катализатор для каталитической обработки отработавшего газа

Формула изобретения

1. Катализатор для каталитической обработки отработавшего газа, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, закрепленными соответственно на передней и задней торцовых стенках корпуса, причем впускной патрубок выполнен с цилиндрическим или коническим участком, внутренняя поверхность которого образует с осью корпуса угол не более 25^o, газопроницаемый каталитический элемент, установленный в корпусе, направляющий элемент, размещенный перед каталитическим элементом перпендикулярно направлению потока отработавшего газа с образованием отклоняющей полости между направляющим элементом и входным патрубком и сообщенной с ней кольцевой полости, ограниченной торцовыми стенками корпуса, внутренней боковой поверхностью корпуса и наружной боковой поверхностью газопроницаемого элемента, причем кольцевая полость расположена от оси корпуса на расстоянии, составляющем по меньшей мере 1,5 от внутреннего диаметра впускного патрубка, имеющего участок переходной поверхности, сопряженный с передней торцовой стенкой, отличающийся тем, что направляющий элемент и торцовая стенка корпуса установлены относительно оси корпуса под углом, составляющим по меньшей мере 60^o, предпочтительно по меньшей мере 70^o.

2. Катализатор по п.1, отличающийся тем, что участок переходной поверхности в аксиальном сечении выполнен криволинейным, радиус кривизны которой составляет по меньшей мере 0,2 от внутреннего диаметра впускного патрубка.

3. Катализатор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что расстояние от конца впускного патрубка до направляющего элемента составляет от 0,1 до 0,7 внутреннего диаметра впускного патрубка.

4. Катализатор по пп. 1 3, отличающийся тем, что расстояние от конца впускного патрубка до конца направляющего элемента составляет преимущественно от 0,15 до 0,25 внутреннего диаметра впускного патрубка.

5. Катализатор по пп.1 4, отличающийся тем, что направляющий элемент и внутренняя поверхность передней торцовой стенки выполнены плоскими и прямоугольного сечения.

6. Катализатор по пп.1 5, отличающийся тем, что газопроницаемый каталитический элемент выполнен с внутренней полостью симметрично расположенной относительно оси корпуса, а каналы для прохода отработавшего газа выполнены в направлении от внешней боковой поверхности каталитического элемента до его внутренней боковой поверхности.

7. Катализатор по п.6, отличающийся тем, что наружная боковая поверхность каталитического элемента выполнена в виде усеченного конуса с вершиной, обращенной в сторону впускного патрубка.

8. Катализатор по пп. 1 7, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным каталитическим элементом, установленным в отклоняющей полости.

9. Катализатор по пп.1 8, отличающийся тем, что каталитический газопроницаемый элемент выполнен цилиндрическим и/или дискообразным или кольцеобразным.

10. Катализатор по пп.1 9, отличающийся тем, что каталитический элемент выполнен в виде набора волнообразных в поперечном сечении дисков, волны которых размещены вдоль плоскостей, перпендикулярных оси впуска.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к катализатору для каталитической обработки отработанного газа. Катализатор, в частности, предусмотрен для того, чтобы очищать и/или обезвреживать, то есть освобождать от агрессивных веществ выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, например бензинового двигателя внутреннего сгорания, за счет каталитической обработки, при этом указанные агрессивные вещества преобразуются за счет химической реакции. Двигатель внутреннего сгорания может принадлежать, например, автомобилю или иному моторному транспортному средству, или служить для стационарной эксплуатации, например для привода генератора аварийного тока.

Катализаторы для каталитической очистки выхлопных газов бензинового двигателя внутреннего сгорания автомобиля, известные из практики, имеют корпус с приблизительно круглой в поперечном сечении или эллиптической или овальной боковой образующей поверхностью и с двумя концевыми стенками, снабженными каждая в центре цилиндрическим патрубком и более или менее конусообразно расширяющимися от этого патрубка в боковой образующей поверхности. При этом один патрубок служит в качестве впуска, а другой в качестве выпуска. В корпусе расположен катализаторный элемент, имеющий некоторое количество параллельных продольной оси проходов. Катализаторный элемент часто имеет состоящий из керамики или стали носитель, покрытый каталитически активным, содержащим по меньшей мере один благородный металл материалом. При эксплуатации известных катализаторов описанного выше вида подведенный к катализатору отработанный газ после прохождения отверстия цилиндрического впуска течет в имеющуюся между этим впуском и катализаторным элементом полость, ограниченную более или менее конически расширяющейся концевой стенкой и возможно еще коротким участком боковой образующей поверхности, образующей круговой или эллиптический или овальный цилиндр. Отработанный газ образует в этой полости струю, приблизительно направленную на обращенную к впуску торцевую сторону катализаторного элемента. Такого рода ввод отработанного газа в катализатор вызывает сильные турбулентности и большую потерю напора.

Далее названная струя вызывает то, что скорости течения, а также интенсивности протекания в катализаторном элементе становятся негомогенными, и в его центральной, соосной с впускным отверстием зоне поперечного сечения являются существенно большими, чем в периферийной зоне поперечного сечения. В связи с тем, что путь потока в катализаторных элементах известных катализаторов является относительно длинным, и к тому же относительно большая часть отработанного газа течет с большой скоростью через центральную зону поперечного сечения катализаторных элементов, эти элементы вызывают также в известных катализаторах большую потерю напора. Относительно большая потеря напора, возникающая в известных катализаторах между впуском, а также катализаторным элементом и в последнем, вызывает со своей стороны относительно большую потерю мощности двигателя внутреннего сгорания. В случае катализаторных элементов с объемом, приблизительно соответствующим рабочему объему цилиндров двигателя, потеря напора, вызываемая в целом катализатором, может составлять величину, например, порядка 10 кПа, за счет чего в случае двигателя внутреннего сгорания автомобиля среднего класса мощности, например, результатом может явиться приблизительно потеря мощности от 2 кВт до 3 кВт.

Недостатком описанной негомогенности интенсивности протекания в катализаторном корпусе является также еще то, что катализаторный элемент нагружен в центральной зоне поперечного сечения намного больше, чем в периферийной зоне поперечного сечения. Для достижения, несмотря на негомогенное распределение потока по площади поперечного сечения, достаточной очистки отработанного газа катализаторный элемент должен иметь большие размеры по сравнению с тем, что потребовалось бы при гомогенном распределении потока. За счет этого катализатор, в частности из-за высокой стоимости благородного металла, образующего каталитически активный слой, становится намного дороже.

Из описания изобретения [1] известны катализаторы, в которых отработанный газ отклоняется между входным отверстием впуска и входной поверхностью для отработанного газа катализаторного элемента. Корпус этих катализаторов имеет цилиндрическую боковую образующую поверхность и примыкающие к ее концам, сужающиеся в сторону от нее конические концевые стенки. Впуск и выпуск корпуса состоят каждый из цилиндрической, соосной оси корпуса трубы. В корпусе расположен полый цилиндрический и газопроницаемый катализаторный элемент, внутренний диаметр которого приблизительно равен наружному диаметру труб. В отдельных из этих катализаторов труба, образующая впуск, входит в полость, охваченную кольцевым катализаторным элементом, снабжена в зоне этой полости отверстиями и закрыта приблизительно у обращенной к выпуску торцевой или концевой поверхности катализаторного элемента замыкающей стенкой. Отработанный газ, втекающий при эксплуатации этих катализаторов в них через впуск, тормозится этой замыкающей стенкой, а также отклоняется и затем втекает у внутренней поверхности катализаторного элемента в этот элемент. Такого рода торможение и отклонение отработанного газа вызывает, однако, турбулентности и сильную потерю напора. К тому же в охваченной катализаторным элементом полости возникает сильный осевой перепад давления, который со своей стороны может вызвать неравномерное распределение отработанного газа в катализаторном элементе. Как уже упоминалось, неравномерное распределение отработанного газа, протекающего через катализаторный элемент, может повышать возникающие в катализаторном элементе потери напора.

В катализаторе, который можно видеть на последней фигуре чертежей к описанию изобретения к выложенной заявке Великобритании N 2062487, труба, образующая впуск, входит у более тонкого конца одной из конических концевых стенок вовнутрь корпуса. Между цилиндрической боковой образующей поверхностью корпуса и наружной боковой образующей поверхностью кольцевого катализаторного элемента имеется наружная кольцевая полость. Внутри корпуса на обращенной к впуску торцевой стороне катализаторного элемента расположен направляющий элемент. Этот элемент обладает выступающей в сторону входного отверстия впуска вершиной и образует коническую направляющую поверхность, расположенную под наклоном 45^oC к оси корпуса. Направляющий элемент направляет отработанный газ, текущий при использовании катализатора через впуск вовнутрь корпуса, наружу в наружную полость. Вытекающий с относительно большой скоростью из впуска вовнутрь корпуса отработанный газ может, однако, отрываться у образующей край входного отверстия впуска кромки от стенки корпуса, так что поток там имеет тенденцию к турбулентности, которая может вызывать большую потерю напора. Образование турбулентности и потеря напора усиливаются к тому же вершиной направляющего элемента. Как уже пояснялось, возникающие в катализаторе потери напора или перепады давления вызывают потери мощности двигателя внутреннего сгорания, присоединенного к катализатору.

