CN109838292B - 包括透气块和壳体的废气处理组件以及组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种废气处理组件(15，15’)，包括整体式外壳主体(60)，入口(20)和出口(30)配件优选通过焊接直接连接到该外壳主体。在插入入口或出口并用端盖(70)封闭外壳主体之前，包含透气块(2)的内壳主体(50)布置在外壳主体(60)内。

Description

包括透气块和壳体的废气处理组件以及组装方法
技术领域
本公开涉及废气处理组件，此种类型的废气处理组件包括布置在壳体内的透气块。
背景技术
废气处理组件通常包括一个或多个陶瓷或矿物材料的透气块，其密封地布置在壳体中，典型地是圆柱形的并且通常称为罐。壳体限定了具有入口和出口连接部的流动路径，经由该流动路径引导废气流过一个或多个块。每个块可以例如在组件用作柴油颗粒过滤器(DPF)的情况下充当过滤器，或者例如在组件用作柴油氧化催化剂(DOC)或选择性催化还原剂(SCR)的情况下可能包括催化剂。这些块可以形成有许多平行通道，这些平行通道由薄壁隔开并且在该块的任一端交替地开口，或者以如本领域中已知的其他方式允许气体从一个轴向端流到另一个轴向端。
为了与壳体的壁形成气密密封以防止废气绕过该块，并且为了将该块保持在壳体内以防止由于振动或惯性力而移动，例如当安装在发动机上时或在其他移动应用中，壳体的壁可以径向向内压缩，例如压接或型锻，以形成壳体的密封区域，其径向向内抵靠该块以将其保持在压缩状态并因此将其保持在壳体内的固定位置。由于块通常是硬的和易碎的并且由于废气温度或附加的加热装置而可能在使用中达到高温，因此通常在块的周围布置诸如针垫之类的可压缩材料，以缓冲该块并适应该块与壳体之间的差异膨胀。块和垫可以在压缩壳体之前布置在壳体中，或者可替代地可以在压缩之后安装在壳体中，例如，通过逐渐变细的引导件，该引导件在该块滑入壳体中时对垫进行压缩。
在实践中已知，即使在相同的生产设施中在相同的条件下制造，甚至在同一批次中，在用于这类组件的其他相同的透气块中也会发生相对较大的尺寸变化(例如，直径+/-2mm以上)。因此，通常将壳体制造为具有相同的预定尺寸的标准单元，然后径向向内压缩保持该块的每个壳体的密封区域达到不同的径向距离，以对应于插入到(或将要插入到)壳体中的单个块的测量尺寸。
图1-4示出了现有技术的废气处理组件1，其包括密封地布置在形成为大致圆柱形金属管的中央壳体3中的透气块2，其中针垫4压缩地布置在该块与中央壳体之间。中央壳体在其相对的轴向端处由一对压制的金属端盖5、6封闭，这些金属端盖分别装配有入口20和出口30。
如图5中所示，中央壳体3径向向内压缩以限定使该块和针垫保持压缩的轴向中央密封区域7。中央壳体的圆柱形轴向端区域8未被压缩并且用于将中央壳体连接到端盖。
在组装期间，在将中央壳体3的轴向端区域8插入端盖并将它们焊接在一起以形成从入口20到出口30穿过块2的封闭的流动路径F之前，中央壳体3和端盖5、6如图7中所示的对齐布置。
图6展示了另一种现有技术的壳体组件，其包括同心地布置在圆柱形外隔热罩10内的内壳9，其中针垫4布置在透气块和内壳9之间，以及在内壳和外罩之间的一层隔热材料11。
KR 101683843 B1教导了一种类似的器件，其包括多个透气块，每个透气块在单独的壳体中，其中壳体在管状隔热罩内串联布置。
图9展示了图6的现有技术的壳体组件如何能够以类似于图5的方式布置在一对端盖5、6之间以形成废气处理组件。
在组装期间，通常将中央壳体的密封区域和端盖支撑在夹具中，同时将中央壳体的轴向端区域引入端盖中，并且将这三个部件焊接在一起。夹具可以是可调节的，以补偿中央壳体的密封区域的可变外径，以便在成品组件中保持入口和出口之间的固定的几何关系。尽管使用了可调节的夹具，但是难以在入口和出口位置之间保持严格的公差，所以必须设计将要使用该组件的发动机和排气系统上的流体连接，以适应组件入口和出口之间的轴向和旋转位置的变化。
