專利名稱：一種內燃機用催化轉化器的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機排氣凈化用的催化轉化器的生產方法，更具體地涉及利用具有基本均勻曲率的預制矩形金屬板來生產該催化轉化器的方法。
眾所周知，內燃機(尤其是機動車輛上的)所用的排氣凈化系統(tǒng)通常采用一種蜂窩室結構陶瓷元件作為催化劑的載體來完成其對排氣的凈化作用。更確切地說，該蜂窩室結構涂有一種含貴金屬的催化劑，能在有O2的存在下把排氣中所含的有毒成分如HC和CO轉化為CO2和H2O。這種蜂窩室的結構被安置在“氣密”的板金屬或鑄造金屬的耐熱座套或筒器內。
目前用的典型的蜂窩結構含有一種陶瓷材料，例如堇青石，是一種機械強度很有限的脆性材料。為此緣故，今天所用的催化轉化器一般都含有撐墊材料包在該蜂窩周圍。這種能使任何壓力均勻地分布到陶瓷上去的彈性材料，當溫度升高時它一般會膨脹。這樣就能使蜂窩上所受支撐壓力隨高溫而增加。且能在一定程度上補償金屬外殼的熱膨脹。因為金屬外殼的熱膨脹大于包在內部的陶瓷蜂窩，因此這種撐墊材料的熱膨脹防止了溫度升高時該蜂窩在管殼內的松動。
本領域對上述催化器已知有很多種的加工方法，包括把外包墊料的蜂窩按緊配合地插入管件外殼中(例見美國專利No.4,093,423(Neumann))，以及用兩個“半剖”金屬殼體拼合在外包墊料的蜂窩外面、然后焊牢，例見美國專利No.5,273,724(Bos)。另一種加工方法，通常稱為“止血帶式”包扎法(tourniquet wrap)，是把一金屬矩形平板卷成搭接式的圓筒。再把外包墊料的蜂窩松弛地插入該筒中，然后將整體一起拉攏以形成必要的撐墊壓力，最后再將搭接處焊牢。這樣就能使該筒內保持必要的壓力同時又能防止漏氣，例見美國專利No.5,082,479(Miller)。
上述把矩形平板卷成圓筒形的加工方法通常是利用三輥板金工輥軋技術。這種預軋金屬制件的固有缺陷是圓筒兩端與圓筒中部的曲率不相一致。用了這種不均勻曲率金屬圓筒的后果是在蜂窩結構與金屬圓筒之間會形成不規(guī)則空隙。雖有撐墊的作用能夠降低一些這種不均勻，但它會對蜂窩結構造成不均勻的壓力載荷。在空隙最小區(qū)域的點載荷會導致蜂窩結構的局部壓損，也即把脆性的蜂窩結構壓碎。
因此，本發(fā)明的一個目的是克服目前制造催化轉化器所用的“止血帶式包扎法”的缺點。換言之，即提供一種制造催化轉化器的方法，它能在蜂窩結構上得到基本均勻的壓力載荷，從而避免蜂窩的局部壓損(即壓碎)。
這一目的以及可從后文明顯看到的其它一些目的，本發(fā)明是采用具有基本均勻曲率的金屬板圓筒來完成的。具體地說，這是一種具有蜂窩陶瓷結構的催化轉換器，外包撐墊，并放置在座套之內，其制造方法包括下列諸步驟(1)加工成形一金屬圓筒，其內外表面基本上都具有均勻曲率，且有一搭接部位，其內表面具有與金屬殼體外表面基本相同的曲率；(2)把蜂窩結構包復在足夠量的撐墊材料中，包復后插進金屬殼體內；(3)在壓力下把包復在蜂窩外的金屬殼體封好后，從而通過撐墊材料在蜂窩上產生一基本均勻的壓應力。


圖1是按上述加工方法制成的具有蜂窩結構的催化轉化器的縱向剖面簡圖。
圖2是圖1沿A-A剖面線的剖視圖。
圖3是圖1和2中的均勻曲率預制金屬圓筒在蜂窩尚未插入前的示圖。
參見圖1和2，所示催化轉換器含有一陶瓷蜂窩結構，其作用就是載有催化劑的結構或即其載體。催化轉換器10是由圓筒形陶瓷蜂窩14以及包于其外的金屬外殼或筒器12所組成。制造筒器12的材料要能夠耐車底鹽垢、耐高溫和耐腐蝕，通常選用鐵基不銹鋼，最好如SS-409、SS-439牌號等級，最近還有SS-441。材料的選擇決定于廢氣種類、最高溫度等條件。蜂窩14是由陶瓷材料(例如堇青石)擠壓成形。筒器12具有入口16和出口18。來自入口的廢氣流經蜂窩14的各個蜂窩室后即自出口18排出。陶瓷蜂窩14具有正方形的蜂窩室；雖也可采用其它形狀如三角形、矩形等等，但考慮到擠壓模型等的加工成本，通常還是采用正方形狀的蜂窩室。
