用于排气系统的热绝缘部件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于内燃机的排气系统的部件。所述部件包括：排气系统结构(20)，其具有排气流过的内部(22)和外部(21)；和热绝缘包裹物(10)，其用于热绝缘所述排气系统结构(20)的所述外部(21)的至少一部分。所述热绝缘包裹物(10)包括包含无机粘合剂和无机填料粒子的水性混合物、和包含无机纤维的织物。所述织物被用所述水性混合物浸渍以便形成柔韧的粘合剂包裹物(11)。所述柔韧的粘合剂包裹物(11)完全围绕所述排气系统结构(20)的至少一部分被卷绕。可能希望的是，所述部件还包括包含无机纤维的至少一个热绝缘体，其中所述热绝缘体设置在所述柔韧的粘合剂包裹物(11)和所述排气系统结构(20)的所述外部21之间。
【专利说明】用于排气系统的热绝缘部件
[0001]本发明涉及热绝缘，具体地涉及能适用于排气系统的热绝缘，并且更具体地涉及能适合与排气系统部件或其它结构一起使用的热绝缘包裹物。
【背景技术】
[0002]已知在车辆(如，汽车)中使用隔热罩来将车辆排气系统的各种部件绝缘。然而，制造或购买隔热罩是相对昂贵的，并且在需要时安装或更换隔热罩也是昂贵的。
[0003]一直需要更好且更节省成本的方式来将车辆排气系统(如，汽车排气系统)绝缘。
【发明内容】
[0004]本发明可用于以致力于提供相对低成本的方式来将车辆排气系统(如，汽车排气系统)的一部分与下述各项绝缘:车辆的其它部件(如，车辆内部)或区域(如，乘客舱)、车辆附近的区域(如，车辆下方的地面)、对车辆排气系统进行维护或位于车辆排气系统附近的人员、驾乘车辆(如，摩托车或ATV)的使用者、或它们的任何组合。本发明也可用来将热量保持在排气系统内，从而允许获得改善的/更低的燃烧产物排放效果的可能性。
[0005]在本发明的一方面，提供了用于内燃机的排气系统的部件。该部件包括具有排气流过的内部的部件结构；和用于热绝缘部件结构的至少一部分的热绝缘包裹物。热绝缘包裹物包括用无机粘合剂、无机填料粒子和水的混合物浸溃的织物。织物包含无机纤维并且用该混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物。柔韧的粘合剂包裹物围绕部件结构的至少一部分卷绕至少一次。可能希望的是，热绝缘包裹物还包括包含无机纤维的至少一个热绝缘体，其中热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物和排气系统结构之间。
[0006]在本发明的另一方面，如本文所述的热绝缘包裹物与排气系统部件结构单独提供。
[0007]在本发明的又一方面，提供了包括如本文所述的热绝缘包裹物的套件，其中柔韧的粘合剂包裹物被卷绕成卷的形式并且设置到形成围绕所述卷的防潮层的容器内。如果热绝缘包裹物包括热绝缘体，可能希望将热绝缘体包括在容纳柔韧的粘合剂包裹物的容器的外部。该套件也可包括织物和混合物，该织物和混合物用于制备柔韧的粘合剂包裹物，并且保持分离(如，其中混合物在防潮层容器中)直到施加柔韧的粘合剂包裹物的时间为止。
[0008]在本发明的另一方面，提供了用于制备与用于内燃机的排气系统部件一起使用的热绝缘包裹物的方法。所述方法包括:形成包含混合水、无机粘合剂粒子和无机填料粒子的混合物(如，通过将无机填料粒子与无机粘合剂粒子的分散体混合)；提供包含无机纤维的织物，该织物可围绕排气系统部件的部件结构的至少一部分卷绕至少一次；以及用混合物浸溃织物以便形成柔韧的粘合剂包裹物。织物的尺寸可设定(如，冲切、激光切割等)，或换句话讲尺寸可设定成(如，制造成具有所需构型和所需尺寸)有利于围绕排气系统部件的所需部分卷绕或包裹织物。可能希望该方法还包括这样的附加方法特征:将包含无机纤维的至少一个热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物的一侧上，使得当柔韧的粘合剂包裹物被完全卷绕在排气系统结构的至少一部分周围时，至少一个热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物和排气系统结构的外部之间。
[0009]在本发明的一个附加方面，提供了包括根据本发明的部件的内燃机的排气系统。本发明也可包括与排气系统结合的内燃机。
[0010]在本发明的另一方面，提供了用于热绝缘内燃机的排气系统的部件的方法，其中所述部件包括具有排气流过的内部和外部的排气系统结构。该方法包括提供适合热绝缘排气系统结构的外部的至少一部分的热绝缘包裹物，其中热绝缘包裹物包括包含无机粘合剂和无机填料粒子的水性混合物、以及包含无机填料的织物，其中织物被用水性混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物。该方法还包括:包裹柔韧的粘合剂包裹物以便完全卷绕在排气系统结构的至少一部分周围；以及使柔韧的粘合剂包裹物干燥以便使其转化成完全卷绕在排气系统结构的至少一部分周围的刚性的粘合剂包裹物。可能希望所提供的热绝缘包裹物还包括含有无机纤维的至少一个热绝缘体的特征，并且希望在围绕排气系统结构卷绕柔韧的粘合剂包裹物期间将至少一个热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物与排气系统结构的外部之间。
