CN104736219A - 在排气后处理或声学装置中安装多层毡、毯或垫的方法 - Google Patents

在排气后处理或声学装置中安装多层毡、毯或垫的方法 Download PDF

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Abstract

一种排气处理单元包括围绕轴线的纵向芯部、支撑垫、和渗透在支撑垫的第一和第二层之间的粉状隔离物。在组装时，首先围绕芯部缠绕垫一次，并且在进一步的卷绕之前将粉状隔离物施加至垫的未缠绕部分的表面，从而粉状隔离物在进一步的卷绕后配置在垫层之间。

Description

在排气后处理或声学装置中安装多层毡、毯或垫的方法
相关申请的交叉引用
不适用
联邦资助研究或开发
不适用
微缩胶卷/版权引用
不适用。
技术领域
本发明涉及排气处理装置，并且更具体地涉及具有垫的这种装置，该垫围围绕单块过滤器或单块催化载体结构的外周表面以用于在壳体内支撑该结构。
背景技术
已知在汽车工业中包括一种排气处理系统，其利用汽油颗粒过滤器或柴油颗粒过滤器和/或一个或更多个催化单元(例如，催化转化器、柴油氧化催化剂单元、或选择性的催化还原催化剂单元)，以改进排气的排放。在这种催化单元中，催化剂通常作为涂层承载在支撑基底结构(例如具有单块结构的陶瓷基底)上，并且在颗粒过滤器中，通常采用可为非催化性的单块过滤器结构。
典型地，这种单块结构的截面是卵形或圆形的，并且通常缠绕有支撑或安装垫的层，该层定位在单块结构与单元的外壳体之间，以有助于相对于冲击和振动力保护单块结构，该力可从壳体传递至单块结构。此外，支撑垫已包括与隔离和减少来自单块结构的热损失的材料。在美国公开No.2010-023946A1中已经显示和描述了一个此种结构，该文献在此通过引用而并入。典型地，支撑或安装垫由耐热和吸收冲击类型的材料制成，例如玻璃纤维、陶瓷纤维或石棉(rock wool)的垫。
这种结构的制造可为困难且昂贵的。此外，这种结构可能在例如车辆的使用寿命结束之前损毁或不能提供所期望的功能特征和特性。因而，提供这种单块结构是有利的，这种单块结构使它们的使用寿命最大化。
发明内容
在本发明的一方面中，提供一种用于处理来自燃烧过程的排气的排气处理单元，其包括芯部、支撑垫和隔离物。芯部具有纵向轴线和围绕纵向轴线为圆周的纵向地延伸的外表面。支撑垫具有与芯部纵向轴线平行地延伸的宽度，并且包括围绕芯部外表面周向地缠绕的第一层，和围绕第一层周向地缠绕的第二层。隔离物是粉状隔离物，并且渗透在支撑垫第一和第二层之间。
在本发明的该方面的一个形式中，粉状隔离物的最内层渗透在芯部的外表面与支撑垫第一层之间。
在本发明的该方面的另一个形式中，壳体包围围绕芯部缠绕的支撑垫的最外层。
在本发明的另一方面中，提供一种用于将支撑垫安装在排气后处理或声学装置的芯部和外壳体之间的空间内的方法，其中，该空间具有内表面和与内表面间隔开的外表面，并且内表面围绕纵向轴线延伸并且具有围绕轴线的圆周。该方法步骤包括：(1)提供支撑垫，该支撑垫具有第一端部与第二端部之间的长度和支撑垫端部之间的相反的第一和第二表面，该长度至少大于装置内表面的周长的两倍；(2)从垫第一端部开始围绕内表面缠绕支撑垫，其中垫第一表面面对装置内表面；(3)在围绕内表面缠绕支撑垫多于大约一次之前，从为离垫第一端部大约内表面周长的距离开始对垫第二表面应用粉状隔离物的层，且应用至少为内表面周长的距离；和(4)将垫压缩在装置的内表面和外表面之间。
在本发明的该方面的一个形式中，缠绕步骤包括：(a)首先围绕内表面缠绕支撑垫大约一次；和(b)然后将支撑垫的剩余部分围绕其自身和装置内表面缠绕，直至将整个垫以大体螺旋构造围绕装置内表面缠绕，其中，隔离物层应用步骤在第一缠绕步骤之后并在缠绕支撑垫的剩余部分之前执行。在其他形式中，粉状隔离物层应用步骤沿着支撑垫的剩余部分的长度应用粉状隔离物。在另一其他形式中，粉状隔离物层应用步骤跨过垫支撑表面的大致总宽度应用粉状隔离物，在又一其他形式中，粉状隔离物层应用步骤跨过垫第二表面的小于总宽度应用粉状隔离物，由此垫第二表面的侧边缘基本未被应用粉状隔离物。
