CN101010496A - 净化机动车尾气的装置和该装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种机动车尾气净化装置，具有多部分外壳(10)，该多部分外壳包括管(12)和已被整形成漏斗的端壁(14)。管(12)和端壁(14)彼此配合后通过铜焊、钎焊或焊接连接在一起。

Description

净化机动车尾气的装置和该装置的制造方法
技术领域
本发明涉及包括多部分外壳的车辆尾气净化装置，所述外壳包括由连续护套部形成的管和设置在管的轴端并具有出口和入口的端壁，以及容纳在外壳中的过滤体，所述尾气流经过滤体而被过滤体净化。
背景技术
这一类型的车辆尾气净化装置例如为催化式排气净化器或微粒过滤器。过滤体例如由挤出的单片单体相互粘结而构成，尤其是SiC材料。外壳的端壁具有朝向管张开的漏斗部，并与径向环形部相邻。在装置内部的过滤体周围包绕绝缘或膨胀垫，然后在垫子的周围包绕金属片护套。通过纵向焊缝使该金属片护套变成管。然后将端壁置于管的两个轴端，管的端面与径向部分轴向相邻，但轴向部分仍然向外微凸超出管外。最终在凸出区域中将端壁焊接到管上。
端壁和管之间的焊缝被称为焊穿缝(burn-off seam)。在焊穿缝的工艺学方面需要作出大量的努力以使其能承受必需的弯曲疲劳强度。而且，需要严格地观测管轴端以及每个端壁突出的径向部分的尺寸和几何结构以获得质量一致的缝。否则，与管相比，径向部分将会在周边上或多或少地凸出，这将导致沿着周边的焊缝质量不均匀。
发明内容
本发明提供了一种车辆尾气净化装置，该车辆尾气净化装置制造简单，同时通常都具有高质量。此外，本发明还提出了一种制造该车辆尾气净化装置的方法。
在说明书开头提到的那类车辆尾气净化装置中，为此目的而设定至少一个端壁具有基本为柱形的整形护套延伸部，该护套延伸部朝向管倾斜成角，且管沿径向靠在该护套延伸部上。管和至少一个端壁，优选地管和两个端壁，都沿轴向配合在一起，然后沿径向相互靠在一起，即相互定位。从而，避免了之前所要求的端壁和管之间的复杂定位，为随后进行的焊接、铜焊或钎焊获得了较高的加工安全性。几何形状的变化导致了力通量更均匀，由于焊缝处于不同位置而消除了焊缝的切口效应。
本发明的装置不仅适于将环形的圆柱管连接到端壁上，也适于提供除三菱椭圆形(tri-oval)管之类的其它几何结构。这些管大致是三角形的，具有很圆的角；作为三角形平面的替代，也可采用弯度较大的面。
本发明的另一个优点是于内侧边缘区域中轴向夹紧在关联端壁和过滤体之间的编织的金属丝网环受到的轴向压力能被准确调节。管和端壁沿轴向相互插入，从而能对轴向偏向力进行准确的调整。
与现有技术的焊穿缝相比，端壁和管之间的缝的公差明显变小。现有技术中首要的问题是由卷绕形成的管具有不均匀的轮廓而造成的；这样的轮廓不允许相对于端壁具有预先准确确定和一致的位置。
通过使各部分相互配合，也易于避免管和端壁之间存在缝隙。
护套延伸部和/或关联管端应该朝着其轴端沿轴向向内变窄或沿轴向向外加宽，以形成插入倒角，供护套延伸部和管沿轴向相互配合在一起。这可以使装配变容易。
最容易地，通过对护套延伸部和/或关联管端进行塑性非切割成型处理，而非通过机械加工形成这一插入倒角。
根据优选的实施方式，与管的中间部分相比，内侧部分(管端或护套延伸部)更进一步地沿径向向内收缩。这一变窄的处理使得内侧部分保护所谓的包绕在过滤体周围的支持垫免遭过度的腐蚀和受热。
此外，在一种结构中，设计有护套延伸部的端壁具有朝向管扩大的漏斗部(入口或出口通道)以及与朝向管的漏斗部邻接的径向部分。因此，护套延伸部与径向部分邻接。
护套延伸部通过先进行深冲压然后进行轴向修剪而制成。仅在下一步骤中使修剪后的边缘发生沿径向向内的塑性变形，这也被称为直径减小。以下将参照附图对由此带来的优点进行讨论。
