专利名称：具有整合的催化转化器和聚合物消声器主体的消声器的制作方法
技术领域：
本发明公开了具有整合的催化转化器和具有聚合物消声器主体的排气消声器。
背景技术：
消声器也被称为消音器，其被用作内燃机和其它类型发动机排气系统中的部件，主要用于降低废气离开发动机(喷气发动机和火箭发动机除外)时的噪声。这些系统的典型使用类型为汽车、卡车、履带式雪上汽车、摩托车、船、踏板车、铁路机车、发电机、高尔夫球车、拖拉机和其它机动农业设备、割草机和其它电动园林设备等。实际上，对于内燃机的任何使用通常也包括消声器(系统)。由于排出气体的高温以及那些气体的腐蚀性，传统上使用金属尤其是钢来制造消声器。这些金属的腐蚀是一个问题，但是这已经通过使用更加贵重的合金例如不锈钢而得到解决。然而，因为金属具有高密度，消声器往往体积很大(以 便能够充分地减小噪声)并且很重。因此需要使各组件微型化和/或整合各组件以便降低系统成本和重量。此外有关气体排放的环境法规不断加强，要求这些应用中的一些在历史上所用的装置上安装附加的排放控制装置。尽管用于排放控制装置具体地催化转化器的新技术已经出现，所述新技术在较低温度下运行并同时消除绝大多数的所规定的排放气体，但是因为放热反应，它们仍然在高温下运行。在组合催化转化器与排气消声器的过程中，如有时为了节省较小装置例如摩托车上的空间所做的那样，催化转化器的额外放热在设计时必须进行考虑。这可导致额外的空间和绝热元件，从而增大了排气系统的成本、重量和体积。所需要的是与催化转化器系统整合的用于所有类型的内燃机的紧凑型消声器，从而降低成本和重量。美国专利公布2009/0194364A1公开了一种聚合物复合材料消声器主体，其中所述聚合物复合材料主体与排气管隔离开。美国专利6，109，026公开了一种具有催化转化器的消声器。发明概述本发明公开了一种整合有催化转化床(9、32、52)的消声器(1、21、41)，所述消声器包括聚合物消声器主体(2、22、42)、与发动机排气流动连通的进气管(3、23、43)和与所述催化转化床(9、32、52)的出口流动连通的穿孔排气管(4、34、44)，所述进气管连接到第一主体固定转接器(5、25、45)以便使所述进气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述进气管与所述催化转化床的入口流动连通，所述穿孔排气管安装在第二主体固定转接器(6、26、56)上以便使所述穿孔排气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离；所述进气管和所述穿孔排气管使所述催化转化床与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述第一主体固定转接器、聚合物消声器主体和第二主体固定转接器，从而形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间(8、28、48)。附图
简述图I显示具有整合的催化转化器的消声器的一个实施方案的剖视图。
图2显示具有整合的催化转化器的消声器的另一个实施方案的剖视图。图3显示具有整合的催化转化器的消声器的另一个实施方案的剖视图。发明详述图I示出了具有整合的催化转化器(9)的排气消声器(I)的一个实施方案，其显示横截所述聚合材料消声器主体(2)的局部剖视图。与发动机排气连通的进气管(3)连接到第一主体固定转接器(5)，以便使所述进气管(3)与所述聚合物消声器主体(2)保持绝热距离。进气管(3)连接到催化转化床(9)的入口顶盖(7)上，从而提供所述进气管(3)与所述催化床的流动连通。催化床(9)的出口顶盖(11)连接到穿孔排气管(4)以在所述催化床和穿孔排气管之间提供流动连通。穿孔排气管(4)也连接到第二主体固定转接器(6)，以便使所述穿孔排气管(4)与所述聚合物消声器主体(2)保持绝热距离。催化转化器催化床(9)因此与聚合物主体(2)保持绝热距离。第一主体固定转接器(5)、聚合物消声器主体
(2)和第二主体固定转接器(6)形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间(8)。绝热和 噪声抑制空间可被绝热和/或噪声抑制材料(10)例如玻璃纤维粗纱占据。图2示出具有整合的催化转化器的排气消声器(21)的另一个实施方案，其显示横截所述聚合物消声器主体(22)的局部剖视图。与发动机排气连通的进气管(23)贯穿并连接到第一主体固定转接器(25)，以便提供内管部分(23a)，以及以便使所述进气管(23)与所述聚合物消声器主体(22)保持绝热距离。所述内管部分的与所述第一主体固定转接器(25)相背的末端是开口的。催化床(32)被安装在内管部分(23a)的外表面上。导流板
(29)将来自所述内管部分(23a)的气体流偏转进催化床(32)中以提供二者之间的流动连通。导流板(24)将来自催化床(32)的出口的气体流偏转到包围催化床的外表面的穿孔排气管(34)。穿孔排气管(34)被连接到第二主体固定转接器(26)，以便使所述穿孔排气管