В связи с тем, что конические концевые стены корпусов известных благодаря заявке Великобритании N 2062487 катализаторов образуют с осью соответствующего корпуса угол, составляющий лишь от 35^o до 40^o, корпуса в сравнении с осевыми размерами катализаторных элементов являются относительно длинными. Это может быть отрицательным, в частности, в случае катализаторов для установки в выхлопные установки автомобилей или других моторных транспортных средств, так как там часто в распоряжении имеется мало места.

Известно техническое решение [2] в котором катализатор для каталитической обработки отработавших газов, преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, закрепленными соответственно на передней и задней торцевых стенках корпуса, причем впускной патрубок выполнен с цилиндрическим или коническим участком, внутренняя поверхность которого образует с осью корпуса угол не более 25^o, газопроницаемый каталитический элемент, установленный в корпусе, направляющий элемент, размещенный перед каталитическим элементом перпендикулярно направлению потока отработавшего газа с образованием отклоняющей полости между направляющим элементом и входным патрубком и сообщенной с ней кольцевой полости, ограниченной торцевыми стенками корпуса, внутренней боковой поверхностью корпуса и наружной боковой поверхностью газопроницаемого элемента, причем кольцевая полость расположена от оси корпуса на расстоянии, составляющем по меньшей мере 1,5 от внутреннего диаметра впускного патрубка, имеющего участок переходной поверхности, сопряженный с передней торцовой стенкой.

Недостатком известного катализатора является неравномерность распределения отработавшего газа, проникающего через каталитический элемент, что может повысить возникающие в катализаторном элементе потери напора, или перепады давления вызывают потери мощности двигателя внутреннего сгорания, присоединенного к катализатору.

Поэтому в основе изобретения лежит задача предложить катализатор, устраняющий недостатки известных катализаторов, в частности, при определенном заданном обрабатываемом за единицу времени количестве отработанного газа вызывающий лишь малую потерю напора и обеспечивающий гомогенное распределение потока в катализаторном элементе, причем последний может изготавливаться с малым объемом, а также благоприятно по цене.

Эта задача решается за счет катализатора, обладающего согласно изобретению признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные осуществления предмета изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Согласно изобретению внутренняя поверхность впуска, следовательно, участок переходной поверхности, который также можно обозначить как участок поверхности входного отверстия и который в сечении, проходящем через ось впуска, в форме дуги расширяется к краю входного отверстия. Тем самым участок внутренней поверхности расширяется также в направлении потока, а также вдоль пути потока к внутреннему объему в форме дуги.

При этом край входного отверстия впуска может быть ограничен более широким концом расширяющегося участка переходной поверхности, соответственно может быть приданным более широкому концу участка переходной поверхности, так что последняя, иначе говоря, проходит точно до края верхнего отверстия впуска. В остальном участок переходной поверхности преимущественно должен расширяться в каждом проходящем через ось впуска разрезе в форме дуги. Участок переходной поверхности и примыкающий вверх по течению к нему участок внутренней поверхности впуска преимущественно являются симметричными по вращению по отношению к оси впуска.

Поэтому выхлопной газ, текущий при использовании катализатора из ограниченного впуском отверстия вовнутрь корпуса, может отклоняться противостоящей входному отверстию впуска направляющей поверхностью без того, чтобы отрываться от участка переходной поверхности. За счет этого также может в значительной степени или полностью исключаться образование турбулентности.

При одном предпочтительном осуществлении катализатора согласно изобретению внутренняя поверхность впуска имеет круговой цилиндрический или слегка конически расширяющийся в направлении потока участок внутренней поверхности, за счет участка переходной поверхности непрерывным образом соединенный с противостоящей на расстоянии направляющей поверхности сопряженной поверхностью. Направляющая и сопряженная поверхности при одной особенно предпочтительной форме осуществления катализатора согласно изобретению являются в основном плоскими и находящимися под прямым углом к оси впуска.

Направляющая поверхность и по меньшей мере ее участок, находящийся в осевой проекции вне края входного отверстия впуска, и противолежащей ему участок сопряженной поверхности могут, однако, образовывать с осью впуска также отличающиеся от 90^o углы. Эти углы составляют преимущественно по меньшей мере 60^o и, например, по меньшей мере от 70^o до, например, приблизительно 85^o. Далее, оба образованных названными участками направляющей поверхности и сопряженной поверхности с осью впуска угла преимущественно являются одинаковыми по величине, так что противостоящие участки направляющей поверхности и сопряженной поверхности на происходящих через ось впуска сечениях являются параллельными друг другу.

Здесь следует пояснить еще одно понятие. Как уже описывалось, в катализаторе возникают потери напора, соответственно перепады давления, или, иначе говоря, подлежащие компенсации противодавления. Известно выражение возникающей в потоке потери напора с помощью безразмерной относительной величины, так называемого коэффициента потери напора. Этот коэффициент далее обозначается буквой Z и равен соотношению рассматриваемой потери напора и скоростного напора текущего через впуск катализатора отработанного газа. При этом скоростной напор задан выражением rho-V²/2, причем rho является плотностью и V скоростью протекающего через впуск отработанного газа.

Как еще поясняется при описании примеров осуществления за счет диаграммы, может достигаться то, что показывающий величину возникающей при отклонении отработанного газа потери напора коэффициент потери напора Z при надлежащем назначении радиуса кривизны участка переходной поверхности и расстояния направляющей поверхности от края входного отверстия впуска и от сопряженной поверхности становится меньше 1 и преимущественно меньше 0,6 или даже меньше 0,5.

На фиг. 1 показан упрощенный осевой разрез катализатора с корпусом и с расположенным в корпусе, состоящим из полого цилиндрического кольца катализаторным элементом,

на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1,

на фиг. 3 вырез из катализаторного элемента, разрезанного также, как на фиг. 1, но в увеличенном масштабе,

на фиг. 4 диаграмма для пояснения потери напора в зависимости от различных соотношений размеров,

на фиг. 5 7 разрезы других катализаторов,

на фиг. 8 вид сверху катализатора, который можно видеть на фиг. 7,

на фиг. 9 разрез катализатора,

на фиг. 10, 11, 12 осевые разрезы других катализаторов,

на фиг. 13 разрез Б-Б на фиг. 12;

на фиг. 14 16 осевые разрезы еще других катализаторов.

Катализатор 1, который можно видеть на фиг. 1 и частично на фиг. 2, имеет корпус 2 с металлической, например из нержавеющей стали стенкой, ограничивающей внутренний объем и газонепроницаемым образом изолирующей относительно окружающей среды. Стенка корпуса 2 является в общем симметричной по вращению по отношению к оси 3 и имеет в общем круглую цилиндрическую, параллельную оси 3, а также соосную с ней боковую образующую поверхность 2а и у обоих ее концов по одной образующей с осью 3 угол, а именно прямой угол и, следовательно, радиальной концевой стенке 2b, 2c. Каждая концевая стенка 2b, 2c снабжена в центре выступающим в сторону от нее и соосным оси 3 присоединительным патрубком, служащим в качестве впуска 2d, соответственно в качестве выпуска 2е. Впуск 2d имеет внутреннюю поверхность 2f c круглым цилиндрическим участком внутренней поверхности 2g. Этот участок за счет отогнутого в осевом разрезе в сторону от оси 3 участка переходной поверхности 2h непрерывным образом соединен с радиальной по отношению к оси 3, а также прямоугольной, плоской и гладкой внутренней поверхностью концевой стенки 2а. Эта внутренняя поверхность обозначается далее как сопряженная поверхность 2. Внутренняя поверхность выпуска 2е выполнена также или аналогично внутренней поверхности впуска 2d. В остальном корпус, изображенный на фиг. 1 схематически в виде цельного корпуса, состоит в действительности из двух по меньшей мере герметично соединенных друг с другом, а именно сваренных частей.

В корпусе 2 расположен и закреплен сердечник, имеющий газопроницаемый катализаторный элемент 4 в форме кольца или втулки. Такой элемент на языке специалистов часто называется субстратом. Катализаторный элемент имеет снаружи наружную круглую цилиндрическую боковую образующую поверхность 4а, внутри внутреннюю круглую цилиндрическую боковую образующую поверхность 4b, а также на обеих торцевых сторонах в общем плоскую радиальную торцевую поверхность. Обе боковые образующие поверхности 4a, 4b обозначаются в дальнейшем также как входная поверхность для отработанного газа 4а, соответственно выходная поверхность для отработанного газа 4b. Катализаторный элемент 4 имеет некоторое количество частично видимых на фиг. 3, расположенных соосно друг другу дисков 5 и 6 в форме круглого кольца, причем попеременно диск 5 следует за диском 6. Каждый диск является в профиле и/или поперечном сечении волнообразным и образует некоторое количество проходящих параллельно друг другу волн. Если мысленно через определенный диск проложить прямоугольную по отношению к оси элемента радиальную среднюю плоскость, то на удаленных друг от друга сторонах этой средней плоскости выступающие в сторону полуволны могут быть восприняты как возвышения диска. На фиг. 2 и 3 линии вершин полуволн диска 5 обозначены позицией 5а и линии вершин полуволн диска 6 позицией 6а. При этом следует заметить, что на самом деле имеется гораздо больше линий вершин полуволн по сравнению с тем, что обозначено на фиг. 2. Все волны различных дисков 5 проходят параллельно друг другу. Волны различных дисков 6 также все проходят параллельно друг другу и под прямым углом пересекают в виде сверху, параллельном оси 3, волны дисков 5. Соответственно два соседних друг с другом диска 5, 6 соприкасаются друг с другом в местах пересечения их выступающих навстречу друг другу вершин волны и, следовательно, в большом количестве равномерно распределенных по их поверхностям мест контакта, имеющих приблизительно точечную форму. В остальных зонах поверхности, которые не занимают эти имеющие точечную форму места контакта, между двумя соседними друг другу дисками имеется свободный промежуток, образующий проход 7 катализаторного элемента 4. Проходы 7 проходят в общем вдоль прямоугольных по отношению к оси 3 радиальных плоскостей и обеспечивают возможность протекания обрабатываемого отработанного газа от наружной боковой образующей поверхности и/или выходной поверхности для отработанного газа 4b. Катализаторный элемент 4 является, следовательно, как уже указывалось, газопроницаемым, а именно в радиальных в общем направлениях. Следует еще заметить, что отработанный газ, протекающий при эксплуатации через элемент 4, частично, а также местами более или менее отслеживает волнообразные поверхности дисков 5, 6, и, само собой разумеется, также обтекает места контакта, в которых соприкасаются попарно друг с другом диски, так, что направление потока отработанного газа в элементе 4 является именно лишь в общем, а не точно радиальным.