陶瓷蜂窩14是利用陶瓷纖維撐墊或纖維絲網24支撐在筒器12內，撐墊起著吸震作用。撐墊24一般由陶瓷纖維材料形成，可以是一種簡單的非膨脹型陶瓷材料，或一種泡沸材料，例如含有一種蛭石成份，它受熱膨脹，當鋼制外殼從陶瓷單塊向外膨脹時它能維持牢固的受壓狀態(tài)，也可以是兼含該兩種成份的撐墊材料?？山邮艿姆桥蛎浶吞沾衫w維材料包括例如MN州Minneapolis，“3M”公司以“NEXTEL”商標出售的陶瓷材料，或NY州Niagara Carborundum(金剛砂)公司以“FIBERFRAX”商標出售的陶瓷材料?？山邮艿呐莘刑沾刹牧习∕N州Minneapolis“3M”公司以“INTERAM”商標出售的陶瓷材料。纖維墊料24的寬度基本上等于蜂窩14的長度，插于14間，并經適當的熱定形。定形后的纖維墊料緊壓著蜂窩的外圍，故能抵住氣流的拖拽力而使蜂窩固定。支座塊20和22從筒器12內周壁上伸出，能擋住纖維墊料24因受氣流的拖拽力或相關的振動加速度而沿筒器12的縱向移動。
圖1和2所示催化轉換器的制造方法通常包括下列各步驟(1)加工成型一金屬圓筒殼，它具有基本均勻一致的曲率并有一搭接部分；(2)把蜂窩基層包在足夠量的支撐墊料中并將包好后的蜂窩插進金屬筒殼內；(3)把金屬筒殼以緊壓狀態(tài)封閉于包好的蜂窩外周，使得支撐墊料在蜂窩上產生一基本均勻一致的壓應力；(4)在搭接處把筒器兩邊固定牢以保持緊壓狀態(tài)。
參見圖3，圖中所示為未受壓前的“均勻曲率”圓柱形筒殼12，即是在尚未把包好的蜂窩插入筒內再把該金屬筒殼緊壓封牢以形成催化轉化器之前的狀態(tài)。如圖3所示，該金屬筒殼的內外表面26和28在其整個長度上都具有基本均勻一致的曲率。圓柱形金屬筒殼12還有一搭接部位30，該處的內表面具有與金屬筒殼外表面28基本上相同的曲率。搭接內表面32與金屬筒殼外表面28兩曲率基本上相似，能使該兩表面在壓緊封牢階段有效地和順利地相互作用。換言之，在整個壓緊封牢階段，由于兩者曲率實質上相同，故金屬筒殼外表面28能沿搭接內表面順利滑動以形成催化轉化器，而不會沿著搭接接頭部位產生出任何上述的不希望有的點載荷，而且進一步還可表明該實質上相似曲率的另一個效果是由支撐墊料施加于陶瓷蜂窩上的合成壓應力在搭接接頭上是均勻的。
關于最后一步把筒殼兩邊搭牢的辦法，最好是把搭接的內表面與金屬筒殼的外表面焊牢，達到“氣密”的密封效果并維持壓應力。
另外對未壓前圓柱形金屬筒殼希望要有的特性如下(1)圓柱形金屬筒殼的尺寸與其外部搭接長度兩者的組合應使凈內徑足以容納包好的未受壓蜂窩可以插進；(2)圓柱形金屬筒殼的搭接長度應使在封筒時搭接前端不要觸及連接該搭接部位與金屬圓柱筒殼的(徑向)臺階34。
至于“均勻曲率”圓柱金屬筒殼的加工方法，采用什么樣的技術來形成殼體是不重要的，重要的是該方法的結果應能使所形成的內外表面要有實質上均勻一致的曲率，并使其搭接部位內表面具有與殼體外表面實質上相同的曲率。
一個建議用來形成圓柱金屬筒殼的方法為用“線切割”一對沖壓模，成為一對能精確互相配合的同形模具副，能將金屬板各端沖壓成所要的曲率。具體地可制成一副沖壓模用來沖壓圓柱金屬板的一端，另用第二副沖壓模(曲率稍有不同)來沖壓圓柱金屬板另一端的搭接部位。在使用了上述沖壓模以保證兩端能具有要求的曲率之后，圓柱形金屬板的中部就可用上述在技術上大家熟知的三輥軋壓法來加工完成了。
應該理解本發(fā)明并不局限于上述實施方法，熟悉這方面技術的任何人員能在不背離本發(fā)明范圍和精神下進行各種變動和變異。
權利要求
1.一種用來凈化內燃機排氣的催化轉化器的制造方法，該轉化器具有單塊的陶瓷基體，其外包有支撐墊料，置于座套內，其制造方法包括以下步驟加工成型一圓柱形金屬筒殼，筒殼內外表面各具有基本上均勻的曲率，并有一搭接部位，搭接的內表面具有與金屬筒殼外表面基本上相同的曲率；把該基體包在足夠量的支撐墊料中，再把包好的基體插入金屬筒殼中；然后把金屬筒殼壓緊封牢在包好的基體之外，使這樣形成的催化轉化器中由支撐墊料對基體產生基本上均勻的壓應力；最后把搭接部位的內表面牢固連接于金屬筒體的外表面上，以獲得“氣密”的封口，并保持其壓應力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種催化轉化器的制造方法,該轉化器具有一陶瓷蜂窩基體,其外包有支撐墊料,置于一座套內,其制造步驟如下:(1)加工成型一圓柱形金屬筒體,具有均勻一致的曲率,并有一搭接部位具有與金屬筒殼外表面基本上相同的曲率;(2)把該蜂窩包在足夠量的支撐墊料內,再插入金屬筒殼中;(3)把在已包好的蜂窩外的金屬筒殼外的金屬筒殼壓緊封牢,使支撐墊料在蜂窩上產生基本上均勻的壓應力。
文檔編號F01N3/28GK1181452SQ9712113
公開日1998年5月13日 申請日期1997年10月14日 優(yōu)先權日1996年10月15日
發(fā)明者P·S·施米特 申請人:康寧股份有限公司