СОТОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ С ГИБКИМИ МЕСТАМИ СОЕДИНЕНИЯ
HONEYCOMB ELEMENT WITH FLEXIBLE CONNECTION POINTS

Настоящее изобретение относится к сотовому элементу со множеством каналов, образованному по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным листом фольги. Листы фольги характеризуются при этом направлением их изгиба и в местах соединения соединены сами с собой или с по меньшей мере одним другим гладким или профилированным листом фольги. Подобные сотовые элементы используются прежде всего в качестве носителей каталитических нейтрализаторов в системах выпуска отработавших газов (ОГ), образующихся при работе нестационарных двигателей внутреннего сгорания (ДВС).
Преимущество сотовых элементов, используемых для снижения токсичности ОГ, образующихся при работе ДВС, таких, например, как дизельные двигатели или двигатели с принудительным воспламенением рабочей смеси, состоит в том, что такие сотовые элементы имеют поверхность особо большой площади, благодаря чему обеспечивается очень тесный контакт проходящего через сотовый элемент потока ОГ со стенками каналов. На такую поверхность, образуемую в принципе стенками каналов, обычно наносят покрытия из приемлемых, в некоторых случаях разных катализаторов, которые обеспечивают возможность превращения содержащихся в ОГ вредных веществ в безвредные.
Подобные сотовые элементы в принципе могут быть изготовлены из керамического или металлического материала. Однако в последнее время наиболее широкое распространение получили металлические носители каталитических нейтрализаторов благодаря возможности изготовления таких носителей из исключительно тонких материалов, например, фольги толщиной менее 50 мкм или даже менее 30 мкм. Использование такой фольги для изготовления носителей каталитических нейтрализаторов позволяет обеспечить наличие исключительно большой по своей площади геометрической поверхности, а также позволяет значительно уменьшить по сравнению с керамическими носителями потерю давления потока ОГ при его прохождении через сотовый элемент. В качестве еще одного преимущества металлических сотовых элементов можно назвать также возможность исключительно простого их соединения с остальными компонентами системы выпуска ОГ (например, с выпускным трубопроводом), поскольку в каждом случае между собой комбинируются металлические материалы.
Однако подобная сотовая структура на протяжении срока своей службы в автомобильной системе выпуска ОГ подвергается воздействию множества различных нагрузок. При этом необходимо также учитывать, что именно наложение таких отчасти экстремальных нагрузок друг на друга оказывает длительное отрицательное влияние на выносливость подобных сотовых элементов. Так, в частности, важным фактором может являться термическая нагрузка, такая, например, как воздействие экстремально высоких температур (превышающих 1000°C), значительная скорость изменения температуры при нагреве и охлаждении, а также распределение температур во входящем в сотовый элемент потоке ОГ. То же самое равным образом относится и к механической нагрузке, а именно: например, к максимальной величине ускорения, к диапазону частот возбуждения собственных колебаний, а также к газодинамической нагрузке, обусловленной пульсацией потока газа. Из сказанного со всей очевидностью следует, что именно зоны или места соединения между собой отдельных компонентов (листов фольги, корпуса и т.д.) подобного сотового элемента подвержены воздействию особо высоких нагрузок и должны по возможности максимально долго выдерживать воздействие постоянно изменяющихся термических и/или динамических нагрузок.
Из уровня техники известны способы соединения, предусматривающие помещение припоя (в виде паяльной фольги, паяльного порошка и/или паяльной пасты) в определенные зоны подобного сотового элемента для соединения между собой его металлических компонентов. Между корпусом и листами фольги сотового элемента обычно образуют полосовидные круговые зоны, которые могут проходить на части или по всей осевой протяженности сотового элемента, соответственно корпуса. Для соединения листов фольги между собой в качестве известного равным образом можно рассматривать способ, предусматривающий их соединение между собой по всему поперечному сечению сотового элемента по длине некоторого его осевого участка. Дополнительно к этому и/или вместо этого возможно также образование зон (если смотреть со стороны торца), охватывающих множество каналов с выполненным в них соединением. Таким путем паяные соединения можно располагать, если смотреть со стороны торца, по различным схемам, например, по типу концентрических колец, полосок, треугольников и иных аналогичных фигур.
Несмотря на существование уже целого ряда предложений по расположению паяных соединений по определенным схемам они, однако, оказываются не способны удовлетворить всем требованиям касательно обеспечения достаточной выносливости сотового элемента в условиях, преобладающих на сегодня в автомобильной системе выпуска ОГ.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача по меньшей мере частично решить рассмотренные выше в описании уровня техники проблемы. Задача изобретения состояла прежде всего в разработке сотового элемента, который в условиях воздействия экстремальных термических и динамических нагрузок в автомобильных системах выпуска ОГ обладал бы гораздо более длительным сроком службы. При этом главным образом места соединения листов фольги между собой должны обладать повышенным сроком службы. Дополнительно к этому сотовый элемент должен обладать явно лучшей термоударной стойкостью и улучшенными виброакустическими характеристиками.
