CN1086440C - 具有催化转换器的消音器 - Google Patents

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Abstract

具有催化转换器(1)的消音器，其中至少一个催化转换元件(2)位于消音器中，迫使来自发动机的基本上所有的废气(3)通过元件(2)，并转化为净化废气(4)，其特征在于：催化转换元件为一催化材料制造的基本上自支承的体，其为中空的或部分锥形的，并有内和外表面(6，7)例如，该体为一圆形或非圆形的套管形状，甚至是一小直径套管(8)，一拱形或有角度的碗形体(5)，并且该元件直接或通过中间元件安装在消音器内侧的一分隔的部分例如一隔壁(10)，一输出管(11)或输入管(12)上，其安装布置使至少一个端面(13，14)保持固定，同时元件外表面(7)由至少一个部件(10，18，23，24；10，18；17，18；18)固定，同时元件内表面(6)是畅通的。

Description

具有催化转换器的消音器
本发明涉及一种具有催化转换(净化)器的消音器，其中，至少一个催化转换元件位于消音器中，迫使来自发动机的所有废气的主要部分通过催化转换元件，并转化为净化废气。
用于内燃机的催化消音器是众所周知的，因为其已有了长时期的发展，并主要用于汽车。从1980年末，用于便携式工具例如链锯的催化消音器也小范围地出现在市场上。对于轻的，小尺寸和低成本的需求使催化转换技术在这一领域很长时间才进入实际应用。催化消音器已用于便携式工具，通常包括由覆盖层的薄的金属带制造的催化转换元件，例如，一有褶的或波纹状的金属带能与一平带辊压在一起形成一圆柱形元件。两个带覆盖以催化剂层，并且废气被导入经过在带之间形成的轴向腔，以这种方式，废气被进行催化作用。这种催化转换元件比较昂贵，同时，其对振动比较敏感，所以，从纯粹的机械的观点看，其需要复杂的设计安装，以达到可接受的工作寿命。
由线形材料构成的催化转换元件是众所周知的。这些催化转换元件通常设计为不同长度的板形或圆柱形元件。其通常由编织为一板形的不锈钢丝材料制造，然后经几次折叠或辊压成一均质的圆柱形。DE 3024491也描述了一些元件的例子，其中，片材已被辊压成一管形元件。该管形元件沿内径安装。所描述的消音器主要用于汽车。就申请人所知目前没有线形结构的催化转换元件的消音器。因为与其他类型的催化转换元件相比，这些催化转换元件通常能以一低成本制造，从机械的观点来看，可能这些元件的工作寿命被认为是不满意的。因为，在催化转换元件中的发热是高的，特别是对于两行程发动机的元件。在这样的元件中，能产生高达1000度的温度。在申请人对这种消音器进行的试验中，为了达到一足够的工作寿命，催化转换元件的安装和设计是非常重要的。
DE 19514828和DE 19643191显示了催化消音器的例子，其中，使用了有很有限的稳定性的催化剂材料。催化剂材料是一种纤维材料，其两侧包在细网眼织物之间。所以，催化剂材料不是由自支承体构成，而是完全根据来自所有侧面的支承。为了达到足够的耐用性，所以，细网眼织物必需相互紧密设置，使催化转换元件的厚度较小。自然，这意味着流经元件的耐用性很短。所以，在催化转换器中，其难以达到一高的转换率，同时，转换器的整体设计将较为复杂和成本高。
本发明的目的是要基本上解决上述的问题。
本发明提供了一种具有催化转换器的消音器，其中至少一个催化转换元件位于消音器中，迫使来自发动机的基本上所有的废气通过元件，并转化为净化废气，其特征在于：催化转换元件为一催化材料制造的基本上自支承的体，其为中空的或局部内凹的，并有内和外表面例如，该体为一圆形或非圆形的套管形状，甚至是一窄的套管，一拱形或有角度的碗形体，并且该元件直接或通过中间元件安装在消音器内侧的一分隔的部分例如一隔壁，一输出管或输入管上，其安装布置使至少一个端面保持固定，同时元件外表面由至少一个部件支承，同时元件内表面基本是畅通的。于是，元件被设计为一为催化剂材料制造的基本上自支承的体，这意味着元件的所有侧面不一定被包住，而是一些侧面可以保持畅通。因为元件是基本上自支承的，其必需有输入和输出口的表面可以有更少的和更大的口。这导致一更简单和更有效的设计，同时，也能节省成本。
