本发明涉及内燃机，特别是两冲程内燃机的废气催化净化装置。 内燃机，特别是按两冲程原理工作的内燃机，要求一定的废气排放装置结构来保证有效的换气过程（充入汽化燃料，换气和排除废气）。这些工作过程的有效性不仅取决于消音器适当的调整，还取决于在发动机废气出口和消音器之间区域的结构措施。例如，反射面和/或膨胀室（也叫排气管壳）安置在排气管中或紧接在排气管后，从而对气体动力学施加积极的影响。
常规的废气催化净化系统（例如松散催化剂系统或整体催化剂系统，在多种情况下可安置于靠近发动机的排气系统的某个部分中），由于会产生排气的反压力以及对气体动力振动的干拢，已经证明会使二冲程发动机的效率降低。
此外，由于焦油物等使装置易于阻塞。例如，当发动机在某些工况下运转，这种阻塞有时会发生在整体式催化剂系统中。不论在什么状态下，使用常规整体式催化剂系统总是不利的。这是由于它们对于较小容积具有十分高的转换潜力，使它们暴露于发动机高排放的具有十分高的放热产物之中，从而使它们面临热损伤的危险，甚至有被熔化的危险。本发明的目的是提供一种废气净化系统，该系统更适合于这种类型的发动机。
本发明的目的是这样达到的，可选择形成排气管或膨胀室一部分地外套管被安置在排气管，带孔的内管安置在外套管内，并与外套管有间隔，内管的形状与外套管的形状相配，在内管的一面或两面涂有废气净化催化剂，由至少一个连接板来形成外套管和内管之间的间隔，该连接板连接内外管，从而形成环形室，该室可被内管中的突出物或珠形物所阻断，上述外套管和内管之间的间隔在1.02到1.20mm的范围内，这取决于外套管内径和内管外径之比。
本发明同样适用于四冲程发动机，因为这类发动机也要求废气系统的良好的调整。
在本发明的废气净化装置中，外套管（1）可以是任何形状，内管则与外套管相配成形，因此得到几乎为等横截面的环形室（5），圆锥形的环形室同样构成本发明的一部分。
由于所选择的尺寸，使环形室（5）仅占据外套管（1）的容积的一小部分。环形室（5）以及孔眼增加了催化剂区域的扰动，从而增加了气体交换。在本发明装置的基本结构中，通过环形间隙使上述作用得到加强。该间隙在两端都是开口，并保证气体回流过催化剂涂敷的内管。对于某些发动机的结构，可以将环形室至少在一端的任何位置封闭，最好是通过加宽内管端部的方法或利用焊接或焊料实现该封闭。
当孔眼为圆形孔时，这些在内管上的圆孔的直径范围是0.75mm到10mm，孔与孔之间的间隔范围是1.0mm到15mm。孔的直径最好是从1.5mm到6mm，孔之间的间隔最好是2.0mm到7.5mm。内管上可以有不同直径，有规律地排列在整个管上的孔。
孔眼不一定是圆形，也可以是矩形，缝口形或任何其它形状，或这些不同形状的组合。因此，除了圆孔之外，也可以采用矩形孔或缝口形式的孔或任何其它形式的孔，或这些不同形式孔的组合。此外，在内管长度范围，孔的大小和数量可以变化，内管管体可由金属网或硬钢丝所组成。
对于不同的实施例，孔的相对自由表面积（孔眼的总面积）为5%到80%，最好是20%到60%。
内管上的孔可以通过深冲向上和/或向下指向的凸起来成形，从而使在内管上作为扰流器的孔的作用得到加强。
内管可由两个半壳结合在一起而形成，特别是考虑制造上的技术原因而这样做的。这也导致环形室剖分为两半。
内管由同样涂覆着催化剂的金属丝网、拉伸的金属或其它带孔的管所环绕和嵌贴，通过用这种环绕和嵌贴，使管的几何表面积得到增加，从而达到提高有害物质转化率的目的。
按照本发明的装置，即可作为主催化剂系统，又可以作为与任何结构的主催化剂系统串连安置的预催化剂系统。该装置可以作为预催化剂系统置放于整体主催化剂系统（6）之前。当本装置作为预催化剂系统时，有害物质的部分转化会导致温度上升，从而促使（甚至是必要的）使安置在排气系统冷却器部分的主催化剂系统开始工作。当污染物浓度很高，同时废气又在高温状态，部分转换的优点在于减小了高温损害的影响，这是由于在预催化剂系统和主催化剂系统之间的废气受到冷却，从而防止由热造成主催化剂系统过早的破坏和钝化作用。从下面给出的实际应用的例子可以看出，当本发明的装置作为主催化剂系统应用时，该装置的转换效率惊人的高。另外，当本发明的装置在两轮车辆上作为主催化剂系统应用时，它可以满足目前的和将来的排放限制值。
所使用的催化剂可以是用于奥托（otto）发动机的废气净化的含有贵重金属和/或非贵重金属的任何常规配方。
含有铂（Pt）、钯（Pd）和/或铑（Rh），装载在耐热氧化载体材料（AL2O3，SiO2，硅酸铝）上的贵重金属催化剂是特别合适的催化剂，为活化和改善热稳定性，载体材料可带有氧化添加剂，比如CeO2，ZrO2，碱金属氧化物和/或稀土金属氧化物。
为了改善带孔的管形体的耐热性以及涂敷层的粘着性，在氧化载体材料应用之前可通过喷沙，火焰喷涂或铝化作为初步处理。
例1.