着眼于高加工安全性和简单性，一个特别优选的实施方式是如果在管和护套延伸部之间设置轴向作用的闩锁连接，则能容易地对外壳进行装配。这种闩锁连接优选充当管和护套之间的预装配位置。这意味着通过闩锁连接，端壁和管沿轴向相互配合在一起并沿轴向定位。无需任何其他的工具就可实现为进行随后的焊接、铜焊或钎焊处理而使各部分相对于彼此准确定位。沿轴向采用闩锁连接方式，沿径向采用插接式连接方式，已使端壁和管正确地对准。如此，可以降低装配管和端壁以及随后的焊接、铜焊或钎焊处理期间保持管和端壁的整个工具成本。
闩锁连接例如可由管或护套延伸部上的凹坑和至少一个凸起构成，所述凸起伸入凹坑中。凹坑和凸起简单地由各部分的塑性整形获得。
例如可以设定一个环形凸起。而且，还可以想到沿着周边间隔设置多个凸起，这可能有利于管和端壁沿轴向的相互插入。
上述本发明制造车辆尾气净化装置的方法包括以下步骤：
(a)使管和至少一个端壁沿轴向相互配合，以及
(b)采用焊接、铜焊或钎焊方式将管和端壁相互连接在一起。
如上已经解释过的一样，这获得了较高的加工安全性，而焊缝的质量波动较小。
漏斗部由对端壁进行深冲压而形成。
护套延伸部优选通过在边缘处对端壁进行深冲压而形成，向外径向伸出的凸缘从护套延伸部向自由边缘突出。该凸缘通常用于将端壁的边缘夹紧在深冲压模具中。进行深冲压加工后再切断凸缘。
这种切断应在由切割处理获得的边缘向内整形之前进行，从而能在接近的轴向公差内制造端壁。
如上已经提及的，当管和端壁相互配合到一起时，它们将被锁定从而实现轴向定位。
附图说明
通过阅读以下的说明书以及所参照的附图，本发明进一步的特征和优点将变得明白易懂。其中：
图1示出了本发明第一实施方式的车辆尾气净化装置的纵向截面图；
图2示出了图1的装置沿线II-II的横截面视图；
图3示出了图1中X表示的区域的放大视图；
图4示出了如图3所示的区域在一个稍微变动的实施方式中的视图；
图5示出了如图3所示的区域在另一个变动的实施方式中的视图；
图6示出了处于图3所示角连接区域中的装置在不同方法步骤中的视图；
图7示出了本发明另一个实施方式的装置的半剖面；以及
图8示出了图7中的管的俯视图，图中仅给出了一半视图。
具体实施方式
图1示出了装在排气系统中的车辆尾气净化装置。该装置具有三部分构成的外壳10，该外壳10包括由金属片纵向焊接并形成环绕的护套的管12，以及安装在管12的开放端面上的端壁14。外壳10中装入流过尾气的过滤体16，过滤体的形式为整体式柴油机微粒过滤器或催化式排气净化器(参见箭头)。过滤体16周围包绕着绝缘垫或膨胀垫18，其以非正向配合(non-positive fit)的方式将过滤体16支撑在外壳10中。垫18也起到公差补偿和限制外壳10施加在过滤体16上的偏向力的作用。
过滤体16和管12都具有不同于圆环形的几何形状，并被平面的或者一点都不弯曲的三个部分20以及连接部分20的三个相对非常弯曲的部分22限定(图2)。
图2中也可清楚地看到管12由包绕在过滤体16和垫18周围的金属片形成，通过焊接外部纵向边缘24使该金属片沿周边封闭。
两个端壁14由深冲压制造，每个端壁都具有一个漏斗部26，该漏斗部朝向管12扩大，分别构成了废气流入和流出的入口28和出口30。每个漏斗部26与朝向管12的径向部分32邻接。然后与径向部分32邻近的是柱形护套延伸部34，其朝向管12倾斜成角，端壁14通过该护套延伸部34而插入到管12内部，并通过该护套延伸部34沿径向抵靠在管12上。
从图3可以看出，护套延伸部34的直径朝着自由边缘36向内减小，从而与管中部区域中管12的内侧40相比，内侧38更大程度地向内伸出。在区域42，管12又朝着自由轴端轻微地沿径向向外扩宽。
这使管12和护套延伸部34都具有了插入倒角，插入倒角更便于端壁14和管12沿轴向相互配合在一起。由于护套延伸部34的自由边缘36通过塑性变形向内拉伸，过滤体16的外周和外壳10的内侧(这里为内侧40)之间的环形间隙44减小。这导致穿过环形间隙44的热气体的流速较低，因此垫18上的旁流较少，热应力较低。
如图3所示，编织的金属丝网环46可任选地沿轴向夹紧在径向部分32和过滤体16的端壁50之间，这一编织的金属丝网环进一步减少了旁流并沿轴向夹紧过滤体16。
