CN101086219B - 内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架 - Google Patents

内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架 Download PDF

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Abstract

一种内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架包括具有适配于与排气处理催化剂直接连接的出口法兰的收集器室。位于收集器室内的多个转向导叶将流自流道的排气引导到收集器室中。连接排气法兰的流道与本发明装置的出口法兰是基本上共面的。本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的一个优点是，催化剂效率因为排气以更高温度到达催化剂且具有更加均匀的流速而提高。

Description

内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架 
技术领域
本发明涉及内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架，该装置不仅充当用于收集从发动机汽缸头流出的排气的排气歧管，还用于直接安装的排气后处理催化剂。 
背景技术
排气歧管或排气集管已在多汽缸往复式内燃机上使用多年。已知的排气歧管或排气集管简单地收集来自汽缸头排气口的气体并将这些气体传送到排气管。通常，催化剂包含在排气管的下游。 
虽然紧密耦合催化剂在汽车业界是已知的，但这样的催化剂通常并不以其入口与排气流道呈共面关系来安装。结果，穿过催化剂的流速并不均匀且通常因为排气歧管内的流量和热量损失而减缓。因此，美国专利6,840,039公开了一种包括位于催化剂上游的渐扩渐缩部分的排气歧管。显然，渐扩渐缩部分所宣称的一个目的是降低排气热，但这会导致增加催化剂活化时间的明显缺点。 
本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架对从歧管流道进入排气收集器室的单个流提供较好的流导向，使得向直接安装到出口法兰上的催化剂的正面提供均匀的速度分布以及均匀的温度分布，同时保存排气热。这可以促进更快的催化剂活化。 
发明内容
一种内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架包括具有适配于与排气处理催化剂连接的出口结构的收集器室，及适配于安装到从发动机汽缸头引出的多个排气口上的多个排气法兰。排气流道从每个排气法兰延伸到收集器室。位于收集器室内的多个转向导叶以均匀的速度及温度分布引导从流道流出并流入收集器室的排气。这些转向导叶与收集器室的至少一个壁集成形成。配置导叶，使得离开收集器室的气体具有均匀的流速曲线。 
根据本发明的另一个方面，布置收集器室，排气法兰，及排气流道，使得可以使用具有多个平行轴的紧固件/驱动器来同时驱动用于将排气流导向器兼催化剂安装支架连接到发动机汽缸头的多个紧固件。收集器室的出口结构和排气流道基本上是共面的。收集器室的出口法兰和排气法兰平面之间的夹角约为45度。 
根据本发明的另一个方面，汽车往复式内燃机包括汽缸体，安装在汽缸体上的汽缸头，及发动机用的排气流导向器，催化剂安装支架，及发动机排气处理催化剂。 
本发明的流导向器兼催化剂安装支架较佳地由铸造金属构建，诸如含铁铸造金属，这样的金属更精确地称为铸铁和/或铸钢。 
本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的一个优点是，发动机排气口与催化剂正面之间的距离得以最小化，但在可在单次操作中连接到发动机的流导向器兼催化剂安装支架的背景下才如此。 
本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的另一个优点是，催化剂效率因为排气以更高温度到达催化剂且具有更加均匀的流速而提高。均匀的流速转换为对催化剂的全部量的更有效利用，从而提高了催化剂效率。 
本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的又一个优点是，因为催化剂以避免热量损失和流体流量损失两者的更有效方式接收排气，所以对某些汽车来说可以免去车底催化剂，这产生了较大的附带的成本节约。此外，在一个汽车发动机的情况下，可以通过去除不需要的车底催化剂而从3.5L发动机产生附加的15马力。此功率增加归功于排气反压力的减少。 
本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的再一个优点是，从汽车的车底去除催化剂导致汽车乘客室内的热量累积更少。 
本发明的其他优点以及特征和目标将对本说明书的读者变得显而易见。 
附图说明
图1是本发明的内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架的透视图。 
图2是本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的俯视图，其中示出了用多个螺纹紧固件安装到发动机汽缸头18上的该装置。 
图3是具有本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的本发明的内燃机14的截面图，附图3还示出了汽缸体15、汽缸头18及排气道34。 
图4是图3所示排气流导向器兼催化剂安装支架的放大图。 
具体实施方式
如图1所示，排气流导向器兼催化剂安装支架10通过排气法兰30连接到发动机。排气流道38a、38b及38c从每个排气法兰30延伸到收集器室22，收集器室22在图3和图4中详细地示出。图4还示出了穿过主要的催化剂元件48的正面50的速度曲线P。图4中所示的排气催化剂46具有两个块或单片衬底48和54。如图4所示，速度曲线基本上是均匀的。这意味着全部催化剂都将被用于实现所需的排气后处理。 
图4中所示的均匀的速度曲线通过与收集器室22的壁集成形成的导叶来部分地实现。在图2中的42处示出了两个导叶。导叶42与排气流道38的布置相结合造成 流中的漩涡成分，使部分排气转向并向下导向到催化剂46的正面50上不同但重叠的部分中，使得在催化剂主要元件48的中间床部之前实现均匀的流量分布。因为这使排气流过流道38和收集器室22并流入催化剂46而不额外摩擦收集器室壁，所以排气中的热量损失得以最小化。这与很多现有技术的排气处理装置形成鲜明的对比。 
图2示出本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架的另一重要特征，由于排气法兰30、排气流道38，及出口法兰26基本上是共面的。这允许同时使用所有紧固件36，以允许在单次操作中将排气流导向器10紧固到发动机上。一旦流导向器10已连接到发动机，就可以将催化剂46(图3和图4)安装到流导向器上。 
图4示出本发明的排气流导向器兼催化剂安装支架在安装上的优点，由于催化剂46如所示直接连接到流导向器，而大容量的收集器/室如图4所示使流平滑并将其引导入催化剂块。 
还可以从图3看出，本发明的排气流导向器兼催化剂所需的包装空间得以最小化，因为中间管道以及车底催化剂可以并且已被免去。 
虽然已示出和描述了本发明的具体实施例，但本领域技术人员可以想到大量的变体和可选实施例。因此，希望本发明仅由所附权利要求限定。 

