CN1247882C - 废气净化装置 - Google Patents

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Abstract

一种废气净化装置，包括排气管(2a)，用于形成排气通道(2)；以及催化剂，它设置在排气通道(2)中，用于净化废气。催化剂包括第一蜂窝状催化剂部分(3a)和第二蜂窝状催化剂部分(4a)。第一蜂窝状催化剂部分(3a)具有外周边表面，用于与排气管(2a)的内周边表面一起构成吹气通道(200)。第一蜂窝状催化剂部分(3a)的催化剂区域中的径向横截面面积设置在相对流动通道的径向横截面面积的1/5-2/3的范围内，该流动通道的径向横截面面积由第一蜂窝状催化剂部分(3a)被移去时的排气通道(2)中的第一安装位置(3a)的内壁表面所限定。

Description

废气净化装置
技术领域
本发明涉及一种废气净化装置，该装置包含排气管，用于形成一条与发动机的排气口联通的排气通道；以及催化剂，它设置在排气通道内，用于净化废气。
背景技术
通常，在诸如摩托车发动机的小型发动机中，圆柱型的催化剂用于净化从摩托车发动机排气口排至排气管道的排气通道中的废气。此圆柱型催化剂包含具有中心孔的冲孔管和保持在冲孔管上的催化剂成分。此圆柱型催化剂设置成覆盖排气通道的内壁表面，用于有效地获得发动机的输出。此圆柱型催化剂具有高的吹气率，从而抑制压力损失以确保发动机输出。但是，此圆柱型催化剂与废气反应的面积很小，显示出低的净化率。所以，此种圆柱型催化剂有时要求在排气通道中的圆柱型催化剂的下游设置蜂窝状催化剂，用于提高净化能力。
此外，专利公告披露了若干种废气净化装置，它们具有圆柱型催化剂，并将催化剂成分按下述方式(1)-(5)保持在冲孔管上。
(1)日本待审专利公开(KOKAI)No.10-299469(1998)披露了一种具有催化剂管的废气净化装置，其中，催化剂成分保持在冲孔管的内周边表面和外周边表面上，冲孔管能沿二冲程循环发动机消声管的排气通道的径向，在中心区域摆动。为激活催化剂成分，最好将催化剂管加热至预定温度之上。因此，催化剂管移动至消声管的上游侧以便激活催化反应，如果消声管中的温度是低的话，如在发动机空转周期时。催化剂管移动至消声管的下游侧，以抑制催化剂的过热，如果消声管中的温度是高的话。在这种装置中，只有一条催化剂管。
(2)日本待审专利公开(KOKAI)No.5-312030(1993)披露了一种废气净化装置，其中，保持着催化剂成分的圆柱型催化剂被具有圆盘形状的固定板安装在消声管排气通道的中央部分。此装置在固定板中具有吹气孔以排放废气。所以，废气流入圆柱型催化剂中，其余的废气不流过圆柱型催化剂，而是流过固定板的吹气孔。在这种装置中，催化剂管只有一条。
(3)日本待审定专利公开(KOKAI)No.7-54642(1995)披露了一种废气净化装置，它包括：排气管，它与发动机的排气口相连接；和排气消声管，它与排气管的下游侧相连接。此装置具有圆柱型主催化剂构件，它同轴地设置以覆盖排气管的内壁表面。当发动机被驱动时，废气被主催化剂构件所净化。但是，当主催化剂构件在发动机起动阶段未充分加热时，主催化剂构件的激活不充分。于是，这种装置在排气管中与发动机排气口连接的部位设置了亚催化剂构件，也即一个保持有催化剂成分的圆柱型部分。亚催化剂构件较早被加热以便在发动机起动阶段被激活，因为它靠近发动机的排气口。因此，发动机起动阶段的净化率得到改进。
(4)日本待审专利公开(KOKAI)No.7-269331(1995)披露了一种废气净化装置，它包括具有催化剂成分的冲孔管，并同轴地覆盖着排气管的内表面。
(5)日本待审专利公开(KOKAI)No.5-86843(1993)披露了一种废气净化装置，其中，净化废气用的主催化剂100放置在主体210的排气通道220的下游侧，排气通道220与排气管200相连接。示于图10中的装置具有预催化剂300，它置于主催化剂100的上游侧。吹气通道400成形于预催化剂300的外周边表面与排气通道220的内壁表面之间。预催化剂300由保持有催化剂成分的陶瓷蜂窝状载体301构成，它被一软垫303夹持在外套筒302中，以防止陶瓷蜂窝状载体301受损坏，如图11所示。预催化剂300被支承构件330(宽度为“M”，厚度为“t”)设置沿排气通道220的径向的中央区域中。示于图10的装置设置有关闭板212，用于偏转废气。关闭板212设置在主体210中的主催化剂100的下游侧，与主催化剂100相隔距离“LA”，以便面对废气的流动。
发明内容
前述公告的废气净化装置具有复杂的结构；因此，需要改进以获得简单的结构，用以提高废气的净化率，同时不降低发动机的输出。此外，按照常规技术中应用的圆柱型催化剂，由于它由保持有催化剂成分的冲孔管构成，其与废气的接触面积小，所以净化率不高。
此外，按照日本待审专利公开(KOKAI)No.5-86843披露的装置(示于图10和11)，它应用了具有高废气净化率的蜂窝状催化剂作为预催化剂300，以替代具有低废气净化率的冲孔管。而且，根据由保持催化剂成分的陶瓷蜂窝状载体301构成的预催化剂300，其与废气的反应面积大于冲孔管的反应面积；所以，净化率高于冲孔管的净化率。但是，陶瓷蜂窝状载体301具有高的废气阻力和压力损失。
因此，示于图10和11的装置增加了将废气排入排气通道220的阻力和压力损失。结果，示于图10和11的装置在确保废气净化率的同时，显著下降了发动机的输出。所以，必须大大增加吹气通道400的面积。当放置在预催化剂300外周边侧的吹气通道400的面积太大时，流过吹气通道400的废气太多，从而下降了废气净化能力。相反，为减少流过吹气通道400的废气量，吹气通道400的面积减少太多时，发动机的输出显著下降。
此外，由蜂窝状催化剂构成的预催化剂300靠近发动机的排气口，因为处于高温中，从而产生预催化剂300的热问题。
