具有整合的催化轉化器和聚合物消聲器主體的消聲器的製作方法

2023-05-16 04:18:51

專利名稱：具有整合的催化轉化器和聚合物消聲器主體的消聲器的製作方法
技術領域：
本發明公開了具有整合的催化轉化器和具有聚合物消聲器主體的排氣消聲器。
背景技術：
消聲器也被稱為消音器，其被用作內燃機和其它類型發動機排氣系統中的部件，主要用於降低廢氣離開發動機(噴氣發動機和火箭發動機除外)時的噪聲。這些系統的典型使用類型為汽車、卡車、履帶式雪上汽車、摩託車、船、踏板車、鐵路機車、發電機、高爾夫球車、拖拉機和其它機動農業設備、割草機和其它電動園林設備等。實際上，對於內燃機的任何使用通常也包括消聲器(系統)。由於排出氣體的高溫以及那些氣體的腐蝕性，傳統上使用金屬尤其是鋼來製造消聲器。這些金屬的腐蝕是一個問題，但是這已經通過使用更加貴重的合金例如不鏽鋼而得到解決。然而，因為金屬具有高密度，消聲器往往體積很大(以 便能夠充分地減小噪聲)並且很重。因此需要使各組件微型化和/或整合各組件以便降低系統成本和重量。此外有關氣體排放的環境法規不斷加強，要求這些應用中的一些在歷史上所用的裝置上安裝附加的排放控制裝置。儘管用於排放控制裝置具體地催化轉化器的新技術已經出現，所述新技術在較低溫度下運行並同時消除絕大多數的所規定的排放氣體，但是因為放熱反應，它們仍然在高溫下運行。在組合催化轉化器與排氣消聲器的過程中，如有時為了節省較小裝置例如摩託車上的空間所做的那樣，催化轉化器的額外放熱在設計時必須進行考慮。這可導致額外的空間和絕熱元件，從而增大了排氣系統的成本、重量和體積。所需要的是與催化轉化器系統整合的用於所有類型的內燃機的緊湊型消聲器，從而降低成本和重量。美國專利公布2009/0194364A1公開了一種聚合物複合材料消聲器主體，其中所述聚合物複合材料主體與排氣管隔離開。美國專利6，109，026公開了一種具有催化轉化器的消聲器。發明概述本發明公開了一種整合有催化轉化床(9、32、52)的消聲器(1、21、41)，所述消聲器包括聚合物消聲器主體(2、22、42)、與發動機排氣流動連通的進氣管(3、23、43)和與所述催化轉化床(9、32、52)的出口流動連通的穿孔排氣管(4、34、44)，所述進氣管連接到第一主體固定轉接器(5、25、45)以便使所述進氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述進氣管與所述催化轉化床的入口流動連通，所述穿孔排氣管安裝在第二主體固定轉接器(6、26、56)上以便使所述穿孔排氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離；所述進氣管和所述穿孔排氣管使所述催化轉化床與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述第一主體固定轉接器、聚合物消聲器主體和第二主體固定轉接器，從而形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間(8、28、48)。附圖
簡述圖I顯示具有整合的催化轉化器的消聲器的一個實施方案的剖視圖。
圖2顯示具有整合的催化轉化器的消聲器的另一個實施方案的剖視圖。圖3顯示具有整合的催化轉化器的消聲器的另一個實施方案的剖視圖。發明詳述圖I示出了具有整合的催化轉化器(9)的排氣消聲器(I)的一個實施方案，其顯示橫截所述聚合材料消聲器主體(2)的局部剖視圖。與發動機排氣連通的進氣管(3)連接到第一主體固定轉接器(5)，以便使所述進氣管(3)與所述聚合物消聲器主體(2)保持絕熱距離。進氣管(3)連接到催化轉化床(9)的入口頂蓋(7)上，從而提供所述進氣管(3)與所述催化床的流動連通。催化床(9)的出口頂蓋(11)連接到穿孔排氣管(4)以在所述催化床和穿孔排氣管之間提供流動連通。穿孔排氣管(4)也連接到第二主體固定轉接器(6)，以便使所述穿孔排氣管(4)與所述聚合物消聲器主體(2)保持絕熱距離。催化轉化器催化床(9)因此與聚合物主體(2)保持絕熱距離。第一主體固定轉接器(5)、聚合物消聲器主體
