RU2173394C2

RU2173394C2 - Catalyst converter for vehicles powered by internal combustion engines

Info

Publication number: RU2173394C2
Application number: RU98104456A
Authority: RU
Inventors: Альфред РЕК; Уве ЗИПМАНН
Original assignee: Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: transport engineering; exhaust systems of internal combustion engines. SUBSTANCE: proposed catalyst converter designed for cleaning exhaust gases with high content of hydrocarbons consists of tubular housing accommodating layers of metal foil at least partially covered by catalytically active material. Foil layers are arranged close to inner surface of tubular housing. There are no layers of metal foil with catalytically active material on larger part of cross-section of tubular housing. Layers of metal foil, at least on separate sections, can be structurized: corrugated and/or perforated. Invention provides description of scheme of arrangement of catalyst converters consisting of two devices arranged in series in direction of exhaust gas flow. EFFECT: improved cleaning of exhaust gases. 19 cl, 7 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к каталитическому нейтрализатору для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, в частности для каталитической очистки отработавших газов (ОГ) с высоким содержанием углеводородов. The present invention relates to a catalytic converter for vehicles with internal combustion engines, in particular for the catalytic purification of exhaust gases (OG) with a high content of hydrocarbons.

В результате ужесточаемых во всем мире требований к очистке ОГ транспортных средств были разработаны многочисленные варианты каталитических нейтрализаторов. В одном из таких каталитических нейтрализаторов применяют по меньшей мере частично покрытые каталитически активным материалом листы металлической фольги, расположенные в трубчатом кожухе. Эти известные каталитические нейтрализаторы имеют разнообразное конструктивное исполнение, благодаря применению листов металлической фольги с различной структурой. As a result of worldwide toughening requirements for the exhaust gas cleaning of vehicles, numerous catalytic converters have been developed. In one of these catalytic converters, metal foil sheets at least partially coated with a catalytically active material are disposed in a tubular casing. These known catalytic converters have a diverse design, due to the use of sheets of metal foil with different structures.

Хотя каталитические нейтрализаторы, у которых каталитически активный материал нанесен на листы металлической фольги, и обладают очень хорошими свойствами в отношении теплопроводности и распределения тепла, тем не менее в определенных случаях использования в таких каталитических нейтрализаторах может иметь место перегрев вследствие экзотермических реакций. Для устранения этого недостатка известный из DE 3635993 A1 каталитический нейтрализатор предлагается выполнять таким образом, чтобы в его поперечном сечении, через которое проходит ОГ, оставалась свободной центральная зона для предотвращения перегрева каталитического нейтрализатора. Подобный сотовый элемент известен также из EP 0270856 A1. Although catalytic converters, in which the catalytically active material is deposited on metal foil sheets, have very good thermal conductivity and heat distribution properties, nevertheless, in certain cases of use in such catalytic converters, overheating due to exothermic reactions can occur. To eliminate this drawback, the catalyst known from DE 3635993 A1 is proposed to be implemented in such a way that in its cross section through which the exhaust passes, the central zone remains free to prevent overheating of the catalyst. A similar honeycomb element is also known from EP 0270856 A1.

Однако основное назначение этих известных каталитических нейтрализаторов состоит все же в том, чтобы очищать максимально возможное количество ОГ и беспрепятственно пропускать лишь небольшую его часть в центральной зоне во избежание в ней перегрева, как это могло бы случиться, если бы сотовый элемент имел сплошное поперечное сечение, предназначенное для прохождения ОГ. However, the main purpose of these known catalytic converters is still to clean the maximum possible amount of exhaust gas and to allow unimpeded passage of only a small part of it in the central zone in order to avoid overheating in it, as would happen if the cell had a continuous cross section, designed for exhaust gas.

Однако в некоторых случаях ОГ двигателей внутреннего сгорания содержит настолько большие количества углеводородов, что известные сотовые элементы перегревались бы при каталитическом превращении углеводородов в столь больших количествах. В частности, концентрация углеводородов в ОГ известных двухтактных двигателей старой конструкции составляет до 4 объемных процентов, и при полном каталитическом сжигании этого количества углеводородов выделяется большое количество тепла. Хотя эту проблему можно решить за счет использования крупногабаритных каталитических нейтрализаторов, однако для их установки часто отсутствует достаточное монтажное пространство. Тем не менее было бы целесообразно уменьшить такое высокое содержание вредных веществ при приемлемых затратах с целью выдержать по меньшей мере определенные минимальные требования в отношении выбросов вредных веществ. However, in some cases, the exhaust gas of internal combustion engines contains such large amounts of hydrocarbons that known cellular elements would overheat during the catalytic conversion of hydrocarbons in such large quantities. In particular, the hydrocarbon concentration in the exhaust gas of known two-stroke engines of the old design is up to 4 volume percent, and with the full catalytic combustion of this amount of hydrocarbons, a large amount of heat is generated. Although this problem can be solved through the use of large-sized catalytic converters, however, their installation often lacks sufficient mounting space. Nevertheless, it would be advisable to reduce such a high content of harmful substances at affordable costs in order to withstand at least certain minimum requirements for emissions of harmful substances.

