專利名稱：尤其應用于小型內燃機的、帶有在內部構成框架橫截面的蜂窩體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明創(chuàng)造了一種用于內燃機、尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)的在一個外殼里面的催化劑轉換器，在此催化劑轉換器至少為成型的、配備有起催化作用材料的薄板，薄板被卷繞，形成可以通過廢氣的通道并且至少部分的位于外殼里面。此外還創(chuàng)造了內燃機排氣系統(tǒng)的消聲器以及制造這種催化劑轉換器載體的方法，催化劑轉換器載體安裝在內燃機排氣系統(tǒng)中，特別是安裝在小型內燃機的消聲器里。
由蜂窩體構成內燃機排氣系統(tǒng)催化劑轉換器是眾所周知的。這種催化劑轉換器是由薄板層相互間卷繞或疊堆而構成的。另一些催化劑轉換器則由燒結材料或擠壓材料制成。這種催化劑轉換器應該負責對仍存在于廢氣中的可置換氣體繼續(xù)進行置換。根據(jù)變得更加嚴格的排氣規(guī)定，特別是對于汽車，當時催化劑轉換器是這樣制成的，使得催化劑轉換器在經過較長催化劑轉換器使用周期以后還保證幾乎全部置換。催化劑轉換器技術的發(fā)展要求起催化作用的表面應保持盡可能地大。因此采用了特別的蜂窩體，蜂窩體提供了大量的通過其橫斷面的通道。除了表面加大這種可能性以外，催化劑轉換器的長度以及體積和其橫斷面也同樣被加大。然而這要求在排氣系統(tǒng)中為催化劑轉換器提供大量的空間。當催化劑轉換器尺寸加大時其制造費用也加大。此外對于大的催化劑轉換器必須得特別關注其相對于機械和熱運行變化的耐久性，這種耐久性使得一種特殊載體變成為必需的。
下面將介紹催化劑轉換器的不同結構，本發(fā)明涉及到與催化劑轉換器的構造和形式有關的特征。由GB2 231 283一種具有覆層的蜂窩體為公眾所知。這種覆層由一層平薄板和一層成型薄板所組成，并最終螺旋狀的形成多層催化劑轉換器。這種催化劑轉換器具有圓柱形內部空隙的橫截面，其尺寸取決于蜂窩體的外徑。相互緊挨的穩(wěn)定覆層的數(shù)量應該保證如此構成的蜂窩體具有足夠的剛性。由DE 37 15 040另一種催化劑轉換器為公眾所知，這種催化劑轉換器是由帶鋼通過無切屑沖壓形成的。這種沖壓能夠擴大表面積。EP 0 473 081公開了催化劑轉換器在摩托車排氣系統(tǒng)彎管里面的構造。作為催化劑轉換器采用了帶孔薄板。這種孔板可以是平直的或者也可以是圓形的。DE 24 36559又公開了一種直接安裝在內燃機彎管里的催化劑轉換器。彎管本身由催化劑轉換器構成。除了彎管的內壁為催化覆層以外還可以附加安置起催化用的、特別是螺栓狀的成形件。JP 61 61 940給出了一種由光滑的和波紋狀的金屬箔制成的催化劑轉換器。這種雙催化劑轉換器的前面安置了另一個能夠被加熱的催化劑轉換器。由US 4 195 063又一種帶有附加逆向催化劑轉換器的主催化劑轉換器為公眾所知。這種催化劑轉換器主要由兩層催化涂層網所組成，涂層網分別固定在兩個網篩載體之間。這種催化劑轉換器安置在彎管里，也可以是圓錐形的。JP 61 096 120給出了兩個靠近發(fā)動機組彎曲設置的圓筒。兩個圓筒中的內筒帶有孔。兩個圓筒之間設置有起催化作用的覆層。
按照本發(fā)明的催化劑轉換器的優(yōu)選應用領域是小型內燃機領域。對于小型內燃機應該被認作是汽缸工作容積小于250立方厘米的內燃機。這種內燃機特別應用在割草機，內燃機鋸，可移動發(fā)電機組，兩輪摩托和類似的應用場合。對于內燃機鋸、割草機和其它的園林器械，操縱這些器械的人經常較長時間地直接處于小型內燃機廢氣范圍里，因此催化式廢氣凈化在那里顯得尤其重要。
此外在DE 38 29 668中指出，在小型內燃機中催化劑轉換器安置在基本上垂直于穿流方向延伸的隔板里面。由EP 0 470 113也給出了一種催化劑轉換器的構造，其中催化劑轉換器周邊隔開距離的設置在二沖程內燃機的排氣消聲器里。另外由EP 0 049 489一種用于制造排氣催化劑轉換器載體矩陣的方法為公眾所知。在這三份文獻中所公開的特征也可用于本發(fā)明。
本發(fā)明的任務在于，創(chuàng)造了一種用于內燃機，首先是小型內燃機排氣系統(tǒng)的在一個外殼中的催化劑轉換器，這種催化劑轉換器能夠以較少的加工步驟制造，特別緊湊并且提供足夠地起催化作用的表面積，以遵守法定的內燃機廢氣特性的給定值。本發(fā)明的另一個任務是創(chuàng)造一個催化劑轉換器外殼，這個外殼使緊湊的催化劑轉換器所贏得的空間成為現(xiàn)實。此外能夠創(chuàng)造一種制造緊湊的催化劑轉換器載體的方法，這種方法能夠保證在避免高額制造費用情況下的連續(xù)生產。
這個任務通過帶有權利要求1特征的催化劑轉換器和帶有權利要求28(注如按修改的權利要求書應為30)特征的制造方法而解決。其它的優(yōu)越結構和特征在從屬的權利要求中給出。