在使用中，该组件通常借助于带子安装在发动机或辅助设备上，这些带子也必须设计成适应组件中的几何变化，特别是在它们被布置在中央壳体的周围的情况下。这使得难以实现足够牢固的连接以承受发动机在使用中的振动。
发明内容
在第一方面，本公开提供了一种废气处理组件。
该组件包括至少一个透气块和壳体，该壳体包括入口区域、出口区域、布置在入口区域和出口区域之间的密封区域、流体地连接到入口区域的入口、以及流体地连接到出口区域的出口。壳体限定了从入口到出口延伸穿过壳体的流动路径，其中透气块密封地布置在壳体的密封区域内，使得流动路径延伸穿过该块。壳体进一步包括整体式外壳主体以及密封地布置在外壳主体内的内壳主体。壳体的入口区域和出口区域包括外壳主体的相应的端部区域，而密封区域包括内壳主体的密封区域。
在第二方面，本公开提供了一种组装废气处理组件的方法。
该方法包括提供至少一个透气块、内壳主体、入口和出口，并且将透气块密封地布置在内壳主体的密封区域内。该方法进一步包括提供整体式外壳主体，将入口流体地连接到外壳主体的入口端区域，并且将出口流体地连接到外壳主体的出口端区域。在将透气块密封地布置在内壳主体的密封区域内之后，内壳主体在入口端区域和出口端区域之间密封地布置在外壳主体内，使得内壳主体和外壳主体一起限定从入口到出口延伸穿过该块的流动路径。
根据现在将要描述的、仅作为示例而非对权利要求的范围进行限制的以下说明性实施例，并且参考附图，其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
附图说明
图1和图2分别是现有技术的废气处理组件的侧视图和端视图，该废气处理组件包括布置在一对端盖之间的中央壳体；
图3是沿图2中的III-III截取的现有技术组件的纵截面；
图4是图3的一部分的放大细节图；
图5是图3中所示的和图7的分解图中所示的中央壳体的放大图；
图6是另一现有技术的壳体组件的对应视图，该壳体组件包括外隔热罩；
图7是图3的截面中的现有技术组件的分解图；
图8是图7的一部分的放大细节图；
图9示出了包括图6的现有技术壳体的第二组件的分解图，对应于图7的视图；
图10是图9的一部分的放大细节图；
图11和图12分别是根据本公开的实施例的第三组件的侧视图和端视图；
图13是沿图12的XIII-XIII截取的第三组件的纵截面；
图14和图15是图13相应部分的放大细节图；
图16示出了第三组件的变型的纵截面，对应于图13的视图；
图17是图16的一部分的放大细节图；
图18示出了第三组件的组装阶段的纵截面，对应于图13的纵截面；
图19是图18的一部分的放大细节图；
图20和图21分别是第三组件的外壳主体的侧视图和端视图；
图22、图23和图24分别示出了第三组件的入口的侧视图、外端视图以及沿图12的XIII-XIII截取的纵截面；
图25、图26和图27分别示出了第三组件的出口的侧视图、外端视图以及沿图26的XXVII-XXVII截取的纵截面；
图28示出了图12的视图中的第三组件的端盖；
图29是图28的端盖的沿图12的XIII-XIII截取的截面；
图30和图31分别是第三组件的内壳主体的侧视图和端视图；
图32是图16所示的变型组件的内壳主体的侧视图，其端视图与图31相同；
图33和图34分别是第三组件的一个透气块的侧视图和端视图；
图35示出了图16的变型组件的两个透气块的侧视图；
图36是图13平面的纵截面，示出了图33和图34的透气块组装在图30和图31的内壳主体内；
图37是图16的平面中的纵截面，示出了组装在图32的内壳主体内的图35的双透气块；以及
图38是图36的组件的端视图，其中图37的组件的端视图是相同的。
出现在多于一个图中的附图标记或字母指示每个图中的相同或对应的部分。
具体实施方式
参照图11-15，废气处理组件15包括透气块2和壳体40。壳体40包括内壳主体50和外壳主体60。壳体40限定了从入口20到出口30延伸穿过壳体的流动路径F。