(2)和第二主體固定轉接器(6)形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間(8)。絕熱和 噪聲抑制空間可被絕熱和/或噪聲抑制材料(10)例如玻璃纖維粗紗佔據。圖2示出具有整合的催化轉化器的排氣消聲器(21)的另一個實施方案，其顯示橫截所述聚合物消聲器主體(22)的局部剖視圖。與發動機排氣連通的進氣管(23)貫穿並連接到第一主體固定轉接器(25)，以便提供內管部分(23a)，以及以便使所述進氣管(23)與所述聚合物消聲器主體(22)保持絕熱距離。所述內管部分的與所述第一主體固定轉接器(25)相背的末端是開口的。催化床(32)被安裝在內管部分(23a)的外表面上。導流板
(29)將來自所述內管部分(23a)的氣體流偏轉進催化床(32)中以提供二者之間的流動連通。導流板(24)將來自催化床(32)的出口的氣體流偏轉到包圍催化床的外表面的穿孔排氣管(34)。穿孔排氣管(34)被連接到第二主體固定轉接器(26)，以便使所述穿孔排氣管
(34)與所述聚合物消聲器主體(22)保持絕熱距離。穿孔排氣管(34)引導氣體流橫穿催化床的外表面，從而提供催化床的冷卻。催化床(32)和穿孔排氣管(34)因此與聚合物主體
(22)懸浮成絕熱距離。第一主體固定轉接器(25)、聚合物消聲器主體(22)和第二主體固定轉接器(26)形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間(28)。所述絕熱和噪聲抑制空間可被絕熱和/或噪聲抑制材料(30)例如玻璃纖維粗紗佔據。可將擴散器頂蓋(31)放置在穿孔排氣管(34)的出口之上以充當防火裝置。可存在一個或多個任選的支座(27a)和輻條(27b)，以將催化床(32)的外表面連接到穿孔排氣管(34)以提供附加的結構支撐。圖3示出具有整合的催化轉化器的排氣消聲器(41)，其顯示橫截聚合材料消聲器主體(42)的局部剖視圖。與發動機排氣連通的進氣管(43)貫穿並連接到第一主體固定轉接器(45)以便提供內管部分(43a)，以及以便使進氣管(43)與聚合聚合物消聲器主體
(42)保持絕熱距離。所述內管部分的與第一主體固定轉接器(45)相背的一端是敞開的。催化床(52)被安裝在內管部分(43a)的外表面上。導流板(49)將來自內管部分(43a)的氣體流偏轉進催化床(52)中以提供二者之間的流動連通。導流板(44)將來自催化床(52)的出口的氣體流偏轉到環繞催化床的外表面的穿孔排氣管(44)。穿孔排氣管(44)連接到出口頂蓋(57)，所述出口頂蓋連接到出口管(58)。出口管(58)連接到第二主體固定轉接器
(56)以便使出口管(58)、出口頂蓋(57)和穿孔排氣管(44)與聚合物消聲器主體(42)保持絕熱距離。穿孔排氣管(44)引導氣體流橫跨催化床的外表面，從而提供催化床的冷卻。催化床(52)和穿孔排氣管(44)因此與聚合物主體(42)被懸浮絕熱距離。第一主體固定轉接器(45)、聚合物消聲器主體(42)和第二主體固定轉接器(56)形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間(48)。絕熱和噪聲抑制空間可被絕熱和/或噪聲抑制材料(50)例如玻璃纖維粗紗佔據。可存在一個或多個任選的支座(47a)和輻條(47b)，以將催化床(52)的外表面連接到穿孔排氣管(44 )以提供附加的結構支撐。所謂「第一主體固定轉接器」是指將消聲器主體相對於排氣管保持固定並且處在所述消聲器最接近於發動機的末端上的轉接器。所謂「第二主體固定轉接器」是指將消聲器主體相對於穿孔排氣管保持固定並且處在所述消聲器離發動機最遠的末端上的轉接器。