一種用于內燃機，尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)的在一個外殼中的催化劑轉換器至少為成型的、配備有起催化作用材料的薄板。薄板被卷繞，構成可穿流廢氣的通道并至少部分的位于外殼上。薄板具有這種形式的結構，通過外殼的橫截面觀察，由閉合的通道框起來的橫截面至少是外殼全部橫截面的一半，其中催化劑轉換器最多為兩層。通過限制催化劑轉換器最多為兩層可以實現(xiàn)具有較小空間需求地特別緊湊地催化劑轉換器。此外這樣做是實用的，薄板結構可以這樣節(jié)省空間的被制造，除了催化劑轉換器的通道作用以外還提供足夠地起催化作用的表面。最多采用兩層催化劑轉換器也使得催化劑轉換器容易加熱至其使用溫度，因為這種催化劑轉換器具有比其它奢侈結構的催化劑轉換器更少地被加熱質量。此外，為了使催化劑轉換器除了具有柔韌性以外還具有高穩(wěn)定性和形狀保持性，催化劑轉換器最多為兩層的限制被證實是有優(yōu)點的。對于在小型內燃機上的優(yōu)選應用，催化劑轉換器可以提供至少令人滿意的廢氣催化置換。如果框起來的橫截面至少為外殼全部橫截面的2/3，將實現(xiàn)催化置換的改善。如果配備有起催化作用材料的薄板這樣卷繞，使得成型薄板相對設置，就可以使成為通道的橫截面位于環(huán)繞催化劑轉換器中點的區(qū)域，而中點則設置在仍為不完全通道截面的里面。這對于平面的催化劑轉換器橫截面與圓形、橢圓形或多邊形催化劑轉換器橫截面一樣同樣可以實現(xiàn)。這種框起來的橫截面環(huán)繞中點的集中使得指向這個中點的通道外表面可以同樣完全由廢氣加載。此外最多兩層結構可以特別具有優(yōu)點的這樣來設計，使得對于構成通道的流動阻力不大于那個沒有完全形成通道的橫截面。
催化劑轉換器實施形式表明，相對設置的成型結構是相互交錯的，而沒有相互接觸。通過這種方法將游離截面幾乎全成為通道式形狀。通過相對設置的成型結構可以達到框起來的橫截面至少是外殼全部橫截面的3/4。
對于有時必需要人工移動的小型器械從結構設計上配以小尺寸和輕重量是很重要的。催化劑轉換器以其穩(wěn)定的固定點而對此有所促進。這種固定點保證催化劑轉換器的形狀保持性，而沒有去十分限制催化劑轉換器的彈性。穩(wěn)定的固定點也可以這樣設計，使其能夠完成對于小型器械所承擔的功能。由此使催化劑轉換器可以完全組合進器械里面。外殼和催化劑轉換器的設計計算要考慮靜力學和扭曲剛性。
一種抗沖擊、抗振動和抗擺動特別穩(wěn)定的催化劑轉換器通過催化劑轉換器構成通道的薄板緊靠在固定點上而實現(xiàn)。通過構成通道的具有上面和底面的薄板分別以上面和底面緊靠在固定點上，穩(wěn)定性還可以繼續(xù)提高。另一種使催化劑轉換器既具有良好形狀穩(wěn)定性又具有良好彈性的可能在于，覆層本身由非成型薄板和成型薄板所組成。這一點可以通過一種措施與穩(wěn)定的固定點結合。一種優(yōu)選的催化劑轉換器實施形式具有一個帶有上面和底面的非成型薄板，在此成型薄板分別安置在上面和底面上。形成的結構尤其可以是薄板的波紋、彎曲、齒形或折彎。另外也可以具有小槽和小開孔這樣的微結構。通過這種方法同樣可以使起催化作用的表面擴大。關于覆層的結構、形狀和形式請首先參閱EP 0 484 364、WO 93/20339、EP 0 152 560和DE 29 611143。
通過由三層相互接合的薄板組成最強結構的催化劑轉換器存在這樣的可能，催化劑轉換器僅僅由最外層薄板的夾緊力而固定在外殼里。如果至少催化劑轉換器覆層的一部分是柔韌的，這種形式的固定是容易實現(xiàn)的。尤其是覆層的一部分支承在固定點上，特別是外殼上或小型器械殼壁上或內燃機殼壁上。
為了獲得催化劑轉換器的高穩(wěn)定性，在另一種實施形式中催化劑轉換器具有帶有第一薄板和第二薄板的覆層結構。在此第一薄板厚于第二薄板的最佳系數(shù)在1.5至5之間，尤其是2至4之間。對于成型可以采用特別有利地較薄的箔板，當采用厚度為20μm至100μm之間的金屬箔時可以不必去考慮形成自身穩(wěn)定的催化劑轉換器。因此優(yōu)選第一薄板是非成型而第二薄板是成型的。催化劑轉換器的另一種結構是催化劑轉換器具有削平的橫截面。如果知道在哪個方向上從外部施加力作用到催化劑轉換器上，可以使催化劑轉換器具有削平的橫截面，催化劑轉換器在這個方向上具有特殊的穩(wěn)定性。催化劑轉換器也可以這樣構成，它具有朝著外部作用力的優(yōu)選方向，對這個方向它是彈性的必要時也是可塑的。通過催化劑轉換器的固定部位可以避免其損壞，這個部位在過強的負荷下具有可塑變形用于容納和吸附作用力。