催化转换元件的形状和安装对于其寿命是很重要的。一中空或局部内凹的形状是特别有利的。其可以是一套管或一碗形体，通常是圆形的或拱形的，但也可以是多边形的。所有所述的形状都有大的稳定性，和元件中的丝能绕元件延伸，例如，一套管形元件能从一编织的管形套管中产生，套管的端部折叠进入其自身，并且套管在轴向在一内部工具和一外部工具之间被压。以这种方式，能形成一圆柱形或锥形，或可能是有角度的套管。元件由一些绕元件延伸的封闭的线构成，所以其能产生很大的稳定性，考虑到元件要暴露于很高的温度，这是有利的。因为其影响稳定性和元件的冷却，所以，将催化转换元件安装进入消音器是很重要的。至于形成为一套管的元件，其已证明使其两端固定和在外表面支承元件是特别有利的。最好，端部保持固定使其插入围绕件中的适配凹部。这形成了一稳定的端部安装，从而使整个元件稳定。如果元件有一个有限的长度，就更是这样。在外表面上支承元件是有利的。因为元件比其自己的壳体更热，其易于膨胀靠在外表面上，并以此方式，其能得到一改进的支承。其外表面大于内表面，从而，外表面的冷却能更有效。另外，作为一个规则，来自发动机的未处理的废气最好进入外表面和其外壳，而不是进入内表面。这有利于外表面的更好的冷却。从许多观点来看，支承外表面和使内表面基本保持畅通是有利的。这一理论对于碗形体也是有效的，这种体仅有一个端面。最好，端面保持固定，而外表面保持基本畅通。从下面的描述和附图中上面的特征和优点能更清楚。
下面通过实施例并参照附图对本发明进行详细地描述。
图1显示了本发明的催化消音器的透视图。其部件为分解视图，使消音器的结构和功能更清楚。
图2是图1中有催化转换元件的隔壁和盖板的正视图。
图3是本发明催化消音器另一实施例的侧剖视图。该实施例也有一隔壁。
图4显示了一催化消音器，其与图3所示的相似，但没有隔壁。
图5显示了有一碗状催化转换元件的催化消音器。
图6显示了一催化消音器，其中，催化转换元件连接于消音器输入管。废气通过套管形元件径向向外流出。
图7显示了一催化消音器，其中，废气通过套管形元件径向向外流动。该实施例有一有相关输出管的隔壁。
图8显示了一催化消音器，其中，有催化元件的隔壁分隔了有废气输出口的消音器的角部。
在图1中，标号1表示一催化消音器。其有两个可相互拆卸的外壳部件，即，一后外壳件9和一前外壳件25。一隔壁10夹在两个外壳件之间。一催化转换元件2夹在隔壁10和一盖板18之间，盖板通过例如点焊连接于隔壁。在本实施例中，催化转换元件是一圆柱形的套管8。但其也可以是锥形的。其有一内表面6和一外表面7，以及端表面13，14。元件保持固定，使后端面14座落于隔壁10上的适配凹部15中，同时，前端面13座落于盖板18的适配凹部16中。于是，在这种情况下，套管8是圆形的，但其也可以是非圆形的，和有三个或多个侧表面。适配凹部15和16当然也有相应的形状。
消音器通过螺栓直接固定在汽缸的排气口上，所述螺栓在图中没有显示。螺栓通过后外壳件9的孔31和32延伸。图中前一个孔被遮住了。后外壳件上的废气口26连接于汽缸的排气口。隔管27和28延伸穿过前外壳件，盖板和隔壁，以绕孔31和32支靠在后外壳件9上。隔管27穿过前外壳件的孔29，盖板上的孔29’，和隔壁上的孔29”。隔管28穿过前外壳件上的孔30，盖板上的凹部30’，和隔壁上的孔30”。然后将螺栓(未示)穿过隔管并紧固于汽缸。这是一方便的布置，所以，这里不作更详细的描述。
来自排气口的废气3至少穿过隔壁10上的孔33流出。然后，废气将转向，通过布置于盖板18上适配凹部16内侧的至少一个入口21流入。然后，废气通过元件2径向向外流动。盖板18有一通道34，其连接于套管8的外表面7。通道34通过一盖板上的沉入部分成形。该沉入部分没有适配凹部16那样深。从而，前端面13沿其整个周边被固定。隔壁10有一对应的通道35。净化的废气4通过两个通道34和35从套管8中流出。于是，套管8的两个端面13，14保持固定，同时，其外表面7的大部分是畅通的，从而，废气能通过元件流出。
