[0001] 本
发明涉及用于机动车废气的催化处理(katalytischen Behandlung)的装置、用于制造根据本发明的装置的方法和该装置的应用，以及用于
净化来自机动车的废气的方法。
[0002] 车辆催化器通常包括多个部件。由陶瓷或金属制成的热稳定的蜂窝体(Wabenkoerper)、通常是所谓的催化器孔芯(Monolithen)典型地被用作载体(Traeger)，其被大量的薄壁的通道所穿透过。所谓的
中间层(Washcoat)位于载体上。该中间层由多孔的材料、通常是
氧化
铝(Al2O3)制成，以提供尽可能大的催化器表面。在中间层中储藏有催化活性的贵金属。涂层成分的
水浆体(waessrige Aufschlaemmung)也常常被称作“中间层”。在目前所用的废气催化器中，这主要为贵金属铂、铑及钯。通常，陶瓷的载体借助于专用的
衬垫而支承在金属的壳体——所谓的包壳(canning)中。该包壳固定地嵌装在车辆的排气管路中且部分地具有其它联结可能性，例如用于λ
传感器(Lambda-Sonnen)或
热电偶。
[0003] 车辆催化器的任务是，通过氧化或还原将
碳氢化合物、
一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOx)等燃烧有害物质以化学的方式转化为二氧化碳(CO2)、水(H2O)及氮气(N2)。根据目的，存在不同类型的催化器。在三元催化器中，CO和碳氢化合物的氧化及NOx的还原彼此并行地发生。三元催化器只可用在带
汽油机和λ调节的车辆中。在柴油机中，废气中的氧气过剩阻止了NOx的还原并因此使得专用的催化器成为必须的。
[0004] 为在柴油机中降低废气中的NOx的含量，一方面可设置
发动机内的措施，通过该措施针对性地影响燃烧。但是，在这种措施中缺点在于增加的碳黑(Russ)排放和发动机功率的下降。由于相比于汽油机明显较低的废气
温度，柴油机中的催化器通常装在排气
歧管附近处。柴油机中，催化器的目标不仅包括NOx的降低而且包括碳黑颗粒的氧化(以降低微粒物质排放)。这种催化器包括已知的柴油机氧化催化器。该催化器通常装备有中间层，该中间层仅含铂和/或钯。
[0005] 另一类型的催化器是NOx储存催化器(Speicherkatalysator)。因为现代发动机利用氧气过剩而工作(为了提高发动机效率)，所以不能采用传统的催化器。CO和碳氢化合物的氧化以类似于传统的三元催化器的方式而发生，但是氮氧化物必须被暂存。氮氧化物的催化还原利用富废气混合物而间断地实现。如果催化器的吸收能
力已被氮氧化物所耗尽，则短时间地设定出富废气混合物，即，还原性废气混合物，以使得催化器中暂存的氮氧化物被还原为氮气。由此，催化器为下次的储存循环作好准备。
[0006] 另一的目前适于市场销售的用于氮氧化物的还原的方法是所谓的
选择性催化还原。在此，例如借助于定量供给
泵，将尿素水溶液持续地喷射到废气流中。在此，通过
水解(Hydrolyse)产生水和
氨，其中，氨能够将废气中的氮氧化物还原为氮气。
[0007] 在所有已知的催化器类型中，催化器衬底(Katalysatorsubstrat)的嵌入(即，催化器衬底的布置)与生产技术的问题相关。到目前为止，在壳体中的布置如此地进行，即，在中间插入有弹性
垫片的情形下，将催化器衬底夹紧在筒状的壳体中。在运行中，催化器衬底和壳体必须在无损坏的前提下经受住超过1000℃的温差(其与热引起的膨胀相关联)。由此，催化器的寿命缩短。此外，催化器(在其中，催化器衬底利用弹性垫片而布置在筒状的催化器壳体中)的生产是非常高成本的。
[0008] 文件DE 15 94 716 A1公开了用于机动车废气的催化后燃的组件，在其中，载体催化器布置成与陶瓷材料相结合，其中，金属