催化劑轉換器可以安裝在排氣系統(tǒng)中，排氣系統(tǒng)對于內燃機通常是由內燃機上引出的。但是催化劑轉換器同樣也可以應用于安置在內燃機殼體上的排氣系統(tǒng)中。對于這兩種情況催化劑轉換器的外殼作為排氣系統(tǒng)的一部分是適宜的。通過這種方法可以保證自身加熱的催化劑轉換器熱量向外排出。外殼可以是彎管或排氣系統(tǒng)消聲器的組成部分。由此催化劑轉換器的緊湊安裝得到保證，而無須為催化劑轉換器提供另外的空間。
與本發(fā)明的另一個觀點相對應地是，為了緊湊地利用空間，可以利用內燃機，尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)的消聲器，消聲器具有措施用來容納前面所述的催化劑轉換器。例如一個適當構成的并且首先是適配的外殼，外殼能夠容易地安裝催化劑轉換器并將其固定在那里。通過套管作為外殼與通過內燃機外殼上相應的空間結構一樣可以同樣實現(xiàn)。消聲器與催化劑轉換器的組合尤其是實現(xiàn)在小型內燃機上，其排氣系統(tǒng)可以保持較小。
優(yōu)選消聲器的一部分具有裝置用于催化劑轉換器的固定。這些裝置可以是齒牙、刻槽、橫桿、缺口、凹槽或其它類似的結構方法。如果置入齒牙或類似的結構，齒牙至少與相對設置的薄板嚙合。齒牙卡嵌在薄板上并由此固定整個催化劑轉換器。內燃機的驅動方式及其安裝位置也決定了催化劑轉換器的壽命。如果發(fā)動機總是反復地短時間投入使用，如果發(fā)動機被外部的強作用力中斷，所有這些都將減少催化劑轉換器的壽命。因此將催化劑轉換器可更換地安裝是實用的。例如催化劑轉換器可以安置在消聲器的上殼體和下殼體里面。這兩個上下殼體中的一個最好具有一個固定點，通過固定點可以將力，特別是夾緊力施加在催化劑轉換器上。固定點可以是消聲器中的橫桿，就如同也是消聲器的一個起消聲作用的結構一樣。催化劑轉換器固定在消聲器中的另一種可能為，至少催化劑轉換器的一部分被擠壓在消聲器里，使催化劑轉換器不能移動。另一種特別適合于小型內燃機的消聲器實施形式具有至少兩部分，上殼體和下殼體。一個隔板將消聲器分成第一部分和第二部分。隔板和/或消聲器具有用于將催化劑轉換器分別固定在相互隔開的各部分里的措施。通過這種方法能夠使兩個催化劑轉換器安裝在一個消聲器里。這一點不是必需的。也可以只有一個或多于兩個催化劑轉換器。
對應于本發(fā)明另一個設想的催化劑轉換器制造方法同樣被實現(xiàn)，這種催化劑轉換器安裝在內燃機的排氣系統(tǒng)里，尤其是小型內燃機的消聲器里，在此，-成型薄板圍繞一個至少部分凸起的長形體傾斜的卷繞，-接著至少長形體的一部分與卷繞的薄板被拆成多個截段并且，-各截段分別成為催化劑轉換器載體。
這種方法特別適合于連續(xù)生產過程，其中成型薄板可以被卷成連續(xù)的鋼帶。長形體又可以是一根管或者也可以是一根相應長的儲備好的其它物體。為了特別有效地利用空間以得到大的起催化作用的表面，這個長形體存在一個空心的內部空間，在此空間里安置另一成型薄板。起催化作用的表面這樣來制造，薄板和/或長形體在卷繞之前用起催化作用地覆層涂覆或者在拆成截段后將被分成的截段用起催化作用的覆層涂覆。對薄板相互間的固定而言，可以通過釬焊、焊接、粘接或類似方法來實現(xiàn)，但是同樣要通過薄板的內應力來選擇，什么時候最適宜涂覆起催化作用的覆層。
為了實現(xiàn)截段的高穩(wěn)定性，采用鋼板作為長形體，鋼板厚于要被卷繞的薄板。如果較厚的鋼板一至五倍厚于要被卷繞的薄板，能夠達到有效地穩(wěn)定值。如前所述，按照這一方法可以由催化劑轉換器載體特別廉價地生產出緊湊的催化劑轉換器。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將通過下面的圖例描述給出。附加的具有優(yōu)點的結構通過目前已公開的特征的組合還可以通過下面的圖例實現(xiàn)。圖例為

圖1 位于外殼里的成型薄板，圖2 位于外殼里的另一種成型薄板，圖3 位于外殼里的一又二分之一層催化劑轉換器，圖4 位于內燃機排氣系統(tǒng)中的催化劑轉換器的多處設置，圖5 位于消聲器里的兩層催化劑轉換器的設置，圖6 另一種一又二分之一層催化劑轉換器，圖7 一種一又二分之一層催化劑轉換器及其作用在其上的力，圖8 位于排氣系統(tǒng)外殼里的兩層催化劑轉換器的另一種設置，圖9 一種催化劑轉換器載體的制造方法，圖10 給出對應于圖9的制造方法，圖11 另一種制造方法，圖12 給出對應于圖11中的制造方法的設置，圖13 另一種制造方法，圖14 再給出另一種制造方法，圖15 催化劑轉換器的另一種外殼，圖16 一種催化劑轉換器外表面結構，圖17 在另一種外殼里的催化劑轉換器的設置可能性和圖18 又一種外殼。
圖1給出了具有薄板2的催化劑轉換器1。薄板2安置在排氣系統(tǒng)的外殼3里并且具有起催化作用的覆層4。薄板2被制成特殊形狀，即是成型的。成型形式為波浪形。這可以使薄板2也可以在其內應力作用下安置在外殼3里。這個內應力足以使催化劑轉換器1固定在外殼3里。薄板2的成型是這樣選擇的，使得通道5與外殼3協(xié)調地構成。通道5包圍了整個橫截面的一部分成為一個框起來的橫截面。其余的，沒有通過通道封閉起來的外殼3里的截面6由于波狀總計小于全部所示外殼橫截面的50％。為了更好的解釋，這個截面6用斜線突出出來。