从图3可以看出，管12的壁厚小于端壁14。管12和端壁14在管的轴端沿着整个周边被焊接、铜焊或钎焊在一起。各个焊缝以标号48表示。
图4的实施方式与以上刚描述过的方式基本对应，因而相同功能的部件用上文中已经引入的标号表示，以下将只讨论不同之处。
本实施方式中，同样示出至少端壁14配合到管12中。这里很难形成径向部分32，从而漏斗部26基本直接过渡到护套延伸部34。与图3中在护套延伸部34位于管12内侧的一片区域上接合不同，本实施方式中实际仅有线状点接合。
护套延伸部34在过滤体16的端壁50上游并从端壁的外周52沿径向向内终止。在该实施方式中，更具体地，护套延伸部34的自由边缘36向内拉伸，从而获得弧形横截面。这种结构导致流体被导向端壁50，而所导致的环形间隙44中的旁流很低。与上述实施方式不同的是，尽管护套延伸部34具有插入倒角，但管12没有倒角；管12朝着其轴端沿径向向内倾斜，从而减小环形间隙44。
在图5所示的实施方式中，管12可能朝着其轴端沿径向倾斜地向内拉伸，但端壁14配合到管12上，区域42与稍微扩大的护套延伸部34的内侧基本通过线接触的方式相接合。
现在将参见图6对处于护套延伸部区域中的端壁14的形成过程进行简单阐释。原来的平面金属片上设置有开口，该金属片在深冲压模具中沿着其外边缘(凸缘56)被夹紧后再进行深冲压。在护套延伸部34和径向部分32以及随后的漏斗部26之间形成肩部。下一步是切掉护套延伸部34外周区域中的凸缘56。修剪线以标号58表示。然后，使由修剪形成的自由边缘36沿箭头方向向内整形为插入倒角。在该整形的过程中，护套延伸部34整体稍呈锥形向内逐渐变细，或者可被迫使整体稍呈锥形向内逐渐变细。该方法使得径向部分32和自由边缘36的最外端之间的轴向尺寸d非常准确。
在稍作改变的方法中，护套延伸部34并不在深冲压过程中立即形成，这有利于形成宽得多的凸缘56′。然后将该更宽的凸缘56′切割成沿修剪边60的大小。下一步是使得到的自由边缘36′向内弯曲超过90度，从而制造出护套延伸部34和某一插入倒角。但是，由于部分材料在护套延伸部34和径向部分32之间的狭窄半径处弯曲时开始蠕变，即纵向地发生蠕变，很难将尺寸d保持在接近的公差内。
在图7和图8中，管12和端壁14已经通过在轴向上起作用的闩锁连接62、64沿轴向预装，然后再应用焊缝48。为此，管12在其左手端的区域42中设置环绕的焊道(图8)，该焊道66在内侧上形成了连续的凸起68。护套延伸部34具有对应的槽形凹坑70，当左手方的端壁14被推入到管12中时，凸起68在凹坑70中锁定。
在处于相对端的闩锁连接64中，管12具有形成于其中的点状凸起68′，该点状凸起沿径向向外伸出并咬合在护套延伸部34中接合在管端的环形凹坑70′内。另一种可选方式是护套延伸部34可以具有互补的点状凹坑70′，从而管12和端壁14相互沿周边方向取向。
应该理解端壁14当然也可以为串联的两个过滤体之间的中间件。
另外，也可采用所谓的双壁端壁单元来实施本发明。这些双壁端壁单元是形成漏斗并相互配合在一起的金属片，其优选地具有与管连接的共有点。然而，在这一连接点的后面，它们之间也可以有起到绝热作用的环形间隙。

Claims (18)

1.一种车辆尾气净化装置，其包括多部分外壳(10)和过滤体，所述多部分外壳(10)包括由连续的护套部形成的管(12)和设置在管(12)的轴端并具有入口(28)和出口(30)的端壁(14)；所述过滤体容纳在外壳(10)中，尾气流过所述过滤体并由过滤体净化，其特征在于，至少一个所述端壁(14)具有基本为柱形的整形护套延伸部(34)，所述护套延伸部朝向管(12)倾斜成角，且管(12)在径向上抵靠所述护套延伸部(34)。
2.根据权利要求1所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述护套延伸部(34)和/或所述管(12)的关联端朝着其轴端沿径向向内变窄或沿径向向外变宽而形成一插入倒角，以将所述护套延伸部(34)和所述管(12)轴向配合在一起。
