CN102691550A - 内燃发动机的排气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃发动机的排气处理装置。一种内燃发动机具有排气处理系统，其包括：具有第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的中心轴线向外倾斜的壁，圆锥部的壁和漏斗状部的壁在它们之间限定绝缘间隙；和在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内的绝缘缓冲垫材料环状带。

Description

内燃发动机的排气处理装置
技术领域
本发明示例性的实施例涉及一种用于内燃发动机的排气处理装置，且更具体地涉及一种具有热高效构造的排气处理装置。
背景技术
用于内燃发动机的典型排气系统可涉及将排气处理系统或者组件布置成与内燃发动机排气歧管紧密流体连通。这种排气处理系统是典型的催化装置，其中受限制的排气组分(如CO，HC，NoX，颗粒等)被转化为非受限制的化合物(如CO2，H2O等)。紧密地联接到发动机排气歧管的排气处理系统最小化了发动机与排气处理系统之间的排气热损失，从而导致更高温度和更快的催化活化，因为通常用于处理发动机排气组分的催化剂化合物通常在超过350℃的温度下以最佳效率运行。
在排气处理系统的示例性实施例中，多个催化装置可以被布置在每个端部都被进口或者出口锥封闭的组合式壳体或者罐中。进口和出口锥与内燃发动机的排气系统流体连通。每个催化装置都通常被构建成涂有催化剂的、由陶瓷或者金属构成的流通基底，其由布置在所述流通基底的外表面和所述罐的内壁之间的绝缘缓冲垫材料支撑在所述罐的内部。轴向延伸的间隙可以被定位在每个催化装置之间并作为监测排气处理系统性能的各种传感器的定位点是有用处的。轴向延伸的间隙通常不获得布置在流通基底的外表面和所述罐的内壁之间的绝缘缓冲垫材料所带来的绝缘益处，因此，壳体或者罐的一部分可能将直接经受排气的高温，从而导致壳体或者罐的外表面的一部分达到必须使用额外的隔热罩的温度。建议组合式壳体包含布置在轴向延伸间隙区域的绝缘垫。这种方案可以使用壳体件的其中之一的锥形部分来限定布置有绝缘垫的间隙。这种设计会在这样的组装过程中遭受损害，在多个壳体件通过滑动的轴向叠加而相互接合时，该组装过程要求所述垫保持尺寸稳定。这种滑动组装方法可能导致所述垫的尺寸受损。
发明内容
在本发明的示例性实施例中，用于减少内燃发动机产生的受限排气组分的排气处理系统包括：包含第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定出绝缘间隙；和绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
在本发明的另一个示例性实施例中，提供了一种用于减少由内燃发动机产生的受限排气成分的排气处理系统的装配方法，所述排气处理系统包括：具有第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，所述圆锥部包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，所述漏斗状部包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁限定出位于它们之间的绝缘间隙；绝缘缓冲垫材料环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。所述方法包括：围绕所述圆锥部的所述壁布置所述绝缘缓冲垫材料的环状带；和沿着所述中心轴线一起轴向地移动所述第一罐部分和所述第二罐部分，直到所述漏斗状部的所述壁的端部围绕所述第一罐部分的外表面周向地定位并与所述第一罐部分的所述外表面邻接，从而在所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁之间限定绝缘间隙，其中，所述绝缘缓冲垫材料的环状带处于所述壁之间的压缩下从而将所述材料固定在所述绝缘间隙内的合适位置。
在本发明的又一个示例性实施例中，一种具有排气处理系统以减少其产生的受限排气组分的内燃发动机包括构造成引导来自发动机的排气的排气歧管。分体积常规罐式催化转化器构造成接收所述排气，并包括具有第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定绝缘间隙；和绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
本发明进一步提供了下面的方案：
1、一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括：
包含第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；
从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；
从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定出绝缘间隙；和
绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