Указанные задачи решаются с помощью сотового элемента, заявленного в п.1 формулы изобретения. Различные предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента представлены в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения. Необходимо отметить, что представленные по отдельности в зависимых пунктах формулы изобретения отличительные особенности изобретения могут использоваться в любом технически целесообразном сочетании друг с другом и могут образовывать тем самым другие варианты осуществления изобретения. Изобретение более подробно рассмотрено в последующем описании, прежде всего во взаимосвязи с прилагаемыми к нему чертежами, в котором представлены также другие особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Предлагаемый в изобретении сотовый элемент имеет множество каналов и образован по меньшей мере одним по меньшей мере частично профилированным листом фольги. Лист фольги характеризуется направлением его изгиба и в расположенных с его верхней стороны местах соединения и расположенных с его нижней стороны местах соединения соединен с самим собой или с по меньшей мере одним другим гладким листом фольги или профилированным листом фольги. Помимо этого по меньшей мере расположенные с верхней стороны места соединения или расположенные с нижней стороны места соединения определяют изогнутую линию соединения, а между местами соединения, образующими каждую изогнутую линию соединения, образованы компенсационные промежутки.
Касательно количества каналов следует отметить, что сотовый элемент предпочтительно выполнять с плотностью их расположения от 100 до 1000 каналов на кв.дюйм, прежде всего от 200 до 600 каналов на кв.дюйм. Предпочтительно далее использовать для изготовления сотового элемента несколько гладких и профилированных (например, гофрированных) листов фольги. В принципе такие листы фольги можно, например, свертывать в рулон со спиральной навивкой, однако более предпочтительно изгибать их с приданием им в поперечном сечении сотового элемента иной формы, например, S-образной, V-образной, W-образной, U-образной или иной аналогичной формы. В этом случае листы фольги располагают друг относительно друга таким образом, чтобы в конечном итоге они равномерно заполняли собой (круглое, овальное или иное аналогичное) поперечное сечение сотового элемента. Такие листы фольги соединены между собой в разных точках, в так называемых местах соединения. В предпочтительном варианте речь при этом идет о паяном соединении, прежде всего о соединении, получаемом путем высокотемпературной пайки в вакууме. Из сказанного следует также, что направление изгиба листа фольги обычно относится к готовому (свернутому в рулон, соответственно скрученному) сотовому элементу.
В отношении расположения разных мест соединения следует отметить, что профилированный лист фольги имеет двумерную протяженность, а обе его поверхности можно при этом рассматривать как верхнюю и нижнюю стороны. Места соединения предусмотрены либо только на верхней, либо только на нижней стороне листа фольги, однако обычно их предусматривают и на верхней, и на нижней сторонах листа фольги. Поскольку соседние участки листов фольги неразъемно соединяют между собой этими сторонами, обеспечивается их прочное скрепление. Расположенные с нижней стороны и/или расположенные с верхней стороны места соединения размещают таким образом, что они в сотовом элементе (в свернутом в рулон и/или скрученном виде) образуют по меньшей мере одну, предпочтительно преимущественно и прежде всего только изогнутую линию соединения. Такие линии соединения прежде всего имеют ребровидную, серповидную, дугообразную или иную аналогичную (плавно изогнутую) форму. По меньшей мере одну линию соединения, образуемую местами соединения одного типа, предпочтительно располагать таким образом, чтобы она максимум одним своим концом доходила до радиально наружного края сотового элемента. Предпочтительно, чтобы такая по меньшей мере одна линия соединения (если смотреть в поперечном сечении сотового элемента) не касалась ни центральной оси сотового элемента, ни его радиально наружного края. Кривизна линии соединения может быть разной по ее протяженности, однако предпочтительно, чтобы у по меньшей мере одной линии соединения ее радиус кривизны был больше радиуса самого сотового элемента. В особых случаях возможно также пересечение линий соединения между собой, например, линий, образуемых расположенными с верхней стороны местами соединения, с линиями, образуемыми расположенными с нижней стороны местами соединения.
Сами линии соединения, однако, не представляют собой линии жесткого скрепления участков листов фольги, а вместо этого их протяженность может изменяться в процессе работы сотового элемента из-за наличия компенсационных промежутков между местами соединения. Компенсационные промежутки тем самым прежде всего представляют собой те части линии соединения, в которых соседние участки листов фольги не соединены между собой и тем самым могут при определенных условиях удаляться друг от друга с образованием между собой увеличенной полости. Образующие одну линию места соединения и компенсационные промежутки предпочтительно располагать с попеременным чередованием, при этом на долю компенсационных промежутков предпочтительно должна приходится преобладающая часть от всей протяженности линии соединения (в свернутом в рулон, соответственно скрученном состоянии сотового элемента).