Каждый диск 5, 6 имеет носитель, образованный волнистым листом, состоящим, например, из нержавеющей стали. На этом носителе на обеих сторонах нанесено служащее для увеличения поверхности покрытие из окиси алюминия, которое со своей стороны покрыто слоем каталитически активного материала, содержащего по меньшей мере один благородный металл, например платину и/или родий.

Толщина образующего носитель волнистого листа может составлять, например, приблизительно от 0,04 до 0,05 мм. Нанесенные на обеих сторонах носителя слои окиси алюминия являются, например, более тонкими или имеют самое большее такие же толщины, что и носитель. Состоящие из каталитически активного материала покрытия являются более тонкими, чем носитель, и также более тонкими, чем слои окиси алюминия. Высота волны диска, измеренная от гребня волны до гребня волны, может составлять, например, приблизительно от 1 мм до 1,5 мм.

Диски, ограничивающие катализаторный элемент на обеих его торцевых сторонах, могут, например, быть плоскими и более толстыми, чем диски 5, 6, или возможно также волнообразными. В остальном диски, расположенные у торцевых сторон элемента, по выбору могут снабжаться лишь на их внутренних сторонах или на обеих сторонах, или вообще не снабжаться покрытиями из окиси алюминия и благородного металла.

Образование катализаторного элемента 4 из волнообразных дисков 5, 6 позволяет достигать при относительно малых толщинах дисков достаточную прочность и высокую стабильность. Это в свою очередь обеспечивает то, что общий объем проходов по сравнению с объемом всего элемента является относительно большим и составляет, например, по меньшей мере 60% или даже по меньшей мере 70% и приблизительно до 90% от объема всего элемента. Далее волнообразное профилирование дисков дает в ограничениях проходов большие поверхности.

Катализаторный элемент 4 у его находящейся на фиг. 1 справа торцевой стенки прочно и в том случае, если он у этой торцевой стенки не имеет также еще волнистой поверхности, также по меньшей мере в некоторой степени или полностью герметично прилегает к концевой стенке 2. На находящейся на фиг. 1 слева торцевой стороне закреплен состоящий из плоского круглого, например металлического, диска замыкающий направляющий элемент 8, диаметр которого равен наружному диаметру катализаторного элемента 4. Обращенная к концевой стенке 26 корпуса 2 сторона направляющего элемента 8 образует находящуюся на расстоянии от этой стенки плоскую, гладкую, прямоугольную по отношению к оси 3 и, следовательно, радиальную направляющую поверхность 8а.

Различные диски 5, 6 катализаторного элемента 4 преимущественно каким-либо образом прочно соединены друг с другом, например, в местах контакта или по меньшей мере в части из них спечены и/или сварены, или спаяны друг с другом. Направляющий элемент 8 также может быть сварен или спаян с соседним с ним диском элемента 4. Для закрепления образованного из катализаторного элемента 4 и направляющего элемента 8 сердечника на стенке корпуса 2 могут, например, иметься некоторые изображенные лишь на фиг. 2 и состоящие из осей крепежные элементы 9, распределенные вокруг оси 3 и проходящие параллельно ей через катализаторный элемент 4. Крепежные элементы 9 могут быть, например, неподвижно приваренными к направляющему элементу 8 и также неподвижно приваренными к концевой стенке 2с или могут быть разъемным образом соединяемыми с помощью навинченных на их концах резьбовых гаек. К тому же крепежные элементы при случае могут выступать до концевой стенки 2b и закрепляться на этой стенке также неразъемным или разъемным образом. Диск катализаторного элемента 4, находящийся ближе всего у концевой стенки 2с, может быть к тому же при случае приваренным или припаянным к концевой стенке 2с. Направляющий элемент 8, если не учитывать разве что имеющиеся отверстия, через которые проходят крепежные элементы 9, являются компактными, то есть свободными от отверстий.

Впуск 2d ограничивает отверстие впуска 10. Это отверстие имеет входящее вовнутрь корпуса входное отверстие с плоской поверхностью входного отверстия 11, лежащей в плоскости, проложенной сопряженной поверхностью 2i, и окруженной сопряженной поверхностью 2i. Зона, ограниченная с одной стороны направляющей поверхностью 8а и с противолежащей ей стороны, параллельной направляющей поверхности, сопряженной поверхностью 2i и поверхностью входного отверстия 11, внутреннего объема корпуса обозначается далее как отклоняющая полость 12. Она соединяет отверстие впуска 10 с кольцеобразной наружной полостью 13, имеющейся между внутренней поверхностью боковой образующей поверхности 2а и наружной боковой образующей поверхностью катализаторного элемента 4а, а также краем направляющего элемента 8. Внутри элемента 4 имеется внутренняя свободная полость 14, один конец которой за счет направляющего элемента 8 герметично закрыт относительно остального внутреннего объема корпуса 2 и, в частности, относительно отклоняющей полости 12. Внутренняя полость 14 взаимосвязана с имеющимся в выпуске 2е отверстием выпуска 15.

Ширина в свету впуска 2d равняется диаметру круглого цилиндрического участка внутренней поверхности 2g и непрерывным образом примыкающего к этому участку в направлении потока отработанного газа, более узкого конца участка переходной поверхности 2h. Этот диаметр далее обозначается как внутренний диаметр d_i впуска. Далее под поверхностью поперечного сечения отверстия впуска понимается в дальнейшем поверхность поперечного сечения у круглого цилиндрического участка внутренней поверхности впуска. Участок переходной поверхности 2h имеет при изображенном на фиг. 1 осевом разрезе радиус кривизны r. Направляющая поверхность 8а находится от противостоящей ей сопряженной поверхности 2i, от поверхности входного отверстия 11 и, следовательно, в частности, также у ограничивающего сопряженную поверхность от поверхности входного отверстия края входного отверстия или, точнее говоря, края поверхности входного отверстия на расстоянии h. Наружный диаметр катализаторного элемента 4 и одинаковый по величине диаметр направляющего элемента 8 обозначен символом d_a. Внутренний диаметр элемента 4, то есть диаметр внутренней полости 14, обозначен символом d_b.

Как уже упоминалось, крепежные элементы 9 возможным образом могут выступать до концевой стенки 2b и в соответствии с этим проходить через отклоняющую полость 12. В том случае, если это происходит, отклоняющая полость хотя и не полностью, но в значительной степени является свободной. Если, напротив, крепежные элементы 9 доходят лишь от концевой стенки 2с до направляющего элемента 8, полость 12 может быть полностью свободной. Наружная полость 13 может без перерывов и полностью охватывать элемент 4 и быть полностью свободной. Однако следует заметить, что элемент 4 у его наружной боковой образующей поверхности 4b может удерживаться, например поддерживаться и/или жестко закрепляться, за счет необозначенных удерживающих средств, например за счет радиально выступающих наружу выступов и/или ребер, на боковой образующей поверхности 3а корпуса 2а. Если предусмотрены такие удерживающие средства, то тогда наружная полость 13 также лишь еще частично является свободной и при определенных обстоятельствах подразделяется удерживающими средствами даже на частичные объемы, которые, однако, все через отклоняющую полость 12 должны быть соединены с отверстием выпуска 10. Следует заметить далее, что металлическая стенка корпуса внутри и/или снаружи может снабжаться необозначенной теплоизоляцией.

Катализатор 1 может встраиваться для его использования в выхлопную систему бензинового двигателя внутреннего сгорания автомобиля. Впуск 2d и соосный с ним выпуск 2е могут при этом соединяться с трубопроводами, имеющими приблизительно такие же величины, ширины в свету, что и отверстия впуска и выпуска. Отработанный газ течет тогда при эксплуатации двигателя и катализатора 1 показанным на фиг. 1 и 2 стрелками образом через катализатор 1. А именно отработанный газ течет приблизительно параллельно оси 3 через отверстие впуска 10 и затем отклоняется направляющей поверхностью 8а так, что он течет в более или менее радиальных направлениях в сторону от оси 3 через отклоняющую полость 12 наружу до края направляющего элемента 8. Отработанный газ отклоняется там вновь в осевое в общем направление, так что он течет в наружную полость 13. Из нее он попадает у наружной боковой образующей поверхности и/или выходной поверхности для отработанного газа 4а в катализаторный элемент 4, причем он распределяется этим элементом по различным проходам 7. Следовательно, обе полости 12 и 13 образуют совместно диффузорную камеру для отработанного газа. Распределенный по различным проходам 7 отработанный газ течет теперь через них в радиальных в общем направлениях вовнутрь, причем он очищается и/или обезвреживается за счет каталитической обработки. При каталитической обработке, например, обычным образом окисляются окись углерода, а также углеводороды, а именно сжигаются, и восстанавливаются окиси азота, а именно превращаются в азот и кислород. Отработанный газ, текущий из различных проходов 7 во внутреннюю, служащую в качестве сборной камеры полость 14, собирается в ней, отклоняется в осевом направлении и направляется к выпускному отверстию 15, через которое он покидает катализатор 1.