Claims (16)

1.一种内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架，包括：
具有适配于与排气处理催化剂连接的出口结构的收集器室；
适配于安装到从发动机汽缸头引出的多个排气口上的多个排气法兰；
多个排气流道，所述流道中的一个从所述排气法兰中的一个延伸到所述收集器室；及
多个转向导叶，所述转向导叶位于所述收集器室内并用于引导从所述流道流出并流入所述收集器室的排气，
其中配置所述转向导叶与所述排气流道，使得离开所述收集器室的气体转向并导向到连接到所述流导向器兼催化剂安装支架的催化剂上不同但重叠的部分中，使得经过所述催化剂时实现均匀的流量分布。
2.如权利要求1所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述转向导叶与所述收集器室的至少一个壁集成形成。
3.如权利要求1所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，布置所述收集器室，所述排气法兰，及所述排气流道，使得可以使用具有多个平行轴的紧固件驱动器来同时驱动用于将所述排气流导向器兼催化剂安装支架连接到发动机汽缸头的多个紧固件。
4.如权利要求1所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述收集器室的所述出口结构与所述多个排气法兰的平面之间的夹角约为45度。
5.如权利要求1所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述收集器室的所述出口结构与所述排气流道基本上是共面的。
6.如权利要求1所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，配置所述收集器室的所述出口结构，以用于排气催化剂的直接安装。
7.一种内燃机的排气流导向器兼催化剂安装支架，所述内燃机具有排气处理催化剂，所述排气流导向器兼催化剂安装支架包括：
具有适配于与排气处理催化剂连接的出口法兰的收集器室；
适配于安装到从发动机汽缸头引出的多个排气口上的多个排气法兰，且所述排气处理催化剂直接连接到所述出口法兰；
多个排气流道，所述流道中的一个从所述排气法兰中的一个延伸到所述收集器室；及
多个转向导叶，所述转向导叶位于所述收集器室内并用于引导流过所述流道并流入所述催化剂的排气，配置所述导叶，以使通过所述催化剂的排气流速曲线基本上不变。
8.如权利要求7所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述排气处理催化剂包括至少一个单片衬底。
9.如权利要求7所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述排气处理催化剂包括多个单片衬底。
10.如权利要求7所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述收集器室的所述出口法兰与所述排气法兰基本上是共面的。
11.一种汽车往复式内燃机，包括：
汽缸体；
安装在所述汽缸体上的汽缸头；及
排气流导向器，催化剂安装支架，及排气处理催化剂，包括：
具有适配于与排气处理催化剂连接的出口法兰的收集器室；
适配于安装到从所述汽缸头引出的多个排气口上的多个排气法兰；
多个排气流道，所述流道中的一个从所述排气法兰中的一个延伸到所述收集器室；
直接连接到所述出口法兰的排气处理催化剂，所述催化剂具有邻接所述收集器室的正面；及
多个转向导叶，所述转向导叶位于所述收集器室内并用于引导流过所述流道并流入所述催化剂的不同部分的排气，使得在所述催化剂的正面上实现均匀的流量分布。
12.如权利要求11所述的内燃机，其特征在于，以基本上共面的配置来布置所述排气流道与所述出口法兰。
13.一种内燃机排气流导向器兼催化剂安装支架，包括：
具有适配于与排气处理催化剂直接连接的出口法兰的收集器室；
适配于安装到从发动机汽缸头引出的多个排气口上的多个排气法兰；
多个排气流道，所述流道中的一个从所述排气法兰中的一个延伸到所述收集器室，配置所述排气流道与所述出口法兰，使得所述出口法兰与所述流道基本上共面；及
多个转向导叶，所述转向导叶位于所述收集器室内并用于引导流过所述流道并流入所述收集器室的不同部分的排气。
14.如权利要求13所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述排气流过所述流道并流入所述收集器室的不同部分而不额外摩擦收集器室壁以减少排气中的热量损失。
15.如权利要求13所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述流导向器兼催化剂安装支架由铸造金属构成。
16.如权利要求15所述的排气流导向器兼催化剂安装支架，其特征在于，所述流导向器兼催化剂安装支架由含铁铸造金属构成。
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