本发明是根据前述情况而完成的。因此，本发明的一个目的是提出一种废气净化装置，它通过简单的结构提高了废气的净化能力，同时抑制了发动机输出的下降。
根据本发明的第一方面提出一种废气净化装置，这种废气净化装置包括排气管，它用于形成与发动机的排气口联通的排气通道；以及催化剂，它设置在排气通道中，用于净化废气；
改进包括：
排气管的排气通道具有第一安装位置和第二安装位置，该第二安装位置设置在相对第一安装位置的下游侧；
催化剂具有放置在排气通道的第一安装位置的第一蜂窝状催化剂部分，以及放置在排气通道的第二安装位置的第二蜂窝状催化剂部分，第一蜂窝状催化剂部分具有外周边表面，用于与排气管的内壁表面形成吹气通道，并包含第一金属载体，该第一金属载体具有若干孔，这些孔沿排气管的排气通道的长度方向，第二蜂窝状催化剂部分包含第二金属载体，该第二金属载体具有若干沿排气管的排气通道的长度方向的孔；以及
其中，第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积设置在相对流动通道的径向横截面面积的1/5-2/3的范围内，该流动通道的径向横截面面积由第一蜂窝状催化剂部分被移去时的排气通道的第一安装位置的内壁表面所限定。
根据本发明的第一方面，第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积设置在相对流动通道的径向横截面面积的1/5-2/3的范围内，该流动通道的径向横截面面积由第一蜂窝状催化剂部分被移去时的排气通道的第一安装位置的内壁表面所形成。因此，可能提高废气的净化能力，同时抑制发动机输出的下降。
根据本发明的废气净化装置，催化剂具有：(1)第一蜂窝状催化剂部分，它放置在排气通道的第一安装位置上；和(2)第二蜂窝状催化剂部分，它放置在排气通道的第二安装位置上。第一蜂窝状催化剂具有外周边表面，用于与排气管的内壁表面一起形成吹气通道，并包含第一金属载体，该第一金属载体具有若干沿排气管的排气通道的长度方向的孔。第二蜂窝状催化剂部分包含第二金属载体，该第二金属载体具有若干沿排气管的排气通道的长度方向的孔。第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积设置在相对流动通道的径向横截面面积的1/5-2/3的范围内，该流动通道的径向横截面面积由第一蜂窝状催化剂部分被移去时的排气通道的第一安装位置的内壁表面所限定。
因此，从发动机的排气口排出的废气既能在第一蜂窝状催化剂部分，又能在第二蜂窝状催化剂部分净化；所以净化率较高。从发动机排气口排出的废气划分为：(1)一股气流，它通过吹气通道流至第二蜂窝状催化剂部分，而不流动通过第一蜂窝状催化剂部分的孔；和(2)另一股气流，它通过第一蜂窝状催化剂部分的孔流入第二蜂窝状催化剂部分。通过吹气通道能确保废气的流量，用以抑制发动机输出的下降。这能确保净化能力，因为废气通过形成于第一蜂窝状催化剂部分的外周边表面旁的吹气通道流入设置在下游侧的第二蜂窝状催化剂部分。
第一蜂窝状催化剂部分的载体由金属制成，与陶瓷载体相比能增加与废气的反应面积，用以确保孔的流动面积。这能减少废气的流通阻力。此外，即使当第一蜂窝状催化剂部分靠近发动机的排气口时，这能优异地防止压力损失，从而提高发动机的输出。
高温的废气流过发动机排气口近旁的第一蜂窝状催化剂部分。因此，虽然第一蜂窝状催化剂部分由于吹气通道而只具有小的反应面积，它仍能保证净化率。此外，第一蜂窝状催化剂部分靠近发动机的排气口，所以处于高温中：第一蜂窝状催化剂部分的载体由金属制成，用以提高热传导量。所以，第一蜂窝状催化剂部分的载体能优异地增加传至排气管的热传导量，从而抑制第一蜂窝状催化剂部分的热损坏。
第二蜂窝状催化剂部分与第一蜂窝状催化剂部分相比，要远离发动机的排气口。所以，废气的温度在第二蜂窝状催化剂部分处下降。但是，废气的温度被第一蜂窝状催化剂部分中的催化反应所加热，加热的废气流入第二蜂窝状催化剂部分的孔中。所以有利的是，流入第二蜂窝状催化剂部分的入口的废气的温度是高的，从而提高了废气在第二蜂窝状催化剂部分中的净化率。
因此，按本发明提出的废气净化装置通过简单的结构提高了废气的净化率，同时抑制了发动机输出的下降。
按照本发明，第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域的径向横截面面积意味着表示第一蜂窝状催化剂部分的入口的、催化剂区域沿第一蜂窝状催化剂部分的径向的径向横截面面积。
换言之，“St”(后辍t：全部)表示，当第一蜂窝状催化剂部分取走后的、由排气通道的第一安装位置的内壁表面限定的流动通道的径向横截面面积。“Sc”(后辍c：催化剂)表示第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域的径向横截面面积。比例Sc/St设置在1/5-2/3的范围内，也即在0.2-0.67的范围内，在20％-67％的范围内。
将比例Sc/St设置在1/5-2/3的范围内的理由如下：如图8所示，当比例Sc/St小于1/5时，废气的净化率显著减小。如图7所示，当比例Sc/St超过2/3时，发动机的输出大大下降。
按照本发明，废气净化装置用于排放发动机废气的排气系统。例如如二冲程循环发动机或四冲程循环发动机等的发动机。此外，摩托车发动机或四轮机动车的发动机也可应用。
根据本发明的适当模式，排气管的排气通道包含小直径部分，其所具的第一安装位置设置在排气通道的上游侧；以及大直径部分，其所具的第二安装位置设置在排气通道中相对小直径部分的下游侧。小直径部分的流动通道的面积小于大直径部分的流动通道的面积。大直径部分的流动通道的面积可是小直径部分的1.1-6倍，例如是1.2-4倍。但并不限于这些放大倍数。第一蜂窝状催化剂部分放置在小直径部分中，而第二蜂窝状催化剂部分放置在大直径部分中。