图2是通过盖板18和套管的剖视图，通过比较图1和图2，可以看到通道34，35没有形成绕整个套管8的通道，而有大约90度的部分被除外，如图中下部所示。这意味着套管8的外表面7在这一大约90度的部分沿其整个长度被支承。于是，套管在这一部分有一很好的支承。这也意味着催化转换元件在这一部分基本上被关闭。在隔壁的通道35中有一突起23。突起23从通道35中突出与适配凹部15相邻。其支承外表面7。一对应的突起24布置在盖板18上。其位于与突起23对应的位置，并且，两个突起差不多相互接触。这意味着套管8沿其整个长度被支承，一方面在图1和2中的前面提到的下部被支承，另一方面，在突起23和24处被支承。至于其余部分，两个端面保持固定，使其沉入适配凹部15，16中。净化的废气4流出进入通道34，35。一输出口22连接于通道35。输出口为一有突缘的孔，其中，一输出管11连接于输出口。净化废气4于是通过输出口22流出，并通过输出管11。输出管11的另一端连接于一孔36，孔布置于后壳体9的上侧。净化废气通过一布置于后壳体上侧的废气出口37导出。
显然，隔壁和盖板能变换位置。这意味着输入口21能布置在隔壁上，和输出口22能布置在盖板上。两个口也能布置在两个部件中的一个上。自然，通道34和35也能仅位于一个部件上，而不在另一个上。在所述的实施例中，输出口22布置于隔壁或盖板的适配凹部外侧，套管两端面13，14的固定能大大有助于套管的稳定。所以，如果其轴向长度比其外径小将是有利的，最好，套管的长度小于外径的一半。在所示的实施例中，内和外表面6，7在至少一个方向是弯曲的，并且，其体形成为一圆柱形套管8。但是，其也可以形成一锥形套管。适配凹部部分地布置在隔壁上并部分地布置在盖板上，盖板将元件固定在隔壁和其自身之间。
图3显示了为一圆柱形套管的催化转换元件，其夹在隔壁10和盖板18之间。然而，隔壁10在适配凹部15内侧连接于输出管11。孔19布置于盖板18的外侧20，其支承元件的外表面7。在这种布置中，废气3通过孔19并通过元件2径向向内流动，然后，通过输出管11流出，与前面描述的方式相同。在这一实施例中，盖板的外侧20支承除了孔19之外的元件的外表面。所以，催化转换元件沿其外表面7的大部分被支承。该图为部分割视图，并且其清楚显示了端面13和14如何固定在适配凹部15和16中。
图4显示了一个与图3相似的实施例。在这里，隔壁10被省略了，这意味着有一些简化。但同时，其能导致静音作用的减小。这里，适配凹部15布置在一安装部件17中，该部件将催化转换元件紧固在输出管11上，以与隔壁10相同的方式，连接于输出管11，如图3所示。
图6显示了另一实施例，其与图4中所示的在很多方面很相似。在该实施例中，安装部件17连接于一输入管12。以这种方式，废气3将通过元件2径向向外流动，并通过孔19流出。安装部件17能由隔壁10代替。
图7显示了另一实施例，其与图3和图6中所示的很相似。如在后一实施例中，废气3通过元件2径向向外流出，并通过孔19流出。如同图3所示的实施例中，催化转换元件安装在隔壁10上。唯一的不同是输出管11连接于一位于催化转换元件外侧的孔33和其壳体。与图3进行比较，现在未处理的废气流入位于隔壁10上的并连接于催化转换元件的中部的孔38。因为圆柱形套管8向外比向内有一更好的支承，所以向外的气流是有的。在所示的实施例中，输出管11由未处理的废气再淹没，其比净化废气4的温度更低。以这种方式，废气3将使输出管11冷却，这是有利的。显然，输出管11也能在催化转换元件外侧的其他位置连接于隔壁。这能导致一减少的冷却作用，和一更短的输出管。在所示的实施例中，因为输出管11直接位于从排气口流出的废气下游，所以有很大的冷却作用。
图8显示了一特别简单的方案，其中，输出管11或输入管12被省略了。其通过设置有催化转换元件的隔壁10而实现。从而，其隔离了消音器的有废气出口的角部。隔壁完全设置在消音器的一个部分中，例如，在附图中，位于垂直线39的左侧。附图中显示了在两个外壳部件之间的隔壁。显然，考虑到隔壁10的安装，其位置是很有利的。两个外壳部件能以普通的方式相互可拆卸或不可拆卸地安装。在图示的实施例中，隔壁10在外壳的两个相对侧之间延伸。从而实现一更简单和有特点的构形。然而，在后一种情况下，通常最好使隔壁10从消音器侧壁延伸，并连接于消音器上侧，从而其仅分隔消音器的一个后角和不分隔消音器的两个后角，如图中所示的情况。由于净化废气4的很高的温度，消音器的分隔的部分将会很热。所以，其最好仅分隔消音器的一个后角，并选择一个有特别好的外部冷却的角部。在所述的实施例中，未处理的废气3通过催化转换元件径向向内流动。但是显然，催化转换元件能转向相反的方向，使未处理的废气3流入催化转换元件中部，然后径向向外流动通过孔19。所以，在这种情况下，孔位于消音器的分隔的部分之中。其连接于排气口。
