專利名稱：小體積吸附器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶一吸附器的用來吸附廢氣中至少一種組分的裝置，吸附器對于廢氣是可流通的。這種類型的吸附器特別地用在汽車內燃機的排氣系統中。
為了滿足全世界變得越來越嚴的廢氣限量當今遵循不同的方案，以限制廢氣排放。其中特別是在內燃機冷起動以后排氣裝置的排放性能受到很大重視。在冷起動以后排放性能的評定根據不同的行駛循環，例如按照US-FTP75測試循環進行，FTP75-測試循環的行駛路線由三個速度曲線組合而成，這些速度是在美國Los Angeles的馬路上在早晨上班時間測量的。FTP75測試循環例如在Robert Bosch責任有限公司的“卡車技術手冊”(第22版，DüsseldorfVDI出版社，1995年)中作了介紹。
為了凈化廢氣使用催化器。催化器具有一個催化活性表面，它在一定的溫度(約250℃)起促使廢氣中的有害物質(一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物)發生化學變化。直至達到這個起動溫度的時間間隔例如可以通過使用可電加熱的催化器縮短。但是變得更嚴的排放限制要求，即使在剛剛冷起動以后也只有很少的碳氫化合物排出。為此適于使用吸附器，它起這樣的作用，即儲存在冷起動時出現的碳氫化合物分子。
已知帶有作為分子篩的沸石的吸附器。沸石是微孔的鋁硅酸鹽(Alumosilikate)(鋁-硅晶體)，它具有能夠吸收一定分子的性能。沸石結構由一種帶通道和/或空腔的四面體構架組成，其幾何形狀是沸石的特征。在汽車冷起動階段時碳氫化合物吸收在吸附器的小孔結構內(吸附階段)。碳氫化合物在吸附器上的結合強度取決于碳氫化合物的種類和存貯介質的結構。隨著工作時間的增加和廢氣溫度的提高，儲存在吸附器內的碳氫化合物解吸(解吸階段)。這發生在溫度為100至200℃之間時。
還知道，在一種排氣系統中安裝一吸附器，它在下游后置一催化器。吸附器呈現為一種熱質量，它從廢氣中吸取熱量。因此廢氣在流過后置的催化器時具有較少的熱能，由此使催化器的加熱和到達起動溫度延緩。
本發明的目的是，提供一種吸附器，它顯著減少在冷起動階段碳氫化合物的排放，并對后置催化器的加熱過程只有很小的影響。
這個目的按照本發明通過按權利要求1特征的吸附廢氣中至少一種組分的裝置來實現。優良的改進結構在從屬權利要求中給出。
按本發明的用來吸附廢氣中至少一種組分的裝置具有一吸附器，它對于廢氣是可流通的。這種裝置特別適用于汽車內燃機的排氣系統。吸附器可以借助于其容量來描述，其中下面吸附器的容量被理解為包括空腔和/或通道的體積。
按照本發明建議，吸附器容量的大小根據流過它的廢氣的平均溫度和平均質量流量(Massenstrom)來確定，其中容量大小相應于下列方程V≤a+b·t+cm+d·t2+em2+f·tm+g·t3+hm3+i·tm2+k·t2m.]]>系數a至k具有以下數值a＝0.1660393， b＝0.0033635701，c＝-1.7023186，d＝6.5277225·10-6，e＝195.657， f＝-0.1373556，g＝-9.0343024·10-9h＝-1273.9098，i＝1.0172767 k＝-1.442512·10-5這個方程是不同吸附器吸附性能的大量試驗的結果。其中模擬了不同內燃機在US-FTP75試驗循環的最初100秒鐘內產生的未處理排放(廢氣)。試驗斷定，吸附器的吸附和解吸性能主要取決于廢氣的溫度和質量流量。
通常廢氣溫度隨離開內燃機的距離的加大而減小，因為它主要在一比較冷的管道系統中流動，在此過程中它輸出熱量。然而這種管道系統可以具有用來使有害物質發生催化反應的部件，其中催化反應是放熱過程，因此催化器下游的廢氣溫度可能比上游高。在試驗時對在吸附器之前在FTP-測試最初100秒內的廢氣溫度曲線([t]=℃；攝氏度)求平均值。
在確定合適的吸附器容量時另一個重要的特征值是流過吸附器的廢氣質量流量([m]＝Kg/h；每小時公斤)。這里質量流量反映例如廢氣的加熱或冷卻效果，或者有害物質的數量或濃度。該質量流量本身的大小和成分可以例如用一發動機控制裝置(例如通過發動機的點火(提前)角或空轉轉速)或空氣的二次輸入控制。其次所要求的質量流量，特別是在空運轉(怠速)階段，取決于發動機的設計結構造型，因為例如由于發動機內的摩擦(例如在閥、活塞或軸承處)引起的不同損耗由結構造型決定。在設計吸附器容量時借助于廢氣質量流量可以很容易地考慮到這些不同的因素。這里平均質量流量同樣也與在FTP測試的最初100秒內內燃機的排放性能有關。