После этого общего описания пути потока отработанного газа следует теперь более подробно пояснить некоторые подробности. Когда отработанный газ течет из впуска в собственный внутренний объем корпуса 2, при этом отклоняется за счет направляющей поверхности 8а и проходит отклоняющую полость 12, возникает потеря напора. Эта потеря напора является зависимой от отношения h/d_i и также от отношения r/d_i. На видимой из фиг. 4 диаграмме по абсциссе нанесено отношение h/d_i и по ординате определенной во введении коэффициент потери напора Z для возникающей при отклонении отработанного газа в отклоняющей полости потери напора. Диаграмма содержит три кривые, соответствующие отношениям r/d_i равно 0,2, соответственно 0,3, соответственно 0,5. Согласно диаграмме коэффициент Z при малых, меньших чем приблизительно 0,1, величинах отношения h/d_i больше 1, и потеря напора в соответствии с этим больше, чем скоростной напор текущего через впуск отработанного газа. При увеличивающемся отношении h/d_i коэффициент потери напора Z затем сначала резко падает, при величинах отношения h/d_i, лежащих между 0,15 и 0,2, имеет минимум и затем медленно вновь возрастает. Согласно трем кривым диаграммы увеличение отношения r/d_i от 0,2 до 0,5 дает малое уменьшение коэффициента потери напора, причем минимальная величина Z в зависимости от r/d_i составляет приблизительно от 0,4 до 0,5.

Поэтому расстояние h составляет преимущественно по меньшей мере 10% и лучше, например, по меньшей мере 15% от внутреннего диаметра d_i. Расстояние h далее составляет преимущественно самое большее 25% от d_i, но в случае необходимости, как еще поясняется, также может быть больше и, например, составлять максимально до 50% или максимально 70% или даже максимально до 100% от d_i. Радиус кривизны r самое меньшее может составлять 10% или по меньшей мере 20% и в случае, если это возможно в отношении места, еще лучше приблизительно до 50% от внутреннего диаметра d_i или возможно даже больше и делаться, например, равным до 100% от d_i. При таком назначении размеров h и r получается согласно диаграмме коэффициент потери напора Z, составляющий самое большее приблизительно 1 или даже лишь приблизительно от 0,4 до 0,5.

Диаметр направляющего элемента 8 и идентичный этому диаметру наружный диаметр d_a катализаторного элемента 4 должен быть больше, чем сумма d_i + 2r и преимущественно по меньшей мере в три раза или по меньшей мере в четыре раза, и, например, даже по меньшей мере или приблизительно в пять раз больше, чем внутренний диаметр d_i. Край направляющей поверхности 8а находится, следовательно, от оси 3 на расстоянии, которое составляет преимущественно по меньшей мере 1,5-кратное или по меньшей мере 2-кратное или даже по меньшей мере или приблизительно 2,5-кратное от d_i. Внутренний диаметр боковой образующей поверхности 3а преимущественно настолько больше, чем наружный диаметр d катализаторного элемента 4, что поверхность поперечного сечения наружной полости 13 в прямоугольном по отношению к оси 3 поперечном сечении по меньшей мере в три раза, еще лучше по меньшей мере в пять раз или даже по меньшей мере или приблизительно в десять раз больше, чем поверхность поперечного сечения отверстия впуска. Скорость потока отработанного газа в наружной полости 13 тогда существенно меньше, чем скорость потока в отверстии впуска 10 и участке трубопровода, нормальным образом соединенном с впуском 2d. Это обеспечивает то, что возникающая в наружности полости 13 потеря напора лишь незначительно увеличивает возникшую в отклоняющей полости 12 потерю напора, что напор во всей наружной полости 13 является практически постоянным и что обработанный газ равномерно распределяется по всем проходам 7 катализаторного элемента 4.

Внутренний диаметр d_b катализаторного элемента 4 больше, чем внутренний диаметр d_i впуска, преимущественно по меньшей мере равен сумме d_i + 2r и, например, по меньшей мере на 50% или еще лучше на 100% больше, чем d_i. В связи с тем, что отработанный газ по меньшей мере в общем течет через катализаторный элемент 4 в радиальных направлениях, размер прямоугольной по отношению к направлению потока поверхности поперечного сечения элемента 4 вдоль пути потока варьируется между размером наружных боковых образующих поверхностей и/или входной поверхности для отработанного газа 4а и размером внутренней боковой образующей поверхности и/или выходной поверхности для отработанного газа 4b элемента 4. Размеры обеих боковых образующих поверхностей элемента 4а, 4b определяются диаметрами d_a, соответственно d_b и осевым размером элемента 4. Наружная боковая образующая поверхность элемента 4 преимущественно по меньшей мере в пять раз и, например, по меньшей мере, в десять раз или даже по меньшей мере в двадцать раз больше, чем поверхность поперечного сечения отверстия впуска 10 и чем поверхность поперечного сечения отверстия выпуска 15. Внутренняя боковая образующая поверхность элемента 4 преимущественно по меньшей мере в три раза, еще лучше по меньшей мере в пять раз или даже по меньшей мере в десять раз больше, чем поверхность поперечного сечения отверстия впуска 10 и отверстия выпуска 15.

Если, например, элемент 4 имеет по отношению к внутреннему диаметру d_i приблизительно обозначенные на фиг. 1 и 2 размеры, а именно наружный диаметр d_b элемента 4 составляет приблизительно 6-кратное, а также внутренний диаметр элемента 4 приблизительно 3-кратное от внутреннего диаметра d_i и к тому же осевой размер элемента 4 приблизительно равен внутреннему диаметру d_i, наружная боковая образующая поверхность элемента 4 становится в 24 раза и внутренняя боковая образующая поверхность элемента приблизительно в 12 раз больше, чем поверхность поперечного сечения отверстия впуска 10. При таком назначении размеров элемента 4, следовательно, отношение между проходящей поперек радиальных направлений потока поверхностью поперечного сечения элемента 4 и поверхностью поперечного сечения отверстия впуска 10 по меньшей мере на большей части элемента 4 больше, чем типичным образом составляющее приблизительно от пяти до пятнадцати согласно введению в известных катализаторах с катализаторным элементом, течение через который происходит по оси, отношение между поверхностью поперечного сечения катализаторного элемента и поверхностью поперечного сечения отверстия впуска катализатора. Как уже описывалось, объем проходов 7 катализаторного элемента 4 может, например, составлять от 70% приблизительно до 90% от общего объема катализаторного элемента 4, так что объемная доля проходов 7 от общего объема катализаторного элемента 4 является, следовательно, относительно большой. Как уже также описывалось, отработанный газ равномерно распределяется по всем проходам 7 катализаторного элемента 4. По этим причинам скорость потока отработанного газа в катализаторном элементе может быть поэтому в случае катализатора согласно изобретению с пропорциями, изображенными на фиг. 1, существенно меньшей по сравнению с известными катализаторами, имеющими катализаторный элемент, течение через который происходит по оси.

При катализаторе согласно изобретению описанного с помощью фиг. 1 3 вида как потеря напора, возникающая при вытекании отработанного газа из впуска в отклоняющую полость 12, так и потеря напора, возникающая между входным отверстием отверстия впуска 10 и входной поверхностью для отработанного газа 4а катализаторного элемента 4, может быть, следовательно, сравнительно малой и, в частности, меньшей, чем у известных катализаторов. Далее, также возникающая в катализаторном элементе 4 потеря напора может быть относительно малой. Производимая катализатором в целом потеря напора при одинаковых количествах отработанного газа за единицу времени и при приблизительно одинаковом объеме катализаторного элемента может быть уменьшена по сравнению с потерей напора, вызванной известными из практики катализаторами с элементом, течение через который происходит по оси, например, на величину от 20% до 70%

Равномерное распределение отработанного газа по различным проходам 7 обеспечивает то, что интенсивность протекания и плотность потока, то есть плотность продукта, умноженная на скорость потока, у наружной боковой образующей поверхности элемента во всех проходах являются приблизительно одинаковыми по величине. Плотность потока хотя и становится больше вдоль радиального пути течения вовнутрь, однако является постоянной в каждой проходящей поперек направлению потока через элемент 4 круглой цилиндрической поверхности поперечного сечения по всей поверхности поперечного сечения. Такое гомогенное протекание через элемент 4 создает оптимальное использование каталитически активного материала катализаторного элемента и за счет этого обеспечивает возможность, смотря на обстоятельствам, при заданном количестве обрабатываемого отработанного газа назначения меньшим объема катализаторного элемента по сравнению с известным катализатором с элементом, течение через который происходит по оси. За счет этого тогда также может уменьшаться количество требуемого каталитически активного материала, то есть благородного металла, так что катализатор согласно изобретению также может изготавливаться более благоприятно по цене по сравнению с известным катализатором с катализаторным элементом, течение через который происходит параллельно оси.

