集成有催化剂壳体的排气歧管及其制造方法
【技术领域】
[0001](相关申请的交叉引用）
[0002] 本申请基于2013年9月18日提交的日本专利申请No . 2013-192682要求享有优先 权，该日本专利申请的全部公开内容通过参引并入本文。
[0003] 本发明涉及用于车辆发动机的集成有催化剂壳体的排气歧管及其制造方法。
【背景技术】
[0004] 集成有催化剂壳体的排气歧管(也称为歧管转化器)是用于车辆的发动机的其中 一个排气部件，其具有用于收集来自发动机的气缸的排气的排气歧管（也缩写为 %1^ &11〇、以及与排气歧管直接连通的催化转化器。例如，专利文献1(日本专利未审特开 No. 2000-204945A)的图8示出了排气系统的结构;在该排气系统中，催化剂壳体布置在用于 V型多缸发动机的排气歧管的紧下游。专利文献1详细地公开了排气歧管的结构，但没有公 开催化剂壳体的结构。例如，如本公开的图15中示出的，常规的歧管转化器由下述一些部件 组成:排气歧管壳91、壳体主体96、锥形部(入口侧壳)97以及出口侧壳98。排气歧管过去惯 于被提供为一体式铸造产品。近来，为了满足对轻量化的一般要求，通过金属压制而制造出 的排气歧管变得普及，从而现今主要使用的是下述类型的排气歧管，其中：通过压制而形成 的两个半壳(91A、91B)被焊接在一起以形成歧管壳91的整个外壳。这同样适用于布置在壳 体主体96的下游侧的外侧壳98,从而可以看到两个压制的半壳(98A、98B)被焊接在一起以 形成外侧壳98的整个壳这样的设计。应当指出的是，大致筒状的壳体主体96可以通过钢板 的滚乳加工而形成，大致锥形部97可以通过金属筒状件的压制而形成。
[0005] 引用列表
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本专利未审特开No. 2000-204945A
【发明内容】
[0008] 技术问题
[0009] 本公开提出了以下分析。
[0010] 在示出为图15中的示例的常规的歧管转化器中，使用了多达六个组成部件，即，形 成排气歧管的两个半壳91A、91B;锥形部97;壳体主体96;以及形成出口侧壳的半壳98A、 98B。由于组成部件的数量较多，因此用于相互连接的焊接点(焊缝）的数量以及焊接长度必 然会增加。另外，还需要例如用于提供相邻的部件之间的焊缝的搭接公差的操作。在这些情 况下，根据制造歧管转化器的常规方法，操作步骤的数量增加，从而难以降低制造成本。 [0011]此外，为了满足现在变得更加严格的针对排气的规定，并且为了满足日益增加的 对降低燃料成本的需求，在排气系统的最上游侧中流动的、特别是在歧管转化器的情况下 在排气歧管和锥状(锥形)部中流动的排气的温度不可避免地被设定得较高。这种高温设定 会导致歧管转化器部件的表面温度升高。因此，迫切需要使用具有优异的高温强度的SUS (不锈钢）。然而，通常而言，由高温强度优异的SUS制成的板(或片材)难以成型。因此，为了 使用由SUS制成的这种(难以成型的）板作为形状复杂的歧管转化器部件的坯件，本领域中 需要确立一种新的成型技术。
[0012] 本公开的目的在于提供这样的一种集成有催化剂壳体的排气歧管(歧管转化器）， 该集成有催化剂壳体的排气歧管能够减少其部件以及其部件之间的焊接点的数量，由此能 够节省制造成本。本公开的另一目的在于提供这样的一种制造集成有催化剂壳体的排气歧 管的方法，该方法能够通过使用高温性能优异但难以成型的铁基材料而减少排气歧管的部 件的数量。
[0013] 问题的解决方案
[0014] 本公开的第一方面涉及集成有催化剂壳体的排气歧管。该集成有催化剂壳体的排 气歧管包括排气歧管部段和催化剂壳体部段。催化剂壳体部段具有保持催化剂载体的大致 筒状的壳体主体、将壳体主体与排气歧管部段相互连接的锥形(锥状)部、以及连接至壳体 主体的下游侧的出口侧壳。
[0015] 排气歧管部段和催化剂壳体部段通过特制坯件的压制成型而形成，所述特制坯件 通过焊接材料种类不同和/或厚度不同的至少两个金属坯件而形成。排气歧管部段和催化 剂壳体部段的锥形部由同一金属坯件形成。
[0016] 更优选地，在上述集成有催化剂壳体的排气歧管中，催化剂壳体部段的壳体主体 和出口侧壳由与形成排气歧管部段和锥形部的金属坯件不同的至少一个金属坯件形成。