В GB 2231283 A уже описаны различные варианты выполнения сотовых элементов каталитического нейтрализатора, в которых металлические листы отсутствуют в центральной зоне, оставляя ее полностью свободной, и размещены лишь во внешней зоне поперечного сечения, образуя каналы с каталитически активными поверхностями. При таком исполнении сотового элемента свободная центральная зона всегда ограничена слоем гладкого металлического листа, вследствие чего ОГ, попавший внутрь этой центральной зоны, может контактировать лишь с малой каталитически активной поверхностью внутреннего слоя этого самого гладкого металлического листа. GB 2231283 A already describes various embodiments of the honeycomb elements of the catalytic converter, in which the metal sheets are absent in the central zone, leaving it completely free, and placed only in the outer cross-sectional zone, forming channels with catalytically active surfaces. With this design of the honeycomb element, the free central zone is always limited by a layer of a smooth metal sheet, as a result of which the exhaust gas entering inside this central zone can only come into contact with a small catalytically active surface of the inner layer of this most smooth metal sheet.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения положена задача создать каталитический нейтрализатор, который обеспечивал бы по меньшей мере частичное каталитическое превращение ОГ с высокими, например, от 2 до 4 объемных процентов, концентрациями углеводородов без своего перегрева при этом, имел бы по возможности простую конструкцию и был бы приспособлен для установки на небольших транспортных средствах. Based on the foregoing, the present invention is based on the task of creating a catalytic converter that would ensure at least partial catalytic conversion of exhaust gas with high, for example, from 2 to 4 volume percent, hydrocarbon concentrations without overheating, and would have a simple construction as possible and would be suitable for installation on small vehicles.

Эта задача решается с помощью предложенного каталитического нейтрализатора для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, в частности для каталитической очистки отработавших газов с высоким содержанием углеводородов, состоящего из трубчатого кожуха, в котором вблизи его внутренней поверхности расположена по меньшей мере в один слой по меньшей мере частично покрытая каталитически активным материалом металлическая фольга, причем в большей части поперечного сечения трубчатого кожуха в центральной зоне металлическая фольга полностью отсутствует, и эта металлическая фольга по меньшей мере на отдельных участках структурирована, в частности имеет гофрированную форму, и образует каналы. This problem is solved using the proposed catalytic converter for vehicles with internal combustion engines, in particular for the catalytic purification of high-hydrocarbon exhaust gases, consisting of a tubular casing in which at least one layer is located at least partially near its inner surface a metal foil coated with a catalytically active material, and in most of the cross section of the tubular casing in the central zone is a metal foil ga is completely absent, and this metal foil at least in sections is structured, in particular has a corrugated shape, and forming channels.

Согласно изобретению размер и форма структур металлической фольги таковы, что каналы имеют такую же площадь поперечного сечения, что и у сотовых элементов с 25-200 ячейками на квадратный дюйм, при этом центральная зона ограничена структурированной частью металлической фольги. According to the invention, the size and shape of the structures of the metal foil are such that the channels have the same cross-sectional area as the honeycomb elements with 25-200 cells per square inch, while the central zone is limited by the structured portion of the metal foil.

При этом по меньшей мере один слой металлической фольги предусмотрен в качестве отдельного элемента на по меньшей мере части внутреннего периметра. At the same time, at least one layer of metal foil is provided as a separate element on at least part of the inner perimeter.

Целесообразно сделать так, чтобы металлическая фольга на одном участке была гладкой и вплотную прилегала к стенке. It is advisable to make so that the metal foil in one area was smooth and closely adjacent to the wall.

Целесообразно также металлическую фольгу припаять по меньшей мере к торцевому участку трубчатого кожуха. It is also advisable to solder the metal foil at least to the end portion of the tubular casing.

Предпочтительно в каталитическом нейтрализаторе по изобретению расположить от двух до шести слоев металлической фольги, структурированные таким образом, что они образуют каналы для прохождения отработавшего газа. Preferably, two to six layers of metal foil are arranged in the catalytic converter according to the invention so that they form channels for the passage of the exhaust gas.

В этом случае желательно слои металлической фольги свернуть спирально в рулон, либо в пространственную спираль, либо винтообразно. In this case, it is desirable to roll the layers of metal foil spirally into a roll, or into a spatial spiral, or screw-like.

Во всех вышеописанных случаях выполнения каталитического нейтрализатора по изобретению металлическая фольга снабжена перфорированными отверстиями предпочтительно диаметром в пределах от 2 до 6 мм. In all of the above described embodiments of the catalyst of the invention, the metal foil is provided with perforated holes, preferably with a diameter in the range of 2 to 6 mm.

При этом фольга на одном участке по гладкой поверхности может быть припаяна к внутренней поверхности трубчатого кожуха. Moreover, the foil in one area along a smooth surface can be soldered to the inner surface of the tubular casing.

Предпочтительно трубчатый кожух выполнить прямым либо изогнутым. Preferably, the tubular casing is straight or curved.