[0011]除了其它潜在优点之外，本发明可提供以下优点之一或任意组合:用于绝缘内燃机的排气系统的全部或一部分的相对低成本的方法，尤其是相对于常规隔热罩的成本；可直接施加到排气系统结构的外部的至少一部分上的热绝缘；用于内燃机排气系统的热绝缘系统，该热绝缘系统可以将汽车排气系统结构的外表面温度降低至低于500°C、低于400°C、低于300°C、低于200°C、或甚至低于100°C ;将内燃机的排气系统的排气系统结构绝缘的相对简单的方法；消除隔热罩和相关的隔热罩嘎嘎声、隔热罩模具和隔热罩附接操作；用于代替对热绝缘双壁排气管或其它管的需求的节省成本方式；保护相邻的周边环境不遭受过度热量；将热量保持在排气系统结构的所选部分内；具有与常规的隔热罩系统相比相对减小的腐蚀可能性的非金属热绝缘系统；消音和热绝缘；可用于修复排气系统结构中的缺陷或损坏(如，外部壳体中的孔)；充分地降低排气系统结构的所需部分的外部温度，以避免烧伤与排气系统结构的该部分(如，摩托车的排气管)接触的裸露的皮肤；提高在构造和定位排气系统结构方面的设计自由度；以及充分地降低排气系统结构的下面部分的外部温度，以便防止由与(如，道路之外的施工设备的)排气系统结构接触引起的草或灌木丛着火。
[0012]本发明的这些和其他方面、特征和/或优点在本文的附图和详细描述中进一步示出和描述，其中类似的参考数字用于表示相似的部件。然而，应当理解，附图和描述仅用于举例说明的目的，而不应被理解为是对本发明范围的不当限制。
[0013]当术语“包括”和其变型在说明书和权利要求书中出现时，这些术语不具有限制性含义。
[0014]词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些有益效果的本发明实施例。然而，在相同的情况或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的表述并不暗示其他实施例不是可用的，并且并非意图将其他实施例从本发明的范围排除。
[0015]本文所用的“一种(个)”、“所述(该)”、“至少一种(个)”以及“一种或多种(一个或多个)”可互换使用。因此，例如，可在所公开的热绝缘包裹物中使用的短语“热绝缘体”可解释为意指“一种或多种(一个或多个)”热绝缘体。[0016]术语“和/或”意指所列要素中的一个或全部或所列要素中的任何两个或更多个的组合(如，防止和/或处理灾难意指防止、处理或既处理又防止更多的灾难)。
[0017]如本文所用，除非所述内容另外明确指出，否则术语“或”通常是以其包括“和/或”的含义使用。
[0018]另外,本文通过端点表述的数值范围包括所述范围内包括的所有数值(如，1到5包括 1、1.5、2、2.75,3,3.80、4、5 等)。
[0019]本发明的上述
【发明内容】
并非意图描述本发明的每个公开的实施例或每种实施方式。以下描述更具体地例示了示例性实施例。在本申请全文的若干地方，通过实例列表提供了指导，其实例可用于多种组合中。在每一种情形下，所列举的列表仅仅作为代表性群组，而不应被理解为排他性列表。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]在附图中:
[0021]图1是根据本发明的用热绝缘包裹物的一个实施例包裹的一段排气管的剖视图；
[0022]图2是图1的排气系统结构的侧视图；
[0023]图3是图2的排气系统结构沿线3-3截取的剖视图；
[0024]图4是根据本发明的用包括热绝缘体的热绝缘包裹物的另一个实施例包裹的一段排气管的剖视图；
[0025]图5是图4的排气系统结构的侧视图；
[0026]图6是图5的排气系统结构沿线6-6截取的剖视图；
[0027]图7是根据本发明的用包括单独的热绝缘体的热绝缘包裹物的另一个实施例包裹的一段排气管的侧视图；
[0028]图8是图7的排气系统结构沿线8-8截取的剖视图；
[0029]图9是位于容器内的一卷热绝缘包裹物的侧视图；
[0030]图10是具有开放的传感器口的催化转化器的侧视图；
[0031]图11是根据本发明的用热绝缘包裹物的一个实施例包裹的图10的排气系统结构的侧视图，其中未绝缘区域邻近传感器口 ；
[0032]图12是具有围绕传感器口设置的单独的无机纤维垫或补片的图10的排气系统结构的侧视图；和
[0033]图13是根据本发明的用热绝缘包裹物的一个实施例包裹的图12的排气系统结构的侧视图，其中图11的未绝缘区域由单独的热绝缘体覆盖。
【具体实施方式】