在本发明的该方面的另一形式中，最初的缠绕步骤包括围绕装置的纵向轴线缠绕垫360°至370°。
在本发明的该方面的又一形式中，使粉状隔离物渗透到支撑垫中。
附图说明
图1是在其中包括本发明的排气系统的概要表示。
图2是沿着图1的2-2线作出的截面图，其显示了包括本发明的排气系统构件。
图3A是依照本发明的在垫围绕芯部缠绕之前的排气系统构件的侧视图。
图3B是垫已围绕芯部缠绕一周后的图3A的排气系统构件的侧视图。
图4A是依照本发明的一个实施例的在垫围绕芯部缠绕时的排气系统构件的等距视图。
图4B是垫已完全围绕芯部缠绕的图4A的排气系统构件的侧视图。
图5A是依照本发明的第二实施例的在垫围绕芯部缠绕时的排气系统构件的等距视图。
图5B是垫已完全围绕芯部缠绕的图5A的排气系统构件的侧视图。
图6A是依照本发明的第三实施例的在垫围绕芯部缠绕时的排气系统构件的等距视图。
图6B是图6A的排气系统构件的侧视图，其中垫已围绕芯部完全缠绕。
具体实施方式
排气系统10在图1中显为柴油排气后处理系统的形式，以处理来自(例如柴油发动机16所发生的)燃烧过程14的排气12。燃烧过程14的排气12将典型地包含多种副产物，包括：氮氧化物(NOx)(其中例如一氧化氮[NO]和二氧化氮[NO2])、颗粒物质(PM)、烃、一氧化碳(CO)。
系统10包括一个或更多个排气声学和/或后处理装置或构件18，其实例包括催化转化器、柴油氧化催化剂、柴油颗粒过滤器(DPF)、气体颗粒过滤器、贫NOx捕集器、选择性的催化还原单件、喷燃器、歧管、连接管、消声器、谐振器、尾管、排放控制系统封闭箱、隔离环、隔离的端部锥状物、隔离的端帽、隔离的入口管、和隔离的出口管，都具有任何截面几何形状。本领域技术人员将理解，前述装置18中的一些可严格地为可具有中央芯部20的金属构件，排气12流动穿过该中央芯部20，而其他这种装置18可包括为陶瓷单块结构和/或编织金属结构的形式的芯部20，排气12流动穿过该芯部20。这些装置18可有利地用于例如：机动车辆(柴油或汽油)、建筑设备、机车发动机应用(柴油或汽油)、船用发动机应用(柴油或汽油)、小型内燃机(柴油或汽油)、和固定的发电(柴油或汽油)中。
如图2所示，根据本发明的后处理装置18包括：芯部20；连续的支撑或安装垫24的至少两个层22；和至少一层粉状隔离物28，其夹在支撑垫24的至少两个相邻层22之间，并且渗透到支撑垫24的至少两个相邻层22中，其中垫层22压缩在外壳体30内。
有利地，粉状隔离物28可降低层22之间和来自芯部20和排气12的有效导热率，以及降低来自芯部20和排气12的辐射热传递。这可有益于将排气12和芯部20的温度维持在适当的、并且优选地最适于期望的(多个)催化反应(如果例如，芯部20包括催化剂)的温度范围内。然而，在一些应用中，可能期望粉状隔离物28不显著地降低层22之间和/或来自芯部20和排气12的有效导热率。
芯部20可为后处理装置18所需的任何适当的类型和构造。在图2所示出的实施例中，芯部20是承载催化剂涂层的多孔陶瓷单块结构，该催化剂涂层适用于系统10的预期功能，诸如例如，适当的氧化催化剂或适当的选择性催化还原催化剂。
芯部20可有利地具有与纵向轴线34平行地延伸的边界表面32，该纵向轴线通常将与穿过单元10的排气12的流动方向一致。穿过轴线34的芯部的截面中的边界表面32可例如为：卵形、椭圆形、三角形、矩形、或六角形。在图2实施例中，芯部20为圆柱形，其中边界表面32在截面中为圆形，中心对准在轴线34上。
支撑垫24和粉状隔离物28夹在由同心的内表面和外表面限定的空间中，其中，内表面是芯部边界表面32，且空间外表面是外壳体30的内表面36。应当理解的是，当芯部20和壳体30为圆柱形时，该空间在截面上可为环的形状，然而该空间可基于芯部20和壳体30的形状而具有其他形状，例如包括：卵形、椭圆形、三角形、矩形、或六角形。垫24和粉状隔离物28尤其有助于相对于可从壳体30传递至芯部20的冲击和振动力保护芯部20。