Для пояснения следует отметить, что в данном случае фактически отсутствует "непрерывная" линия, а вместо этого указанная выше и в последующем описании "линия соединения" представляет собой (геометрическое, соответственно воображаемое) соединение (фактического) множества точек или мест соединения. Обычно небольшое количество точек или мест соединения позволяет специалисту легко распознать связывающую их линию соединения. Особенно предпочтительно проверять то, что все (внутренние) места соединения определяют (точно только) одну линию соединения. Очевидно, что при этом тем не менее должны учитываться допуски, обусловленные, например, деформацией листов фольги или неточностью при создании мест соединения. Обычно не должны также приниматься в расчет отсутствующие места соединения, не оказывающие значительного влияния на гибкость реализованного (в остальном) в соответствии с изобретением сотового элемента.
Помимо этого в изобретении предлагается сотовый элемент, в любом радиальном направлении которого имеется по меньшей мере одна изогнутая линия соединения, определяемая расположенными с верхней стороны местами соединения, и по меньшей мере одна изогнутая линия соединения, определяемая расположенными с нижней стороны местами соединения. Сказанное означает, в частности, что каждый радиальный отрезок, проведенный от центральной оси сотового элемента вплоть до его радиально наружного края, по меньшей мере однократно пересекают изогнутая линия соединения, определяемая расположенными с верхней стороны местами соединения, и изогнутая линия соединения, определяемая расположенными с нижней стороны местами соединения. В предпочтительном варианте у сотового элемента в его поперечном сечении имеется по меньшей мере один круговой сектор, который пересекают более двух линий соединения, прежде всего до четырех линий соединения, которыми в особенно предпочтительном варианте являются попеременно чередующиеся между собой линии соединения, определяемые расположенными с верхней стороны местами соединения, и линии соединения, определяемые расположенными с нижней стороны местами соединения.
Предпочтительно, кроме того, чтобы в сотовом элементе все соседние линии соединения отстояли друг от друга на постоянное расстояние в направлении изгиба профилированного листа фольги. Соблюдение подобного условия равным образом позволяет поддерживать трудоемкость изготовления сотового элемента на приемлемо низком уровне с обеспечением тем не менее его высокой гибкости. Сказанное, в частности, означает, что все расположенные с верхней стороны, соответственно расположенные с нижней стороны места соединения отстоят на одинаковое расстояние от следующих мест соединения на профилированном листе фольги в направлении его изгиба.
Кроме того, в предлагаемом в изобретении сотовом элементе по меньшей мере один по меньшей мере частично профилированный лист фольги имеет профильную структуру с возвышениями и впадинами между соседними возвышениями, при этом места соединения расположены с попеременным чередованием в направлении изгиба такого листа фольги снаружи на возвышениях и на впадинах между соседними возвышениями. В особенно предпочтительном варианте каждое из мест соединения выполнено на возвышении, соответственно на впадине в виде боковых полосок, т.е. прежде всего вершина возвышения и/или впадины выполнена без соединения и практически непосредственно прилегает к соседнему листу фольги. Тем самым в основном заполненными припоем паяными участками являются прежде всего клиновидные пазухи между соседними и контактирующими между собой листами фольги. Оба таких паяных участка на отдельном возвышении или отдельной впадине обозначаются как одно паяное соединение.
Также места соединения отстоят друг от друга в направлении изгиба профилированного листа фольги на расстояние, в пределах которого расположено по меньшей мере 15 экстремумов профильной структуры профилированного листа фольги. Иными словами, в том случае, когда место соединения предусмотрено на одном возвышении профильной структуры профилированного листа фольги (на его верхней стороне), на 15-ти ближайших возвышениях, прежде всего на ближайших 20-ти или даже более экстремумах профильной структуры профилированного листа фольги, соответствующее место соединения отсутствует. При этом предпочтительно также располагать все места соединения в сотовом элементе между профилированными и гладкими листами фольги в соответствии с этим правилом, при определенных условиях за исключением краевой и/или центральной части сотового элемента. Несмотря на это на соседней с указанным возвышением впадине между возвышениями (на нижней стороне профилированного листа фольги) на меньшем удалении может быть предусмотрено место соединения с другим листом фольги. Места соединения на возвышениях предпочтительно располагать примерно по середине между местами соединения на впадинах и наоборот, при этом подобную схему расположения мест соединения при определенных условиях следует корректировать с таким расчетом, чтобы одновременно в радиальном направлении скрученного, соответственно свернутого в рулон сотового элемента отсутствовали непосредственно примыкающие друг к другу места соединения.
Такое выполнение сотового элемента обеспечивает разнесение точек соединения на очень большие расстояния и создание компенсационных промежутков между точками соединения, которые обеспечивают высокую гибкость сотовой структуры и одновременно гарантируют ее достаточную прочность.
Предпочтителен далее сотовый элемент, имеющий множество линий соединения, которые по меньшей мере отчасти характеризуются по меньшей мере одним из следующих свойств:
- по меньшей мере две линии соединения имеют разную кривизну,
- кривизна по меньшей мере одной линии соединения изменяется по ее протяженности,
- множество линий соединения, определяемых местами соединения, проходит со смещением относительно края сотового элемента и его оси,
- линии соединения, расположенные на противоположных торцах сотового элемента, не совмещены между собой,
- линии соединения, определяемые расположенными с верхней стороны местами соединения, отличаются по меньшей мере своим положением, своей кривизной или своей протяженностью от линий соединения, определяемых расположенными с нижней стороны местами соединения.