В одной из желательных форм реализации каталитического нейтрализатора трубчатый кожух имеет в поперечном сечении цилиндрическую или овальную форму либо выполнен конически расширяющимся в направлении потока. In one of the desired forms of implementation of the catalytic converter, the tubular casing has a cylindrical or oval shape in cross section or is made conically expanding in the direction of flow.

Применяемую в каталитическом нейтрализаторе по изобретению металлическую фольгу предпочтительно выполнить из термо- и коррозионно-стойкого материала. The metal foil used in the catalytic converter according to the invention is preferably made of thermally and corrosion-resistant material.

Каталитический нейтрализатор по изобретению может быть снабжен электрическим подогревом. The catalytic converter of the invention may be electrically heated.

Целесообразно за предложенным каталитическим нейтрализатором, включенным в качестве форкатализатора, последовательно разместить главный катализатор. It is advisable to sequentially place the main catalyst behind the proposed catalytic converter, included as a precatalyst.

Исследования показали, что для каталитического превращения значительной части углеводородов в ОГ достаточно пропустить этот газ через трубчатый кожух, в котором листы металлической фольги, по меньшей мере частично покрытые каталитически активным материалом, расположены вблизи его внутренней поверхности, при этом в большей части поперечного сечения трубчатого кожуха такие листы металлической фольги отсутствуют. У покрытого каталитически активным материалом сотового элемента, заполняющего все поперечное сечение трубчатого кожуха, происходит соответственно профилю потока исключительно интенсивная экзотермическая реакция в центральной зоне, а именно в целом лишь на коротком участке сотового элемента в его осевом направлении. Studies have shown that for the catalytic conversion of a significant part of hydrocarbons into exhaust gases, it is sufficient to pass this gas through a tubular casing in which sheets of metal foil, at least partially coated with catalytically active material, are located near its inner surface, while in most of the cross section of the tubular casing such metal foil sheets are missing. In a honeycomb cell coated with a catalytically active material, which fills the entire cross section of the tubular casing, an extremely intense exothermic reaction occurs in the central zone, respectively, in general, only in a short section of the honeycomb cell in its axial direction.

Одновременно отвод тепла из внутреннего пространства сотового элемента наружу к трубчатому кожуху затруднен из-за его сотовой структуры. Если же, напротив, большую часть поперечного сечения трубчатого кожуха оставить свободной от металлической фольги и расположить их листы с каталитически активным материалом в основном вблизи внутренней поверхности трубчатого кожуха, то отвод образующегося в результате экзотермической реакции тепла облегчается. В результате диффузионных процессов в потоке ОГ каталитическая реакция происходит в этом случае не на коротком осевом участке, а по всей длине покрытой каталитически активным материалом металлической фольги, благодаря чему при такой конструкции значительная часть углеводородов также может быть превращена в безвредные компоненты (двуокись углерода и воду). At the same time, heat removal from the inner space of the cell element outward to the tubular casing is difficult due to its honeycomb structure. If, on the contrary, most of the cross section of the tubular casing is left free of metal foil and their sheets with catalytically active material are located mainly near the inner surface of the tubular casing, then the removal of heat generated as a result of the exothermic reaction is facilitated. As a result of diffusion processes in the exhaust gas stream, the catalytic reaction in this case occurs not on a short axial section, but along the entire length of the metal foil coated with the catalytically active material, due to which, with this design, a significant part of the hydrocarbons can also be converted into harmless components (carbon dioxide and water )

Для соблюдения менее строгих требований по содержанию вредных примесей в ОГ может оказаться достаточным уже одного слоя металлической фольги, полностью или частично покрытого каталитически активным материалом. Для увеличения каталитически активной поверхности металлическая фольга по меньшей мере на отдельных участках может быть структурирована, в частности, с приданием ей волнистой или гофрированной формы. Эти структуры могут иметь также и более сложную форму, например, в виде волн с поперечными ребрами, прорезями или микроструктурами, или иметь другую геометрию. To comply with less stringent requirements for the content of harmful impurities in the exhaust gas, a single layer of metal foil may be sufficient, fully or partially coated with a catalytically active material. To increase the catalytically active surface, the metal foil can be structured at least in certain areas, in particular, giving it a wavy or corrugated shape. These structures can also have a more complex shape, for example, in the form of waves with transverse ribs, slits or microstructures, or have a different geometry.

Однако гладкую металлическую фольгу можно также располагать вплотную прилегающей к трубчатому кожуху. However, smooth metal foil can also be placed adjacent to the tubular casing.

Листы металлической фольги можно соединять между собой и/или с трубчатым кожухом с помощью пайки, как это известно из технологии изготовления металлических сотовых элементов. В частности, достаточно припаять металлическую фольгу в торцевой зоне трубчатого кожуха. Далее, целесообразно предварительно обработать металлическую фольгу, например, подвергнуть ее смягчающему отжигу для образования оксидного слоя. Можно также использовать сварку, например, точечную сварку. Sheets of metal foil can be joined together and / or with a tubular casing using soldering, as is known from the technology of manufacturing metal honeycomb elements. In particular, it is sufficient to solder the metal foil in the end zone of the tubular casing. Further, it is advisable to pre-treat the metal foil, for example, to subject it to soft annealing to form an oxide layer. You can also use welding, for example, spot welding.