支撑垫24可由任何适当的材料制成，该材料中的许多是已知的，例如包括：玻璃纤维垫、石棉垫、或陶瓷纤维垫(诸如例如，耐热陶瓷纤维、莫来石陶瓷纤维、或其他高铝陶瓷纤维)。粉状隔离物28由处于粉末形式的适当的隔离材料形成，诸如例如多微孔隔离物。这种隔离物28可包括钛金红石混合物、氧化钛混合物、或气凝胶隔离物(包括可商业上获得的隔离产品，例如，在商标Microtherm®下商业地销售的那些)。
如果系统10包括多于一层隔离物28，那么各隔离物层可有利地由相同的粉状材料制成，尽管应当理解，使一个或更多个层的隔离物材料与(多个)其他层的隔离物材料不同将在本发明的范围内。
图3A-图3B例示出了组装后处理装置18的一种有利的方法。在该方法中，通过如箭头A所示围绕轴线34旋转芯部20，同时如箭头B所示，以适当的速度供应支撑垫24，从而围绕芯部20缠绕支撑垫24的第一层22。在整转(例如，使垫24围绕纵向轴线缠绕大约360°至370°)之后，如图3B所示，垫24的一个层22将完全地围绕芯部20缠绕，在此时，然后将粉状隔离物28的层26应用至支撑垫24的未缠绕的暴露表面38。
可有利地例如通过使隔离物28在支撑垫24的表面38附近喷雾或喷粉来应用粉状隔离物28。粉状隔离物28的轻便性质允许在如在本文中描述的粉状隔离物28在缠绕工序期间的直接应用。此外，可有利地应用粉状隔离物28，以便其渗透到支撑垫24中。
垫24然后通过芯部20的沿箭头A方向的持续旋转而围绕芯部20进一步缠绕，直至其以大体螺旋构造(由于材料的厚度，可能得不到如例如图4B所示出的精确螺旋构造)围绕芯部20完全缠绕。应当理解的是，粉状隔离物28将位于垫的至少一组相邻层22之间。
应当理解的是，粉状隔离物28对垫表面38的应用可在缠绕垫24时(即，当芯部20旋转时)实现，或者可停止缠绕以用于应用粉状隔离物。在任一种工序中，粉状隔离物28仅应用至垫24的暴露表面38的期望区域。如果例如在缠绕期间应用，那么可启动适当的隔离物施加装置，以仅当垫24的期望上面有隔离物28的部分经过应用装置时应用隔离物28。备选地，例如，可在围绕芯部20缠绕垫24的第一层22之后启动隔离物28在垫表面38的大区域上方的喷雾。
在垫24围绕芯部20完全缠绕(其中隔离物28的期望的层在垫层22之间)之后，可然后通过适当地压缩垫24以将芯部20和垫24安装在壳体30中，从而将整体结构组装到壳体30中(见图2)。
可实践上述方法来制造图4A-4B中显示的实施例，其中，粉状隔离物28应用至支撑垫24的整个暴露表面38，使得在垫24围绕芯部20缠绕一次之后，粉状隔离物28跨过支撑垫24的整个宽度40以及垫24的整个长度均匀地分布。
图5A-5B例示出了另一构造，其中粉状隔离物28仅沿着中央部分，与支撑垫24的侧边缘42、44偏移地应用至支撑垫24的暴露表面38。使粉状隔离物28与垫的侧边缘42、44隔开有助于防止一旦支撑垫24围绕芯部20完全缠绕并插入壳体30之后，粉状隔离物28直接暴露于排气流中的热气体。包括在图5A-5B中示出的结构的后处理装置18的制造和组装另外可以以相对于图3A-3B描述的相同方式实现。
图6A-6B例示出了又一不同构造，在其中粉状隔离物28仅沿垫24的有限长度(例如，大约等于垫24的围绕芯部20的一周的长度)应用至支撑垫24的暴露表面38，在这种构造中，隔离物28的层将形成在垫24的仅两个相邻层22之间(即，隔离物28的层将围绕芯部20前进仅约一周)。包括在图6A-6B中示出的结构的后处理装置18的制造和组装另外可以以相对于图3A-3B描述的相同方式实现。
还应当理解的是，虽然在本文中已结合为柴油压缩发动机18的形式的柴油燃烧过程描述了本发明，但本发明可在用于排气系统中的装置中使用，该排气系统用于其他类型的燃烧过程，包括其他类型的内燃机(例如包括使用汽油或其他备选燃料的内燃机)。
此外，应当理解的是，可容易地且廉价地制造上述结构并实现方法。例如，粉状隔离物的应用可比例如插入隔离物的连续片更容易且更快速地实现。而且，不仅可将粉状隔离物容易地应用至期望的精确区域，而其还可在不存在废料的情况下如此实现，废料可因使用隔离物的片(其可需要修剪来配合制造的具体装置的尺寸)引起，并且还可实现而不要求用于各不同尺寸的后处理装置的不同尺寸的隔离物片(或卷)的存货。