所謂聚合物消聲器主體「連接到」所述第一和第二主體固定轉接器和/或轉接器「連接到」排氣管指固定地連接。所謂「固定地」是指在正常運行時所述物品相對於其所連接的物品將不移動，但可為可移除的，例如用於修理或置換。所謂「密封的內室」是指聚合物消聲器主體和第一主體固定轉接器(5)以及聚合物消聲器主體和第二主體固定轉接器(6)之間形成氣密密封，從而形成內室。所謂「聚合物消聲器主體」是指具有由聚合材料製造的主體的消聲器，所述聚合材料可為任何種類的聚合物，包括熱塑性塑料、熱固性塑料或不可熔性聚合物。不可熔性聚合物是不交聯的但在它達到其分解溫度之前不會變成液體。所謂「聚合物」是指包括聚合物和任選地包含通常存在於此類組合物例如填充劑、增強劑、穩定劑、顏料、抗氧化劑和潤滑劑中的任何其它材料的組合物。它包括熱固性和熱塑性聚合材料兩種。「絕熱距離」是指進氣管、穿孔排氣管和催化床外表面各自與聚合物消聲器主體之間的距離。這些距離將部分確定絕熱和噪聲抑制空間(8)的尺寸。給定一組條件(例如，排氣溫度和流量)，排氣管和催化轉化床的外表面各自與聚合物消聲器主體之間的距離越大，聚合物消聲器主體所暴露的溫度越低。對於靠近第一和/或第二主體固定轉接器或者靠近催化轉化床表面的聚合物消聲器主體獲得某個最大暴露量的這些距離的必須長度可通過採用流體有限元分析計算(參見下面)而容易地獲得。絕熱距離應當足以避免在使用時對聚合物消聲器主體的顯著熱損傷。所謂「顯著熱損傷」是指聚合物消聲器主體將由於高溫而受到損害，致使其不適合於正常使用。有關不會發生這種損傷的最小時間段將通過設備生產商的說明書來確定，但通常「正常」運行將超過約1000小時，更優選地超過約2000小時，特別優選地超過約3000小時，以及非常優選地超過約5000小時。如上所述，在進氣管和聚合物消聲器主體、穿孔排氣管和聚合物消聲器主體、以及催化轉化床的外表面和聚合物消聲器主體之間應當具有足夠的距離，以便聚合物消聲器主體不會過熱。所需的距離可通過反覆試驗來確定。也可採用設計用於計算熱流動的電腦程式來建模。用於此目的的典型電腦程式為Alisysk CFX, release 11(從Ansys Inc.,Canonsburg, PA15317，USA獲得)。使用這樣一種建模程序，對於任何給定的一組條件和聚合物性質，可計算在排氣管和聚合物消聲器主體之間的所需距離。在某些情況下，聚合物消聲器主體的臨界過熱點可為在其接觸或接近於接觸聚合物消聲器主體的點處的第一和/或第二固定轉接器。在此情況下，排氣管和與轉接器的聚合物消聲器主體接觸點之間的距離以及轉接器自身的導熱性可為關鍵因素。
聚合物消聲器主體的聚合物應是耐溫的以足以經受其可能被加熱到的溫度。用於這些聚合物消聲器有用的材料包括選自半結晶聚醯胺、熱致液晶聚合物、聚酯、聚縮醛的熱塑性塑料，和選自環氧化物樹脂、三聚氰胺樹脂和酚醛樹脂的熱固性樹脂，以及選自聚醯亞胺、聚(對亞苯基)和包含大於50%下式重複單元的聚合物的不可熔性聚合物。
權利要求
1.整合有催化轉化床的消聲器，所述消聲器包括聚合物消聲器主體、與發動機排氣流動連通的進氣管和與所述催化轉化床的出口流動連通的穿孔排氣管，所述進氣管連接到第一主體固定轉接器以便使所述進氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述進氣管與所述催化轉化床的入口流動連通，所述穿孔排氣管安裝在第二主體固定轉接器上以便使所述穿孔排氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離；所述進氣管和所述穿孔排氣管使所述催化轉化床與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述第一主體固定轉接器、聚合物消聲器主體和第二主體固定轉接器形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間。