纤维材料和陶瓷材料一层一层地布置成载体催化器，并且，催化剂布置在纤维材料上。在此，陶瓷材料嵌入到金属纤维毡(Metallfaserfliese)之间且可由此而被废气所穿过。
[0009] 文件WO 2006/007956A1公开了一种用于机动车的、带有支承在壳体中的催化器孔芯的废气净化装置，该催化器孔芯横向于壳体的中心纵轴线及在催化器孔芯和包围该催化器孔芯的壳体截段之间的间隙空间延伸。
[0010] 间隙空间中存在有保持元件，利用该保持元件，催化器孔芯可至少以端侧固定在壳体处，该保持元件径向地向内延伸并部分地搭接在催化器孔芯的端侧处。由此，对在间隙空间中所必要的支承衬垫所提出的关于由支承衬垫所施加的保持力方面的要求可较低，从而，可采用仅用于壳体的热绝缘的衬垫。
[0011] 文件DE 34 30 398 A1公开了一种催化式废气净化装置，在该废气净化装置中使用
套管，该套管在其待与壳体相
焊接的前端(Stimende)处在轴向的方向上凸出超出载体母体(Traegermatrix)的端面，并且其中，该套管，用于待净化废气的流入部件，以及壳体的外罩通过在周向方向上伸延的共同的
焊缝而彼此相连接，并且，该套管浮动地支承。在其它的已知的装置中，催化器衬底轴向地布置在筒状的壳体中(见文件DE 34 30 398 A1，DE31 07 620 A1，DE 195 02 844 A1或DE 195 09029 A1)。这些装置的问题是高成本的、包括很多工步的生产。此外，根据这些出版物的教导未能最优地防止催化器衬底遭受机械
应力(Beanspruchungen)和
热应力。
[0012] 因此，本发明的目的是，制造这样的催化器，在该催化器中，催化器衬底可靠地防热应力和机械应力地布置在壳体中。此外，应可以低成本的方式并在少的工步中制造出该催化器。
[0013] 该目的通过这样的用于机动车废气的催化处理的装置而实现，该装置包括设计成空心圆柱体(Hohlzylinder)的催化器衬底、入口侧的和出口侧的气体导引板(Gasleitblech)、以及外壁，其中，气体导引板将催化器衬底围住(einfassen)，并且，出口侧气体导引板和催化器衬底形成第一空腔，废气流可被导引入该第一空腔中，该废气流穿透过催化器衬底并到达由外壁、气体导引板及催化器衬底所包围成的(umschlossen)第二空腔中，其中，出口侧气体导引板具有排气口(Gasaustrittsoeffnungen)，且其中，出口侧气体导引板的用于排气口的留空部分(ausgesparte Teil，有时或称凹入部分)被翻边(geboerdelt)，从而，催化器衬底被固定。
[0014] 相对于从
现有技术中已知的装置，本装置的优点尤其在于催化器的简化的(即，包括少的步骤的)生产。催化器衬底如此地支承在催化器壳体中，即，使得由于热
载荷或机械载荷而引起的破裂有效地被避免。
[0015] 对于“翻边”概念，在本发明的范围内应理解为板的边缘的直
角状的弯边(Aufbiegen)。工艺方面还根据
变形的类型而作区分：如果变形时板被预锻(stauchen，有时或称轧边)，则称之为翻边，如果板被拉伸(gedehnt)，则专业人员也称之为弯曲工序(Arbeitsgang des Schweifens)。在本发明范围内，在翻边的概念下应一般性地理解为既包括板的轧边也包括板的拉伸。
[0016] 出口侧气体导引板的留空部分理解为：为了将排气口形成到出口侧气体导引板中，将切口置入(setzen)到板中。板的被翻边的部分在本
申请的范围内称作留空部分。如果切口例如为圆的半圆周，则所形成的半圆就是被翻边的留空部分。