圖2又給出了一種在外殼3里構成催化劑轉換器1的成型薄板2。薄板2具有波狀結構并這樣來選擇，使得第一個波峰7嵌入位于對面的第一個波谷8。這首先導致截面6的進一步減少并由此導致框起來的橫截面的加大。其次是限制第一個波峰7不與第二個波峰9接觸。通過第一波峰7與第二波峰9之間的距離用來作為間隙，這樣當外部作用力施加的情況下催化劑轉換器1可以顯示出彈性。催化劑轉換器1的彈性特性可以通過薄板2與外殼3的連接方式而受到影響。例如如果僅僅是各第二個波谷與外殼3連接，這一點用連接位置10來表示，盡管催化劑轉換器1保持固定，但是仍然可以運動地保持在外殼3里。連接位置10可以沿著催化劑轉換器1的整個軸向長度延伸，但同樣只能以點狀或段狀存在。這一點通過連接位置10.1來標明，此位置作為釬焊位置存在于波谷兩側并且在那里沿著催化劑轉換器的軸向延伸。而連接位置10.2例如被看作是點焊接或者說縱向焊接。
圖3給出了在外殼3里的優(yōu)選的一又二分之一層的催化劑轉換器1。層11由第一薄板12和第二薄板13所組成。第一薄板12是非成型的。第二薄板13具有折彎作為成型。層11是這樣卷繞的，以形成封閉體14。在這個封閉體14里面安置著第三薄板15，此薄板以其成型結構支承在第一薄板12上。通過第三薄板15沒有形成通道的截面6再一次明顯地變小。同時提供了附加的起催化作用的表面。為了使催化劑轉換器1不僅有特殊彈性而且有強度，非成型的第一薄板12厚于第二薄板13以及第三薄板15。因此兩個成型薄板13和15與第一薄板12形成對于外殼3的在靜力學上的平衡。
圖4給出了連接著排氣系統(tǒng)17的內燃機16。排氣系統(tǒng)17具有彎管區(qū)18，消聲器19以及連接管道20。在彎管區(qū)18里第一催化劑轉換器21，第二催化劑轉換器22和第三催化劑轉換器23分別安置在一個由汽缸分出的管道里。第一催化劑轉換器21是圓錐形構成的，第二催化劑轉換器22同樣也是圓錐形構成的。而第三催化劑轉換器23存在一個彎曲，其橫截面基本上是不變的。第四催化劑轉換器24安置在連接管道20里面。這個管道具有一個有規(guī)律的沿著其軸向長度不變的橫截面。在消聲器19里面還有一個第五催化劑轉換器25。這個催化劑轉換器適配于其外殼3并且是可翻轉的。為此消聲器19具有固定裝置26，例如圖示的隆起27。催化劑轉換器25正好以其尺寸適配進這個隆起27。由此可以實現(xiàn)第五催化劑轉換器25僅靠其內應力就可以與消聲器19上的隆起27保持連接。
圖5給出了另一種消聲器19。這個消聲器在其內部通過隔板28分成上部29和下部30。上部29與下部30之間用于穿流過消聲器19的廢氣流31在流體技術上的連接通過隔板28上的孔洞32來保證。消聲器19具有上殼體33和下殼體34，兩個殼體可以通過連接裝置35與隔板28固定在一起。隔板28、上殼體33和下殼體34具有用于位于消聲器19里的上催化劑轉換器36和下催化劑轉換器37的固定裝置26。固定裝置26例如可以是凹槽38、齒牙39或者也可以是橫桿40。它們至少應該分別與上催化劑轉換器36以及下催化劑轉換器37的外層薄板建立聯(lián)接。一個或多個固定裝置26也可以這樣來設置，使上催化劑轉換器36和/或下催化劑轉換器37的前端面41的至少一部分用于固定。這里所示的消聲器19是極緊湊地并首先優(yōu)選用于小型內燃機。作為廢氣流31的廢氣接頭42可以根據(jù)消聲器19的安裝位置而不同設置。廢氣接頭42.2安置在消聲器19的側向，而廢氣接頭42.1適合于連接直線延伸的排氣系統(tǒng)。這一點具有流體技術上的優(yōu)點，因為不再需要到上催化劑轉換器36上的換向或者說從下催化劑轉換器37分配到廢氣接頭42上的換向。
圖6給出了圓形催化劑轉換器1。它是由一又二分之一層構成的。它具有兩層較厚的成型薄板，內層薄板43和外層薄板44。在內層薄板43與外層薄板44之間設置有非成型薄板45。內層薄板43和外層薄板44的結構選用了波狀結構。當兩個成型薄板43，44的波峰和波谷以基本上相等的距離設置的時候，非成型薄板45處于能夠承受作用力的位置并且通過彈性變形來吸收能量。此外內層薄板43具有附加的半成型46。它將現(xiàn)存的通道5再細分開或者將本來自由的截面6變成通道的另外橫截面。半成型46例如通過在內層薄板43里的凹槽構成，在此構成凹槽的材料根據(jù)在結構中的位置向內翻或向外翻。半成型46的另一種可能在于，例如半成型46在裝置中由附加到內層薄板43上的薄板凹槽所組成。半成型或類似結構的應用支持催化劑轉換器1的大面積通道以實現(xiàn)自由截面6的減少并由此實現(xiàn)大的框起來的橫截面。