由耐高温钢1.4841制作的带有小孔的圆锥形弯曲的管的直径为30mm和55mm，展开长度为345mm，小孔的直径为2mm，小孔之间的间距为3.15mm，该圆锥形管在900℃的空气中回火处理3个小时。
然后，弯曲的管体由弥散度约为40%的r-AL2O3（150m2/g），铈乙酸盐和氧锆基乙酸盐所镶衬，在120℃下烘干，并在600℃下煅烧两个小时。涂敷层的量AL2O3为7.5g，CeO2为2g，ZrO2为0.5g。然后，管状体浸渍在Pt（NH3）4（OH）2和Rh（NO3）3的溶液中（重量比为Pt∶Rh＝5∶1），在400℃的成形气体（N2∶H2＝95∶5）下烘干和还原。
贵重金属的添加量为每部分0.24g。
例2.
利用图1所示的试验装置对例1中提出的催化剂做了试验。在内管的外径和外套管的内径之间的环形间隙为1mm。
试验用车辆为二轮摩托车，装有风冷两冲程的单缸发动机，冲程容积为148Cm3。该两轮摩托车在每分钟8100转的额定转速下的功率为14Kw。使用的燃料为机油和汽油1∶50的混合燃料。
按照ECE R40的试验规则，该车辆是在柱型试验台上进行试验的。在催化剂入口的废气温度，在试验循环中是在250℃到650℃之间变化。废气分析采用恒体积进样（CVS）原理。
下面是得到的排放结果
CO HC+NOx
g/Km g/Km
没有催化剂 3.25 5.86
有催化剂 1.13 2.56
对于CO的转换率为68%，对于（HC+NOx）的转换率为56%。
通过使用这种特殊结构的催化剂，可以在不对气体动力过程产生大的影响的情况下，使排放值达到1990年10月1日生效的瑞士排放限制值（CO＝8.0g/Km，HC+NOx＝3.1g/Km），如果对气体的动力过程干扰太大，将导致二冲程发动机输出功率的损失。
例3.
由耐热钢1.4828制成的锥形管的壁厚为1mm，直径为39mm和61mm，长度为150mm，并带有槽孔（长×宽＝6mm×1.5mm，连接板宽为1.3mm）。由火焰喷涂的以AL2O3为基体的粗氧化物层，通过贴附面牢牢附衬在锥形管上。然后，因此而预热了的金属管浸入到由稳定的La2O3，r-Al2O3（130m2/g）和氧化铈的42%的悬浮体中，将多余的涂层材料吹掉，管进行烘干并在500℃下回火处理两小时。在管被涂敷处理后，它带有的Al2O3为3.9g，La2O3为0.2g，CeO2为1.0g。预催化剂段是浸入在Pt（NH3）2（NO2）2和Pd（NO3）2的硝酸溶液中（重量比为Pt∶Pd＝2∶1），烘干处理并在300℃空气中煅烧。每部分贵重金属的量为125mg。
例4.
用图2所示的试验装置对例3中的催化剂进行试验。内管的外径和外套管的内径之间的环形间隙平均为1.5mm。试验用车辆为风冷两冲程单缸发动机（冲程容量为134CC）的二轮摩托车。在每分钟8100转的额定转速下，发动机功率为12Kw。使用机油和汽油比为1∶30的混合燃料。
按照ECE R40试验规则，在滚柱型试验台上对车辆进行试验。在催化剂入口的废气温度为150～420℃。废气分析采用CVS原理。
下面是得到的排放数据：
CO HC NOx
g/Km g/Km g/Km
没有催化剂 6.86 10.15 0.016
有催化剂 3.16 5.96 0.014
因此，对CO的转换率为53%，对HC为41%，对NOx为13%。
通过使用这种特殊结构的催化剂，可以适合奥地利1991年9月3日开始实施的二冲程摩托车的排放限制标准（CO＝8g/Km，HC＝7.5g/Km，NOx＝0.1g/km）。
例5.
直径为60mm，长度为75mm，晶粒密度为31晶粒/平方厘米的整体式金属载体，通过浸入r-Al2O3，铈乙酸盐和氧锆基乙酸盐的含水悬浮体中，吹掉多余的涂敷材料，并得到涂敷嵌衬。在120℃下烘干，在700℃下煅烧1小时，载体中有25g的Al2O3，5g的CeO2和1g的ZrO2。然后，浸放在Pt（NH3）4（OH）2和Rh（NO3）3的溶液中作为预催化剂段，并在300℃下烘干。当载体已被涂覆后，催化剂含有按重量比Pt∶Rh＝5∶1的贵重金属0.36g。
例6.
例3和例5的催化剂被组合在如图3所示的二冲程二轮摩托车的排气装置中。如例4那样进行试验。
下面是得到的排放值：
CO HC NOx
g/km g/km g/km
没有催化剂 6.86 10.15 0.016
有催化剂 1.10 1.45 0.014
相比例4所得的结果，本例中的转换率明显的高。对于CO的转换率为84%，在几乎同样的NOx排量的情况下，对于HC为86%。因此，这种设计尤其适于将来更为严格的排放限制的情况。
如果在图3的装置中只用例5中的催化剂，则不能得到高的转换率，这是因为没有锥形预催化剂系统，使温度水平太低的缘故。
如果例5的催化剂在预催化剂（图3）的区域中更靠近发动机，气体动力过程将受到干扰，发动机的输出功率会降低，因此，这种安置是不可行的。