉積聚的炭黑，按本發(fā)明的裝置特別適用于此。不要求非常均勻的加熱，因為在局部區(qū)域內(nèi)點燃的炭黑也能點燃相鄰的區(qū)域。因此有效地利用電能產(chǎn)生高溫部分氣流比均勻地加熱整個流動橫截面合算。
附圖標記表1.催化劑載體 2.可加熱的蜂窩體3.套管 4.電流接頭5.電絕緣縫隙 6.支承元件7.催化劑載體的蜂窩 8.可加熱蜂窩體的蜂窩9.其他蜂窩體(炭黑過濾器)10.內(nèi)燃機 B縫隙5的寬度
權(quán)利要求
1.用于凈化內(nèi)燃機(10)特別是柴油機的廢氣的裝置，帶有至少一個具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)并可由廢氣流過的、裝在一套管(3)內(nèi)的催化劑載體(1)，一電加熱元件，其中所述的加熱元件在其末端上分別具有一電流接頭(4)，并通過電絕緣縫隙(5)在加熱元件內(nèi)確定一迂回曲折的電流線路，其特征在于加熱元件是一蜂窩體(2)，所述的蜂窩體(2)用電絕緣支承元件(6)固定在催化劑載體(1)上，并且蜂窩體(2)在廢氣流動方向設(shè)置在催化劑載體(1)之后。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為蜂窩體(2)設(shè)計成這樣，使電流線路具有大致成之字形或者螺旋線形的形狀，其中蜂窩體(2)具有一第一橫截面積，縫隙(5)具有一第二橫截面積。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征為第一與第二橫截面積之比小于2，尤其是小于1。
4.按上述權(quán)利要求之任一項所述的裝置，其特征為縫隙(5)在其整個伸展長度上具有幾乎保持不變的寬度(B)。
5.按權(quán)利要求1至4之任一項所述的裝置，其特征為縫隙(5)在朝套管(3)的方向具有越來越大的寬度(B)。
6.按上述權(quán)利要求之任一項所述的裝置，其特征為支承元件(6)以大致相等的間距分布在電流線路上。
7.按上述權(quán)利要求之任一項所述的裝置，其特征為蜂窩體(2)設(shè)有一個催化劑活性涂層。
8.按上述權(quán)利要求之任一項所述的裝置，其特征為蜂窩體(2)具有比催化劑載體(1)的蜂窩(7)小的蜂窩(8)。
9.按上述權(quán)利要求之任一項所述的裝置，其特征為蜂窩體(2)具有和催化劑載體(1)一樣大的蜂窩(8)。
10.按上述權(quán)利要求之一項所述的裝置，其特征為沿廢氣流動方向蜂窩體(2)后存在一蜂窩體(9)，特別是一炭黑過濾器。
全文摘要
推薦一種用于凈化內(nèi)燃機(10)特別是柴油機廢氣的裝置,帶有至少一個具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)并可由廢氣流過的、裝在一套管(3)內(nèi)的催化劑載體(1);一電加熱元件,其中加熱元件在其末端處分別具有一電流接頭(4),并通過電絕緣縫隙(5)在加熱元件內(nèi)確定一迂回曲折的電流線路。按照本發(fā)明加熱元件是一蜂窩體(2),它用電絕緣支承元件(6)固定在催化劑載體(1)上,并沿廢氣流動方向設(shè)置在催化劑載體(1)之后。這種結(jié)構(gòu)使得可以特別有效地加熱接在后面的蜂窩體,特別是炭黑過濾器,以達到和/或保持那里必需的溫度,特別是用于點燃積聚的炭黑。
文檔編號F01N13/02GK1373830SQ00812813
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月13日
發(fā)明者R·布呂科, F－W·凱澤, H·科豪弗 申請人:排放技術(shù)有限公司