第一蜂窝状催化剂部分的孔密度最好设置在每平方英寸40-200网眼的范围内。其理由如下：当第一蜂窝状催化剂部分的孔密度小于每平方英寸40网眼时，第一蜂窝状催化剂部分的催化反应面积将不足，催化剂的催化剂能力和结构强度将不够。当第一蜂窝状催化剂部分的孔密度超过每平方英寸200网眼时，第一蜂窝状催化剂部分中的压力损失将增加，从而下降发动机的输出。当б1(单位：每平方英寸网眼数)表示第一蜂窝状催化剂部分的孔密度，б2(单位：每平方英寸网眼数)表示第二蜂窝状催化剂部分的孔密度，本发明允许有其中的每一个，即б1б2，б1＜б2，和б1＞б2。
第一蜂窝状催化剂部分的轴向长度最好是第一蜂窝状催化剂部分的直径的0.5-1倍。当第一蜂窝状催化剂部分的轴向长度小于0.5倍时，第一蜂窝状催化剂部分的催化反应面积不足，从而由于废气的吹出而下降了净化能力。当第一蜂窝状催化剂部分的轴向长度超过1倍时，第一蜂窝状催化剂部分中的压力损失增加，从而下降了发动机的输出。还有，当第一蜂窝状催化剂部分具有外套筒时，其直径包含外套筒。
根据本发明的废气净化装置的适当模式，吹气通道可以是由第一支承构件(例如撑条)形成的空间，第一支承构件将第一蜂窝状催化剂部分固定在小直径部分中。废气流过第一蜂窝状催化剂部分以便被净化，废气的其余部分流过吹气通道，它形成于第一蜂窝状催化剂部分的外侧旁。
根据本发明的废气净化装置的适当模式，第一蜂窝状催化剂部分可由第一支承构件安装在排气通道的第一安装位置上，第一支承构件设置在排气通道的内壁表面与第一蜂窝状催化剂部分的外周边表面之间。第一支承构件可以是薄构件(例如撑条)，用以减少废气的流通阻力。
根据本发明的废气净化装置的适当模式，第二蜂窝状催化剂部分可由第二支承构件安装在排气通道的第二安装位置上，第二支承构件设置在排气通道的内壁表面与第二蜂窝状催化剂部分的外周边表面之间。第二支承构件可基本封闭排气通道的内壁表面与第二蜂窝状催化剂部分的外周边表面之间的空间。因此，它能有效地防止第一蜂窝状催化剂部分和第二蜂窝状催化剂部分中至少有一个不对废气进行净化；从而确保废气的净化率。
根据废气净化装置的适当模式，第二支承构件能在排气管的排气通道的内壁表面与第二蜂窝状催化剂部分的外周边表面之间形成废气的第二吹气通道。这时，第二吹气通道能排放废气，从而方便地抑制发动机输出的下降。
根据本发明的废气净化装置的适当模式，第一蜂窝状催化剂部分能包含保持有催化剂成分的第一金属载体和用于固定第一金属载体的外周边表面的第一外套筒。第二蜂窝状催化剂部分也能包含保持有催化剂成分的第二金属载体和用于固定第二金属载体的外周边表面的第二外套筒。缠绕型主体通过以旋涡形状滚压金属波纹板和金属平板形成后，第一蜂窝状催化剂部分的第一金属载体能通过粘结具有炽燃材料的缠绕型主体而形成。
当另一缠绕型主体通过以旋涡形状滚压金属波纹板和金属平板形成后，第二蜂窝状催化剂部分的第二金属载体能通过粘结具有炽燃材料的缠绕型主体而形成。平板和波纹板可由耐热金属—诸如不锈钢的耐热钢制成。以下给出了第一蜂窝状催化剂部分的第一载体和第二蜂窝状催化剂部分的第二载体的生产技术的实例。首先，金属箔制成的平板和金属箔制成的波纹板被滚压以便与炽燃材料粘结，从而形成具有大量在轴向开口的孔—蜂窝孔—的套筒。其次，催化剂成分层保持在载体的孔的壁表面上，用于净化废气。催化剂成分可至少由铂、铑、钯等中的一种构成。
按照本发明的废气净化装置的适当模式，第二蜂窝状催化剂部分在单位时间的净化能力方面可大于第一蜂窝状催化剂部分。所以，第二蜂窝状催化剂部分可以是主催化剂，而第一蜂窝状催化剂部分可以是预催化剂。
当“Sc”(后辍c：催化剂)表示第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积，而当“Sb”(后辍b：吹气)表示吹气通道的径向横截面面积时，比例Sc/Sb设置在0.25-2.06的范围内。比例Sc/Sb最好设置在0.25-2.06的范围内。这一情况有利于确保废气的净化能力，同时抑制发动机输出的下降。比例Sc/Sb不限于上述范围。
附图说明
通过参考附图及相关的以下详细说明将能更好地了解本发明的更为全面的估价及其许多优点，所有这些形成本说明书的一个部分：
图1示意地展示了涉及实施例1-4的废气净化装置沿废气流动方向的截面图；
图2展示沿图1中线II-II的截面图；
图3展示沿图1中线III-III的截面图；
图4示意地展示了表示废气净化装置的状态的截面图；
图5展示沿图4中线V-V的截面图；
图6示意地展示了涉及实施例6的废气净化装置沿废气流动方向的截面图；
图7展示一张涉及实施例1的图表，它表示发动机输出功率与一个比例之间的关系，该比例表示第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域所占据的横截面面积相对排气通道的小直径部分的全部横截面面积；
图8展示一张涉及实施例1的图表，它表示HC的净化率与一个比例之间的关系，该比例表示第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域所占据的横截面面积相对排气通道的小直径部分的全部横截面面积；
图9展示一张图表，它表示涉及实施例1、2、3和对比实例1的HC的净化率；
图10示意地展示了一张截面图，它表示涉及普通技术的沿废气流动方向的废气净化装置；而
图11展示了一张截面图，它表示涉及普通技术的沿废气流动方向的废气净化装置的预催化剂。
具体实施方式
下文将参考附图对实施例1、2、3、4和5进行详细说明。
实施例1