圖7給出了同樣的一又二分之一層催化劑轉換器1，外力47作用于其上。外力47可以在催化劑轉換器1工作期間通過外薄板44的形變來承受。這一點也可以例如在制造過程中有意識地應用，以使本來圓形的催化劑轉換器1轉變成扁平截面的催化劑轉換器1。也可以利用外力47將催化劑轉換器1裝入外殼。在那里催化劑轉換器通過其本身產生的應力而固定。
圖8給出了一個在外殼3里特別緊湊的上催化劑轉換器36和下催化劑轉換器37的結構。兩個催化劑轉換器36和37被壓進外殼3并且實現(xiàn)軸向的廢氣流31的穿流。廢氣流可以被特殊的導流，首先穿流上催化劑轉換器36接著穿流下催化劑轉換器37。帶有上催化劑轉換器36和下催化劑轉換器37的外殼3例如可以特別節(jié)省空間的裝入消聲器。此外外殼可以如催化劑轉換器36，37一樣具有起催化作用的覆層。這一點不僅對所示外殼有效而且對其它外殼同樣有效。其它的應用也適合于這個結構體48。由于其結構很容易拆裝，所以適合于例如作為更換部件應用在內燃機的排氣系統(tǒng)。需要對強廢氣流起催化作用的表面通過上催化劑轉換器36和下催化劑轉換器37的順序穿流也可以被滿足。采用這種方法也可以將多個結構體48前后設置，以清潔廢氣流31。
圖9給出了一種催化劑載體的制造方法。成型薄板49圍繞一個至少部分凸起的、長形體50傾斜地卷繞。為此長形體50和成型薄板49實現(xiàn)相對運動。這一點例如可以通過凸起的長形體50的轉動和其自身將成型薄板49拉伸到長形體50上的移動而實現(xiàn)。這通過薄板49以及長形體50上的箭頭來表明。成型薄板49同時與長形體50連接。接著至少一部分帶有卷繞薄板49的長形體50被分割成若干截段51。這里分割單元52利用了激光。這可以使截段51整齊地從長形體50上分開。分割過程可以被這樣特殊地實現(xiàn)，即無需截段51的后處理。截段51作為加工好的催化劑載體可以緊接著作為催化劑轉換器1被使用。此外截段51或者事后用起催化作用的覆層涂覆或者在卷繞過程中這個覆層就已經存在于薄板49以及長形體50上了。
圖10給出了另一種催化劑載體的制造方法。配備起催化作用覆層的薄板54從連續(xù)卷材53上引至導向輥55。從那里薄板54被引至第一成型輥56，此成型輥與第二成型輥57嚙合。這兩個成型輥56，57的齒形決定了薄板54的成型結構。緊接著薄板54被卷覆在空心體58上。這個空心體58具有位于內部的第二成型薄板59，此薄板同樣配備有起催化作用的覆層?？招捏w58和第二薄板59例如可以在卷覆薄板54之前由成型層制造，緊接著成型層被傾斜著相互卷繞。這種卷繞通過虛線60來標明?？招捏w58也可以是圓管，第二薄板59被放置在里面。在類似的另一種方法中第二成型薄板59不是在截段51的分割之前而是在實現(xiàn)分割之后才被置入。
圖11給出了另一種催化劑載體的制造方法。在這里配備起催化作用覆層的薄板54也是從沒有畫出的連續(xù)卷材53上卷覆到空心體58上?？招捏w58也是由成型層制造的，成型層傾斜著自身卷繞。這種卷繞可以從卷繞層相鄰部位之間的接合縫60上辨認出來。卷繞可以這樣特殊地實現(xiàn)，通過卷繞通道5在卷繞延伸過程中沒有中斷，在這里通道5用虛線來表示。這對于要被卷覆的薄板54的通道5也同樣有效。當要被卷覆的薄板54以對于空心體58的那個接合縫60成角度卷覆時，這樣產生的催化劑載體構成可以是特別緊湊的。接合縫相互間構成角度的優(yōu)點在于，后來的催化劑轉換器載體不存在軸向延伸的圓周接縫。接縫上的負荷被更多地分布在整個圓周上。薄板54的卷覆也可以這樣來進行，使空心體58的成型層宛如被夾緊一樣。薄板54與空心體58之間的連接可以通過釬焊在卷覆后直接進行或者也可以在以后的工作步驟中才進行連接。例如可以這樣，薄板54先被粘接而后再釬焊。同樣的過程對于空心體58成型層的連接也是有效的。在另一種類似的制造方法中對應于圖11中的空心體58也由成型層構成。但是這一次成型層對于空心體構成用點劃線來表示的搭接部位61。搭接部位61使空心體58更加緊湊。同時搭接也可以被利用來產生連接。為此搭接部位61在一種結構中存在粘合劑，接著在粘合劑上涂覆焊接材料。相應的方法也被用于要被卷覆的薄板54上。已經成型的長形空心體58與已卷覆的薄板54作為整體放入適當溫度的焊接爐中，使搭接部位61上的焊接材料產生持久的連接。同時空心體58對于已卷覆的薄板58的連接同樣通過釬焊實現(xiàn)。然后才被分割成單個的截段51。
圖12給出了一種例如可用來制造如圖11所述催化劑載體的方法。更寬的薄板54被從連續(xù)卷材53引至第一成型輥56和第二成型輥57。成型后薄板54被切割成四個單獨的薄板54.1，54.2，54.3，54.4。這可以通過帶有切刀63的切割裝置62來實現(xiàn)。從那里分開的薄板54.1至54.4到達各自的空心體58.1至58.4。薄板分別被卷繞在空心體上。空心體58.1至58.4的進給方向通過各自的箭頭來表示。所示制造方法適合于連續(xù)的工作過程，因為空心體58.1至58.4可以用類似的方法在前置位置同樣被連續(xù)制造。