[0017] 在翻边之后，留空部分以形状配合的方式(formschluessig)贴靠在催化器衬底的圆柱体壁处。由此，催化器衬底在简单的生产步骤的辅助下被固定，即，在由外壁和气体导引板形成的主体内部被保持。
[0018] 借助于该装置可处理这样的废气流，该废气流穿过入口侧气体导引板而被导引进入到装置的第一空腔中，自该处穿透过催化器衬底，被导引到装置的第二空腔中，并且，通过排气口以经净化的方式从装置中被输出。
[0019] 必要时也可在相反的流动方向上实施废气流的处理。在这样的处理方法中，导引气流穿过出口侧的排气口而进入到第二空腔中，气流穿透过催化器衬底并到达装置的第一空腔中，并且，穿过入口侧气体导引板而从装置中被输出。因此，根据本发明，所主张的装置如此地设计，即，使得废气流被引导成首先进入装置的第二空腔中且然后穿过装置的第一空腔。
[0020] 因此，该装置提供了可为上文所详细描述的催化器类型中的每一种所用的催化器。因此，根据本发明该装置可应用于三元催化器、柴油机氧化催化器、NOx储存催化器，或用于选择性催化还原所用的催化器(SCR催化器)。
[0021] 在一种优选的实施形式中，通过如下方式而将催化器衬底围住，即，将入口侧气体导引板弯折(falzen)，从而，在入口侧气体导引板中存在有引导部(Fuehrung)，催化器衬底以形状配合的方式装配(einpassen)在该引导部中。
[0022] 对于弯折部(Falz)，在本发明的范围内理解为气体导引板中的这样的折叠部(Falte)——其它零件的边缘或凸部可接合到该折叠部中。在上文已描述的优选的实施形式中，入口侧气体导引板如此地被弯折，即，使得，在气体导引板的俯视图中产生这样的凹部(Vertiefung)——催化器衬底以形状配合的方式装配到该凹部中。可选地，也可将气体导引板仅单次地弯折，以使得，或者催化器衬底的内侧或者催化器衬底的外侧以形状配合的方式顶靠到该弯折部处。
[0023] 在另一优选实施形式中，通过如下方式而将催化器衬底镶边，即，将出口侧气体导引板弯折，以使得，设计成空心圆柱体的催化器衬底的内侧以形状配合的方式贴靠在出口侧气体导引板的弯折部处。
[0024] 在这些已描述的实施形式中，通过气体导引板的造型(Formgebung)而实现催化器衬底容纳(Katalysatorsubstrataufnahme)。这些实施形式的优点在于装置中的催化器衬底的更可靠的配合(Passsitz)。尤其在用于去除碳黑颗粒的柴油机氧化催化器中，为防止废气在催化器衬底处的旁流(Vorbeistroemen)，催化器衬底的形状配合式的贴靠非常重要。在该实施形式中密封可较容易地实现。
[0025] 在一种优选的实施形式中，催化器衬底为蜂窝体，该蜂窝体由金属的或陶瓷的材料制成并设有中间层，起催化作用的(katalytischwirksamen)物质嵌入在该中间层中。
[0026] 在现有技术中，公开了多样的催化器衬底。存在有通过
烧结方法而制成且呈现海绵状晶格结构(Gerueststruktur)的陶瓷材料。通过对衬底进行缠绕而制造金属衬底。这样的制造方法是已知的。如果将缠绕式(gewickelte)衬底用作催化器衬底，则衬底可设有两种或多种涂层材料。涂层由起催化作用的材料制成，这些材料具有不同的孔隙度(Poroesitaet)，即，在其中，催化活性的涂层材料中的孔显示出双峰的或多峰的(bi-oder multimodale)尺寸分布(Groessenverteilung)。该实施形式的优点在于，通过同一种催化器衬底可实现多种功能，例如，可利用催化器衬底来催化不同的反应。
[0027] 根据另一优选实施形式，在根据本发明的装置中在气体导引板和催化器衬底之间相应地布置有载体
密封件(Traegerdichtung)，该载体密封件优选地由金属丝织物(Drahtgewebe)制成。该金属丝织物必须能经受住催化器中的高温。因此，该金属丝织物由如不锈