图1展示了实施例1的废气净化装置1A。废气净化装置1A应用于摩托车的二冲程循环发动机90。此装置1A具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3a、和第二蜂窝状催化剂部分4a。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93相联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3a放置在第一安装位置2f中，第一安装位置2f位于排气通道2的上游侧的小直径部分(第一催化剂区域)21a内。第二蜂窝状催化剂部分4a放置在第二安装位置2s中，它位于下游侧的大直径部分22a(第二催化剂区域)内，该大直径部分22a沿排气管2a的纵向“P”与小直径部分21a间隔预定的距离。
也即，排气管2a的排气通道2具有与二冲程循环发动机90的排气口93相联通的小直径部分21a和大直径部分22a。小直径部分21a具有第一蜂窝状催化剂部分3a。大直径部分22a具有第二蜂窝状催化剂部分4a。此外，小直径部分21a的位置“MA”的内径为50mm。小直径部分21a的直径在位置“MA”，第一蜂窝状催化剂部分3a的入口处，进行调节。大直径部分22a的内径为90mm。因此，大直径部分22a的流动通道的横截面面积约为小直径部分21a的三倍。
第一蜂窝状催化剂部分3a包括第一外套筒34在内，其外径为30mm。第一蜂窝状催化剂部分3a形成如下：缠绕型主体通过以旋涡形状滚压金属波纹板31和金属平板30而形成，以便生产出一个具有大量孔32(蜂窝孔)的载体3K，孔32沿轴向而开口。板30和31由金属箔制成。第一外套筒34连接在载体3K的外周边上。炽燃材料涂覆在长度为20mm的载体3K上。然后，载体3K在真空气氛中于1200℃×1h的条件下加热，用以在炽燃处理中粘接平板30和波纹板31。金属箔可以是具有耐热性和耐腐蚀性的钢，诸如不锈钢等。
此后，具有第一外套筒34的载体3K在陶瓷稀浆中浸泡预定的钟点，以便将氧化铝陶瓷层涂覆在板30和31的表面上。接着，氧化铝陶瓷层在约480-520℃的烘烤温度下加以烘烤。此后，具有外套筒34的载体3K在含有催化剂成分的溶液中浸泡预定的钟点，以便将催化剂成分保持在氧化铝陶瓷层中，从而形成催化剂层。催化剂成分主要是铂(Pt)、铑(Rh)、和钯(Pd)。此外，第一外套筒34的轴向端表面和外周边表面由于掩模处理而未覆盖有催化剂层。
如图1所示，第一蜂窝状催化剂部分3a放置在形成于排气通道2的上游侧的小直径部分21a中。如图2所示，第一蜂窝状催化剂部分3a被撑条8(示于图2中)在中空条件下夹持在小直径部分21a中，撑条8起第一支承构件的作用。撑条8放置在第一蜂窝状催化剂部分3a的第一外套筒34的外周边表面34f与排气管2a的内壁表面20a之间。撑条8由具有耐热性的金属制成。撑条8由薄构件(厚度：Tc)构成，用以减少废气的流通阻力。撑条8具有第一部分81、第二部分82、和第三部分83。第一部分81通过焊接与第一蜂窝状催化剂部分3a的第一外套筒34的外周边表面34f进行接触。第二部分82通过焊接与排气管2a的内壁表面20a进行接触。第三部分83与第一部分81和第二部分82相连接。因此，废气的吹气通道200由撑条8构成在第一蜂窝状催化剂部分3a的第一外套筒34与排气管2a的内壁表面之间。
根据本实施例，“Sc”表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的径向横截面面积。由于“Sc”是第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的径向横截面面积，“Sc”意味着被第一蜂窝状催化剂部分3a的第一外套筒34的内周边表面34i围绕的区域。由于“Sc”在第一蜂窝状催化剂部分3a的入口的位置“MA”加以调节，“Sc”不包含第一外套筒34的径向横截面面积，但“Sc”包含第一蜂窝状催化剂部分3a的孔32的流动通道的径向横截面面积。具体地讲，在第一蜂窝状催化剂部分3a处于套筒形状的情况，当“D”表示第一外套筒34的内周边表面34i的直径时，第一蜂窝状催化剂部分3a的Sc的径向横截面面积基本由(πD2)/4表示。
根据本实施例，“St”(后辍t：总的)表示由排气通道2之外的小直径部分21a的第一安装位置2f的内壁表面20a限定的，在第一蜂窝状催化剂部分3a被去除时的，流动通道的径向横截面面积。“Sc”、“St”和“St”在位置“MA”(图1中所示)，在第一蜂窝状催化剂部分3a的入口处进行调节。
比例Sc/St设置在1/5-2/3的范围内，也即在0.2-0.67的范围，20％-67％的范围内。此外，撑条8的横截面面积可忽略不计，因为由图2可见，它大大小于横截面面积“St”、“Sc”或“Sb”。例如，撑条8的厚度为1.5-3mm(2mm)，撑条8的横截面面积小于横截面面积“Sc”的15％。
将比例Sc/St设置在1/5-2/3范围内的理由如下：图8表明，当比例Sc/St小于1/5时，废气的净化率明显下降。图7表明，当比例Sc/St超过2/3时，发动机的输出明显下降。
此外，第一蜂窝状催化剂部分3a的孔32的密度设置在每平方英寸为40-200网眼，具体讲，每平方英寸为100网眼。当第一蜂窝状催化剂部分3a的孔32的密度小于每平方英寸40网眼时，第一蜂窝状催化剂部分3a的有效性能和结构强度不适当。当第一蜂窝状催化剂部分3a的孔32的密度超过每平方英寸200网眼时，第一蜂窝状催化剂部分3a的压力损失增加，而发动机的输出下降。
第一蜂窝状催化剂部分3a沿废气流动方向的轴向长度是包括第一外套筒34在内的第一蜂窝状催化剂部分3a的直径的0.5-1倍。
第二蜂窝状催化剂部分4a的外径为70mm。第二蜂窝状催化剂部分4a的形成与第一蜂窝状催化剂部分3a的相同，过程如下：缠绕型主体通过以旋涡形状滚压金属波纹板41和金属平板40而形成，以便生产出一个具有大量孔42-蜂窝孔-的载体4K，孔42沿轴向而开口。载体4K的长度为50mm，孔密度为每平方英寸100网眼。第二外套筒44连接在载体4K的外周边表面上。然后，炽燃材料涂覆在载体4K上。载体4K在真空气氛中于1200℃×1h的条件下加热，用以在炽燃处理中粘接平板40和波纹板41。