3.根据权利要求2所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述护套延伸部(34)和/或所述管的关联端被塑性整形为所述插入倒角。
4.根据前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，与所述管的中部相比，所述护套延伸部(34)或所述管的关联端沿径向更进一步地向内收缩。
5.根据前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，设置有护套延伸部(34)的所述端壁(14)具有朝着管(12)扩大的漏斗部(26)，以及邻接所述漏斗部并进一步朝向管(12)的径向部(32)，所述护套延伸部(34)与所述径向部(32)邻接。
6.根据前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述护套延伸部(34)是通过深冲压然后进行修剪而形成的。
7.根据权利要求6所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述通过修剪得到的边缘(36)沿径向塑性变形。
8.根据前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，在所述管(12)和所述护套延伸部(34)之间设置轴向作用的闩锁连接(62，64)。
9.根据权利要求8所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述闩锁连接(62，64)构成了所述管(12)和所述护套延伸部(34)之间的预装配位置。
10.根据权利要求8或9所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述闩锁连接(62，64)由至少一个凹坑(70，70′)和凸出到所述凹坑(70，70′)中的至少一个凸起(68，68′)构成。
11.根据权利要求10所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，设置有环形凸起(68)。
12.根据权利要求10所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，设置有沿周边方向间隔开的几个凸起(68′)。
13.根据前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置，其特征在于，所述端壁(14)和所述管(12)在所述护套延伸部(34)的区域中被焊接、铜焊或钎焊在一起。
14.一种制造前述任意一项权利要求所述的车辆尾气净化装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将管(12)和至少一个端壁(14)沿轴向配合在一起，以及
(b)通过焊接、铜焊或钎焊将管(12)和端壁(14)连接在一起。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括对所述端壁(14)进行深冲压而形成漏斗部(26)的这一步骤。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
所述端壁(14)被深冲压而形成护套延伸部(34)，凸缘(56)从所述护套延伸部(34)沿径向向外伸出，以及
切断所述凸缘(56)。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
使切断步骤后形成的护套延伸部(34)的边缘(36)向内整形。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
当管(12)和端壁(14)相互配合好之后，将它们锁定。
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