這些試驗的結果令人驚訝地表明，和一般的看法相反具有比較小的容量的吸附器就足夠了。其中這可以歸結為，在確定用來確定吸附器容量的按本發明的公式時除吸附器的存儲能力外還考慮了吸附器的熱質量，和從而考慮了設置在下游的催化器的加熱性能。小的容量顯現出小的熱質量，因此從廢氣中吸取較少的熱量。
按照一種實施形式吸附器具有帶沸石結構的涂層，其中涂層特別是用鋁硅酸鹽(鋁-硅晶體)制成。沸石的結構的幾何特性可以方便地與碳氫化合物分子的大小和種類相匹配。沸石結構有這樣的優點，即提供大量通道和/或空腔，在這里實現與待儲存的碳氫化合物分子比較強的結合。
按照另一種實施形式吸附器具有板層，它們至少局部形成這樣的構造，使它們對于廢氣是可流通的。具有板層的吸附器有這樣的優點，即它在相同的容量時與例如由陶瓷組成的吸附器相比具有較大的表面積和較小的壓力損失。
按照另一種實施形式板層用具有0.02mm至0.08mm厚度的板材制成。這種比較薄的板保證吸附器的熱容量較小以及這樣不減少從廢氣中吸收的熱能。
按照又一種實施形式吸附器具有可以由廢氣沿流動方向流通的通道，其中在垂直于流動方向的橫截面內的通道數量至少為600cpsi(每平方英寸通道數)。通道的數量多可供使用的表面積便大，由此例如用一個沸石涂層保證吸附器很大的存儲容量。
附圖示意表示
圖1一按本發明的用來吸附廢氣中的至少一種組分的帶一裝在汽車內燃機的排氣系統內的吸附器的裝置，圖2按圖1的吸附器的大大放大了的透視圖。
圖1表示按本發明的用來吸附廢氣中的至少一種組分的帶一裝在(未畫出的)卡車的內燃機4的排氣系統3內的吸附器2的裝置1，其中在廢氣的下游吸附器2之后連接一催化器9。廢氣的流動方向S通過一箭頭相應地表示。
圖2表示按圖1的吸附器2的大大放大了的透視圖。吸附器2可以借助于其容量V描述。它可以由帶沸石結構的涂層5和/或通過至少局部形成某種構造(strukturiert)的板6、7，例如光滑的板層6和波紋的板層7構成，板層構成對于廢氣可流通的通道8。
具有按本發明所要求的容量V的吸附器2根據流過它的廢氣的特性以優良的方法做得特別緊湊，并且特別是改善了設置在下游的催化器9的冷起動性能。
附圖標記表1 用于吸附的裝置 2 吸附器3 排氣系統4 內燃機5 涂層6 光滑板層
7 波紋板層 8 通道9 催化器S 流動方向 V 吸附器2的容量
權利要求
1.用來吸附特別是汽車內燃機(4)的排氣系統(3)內的廢氣中的至少一種組分的裝置(1)，帶一具有一容量(V)的吸附器(2)，吸附器對于具有一定溫度和質量流量的廢氣是可流通的，其特征為容量(V)的大小相應于以下方程V≤a+b·t+cm+d·t2+em2+f·tm+g·t3+hm3+i·tm2+k·t2m,]]>其中V＝吸附器的容量[L]，t＝廢氣的平均溫度[℃]，m＝廢氣的平均質量流量[Kg/h]，a＝0.1660393， b＝0.0033635701，c＝-1.7023186， d＝6.5277225·10-6，e＝195.657， f＝-0.1373556，g＝-9.0343024·10-9， h＝-1273.9098，i＝1.0172767 k＝-1.442512·10-5
2.按權利要求1所述的裝置(1)，其特征為吸附器(2)具有帶一個沸石結構的涂層(5)。
3. 按權利要求1或2所述的裝置(1)，其特征為吸附器(2)具有至少局部形成這種結構構造的板層(6；7)，使它們對于廢氣是可流通的。
4.按權利要求3所述的裝置(1)，其特征為板層(6；7)用具有0.02mm至0.08mm厚度的板材(6；7)制成。
5.按權利要求1至4之任一項所述的裝置(1)，其特征為吸附器(2)具有可被廢氣沿流動方向(S)流通的通道(8)，其中在垂直于流動方向(S)的橫截面單位面積內通道(8)的數量至少為600cpsi。
全文摘要
用來吸附特別是在汽車內燃機(4)的排氣系統(3)內的廢氣中的至少一種組分的裝置(1)。該裝置有一具有容量(V)的吸附器(2)，其中吸附器(2)對于具有一定溫度和流量的廢氣是可流通的，其特征為容量(V)的大小相應于以下方程(I)，其中V＝吸附器的容量[L]，t＝廢氣的平均溫度[℃]，m＝廢氣的平均流量[Kg/h]。具有這種容量(V)的吸附器(2)根據流過它的廢氣的特性可以做得特別緊湊，從而改善例如設置在下游的催化器(9)的冷起動性能。
文檔編號B01D53/94GK1429312SQ01809529
公開日2003年7月9日 申請日期2001年5月25日 優先權日2000年6月2日
發明者R·布呂克, P·希爾特 申請人:排放技術有限公司