此后，具有第二外套筒44的载体4K在陶瓷稀浆中浸泡预定的钟点，以便将氧化铝陶瓷层涂覆在载体4K的表面上。接着，氧化铝陶瓷层在烘烤温度下烘烤。
第二蜂窝状催化剂部分4a放置在大直径部分22a上，该大直径部分22a所在的位置为沿纵向“P”离小直径部分21a中第一蜂窝状催化剂部分3a的出口约200mm的下游侧。
如图3所示，第二蜂窝状催化剂部分4a被分割板10K夹持在大直径部分22a中，分割板10K具有环的形状，并起着第二支承构件的作用。分割板10K放置在排气管2a的排气通道2的内壁表面20a与第二蜂窝状催化剂部分4a的外周边表面之间。分割板10K封闭或基本封闭排气管2a的排气通道2的内壁表面20a与第二蜂窝状催化剂部分4a的第二外套筒44的外周边表面44f之间的空间。
废气净化装置1A用于将废气从摩托车的二冲程循环发动机90的排气口93排放至排气管2a的排气通道2。由图1可明白，废气从排气通道2的排气口93输入，它依次流动通过排气通道2的小直径部分21a和大直径部分22a。
也即，从发动机90的排气口93排出的废气被分割成一股气流和另一股气流。一股气流流动通过小直径部分21a的第一蜂窝状催化剂部分3a的大量孔32。另一股气流流动通过设置在第一蜂窝状催化剂部分3a外周边侧上的吹气通道200。在第一蜂窝状催化剂部分3a中，刚从发动机90的排气口93排出的废气被输入至孔32中，用以与第一蜂窝状催化剂部分3a反应，使第一蜂窝状催化剂部分3a被催化剂反应加热。于是，高温废气流动通过第二蜂窝状催化剂部分4a，而净化能力优异地由第二蜂窝状催化剂部分4a加以保证。也即，这能方便地将第二蜂窝状催化剂部分4a的废气保持于高温。
流动通过设置在第一蜂窝状催化剂部分3a的外表面旁的吹气通道200的气体基本不被第一蜂窝状催化剂部分3a所净化。然而，该气体被第二蜂窝状催化剂部分4a所净化，因为它流过第二蜂窝状催化剂部分4a的孔42。因此，废气在催化反应提高的条件下有效地在设置于下游的第二蜂窝状催化剂部分4a中被净化。
根据本实施例，从发动机90的排气口93排出至排气通道2的废气既被第一蜂窝状催化剂部分3a又被第二蜂窝状催化剂部分4a所净化，从而增加了净化率。前者设置在形成于排气通道2的上游侧的小直径部分21a中。后者设置在形成于下游侧的大直径部分22a中，该大直径部分22a沿纵向“P”与小直径部分21a的出口相隔预定的距离。此外，设置在排气通道2的小直径部分21中的吹气通道200能抑制发动机输出的减少。
此外，根据实施例1的废气净化装置1A，比例Sc/St表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的径向横截面面积相对排气通道2的小直径部分21a的径向横截面面积之比。比例Sc/St影响二冲程循环发动机90中输出和HC净化率。因此，比例Sc/St在1/5-2/3的范围内变化。
排气通道2具有大直径部分22a，它有大的流通面积；和小直径部分21a，它有小的流通面积。如图1所示，当第二蜂窝状催化剂部分4a设置在大直径部分22a中时，第一蜂窝状催化剂部分3a设置在小直径部分21a中，从安装角度来看，它靠近发动机90。在摩托车情况，安装由于其空间小而受到限制。小直径部分21a在径向横截面面积方面小于大直径部分22a。还考虑到，由陶瓷蜂窝状载体形成的蜂窝状催化剂部分被设置在小直径部分21a中。然而，此情况会诱发一个问题，即蜂窝状孔的流动通道的面积较小，废气的流通阻力较高，因为陶瓷蜂窝的壁厚于金属载体3K的壁。根据本实施例，由于第一蜂窝状催化剂部分3a的载体3K是通过滚压由金属箔制成的平板30和波纹板31而形成的，载体3K的蜂窝的壁厚薄于陶瓷蜂窝状载体的壁厚。所以，孔32的流动通道的面积得到确保以减少废气的流通阻力，从而提高了废气的流通能力。
位于靠近发动机90的排气口93的第一蜂窝状催化剂部分3a趋于在高温中。但是，第一蜂窝状催化剂部分3a是由金属载体3k形成的，从而增加了向排气管2a的热导率。这优异地防止了第一蜂窝状催化剂部分3a的金属载体3K被热所损坏，虽然第一蜂窝状催化剂部分3a靠近发动机90的排气口93。
Sc/St＝1的情况表示小直径部分21a的全部流动通道被第一蜂窝状催化剂部分3a所覆盖。由于在本实施例中第一蜂窝状催化剂部分3a在其外周边侧形成吹气通道200，第一蜂窝状催化剂部分3a接受到的热量与Sc/St＝1的情况相比受到抑制。这意味着，第一蜂窝状催化剂部分3a的金属载体3K能方便地抑制受到热的破坏，虽然第一蜂窝状催化剂部分3a靠近发动机90的排气口93。
实施例2
实施例2的结构、功能和效果基本与实施例1相同。下文将围绕差异进行描述。图1展示了实施例2的废气净化装置1B。废气净化装置1B具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3b和第二蜂窝状催化剂部分4b。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93相联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3b放置在第一安装位置2f中，第一安装位置2f位于排气通道2的上游侧的小直径部分(第一催化剂区域)21b内。第二蜂窝状催化剂部分4b放置在第二安装位置2s中，它位于下游侧的大直径部分22b(第二催化剂区域)内，该大直径部分22b沿排气管2a的纵向“P”与小直径部分21b间隔预定的距离。
也即，排气通道2的小直径部分21b位于排气管2a的前侧，其内径为45mm。第一蜂窝状催化剂部分3b被撑条8(示于图2中)夹持在小直径部分21b中，第一蜂窝状催化剂部分3b的外径为35mm，长度为20mm，而孔密度为每平方英寸100网眼。吹气通道200成形于第一蜂窝状催化剂部分3b与排气管2a的内壁表面20a之间。