(34)与所述聚合物消声器主体(22)保持绝热距离。穿孔排气管(34)引导气体流横穿催化床的外表面，从而提供催化床的冷却。催化床(32)和穿孔排气管(34)因此与聚合物主体
(22)悬浮成绝热距离。第一主体固定转接器(25)、聚合物消声器主体(22)和第二主体固定转接器(26)形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间(28)。所述绝热和噪声抑制空间可被绝热和/或噪声抑制材料(30)例如玻璃纤维粗纱占据。可将扩散器顶盖(31)放置在穿孔排气管(34)的出口之上以充当防火装置。可存在一个或多个任选的支座(27a)和辐条(27b)，以将催化床(32)的外表面连接到穿孔排气管(34)以提供附加的结构支撑。图3示出具有整合的催化转化器的排气消声器(41)，其显示横截聚合材料消声器主体(42)的局部剖视图。与发动机排气连通的进气管(43)贯穿并连接到第一主体固定转接器(45)以便提供内管部分(43a)，以及以便使进气管(43)与聚合聚合物消声器主体
(42)保持绝热距离。所述内管部分的与第一主体固定转接器(45)相背的一端是敞开的。催化床(52)被安装在内管部分(43a)的外表面上。导流板(49)将来自内管部分(43a)的气体流偏转进催化床(52)中以提供二者之间的流动连通。导流板(44)将来自催化床(52)的出口的气体流偏转到环绕催化床的外表面的穿孔排气管(44)。穿孔排气管(44)连接到出口顶盖(57)，所述出口顶盖连接到出口管(58)。出口管(58)连接到第二主体固定转接器
(56)以便使出口管(58)、出口顶盖(57)和穿孔排气管(44)与聚合物消声器主体(42)保持绝热距离。穿孔排气管(44)引导气体流横跨催化床的外表面，从而提供催化床的冷却。催化床(52)和穿孔排气管(44)因此与聚合物主体(42)被悬浮绝热距离。第一主体固定转接器(45)、聚合物消声器主体(42)和第二主体固定转接器(56)形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间(48)。绝热和噪声抑制空间可被绝热和/或噪声抑制材料(50)例如玻璃纤维粗纱占据。可存在一个或多个任选的支座(47a)和辐条(47b)，以将催化床(52)的外表面连接到穿孔排气管(44 )以提供附加的结构支撑。所谓“第一主体固定转接器”是指将消声器主体相对于排气管保持固定并且处在所述消声器最接近于发动机的末端上的转接器。所谓“第二主体固定转接器”是指将消声器主体相对于穿孔排气管保持固定并且处在所述消声器离发动机最远的末端上的转接器。所谓聚合物消声器主体“连接到”所述第一和第二主体固定转接器和/或转接器“连接到”排气管指固定地连接。所谓“固定地”是指在正常运行时所述物品相对于其所连接的物品将不移动，但可为可移除的，例如用于修理或置换。所谓“密封的内室”是指聚合物消声器主体和第一主体固定转接器(5)以及聚合物消声器主体和第二主体固定转接器(6)之间形成气密密封，从而形成内室。所谓“聚合物消声器主体”是指具有由聚合材料制造的主体的消声器，所述聚合材料可为任何种类的聚合物，包括热塑性塑料、热固性塑料或不可熔性聚合物。不可熔性聚合物是不交联的但在它达到其分解温度之前不会变成液体。所谓“聚合物”是指包括聚合物和任选地包含通常存在于此类组合物例如填充剂、增强剂、稳定剂、颜料、抗氧化剂和润滑剂中的任何其它材料的组合物。它包括热固性和热塑性聚合材料两种。“绝热距离”是指进气管、穿孔排气管和催化床外表面各自与聚合物消声器主体之间的距离。这些距离将部分确定绝热和噪声抑制空间(8)的尺寸。给定一组条件(例如，排气温度和流量)，排气管和催化转化床的外表面各自与聚合物消声器主体之间的距离越大，聚合物消声器主体所暴露的温度越低。对于靠近第一和/或第二主体固定转接器或者靠近催化转化床表面的聚合物消声器主体获得某个最大暴露量的这些距离的必须长度可通过采用流体有限元分析计算(参见下面)而容易地获得。绝热距离应当足以避免在使用时对聚合物消声器主体的显著热损伤。所谓“显著热损伤”是指聚合物消声器主体将由于高温而受到损害，致使其不适合于正常使用。有关不会发生这种损伤的最小时间段将通过设备生产商的说明书来确定，但通常“正常”运行将超过约1000小时，更优选地超过约2000小时，特别优选地超过约3000小时，以及非常优选地超过约5000小时。如上所述，在进气管和聚合物消声器主体、穿孔排气管和聚合物消声器主体、以及催化转化床的外表面和聚合物消声器主体之间应当具有足够的距离，以便聚合物消声器主体不会过热。所需的距离可通过反复试验来确定。也可采用设计用于计算热流动的计算机程序来建模。用于此目的的典型计算机程序为Alisysk CFX, release 11(从Ansys Inc.,Canonsburg, PA15317，USA获得)。使用这样一种建模程序，对于任何给定的一组条件和聚合物性质，可计算在排气管和聚合物消声器主体之间的所需距离。在某些情况下，聚合物消声器主体的临界过热点可为在其接触或接近于接触聚合物消声器主体的点处的第一和/或第二固定转接器。在此情况下，排气管和与转接器的聚合物消声器主体接触点之间的距离以及转接器自身的导热性可为关键因素。