Claims (10)

1. 一种用于处理来自燃烧过程的排气的排气处理单元，所述排气处理单元包括：
芯部，其具有纵向轴线，所述芯部还包括围绕所述纵向轴线为圆周的纵向地延伸的外表面；
支撑垫，其具有与芯部纵向轴线平行地延伸的宽度，并且包括：
第一层，其围绕芯部外表面周向地缠绕，
第二层，其围绕所述第一层周向地缠绕；和
粉状隔离物的至少一个层，其渗透在支撑垫第一和第二层之间。
2. 根据权利要求1所述的排气处理单元，其特征在于，还包括渗透在所述芯部的外表面与支撑垫第一层之间的粉状隔离物的最内层。
3. 根据权利要求1所述的排气处理单元，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包围围绕所述芯部缠绕的所述支撑垫的最外层。
4. 一种将支撑垫安装在排气后处理或声学装置的芯部和外壳体之间的空间内的方法，所述空间具有内表面和与所述内表面间隔开的外表面，所述内表面围绕纵向轴线延伸并且具有围绕所述轴线的圆周，所述方法包括以下步骤：
提供支撑垫，所述支撑垫具有：第一端部与第二端部之间的长度；和所述支撑垫端部之间的相反的第一和第二表面，所述长度至少大于装置内表面的周长的两倍；
从所述垫第一端部开始围绕所述内表面缠绕所述支撑垫，其中所述垫第一表面面对所述装置内表面;
在围绕所述内表面缠绕所述支撑垫多于大约一次之前，从为离所述垫第一端部大约内表面周长的距离处开始对垫第二表面应用粉状隔离物的层且应用为至少所述内表面周长的距离；和
将所述垫压缩在所述装置的内表面和外表面之间。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述缠绕步骤包括：
首先围绕所述内表面缠绕所述支撑垫大约一次，和
然后将所述支撑垫的剩余部分围绕其自身和所述装置内表面缠绕，直至整个垫以大体螺旋构造围绕所述装置内表面缠绕，并且
所述隔离物层应用步骤在所述第一缠绕步骤之后且在缠绕所述支撑垫的剩余部分的步骤之前执行。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉状隔离物层应用步骤沿着所述支撑垫的剩余部分的长度应用所述粉状隔离物。
7. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉状隔离物层应用步骤跨过所述垫第二表面的大致总宽度应用所述粉状隔离物。
8. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述粉状隔离物层应用步骤跨过所述垫第二表面的小于总宽度应用所述粉状隔离物，由此，所述垫第二表面的侧边缘基本未被应用粉状隔离物。
9. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，最初的缠绕步骤包括围绕所述装置的纵向轴线缠绕所述垫360°至370°。
10. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，使所述粉状隔离物渗透到所述支撑垫中。
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