Катализатор 16, изображенный на фиг. 5, имеет корпус 17, выполненный также, как корпус 2, или аналогично ему и обладающий цилиндрической боковой образующей поверхностью 17а, двумя концевыми стенками 17b, 17c и двумя присоединительными патрубками, служащими в качестве впуска 17d, соответственно выпуска 17е. Внутри корпуса 17 расположен катализаторный элемент 19, причем корпус 17 и элемент 19 имеют общую ось 18 и по меньшей мере в общем являются симметричными по вращению по отношению к этой оси. Элемент 19 является кольцеобразным и имеет наружную боковую образующую поверхность и/или входную поверхность для отработанного газа 19а, а также внутреннюю боковую образующую поверхность и/или выходную поверхность для отработанного газа 19b. Обе боковые образующие поверхности 19а, 19b в направлении от впуска 17d до выпуска 17е конически наклонены наружу, причем обе боковые образующие поверхности образуют с осью 18 одинаковый угол. На обращенной к впуску торцевой стороне элемента 19 расположен состоящий из плоского диска направляющий элемент 20 с плоской направляющей поверхностью 20а, имеющей конический, гладко примыкающий к боковой образующей поверхности 19а край. В остальном катализатор 16 выполнен так же или аналогично катализатору 1 и имеет также аналогичные этому катализатору свойства.

Видимый на фиг. 6 катализатор 21 имеет вновь корпус 22, выполненный в общем симметрично по вращению по отношению к оси 25, а также аналогично корпусу 2, и имеет цилиндрическую боковую образующую поверхность 22а, две концевые стенки 22b, 22c, впуск 22d, выпуск 22е, а также образованную внутренней поверхностью концевой стенки 22b сопряженную поверхность 22i. Корпус 22 содержит сердечник, имеющий при этом варианте катализатора два кольцеобразных катализаторных элемента, а именно первый катализаторный элемент 24 и второй катализаторный элемент 25. Каждый из катализаторных элементов 24, 29 имеет по одной наружной цилиндрической боковой образующей поверхности 24а, соответственно 25а, внутренней цилиндрической боковой образующей поверхности 24b, соответственно 25b, и две плоские торцевые поверхности. В остальном оба катализаторных элемента 24, 25 имеют проходы, так что элементы 24, 25 аналогично катализаторному элементу 4 являются газопроницаемыми в радиальных в общем направлениях. Первый элемент 24 прилегает одной своей торцевой стенкой к концевой стенке 22b. Второй элемент 25 прилегает своей удаленной от элемента 24 торцевой стенкой к концевой стенке 22с. Между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями обоих элементов 24, 25 в форме круглого кольца расположен направляющий элемент 26, состоящий из плоского круглого компактного диска. Средняя, находящаяся в осевой проекции внутри кольцеобразного элемента 24 зона обращенной к концевой стенке 22b поверхности направляющего элемента 26 служит в качестве направляющей поверхности 26а. Оба элемента 24, 25 прочно и, например, в некоторой степени или полностью герметично соединены с концевыми стенками 22b, 22c и c направляющим элементом 26.

Оба кольцеобразных катализаторных элемента 24, 25 имеют например, одинаковый наружный диаметр d, так что их наружные боковые образующие поверхности 24а, соответственно 25а, и также край направляющего элемента 26 являются соосными друг с другом. Внутренний диаметр d_c первого элемента 24 больше, чем сумма d_i + 2r, причем d_i и r имеют такое же значение, что и в случае катализатора 1. Далее, внутренний диаметр d_c первого элемента 24, например, больше, чем обозначенный также, как и внутренний диаметр элемента 4 катализатора 1, символом d_b внутренний диаметр второго элемента 25. Диаметр d_c преимущественно по меньшей мере в три раза или еще лучше по меньшей мере в четыре раза, или возможно даже по меньшей мере в пять раз больше, чем внутренний диаметр впуска d_i. В соответствии с этим край направляющей поверхности 26а, также имеющий диаметр d_i, находится от оси 23 на расстоянии, которое преимущественно составляет по меньшей мере 1,5-кратное или лучше по меньшей мере 2-кратное или возможно даже по меньшей мере 2,5-кратное от внутреннего диаметра впуска d_i. К тому же первый элемент 24 имеет, например, меньший осевой размер по сравнению с вторым элементом 25. В соответствии с этим первый элемент 24 имеет существенно меньший объем по сравнению с вторым элементом 25.

Впуск 22d ограничивает отверстие впуска 27, которое входит в отклоняющую полость 28 у поверхности входного отверстия 29, эта отклоняющая полость ограничена на одной стороне направляющей поверхностью 26а и на противолежащей ей стороне сопряженной поверхностью 22i, а также поверхностью входного отверстия 29. К тому же отклоняющая полость 28 образует охваченную внутренней боковой образующей поверхность 26b первого элемента 24 внутреннюю полость. Между боковой образующей поверхностью 22а корпуса и обоими элементами 24, соответственно 25, а также направляющим элементом 26 имеется взаимосвязанная, проходящая по обеим наружным боковым образующим поверхностям 24а, 25а наружная полость 30. Охваченная вторым элементом 25 внутренняя полость 31 за счет направляющего элемента 26, не учитывая соединение через проходы обоих катализаторных элементов 24, 25, отделена газонепроницаемым образом. Полость 31 взаимосвязана далее с ограниченным выпуском 23е отверстием выпуска 32.

При эксплуатации катализатора 21 отработанный газ согласно нанесенным на фиг. 6 стрелкам течет через отверстие впуска 32 в отклоняющую полость 29 и отклоняется ею радиально наружу. Вслед за этим отработанный газ проникает у внутренней боковой образующей поверхности 24b в первый элемент 24 и течет радиально через него в наружную полость 30. В этой полости отработанный газ течет к наружной боковой образующей поверхности 25а второго элемента 25. Вслед за тем отработанный газ течет через этот элемент радиально вовнутрь во внутреннюю полость 25 и, наконец, через отверстие выпуска 32 вытекает из корпуса 22.

В катализаторе 21, следовательно, внутренняя боковая образующая поверхность 24b первого элемента 24 и наружная боковая образующая поверхность 25а второго элемента 25 служат в качестве входных поверхностей для отработанного газа 24b, соответственно 25а. Далее, наружная боковая образующая поверхность 24а и внутренняя боковая образующая поверхность 25b служат в качестве выходных поверхностей для отработанного газа 24а, соответственно 25b. Расстояние h направляющей поверхности 26а от сопряженной поверхности 22 и от поверхности входного отверстия 29 в катализаторе 21 равняется осевому размеру первого катализаторного элемента 24. Для того, чтобы этот осевой размер был достаточно большим, отношение h/d_i при случае даже может делаться большим, чем величина, при которой коэффициент потери напора Z имеет минимум. Однако отношение h/d_i может, например, быть еще меньшим 1 и возможно, например, максимально или приблизительно составлять 0,7. Получающийся при отклонении отработанного газа в отклоняющей полости 28 коэффициент потери напора Z тогда все еще постоянно меньше 1, и потеря напора в соответствии с этим меньше, чем скоростной напор протекающего через отверстие впуска 27 отработанного газа. При случае расстояние h даже может составлять лишь самое большее 50% или даже лишь самое большее 25% от внутреннего диаметра d_i, так что величина отношения h/d_i находится, как в случае катализатора 1, по меньшей мере приблизительно у минимума обозначенных на фиг. 4 кривых. В остальном отработанный газ при втекании в катализаторные элементы 24, 25 равномерно распределяется по их проходам. В связи с тем, что отработанный газ после втекания в корпус 22 сначала втекает в элемент 24 и в связи с тем, что этот элемент имеет относительно малый объем, первый катализаторный элемент 24 при запуске соединенного с катализатором 21 двигателя внутреннего сгорания быстро нагревается до желаемой для запуска желаемых химических реакций температуры. В соответствии с этим первый катализаторный элемент 24 служит прежде всего в качестве катализаторного элемента запуска для того, чтобы в фазе запуска быстро запускать каталитическую обработку отработанного газа. Когда после фазы запуска оба катализаторных элемента 24, 25 имеют требуемую для каталитической обработки температуру, каталитическая обработка тогда большей частью происходит в обладающем большим объемом втором катализаторном элементе 25, который, следовательно, служит в качестве основного катализаторного элемента. В остальном катализатор 21 имеет аналогичные катализатору 1 свойства.

Изображенный на фиг. 7 и 8 катализатор 33 имеет корпус 34. Этот корпус имеет боковую образующую поверхность 34 в форме короткого, приблизительно овального или эллиптического цилиндра, две плоские концевые стенки 34b, соответственно 34с, впуск 34d и выпуск 34е. Впуск и выпуск имеют по одному изогнутому патрубку, то есть по одному колесу трубы, с выступающим прямоугольно в сторону от концевой стенки 34b и, например, согласно фиг. 7 вертикально вверх участком, соединенным через дугу с параллельным концевой стенке 34b свободным концевым участком. Выступающие в сторону от концевой стенки 34b участки впуска и выпуска являются, например, при изображенном на фиг. 8 виде сверху зеркало-симметричными по отношению к плоскости через более короткую ось овала, соответственно эллипса, образованного боковой образующей поверхностью 34. Изогнутый впуск 34d определяет ось 35, у которой на фиг. 7 изображен лишь прямоугольный по отношению к концевой стенке 34b участок. Свободные концевые участки впуска 34d и выпуска 34е являются, например, соосными друг с другом и имеют оси и направленные в сторону друг от друга отверстия. Прямоугольный по отношению к концевым стенкам круглый цилиндрический участок через расширяющийся переходной участок соединен с концевой стенкой 34b. В соответствии с этим внутренняя поверхность 34f впуска имеет среди прочего параллельный по отношению к изображенному участку оси 35, а также симметричный по вращению, цилиндрический участок внутренней поверхности 34g и изогнутый наружу в проходящем вдоль оси 35 сечении участок переходной поверхности 34h, непрерывным образом соединяющий участок 34g co служащей в качестве сопряженной поверхности 34i внутренней поверхностью концевой стенки 34b.