В предпочтительном варианте одновременно присутствуют по меньшей мере два или даже три указанных выше свойства. При этом кривизна относится прежде всего к (локально усредненному) радиусу кривизны линии соединения. Понятие "несовмещение" линий соединения относится прежде всего к конструкции, в которой места соединения образованы лишь вблизи обоих торцов сотового элемента, о чем более подробно говорится ниже. Сказанное, в частности, означает, что в направлении оси сотового элемента линия соединения характеризуется по меньшей мере иным положением, иной кривизной или иной протяженностью. Особенно предпочтительно одновременное наличие иных положения, кривизны и протяженности.
В таком сотовом элементе прежде всего предлагается располагать места соединения на листах фольги (в окончательном, т.е. смонтированном, положении) с интервалом друг от друга, если смотреть в направлении изгиба листов фольги, т.е., например, в направлении их S-образного изгиба, равным по меньшей мере 20 мм. В предпочтительных вариантах такой интервал между местами соединения составляет даже по меньшей мере 60 мм или даже 90 мм. При этом предпочтительно, однако, ограничивать указанный интервал между местами соединения величиной, которая обычно не превышает 150 мм. Под "интервалом" при этом подразумевается расстояние между двумя соседними местами соединения одного листа фольги с одним и тем же другим листом фольги, т.е. расстояние между двумя соседними местами соединения, расположенными только с одной стороны (только с верхней стороны, соответственно только с нижней стороны) профилированного листа фольги. Размещение мест соединения с таким интервалом между ними в конечном итоге приводит к тому, что места соединения между двумя непосредственно соседними листами фольги расположены на сравнительно большом удалении одно от другого, а прежде всего профилированный лист фольги способен эффективно компенсировать различия в свойствах (степени деформации) соседних с ним листов фольги.
Принимая во внимание ориентацию, соответственно форму изгиба листов фольги в поперечном сечении сотового элемента, равным образом предпочтительно учитывать, что в радиальном направлении сотового элемента отсутствуют непосредственно примыкающие друг к другу места соединения, соответственно линии соединения. Сказанное означает, в частности, что места соединения соседних листов фольги расположены в радиальном направлении сотового элемента не последовательно друг за другом, соответственно не вплотную друг к другу, а с отступом друг от друга, т.е. в находящихся в промежутке между местами соединения зонами контакта соседних листов фольги между собой отсутствуют места соединения, а листы фольги (лишь) прилегают друг к другу (компенсационные промежутки на линиях соединения и/или компенсационные зоны между линиями соединения). Подобная конструкция реализована в меньшей мере 85% всех возможных радиальных направлений (360°) начиная от центра сотового элемента, предпочтительно по всей поперечной или радиальной протяженности сотового элемента от его центра вплоть до корпуса, а в более предпочтительном варианте реализована даже в более чем 95% или даже более чем в 99% всех радиальных направлений. Для соблюдения такого дополнительного условия при необходимости требуется соответственно согласовывать интервал между местами соединения, который поэтому обычно не постоянен в одном слое.
В одном из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента он образован некоторым количеством профилированных листов фольги и гладких листов фольги, набранных в по меньшей мере один пакет, который в скрученном или в свернутом в рулон виде образует нескольких слоев и таким путем образует сотовый элемент, при этом граничащие между собой слои имеют попеременно чередующиеся в радиальных направлениях места соединения. Сказанное означает, что один слой образован одним гладким листом фольги и одним профилированным листом фольги. Если рассматривать (расположенный в пакете) профилированный лист фольги, он с одной стороны контактирует с гладким листом фольги собственного слоя, а с другой стороны контактирует с примыкающим к нему гладким листом фольги соседнего слоя. В данном же варианте места соединения предлагается располагать на профилированном листе фольге с попеременным чередованием с его обращенных к одному и к другому гладким листам фольги сторон (т.е. попеременно чередовать расположенные с верхней стороны и расположенные с нижней стороны места соединения). Интервал между двумя местами соединения при этом также соответствует интервалу между обоими местами соединения, расположенными с обращенной к одному и тому же гладкому листу фольги стороны профилированного листа фольги (на его верхней или на его нижней стороне). Расположение мест соединения с их попеременным чередованием обеспечивает возможность перемещения соседних листов фольги друг относительно друга в особо больших пределах, а именно: не только в направлении их изгиба, но и одновременно в радиальном направлении, соответственно в направлении, поперечном направлению их изгиба. Подобная высокая степень подвижности листов фольги друг относительно друга обеспечивает возможность внутренней деформации подобного сотового элемента в процессе его эксплуатации и позволяет значительно снизить нагрузки на сами места соединения.