圖13同樣給出了催化劑轉換器1的制造方法。在轉動體64上成型薄板65和非成型薄板66如同沙丁魚罐頭起子一樣插入轉動體64的縫隙67里。當轉動體64轉動時兩層薄板65，66作為一層被卷繞。這樣產生的催化劑轉換器1的形狀取決于轉動體64的幾何形狀。這樣產生的催化劑轉換器1所構成的內部空間可以按照各自的要求或大或小。此外在這個空間里也可以附加插入尤其是成型薄板。轉動體64在這種形式的用于制造催化劑轉換器1的方法改進中在方法中保持不變并且以其材料強度來加強穩(wěn)定性。
圖14給出了另一種催化劑轉換器1的制造方法。催化劑轉換器1通過成型薄板65與非成型薄板66之間的相互疊堆而產生。用這種方法催化劑轉換器1至多可以得到兩層11，這兩層帶有一塊在內部沒有框起來的并且沒有封閉成通道的截面6。通過成型薄板和非成型薄板65，66的特有的過后突起的催化劑轉換器1的端部68沿著箭頭方向的折彎，使得產生圍繞催化劑轉換器1的外殼。為此端部68的折彎具有優(yōu)點的不僅只對于單個薄板而是對于所有薄板整體地在一個工作步驟里進行。這一點與成型薄板65或非成型薄板66無關。具有優(yōu)點的方法在于，成型薄板65和非成型薄板66無需端部68的折彎而首先疊堆。然后端部68才被折彎。這可以以圖示方向實現(xiàn)，但是也可以反方向地實現(xiàn)。為此整個疊堆可以被反轉過來或者成型裝置作用于端部68的外側并折彎。
圖15給出了催化劑轉換器1的另一種外殼3。外殼3可以作為消聲器的殼體。殼體具有基體69并存在這樣構成的波彎70，使波彎作用于裝置在外殼3內部的催化劑轉換器1的對應凹槽71里面并由此固定?；w69由第一部分69.1和第二部分69.2所組成，這兩部分分別具有折邊72。折邊72可以通過例如焊縫或釬焊相互連接。然后成為一個整個的基體69。另一種情況是這兩部分通過端部68的卡接配合成催化劑轉換器1而固定在一起。為了側向封閉和防止穿流催化劑轉換器1的氣流73外漏，第一蓋板74和第二蓋板75位于基體69上。在第一蓋板74上具有卡接進催化劑轉換器1相應凹槽71里面的隆起76。由此使催化劑轉換器1得到側向固定。外殼3的這種通過設置側向蓋板的側向封閉形式可以通過推入基體69和從基體69拉出而更換催化劑轉換器1。
圖16給出了催化劑轉換器1外表面77的構成。外表面77是結構成型的并由此來防止催化劑轉換器1在沒有畫出的外殼里所不期望的移動。成型面78可以是無定向或定向的。但是無論如何成型面78應該防止例如由于振動而使催化劑轉換器1從外殼里慢慢移出來。具有優(yōu)點的是一種傾斜齒牙成型面。這個成型面對于催化劑轉換器可以這樣來調整，以得到阻滯移動的最佳方向。例如通過在外殼上附加對于這個最佳方向相反方向的機械止動裝置來保證只有解除機械止動裝置以后，催化劑轉換器1才能從外殼里面取出。上述的這種成型面不僅可以存在于催化劑轉換器1而且同樣可以存在于外殼3以及消聲器19本身。
圖17給出了將第一催化劑轉換器21、第二催化劑轉換器22和第三催化劑轉換器23設置在另一個外殼3里的可能性。外殼3，例如消聲器19具有上殼體33和下殼體34。上殼體33與下殼體34通過相互卡接的連接機構79封閉和固定。上殼體33和下殼體34的殼體端部80分別由卡鉤形式構成。這些卡鉤81是這樣構成的，當上殼體33向下殼體34施壓的時候上殼體33的端部80向內壓而下殼體34的端部80向外壓。由此實現(xiàn)相互卡接相對設置的卡鉤81。外殼3的內部空間可以被不同的利用來安置催化劑轉換器21，22和23。所畫出的第二催化劑轉換器22和第三催化劑轉換器，如同上殼體33和下殼體34的幾何體形一樣通過其卡鉤分別將兩個催化劑轉換器固定在上部29和下部30里面。而當在圖中用斷面畫出第一催化劑轉換器21單獨安置在外殼3里面的時候，連接機構79的一部分卡嵌進催化劑轉換器21并且將催化劑轉換器固定在外殼3里面。
圖18又給出了一種外殼3。外殼3同樣有上殼體33和下殼體34，在此它們是這樣構成的，它們可以使安置在其內部的催化劑轉換器通過殼體外形來固定。催化劑轉換器本身不僅可以是或多或少的四角形而且也可以是凹進或凸起構成的。同樣可以是其它造型，如六邊形或多邊形構成以及彎曲的或其它復雜的幾何形狀。
上述發(fā)明首先是創(chuàng)造一種催化劑轉換器以及這種催化劑轉換器載體的制造方法，由這種催化劑轉換器載體可以加工這種催化劑轉換器，此種催化劑轉換器可以提供簡單而緊湊的結構并且由于其排氣凈化特性而提供有效的應用。這種形式催化劑轉換器的優(yōu)選應用領域是在小型內燃機上。
權利要求