排气通道2的大直径部分22b放置在排气管2a的后侧，大直径部分22b的内径为90mm。第二蜂窝状催化剂部分4b被分割板10K(示于图3中)夹持于大直径部分22b中，与第一蜂窝状催化剂部分3b的出口相距约100mm。第二蜂窝状催化剂部分4b包括第二外套筒44在内的外径为75mm，长度为50mm，而孔密度为每平方英寸40网眼。
实施例3
实施例3的结构、功能和效果基本与实施例1相同。下文将围绕差异进行描述。图1也展示了实施例3的废气净化装置1c。废气净化装置1c具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3c和第二蜂窝状催化剂部分4c。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93相联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3c放置在第一安装位置2f中，第一安装位置2f位于排气通道2的上游侧的小直径部分(第一催化剂区域)21c内。第二蜂窝状催化剂部分4c放置在第二安装位置2s中，它位于下游侧的大直径部分22c(第二催化剂区域)内，该大直径部分22c沿排气管2a的纵向“P”与小直径部分21c的出口相隔预定的距离。
排气通道2的小直径部分21c的内径为60mm。第一蜂窝状催化剂部分3c被环形分割板10K(薄度：2mm，示于图2中)夹持于小直径部分21c中。第一蜂窝状催化剂部分3c包括第一外套筒34在内的外径为35mm，长度为20mm，而孔密度为每平方英寸200网眼。吹气通道200成形于第一蜂窝状催化剂部分3c与排气管2a的内壁表面20a之间。
排气通道2的大直径部分22c的内径为90mm。第二蜂窝状催化剂部分4c被环形分割板10K(示于图3中)夹持在大直径部分22c中，与第一蜂窝状催化剂部分3c的出口相距约100mm。第二蜂窝状催化剂部分4c包括第二套筒44在内的外径为70mm，长度为50mm，而孔密度为每平方英寸100网眼。
实施例4
实施例4的结构、功能和效果基本与实施例1相同。下文将围绕差异进行描述。图1也展示了实施例4的废气净化装置1D。废气净化装置1D具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3d和第二蜂窝状催化剂部分4d。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3d放置在第一安装位置2f中，第一安装位置2f位于排气通道2的上游侧的小直径部分(第一催化剂区域)21d内。第二蜂窝状催化剂部分4d放置在第二安装位置2s中，它位于下游侧的大直径部分22d(第二催化剂区域)内，该大直径部分22d沿排气管2a的纵向“P”与小直径部分21d的出口相隔预定的距离。
排气通道2的小直径部分21d的内径为60mm。第一蜂窝状催化剂部分3d被撑条8(示于图2中)固定在小直径部分21d中。第一蜂窝状催化剂部分3d包括第一外套筒34在内的外径为35mm，长度为20mm，而孔密度为每平方英寸100网眼。吹气通道200成形于第一蜂窝状催化剂部分3d与排气管2a的内壁表面20a之间。
排气通道2的大直径部分22d的内径为90mm。第二蜂窝状催化剂部分4d被环形分割板10K(示于图3中)固定在大直径部分22d中，与第一蜂窝状催化剂部分3d的出口相距约200mm。第二蜂窝状催化剂部分4d的外径为70mm，长度为50mm，孔密度为每平方英寸200网眼。
实施例5
实施例5的结构、功能和效果基本与实施例1相同。下文将围绕差异进行描述。图4还展示了实施例5的废气净化装置1E。废气净化装置1E具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3e和第二蜂窝状催化剂部分4e。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3e放置在第一安装位置2f中，第一安装位置2f位于排气通道2的上游侧的小直径部分(第一催化剂区域)21e内。第二蜂窝状催化剂部分4e放置在第二安装位置2s中，它位于下游侧的大直径部分22e(第二催化剂区域)内，该大直径部分22e沿排气管2a的纵向“P”与小直径部分21e的出口相隔预定距离。
在实施例5中，排气通道2的小直径部分21e的内径为60mm。第一蜂窝状催化剂部分3e被撑条8(示于图2中)固定在小直径部分21e中。第一蜂窝状催化剂部分3e包括第一外套筒34在内的外径为35mm，长度为20mm，而孔密度为每平方英寸100网眼。吹气通道200成形于第一蜂窝状催化剂部分3e与排气管2a的内壁表面20a之间。
排气通道2的大直径部分22e的内径为90mm。第二蜂窝状催化剂部分4e被起第二支承构件的作用的第二撑条8K(示于图5中)固定在大直径部分22e中，与第一蜂窝状催化剂部分3e的出口相距约100mm。撑条8k由薄板构件形成，用以减少废气的流通阻力。撑条8K具有第一部分86、第二部分87和第三部分88。第一部分86通过焊接与第二蜂窝状催化剂部分4e的第二外套筒44的外周边表面44f相接触。第二部分87通过焊接与排气管2a的内壁表面20a相接触。第三部分88连接第一部分86和第二部分87。因此，用于排放废气的第二吹气通道201被撑条8K成形于第二蜂窝状催化剂部分4e的第二外套筒44与排气管2a的内壁表面20a之间。第二蜂窝状催化剂部分4e包括第二外套筒44在内的外径为70mm，长度为50mm，而孔密度为每平方英寸200网眼。根据示于图4和5中的本实施例，废气既被第一蜂窝状催化剂部分3e，又被第二蜂窝状催化剂部分4e所净化，用以提高净化率。此外，放置在第二蜂窝状催化剂部分4e的外周边侧旁的第二吹气通道201能排放废气，同时确保净化能力，从而抑制了发动机输出的下降。
实施例6
