CN103080492A - 排气处理系统和组装方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机的排气处理系统包括设置在排气处理系统中的绝缘和缓冲垫材料以及膜薄片套筒，其真空封装并且使其中的绝缘和缓冲垫材料密封。

Description

排气处理系统和组装方法

相关申请的交叉引用

本发明申请要求2010年9月2日提交的美国临时专利申请No. 61/379,538的优先权，其通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及用于内燃发动机的排气系统，且更具体地涉及排气处理系统和组装方法。

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（典型地氧化催化装置）布置成与内燃发动机的排气歧管紧密相邻。这种排气处理系统（在此例中称作紧密联接排气处理系统）是典型的催化装置，其中受控制的排气组分（如CO、HC、NO_x、颗粒等）可被转化为非受控制的化合物（如CO₂、H₂O等）。紧密联接到发动机排气歧管最小化了其在发动机与排气处理系统之间行进时的排气热损失，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的催化剂化合物在超过350℃的温度下以最佳效率运行，最小化热损失是重要的。

在所述的排气处理系统的示例性实施例中，催化装置可以设置在包括单件汽缸的壳体或者罐中，或者在每个端部都被进口或者出口锥封闭的汽缸构件附近，进口和出口锥与内燃发动机的排气系统流体连通。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周边和所述罐的内壁之间的绝缘和缓冲垫材料支撑在所述罐的内部。

排气处理系统的组装可涉及使用填充压杆，其中涂有催化剂的流体基底包裹在垫材料中，然后通过填充压杆轴向插入（即，填充）通过填充桩并进入罐中。填充桩在垫材料进入罐时压缩垫材料，允许其一旦基底在罐中正确定位时再膨胀。尽管过程对于排气处理系统的组装会是有效的，但是填充桩有时候会使垫不对齐或损坏，导致在内燃发动机的操作期间的耐久性问题。

发明内容

在本发明的示例性实施例中，一种组装用于内燃发动机的排气处理系统的方法，用于内燃发动机的排气处理系包括设置在罐中的基底和插入基底的外表面周边和罐的内壁之间的绝缘和缓冲垫材料，所述方法包括将绝缘和缓冲垫材料插入膜薄片套筒中，使绝缘和缓冲垫材料经受压缩过程，所述压缩过程将垫材料压缩成小于未压缩厚度的标称厚度，将绝缘和缓冲垫材料密封在膜薄片套筒中并且将垫插入罐中。

在本发明的另一示例性实施例中，一种用于内燃发动机的排气系统包括排气处理系统，其具有设置在罐中的基底，插入基底的外表面周边和罐的内壁之间的绝缘和缓冲垫材料，以及膜薄片套筒，其使绝缘和缓冲垫材料压缩和密封成小于未压缩厚度的标称厚度。

在本发明的另一示例性实施例中，一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括设置在排气处理系统中的绝缘和缓冲垫材料，以及膜薄片套筒，其真空封装并且使绝缘和缓冲垫材料密封成小于未压缩厚度的标称厚度。

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

其他目的、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和相关排气处理系统的正视图；

图2是体现本发明特征的图1的排气处理系统的剖视图；

图3是在未压缩状态的图2的排气处理系统的绝缘和缓冲垫材料的视图；

图4是在其中安装之前，在压缩状态的图2的排气处理系统的绝缘和缓冲垫材料的视图；以及

图5是体现本发明特征的绝缘和缓冲垫材料和基底组装的视图。

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，相同的附图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的受控制的排气组分。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和阀盖20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28。参考图1和图2，在示例性实施例中，排气处理系统40包括构造成支撑催化剂基底的罐41。在图中示出的示例性实施例中，排气处理系统40构造成分体积公共罐（Split Volume Common Can，“SVCC”）式催化转化器，其分别具有第一和第二催化剂基底44和45。催化剂基底44，45可以由陶瓷蜂窝式、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和45的排气28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28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，或者它们的组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，其包括可能已经引入到排气28中的未燃燃料或者油以及HC还原剂，以生成H₂O。当排气28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，或者它们的组合的贵金属或者铂族金属催化剂化合物在氧（“O₂”）存在的情况下催化任何其余的（即，“滑动的”）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，其包括可能已经引入到排气28中的未燃燃料或者油以及HC还原剂，以生成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，当然也被构思，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。当然构思了单个催化剂可以安装在排气处理系统40的罐41中来代替上述第一和第二催化剂基底44和45而不影响本发明应用的范围。另外，一个或多个基底可以包括未催化的过滤基底，如在排气颗粒捕集部中普遍使用的，其也不影响本发明应用的范围。

