[发明专利]小型发动机的催化转换器

说明书

本发明涉及一种小型发动机的催化转换器，其中，在装在发动机附近的消音器壳内置有用催化活性物质涂层的蜂窝体。

鉴于日益增强的环保意识和许多国家日益严格的排放规范，强烈地要求不仅在汽车上而且也在小型发动机上进行催化式排气净化。下文中小型发动机指的是排量小于250ccm尤其小于50ccm的发动机。这些发动机主要使用在割车机、机动锯、轻便式发电设备、摩托车和其他类似的应用场合。尤其对于机动锯、割车机和其他的园艺机具，操纵机具的人往往长时间直接处于小型发动机的排气区内，因此催化排气净化就显得十分重要。

由DE-OS 3829668已经列举了一个用于二行程发动机的排气消音器的例子，它在其内部含有一个用于排气净化的催化转换器。

由EP0470113B1已知一种金属的催化剂载体，它特别适用于固定在消音器壳的隔板内。

所介绍的这些用于小型发动机催化排气净化的装置需要专门加工的蜂窝体，它的制造、涂催化层以及装配需要比较多的工序才能完成，因此与小型发动机本身及配属的器具相比相当昂贵。为了进一步推广小型发动机的催化排气净化，有必要十分有效地降低此类排气净化装置的成本。

因此本发明的目的是提供一种小型发动机用的催化转换器，它能非常廉价地生产，对已有的小型发动机及其排气装置只要求尽可能少量的结构改变，尽管如此，仍能从排气中催化地消除大部分有害物质。

为达到此目的采用按权利要求1所述的催化转换器，在权利要求11中说明了相应的制造方法。在各从属权利要求中说明了有利的设计。

催化转换器通常含有蜂窝体，以便在排气系统的部分容积内提供用于催化反应的足够大的表面。这些蜂窝体主要用金属薄板制造，其中，使至少金属薄板的一部分按这样的方式具有某种结构(结构化)，即，有效地产生允许流过排气的通道。在最简单的情况下采用交替的平的与波纹形薄板层。当然对于本发明可考虑用各种结构，所以也可以采用具有两种不同波纹的薄板层或具有彼此交替倾斜排列的波纹的薄板层。在先有技术中，迄今通常将一个规定用于蜂窝体的部分容积尽可能均匀地用通道填满，在这种情况下所有已知的制造方法均尽可能避免在将蜂窝体装入排气系统时一大部分通道变形或破坏。尽管蜂窝体偶然也在预紧力状态下组合在套管或机壳内，但是通常通道没有或只有一小部分产生塑性变形。按本发明的方案对于小型发动机的催化转换器不选择这种途径，以便十分有效地简化生产。小型发动机的消音器壳通常有一个比用于安置使排气完全净化的催化剂载体所必要的更大的容积。因此没有最佳地利用存在的容积或使机壳最小化。为此人们可考虑通过塑性变形的通道来部分堵塞一部分容积，不会影响功能或排气净化。这就揭示了这种可能性，作为蜂窝体可简单地使用由涂有催化活性物质的涂层的薄板层经层叠、卷绕或其他的折叠而成的堆垛组件，它在一大部分蜂窝例如10、20或至30％的蜂窝塑性变形的情况下挤压在消音器壳内，所以蜂窝体至少完全填满消音器壳的部分容积。

如下面借助于最佳实施例所说明的那样，此方法有许多加工技术方面的优点，并导致一种简单的经久耐用的催化转换器。

通常用于小型发动机的消音器壳由两个或多个分开的部分尤其是半壳以及隔板组成，它们借助于一种简单的连接过程例如卷边或焊接组合。这些壳体部分可在组合的同时用于蜂窝体成形，无需附加的工具。具有其容积比要填满的消音器壳部分容积大的薄板层堆垛组件。在壳体组合时将其简单地置于规定位置，并在壳体各部分组合时被挤压至它的最终位置和形状。即使通道的15至30％在这种情况下塑性和/或弹性变形，也就是在堆垛组件的侧端和在外边缘区，仍留有足够的允许气体流过的蜂窝，从而保证有效的催化净化。

为避免蜂窝体在消音器壳内沿气流方向滑动，在一种最佳实施形式中，堆垛组件的侧端应固定在壳体的壁上或壁内。

为了简化制造过程，重要之点还包括，薄板在置入消音器壳内之前已经用催化活性物质涂层，为此或采用已涂层的薄板用于全部加工过程，或将预制的薄板层堆垛组件作为一个整体进行涂层。

按本发明的催化转换器的一个突出的优点在于，通道的明显变形一部分是塑性的和一部分是弹性的，所以蜂窝体保持处于预紧状态，预紧力防止在各种工作条件下尤其是受交变热负荷时薄板层松动。在按本发明制造的催化转换器中，蜂窝体一般处于最大预紧力状态，因为它到处超出弹性极限地变形。其结果是，即使随着温度上升使弹性下降，也仍能消除薄板层之间的相对运动。