2、如方案1所述的排气处理系统，还包括：
布置在所述第一罐部分中的第一催化剂基底；
布置在所述第二罐部分中的第二催化剂基底；
介于所述第一催化剂基底的外表面和所述第一罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；
介于所述第二催化剂基底的外表面和所述第二罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；和
限定在所述第一催化剂基底和所述第二催化剂基底之间的轴向延伸间隙。
3、如方案1所述的排气处理系统，其中所述圆锥部的所述壁朝着所述多件式罐的所述中心轴线向内以范围在大约5°到大约45°的角度“α”倾斜。
4、如方案3所述的排气处理系统，其中所述漏斗状部的所述壁远离所述多件式罐的所述中心轴线向外以范围在大约5°到大约45°的角度“β”倾斜。
5、如方案4所述的排气处理系统，其中所述角度“α”等于所述角度“β”。
6、如方案1所述的排气处理系统，其中所述第一罐部分具有直径D1，而所述第二罐部分具有直径D2。
7、如方案6所述的排气处理系统，其中所述直径D1大于所述直径D2。
8、如方案2所述的排气处理系统，其中所述第一催化剂基底具有直径d1，而所述第二催化剂基底具有直径d2。
9、如方案8所述的排气处理系统，其中直径d1大于直径d2。
10、一种装配用于内燃发动机的排气处理系统的方法，所述排气处理系统包括：具有第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，所述圆锥部包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，所述漏斗状部包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁限定出位于它们之间的绝缘间隙；绝缘缓冲垫材料环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内，所述方法包括：
围绕所述圆锥部的所述壁布置所述绝缘缓冲垫材料的环状带；和
沿着所述中心轴线一起轴向地移动所述第一罐部分和所述第二罐部分，直到所述漏斗状部的所述壁的端部围绕所述第一罐部分的外表面周向地定位并与所述第一罐部分的所述外表面邻接，从而在所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁之间限定绝缘间隙，其中，所述绝缘缓冲垫材料的环状带处于所述壁之间的压缩下从而将所述材料固定在所述绝缘间隙内的合适位置。
11、如方案10所述的装配排气处理系统的方法，还包括通过焊接将所述第一和第二罐部分固定在一起。
12、一种具有排气处理系统的内燃发动机，包括：二构造成引导来自发动机的排气的排气歧管；
构造成接收所述排气的分体积常规罐式催化转化器，包括：
包含第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；
从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；
从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定绝缘间隙；和
绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
13、如方案12所述的内燃发动机，还包括：
布置在所述第一罐部分中的第一催化剂基底；
布置在所述第二罐部分中的第二催化剂基底；
介于在第一催化剂基底的外表面圆周和第一罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；
介于在第二催化剂基底的外表面圆周和第二罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；和
限定在所述第一和第二催化剂基底之间的轴向延伸间隙。
14、如方案12所述的内燃发动机，其中所述圆锥部的壁朝着多件式罐的中心轴线向内以范围在大约5°到大约45°的角度“α”倾斜。
15、如方案14所述的内燃发动机，其中所述漏斗状部的壁远离多件式罐的中心轴线向外以范围在大约5°到大约45°的角度“β”倾斜。
16、如方案15所述的内燃发动机，其中角度“α”等于角度“β”。
17、如方案12所述的内燃发动机，其中所述第一罐部分具有直径D1，而所述第二罐部分具有直径D2。
18、如方案17所述的内燃发动机，其中直径D1大于直径D2。
19、如方案13所述的内燃发动机，其中第一催化剂基底具有直径d1，而第二催化剂基底具有直径d2。
20、如方案19所述的内燃发动机，其中直径d1大于直径d2。
结合附图，从下面对本发明的详细描述中将容易清楚本发明上述的特点和优点，和其它特点和优点。
附图说明
其他特征，优点和细节将仅以示例的方式在下面实施例的具体描述中给出，所述具体描述参考下面附图：
图1是体现本发明特征的内燃发动机的排气处理系统的正视图；
图2是在多件式罐组装之前取的图1的排气处理系统的一部分的截面图；以及
图3是在多件式罐组装后取的图1的排气处理系统的一部分的截面图。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的，并不意于限制本发明、其应用或者使用。应当理解的是，对于所有的附图，相同的参考标记指示相同或者相应的部件和特征。