外壳主体60是整体式主体，也就是说，它由一块材料而不是一个组件制成。方便地，外壳主体60可以是由一件金属制成的圆柱形壁65，例如作为本领域已知的接缝管或无缝管。例如，外壳主体可以由弯曲成圆柱形状的单片金属制成，并且通过将其邻接边缘焊接在一起而封闭。
外壳主体60在两个轴向端孔68之间限定了入口区域或入口端区域61和出口区域或出口端区域62，其中一个或两个的内部截面积和直径(垂直于长度轴X)可以不小于、可选地等于(如图所示)外壳主体60的其余部分的内部截面积和直径，其可以方便地由具有用于入口和出口的孔的简单圆柱体组成。壳体40进一步包括流体地连接到入口端区域61的入口20以及流体地连接到出口端区域62的出口30，可选地如图所示从X长度轴向外径向延伸，可选地如图所示围绕X轴以不同径向角度延伸，选择这些径向角度以适应成品组件的预期安装位置。
优选地，如图所示，入口20可以包括细长的入口管道21，并且出口30可以包括细长的出口管道31。入口管道21和出口管道31可以如图所示分别插入在外壳主体60的壁65中形成并通过焊接连接到壁65的第一入口孔63和第一出口孔64中。
进一步优选地，如图所示，壁65可以包括第二入口孔66和第二出口孔67。还参照图20-27，入口管道和出口管道中的任一个或两个可以包括多孔管。入口管道21可以在与其开放的第一端22相对的第二端23处关闭，并且出口管道可以在与其开放的第一端32相对的第二端33处关闭。在使用中，废气经由流动路径F从入口20的开放的第一端22经由沿流动路径F的穿孔24沿着壳体40的长度轴X穿过块2，然后经由穿孔34流出到出口管道的开放的第一端32，其中穿孔用于将该流分配在壳体内。
每个入口管道和出口管道的封闭的第二端23、33通过相应的第二入口孔66或第二出口孔67延伸出一小段距离，并且在孔的周围焊接到壁65。以这种方式，在整体式外壳主体60中形成的第一和第二入口孔和出口孔精确地定位入口管道和出口管道，使得入口管道和出口管道的开放的第一端22、32相对于壳体40的中心长度轴X而轴向地和旋转地组装在精确的预定位置。
在如图11-13中所示的组装位置，可以看出入口管道21和出口管道31都延伸到外壳主体60内的流动路径F中。因此，在如下面进一步说明的组装期间，在将内壳主体50密封地布置在外壳主体60内之后，入口20和出口30中的至少一个流体地连接到整体式外壳主体60的相应的入口端区域61或出口端区域62。
参照图30-31和33-34，内壳主体50通常具有传统的设计，方便地是大致圆柱形的金属体，其径向向内压缩的密封区域51轴向地布置在其轴向向外的端部区域52之间。端部区域52未被压缩并且外径接近外壳主体60的内径，以便在外壳主体60内部滑动配合或过盈配合。
块2可以是例如由硬陶瓷或矿物材料制成的实心圆柱体，其具有或不具有用于将流体分配穿过该块的通道，以例如作为用于对来自连接到入口20的内燃机的废气进行后处理的过滤器或催化剂而起作用。
在制造之后测量每个块2，并且内壳主体50的壁径向向内按压(例如在本领域已知的压接或型锻机中)以形成会将该块保持在适当位置的密封区域51。密封区域51可以与该块一起在原位形成，或者在经由锥形引导件(未示出)将该块轴向地插入壳体之前形成。
参照图36和图38，透气块2密封地布置在内壳主体50的密封区域51内，使得在成品组件中，流动路径F延伸穿过块2；也就是说，块2布置在密封区域51中，使得沿着流动路径F流动的废气可以流过块2而不是在块2和其内壳主体50之间流动。
块2的圆柱形外表面可以如图所示由可压缩材料的主体或垫4包围，例如针垫，其将该块抵靠在内壳主体的内表面上，其对垫4和块2施加径向向内的力，使该块保持压缩以将其保持在内壳主体50的密封区域51内的固定位置。
还参照图18和图19，在将透气块2密封地布置在内壳主体的密封区域内之后，内壳主体50经由其轴向端孔68之一轴向插入外壳主体60中，并且密封地布置在外壳主体60内位于入口端区域61和出口端区域62之间。在如图13中所示的完全组装位置中，包含块2的密封区域51布置在入口端区域61和出口端区域62之间，并且内壳主体50和外壳主体60一起限定从入口20到出口30延伸穿过块2的流动路径F。
