专利名称：用于催化转化器的分流器的制作方法
用于催化转化器的分流器背景技术车辆排气系统通常包括从排气歧管延伸至较大直径的催化转化器 的小直径排气管路部分，并且圓锥形过渡管路部分将小直径管路的下 游端连接至催化转化器的上游端。为了更好地将废气分布在大直径催 化转化器上，在圆锥形过渡管路部分中可以放置分流器.已经提出了 多种不同的分流器设计，但是它们通常高于最低成本且不能有效地将 废气均匀地分布在催化剂的整个橫截面上。将来自小直径上游管路部 分的废气均匀分布到较大直径的催化转化器中的低成本分流器是有价 值的。发明内容根据本发明的一个实施例，提供了发动机和用于该发动机排气管 道组件的分流器，能够利用极低成本的分流器将废气更均匀地分布在 催化转化器的横截面上。该分流器位于圆锥形外部过渡管路部分中， 所述外部过渡管路部分将小直径上游管路部分连接至较大直径的催化转化器保持管路部分。该分流器具有夹角至少为70度的圃锥形分流器壁，以将相当多的废气引向催化转化器的外围部分。该分流器具有中心孔以允许废气中的一部分流向催化转化器的中心部分。该圃锥形分流器壁具有允许相当多的废气流向转化器中间部分的孔，所述中间部 分位于中心部分和外围部分之间。本发明的新颖特征将利用所附权利要求书中的特征进行描述。在 结合附图阅读下文的基础上将更透彻地理解本发明。
图l是发动机排气管道组件的等角视图，并且上游部分和下游部
分以虚线表示。图2是图1所示排气管道组件的催化转化器组件的局部剖开的侧 面正视图。图3是图2所示催化转化器组件的分流器的等角视图。 图4是图2所示催化转化器组件的上游过渡组件的剖视困，并且 还显示了上游管路部分和催化转化器的一部分。 图5是沿图4中直线5-5剖开的视图。
具体实施方式
图1显示了发动机10的排气管道组件12,其将排气歧管14经消 音器16通向大气。沿排气管道组件布置有催化转化器组件20以减少 排放到大气中的最终废气中的污染物。该管道组件包括上游管路部分 22，其具有例如2英寸(5.1厘米)的小直径并且未被阻塞，并且将废 气传送到转化器组件20。该转化器组件包括催化转化器30，其包括直 径远大于上游管路部分22的大体圃柱形的催化转化器保持管路部分 32。如图2所示，该转化器保持管路部分32容纳具有许多小孔的转化 器材料34。该转化器材料34的直径通常为上游管路部分42的大约2 -3倍，以提供大约4-9倍的横截面积。这导致对通过气流的阻力变 小并导致通过气流变緩。上游过渡组件40将转化器组件的上游管路部 分42连接至转化器保持管路部分32,所述转化器组件的上游管路部 分具有与上游管路部分22相同的直径。该过渡组件40包括具有小直径上游端52和下游端54的截锥形外 部过渡管路部分50，所述小直径上游端具有与上游管路部分42相同 的直径，所述下游端具有与转化器保持管路部分32相同的直径。分流 器60位于外部过渡管路部分50内部。催化转化器材料块34可以具有中心部分A，环状外围部分C，以 及位于所述中心部分和外围部分之间的环状径向中间部分B。在没有 分流器的情况下，废气的一部分将到达每个催化转化器部分A、 B、 C. 然而，由于废气流动迅速，它们的动量将导致到达中心部分A的上游
端的废气比到达外围部分c的上游端的废气具有更高的浓度.转化器这将降低催化转化器的效率，所述催化转化器在废气均匀分布在转化 器材料上游端的横截面积上时效率最高。尽管过去曾经使用过分流器，但是它们通常不能有效地将废气均匀分布在催化转化器材料34上游端的横截面上。而且，现有技术中的 分流器通常具有复杂的结构，导致很高的成本。由于大量的发动机正 在使用，分流器结构成本的微小降低也是相当重要的。图3显示出分流器包括分流器元件70和多个将分流器元件70支 撑在圃锥形外部过渡管路部分50内壁上的支架72。所述支架围绕轴 线84大致均匀地倾斜，并且将分流器元件周围的区域分成多个通道 78(图5 )。每个支架优选地具有焊接到分流器元件70上的内端74(图 3)和焊接到外部过渡管路部分50的内壁上的外端76.该分流器为截 锥形。它具有带大孔82的上游端80,所述大孔以分流器的轴线84为 中心并且位于圓锥形外部过渡管路部分上。该孔通向具有大下游端88 的圃锥形内表面86。该分流器元件具有多个孔90，其有助于废气的均 匀分布。