1.在一個外殼(3)里面的用于內燃機(16)、尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)(17)的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，在此催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)至少為成型的、配備有起催化作用材料的薄板(2；13)，薄板被卷繞，形成可以通過廢氣的通道(5)并且至少部分的位于外殼(3)里面，其特征為，薄板(2；13)成型為，通過外殼(3)的橫截面觀察，由閉合的通道(5)框起來的橫截面至少是外殼(3)全部橫截面的一半，其中催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)最多為兩層(11)。
2.如權利要求1的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，框起來的橫截面至少為外殼(3)全部橫截面的2/3。
3.如權利要求1或2的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，薄板(2；13)是這樣卷繞的，使成型結構為相對設置。
4.如權利要求3的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，相對設置的成型結構是相互交錯的，而沒有相互接觸。
5.如權利要求3或4的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，框起來的橫截面至少是外殼(3)全部橫截面的3/4。
6.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)具有一個穩(wěn)定的加固部分。
7.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)各構成通道的薄板緊靠在加固部分上。
8.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，構成通道的具有上面和底面的薄板(2；13)分別以上面和底面緊靠在加固部分上。
9.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，覆層(11)本身由非成型薄板(12)和成型薄板(13)所組成。
10.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)具有一個帶有上面和底面的非成型薄板(13)，在此成型薄板(12，14)分別安置在上面和底面上。
11.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，成型結構為波紋、彎曲或折彎。
12.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，至少催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)的覆層(11)的一部分是固定的，尤其是覆層的一部分支承在加固部分上，尤其是壁上。
13.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，第一薄板(12)與第二薄板(13)構成覆層(11)，在此第一薄板(12)厚于第二薄板(13)的最佳系數(shù)在1.5至5之間，尤其是2至4之間。
14.如權利要求13的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，第一薄板(12)是非成型而第二薄板(13)是成型的。
15.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器存在削平的橫截面。
16.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，與外殼(3)的表面(70，76)相對設置的催化劑轉換器(1)的表面(71)適配于外殼(3)的表面(70，76)。
17.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器存在成型的外表面(77)以用來防止催化劑轉換器(1)在外殼(3)里所不期望的移動。
18.如權利要求17的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，成型面(78)是定向的，尤其為傾斜齒牙成型面。
19.如上述權利要求之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器是這樣設置的，使外殼(3)為排氣系統(tǒng)(17)的一部分。
20.如權利要求19的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，外殼(3)為彎管或排氣系統(tǒng)(17)上的消聲器(19)的組成部分。