Для соблюдения более строгих требований по содержанию вредных примесей в ОГ может потребоваться расположить несколько, например от двух до шести, слоев металлической фольги вблизи внутренней поверхности трубчатого кожуха, при этом слои металлической фольги структурированы таким образом, что они образуют каналы для прохождения ОГ. В частности, эти слои могут быть образованы путем спирального скручивания листов структурированной металлической фольги, в частности, гладких и гофрированных листов фольги. To comply with more stringent requirements for the content of harmful impurities in the exhaust gas, it may be necessary to arrange several, for example, from two to six, layers of metal foil near the inner surface of the tubular casing, while the layers of metal foil are structured so that they form channels for the passage of exhaust gases. In particular, these layers can be formed by spiral twisting sheets of structured metal foil, in particular, smooth and corrugated foil sheets.

Форма и размеры структур металлической фольги должны быть предпочтительно такими, чтобы они образовывали каналы с такой же площадью поперечного сечения, как у сотовых элементов с 25-200 ячейками на квадратный дюйм. Это означает, что, например, металлическая фольга имеет гофры с амплитудой приблизительно от 1,5 до 6 мм для типичной формы гофр. Однако точная форма гофр имеет для настоящего изобретения второстепенное значение, поэтому в данном случае возможны различные модификации. The shape and dimensions of the metal foil structures should preferably be such that they form channels with the same cross-sectional area as honeycomb cells with 25-200 cells per square inch. This means that, for example, metal foil has corrugations with an amplitude of about 1.5 to 6 mm for a typical corrugation shape. However, the exact shape of the corrugations is of secondary importance to the present invention, therefore, various modifications are possible in this case.

Для повышения степени превращения ОГ путем создания поперечных потоков и завихрений служат выполненные в металлической фольге перфорированные отверстия, которые, как уже упоминалось, могут иметь диаметр, например, от 2 до 6 мм. To increase the degree of exhaust gas conversion by creating transverse flows and vortices, perforated holes made in metal foil are used, which, as already mentioned, can have a diameter, for example, from 2 to 6 mm.

Создание турбулентного потока обеспечивается также благодаря применению металлической фольги, скрученной в пространственную спираль, т.е. в виде винтовой линии. Во-первых, это позволяет изготавливать такую металлическую фольгу из одного куска. Во-вторых, зазоры, образованные между витками в результате соответствующего скручивания, способствуют достаточному перемешиванию проходящего сквозь и вдоль них отработавшего газа. При этом шаг спирали предпочтительно выбирать таким, чтобы витки не накладывались один на другой, а располагались с небольшим, например, от 1 до 10 мм, отступлением друг от друга. Это позволяет покрывать изнутри также изогнутые трубы. The creation of a turbulent flow is also ensured through the use of a metal foil twisted into a spatial spiral, i.e. in the form of a helix. Firstly, it allows to produce such a metal foil from one piece. Secondly, the gaps formed between the turns as a result of appropriate twisting contribute to sufficient mixing of the exhaust gas passing through and along them. In this case, the spiral pitch is preferably chosen so that the coils do not overlap one another, but are located with a small, for example, 1 to 10 mm, deviation from each other. This allows also bent pipes to be coated from the inside.

Сам трубчатый кожух может быть выполнен цилиндрическим или конически расширяющимся. Из EP 0386013 B1 известна конструкция с расположенным перед, соответственно после корпуса каталитического нейтрализатора диффузором, соответственно конфузором. Из DE 3719773 A1 также известен выполненный конусообразным корпус-носитель каталитического нейтрализатора для очистки ОГ, в состав которого входит также конический гильзообразный кожух. Трубчатый кожух может также иметь овальную форму в поперечном сечении. The tubular casing itself can be made cylindrical or conically expanding. From EP 0386013 B1, a construction is known with a diffuser or confuser located in front of, respectively after the catalytic converter housing. From DE 3719773 A1 is also known a cone-shaped catalytic converter support housing for cleaning exhaust gas, which also includes a conical sleeve-like casing. The tubular casing may also be oval in cross section.

С целью более рационального использования монтажного пространства каталитический нейтрализатор может быть размещен также и на изогнутых участках трубчатого кожуха. Это особенно целесообразно, например, в случае выпускной трубы мотоциклов. In order to make more rational use of the installation space, the catalytic converter can also be placed on bent sections of the tubular casing. This is especially useful, for example, in the case of a motorcycle exhaust pipe.

Для изготовления металлической фольги могут использоваться обычные термо- и коррозионно-стойкие материалы. For the manufacture of metal foil, conventional thermo- and corrosion-resistant materials can be used.