如图4所示，分流器元件70具有大的分流角，其中夹角G至少 为70度，并且所示特定的分流器具有85度的分流角G。应该注意到， 该分流夹角略大于外部过渡管路部分50的分流夹角H，所述外部过渡 管路部分的分流夹角H为70度。分流器的大分流角G有助于使相当 多的废气偏转向催化剂材料34的外围部分C。大的分流角G还使围 绕分流器的通道下游端变窄，其引导更多的气体通过所述孔，中心孔 82允许相当多的废气流向催化剂的中心部分A。孔90允许大量的废 气流向催化剂材料的径向中间部分B。分流器元件70优选地由其中冲出孔卯的金属板制成，并且该金 属板已经变形为圃锥形状。支架72随后焊接到适当的位置上。可以通 过上游过渡组件40的气流进行试验。以相对较小的孔开始，通过金属 切割剪切机或类似装置进行扩孔并再试验，直到发现孔卯和中心孔 82 (其通过在分流器的狭窄上游端处切除材料而增大)的最佳尺寸为
止是比较简单的亊情.最佳的分流器使最小量的最不希望的污染气体 排放到大气中。该分流器可以利用最少的机加工以低成本制造。申请人已经设计了一种具有分流器60的排气管道组件(图2)， 所述分流器构造为使废气均匀分布到催化材料34中，其中外部过渡管 路部分50的上游端具有2英寸(5.1厘米)的直径100，催化转化器 保持管路部分32具有6.25英寸(15.9厘米)的直径102，并且外部传 输管路部分的长度104为2.7英寸(6.9厘米)。申请人构造了如困4 所示的分流器元件70，长度106为0.7英寸(1.8厘米)，通道107具 有1英寸(2.5厘米)的上游直径108和2.38英寸(6.0厘米)的下游 直径IIO，并且分流角G为85度。申请人设置了六个孔90,每个孔 为圆形并且直径为0.42英寸(1.07厘米)。圃锥形分流器元件70的面 积为5.3平方英寸(181平方厘米)，而所述六个孔的面积为0.83平方 英寸(4.4平方厘米)，或为所述圃锥形分流器元件面积的16%。所有 孔的面积(0.83平方英寸或4.4平方厘米)大约等于分流器中心孔82 上游端的面积(0.79平方英寸(4.0平方厘米))。转化器如困5所示， 申请人:使用了三个安装支架72和六个孔90,并且每对相邻支架72之 间有两个孔。希望的是在每对支架之间提供至少一个孔以使废气更加 均匀地分布在催化材料的环状中心部分周围。所述分流元件和支架可 以由对废气具有高耐蚀性的不锈钢材料制成，并且具有例如0.05英寸 (1.3毫米)的厚度。因此，本发明提供了一种具有圃锥形过渡管路部分的发动机排气 管道组件，所述圃锥形过渡管路部分将小直径上游管路部分连接至较 大直径的催化剂保持管路部分，以及一种位于过渡管路部分内的分流 器以使废气均勻分布到催化剂保持管路部分中的催化材料中。分流器 具有大的扩散角，该扩散角至少为70度并优选地为至少80度，如上 所述的特定分流器具有85度的扩散角。该扩散角优选地大于外部过渡 管路部分的扩散角。这种大的分流器扩散角导致大量的废气径向向外 流向大直径催化剂材料块的外围部分和阻塞催化剂材料的径向中间部 分。分流器中的中心孔允许足够多的废气穿过并流到催化材料的中心
部分。所述分流器壁中具有允许足够多的废气穿过的孔以均衡流向催 化材料的径向中间部分的废气流量。该孔优选地占据分流器元件面积的至少10%,优选地为至少15%。尽管这里已经描述并举例说明了本发明的特定实施例，但是应当 认识到，改进和变化对本领域的技术人员来说是容易想到的，因此， 权利要求应解释为包括这种改进和等效物。
权利要求
I.一种在发动机(IO)中的改进，该发动机包括带有催化转化器 保持管路部分(32 )的排气管道组件(12 )，所述催化转化器保持管路所述催化转化器材料块具有靠近所述轴线的轴向部分(A)，与所述轴 线距离最远的外围部分(C)，和径向位于所述轴向部分和外围部分之 间的径向中间部分(B)，所述排气管道组件包括比所述转化器保持管 路部分直径小的上游管路部分(42 )，和将所述上游管路部分连接到所 述转化器保持管路部分上的上游过渡组件(40 )，其中所述过渡组件包 括沿下游方向扩大的圃锥形外部过渡管路部分(50)和位于所述过渡 部分内的分流器(60 )，所述分流器用于对流入所述大体圆柱形的催化 转化器材料块中的废气进行更加均匀地分布，所述分流器具有圆锥形 分流器壁(70)，所述分流器壁沿下游方向扩大并且与所述圃锥形外部 过渡管路部分隔开，所述分流器还具有中心孔(82)，其中所述圆锥形分流器壁形成至少70度的夹角(G)并具有多个孔 (90 )，从而在很短的过渡组件中使废气更为均匀地分布到催化转化器 材料的径向中间部分(B)上。