关闭罐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。进口锥56构造成接收排气28并将分别通过第一和第二催化剂基底44和45输送。相似地，关闭罐41的第二出口端58的是出口端锥60，其可构造成圆锥状或者半圆锥状构造以将排气28平稳输送到排气管62，出口端锥60与排气管62流体连通。

尤其参考图2、图3和图4，绝缘和缓冲垫材料64介于在流通基底44，45的外表面66的周边和罐41的内壁68之间。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12以及其它情况。不论所选择的绝缘和缓冲垫材料64的类型，垫材料都操作成在罐41内支撑第一和第二催化剂基底44，45，从而防止外部撞击和在其内基底移动所造成的损害。另外，垫材料64在催化剂基底44，45和罐41的内壁68之间限定热屏障由此降低罐41的外壁70的温度。

在示例性实施例中，并且具体参照图3和4，在第一和第二催化剂基底44、45插入罐41之前，每个基底在绝缘和缓冲垫材料64的层中包裹。绝缘和缓冲垫材料64被切割或以其他方式形成为基底44、45的外部尺寸。在设定尺寸之后，绝缘和缓冲垫材料64被插入膜薄片套筒72中并且经受垫材料的压缩到标称厚度“t”，图4中的“t”小于图3中的其未压缩厚度“T”。绝缘和缓冲垫材料64密封在膜薄片套筒72中从而维持垫在其压缩状态。在示例性实施例中，垫材料的压缩通过真空到膜薄片套筒72的应用，随后在真空下套筒密封。垫材料的真空压缩的替代方式是利用适合压力机的机械压缩。在示例性实施例中，膜薄片套筒72包括低有机膜薄片（“LOFL”），其在被加热到排气处理系统40经历的温度时经受蒸发、燃烧或以其他形式消耗。尽管不限于LOFL，所选择的膜薄片套筒72从薄片组中选择，该薄片组在排气系统10的加热/操作期间将基本上完全蒸发、燃烧或以其他形式消耗从而允许绝缘和缓冲垫材料64膨胀到提供罐41内的基底44、45的完全支撑和热绝缘的尺寸。

在示例性实施例中，在绝缘和缓冲垫材料64被压缩到标称厚度“t”的真空过程之后，压缩的垫材料64围绕一个或多个基底44、45包裹，垫和基底组件轴向地插入罐41中。垫和基底组件的插入可通过使用填充压杆，如普遍已知的。然而，在使用所公开的本发明的垫和基底组件的情况下，绝缘和缓冲垫材料64将要求少的或没有由填充桩的压缩，导致了对其损坏的低风险。

在内燃发动机操作时，LOFL膜薄片套筒72将蒸发，燃烧或以其他方式消耗在热排气环境中，绝缘和缓冲垫材料64将膨胀以填充基底44、45的外表面66和罐41的内壁68之间的间隙。绝缘和缓冲垫材料64的膨胀在罐41中支撑催化剂基底44、45以防外部震动和其中基底运动导致的损坏并且限定了催化剂基底44、45和罐40的内壁68之间的热屏障，减小了罐41的外壁70的温度。

现在参照图5，还构思了绝缘和缓冲垫材料64可在未压缩状态围绕催化剂基底44、45包裹，例如图3所示。在绝缘和缓冲垫材料64应用到催化剂基底44、45之后，垫和基底组件74可放置在膜薄片套筒72中并且真空封装以围绕基底的外表面66压缩绝缘和缓冲垫材料64。垫和基底组件74例如在接缝76处密封在膜薄片套筒72中从而维持绝缘和缓冲垫材料64在其压缩状态直到垫和基底组件74安装到排气处理系统40的罐41中。