21.如上述權利要求1至20之一的、位于內燃機(16)尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，消聲器(19)具有裝置(26)用于容納催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)。
22.如上述權利要求之一的位于如權利要求21的消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，消聲器(19)的一部分具有裝置(26，27；38，39，40)用于固定催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)。
23.如上述權利要求之一的位于如權利要求21或22的消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)可以設置成可更換的。
24.如上述權利要求之一的位于如權利要求21至23之一的消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，消聲器(19)存在加固部分，通過加固部分力，尤其是夾緊力施加到催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)上。
25.如上述權利要求之一的、位于如權利要求21至24之一的消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)的一部分通過消聲器(19)被擠壓。
26.如上述權利要求之一的、位于如上述權利要求之一的由至少兩部分(33，34)組成的消聲器(19)里面的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)，其特征為，隔板(28)將消聲器(19)分成第一部分(29)和第二部分(30)，隔板(28)和/或消聲器(19)存在裝置(26，27；38，39，40)用于將催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)固定在各自的部分(29，30)而且隔板盡可能平行于通過消聲器(19)的穿流氣流方向而設置。
27.如權利要求21至26的消聲器，其特征為，兩部分(33，34)具有相互卡接的連接機構(79)，被用于固定催化劑轉換器(21，22，23)。
28.安置在內燃機(16)排氣系統(tǒng)(17)里面，尤其是小型內燃機消聲器(19)里面的催化劑轉換器的制造方法，其中，-成型薄板(49)圍繞一個至少部分凸起的長形體(50)傾斜地卷繞，-接著至少長形體(50)的一部分與卷繞的薄板(49)被拆成多個截段(51)并且，-各截段(51)分別成為催化劑載體。
29.如權利要求28的方法，其特征為，物體(51，58)具有內部空間，在其中設置成型薄板(59)。
30.如權利要求28或29的方法，其特征為，薄板(49；54；59)和/或物體(51，58)在卷繞前用起催化作用的覆層(4)涂覆。
31.如權利要求28或29的方法，其特征為，截段(51)用起催化作用的覆層(4)涂覆。
32.如上述權利要求之一的方法，其特征為，鋼板被用來制成長形體(50，58)，鋼板厚于要被卷繞的薄板(49；54；59)，尤其是厚大約一至五倍。
33.如上述權利要求之一的方法，其特征為，要被卷繞的薄板(49；54；59)從連續(xù)卷材(53)上卷繞下來。
34.如上述權利要求之一的方法，其特征為，由催化劑轉換器載體成為如權利要求1至27之一的催化劑轉換器(1；21；22；23；24；25；26；36；37)。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造了在一個外殼(3)里面的用于內燃機(16)、尤其是小型內燃機排氣系統(tǒng)(17)的催化劑轉換器(1),在此催化劑轉換器(1)至少為成型的、配備有起催化作用材料的薄板(2),薄板被卷繞,形成可以通過廢氣的通道(5)并且至少部分的位于外殼(3)里面,薄板(2)的成型結構為,通過外殼(3)的橫截面觀察,由閉合的通道(5)框起來的橫截面至少是外殼(3)全部橫截面的一半,其中催化劑轉換器(1)最多為兩層(11)。此外還創(chuàng)造了一種制造催化劑轉換器載體的方法,催化劑轉換器安置在內燃機排氣系統(tǒng)、尤其是小型內燃機消聲器里面,成型薄板圍繞一個至少部分凸起的長形體傾斜地卷繞,接著至少長形體的一部分與卷繞的薄板被拆成多個截段并且各截段分別成為催化劑轉換器載體。
文檔編號F01N13/02GK1260860SQ98802347
公開日2000年7月19日 申請日期1998年2月3日 優(yōu)先權日1997年2月7日
發(fā)明者阿爾弗雷德·來克, 沃爾夫岡·毛斯, 烏韋·西普曼 申請人:發(fā)射技術有限公司