2. 如权利要求1所述的改进，其特征在于位于所述圃锥形分流器壁中的所述孔(90)占据所述分流器壁在 没有所述孔的情况下的面积的至少10%。
3. 如权利要求2所述的改进，其特征在于所述分流器的所述圃锥形壁的所述夹角(G)至少为80度，并且 所述孔(90)占据所述分流器壁面积的至少15%。
4. 如权利要求1所述的改进，其中所述分流器由金属板制成，并 且具有圃锥形的分流器元件(70)和至少三个基本径向延伸的支架 (72 ),所述支架围绕所述轴线成角度地隔开并且将所述元件上的位置 连接至所述外部过渡管路部分，其中所述支架将所述外部过渡管路长度的一部分分成多个外部通道部 分(78);位于所述分流器壁中的所述多个孔(90)包括位于每对相邻支架之间成角度布置的至少一个孔，以允许废气从所述分流器元件内部流 入每一个所述外部通道部分中。
5. 如权利要求1所述的改进，其特征在于位于所述分流器的所述上游端处的所述分流器中的所述中心孔 (82)的面积大致等于所述圃锥形分流器壁中的所有所述孔的面积。
6. —种分流器(60)，其放置在将小直径管路部分(42)连接至大 直径催化转化器保持管路部分(32)的上游圃锥形外部过渡管路部分(50)中，包括基本圃锥形的金属板分流器元件(70 )，所述分流器元件具有上游 端(80)和下游端(88)，在所述上游端分流器元件的直径最小，在所 述下游端分流器元件的直径最大；至少三个支架(72 )，每个支架都具有固定到所述分流器元件上的 径向内端(74)和固定到所述上游圃锥形外部过渡管路的径向外端 (76),因此，所述支架将所述分流器元件和所述外部过渡管路部分之 间的区域分成通道部分(78);所述分流器元件具有中心孔(82)和其中带有多个孔(90)的圃 锥形壁，并且在每对相邻的所述支架之间具有至少一个孔，以允许废 气从所述分流器元件内部流入所述每个通道部分中。
7. 如权利要求6所述的分流器，其特征在于 所述圆锥形分流器元件以至少70度的夹角分流，并且所述圓锥形壁中的所述孔占据所述分流器元件内表面面积的至少10% 。
8. —种上游圆锥形外部过渡管路部分(50)和分流器(60)的组 合，所述上游圃锥形外部过渡管路部分具有轴线(84)和通向催化转 化器保持管路部分(32)中的催化材料(34)的大直径端部(54)，所 述分流器位于所述过渡管路部分内，所述外部过渡管路部分以第一扩 张角(H)扩张，其中所述分流器包括截锥形金属板分流器元件(70)，所述分流器无件 具有上游端(80)和下游端(88),在所述上游端分流器元件的直径最 小，在所述下游端分流器元件的直径最大，所述圃锥形分流器元件以 第二扩张角(G)分流；至少三个支架(72 ),每个支架都具有固定到所述分流器上的径向 内端(74)和固定到所述过渡管路部分上的径向外端(76);所述第二扩张角(G)比所述第一扩张角(H)大几度。
9. 如权利要求8所述的组合，其特征在于所述第二角度(G)为 至少70度，并包括位于所述分流器元件中的多个孔(90)，所述孔位 于所述分流器元件上游端(80)的下游，所有所述孔的总面积为所述 分流器元件表面积的至少10%。
全文摘要
本发明提供一种分流器，其具有低成本并更为有效地使从小直径上游废气管路部分(42)流入较大直径的催化转化器组件(20)中的废气均匀分布。该分流器包括分流器元件(70)和安装支架(72)。该分流器元件具有中心孔(82)和夹角(G)至少为70度的圆锥形壁，所述圆锥形壁具有多个孔(90)。分流器的大圆锥角(G)有效地将废气引导至大直径催化转化器的外围，而堵塞该催化剂的径向中间部分，同时圆锥形分流器中的孔允许足够多的废气到达该催化剂的径向中间部分。
文档编号F01N3/02GK101124391SQ200480042853
公开日2008年2月13日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者约翰·M·扎布斯基, 莱斯特·P·贝里曼 申请人:克林空气系统国际公共有限公司