В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента место соединения образовано максимум двумя паяными соединениями на соседних между собой в направлении изгиба профилированного листа фольги экстремумах его профильной структуры. Однако в особенно предпочтительном варианте каждое место соединения, соответственно множество мест соединения в сотовом элементе образовано только одним паяным соединением, и поэтому в обоих направлениях изгиба профилированного листа фольги начиная от этого отдельного экстремума его профильной структуры имеется интервал между ближайшими паяными соединениями. В соответствии с этим при создании только одного единственного паяного соединения линия соединения становится тоньше, чем в варианте с двумя паяными соединениями. Создание двух паяных соединений является лишь гарантией надежности соединения, например, в том случае, когда из-за технологических допусков точное позиционирование каждого места спая обеспечить невозможно. Если же технологические возможности позволяют обеспечить создание только одного единственного паяного соединения для образования одного места соединения, его вполне достаточно для обеспечения требуемой нагрузочной способности, а тем самым и для повышения долговечности. Совместно два паяных соединения прежде всего образуют в направлении изгиба профилированного листа фольги (без учета промежуточного расстояния между ними) одно место соединения размером не более 3 мм, главным образом даже размером лишь 1,8 мм. При этом размер места соединения, образованного единственным паяным соединением, в направлении изгиба профилированного листа фольги в предпочтительном варианте соответствует примерно 30-50% от наибольшей протяженности канала в направлении изгиба профилированного листа фольги.
В еще одном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента между местами соединения по меньшей мере в направлении изгиба профилированного листа фольги или в направлении оси сотового элемента по меньшей мере частично предусмотрены препятствующие образованию соединений средства. Такие средства прежде всего должны обеспечивать образование паяных соединений фактически только в требуемых зонах, т.е. исключать попадание припоя в те зоны, образование паяных соединений в которых нежелательно. Так, в частности, по меньшей мере один из листов фольги и/или корпус может быть снабжен пассивирующим слоем, препятствующим прилипанию припоя и/или адгезива для фиксации припоя в требуемом месте. С этой целью используются прежде всего керамические покрытия и/или оксиды металла, из которого выполнен лист фольги и/или корпус. Так, в частности, лист фольги равным образом можно также подвергать предварительному окислению перед его подачей в процесс изготовления сотового элемента. При этом в особенно предпочтительном варианте (только) каждый гладкий лист фольги (при необходимости с обеих своих сторон) имеет верхний слой из оксида алюминия. Скрепление листов фольги припоем возможно при этом только в зоне расположения требуемых мест соединения (например, в результате частичного удаления оксидного слоя в этих местах и/или путем выполнения препятствующего образованию соединений средства с пригодной для частичного сцепления с припоем структурой). Подобное препятствующее образованию соединений средство служит, кроме того, и для предотвращения образования диффузионных соединений между требуемыми местами соединения, оказывающих значительное отрицательное влияние на требуемую характеристику сотового элемента при его эксплуатации.
Для дальнейшего повышения гибкости и повышения термоударной стойкости предлагается также ограничивать протяженность мест соединения в направлении продольной протяженности каналов величиной, составляющей максимум 15 мм. Сказанное означает, в частности, что места соединения расположены только вблизи торцов сотового элемента (например, на расстоянии от края, равном максимум 3 мм, прежде всего максимум лишь 1 мм). Протяженность каждого места соединения тем самым в предпочтительном варианте составляет не более 15 мм, предпочтительно даже менее 7 мм или даже менее 3 мм. В соответствии с этим в предпочтительном варианте профилированный лист фольги вблизи обоих своих торцов имеет места соединения на однонаправленных экстремумах своей профильной структуры с одной своей стороны и/или попеременно с обеих своих сторон. Тем самым общая осевая протяженность мест соединения может составлять максимум 30 мм, однако более предпочтительно ограничивать общую осевую протяженность мест соединения (рассчитываемую как сумма протяженностей мест соединения в каждой из торцевых зон одного и того же канала) величиной, составляющей менее 12 мм. Сказанное означает также, что листы фольги на промежуточном участке, протяженность которого составляет, например, более 80% от длины сотового элемента, лишь прилегают друг к другу и полностью не соединены между собой, т.е. прежде всего не припаяны друг к другу.
Помимо этого в качестве предпочтительного следует также рассматривать вариант, в котором сотовый элемент имеет длину в направлении своей оси, при этом места соединения расположены лишь по длине его участка, протяженность которого составляет максимум 20% от длины сотового элемента, считая от по меньшей мере одного его торца. В особенно предпочтительном варианте места соединения расположены вблизи обоих торцов сотового элемента соответственно по длине двух участков, суммарная протяженность которых составляет максимум 20% от длины сотового элемента.
При создании изобретения было установлено, что подобная сотовая структура со стороны входа в нее потока ОГ нагружается положительным термоударом, а со стороны выхода из нее потока ОГ нагружается отрицательным термоударом. Сказанное означает, в частности, что положительный термоудар создает с входной стороны сотовой структуры радиальные сжимающие напряжения, которые вследствие распределенного расположения мест спая могут эффективно компенсироваться, например, в результате скручивания листов фольги. С выходной же стороны сотовой структуры преобладают, например, радиальные растягивающие напряжения, которые также могут эффективно компенсироваться благодаря расположению паяных соединений по предлагаемой в изобретении схеме. Вне зависимости от этого по меньшей мере один осевой отдельный участок сотовой структуры, соответственно по меньшей мере одно ее поперечное сечение с находящимися в нем местами соединения можно также предусматривать в других местах, например, в зоне осевой середины сотовой структуры.