现在参考图1，示例性的实施例涉及排气系统10，其用于减少内燃发动机12产生的受限制排气组分。应明白内燃发动机12可以是多种结构和类型中的一种，例如汽油机或者柴油机，直列或者V型构造。为了便于描述和讨论，本发明将采用如图1所示的直列四气缸汽油发动机来进行讨论。内燃发动机12包括气缸体14，其通常由铸铁或者轻质合金例如铝构成。气缸体14的下端被油盘16封闭，同时上端被气缸盖18封闭。
在示例性实施例中，气缸盖18与排气歧管26相关联，排气歧管26构造成从其中引导燃烧组分或者排气27。参考图1，图2和图3，在示例性实施例中，排气处理系统40包括构造成支撑多个催化剂基底的多件式罐41。在示出的示例性实施例中，排气处理系统40可以被称作分体积公共罐(Split Volume CommonCan，“SVCC”)式催化转化器，其在内部具有轴向对齐设置的第一和第二催化剂基底44和45。催化剂基底44，45可以分别由陶瓷蜂窝式、金属蜂窝式或者其它适宜的结构构成。
在示例性实施例中，主要为从每个基底44，45的上游流体进口48至下游流体出口50直接路径的排气通道46可以被大体上纵向延伸的壁52限定，在所述壁52上涂覆有各种催化材料(未示出)使得流经催化剂基底44，45的排气27与催化材料相接触从而开始化学转化过程。例如，在示例性实施例中，当排气27横穿过第一催化剂基底44的长度时，包括例如铂(Pt)，钯(Pd)，铑(Rh)的铂族金属或者其它适宜的氧化催化剂，或者它们的混合的贵金属或者铂族金属催化剂化合物在氧(“O2”)存在的情况下催化一氧化碳(“CO”)氧化成二氧化碳(CO2)，以及催化氧化各种碳氢化合物包括气态HC和液态HC颗粒，包括可能已经进入到排气27中的未燃燃料或者油和HC还原剂，以生成CO2和H2O。当排气横穿过第二催化剂基底45的长度时，包括例如铂(Pt)，钯(Pd)，铑(Rh)的铂族金属或者其它适宜的氧化催化剂，或者它们的混合的贵金属或者铂族金属催化剂化合物在氧(“O2”)存在的情况下催化其余的一氧化碳(“CO”)氧化成二氧化碳(CO2)，以及催化氧化各种其余的碳氢化合物包括气态HC和液态HC颗粒，包括可能已经进入到排气27中的未燃燃料或者油和HC还原剂，以生成CO2和H2O。催化剂化合物的其它组合，例如选择性催化还原(“SCR”)催化剂，当然也可以使用，且将基于各种参数，例如发动机类型(如，柴油或汽油)以及内燃发动机12的应用和/或所述内燃发动机被运行的车辆类型来选择。
关闭所述罐41的第一进口端54的是与气缸盖18的排气歧管26流体连通的进口端锥56，其被构造成从中接收排气并将分别通过第一和第二催化剂基底44，45输送。相似地，关闭所述多件式罐41的第二出口端58的是出口端锥60，其可被构造成圆锥状或者半圆锥状构造以将排气平稳输送到排气管62，收集器的出口端锥60与排气管62流体连通。
尤其参考图2和图3，在示例性实施例中，绝缘缓冲垫材料64介于在流通基底44，45的外表面圆周66和所述罐41的内壁68之间。所述垫材料64可以是通常称为膨胀垫的类型，或者可以是非膨胀垫。垫材料64的选择取决于排气处理系统40所应用于的内燃发动机10和其它情况。不论所选择的绝缘缓冲垫材料64的类型，垫材料都操作成在多件式罐41内支撑催化剂基底44，45，从而防止外部撞击和在其内移动所造成的损害。另外，垫材料64在催化剂基底44，45和多件式罐41的内壁68之间限定热屏障以降低其外壁70的温度。
尤其参考图2和图3，多件式罐41包括第一罐部分72和第二罐部分74。每个罐部分72，74都被构造成分别支撑催化剂基底44，45中的一个。第一罐部分72具有直径D1，而第二罐部分74具有直径D2，其中D1＞D2。相似地，第一催化剂基底44具有直径d1，第二催化剂基底45具有直径d2，其中d1＞d2。从第一罐部分72的端部76轴向延伸的是圆锥部78。圆锥部78包括朝着多件式罐41的中心轴线82向内以范围可以在大约5°到大约45°的角度“α”倾斜的壁80。角度“α”的选择将基于若干因素，如圆锥部78的壁80的轴向长度和D1＞D2的程度。从第二罐部分74的端部84轴向延伸的是漏斗状部86。漏斗状部86包括远离多件式罐41的中心轴线82向外以范围可以在大约5°到大约45°的角度“β”倾斜的壁88。角度“β”的选择将基于若干因素，例如漏斗状部86的壁88的轴向长度和D1＞D2的程度，且更具体地，角度“α”。在示例性实施例中，角度“α”等于“β”。