钢或其它的金属的或非金属的材料等的带有较高的在高温下抵抗
腐蚀的抵抗力的材料制成。
[0028] 通常须注意的是，尤其在柴油机氧化催化器中，废气在实际上仅穿透过涂覆有催化材料或中间层的衬底，而不会在外部在这种衬底处旁流过。废气的这种旁流在技术中是已知的问题且被称为所谓的旁通效应(Bypass-Effekt)。借助于载体密封件确保了，废气在实际上穿透过催化器衬底。
[0029] 在另一优选实施形式中，载体密封件由弹性材料制成。通过催化器衬底的这种有弹性的容纳可缓和机械应力，由此，催化器的寿命可被提高。
[0030] 如果载体密封件由弹性材料制成，则催化器材料通过压配合而在
保持架中被围住。在该实施形式中，完全地防止了旁通效应。同时，在催化器衬底的强烈的
热膨胀的情形下，施加到保持架上的力较小，从而，通
过热膨胀而产生的压力被缓冲。机动车运行时的振动同样被缓冲且不会传递到催化器衬底上。
[0031] 此外，本发明包括一种用于制造根据本发明的装置的方法，其中，将催化器衬底以形状配合的方式布置在入口侧的和出口侧的气体导引板之间，将气体导引板与外壁相连接，将排气口引入(einlassen)到出口侧气体导引板中，其中，将出口侧气体导引板的剩余的部分翻边，以便固定催化器衬底。出口侧气体导引板的留空部分一方面用于催化器衬底的固定且此外为气体从催化器中排出提供通路。
[0032] 在根据本发明的一种实施形式中，通过将气体导引板与外壁相焊接而连接气体导引板和外壁。在此，其为生产技术上最简单的连接金属的部件的方法。
[0033] 在另一根据本发明的实施形式中，通过如下方式而将进气口引入到出口侧气体导引板中，即，每个进气口通过半圆形的切口而被置入到出口侧气体导引板中，其中，接着，所产生的半圆被翻边，以便固定催化器衬底。在该方法中，在使用非常少的工步的情形下将催化器衬底
锁定(arretieren)在催化器壳体中。
[0034] 根据本发明，可使用所有技术上已知的方法，以用于将切口置入到出口侧气体导引板中。尤其优选地，这在使用冲模(Stanze)、
铣刀或
锯子的情形下实现。
[0035] 在另一优选的实施形式中，在将催化器衬底布置在气体导引板之间之前，将载体密封件布置在催化器衬底和气体导引板之间。
[0036] 接下来，根据
附图进一步解释本发明的
实施例，其不应理解为限制性的。
[0037] 其中：
[0038] 图1显示了带有在催化器壳体中的催化器衬底的根据本发明的装置的实施形式的示意性的视图，
[0039] 图2显示出口侧气体导引板的俯视图。
[0040] 为了简明起见，图1只显示穿过被分割的装置的断面。观察者必须以关于轴线113
旋转对称的方式想象装置100。在入口侧气体导引板102和出口侧气体导引板103之间布置有催化器衬底101。由箭头表示的废气流106在入口侧进入到第一空腔105中，穿透过催化器衬底101并流到第二空腔107中。从该处，废气流106被导引穿过位于气体导引板103中的排气口108。通过如下方式而将该排气口加入到气体导引板中，即，将板部分地切割并将留空部分109翻边，从而，催化器衬底101被固定。气体导引板102和103及外壁104形成催化器壳体。图1显示这样的实施形式，在该实施形式中，催化器衬底101显示在引导槽111中，该引导槽111被折入到板中。此外，图1显示了载体密封件110。
[0041] 图2显示了带有排气口201的出口侧气体导引板200的俯视图。在该示例中，通过如下方式而制造排气口201，即，将气体导引板200切割以产生切割棱边202。俯视图中无法显示的剩余的材料被翻边并形成留空部分，该留空部分在图1中设有参考标号109。