尽管本发明已经参照设置在催化剂基底和排气处理系统的罐之间的绝缘和缓冲垫材料的应用描述，由此设想本发明将同样地应用于需要处理这种垫的排气处理系统的任何区域。

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用于实施本发明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 (19)

1.一种组装用于内燃发动机的排气处理系统的方法，用于内燃发动机的排气处理系包括设置在罐中的基底和插入基底的外表面周边和罐的内壁之间的绝缘和缓冲垫材料，所述方法包括：

将绝缘和缓冲垫材料插入膜薄片套筒中；

使绝缘和缓冲垫材料经受压缩过程，所述压缩过程将垫材料压缩成小于未压缩厚度的标称厚度；

将绝缘和缓冲垫材料密封在膜薄片套筒中；并且

将垫插入罐中。

2.根据权利要求1所述的排气处理系统的组装方法，其特征在于，其进一步包括：

操作内燃发动机以在热排气环境中使膜薄片套筒蒸发，燃烧或以其他方式消耗，从而使绝缘和缓冲垫材料膨胀。

3.根据权利要求1所述的排气处理系统的组装方法，其特征在于，压缩过程包括应用真空到包含绝缘和缓冲垫材料的膜薄片套筒。

4.根据权利要求1所述的排气处理系统的组装方法，其特征在于，其进一步包括：

在垫插入罐之前，围绕基底包裹压缩的绝缘和缓冲材料；并且

将垫包裹的基底插入罐中。

5.根据权利要求1所述的排气处理系统的组装方法，其特征在于，其进一步包括：

围绕基底包裹未压缩的绝缘和缓冲材料；

使垫包裹的基底经受压缩过程，所述压缩过程将垫材料压缩成小于未压缩厚度的标称厚度；

将垫包裹的基底密封在膜薄片套筒中；并且

将垫包裹的和薄片密封的基底插入罐中。

6.一种用于内燃发动机的排气系统，包括：

排气处理系统，其具有设置在罐中的基底；

插入基底的外表面周边和罐的内壁之间的绝缘和缓冲垫材料；以及

膜薄片套筒，其使绝缘和缓冲垫材料压缩和密封成小于未压缩厚度的标称厚度。

7.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，使绝缘和缓冲垫材料压缩和密封包括应用真空到膜薄片套筒。

8.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，膜薄片套筒包括膜薄片，其在加热时蒸发和/或燃烧。

9.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，膜薄片套筒包括低有机膜薄片。

10.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，基底包括涂有催化剂的基底。

11.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，催化剂包括贵金属或者铂族金属催化剂化合物，其包括例如铂（Pt），钯（Pd），铑（Rh）的铂族金属或者其它适宜的氧化催化剂，或者它们的组合。

12.根据权利要求6所述的用于内燃发动机的排气系统，其特征在于，罐进一步包括：

第一进口端，其由与内燃发动机的气缸盖的排气歧管流体连通的进口端锥关闭；以及

第二出口端，其由与排气系统的排气管流体连通的出口端锥关闭。

13.一种用于内燃发动机的排气处理系统，包括：

设置在排气处理系统中的绝缘和缓冲垫材料；以及

膜薄片套筒，其真空封装并且使绝缘和缓冲垫材料密封成小于未压缩厚度的标称厚度。

14.根据权利要求13所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，膜薄片套筒包括膜薄片，其在加热时蒸发和/或燃烧。

15.根据权利要求13所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，膜薄片套筒包括低有机膜薄片。

16.根据权利要求13所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，膜薄片套筒真空封装并且使绝缘和缓冲垫材料和其中的催化剂基底密封。

17.根据权利要求16所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，基底包括涂有催化剂的基底。

18.根据权利要求17所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，催化剂包括贵金属或者铂族金属催化剂化合物，其包括例如铂（Pt），钯（Pd），铑（Rh）的铂族金属或者其它适宜的氧化催化剂，或者它们的组合。

19.根据权利要求16所述的用于内燃发动机的排气处理系统，其特征在于，其进一步包括：

罐，其包围膜薄片套筒，绝缘和缓冲垫材料和其中的催化剂基底；

第一罐进口端，其由与内燃发动机的气缸盖的排气歧管流体连通的进口端锥关闭；以及

第二出口端，其由与排气系统的排气管流体连通的出口端锥关闭。

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