参考图2，在装配SVCC催化转化器的多件式罐41之前，当第一和第二罐部分被设置成轴向对齐时，第一罐部分72的圆锥部78的端部90和第二罐部分74的漏斗状部86的端部92限定径向隔开部“L”，绝缘缓冲垫材料94的环状带可以围绕圆锥部78的壁80布置。随后，第一和第二罐部分72，74将被一起沿着中心轴线82轴向移动，直到漏斗状部86的端部92围绕第一罐部分72的外壁70周向地定位并与第一罐部分72的外壁70邻接，如图3所示。如图3所示，当第一和第二罐部分一起沿着中心轴线82轴向移动时，在圆锥部78的壁80和漏斗状部86的壁88之间限定绝缘间隙98。间隙98围绕分别在第一和第二催化剂基底44和45之间限定的轴向延伸的间隙100周向延伸，并将绝缘缓冲垫材料94的环状带限定在其中。当第一和第二罐部分72，74分别沿着中心轴线82一起被轴向移动时，位于圆锥部78的壁80和漏斗状部86的壁88之间的径向隔开部“L”被减小成隔开部“L2”，其中“L”＞“L2”。在多件式罐的装配期间轴向延伸间隙的径向减小用作将绝缘缓冲垫材料94的环状带置于压缩之下，从而将所述材料固定在绝缘间隙98内的合适位置，且避免了在垫材料94上施加可能造成垫的尺寸损坏而无法有效地隔绝轴向延伸间隙100的滑动力。第一和第二罐部分72，74随后通过在102处焊接或者其它合适的连接方式被固定在一起。在示例性实施例中，如图1和图3所示，传感器安装部104可以被布置在轴向延伸间隙100中。所述传感器安装部104构造成接收多个传感器例如温度传感器、NOX传感器、氧气传感器或者其组合中的一个。
尽管已经参照示例性的实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员应当理解的是，在没有超出本发明的范围的情况下，可以进行各种改变且可以用等同物来替换其元件。另外，在没有超出本发明实质范围的情况下，可以进行各种修正以便适应根据本发明教导的特定的条件或者材料。因此，本发明并不意图局限于作为实施本发明所构思的最佳模式而披露的特定实施例，相反本发明将包括在落入本申请范围之内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括：
包含第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；
从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；
从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定出绝缘间隙；和
绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
2.如权利要求1所述的排气处理系统，还包括：
布置在所述第一罐部分中的第一催化剂基底；
布置在所述第二罐部分中的第二催化剂基底；
介于所述第一催化剂基底的外表面和所述第一罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；
介于所述第二催化剂基底的外表面和所述第二罐部分的内壁之间的绝缘缓冲垫材料；和
限定在所述第一催化剂基底和所述第二催化剂基底之间的轴向延伸间隙。
3.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述圆锥部的所述壁朝着所述多件式罐的所述中心轴线向内以范围在大约5°到大约45°的角度“α倾斜。
4.如权利要求3所述的排气处理系统，其中所述漏斗状部的所述壁远离所述多件式罐的所述中心轴线向外以范围在大约5°到大约45°的角度节”倾斜。
5.如权利要求4所述的排气处理系统，其中所述角度“α”等于所述角度“β”。
6.如权利要求1所述的排气处理系统，其中所述第一罐部分具有直径D1，而所述第二罐部分具有直径D2。
7.如权利要求6所述的排气处理系统，其中所述直径D1大于所述直径D2。
8.如权利要求2所述的排气处理系统，其中所述第一催化剂基底具有直径d1，而所述第二催化剂基底具有直径d2。
9.一种装配用于内燃发动机的排气处理系统的方法，所述排气处理系统包括：具有第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，所述圆锥部包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，所述漏斗状部包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁限定出位于它们之间的绝缘间隙；绝缘缓冲垫材料环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内，所述方法包括：
围绕所述圆锥部的所述壁布置所述绝缘缓冲垫材料的环状带；和
沿着所述中心轴线一起轴向地移动所述第一罐部分和所述第二罐部分，直到所述漏斗状部的所述壁的端部围绕所述第一罐部分的外表面周向地定位并与所述第一罐部分的所述外表面邻接，从而在所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁之间限定绝缘间隙，其中，所述绝缘缓冲垫材料的环状带处于所述壁之间的压缩下从而将所述材料固定在所述绝缘间隙内的合适位置。
10.一种具有排气处理系统的内燃发动机，包括：
构造成引导来自发动机的排气的排气歧管；
构造成接收所述排气的分体积公共罐催化转化器，包括：
包含第一罐部分和第二罐部分的多件式罐；
从所述第一罐部分的端部轴向延伸的圆锥部，其包括朝着所述多件式罐的中心轴线向内倾斜的壁；
从所述第二罐部分的端部轴向延伸的漏斗状部，其包括远离所述多件式罐的所述中心轴线向外倾斜的壁，所述圆锥部的所述壁和所述漏斗状部的所述壁在它们之间限定绝缘间隙；和
绝缘缓冲垫材料的环状带，其在所述壁的压缩下被布置在所述绝缘间隙内。
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