Расположенный в корпусе, а также закрепленный кольцеобразный катализаторный элемент 36 имеет наружную боковую образующую поверхность 36а и/или входную поверхность для отработанного газа 36а с овальным или эллиптическим контуром и внутреннюю боковую образующую поверхность 36b и/или выходную поверхность для отработанного газа 36b, которая, например, также является овальной или эллиптической и параллельной поверхности 36. Катализаторный элемент 36 имеет в общем параллельные по отношению к концевым стенкам 34b, 34c проходы, ведущие от его наружной боковой образующей поверхности и/или входной поверхности для отработанного газа 36b к его внутренней боковой образующей поверхности и/или выходной поверхности для отработанного газа 36b, и выполнен, например, аналогично катализаторному элементу 4 из волнообразных дисков. Катализаторный элемент 36 прочно и по меньшей мере в некоторой степени герметично прилегает к концевой стенке 34с и соединен на его удаленной от этой стенки торцевой стороне с направляющим элементом 37, состоящим из диска и образующим его обращенной к концевой стенке 34b стороной плоскую направляющую поверхность 37а. Выпуск 34е через имеющееся в концевой стенке 34b отверстие герметично введен вовнутрь корпуса 34 и, например, через дугообразно расширяющийся наружу переходный участок в отверстии направляющего элемента 37 герметично соединен с ним, причем названное последним отверстие в виде сверху, изображенном на фиг. 8, находится в зоне, окруженной внутренней боковой образующей поверхностью 36b.

Отверстие впуска 38, ограниченное впуском 34b, входит у поверхности входного отверстия 39 в имеющуюся между направляющей поверхностью 37а и противостоящей ей сопряженной поверхностью 34i отклоняющую полость 40, взаимосвязанную с наружной полостью 41, имеющейся между боковой образующей поверхностью 34а и наружной боковой образующей поверхностью 36а. Внутренняя полость 42, охваченная внутренней боковой образующей поверхностью 36b, взаимосвязана с отверстием выпуска 43, ограниченным выпуском 34.

Соотношение между расстоянием h направляющей поверхности 37а от сопряженной поверхности 34i и внутренним диаметром впуска d_i может, например, быть приблизительно таким же по величине, что и в случае катализатора 1. В катализаторе 33 расстояние края направляющей поверхности 37а от оси 35 впуска 34d для различных мест края является различным. Место края направляющей поверхности 37а, находящееся ближе всего у оси выпуска 35, находится от оси 35 на расстоянии, составляющем преимущественно по меньшей мере 1,5-кратное, возможно по меньшей мере 2-кратное или даже по меньшей мере 2,5-кратное от внутреннего диаметра впуска d_i.

В то время, как катализаторы 1, 16, 21, например, могут встраиваться в выхлопную установку автомобиля с осями 3, соответственно 18, соответственно 23, проходящими параллельно направлению движения автомобиля, катализатор 33 может встраиваться в выхлопную установку автомобиля, например, таким образом, что цилиндрический участок внутренней поверхности 34 впуска и относящийся к этому участку внутренней поверхности участок оси 35 проходят перпендикулярно направлению движения и приблизительно вертикально. В остальном катализатор 33 обладает свойствами, аналогичными свойствам катализатора 1.

Катализатор 44, который можно видеть на фиг. 9, имеет корпус 45 с боковой образующей поверхностью 45а, две концевые стенки 45b, 45c, впуск 45d и выпуск 45е. В корпусе расположен кольцеобразный катализаторный элемент 47 с наружной боковой образующей поверхностью 47а и внутренней боковой образующей поверхностью 47b. Образующая боковая поверхность 45а корпуса 45 и катализаторный элемент 47 имеют, например, одинаковые или аналогичные контуры по сравнению с соответствующими частями катализатора 33. Подобно этому также находящиеся на фиг. 9 над концевой стенкой 45b, лишь частично изображенные части впуска 45d и выпуска 45е могут быть выполнены аналогично тому, что имеется в катализаторе 33. Однако катализатор 44 отличается от катализатора 33 тем, что направляющая поверхность 45k образована внутренней поверхностью концевой стенки 45с, и что элемент 47 прилегает к концевой стенке 45b. Далее на удаленной от концевой стенки 45b торцевой стороне катализаторного элемента 47 закреплен состоящий из диска замыкающий элемент 48, обращенная к направляющей поверхности 45k сторона которого образует находящуюся на расстоянии от направляющей поверхности 45k плоскую сопряженную поверхность 48. К тому же впуск 45d введен через отверстие в концевой стенке 45b герметично вовнутрь корпуса 45, проходит через зону объема, охваченную внутренней боковой образующей поверхностью 47b катализаторного элемента 47, и у имеющегося в замыкающем элементе 48 отверстия герметично соединен с ним. В катализаторе 44 в соответствии c этим отклоняющая полость находится между концевой стенкой 45с и замыкающим элементом 48. В остальном катализатор 44 может встраиваться аналогичным образом тому, как встраивается катализатор 33.

При эксплуатации катализатора 44 отработанный газ течет из впуска в отклоняющую полость и вслед за тем вокруг края сопряженной поверхности 48. Край сопряженной поверхности 48а может иметь в сравнении с внутренним диаметром впуска приблизительно такое же минимальное расстояние от оси впуска, что и в случае катализатора 33.

Катализатор 49, который можно видеть на фиг. 10, имеет корпус 50 с осью 51. Наружная боковая образующая поверхность корпуса 50 является, например, цилиндрической и симметричной по вращению по отношению к оси 51. Корпус 50 имеет две прямоугольные по отношению к оси 51 радиальные концевые стенки 50b, 50c, из которых одна снабжена впуском 50d и другая выпуском 50е. Впуск и выпуск состоят, как в катализаторе 1, соответственно из патрубка с круглым цилиндрическим участком внутренней поверхности, непрерывным образом соединенным через участок переходной поверхности, дугообразно расширяющийся в осевом сечении, с внутренними поверхностями концевых стенок 50b, соответственно 50с. Внутренняя поверхность концевой стенки 50b образует сопряженную поверхность 50i.

Катализатор 49 имеет закрепленный в корпусе 50 цилиндрический катализаторный элемент 52, боковая образующая поверхность которого герметично соединена с боковой образующей поверхностью 50а корпуса. Элемент 52 является газопроницаемым в осевом в общем направлении и имеет на своем обращенном к впуску конце плоскую торцевую поверхность и/или входную поверхность для отработанного газа 52а и на своем другом конце плоскую торцевую поверхность и/или выходную поверхность для отработанного газа 52b. Элемент 52 может, например, иметь керамический или металлический носитель известного вида с осевыми проходами, ограничения которых покрыты каталитически активным материалом.

Во внутреннем объеме корпуса между концевой стенкой 50b и катализаторным элементом 52 расположен состоящий из плоского диска направляющий элемент 53, который находится как на расстоянии от концевой стенки 50b, так и на расстоянии от катализаторного элемента, и обращенная к концевой стенке 50b сторона которого образует плоскую направляющую поверхность 53а. Между краем направляющего элемента 53 и боковой образующей поверхностью 50а корпуса имеется промежуточный объем. Направляющий элемент 53 с помощью неизображенных крепежных элементов закреплен на боковой образующей поверхности 50а и/или на концевой стенке 50b корпуса. Направляющий элемент 53, не учитывая разве что несколькиих немногих предусмотренных для его закрепления отверстий, через которые проходят крепежные элементы, является компактным, то есть свободным от отверстий, и газонепроницаемым. Промежуточный объем, имеющийся между боковой образующей поверхностью 50а и направляющим элементом, образует кольцевую щель, которая при случае может быть подразделена названными крепежными элементами на секторы.

Ограниченное впуском 50d отверстие впуска 54 входит у поверхности входного отверстия 55, лежащей в той же плоскости, что и сопряженная поверхность 50i, в имеющуюся между направляющей поверхностью 53а и сопряженной поверхностью 50i отклоняющую полость 56, соединенную вокруг края направляющего элемента 53 с полостью 57 с торцевой стороны, имеющейся между этим элементом и/или входной поверхностью для отработанного газа 52а. Между концевой стенкой 50с и торцевой поверхностью и/или выходной поверхностью для отработанного газа 52b имеется полость 58 с торцевой стороны, взаимосвязанная с отверстием выпуска 59, ограниченным выпуском 50е. Соотношение между осевым расстоянием направляющей поверхности 53а от сопряженной поверхности 50, а также от поверхности входного отверстия 55 и между внутренним диаметром цилиндрического участка впуска 50d может лежать в том же диапазоне величин, что и в катализаторе 1. Соотношение между получающимися в осевом сечении радиусом кривизны участка переходной поверхности, соединяющего цилиндрический участок внутренней поверхности впуска с сопряженной поверхностью 50i, и внутренним диаметром впуска также может лежать в указанной для катализатора 1 области. Расстояние между обращенными друг к другу поверхностями элемента 52 и направляющего элемента 53 является преимущественно большим, чем расстояние между поверхностями 50i, 53a.