聚合物消声器主体的聚合物应是耐温的以足以经受其可能被加热到的温度。用于这些聚合物消声器有用的材料包括选自半结晶聚酰胺、热致液晶聚合物、聚酯、聚缩醛的热塑性塑料，和选自环氧化物树脂、三聚氰胺树脂和酚醛树脂的热固性树脂，以及选自聚酰亚胺、聚(对亚苯基)和包含大于50%下式重复单元的聚合物的不可熔性聚合物。
权利要求
1.整合有催化转化床的消声器，所述消声器包括聚合物消声器主体、与发动机排气流动连通的进气管和与所述催化转化床的出口流动连通的穿孔排气管，所述进气管连接到第一主体固定转接器以便使所述进气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述进气管与所述催化转化床的入口流动连通，所述穿孔排气管安装在第二主体固定转接器上以便使所述穿孔排气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离；所述进气管和所述穿孔排气管使所述催化转化床与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述第一主体固定转接器、聚合物消声器主体和第二主体固定转接器形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间。
2.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述绝热和噪声抑制空间填充有或部分填充有噪声抑制材料。
3.权利要求2的整合有催化转化床的消声器，其中所述噪声抑制材料为玻璃纤维粗纱。
4.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述主体固定转接器、穿孔排气管、排气管和催化剂床通过焊接、炉中钎焊或其它金属接合方法全部接合在一起。
5.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述聚合物主体被模塑成多个零件，所述多个零件用扣件、粘合剂或通过聚合物焊接方法接合在一起。
6.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述聚合物消声器主体为均匀的横截面。
7.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述聚合物主体由热塑性塑料和热固性树脂以及不可熔性聚合物构造，所述热塑性塑料选自半结晶聚酰胺、热致液晶聚合物、聚酯、聚缩醛，所述热固性树脂选自环氧化物、三聚氰胺和酚醛树脂，所述不可熔性聚合物选自聚酰亚胺、聚(对亚苯基)和包含大于50%的下式重复单元的聚合物 以及 其中X为NH、N-苯基、0(氧)或S (硫)，并且Ar为对亚苯基、4，4'-亚联苯基或1，.4-亚萘基。
8.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述聚合物消声器主体包含具有至少260°C的熔点的第(I)组聚酰胺，所述第(I)组聚酰胺包含 (a)大于95摩尔％的半芳族重复单元，所述半芳族重复单元衍生自选自下列各项中的一种或多种的单体 i)具有8-20个碳原子的芳族二羧酸和具有4-20个碳原子的脂族二胺；和 (b)小于5摩尔％的脂族重复单元，所述脂族重复单元衍生自选自下列各项中的一种或多种的单体ii)具有6-20个碳原子的脂族二羧酸和具有4-20个碳原子的所述脂族二胺；和 iii)具有4-20个碳原子的内酰胺和/或氨基羧酸。
9.权利要求I的整合有催化转化床的消声器，其中所述催化剂床由不锈钢、整体式陶瓷砖或容器中的多个球形或非球形陶瓷珠构造。
全文摘要
本发明公开了一种整合有催化转化床(9、32、52)的消声器(1、21、41)，所述消声器包括聚合物消声器主体(2、22、42)、与发动机排气流动连通的进气管(3、23、43)和与所述催化转化床的出口流动连通的穿孔排气管(4、34、44)，所述进气管连接到第一主体固定转接器(5、25、45)以便使所述进气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述进气管与所述催化转化床(9、32、52)流动连通，所述穿孔排气管安装在第二主体固定转接器(6、26、56)上以便使所述穿孔排气管与所述聚合物消声器主体保持绝热距离；所述进气管和所述穿孔排气管使所述催化转化床与所述聚合物消声器主体保持绝热距离，所述第一主体固定转接器、聚合物消声器主体和第二主体固定转接器形成密封的内室以提供绝热和噪声抑制空间(8、28、48)。
文档编号F01N3/28GK102741518SQ201180008179
公开日2012年10月17日 申请日期2011年1月2日 优先权日2010年2月2日
发明者D.P.琼斯, K.P.莫勒 申请人:纳幕尔杜邦公司