Надежное соединение особо гибкой сотовой структуры с корпусом позволяет обеспечить вариант, в котором сотовая структура соединена с корпусом всеми металлическими слоями по всей своей продольной протяженности. Особенно предпочтительно при этом располагать все металлические слои таким образом, чтобы оба конца каждого из них прилегали к корпусу и тем самым по всей своей протяженности были соединены с ним, предпочтительно паяным соединением.
Для экономии припоя, используемого для соединения металлических слоев с корпусом, может также оказаться предпочтительным располагать паяные соединения, например, круговыми полосками, т.е. по схеме, при которой сотовая структура соединена с корпусом всеми образующими ее металлическими слоями, но лишь на части всей своей продольной протяженности. По такой схеме в виде круговых полосок, ширина которых предпочтительно должна составлять от 5 до 10 мм, паяные соединения может оказаться предпочтительным располагать в зоне торцов и/или в зоне осевой середины сотовой структуры. Ширину таких круговых полосок особенно предпочтительно выбирать в зависимости от осевой протяженности сотовой структуры, например, в пределах от 5 до 30% от ее осевой протяженности.
В еще одном особенно предпочтительном варианте в поперечном сечении сотового элемента на этом его продольном участке образовано множество точек контакта листа(-ов) фольги, при этом соединения выполнены максимум в 20%, прежде всего даже максимум в 10% или даже лишь в 5%, от всего количества таких точек контакта (например, от всего количества точек контакта между возвышениями/впадинами профильной структуры профилированного листа фольги и гладким листом фольги).
В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента он имеет корпус и образован по меньшей мере одним свернутым в рулон с S-образной скруткой пакетом, набранным из некоторого количества профилированных листов фольги и гладких листов фольги, при этом все листы фольги обоими своими концами изнутри прилегают к корпусу и соединены с ним на участке сотового элемента в направлении его оси. При этом S-образный изгиб листов фольги является особо предпочтительным, поскольку тем самым обеспечивается возможность прилегания всех (продольных) концов листов фольги к корпусу сотового элемента. Поскольку в данном случае концы листов фольги надежно соединяются с корпусом сотового элемента, прежде всего по длине участка, занимающего по меньшей мере 80% от длины корпуса сотового элемента, обеспечивается фиксация сотового элемента в самом корпусе. Тем самым концы листов фольги оказываются жестко и долговечно зафиксированы в корпусе, тогда как компенсация различий в поведении листов фольги под действием тепловых и динамических нагрузок может обеспечиваться во внутренней части сотового элемента за счет соответствующего смещения листов фольги друг относительно друга.
Предлагаемый в изобретении сотовый элемент наиболее предпочтительно использовать в устройстве для снижения токсичности ОГ, прежде всего в таковом, применяемом на автомобиле.
Ниже изобретение, а также необходимые для его реализации технические средства более подробно рассмотрены на примере особенно предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Необходимо отметить, что представленные на этих чертежах варианты осуществления изобретения не ограничивают его объем. На прилагаемых к описанию схематичных чертежах, в частности, показано:
на фиг.1 - автомобиль с системой выпуска ОГ,
на фиг.2 - вид в продольном разрезе предлагаемого в изобретении сотового элемента, выполненного по одному из вариантов,
на фиг.3 - первый фрагмент набранного из листов фольги пакета для изготовления предлагаемого в изобретении сотового элемента,
на фиг.4 - еще один фрагмент выполненного по другому варианту набранного из листов фольги пакета для изготовления предлагаемого в изобретении сотового элемента и
на фиг.5 - вид с торца предлагаемого в изобретении сотового элемента, выполненного по одному из вариантов.
На фиг.1 схематично показана конструкция системы выпуска ОГ, которой оснащен автомобиль 26. Автомобиль 26 имеет ДВС 30, например, двигатель с принудительным воспламенением рабочей смеси или дизельный двигатель. ОГ, образующиеся при сгорании топлива в ДВС, по соответствующему выпускному трубопроводу 29 поступают в устройство 25 для снижения их токсичности. В этом устройстве содержащиеся в ОГ вредные вещества по меньшей мере частично превращаются в безвредные вещества, благодаря чему в окружающую среду в конечном итоге выбрасываются лишь относительно безвредные компоненты ОГ. Очевидно, что количество, тип и/или расположение таких устройств 25 для снижения токсичности ОГ в подобной системе выпуска ОГ могут/может варьироваться во многих отношениях, и поэтому в данном случае лишь в качестве примера рассматривается возможное выполнение одного предлагаемого в изобретении сотового элемента 1, схематично показанного в выпускном трубопроводе 29.