При эксплуатации текущий через отверстие впуска 54 отработанный газ отклоняется в отклоняющей полости 56 направляющей поверхностью 53а в радиальном по отношению к оси 51 направлении, течет вслед за тем вокруг края направляющего элемента 53 в полость 57, вслед за тем в осевом направлении через катализаторный элемент 52 в полость 58 и из нее через отверстие выпуска 59 вытекает из корпуса 50. Отработанный газ при втекании в корпус 50 катализатора 49, как в катализаторе 1, может отклоняться с малой потерей напора и равномерно распределяться в полости 57 по торцевой поверхности и/или входной поверхности для отработанного газа 52а.

Изображенный на фиг. 11 катализатор 60 имеет корпус 61, который, например, в общем является симметричным по вращению по отношению к оси 62 и имеет цилиндрическую боковую образующую поверхность 61а, а также две концевые стенки 61b, 61c c впуском 61d, соответственно выпуском 61е. Впуск и выпуск состоят, как, например, в катализаторах 1, 49, из патрубка с цилиндрическим участком, соединенным через дугообразно расширяющийся переходный участок с соответствующей концевой стенкой. Однако концевые стенки 61b, 61c в катализаторе 60 являются наклонными и имеют вслед за переходными участками патрубков конический основной участок, соединенный на его наружном конце через изогнутый переходной участок с боковой образующей поверхностью 61а. Внутренняя поверхность концевой стенки 61b образует сопряженную поверхность 61i. В корпусе 61 расположен катализаторный элемент 63, имеющий торцевую поверхность и/или входную поверхность для отработанного газа 63а, а также торцевую поверхность и/или выходную поверхность для отработанного газа 63b и являющийся газопроницаемым в осевом направлении. Расположенный между концевой стенкой 61b и элементом 63 направляющий элемент 64 имеет обращенную к концевой стенке 61b направляющую поверхность 64а. Противостоящий коническому участку концевой стенки 61b участок направляющей поверхности 64а также является коническим и в проходящих через ось 62 сечениях параллельным противостоящей ей сопряженной поверхности 61. Центральный участок направляющей поверхности 64а, находящийся в осевой проекции в зоне впуска 61d, является, например, в осевом сечении таким образом закругленным, что он непрерывным образом примыкает к коническому участку, однако вместо этого он также мог бы быть коническим, плоским и прямоугольным по отношению к оси 62. Краевая зона направляющей поверхности является, например, отогнутой к элементу 63.

Ограниченное впуском 61b отверстие впуска 65 входит у поверхности входного отверстия 66 вовнутрь корпуса. Под поверхностью входного отверстия 66 здесь понимается плоская, прямоугольная по отношению к оси 62 поверхность круга, край которой находится у наружного края дугообразно расширяющегося участка переходной поверхности внутренней поверхности впуска. Направляющая поверхность 64а может находиться, как в описанных выше катализаторах, полностью вне отверстия впуска, то есть на его стороне, удаленной от плоской поверхности входного отверстия 66. Однако также было бы возможным, что центральный участок направляющей поверхности 64а немного входит в отверстие впуска. Однако в этом случае, само собой разумеется, направляющая поверхность должна находиться на расстоянии по меньшей мере от края поверхности входного отверстия 66 и от сопряженной поверхности 61i. Зона объема, имеющаяся между направляющей поверхностью 64а и сопряженной поверхностью 61i, вновь служит как отклоняющая полость 67. Направляющая поверхность 64а и сопряженная поверхность 61i или, точнее говоря, конические и, следовательно, в осевом сечении плоские участки этих поверхностей образуют с поверхностью входного отверстия 66 угол, составляющий самое большее 30^o и в соответствии с этим с осью 62 по меньшей мере 60^o и, например, от минимально 70^o до максимально приблизительно 85^o. Для пояснения следует указать, что под расстоянием от направляющей поверхности 64а до сопряженной поверхности 61i и до края поверхности входного отверстия 66 у катализатора 60 в соответствии с обычным определением расстояния понимается длина минимального соединительного отрезка между противостоящими поверхностями, и что это расстояние, следовательно, измеряется не параллельно оси 62, а под прямым углом к поверхностям 64а, 61i. Соотношение между измеренным таким образом расстоянием и внутренним диаметром впуска может тогда находиться в том же диапазоне, какой указан в случае катализатора 1 для отношения h/d_i. B остальном катализатор 60 выполнен аналогично катализатору 49.

Частично изображенный на фиг. 12 и 13 катализатор 68 в значительной степени выполнен аналогично катализатору 49 и имеет корпус 69 с впуском 69d. По меньшей мере, впуск корпуса является симметричным по вращению по отношению к оси 70. Корпус 60 содержит газопроницаемый в осевом направлении катализаторный элемент 71, одна плоская торцевая поверхность которого служит в качестве входной поверхности для отработанного газа 71а. Корпус, далее, содержит состоящий из круглого диска направляющий элемент 72 с направляющей поверхностью 72а. Направляющий элемент 72 отличается от направляющего элемента 53 катализатора 49, однако, тем, что он имеет некоторое количество открытых отверстий 72b, распределенных вокруг оси 70 на наружной кольцевой зоне поверхности. Эта зона охватывает компактную, то есть свободную от отверстий внутреннюю центральную зону поверхности, диаметр которой по меньшей мере равен внутреннему диаметру впуска d_i и преимущественно является большим, чем этот диаметр. Диаметр отверстий 72b существенно меньше внутреннего диаметра впуска d_i и составляет, например, самое большее 20% от последнего. Занимаемая в целом отверстиями 72b поверхность составляет преимущественно самое большее 30% и, например, от 5% до 25% от общей направляющей поверхности 72а.

При использовании катализатора 68 отработанный газ, текущий через впуск 69d вовнутрь корпуса 69, отклоняется на участке входного отверстия впуска и в отклоняющей полости 73 направляющей поверхностью 72 приблизительно в радиальном направлении. Большая часть отработанного газа течет тогда, как в случае катализатора 49, вокруг края направляющего элемента в имеющуюся между ним и катализаторным элементом 71 полость 74. Однако часть отработанного газа течет из отклоняющей полости 73 через 72b в полость 74 и за счет этого способствует равномерному распределению отработанного газа по поверхности поперечного сечения катализаторного элемента 71.

Изображенный частично на фиг. 14 катализатор 75 имеет корпус 76 с боковой образующей поверхностью 76а, концевой стенкой 76b и впуском 76d, являющимся симметричным по вращению по отношению к оси 77 корпуса. Корпус 76 содержит газопроницаемый в осевом направлении катализаторный элемент 78 с плоской входной поверхностью для отработанного газа 78а. Корпус содержит состоящий из плоского диска основной направляющий элемент 79. Этот элемент образует направляющую поверхность 79а и снабжен в центре соосным по отношению к оси 77 открытым отверстием 79b, диаметр которого меньше, чем внутренний диаметр впуска d_i, и составляет, например, от 10% до 50% от этого диаметра. Между направляющим элементом 79 и входной поверхностью для отработанного газа 78а расположен состоящий из плоского диска дополнительный направляющий элемент 80, находящийся на расстоянии как от направляющего элемента 79, так и от входной поверхности для отработанного газа 78. Дополнительный направляющий элемент 80 имеет обращенную к впуску и к основному направляющему элементу направляющую поверхность 80а и, не учитывая разве что служащие для его закрепления и по меньшей мере в основном заполненные крепежными элементами отверстия, является компактным и свободным от отверстий. Дополнительный направляющий элемент 80 является, в частности, в его центральной, находящейся в осевой проекции за отверстием 79b в зоне свободным от отверстий. Основной направляющий элемент 79 выступает в осевой проекции вдоль всей его окружности за дополнительный направляющий элемент 80. Боковая образующая поверхность 76а имеет, например, форму кругового цилиндра. Основной направляющий элемент 79 и дополнительный направляющий элемент 80 имеют тогда форму круга, причем диаметр дополнительного элемента 80 меньше диаметра направляющего элемента 79.

Втекающий через впуск 76d вовнутрь корпуса 76 отработанный газ большей частью отклоняется на участке входного отверстия впуска и в имеющейся между концевой стенкой 76b и основным направляющим элементом 79 отклоняющей полости приблизительно в радиальном направлении и течет вслед за тем вокруг края основного направляющего элемента 79 к входной поверхности для отработанного газа 78. Однако часть втекающего через впуск отработанного газа течет через центральное отверстие 79 основного направляющего элемента 78, вслед за тем через дополнительный направляющий элемент 80 отклоняется приблизительно в радиальном направлении и, наконец, течет вокруг края дополнительного направляющего элемента 80 к входной поверхности для отработанного газа 78.