实施例6的结构、功能和效果基本与实施例1相同。下文将围绕差异进行描述。图6展示了实施例6的废气净化装置1F。实施例6的废气净化装置1F具有排气管2a、第一蜂窝状催化剂部分3a和第二蜂窝状催化剂部分4a。排气管2a形成与二冲程循环发动机90的排气口93联通的排气通道2。第一蜂窝状催化剂部分3a放置在形成于排气通道2的上游侧的第一安装位置2f中。第二蜂窝状催化剂部分4a放置在第二安装位置2s中，该第二安装位置2s成形于下游侧，沿排气管2a的纵向“P”与第一蜂窝状催化剂部分3a相隔预定距离。具有第一蜂窝状催化剂部分3a和排气管2a之外的第二蜂窝状催化剂部分4a的部分基本成形成直线形状。吹气通道200成形在第一蜂窝状催化剂部分3a的外周边侧旁。第二撑条8k固定第二蜂窝状催化剂部分4a，从而在其外周边侧形成第二吹风通道201比例Sc/St设置于1/5-2/3的范围内。有时，第二蜂窝状催化剂部分4a可被起第二支承构件作用的分割板10K(示于图3中)加以固定。
大致计算值
表1表示涉及实施例1-5的Sc，St，Sc/St和Sc/Sb的结果。大致计算的“Sc”值包含第一蜂窝状催化剂部分3a的第一外套筒34的横截面面积。但是，第一外套筒34的横截面面积基本能忽略不计，因为小于横截面面积“Sc”或“St”。根据表示实施例1-5的表1，比例Sc/St设置于1/5-2/3的范围内，于0.2-0.67的范围内，即于20％-67％的范围内。所以，实施例1-5能提高废气的净化率，同时抑制发动机输出的下降。
此外，根据实施例1-5，比例Sc/Sb设置在0.25-2.06的范围内，也即在25％-206％的范围内。如上所述，“Sc”表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域中的径向横截面面积，也即由第一外套筒34的内周边表面34i限定的面积。“Sb”表示吹气通道200的流动通道的径向横截面面积。
表1
                            大致计算值
  Sc(mm2)   St(mm2)     Sc/St     Sc/Sb
    实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5     707962962962962     19631590282628262826     0.360.610.340.340.34     0.561.530.520.520.52
表2
    L(mm)     D(mm)     L/D
    实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5     2020202020     3035353535     0.670.570.570.570.57
“L”表示第一蜂窝状催化剂部分3a的长度，而“D”表示包括第一外套筒34在内的第一蜂窝状催化剂部分3a的直径。表2表示“L”、“D”和“L/D”。
实例1
根据实例1，本发明者们在应用涉及实施例1的废气净化装置1A中改变比例Sc/St。在实例1中，本发明者们计算了应用摩托车的二冲程循环发动机时，发动机的输出与碳氢化合物(HC)的净化率之间的关系。图7和8表示了结果。
(1)有关二冲程循环发动机输出的计算(示于图7中)
(试验条件)
摩托车：具有二冲程循环发动机的120cc摩托车
测量条件：风门全开及8000rpm时的功率
详细说明：具有轴向长度为20mm的第一蜂窝状催化剂部分3a设置在排气管前侧的排气通道中，排气通道的内径为50mm。然后，第一蜂窝状催化剂部分3a的直径改变，以使比例Sc/St在0％-100％的范围内变化。0％意味着第一蜂窝状催化剂部分3a不放置的状态。100％意味着小直径部分21a的流动通道的全部面积被第一蜂窝状催化剂部分3a所封闭的状态。第二蜂窝状催化剂部分4a放置在后侧，与第一蜂窝状催化剂部分3a的出口相距200mm。第二蜂窝状催化剂部分4a的外径为70mm，长度为50mm，孔密度为每平方英寸100网眼。
(2)有关HC的净化率(示于图8中)
摩托车：具有二冲程循环发动机的120cc摩托车
测量条件：ISO标准6460(ISO：国际标准化组织)
详细说明：具有长度为20mm的第一蜂窝状催化剂部分3a设置在排气管前侧的排气通道中，排气通道的内径为45mm。然后，第一蜂窝状催化剂部分3a的直径改变，从而使比例Sc/St在0％-100％的范围内变化。第二蜂窝状催化剂部分4a放置在后侧，与第一蜂窝状催化剂部分3a的出口相距200mm。第二蜂窝状催化剂部分4a的外径为70mm，长度为50mm，孔密度为每平方英寸100网眼。
图7的水平轴线表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的径向横截面面积相对小直径部分21a不含有第一蜂窝状催化剂部分3a时的流动通道的全部面积的比。简言之，图7的水平轴线表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的横截面面积与第一蜂窝状催化剂部分3a去除时的小直径部分21a的流动通道的全部径向横截面面积之间的比。因此，图7的水平轴线表示比例Sc/St。图7的垂直轴线表示发动机90的功率输出。如图7的特征线所示，当比例Sc/St超过2/3(约67％)时，发动机的功率迅速下降。
图8的水平轴线表示第一蜂窝状催化剂部分3a的催化剂区域的径向横截面面积相对小直径部分21a的流动通道的全部面积的比例。也即图8的水平轴线表示比例Sc/St。图8的垂直轴线表示HC的净化率。如图8的特征线所示，当Sc/St小于1/5(20％)时，净化率迅速下降。从图7和8所示的试验结果可判断，较受推荐的比例Sc/St位于1/5-2/3的范围内，即0.20-0.67的范围，20％-67％的范围，用于提高废气的净化率，同时抑制发动机输出的下降。
实例2
