內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架的製作方法
2023-05-03 16:26:51
專利名稱：內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架，該裝置不僅充當用於收集從發動機汽缸頭流出的排氣的排氣歧管，還用於直接安裝的排氣後處理催化劑。
背景技術：
排氣歧管或排氣集管已在多汽缸往復式內燃機上使用多年。已知的排氣歧管或排氣集管簡單地收集來自汽缸頭排氣口的氣體並將這些氣體傳送到排氣管。通常，催化劑包含在排氣管的下遊。
雖然緊密耦合催化劑在汽車業界是已知的，但這樣的催化劑通常並不以其入口與排氣流道呈共面關係來安裝。結果，穿過催化劑的流速並不均勻且通常因為排氣歧管內的流量和熱量損失而減緩。因此，美國專利6,840,039公開了一種包括位於催化劑上遊的漸擴漸縮部分的排氣歧管。顯然，漸擴漸縮部分所宣稱的一個目的是降低排氣熱，但這會導致增加催化劑活化時間的明顯缺點。
本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架對從歧管流道進入排氣收集器室的單個流提供較好的流導向，使得向直接安裝到出口法蘭上的催化劑的正面提供均勻的速度分布以及均勻的溫度分布，同時保存排氣熱。這可以促進更快的催化劑活化。
發明內容
一種內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架包括具有適配於與排氣處理催化劑連接的出口結構的收集器室，及適配於安裝到從發動機汽缸頭引出的多個排氣口上的多個排氣法蘭。排氣流道從每個排氣法蘭延伸到收集器室。位於收集器室內的多個轉向導葉以均勻的速度及溫度分布引導從流道流出並流入收集器室的排氣。這些轉向導葉與收集器室的至少一個壁集成形成。配置導葉，使得離開收集器室的氣體具有均勻的流速曲線。
根據本發明的另一個方面，布置收集器室，排氣法蘭，及排氣流道，使得可以使用具有多個平行軸的緊固件/驅動器來同時驅動用於將排氣流導向器兼催化劑安裝支架連接到發動機汽缸頭的多個緊固件。收集器室的出口結構和排氣流道基本上是共面的。收集器室的出口法蘭和排氣法蘭平面之間的夾角約為45度。
根據本發明的另一個方面，汽車往復式內燃機包括汽缸體，安裝在汽缸體上的汽缸頭，及發動機用的排氣流導向器，催化劑安裝支架，及發動機排氣處理催化劑。
本發明的流導向器兼催化劑安裝支架較佳地由鑄造金屬構建，諸如含鐵鑄造金屬，這樣的金屬更精確地稱為鑄鐵和/或鑄鋼。
本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的一個優點是，發動機排氣口與催化劑正面之間的距離得以最小化，但在可在單次操作中連接到發動機的流導向器兼催化劑安裝支架的背景下才如此。
本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的另一個優點是，催化劑效率因為排氣以更高溫度到達催化劑且具有更加均勻的流速而提高。均勻的流速轉換為對催化劑的全部量的更有效利用，從而提高了催化劑效率。
本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的又一個優點是，因為催化劑以避免熱量損失和流體流量損失兩者的更有效方式接收排氣，所以對某些汽車來說可以免去車底催化劑，這產生了較大的附帶的成本節約。此外，在一個汽車發動機的情況下，可以通過去除不需要的車底催化劑而從3.5L發動機產生附加的15馬力。此功率增加歸功於排氣反壓力的減少。
本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的再一個優點是，從汽車的車底去除催化劑導致汽車乘客室內的熱量累積更少。
本發明的其他優點以及特徵和目標將對本說明書的讀者變得顯而易見。
圖1是本發明的內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架的透視圖。
圖2是本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的俯視圖，其中示出了用多個螺紋緊固件安裝到發動機汽缸頭上的該裝置。
圖3是具有本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的本發明的內燃機的截面圖。
圖4是圖3所示排氣流導向器兼催化劑安裝支架的放大圖。
具體實施例方式
如圖1所示，排氣流導向器兼催化劑安裝支架10通過排氣法蘭30連接到發動機。排氣流道38A、38B及38C從每個排氣法蘭30延伸到收集器室22，收集器室22在圖3和圖4中詳細地示出。圖4還示出了穿過主要的催化劑元件48的正面50的速度曲線P。圖4中所示的排氣催化劑46具有兩個塊或單片襯底48和54。如圖4所示，速度曲線基本上是均勻的。這意味著全部催化劑都將被用於實現所需的排氣後處理。
圖4中所示的均勻的速度曲線通過與收集器室22的壁集成形成的導葉來部分地實現。在圖2中的42處示出了兩個導葉。導葉42與排氣流道38的布置相結合造成流中的漩渦成分，使所示的編號為3的示例中的部分排氣轉向並向下導向到催化劑46的正面50上不同但重疊的部分中，使得在催化劑主要元件48的中間床部之前實現均勻的流量分布。因為這使排氣流過流道38和收集器室22並流入催化劑46而不額外摩擦收集器室壁，所以排氣中的熱量損失得以最小化。這與很多現有技術的排氣處理裝置形成鮮明的對比。
圖2示出本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的另一重要特徵，由於排氣法蘭30、排氣流道38，及出口法蘭26基本上是共面的。這允許同時使用所有緊固件36，以允許在單次操作中將排氣流導向器10緊固到發動機上。一旦流導向器10已連接到發動機，就可以將催化劑46(圖3和圖4)安裝到流導向器上。