2.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述絕熱和噪聲抑制空間填充有或部分填充有噪聲抑制材料。
3.權利要求2的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述噪聲抑制材料為玻璃纖維粗紗。
4.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述主體固定轉接器、穿孔排氣管、排氣管和催化劑床通過焊接、爐中釺焊或其它金屬接合方法全部接合在一起。
5.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述聚合物主體被模塑成多個零件，所述多個零件用扣件、粘合劑或通過聚合物焊接方法接合在一起。
6.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述聚合物消聲器主體為均勻的橫截面。
7.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述聚合物主體由熱塑性塑料和熱固性樹脂以及不可熔性聚合物構造，所述熱塑性塑料選自半結晶聚醯胺、熱致液晶聚合物、聚酯、聚縮醛，所述熱固性樹脂選自環氧化物、三聚氰胺和酚醛樹脂，所述不可熔性聚合物選自聚醯亞胺、聚(對亞苯基)和包含大於50%的下式重複單元的聚合物 以及 其中X為NH、N-苯基、0(氧)或S (硫)，並且Ar為對亞苯基、4，4'-亞聯苯基或1，.4-亞萘基。
8.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述聚合物消聲器主體包含具有至少260°C的熔點的第(I)組聚醯胺，所述第(I)組聚醯胺包含 (a)大於95摩爾％的半芳族重複單元，所述半芳族重複單元衍生自選自下列各項中的一種或多種的單體 i)具有8-20個碳原子的芳族二羧酸和具有4-20個碳原子的脂族二胺；和 (b)小於5摩爾％的脂族重複單元，所述脂族重複單元衍生自選自下列各項中的一種或多種的單體ii)具有6-20個碳原子的脂族二羧酸和具有4-20個碳原子的所述脂族二胺；和 iii)具有4-20個碳原子的內醯胺和/或氨基羧酸。
9.權利要求I的整合有催化轉化床的消聲器，其中所述催化劑床由不鏽鋼、整體式陶瓷磚或容器中的多個球形或非球形陶瓷珠構造。
全文摘要
本發明公開了一種整合有催化轉化床(9、32、52)的消聲器(1、21、41)，所述消聲器包括聚合物消聲器主體(2、22、42)、與發動機排氣流動連通的進氣管(3、23、43)和與所述催化轉化床的出口流動連通的穿孔排氣管(4、34、44)，所述進氣管連接到第一主體固定轉接器(5、25、45)以便使所述進氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述進氣管與所述催化轉化床(9、32、52)流動連通，所述穿孔排氣管安裝在第二主體固定轉接器(6、26、56)上以便使所述穿孔排氣管與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離；所述進氣管和所述穿孔排氣管使所述催化轉化床與所述聚合物消聲器主體保持絕熱距離，所述第一主體固定轉接器、聚合物消聲器主體和第二主體固定轉接器形成密封的內室以提供絕熱和噪聲抑制空間(8、28、48)。
文檔編號F01N3/28GK102741518SQ201180008179
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月2日 優先權日2010年2月2日
發明者D.P.瓊斯, K.P.莫勒 申請人:納幕爾杜邦公司