发明者们证实了涉及实施例1-3的废气净化装置1A、1B和1C的废气净化率的效果。图9表示结果。还有，发明者们同样地证实了涉及对比实例1的废气净化装置。涉及对比实例1的废气净化装置具有排气管2a(示于图1中)，它具有在实施例1、2和3中应用的排气通道2；以及圆柱形催化剂，它放置于排气通道2的径向中的中心。涉及对比实例1的圆柱形催化剂包括催化剂层和套筒，其外径为35mm，内径为33mm，长度为150mm，以及厚度为1.0mm。套筒具有大量冲压孔，其直径为3mm，而间距为6mm。冲压孔与其内周边表面及外周边表面相联通。计算进行如下：
发动机：50cc，二冲程循环发动机
计算模式：ISO 6460
如图9所示，对比实例1表明HC的净化率小于50％，CO的净化率约为50％-不令人满意的性能。同时，实施例1-3表明HC的净化率大于60％，CO的净化率大于60％-令人满意的性能。
其它实例
按照实施例1，第二蜂窝状催化剂部分4a放置在大直径部分22a中，第一蜂窝状催化剂部分3a放置在小直径部分21a中一但本发明不限于此种结构。例如，第一蜂窝状催化剂部分3a和第二蜂窝状催化剂部分4a有时均可放置在大直径部分22a中。此外，本发明也不只限于附图所示的上述实施例。

Claims (12)

1.一种废气净化装置，包括排气管，它用于形成与发动机的排气口联通的排气通道；以及催化剂，它设置在所述排气通道中，用于净化废气；
所述排气管的所述排气通道具有第一安装位置和第二安装位置，该第二安装位置设置在相对所述第一安装位置的下游侧；以及
所述催化剂具有放置在所述排气通道的所述第一安装位置的第一蜂窝状催化剂部分，以及放置在所述排气通道的所述第二安装位置的第二蜂窝状催化剂部分，所述第一蜂窝状催化剂部分具有外周边表面，用于与所述排气管的内壁表面形成吹气通道，并包含第一金属载体，该第一金属载体具有若干孔，这些孔沿所述排气管的所述排气通道的长度方向，所述第二蜂窝状催化剂部分包含第二金属载体，该第二金属载体具有若干沿所述排气管的所述排气通道的长度方向的孔；其特征在于，
所述第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积设置在相对流动通道的径向横截面面积的1/5-2/3的范围内，该流动通道的径向横截面面积由所述第一蜂窝状催化剂部分被移去时的所述排气通道的所述第一安装位置的所述内壁表面所限定，
所述第一蜂窝状催化剂部分的所述孔的密度设置在每平方英寸40-200网眼的范围内，
所述第一蜂窝状催化剂部分的轴向长度是其直径的0.5-1倍。
2.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述排气管的所述排气通道包含小直径部分，其所具的所述第一安装位置设置在所述排气通道的上游侧；以及大直径部分，其所具的所述第二安装位置设置在所述排气通道中相对所述小直径部分的下游侧；以及其中
所述第一蜂窝状催化剂部分放置在所述小直径部分中，而所述第二蜂窝状催化剂部分放置在所述大直径部分中。
3.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述第一蜂窝状催化剂部分由第一支承构件安装在所述排气通道的所述第一安装位置上，该第一支承构件放置在所述排气通道的所述内壁表面与所述第一蜂窝状催化剂部分的所述外周边表面之间。
4.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述第一蜂窝状催化剂部分和所述第二蜂窝状催化剂部分沿所述排气管的所述排气通道的径向放置在中央区域。
5.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述第二蜂窝状催化剂部分由第二支承构件安装在所述排气通道的所述第二安装位置上，该第二支承构件放置在所述排气通道的所述第二安装位置的内壁表面与所述第二蜂窝状催化剂部分的外周边表面之间。
6.如权利要求5所述的废气净化装置，其特征在于，所述第二支承构件封闭或基本封闭所述排气管的所述排气通道的所述第二安装位置的所述内壁表面与所述第二蜂窝状催化剂部分的所述外周边表面之间的空间。
7.如权利要求5所述的废气净化装置，其特征在于，所述第二支承构件在所述排气管的所述排气通道的所述第二安装位置的所述内壁表面与所述第二蜂窝状催化剂部分的所述外周边表面之间形成废气的第二吹气通道。
8.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述第一蜂窝状催化剂部分包含保持催化剂成分的所述第一金属载体和用于固定所述第一金属载体的外周边表面的第一外套筒；以及其中
所述第二蜂窝状催化剂部分包含保持催化剂成分的所述第二金属载体和用于固定所述第二金属载体的外周边表面的第二外套筒。
9.如权利要求8所述的废气净化装置，其特征在于，所述第一蜂窝状催化剂部分的所述第一金属载体是通过粘接具有炽燃材料的缠绕型主体而形成的，所述缠绕型主体是通过以旋涡形式滚压金属波纹板和金属板形成的。
10.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，当“Sc”表示所述第一蜂窝状催化剂部分的催化剂区域中的径向横截面面积，而当“Sb”表示所述吹气通道的流动通道的面积时，比例Sc/Sb设置在0.25-2.06的范围内。
11.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，所述第二蜂窝状催化剂部分在单位时间的净化能力大于所述第一蜂窝状催化剂部分。
12.如权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，它应用于摩托车发动机的排气系统。
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