图5中显示了另一实施例，其中，催化转换元件由一碗形体5构成。在所示的实施例，  其构成一球体的一部分，但其也可以是一半球形，或类似一种旋转对称体。所以，在本实施例中，体5有一圆拱形内和外表面6，7。但其也可以是有角度的表面，即使这不是很有利的。盖板18有一组孔19，废气3通过孔19流入，并通过催化转换元件连续流动。体5保持固定，使其端面13靠在安装件17上，同时，体支承在盖板18有孔19的外表面7上。安装件17将催化转换元件紧固在输出管11上。与前面所述的实施例相同，安装件能由隔壁10代替。在所示的实施例中，安装件17上没有用于端面的凹部。在本例子中，盖板的相邻部分使端面13保持固定。如果是使用一半球形元件，最好在安装件17或隔壁上(当使用这种隔壁时)有一适配凹部。端面13的内侧和外侧将保持固定。由于体5是碗形，能形成一大的流通区域。同时，盖板18将有一大的区域，这是有利的，因为盖板将由未处理的废气冷却。因为其温度比净化废气4低的多。最好，催化转换元件体5形成为编织在一起的圆形的片状。根据片的厚度，一或多个片被按尺寸压在一起，以形成所需的碗形。在所示的实施例中，仅使用了一个催化转换元件。但也可以使用几个轴向叠置的元件。最好，使用合适的衬垫使各端面紧固。

Claims (9)

1.具有催化转换器(1)的消音器，其中至少一个催化转换元件(2)位于消音器中，迫使来自发动机的基本上所有的废气(3)通过元件(2)，并转化为净化废气(4)，其特征在于：催化转换元件为一催化材料制造的基本上自支承的体，其为中空的或部分中凹的，并有内和外表面(6，7)，经过该元件，或者通过内表面(6)和外表面(7)发生向外的流动，或者通过外表面(7)和内表面(6)发生向内的流动，该体例如为一圆形或非圆形的套管形状，甚至是一窄的套管(8)，一圆拱形或有角度的碗形体(5)，并且该元件直接或通过中间元件安装在消音器内侧的一分隔的部分例如一隔壁(10)，一输出管(11)或输入管(12)上，其安装布置使至少一个端面(13，14)保持固定，同时元件外表面(7)由至少一个部件(10，18，23，24；10，18；17，18；18)支承，同时元件内表面(6)基本上是畅通的。
2.如权利要求1所述的催化消音器(1)，其特征在于：内和外表面(6，7)在至少一个方向是弯曲的，例如，所述体的形状可以为一圆柱形或锥形的套管(8)，一半球形，局部球形，或类似的旋转对称体。
3.如权利要求1或2所述的催化消音器(1)，其特征在于：催化转换元件(2)是一套管(8)，其保持固定使其两个端面(13，14)伸入适配凹部(15，16)，适配凹部分别布置在安装件(17)或隔壁(10)上，安装件将所述元件紧固在输出管(11)或输入管(12)上，和分别布置在盖板(18)上，盖板安装在安装件或隔壁上，并将所述催化转换元件夹在它们中之一和盖板本身之间。
4.如权利要求3所述的催化消音器(1)，其特征在于：孔(19)布置在盖板(18)外侧(20)上，盖板支承所述元件的外表面(7)，安装件(17)或隔壁(10)在适配凹部(15)内侧连接于输出管(11)，使废气(3)通过元件(2)径向向内流入。
5.如权利要求3所述的催化消音器(1)，其特征在于：孔(19)布置在盖板(18)外侧，盖板支承所述元件的外表面(7)，安装件(17)或隔壁(10)在适配凹部(15)的内侧连接于输入管(12)，使废气(3)通过元件(2)径向向外流动。
6.如权利要求3所述的催化消音器(1)，其特征在于：至少一个输入口(21)布置在盖板(18)或隔壁(10)上的适配凹部的内侧，同时，至少一个输出口(22)布置在隔壁或盖板上的适配凹部的外侧，从而使废气(3)通过元件(2)径向向外流动。
7.如权利要求6所述的催化消音器(1)，其特征在于：输出口(22)连接于输出管(11)，输出管将净化废气(4)从消音器中导出。
8.如权利要求2-7中任一所述的催化消音器(1)，其特征在于：所述套管的轴向长度小于套管最大外径，最好，套管的长度小于其外径的一半。
9.如权利要求1或2所述的催化消音器(1)，其特征在于：催化转换元件(2)为一碗形体(5)，其保持固定使端面(13)靠在隔壁(10)或安装件(17)上，同时，体(5)支承在有孔(19)的盖板(18)的外表面(7)上。
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