Конструкция сотового элемента 1 более детально показана, например, на фиг.2. На этом чертеже сотовый элемент 1 (круглого сечения) показан в продольном разрезе вдоль своей оси 20. Сотовый элемент 1 снаружи ограничен корпусом 22, который выполнен прежде всего в виде металлической трубы. Внутри корпуса 22 находится собственно сотовый элемент 1 со множеством каналов 2. Такие (отдельные, по меньшей мере частично отделенные друг от друга) каналы 2 проходят между обоими торцами 21 и расположены в основном параллельно друг другу. Направление 17 продольной протяженности каналов при этом в основном параллельно оси 20, а именно: по всей длине 19 сотового элемента 1. Однако, как очевидно, подобное расположение каналов не является строго обязательным, и прежде всего каналы могут быть также ориентированы в иных направлениях 17 их продольной протяженности. Помимо этого и стенки каналов не обязательно должны проходить прямолинейно, при этом в каналах могут быть также предусмотрены обращенные в направлении оси сотового элемента профильные элементы (например, потоконаправляющие поверхности) и/или соединяющие между собой соседние каналы 2 отверстия или проходы.
Стенки каналов 2 сотового элемента 1 обычно снабжены каталитически активным покрытием 36, и поэтому ОГ, которые в рассматриваемом примере поступают в сотовый элемент в направлении 27 своего потока, при своем прохождении по каналам 2 вводятся в контакт с катализатором. С этой целью в каналах 2, соответственно наряду с ними могут быть предусмотрены места завихрения потока ОГ и/или успокоительные зоны, интенсифицирующие контактирование ОГ со стенкой канала.
Между сотовым элементом 1 и корпусом 22 выполнено боковое соединение 31 (предпочтительно в виде паяного соединения), а именно: по длине непрерывного участка 24, протяженность которого (почти) соответствует длине 19 сотового элемента 1. Таким путем прежде всего обеспечивается надежное соединение всех образующих сотовый элемент 1 листов фольги с корпусом 22.
Вблизи каждого из обоих торцов 21 сотовый элемент имеет по показанному заштрихованным участку соединения. При этом следует отметить, что на этом участке, даже если он в данном случае и показан целиком заштрихованным, места соединения расположены лишь на достаточном удалении одно от другого и со смещением друг относительно друга. Протяженность 18 мест соединения, считая от каждого из торцов 21 сотового элемента, при этом составляет максимум 15 мм, предпочтительно, однако, максимум 5 мм.
На фиг.3 показан пакет 9, имеющий множество слоев 10 из профилированных листов фольги 3 и гладких листов фольги 5. Пакет 9 показан при этом в еще не свернутом в рулон состоянии, т.е. имеет в основном прямолинейный вид в направлении 4 (будущего) изгиба. Помимо этого разными цветами обозначено расположение друг относительно друга мест 6 соединения листов фольги. Учитывая тот факт, что подобные места 6 соединения (паяные соединения) образуются лишь в собранном состоянии сотового элемента, т.е. в свернутом в рулон и помещенном затем в корпус состоянии пакета, на фиг.3 показаны прежде всего места расположения адгезива, на который по завершении процесса свертывания пакета в рулон наносится, например, порошковый припой, который в конечном итоге и образует условно показанные в данном случае в качестве примера расположенные с верхней стороны профилированного листа фольги 3 места 6 соединения и расположенные с его нижней стороны места 37 соединения. Внизу на фиг.3 обозначено расстояние 7, на которое в направлении 4 изгиба друг от друга отстоят однотипные, расположенные с нижней стороны места 37 соединения, т.е. в данном случае места соединения, обращенные к нижнему гладкому листу фольги, и которое составляет по меньшей мере 20 мм. Благодаря расположению соответствующих мест соединения в пакете на равном расстоянии 7 друг от друга обеспечивается, например, также расположение всех соседних линий 33 соединения на постоянном расстоянии 7 друг от друга в направлении 4 изгиба в готовом сотовом элементе 1. Из приведенного на данном чертеже изображения следует также, что расположенные с верхней стороны места 6 соединения (обозначены более темным цветом), обращенные к другому (верхнему) листу фольги, предпочтительно располагать по середине между расположенными с нижней стороны местами 37 соединения (обозначены более светлым цветом).
На фиг.4 показан иной вариант, в котором каждое место 6, 37 соединения образовано двумя паяными соединениями 11 на соседних экстремумах 12 профильной (рельефной) структуры профилированного листа фольги, т.е. либо на возвышениях 14, либо на впадинах 15 между соседними возвышениями. Между местами 6, 37 соединения расположено по множеству экстремумов 12 профильной структуры 13 профилированного листа фольги 3. В этом отношении необходимо лишь отметить, что обычно количество экстремумов 12 профильной структуры между однотипными (обозначенными одним и тем же цветом) местами соединения в направлении изгиба соответствующего слоя существенно больше того, которое в качестве примера показано на чертеже, и прежде всего составляет не менее 15.