圖4示出本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架在安裝上的優點，由於催化劑46如所示直接連接到流導向器，而大容量的收集器/室如圖4所示使流平滑並將其引導入催化劑塊。
還可以從圖3看出，本發明的排氣流導向器兼催化劑所需的包裝空間得以最小化，因為中間管道以及車底催化劑可以並且已被免去。
雖然已示出和描述了本發明的具體實施例，但本領域技術人員可以想到大量的變體和可選實施例。因此，希望本發明僅由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架，包括具有適配於與排氣處理催化劑連接的出口結構的收集器室；適配於安裝到從發動機汽缸頭引出的多個排氣口上的多個排氣法蘭；多個排氣流道，所述流道中的一個從所述排氣法蘭中的一個延伸到所述收集器室；及多個轉向導葉，所述轉向導葉位於所述收集器室內並用於引導從所述流道流出並流入所述收集器室的排氣。
2.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，所述轉向導葉與所述收集器室的至少一個壁集成形成。
3.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，配置所述轉向導葉與所述排氣流道，使得離開所述收集器室的氣體轉向並導向到連接到所述流導向器兼催化劑安裝支架的催化劑上不同但重疊的部分中，使得經過所述催化劑時實現均勻的流量分布。
4.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，布置所述收集器室，所述排氣法蘭，及所述排氣流道，使得可以使用具有多個平行軸的緊固件驅動器來同時驅動用於將所述排氣流導向器兼催化劑安裝支架連接到發動機汽缸頭的多個緊固件。
5.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，所述收集器室的所述出口結構與所述多個排氣法蘭的平面之間的夾角約為45度。
6.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，所述收集器室的所述出口結構與所述排氣流道基本上是共面的。
7.如權利要求1所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，配置所述收集器室的所述出口結構，以用於排氣催化劑的直接安裝。
8.一種內燃機排氣流導向器、催化劑安裝支架，及排氣處理催化劑，包括具有適配於與排氣處理催化劑連接的出口法蘭的收集器室；適配於安裝到從發動機汽缸頭引出的多個排氣口上的多個排氣法蘭；多個排氣流道，所述流道中的一個從所述排氣法蘭中的一個延伸到所述收集器室；直接連接到所述出口法蘭的排氣處理催化劑；及多個轉向導葉，所述轉向導葉位於所述收集器室內並用於引導流過所述流道並流入所述催化劑的排氣，配置所述導葉，以使通過所述催化劑的平行的排氣流速曲線基本上不變。
9.如權利要求8所述的排氣流導向器，催化劑安裝支架，及排氣處理催化劑，其特徵在於，所述排氣處理催化劑包括至少一個單片襯底。
10.如權利要求8所述的排氣流導向器，催化劑安裝支架，及排氣處理催化劑，其特徵在於，所述排氣處理催化劑包括多個單片襯底。
11.如權利要求8所述的排氣流導向器，催化劑安裝支架，及排氣處理催化劑，其特徵在於，所述收集器室的所述出口法蘭與所述排氣法蘭基本上是共面的。
12.一種汽車往復式內燃機，包括汽缸體；安裝在所述汽缸體上的汽缸頭；及排氣流導向器，催化劑安裝支架，及排氣處理催化劑，包括具有適配於與排氣處理催化劑連接的出口法蘭的收集器室；適配於安裝到從所述汽缸頭引出的多個排氣口上的多個排氣法蘭；多個排氣流道，所述流道中的一個從所述排氣法蘭中的一個延伸到所述收集器室；直接連接到所述出口法蘭的排氣處理催化劑，所述催化劑具有鄰接所述收集器室的正面；及多個轉向導葉，所述轉向導葉位於所述收集器室內並用於引導流過所述流道並流入所述催化劑的不同部分的排氣，使得在所述催化劑的正面上實現均勻的流量分布。
13.如權利要求12所述的內燃機，其特徵在於，以共面的配置來布置所述排氣流道與所述出口法蘭。
14.一種內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架，包括具有適配於與排氣處理催化劑直接連接的出口法蘭的收集器室；適配於安裝到從發動機汽缸頭引出的多個排氣口上的多個排氣法蘭；及多個排氣流道，所述流道中的一個從所述排氣法蘭中的一個延伸到所述收集器室，配置所述排氣流道與所述出口法蘭，使得所述出口法蘭與所述流道基本上共面。
15.如權利要求14所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，還包括多個轉向導葉，所述轉向導葉位於所述收集器室內並用於引導流過所述流道並流入所述收集器室的不同部分的排氣。
16.如權利要求14所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，所述流導向器兼催化劑安裝支架由鑄造金屬構成。
17.如權利要求16所述的排氣流導向器兼催化劑安裝支架，其特徵在於，所述流導向器兼催化劑安裝支架由含鐵鑄造金屬構成。
全文摘要
一種內燃機排氣流導向器兼催化劑安裝支架包括具有適配於與排氣處理催化劑直接連接的出口法蘭的收集器室。位於收集器室內的多個轉向導葉將流自流道的排氣引導到收集器室中。連接排氣法蘭的流道與本發明裝置的出口法蘭是基本上共面的。本發明的排氣流導向器兼催化劑安裝支架的一個優點是，催化劑效率因為排氣以更高溫度到達催化劑且具有更加均勻的流速而提高。
文檔編號F01N3/28GK101086219SQ20061013668
公開日2007年12月12日 申請日期2006年10月27日 優先權日2006年6月7日
發明者雷·霍斯特, 伊莎貝爾·格魯姆 申請人:福特環球技術公司