Согласно еще одному особенно предпочтительному варианту осуществления изобретения может быть предусмотрена комбинация вышеописанного каталитического нейтрализатора по изобретению, ниже называемого форкатализатором, с главным катализатором. Форкатализатор предпочтительно в цилиндрическом или коническом исполнении размещают перед последующим по ходу потока главным катализатором. При запуске двигателя внутреннего сгорания благодаря этому более быстро достигается начальная температура главного катализатора и тем самым более высокая степень превращения ОГ. Далее форкатализатор служит также в качестве изоляции потока ОГ от окружающей среды, причем благодаря более быстрому достижению начальной температуры последующий катализатор нагревается быстрее в результате сгорания по меньшей мере части образующихся углеводородов. Параметры отработавшего газа в пусковой фазе двигателя также можно дополнительно улучшить путем электрического подогрева форкатализатора. Нагрев может осуществляться очень быстро. Наиболее предпочтителен форкатализатор конической формы, поскольку он практически отделяет часть потока вблизи наружной стенки трубы и направляет его к краевой зоне последующего катализатора. Таким образом, он служит выпрямителем потока. According to yet another particularly preferred embodiment of the invention, a combination of the above described catalyst of the invention, hereinafter referred to as the pre-catalyst, with a main catalyst may be provided. The precatalyst is preferably in cylindrical or conical design placed before the subsequent mainstream catalyst. At the start of the internal combustion engine, due to this, the initial temperature of the main catalyst is more quickly achieved and thereby a higher degree of exhaust gas conversion. Further, the precatalyst also serves as an isolation of the exhaust gas stream from the environment, and due to a more rapid achievement of the initial temperature, the subsequent catalyst heats up faster as a result of the combustion of at least part of the hydrocarbons formed. The parameters of the exhaust gas in the starting phase of the engine can also be further improved by electric heating of the pre-catalyst. Heating can be carried out very quickly. A conical shaped precatalyst is most preferred since it practically separates part of the flow near the outer wall of the pipe and directs it to the edge zone of the subsequent catalyst. Thus, it serves as a flow rectifier.

Ниже изобретение подробно поясняется описанием (не ограничивающим его объем) примеров выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - поперечный разрез предлагаемого каталитического нейтрализатора;
на фиг. 2 - продольный разрез того же каталитического нейтрализатора;
на фиг. 3 - схематичное изображение другого примера выполнения изобретения с перфорированной металлической фольгой;
на фиг. 4 - пространственно-спиральная металлическая фольга в изогнутом трубчатом кожухе;
на фиг. 5 - пространственно-спиральная металлическая фольга;
на фиг. 6 - предлагаемый каталитический нейтрализатор в качестве форкатализатора с последовательно расположенным за ним главным катализатором;
на фиг. 7 - предлагаемый каталитический нейтрализатор конической формы в качестве форкатализатора с электрическим выводом и с последовательно расположенным за ним главным катализатором.Below the invention is explained in detail by the description (not limiting its scope) of examples of execution with reference to the accompanying drawings, which show:
in FIG. 1 is a transverse section of the proposed catalytic converter;
in FIG. 2 is a longitudinal section of the same catalytic converter;
in FIG. 3 is a schematic illustration of another embodiment of the invention with perforated metal foil;
in FIG. 4 - spatially spiral metal foil in a curved tubular casing;
in FIG. 5 - spatially spiral metal foil;
in FIG. 6 - the proposed catalytic converter as a precatalyst with the main catalyst sequentially located behind it;
in FIG. 7 - the proposed catalytic converter of a conical shape as a precatalyst with an electrical outlet and with the main catalyst sequentially located behind it.

На фиг. 1 и 2 показан трубчатый кожух 1, на внутренней поверхности 3 которого расположена только в один слой гофрированная металлическая фольга 2. Гофрированность металлической фольги увеличивает тем самым поверхность, которая может быть покрыта каталитически активным материалом. При этом покрытие может быть предусмотрено только на внутренней стороне металлической фольги или на обеих ее сторонах. Такой вариант выполнения позволяет легко отводить образующееся при каталитической реакции тепло к трубчатому кожуху 1. Эффективность устройства может быть повышена путем выполнения не показанных на чертеже перфорированных отверстий, в частности на металлической фольге с двусторонним каталитически активным покрытием. Гофрированная металлическая фольга 2 образует вместе с трубчатым кожухом 1 каналы 4, имеющие определенную площадь поперечного сечения. In FIG. 1 and 2 show a tubular casing 1, on the inner surface 3 of which there is only one layer of corrugated metal foil 2. The corrugation of the metal foil thereby increases the surface that can be coated with a catalytically active material. In this case, the coating can be provided only on the inner side of the metal foil or on both its sides. This embodiment makes it possible to easily remove the heat generated during the catalytic reaction to the tubular casing 1. The efficiency of the device can be improved by making perforated holes not shown in the drawing, in particular on a metal foil with a two-way catalytically active coating. Corrugated metal foil 2 forms, together with the tubular casing 1, channels 4 having a certain cross-sectional area.