Как показано далее на фиг.4, гладкие листы фольги 5 снабжены препятствующим образованию соединений слоем 16. Несмотря на то, что в предпочтительном варианте такой слой предусмотрен с верхней стороны 34 и нижней стороны 35 гладкого листа фольги 5, в исключительных ситуациях вполне может также оказаться достаточным предусматривать оксидный слой только с одной стороны гладких листов фольги. В любом случае должно также исключаться соединение между собой листов фольги вне мест соединения, например, вследствие диффузии, и тем самым должна обеспечиваться возможность образования под нагрузкой сравнительно больших полостей 28. Иными словами, в качестве основополагающего можно придерживаться того правила, что подобная полость 28 образована, например, участком гладкого листа фольги 5 и участком профилированного листа фольги 3 и ограничена двумя однотипными местами соединения (в данном случае показано для расположенных с нижней стороны мест соединения), а также расположенным между ними участком профилированного листа фольги 3 с по меньшей мере 15-го экстремумами 12 его профильной структуры. При соблюдении подобного условия обеспечивается особо высокая деформируемость полости 28, соответственно гибкое расположение соседних листов фольги, а именно: в направлении 4 изгиба, с одной стороны, и в поперечном ему направлении, с другой стороны.
На фиг.5 на примере выполненного по одному из вариантов сотового элемента 1 показана схема расположения паяных соединений в его поперечном сечении 40. Сотовый элемент 1 образован множеством гладких 5 и профилированных 3 листов фольги, свернутых в рулон с S-образной скруткой. Радиально снаружи сотового элемента, т.е. по его краю 39, к корпусу 22 прилегают все концы 23 слоев 10, образованных листами фольги, соответственно сами листы фольги. Гладкие и гофрированные листы фольги образуют множество каналов 2.
В отношении схемы расположения паяных соединений следует отметить, что расположенные с верхней стороны места 6 соединения (обозначенные в данном случае белым цветом) и расположенные с нижней стороны места 37 соединения (обозначенные в данном случае черным цветом) образуют по изогнутой линии 33 соединения, а между местами соединения, образующими каждую изогнутую линию 33 соединения, образованы компенсационные промежутки 38. На долю таких компенсационных промежутков 38 от всей протяженности 41 линий 33 соединения приходится при этом преобладающая часть, т.е. прежде всего существенно более 80%. Из приведенного на чертеже изображения следует далее, что в любом радиальном направлении 8 сотового элемента 1 имеются по меньшей мере одна изогнутая линия 33 соединения, образуемая расположенными с верхней стороны местами 6 соединения, и по меньшей мере одна изогнутая линия 33 соединения, образуемая расположенными с нижней стороны местами 37 соединения. В специально выделенном на чертеже круговом секторе 42 ограничивающие его радиальные линии пересекают на участке от центра сотового элемента до его края 39 даже до четырех линий 33 соединения и при этом могут также пересекать поочередно разнотипные линии 33 соединения. Линии 33 соединения проходят при этом преимущественно от точки вблизи центральной части 32 сотового элемента вплоть до его края 39, не следуя при этом радиальному направлению 8.
Из приведенного на фиг.5 изображения со всей очевидностью следует также, что в радиальном направлении 8 сотового элемента 1 никакие из мест 6, 37 соединения, соответственно никакие из линий 33 соединения не примыкают непосредственно друг к другу. Между линиями 33 соединения, если смотреть в радиальном направлении 8, образованы компенсационные зоны 43, допускающие перемещение расположенных между линиями 33 соединения участков листов фольги друг относительно друга в результате их деформации (не имеющая соединений зона). В центральной части 32 сотового элемента образовано сравнительно мало (по сравнению с его радиально внешней кольцевой частью) мест соединения. В отношении выбранного обозначения мест соединения следует отметить, что черными точками обозначены, например, места соединения с верхней стороны (расположенные с верхней стороны места 6 соединения), а белыми точками - места соединения с нижней стороны (расположенные с нижней стороны места 37 соединения) профилированного листа фольги 3 (который обычно используется за начало отсчета). Соответствующие места соединения в пакете образуют в его свернутом в рулон состоянии линии 33 соединения, при этом совершенно очевидно, что в каждом из радиальных направлений 8 сотового элемента никакие из мест соединения не примыкают непосредственно друг к другу, а вместо этого между ними всегда находятся листы фольги без зон соединения. При этом в радиальном направлении 8 расположенные с верхней стороны места 6 соединения и расположенные с нижней стороны места 37 соединения чередуются между собой. В показанном на чертеже варианте профилированные листы фольги 3 и гладкие листы фольги 5 соединены между собой лишь в 20% всех возможных мест их контакта друг с другом. Если рассматривать места соединения по отдельности (причем каждое место соединения в этом случае образовано двумя местами спая) на долю соединений приходится даже лишь около 10%. Резюмируя все вышесказанное, можно также констатировать, что с торцевой стороны сотового элемента образующие его листы фольги более не соединяют между собой пайкой в сплошных по его поперечному сечению двухмерных зонах, а вместо этого соединяют в показанных на чертеже лишь схематично местах 6, 37 соединения, образующих серповидные, соответственно дугообразные линии 33 соединения.