如最佳地在图14、图18和图19中所见，在将内壳主体50插入外壳主体60中之后，内壳主体50的上游端区域52可以通过围绕外壳主体的内表面延伸的基本上连续的环形焊接接头53、方便地通过将焊头80穿过一个端孔68引入外壳主体中而连接到外壳主体的入口端区域61。
在内壳主体的密封区域51和外壳主体60之间可以限定充气环形间隙54，间隙54在内壳主体的轴向方向上基本上延伸密封区域51的轴向长度。
如最佳地在图15、图18和图19中所见，内壳主体50的下游轴向端区域52可以通过围绕外壳主体60的内表面延伸的不连续焊接接头55连接到外壳主体的出口端区域62。不连续焊接接头可以包括由点焊机81形成的点焊缝56，如图所示，该点焊机可以方便地经由另一个轴向端孔68引入外壳主体中，如图所示。替代性地，例如，不连续焊接接头可以包括叠焊缝或定位焊缝，也就是说，沿接头长度间隔开的短焊珠，例如通过也经由相应的端孔68引入外壳主体60的焊头80形成。
参照图28和图29，外壳主体的端孔68可以由两个例如制成金属压制件的端板70封闭。在将包含块2的内壳主体50经由其一个轴向端孔68插入外壳主体60并将内壳主体50焊接到外壳主体60之后，可以在将端板70焊接到外壳主体60上以封闭孔68之前将相应的入口或出口20、30插入并焊接到外壳主体的相应的孔63和66或孔64和67中。
参照图32、图35和图37，内壳主体150可以包括两个或更多个密封区域151，其中布置有两个或更多个透气块2，每个透气块位于相应的一个密封区域151中，具有针垫的主体4等，如上所述。两个块2可以具有不同的功能，例如，一个块用作柴油氧化催化剂，而另一个块用作柴油颗粒过滤器。内壳主体150的轴向中央区域160可以保持未压缩，有助于将内壳主体150支撑在外壳主体60内，并且有助于支撑在使用中通过将带子等固定到外壳主体上而施加的压缩载荷。
参照图16和图17，内壳主体的轴向端区域52保持未压缩。内壳主体151插入并安装在外壳主体60中，并且其轴向端区域52优选通过如上所述的焊接连接到外壳主体60，使得两个或更多个密封区域151以串联关系布置在成品组件中的流动路径F中，如图所示。入口和出口以及端板如上所述进行连接以完成组件(15’)。
工业实用性
可以使用新颖的组件和方法来代替传统的废气处理组件，特别是在入口和出口连接部之间需要严格的尺寸公差的情况下。
由于外壳主体由单件材料制成，因此可以使其具有严格的尺寸公差，而入口孔和出口孔的位置公差仅受到用于形成入口孔和出口孔的工具的限制。因此，在将入口和出口(优选地通过焊接)连接到外壳主体之后，发现入口位置和出口位置是高度可重复的。外壳主体以及入口位置和出口位置的改进的公差减少了对可调节或柔性固定件和流体连接的需要，使得组件可以更容易安装并且在使用中更可靠。
可选地，可以在内壳主体和外壳主体之间设置环形的充气间隙(即未填充固体绝热材料)；这样就不需要将绝热材料压缩到环形物中，所以更容易将内壳主体组装在外壳主体内。
可以在内壳主体的上游端设置基本上连续的环形焊接接头，以便防止废气前行穿过充气间隙而绕过该块。
可以在内壳主体的下游端处设置不连续焊接接头。不连续焊接接头确保了壳体的最小焊接变形，因此可以更靠近该块而不会损坏该块；因此，内壳主体的轴向长度可以略微减小，从而整体上提供稍微更紧凑的组件。另外，不连续焊接接头可以允许环形间隙内的空气逸出到流动路径中，从而从间隙的体积释放压力，并因此在使用中避免在温度变化时壳体变形。
总之，优选的废气处理组件包括整体式外壳主体60，入口和出口配件20、30优选地通过焊接直接连接到该外壳主体。在插入到入口或出口中并用端盖70封闭外壳主体之前，包含透气块的内壳主体50、150布置在外壳主体内部。
在权利要求范围内的许多其他可能的调整对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在权利要求书中，为了便于参考，在括号中提供了附图标记和字符，并且不应将其解释为限制特征。