Для сотовых элементов, объем которых полностью заполнен такими каналами, в качестве единицы измерения используется количество ячеек на квадратный дюйм, вследствие чего размер отдельных каналов может быть также выражен в этих единицах. Согласно настоящему изобретению каналы должны быть выполнены с такой же площадью поперечного сечения, что и у сотовых элементов с 25-200 ячейками на квадратный дюйм. Путем спирального скручивания пакета из нескольких попеременно чередующихся слоев металлической фольги с различной Структурой может быть получена большая каталитически активная площадь, при этом, однако, необходимо учитывать, чтобы большая часть поперечного сечения оставалась свободной во избежание перегревов. For cellular elements, the volume of which is completely filled with such channels, the number of cells per square inch is used as the unit of measurement, as a result of which the size of individual channels can also be expressed in these units. According to the present invention, the channels should be made with the same cross-sectional area as cellular elements with 25-200 cells per square inch. By spiral twisting a bag of several alternately alternating layers of metal foil with a different structure, a large catalytically active area can be obtained, however, it must be taken into account that most of the cross section remains free to avoid overheating.

На фиг. 3 показано, что в простейшем случае для каталитического превращения ОГ может быть достаточно уже одного слоя металлической фольги 2 с перфорированными отверстиями 5, расположенной на внутренней поверхности 3 трубчатого кожуха 1. In FIG. Figure 3 shows that in the simplest case, for a catalytic conversion of exhaust gas, a single layer of metal foil 2 with perforated holes 5 located on the inner surface 3 of the tubular casing 1 may be sufficient.

При наличии ограниченного пространства для размещения каталитического нейтрализатора представляется целесообразным также использовать имеющиеся изогнутые части труб. На фиг. 4 показано использование изогнутого трубчатого кожуха 1 для размещения катализатора. При этом желательно использовать металлическую фольгу 2, изготовленную из одного куска. Это значительно упрощает ее размещение в изогнутом трубчатом кожухе 1. Одновременно необходимо обеспечить хорошее перемешивание отработавшего газа. Для возмущения потока может быть задействован, например, зазор 6, образующийся при изготовлении. If there is limited space to accommodate the catalytic converter, it seems appropriate to also use the existing bent pipe parts. In FIG. 4 shows the use of a curved tubular casing 1 to house a catalyst. In this case, it is desirable to use a metal foil 2 made of one piece. This greatly simplifies its placement in the curved tubular casing 1. At the same time, it is necessary to ensure good mixing of the exhaust gas. For perturbation of the flow, for example, a gap 6 formed during manufacture can be involved.

На фиг. 5 показана изготовленная из одного куска металлическая фольга 7 в форме пространственной спирали с соответствующими обеспечивающими турбулентность зазорами 6. In FIG. 5 shows a metal foil 7 made in one piece in the form of a spatial spiral with the corresponding gaps 6 providing for turbulence.

На фиг. 6 показан предлагаемый каталитический нейтрализатор в качестве форкатализатора 8 с расположенным за ним главным катализатором 9, при этом форкатализатор 8 может несколько отстоять от трубчатого кожуха 1. Это позволяет проходить части потока ОГ между трубчатым кожухом 1 и форкатализатором 8. Эта часть потока служит слоем, изолирующим от окружающей среды поток ОГ, протекающий внутри форкатализатора 8. Отдельные гофры металлической фольги или слоев металлической фольги в предпочтительном варианте выполнения могут непосредственно прилегать своими вершинами к трубчатому кожуху 1 для создания зазора между трубой и форкатализатором 8, предпочтительно таким образом, чтобы они образовывали соответствующие каналы между трубчатым кожухом 1 и форкатализатором 8. Согласно еще одному варианту предусмотрены соответствующие элементы, например неровности, с помощью которых обеспечивается наличие зазора между трубчатым кожухом и форкатализатором 8. In FIG. 6 shows the proposed catalytic converter as a precatalyst 8 with the main catalyst 9 located behind it, while the precatalyst 8 can be somewhat separated from the tubular casing 1. This allows part of the exhaust gas to pass between the tubular casing 1 and the precatalyst 8. This part of the stream serves as an insulating layer from the environment, the exhaust stream flowing inside the precatalyst 8. The individual corrugations of the metal foil or layers of the metal foil in the preferred embodiment can directly adjoin their peaks to the tubular casing 1 to create a gap between the pipe and the pre-catalyst 8, preferably so that they form the corresponding channels between the tubular casing 1 and the pre-catalyst 8. According to another embodiment, corresponding elements are provided, for example, irregularities, by which a gap is ensured between tubular casing and precatalyst 8.