Видимый частично на фиг. 15 катализатор 82 имеет корпус 83, концевая стенка 83b которого снабжена в центре впуском 83d. Корпус содержит газопроницаемый в осевом направлении катализаторный элемент 84 с плоской входной поверхностью для отработанного газа 84а и основной направляющий элемент 85. Этот элемент имеет обращенную к концевой стенке 83b направляющую поверхность 85а и в центре отверстие 85b. Между основным направляющим элементом 85 и элементом 84 расположены два дополнительных направляющих элемента 86, 87. Три направляющих элемента находятся на расстоянии от концевой стенки 83, друг от друга и от входной поверхности для отработанного газа 84а. Находящийся между основным направляющим элементом 85 и дополнительным направляющим элементом 87 дополнительный направляющий элемент 86 имеет направляющую поверхность 86а и в центре отверстие 86b. Дополнительный направляющий элемент 87 имеет направляющую поверхность 87а и, если не учитывать разве что служащие для его закрепления отверстия, является свободным от отверстий. Размеры контура направляющих элементов уменьшаются от основного направляющего элемента к расположенному ближе всего у катализаторного элемента дополнительному направляющему элементу. Диаметр отверстия 85b преимущественно меньше внутреннего диаметра впуска d_i. Далее, диаметр отверстия 86b меньше диаметра отверстия 85b.

При эксплуатации катализатора 82 часть втекающего через впуск 83d вовнутрь корпуса 83 отработанного газа отклоняется направляющей поверхностью 85а. Оставшийся отработанный газ течет через отверстие 85b. Часть этого отработанного газа затем отклоняется направляющим элементом 86. Далее, часть отработанного газа течет еще через отверстие 86b и отклоняется затем направляющим элементом 87.

Частично изображенный на фиг. 16 катализатор 88 имеет корпус 89 с плоской концевой стенкой 89b, в центре которой имеется впуск 89d. Его внутренняя поверхность 89f имеет цилиндрический участок внутренней поверхности 89g, к которому примыкает конически расширяющийся участок внутренней поверхности 89k. Его более широкий конец за счет расширяющегося в осевом сечении участка переходной поверхности 89h непрерывным образом соединен с плоской, радиальной, образованной внутренней поверхностью концевой стенки 89b cопряженной поверхностью 89i. В корпусе находится направляющий элемент 90 с плоской, обращенной к сопряженной поверхности 89i направляющей поверхностью 90а. Далее, в корпусе имеется обозначенный штрихпунктиром катализаторный элемент 91, который, например, может выполняться аналогично катализаторному элементу 4. На фиг. 16 d_i обозначает диаметр поверхности впуска у более узкого конца дугообразного участка переходной поверхности 89h. Далее, d^*_i обозначает диаметр цилиндрического участка внутренней поверхности 89f и более узкого конца конического участка внутренней поверхности 89k. При этой форме осуществления катализатора внутренний диаметр d_i является несколько большим, чем ширина в свету впуска, равная внутреннему диаметру d^*_i. На фиг. 16 также еще обозначены радиус кривизны r и расстояние h, имеющие то же значение, что и в случае описанных выше примеров осуществления. Отношения r/d_i и h/d_i в катализаторе 88, например, могут находиться приблизительно в тех же диапазонах, что и в катализаторе 1. Угол, образованный коническим участком внутренней поверхности 89k c осью 92, составляет преимущественно по меньшей мере 5^o, преимущественно максимально 25^o и, например, от 10^o до 20^o. Длина l конического участка внутренней поверхности составляет преимущественно по меньшей мере 100% и преимущественно максимально 80% от диаметра d^*_i. Благодаря коническому, расширяющемуся в направлении потока участку внутренней поверхности 89k сопротивление потоку может быть еще более снижено. Коэффициент потери напора Z тогда, например, при составляющем приблизительно 0,3 отношении r/d_i при минимуме кривой, соответствующей изображенным на фиг. 4 кривым, может находиться в диапазоне от 0,3 до 0,4.

В том случае, если ранее не было указано иное, отношения r/d_i и h/d_i в остальном не только у видимого на фиг. 16 катализатора 88, но также у всех других описанных с помощью фиг. 5 15 катализаторов могут лежать в тех же диапазонах, что и у описанного с помощью фиг. 1 3 катализатора 1. Соответствующее имеет место также в отношении размеров направляющей поверхности и частично также в отношении остальных размеров.

Катализаторы и их применение могут еще модифицироваться в другом отношении. Можно, например, комбинировать друг с другом признаки различных описанных с помощью фигур катализаторов. Боковые образующие поверхности корпусов и катализаторные элементы катализаторов 1, 16, 21, 49, 68, 75, 82, 88 могут, например, так же, как в катализаторе 33, приобретать овальный или эллиптический контур. Наоборот, боковые образующие поверхности корпусов и катализаторные элементы катализаторов 33, 44 могут выполняться с контуром круглой формы. При случае боковые образующие поверхности корпусов и катализаторные элементы могут иметь даже полигональный контур.

Далее, у катализаторов 33 и 44 входное отверстие впуска или выпуска можно располагать при соответствующем фиг. 8 виде у центра одной концевой стенки корпуса и катализаторного элемента и/или выполнять внутренние боковые образующие поверхности 36b, соответственно 47b, круглыми, цилиндрическими и соосными по отношению к оси соединенного с концевой стенкой и выступающего в сторону от нее участка впуска или выпуска 34е, соответственно 45е. Впуск 45d катализатора 44 может тогда проходить при случае через дополнительно выполненное в катализаторном элементе отверстие.

Катализатор 21 может быть, например, изменен таким образом, что внутренние диаметры обоих катализаторных элементов делаются одинаковыми по величине и/или наружные диаметры обоих катализаторных элементов делаются разными по величине.

Далее, прямой впуск и/или выпуск катализаторов 1, 16 и других описанных с помощью фигур катализаторов может снабжаться, как у катализатора 33, дугой. Наоборот, во впуске катализаторов 33, 44 дуга может быть исключена. Это, например, является предпочтительным особенно тогда, когда катализатор предусмотрен для встраивания в автомобиль, двигатель внутреннего сгорания которого имеет выход отработанного газа, направленный перпендикулярно направлению движения. Впуск катализатора тогда может соединяться с выходом отработанного газа двигателя внутреннего сгорания через короткое, по меньшей мере в основном прямое соединение, а выпуск катализатора через проходящий назад параллельно направлению движения, более или менее прямой трубопровод может соединяться с глушителем выхлопной установки.

Далее, краевые участки имеющихся в катализаторах 1, 16, 21, 33 направляющих поверхностей и сопряженных поверхностей могут быть отогнуты аналогично тому, как в катализаторе 60. Соответствующее является действительным также в отношении направляющих поверхностей, изображенных на фиг. 12 16 катализаторов. Направляющие поверхности, соответственно сопряженные поверхности, тогда лишь еще в основном и в большей части, то есть за исключением отогнутых краевых участков, являются плоскими и прямоугольными по отношению к осям впусков.

В случае катализатора 1 функции впуска и выпуска могут, смотря по обстоятельствам, меняться местами, так что отработанный газ течет через катализатор в противоположном по отношению к стрелкам на фиг. 1 направлении.

В направляющих элементах 79, 85 могут еще предусматриваться отверстия, соответствующие отверстиям 72b направляющего элемента 72. Видимый на фиг. 11, в общем конический направляющий элемент 64 также мог бы снабжаться аналогично отверстиям 72b направляющего элемента расположенными отверстиями и/или центральным отверстием, причем тогда в последнем случае аналогично изображенным на фиг. 14 и 15 катализаторам предусматривался бы по меньшей мере еще один конический дополнительный направляющий элемент.

Далее, впуски и при случае также выпуски во всех описанных с помощью фиг. 1 15 катализаторах могут снабжаться коническим участком внутренней поверхности, выполненным аналогично коническому участку внутренней поверхности 89k изображенного на фиг. 16 катализатора.

Вместо того, чтобы образовывать катализаторный элемент согласно фиг. 3 из непосредственно прилегающих друг к другу волнообразных дисков 5, 6, можно между двумя такими дисками соответственно располагать плоский перфорированный диск. Далее, при случае диски 5, 6 могут располагаться таким образом, что их волны находятся не под прямым углом друг к другу, а пересекаться под другим углом, который, однако, преимущественно по меньшей мере должен составлять приблизительно 45^o и, например, по меньшей мере 60^o.

Далее, для образования газопроницаемого в осевом направлении катализаторного элемента можно снабдить диски в форме круглого кольца венцом из радиально проходящих волн, становящихся тогда более широкими наружу. Между двумя такого рода дисками тогда можно располагать соответственно плоский или снабженный круглыми волнами, компактный или возможно перфорированный диск в форме круглого кольца.

Далее, газопроницаемый в радиальном направлении катализаторный элемент вместо дисков с металлическими носителями может иметь состоящий из керамического материала носитель, снабженный радиальными проходами.

Далее, при случае можно предусматривать кольцеобразный или втулкообразный катализаторный элемент, проходы которого образуют с его осью не прямой, а другой угол, который, однако, преимущественно должен составлять по меньшей мере приблизительно 45^o и, например, по меньшей мере 60^o. Проходы могут тогда в общем проходить вдоль конических поверхностей. При случае тогда внутренняя боковая образующая поверхность и наружная боковая образующая поверхность кольцеобразного или втулкообразного катализаторного элемента могут иметь такую конусность, что они являются прямоугольными по отношению к входящим в них проходам и, следовательно, образуют с прямоугольной по отношению к оси радиальной плоскостью угол, который преимущественно по меньшей мере составляет 45^o и, например, по меньшей мере 60^o, а именно является равным углу, образованному проходами с осью.