[0017] 根据第一方面，排气歧管部段和催化剂壳体部段源自于特制坯件，并且排气歧管 部段和催化剂壳体部段通过特制坯件的压制成型而被一体地预先成型。因此，能够减少所 需组装的部件的数量。另一方面，由于部件数量的减少，组装时所需的焊接点(焊缝)的数量 会减少，同时总焊接长度也会减小，从而制造成本可以降低。此外，排气歧管部段和催化剂 壳体部段的(处于最上游区域的)锥形部由金属坯件中形成特制坯件的一个金属坯件形成， 即，由同一金属坯件形成。因此，耐热性等优良的昂贵的金属坯件被指定作为所述同一金属 坯件，以满足高水平的性能需求。另一方面，布置在催化剂壳体部段的中游区域中的壳体主 体和布置在催化剂壳体部段的下游区域中的催化剂壳体部段的出口侧壳由与形成排气歧 管部段和催化剂壳体部段的锥形部的金属坯件不同的至少一个其它金属坯件形成。因此， 耐热性等不太优良的相对便宜的金属坯件被指定作为这样的金属坯件，以满足节省成本的 需求。
[0018] 本公开的第二方面涉及制造集成有催化剂壳体的排气歧管(本公开的第一方面） 的方法。即，该方法用于制造这样的集成有催化剂壳体的排气歧管，该集成有催化剂壳体的 排气歧管包括排气歧管部段和催化剂壳体部段;催化剂壳体部段具有保持催化剂载体的大 致筒状的壳体主体、将壳体主体与排气歧管部段相互连接的锥形部、以及连接至壳体主体 的下游侧的出口侧壳。
[0019] 该方法包括：
[0020] A)特制坯件制备步骤:将通过焊接至少两个金属坯件而形成的特制坯件制备为如 下金属板:所述金属板呈预压平板形状并且形成与完成的集成有催化剂壳体的排气歧管的 一半形状对应的半壳，其中所述至少两个金属坯件由材料种类不同和/或厚度不同的铁基 金属制成；
[0021] B)整体加热步骤:将特制坯件整体加热至700摄氏度至950摄氏度的高温范围； [0022] C)局部冷却步骤:使冷却块与已经加热的特制坯件上包括设计成通过压制而形成 锥形部的部分在内的至少一个局部部分接触，以使所述至少一个局部部分和所述至少一个 局部部分的相邻区域冷却至100摄氏度至600摄氏度的低温范围；
[0023] D)压制成型步骤:在局部冷却之后对特制坯件进行压制成型，以产生与集成有催 化剂壳体的排气歧管的半壳对应的三维形状;以及
[0024] E)焊接步骤:使两个通过步骤A至步骤D形成的半壳对接，并且在这两个半壳的对 接部分处焊接这两个半壳以完成集成有催化剂壳体的排气歧管的整体形状。
[0025] 在第二方面中，由铁基材料制成的特制坯件是压制产品（合起来对应于完整的集 成有催化剂壳体的排气歧管产品的两个半壳中的一个半壳）的前体。在特制坯件中，在压制 成型之后，形成锥形部（即，金属坯件的一部分）和锥形部的相邻部的至少一个被冷却部 (即，冷却块接触部）的温度被设定至（100摄氏度至600摄氏度的）低温范围，而其余部分的 温度被设定至(700摄氏度至950摄氏度的）高温范围。特制坯件在所谓的整体加热/局部冷 却的这种情况下被压制成型。这是因为下述原因：一个压制成型产品（一个半壳）中混合有 不同的部分，即，在较高温度范围中通过压制难以产生裂纹或类似缺陷的一个部分、以及在 较低温度范围中难以产生裂纹或类似缺陷的另一部分。更具体地，因此，其余部分或由于未 与冷却块接触而未被局部冷却的部分由于高温加热而具有优良的伸长率属性，即使特制坯 件被压制成型为具有相对复杂的形状也能如此。相比之下，在由于与冷却块接触而被局部 冷却的被冷却部上，由于以下原因而容易导致裂纹或类似缺陷：如果构成特制坯件的铁基 材料具有非常优良的伸长率，那么拉应力会导致局部颈缩，从而导致过度变薄，由此容易出 现裂纹或类似缺陷。根据本公开，能够通过局部(部分)冷却来抑制铁基金属的特定部分的 伸长，同时能够保持该部分的高的屈服强度。因此，拉应力几乎不会被均匀地传递至局部冷 却部和局部冷却部的相邻部分，因此，在这些部分中几乎不会产生由于拉应力而造成的局 部颈缩。因此，根据本公开，即使在通过对铁基金属进行压制成型而制造形成集成有催化剂 壳体的排气歧管的半壳的情况下，通过(适于每个部分的）精确的温度控制，能够通过压制 成型安全可靠地形成形状相对较复杂的半壳。因此，根据该方法，通过使用高温强度优良但 难以成型的铁基材料，能够由数量相对较少的部件制造出集成有催化剂壳体的排气歧管。 另一方面，由于能够减少部件的数量，因此能够减少焊接步骤即最后的组装阶段中焊接点 的数量，同时能够减小总焊接长度。
[0026]应当指出的是，在部分(或局部)冷却过程中，一对冷却块更优选地与已经加热的 特制坯件的被冷却部的前后两个表面接触，即，所述被冷却部被夹在两个冷却块之间。这是 因为通过冷却块与已经加热的特制坯件的前后两侧接触，已经加热的特制坯件的冷却块接 触部(待被冷却部)及冷却块接触部的相邻区域能够在短时间内无温度差异地冷却至100摄 氏度至600摄氏度的较低的温度。
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