Claims (6)

1.一种废气处理组件(15，15’)，包括：
至少一个透气块(2)，以及
壳体(40)，所述壳体包括：
入口端区域(61)，
出口端区域(62)，
布置在所述入口端区域和所述出口端区域之间的密封区域(51，151)，
流体地连接到所述入口端区域的入口(20)，以及
流体地连接到所述出口端区域的出口(30)；
所述壳体限定了从所述入口到所述出口延伸穿过所述壳体的流动路径(F)，
所述透气块(2)密封地布置在所述壳体的所述密封区域内，使得所述流动路径延伸穿过所述块；其中
所述壳体进一步包括：
整体式外壳主体(60)，以及
内壳主体(50，150)，所述内壳主体密封地布置在所述外壳主体内；
所述壳体的所述入口端区域和出口端区域包括所述外壳主体(60)的相应的端部区域，
所述密封区域(51，151)包括所述内壳主体(50，150)的密封区域，
其中，所述内壳主体(50，150)通过围绕所述外壳主体(60)的内表面延伸的基本上连续的环形焊接接头(53)连接到所述外壳主体的所述入口端区域(61)，
其中，在所述内壳主体(50，150)的所述密封区域(51，151)与所述外壳主体(60)之间限定了充有空气的环形间隙(54)，所述间隙(54)沿所述内壳主体的轴向基本上延伸了所述内壳主体的所述密封区域的轴向长度，并且
所述内壳主体通过围绕所述外壳主体(60)的内表面延伸的不连续焊接接头(55)而连接到所述外壳主体的所述出口端区域(62)。
2.根据权利要求1所述的废气处理组件，其中，所述内壳主体(150)包括两个密封区域(151)，所述两个密封区域以串联关系布置在所述流动路径中，并且两个透气块(2)分别布置在所述两个密封区域中。
3.根据权利要求1所述的废气处理组件，其中，所述入口(20)包括入口管道(21)，所述出口(30)包括出口管道(31)，并且所述入口管道和所述出口管道均延伸到所述外壳主体(60)内的所述流动路径(F)中。
4.一种组装废气处理组件(15，15’)的方法，包括：
提供以下部件：
至少一个透气块(2)，
内壳主体(50，150)，
入口(20)，以及
出口(30)，并且
将所述透气块密封地布置在所述内壳主体的密封区域(51，151)内；并且进一步包括：
提供整体式外壳主体(60)；
将所述入口(20)流体地连接到所述外壳主体的入口端区域(61)，并且
将所述出口(30)流体地连接到所述外壳主体的出口端区域(62)；并且
在将所述透气块密封地布置在所述内壳主体的所述密封区域内之后，将所述内壳主体(50，150)密封地布置在所述外壳主体(60)内、在所述入口端区域与所述出口端区域之间，使得所述内壳主体和外壳主体一起限定了从所述入口到所述出口延伸穿过所述块(2)的流动路径(F)，
通过围绕所述外壳主体(60)的内表面延伸的基本上连续的环形焊接接头(53)将所述内壳主体(50，150)连接到所述外壳主体(60)的所述入口端区域(61)，以及
通过围绕所述外壳主体(60)的内表面延伸的不连续焊接接头(55)将所述内壳主体(50，150)连接到所述外壳主体(60)的所述出口端区域(62)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在将所述内壳主体(50，150)密封地布置在所述外壳主体(60)内之后，将所述入口(20)和所述出口(30)中的至少一个流体地连接到所述外壳主体(60)的相应的入口端区域(61)或出口端区域(62)。
6.根据权利要求4所述的方法，包括经由所述外壳主体的轴向端孔(68)将所述内壳主体(50，150)插入到所述外壳主体(60)中，然后将板(70)焊接到所述外壳主体(60)以封闭所述外壳主体的所述轴向端孔(68)。
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