На фиг. 7 показан еще один предпочтительный вариант выполнения форкатализатора 8 с последовательно расположенным за ним главным катализатором 9. Форкатализатор 8 осуществляет благодаря своей конической форме выравнивание потока. Разделяя поток отработавшего газа, он может направить отделенную часть потока в главный катализатор 9, в частности в его краевую зону. Эта часть потока между трубчатым кожухом 1 и форкатализатором 8 нагревается вследствие экзотермического превращения несгоревших углеводородов. Выделившееся тепло реакции передается затем в краевые зоны главного катализатора 9, который в целом благодаря этому нагревается значительно быстрее и более равномерно вплоть до достижения начальной температуры. Форкатализатор 8 конической формы предпочтительно выполнять с углом конусности приблизительно 7^o относительно воображаемой средней линии потока. Как показали испытания, в этом случае профиль потока при коническом раструбе обеспечивает также благоприятный массоперенос отработавшего газа в краевых зонах конуса. Соответственно этому меньшие углы наклона, в пределах от 3 до 6^o, например 5^o, создают более равномерный профиль потока. Путем воздействия на профиль потока и тем самым на массоперенос в краевых зонах форкатализатора 8 в результате изменения числа Рейнольдса, а также других параметров предпочтительные углы конусности могут быть, однако, также большими и составлять, например, от 10 до 15^o.In FIG. 7 shows another preferred embodiment of the pre-catalyst 8 with the main catalyst 9 sequentially located behind it. The pre-catalyst 8 makes flow equalization due to its conical shape. By separating the exhaust gas stream, it can direct the separated portion of the stream to the main catalyst 9, in particular to its edge zone. This part of the flow between the tubular casing 1 and the precatalyst 8 is heated due to the exothermic conversion of unburned hydrocarbons. The released reaction heat is then transferred to the edge zones of the main catalyst 9, which, as a whole, heats up much faster and more evenly until the initial temperature is reached. The conical shaped precatalyst 8 is preferably made with a taper angle of about 7 ^° relative to an imaginary midline of the stream. As tests have shown, in this case, the flow profile in a conical socket also provides favorable mass transfer of exhaust gas in the boundary zones of the cone. Accordingly, smaller tilt angles ranging from 3 to 6 ^° , for example 5 ^° , create a more uniform flow profile. By influencing the flow profile and thereby the mass transfer in the marginal zones of the precatalyst 8 as a result of a change in the Reynolds number as well as other parameters, the preferred taper angles can, however, also be large and range, for example, from 10 to 15 ^° .

На характер течения отработавшего газа влияние оказывает также и форма трубчатого кожуха 1, расположенного по ходу потока перед форкатализатором 8. При наличии изгибов на участках вблизи форкатализатора 8 его конус может иметь на отдельных участках совершенно различные углы наклона, в частности, такие, при которых поперечное сечение форкатализатора 8 имеет овальную форму. The shape of the tubular casing 1, located along the flow in front of the pre-catalyst 8, also influences the nature of the flow of exhaust gas. If there are bends in the areas near the pre-catalyst 8, its cone can have completely different tilt angles in some areas, in particular those with transverse the cross section of the precatalyst 8 is oval.

В предпочтительном варианте выполнения форкатализатор 8 ориентирован приблизительно параллельно трубчатому кожуху 1. При конусообразном раструбе это приводит к тому, что в центральной зоне в результате увеличения площади поперечного сечения устанавливаются несколько иные давление и средняя скорость потока по сравнению с зоной между трубчатым кожухом и форкатализатором 8. В средней зоне преимущественно преобладает несколько более высокое давление, что для расположенного за ним главного катализатора 9 приводит, таким образом, к оптимальному натеканию на его краевые зоны и протеканию через них. Для улучшения этих параметров форкатализатор 8 может быть выполнен иным образом. Например, гофры можно выполнить таким образом, чтобы образовывались постоянные в поперечном сечении каналы. In a preferred embodiment, the precatalyst 8 is oriented approximately parallel to the tubular casing 1. With a cone-shaped bell, this results in a slightly different pressure and average flow rate being established in the central zone due to an increase in the cross-sectional area compared to the zone between the tubular casing and the precatalyst 8. In the middle zone, a slightly higher pressure predominates predominantly, which, for the main catalyst 9 located behind it, thus leads to an optimum leaking onto its edge zones and flowing through them. To improve these parameters, the precatalyst 8 may be performed in a different way. For example, the corrugations can be made in such a way that constant channels are formed in the cross section.

Для достижения соплового эффекта также можно уменьшить или, наоборот, увеличить по меньшей мере на отдельных участках поперечное сечение по длине. В этом случае отработавший газ может быть подведен к краевой зоне с большим поперечным сечением по существу через один канал. При этом в предпочтительном варианте каналы, соответственно гофры, проходят не только вдоль, но также приблизительно по пространственной спирали, соответственно плоской спирали. В результате путь отработавшего газа в форкатализаторе 8, соответственно между ним и трубчатым кожухом 1 удлиняется, что улучшает превращение несгоревших углеводородов в отработавший газ. С другой стороны, главный катализатор 9 отстоит от форкатализатора 8 на такое расстояние, что его краевые зоны может также обтекать большее количество ОГ. Это приводит к быстрому нагреванию главного катализатора 9. To achieve the nozzle effect, it is also possible to reduce or, conversely, increase the cross-section along the length at least in certain areas. In this case, the exhaust gas can be brought to the edge zone with a large cross section through essentially one channel. Moreover, in a preferred embodiment, the channels, respectively corrugations, pass not only along, but also approximately in a spatial spiral, respectively a flat spiral. As a result, the path of the exhaust gas in the pre-catalyst 8, respectively, between it and the tubular casing 1 is lengthened, which improves the conversion of unburned hydrocarbons into exhaust gas. On the other hand, the main catalyst 9 is spaced so far from the precatalyst 8 that a larger amount of exhaust gas can flow around its edge zones. This leads to rapid heating of the main catalyst 9.

В предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что выходящая из форкатализатора 8 часть потока является частью потока, непосредственно входящей в главный катализатор 9. Для этого оба потока могут быть объединены друг с другом. Согласно еще одному варианту выполнения форкатализатор 8 по его длине имеет отверстия или же другие элементы, в частности, такие, благодаря наличию которых проходящий через них ОГ обтекает ббльшие участки главного катализатора 9. В предпочтительном варианте соответствующие направляющие элементы, такие, как небольшие перегородки на трубчатом кожухе 1 и/или на форкатализаторе 8, улучшают целенаправленный подвод потока отработавшего газа к главному катализатору 9. Через электрический вывод 10 обеспечивается электрический подогрев форкатализатора 8, причем благодаря конструкции последнего потребность в электрической энергии для нагрева незначительна. Вследствие этого быстрее достигается необходимая для максимально эффективной работы начальная температура каталитического нейтрализатора, поэтому тепло, выделяющееся в достаточном количестве благодаря происходящему затем превращению отработавших газов, может быть использовано для подогрева включенного после него и также снабженного электрическим подогревом катализатора 9. Включенный последовательно катализатор 9 имеет, в частности, такое исполнение, что каталитическое превращение осуществляется в нем по всему поперечному сечению трубчатого кожуха 1. In a preferred embodiment, it is provided that the part of the stream leaving the precatalyst 8 is part of the stream directly entering the main catalyst 9. For this, both streams can be combined with each other. According to another embodiment, the precatalyst 8 along its length has openings or other elements, in particular those due to which the exhaust gas passing through them flows around larger sections of the main catalyst 9. Preferably, the corresponding guide elements, such as small baffles on the tubular the casing 1 and / or on the pre-catalyst 8, improve the targeted supply of the exhaust gas flow to the main catalyst 9. Through the electrical output 10 is provided electric heating of the pre-catalyst 8 mash, the last due to the design requirement for electric power for heating is insignificant. As a result of this, the initial temperature of the catalytic converter necessary for the most efficient operation is achieved faster, therefore, the heat generated in sufficient quantities due to the subsequent conversion of the exhaust gases can be used to heat the catalyst 9, which is switched on after it and is also electrically heated, and the catalyst 9 connected in series has in particular, such a design that the catalytic conversion is carried out in it over the entire cross section the tubular casing 1.

Настоящее изобретение предназначено прежде всего для частичного снижения доли углеводородов в отработавших газах с их высоким содержанием. The present invention is intended primarily to partially reduce the proportion of hydrocarbons in exhaust gases with a high content thereof.

Claims

1. A catalytic converter for vehicles with internal combustion engines, in particular for catalytic purification of exhaust gases with a high content of hydrocarbons, consisting of a tubular casing (1), in which at least one layer of at least one layer is located near its inner surface (3) at least partially coated with a catalytically active material, a metal foil (2), and in most of the transverse tubular casing (1) in the central zone, the metal foil (2) is completely absent, this metal the foil (2) is structured at least in certain areas, in particular has a corrugated shape, and forms channels (4), characterized in that the size and shape of the structures of the metal foil (2) are such that the channels have the same cross-sectional area, as with cellular elements with 25 - 200 cells per square inch, while the central zone is limited by the structured part of the metal foil (2).

2. The catalytic converter according to claim 1, characterized in that at least one layer of metal foil (2) is provided as a separate element on at least part of the inner perimeter.

3. The catalytic converter according to claim 1, characterized in that the metal foil (2) in one section is smooth and is adjacent to the wall.

4. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the metal foil (2) is soldered to at least the end portion (4) of the tubular casing (1).

5. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains from two to six layers of metal foil (2), structured so that they form channels for the passage of exhaust gas.

6. The catalytic converter according to claim 5, characterized in that the layers of metal foil are spirally folded into a roll.

7. The catalytic converter according to claim 5, characterized in that the layers of metal foil are twisted in the form of a spatial spiral.

8. The catalytic converter according to claim 5, characterized in that the layers of metal foil are twisted helically.

9. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the metal foil (2) has perforated holes (5).

10. The catalytic converter according to claim 9, characterized in that the perforated holes (5) have a range of 2 to 6 mm.

11. The catalytic converter according to claim 9, characterized in that the foil (2) in one section along a smooth surface is soldered to the inner surface (3) of the tubular casing (1).

12. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the tubular casing (1) is made straight.

13. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the tubular casing (1) is made curved.

14. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the tubular casing (1) is cylindrical.

15. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the tubular casing (1) is made conically expanding in the direction of flow.

16. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 13 or 14, characterized in that the tubular casing (1) is oval in cross section.

17. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the metal foil is made of heat and corrosion resistant material.

18. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 17, characterized in that it is equipped with electric heating.

19. The catalytic converter according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the main catalyst (9) is sequentially placed behind it as a precatalyst (8).

Priority on points:
08/16/1995 - according to claims 1 - 6, 9 - 11, 14 - 17;
09/22/1995 - according to claims 7, 8, 12, 13;
08/06/1996 - according to PP.18, 19.