[0034]在描述本发明的优选实施例时，为清楚起见，将使用特定的术语。然而，本发明并非意图受限于如此选择的特定术语，并且每一个如此选择的术语包括相似地工作的所有技术等同物。
[0035]如本说明书和所附权利要求书中所用，除非本文内容以其他方式明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“所述”涵盖具有复数形式的实施例。如本说明书和所附权利要求书中所用，除非本文内容以其他方式明确指出，否则术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
[0036]在本发明的实践中，提供了具有创造性的特征，其包括用于热绝缘排气系统部件的结构的至少一部分的热绝缘包裹物。该排气系统部件形成用于诸如在飞行器、船舶、陆上车辆(如，汽车、列车等)、功率发生器等中使用的那些的内燃机的排气系统的至少一部分。在一些实施例中，热绝缘包裹物包括:(i)水性混合物，其包含无机粘合剂和无机填料粒子；和(ii)织物，其包含无机纤维。该织物用水性混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物，该包裹物尺寸设定成完全地或至少大部分地卷绕在排气系统结构的至少一部分(如，排气系统结构的管道)周围。柔韧的粘合剂包裹物旨在被干燥以便转化成刚性的粘合剂包裹物，该刚性包裹物将保持在适当的位置，以便至少一者或两者对排气系统部件的至少一部分进行绝缘和保护。
[0037]在其它实施例中，热绝缘包裹物包括(i)柔韧的粘合剂包裹物，其结合(ii)包含无机纤维的至少一个热绝缘体，其中热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物和排气系统结构(如，一段排气管)的外部之间。
[0038]在其它实施例中，热绝缘包裹物包括(i)柔韧的粘合剂包裹物，其结合(ii)包含无机纤维的至少一个热绝缘体，其中热绝缘体设置在柔韧的粘合剂包裹物和排气系统结构(如，一段排气管)的外部之间，以及(iii)粘合剂层，其位于热绝缘体和排气系统结构(如，排气管)的外部之间以便增强热绝缘体和外部之间的结合。
[0039]图1提供了根据本发明的用热绝缘包裹物的一个实施例包裹的一段排气管的剖视图。如图1所示，具有管内表面22和管外表面21的一段排气管20用包括柔韧的粘合剂包裹物11的示例性的热绝缘包裹物10至少部分地外裹。如图1所示，热绝缘包裹物10的柔韧的粘合剂包裹物11能够完全围绕排气系统结构(如，一段排气管20)的至少一部分卷绕。示例性的热绝缘包裹物10示出为具有在外裹区域的中心部分中最少数量的两层的柔韧的粘合剂包裹物11，以及可能地在外裹区域的外边缘处的单层柔韧的粘合剂包裹物11。然而，应当理解，外裹区域可包括任何层数的柔韧的粘合剂包裹物11。此外，也可能不存在由包裹物11形成的外裹区域(即，仅使用一层包裹物11)。柔韧的粘合剂包裹物11旨在被干燥以便转化成刚性的粘合剂包裹物11，该刚性包裹物将保持在适当的位置，以便对排气系统部件(如，排气管20)的至少一部分进行绝缘和保护的措施中的至少一者或两者。
[0040]图2是图1的排气系统部件的侧视图。图3提供了图2中所示排气管20和示例性热绝缘包裹物10的剖视图。如图3所示，示例性热绝缘包裹物10的包裹物内表面13接触排气管20的管外表面21。此外，示例性热绝缘包裹物10提供包裹物外表面12，该表面具有在包括排气管20的车辆的操作期间显著小于排气管20的管外表面21的表面温度。
[0041]热绝缘包裹物10的柔韧的粘合剂包裹物11可呈片材或带的形式，其包裹或卷绕在排气系统结构的外部(如，一段排气管20的管外表面21)周围。当呈片材的形式时，柔韧的粘合剂包裹物11可具有与待热绝缘的排气系统结构的外部的一部分的宽度相当的宽度。即，当柔韧的粘合剂包裹物11呈片材形式时，它可能足够宽，使得将被热绝缘的排气系统结构的外表面区域的全部、大部分或至少大部分可以用仅一个绕组(即，层)的柔韧的粘合剂包裹物11覆盖在排气系统结构的外部周围。当柔韧的粘合剂包裹物11呈带的形式时，柔韧的粘合剂包裹物11的宽度为使得柔韧的粘合剂包裹物11必须围绕排气系统结构的外部包裹或卷绕多次，以便覆盖待热绝缘的排气系统结构的外部的所有部分。[0042]虽然不限于任何特定尺寸，但通常柔韧的粘合剂包裹物11具有在从约1.0厘米(cm)至约150cm的范围内的总宽度(更通常来讲，在从约5.0cm至约20.0cm的范围内的总宽度)，并且具有至少25.0cm的总长度(更通常来讲，在从约30.0cm至约6.0米(m)的范围内的总长度)。
[0043]柔韧的粘合剂包裹物11包括包含无机粘合剂和无机填料粒子的水性混合物。无机粘合剂可包含水和无机粘合剂粒子的混合物，其中粒子或者在悬浮液中已被溶解，或者粒子中的一些在悬浮液中并且一些已被溶解。无机粘合剂优选地为无机胶体粒子的溶液(如，二氧化硅或氧化铝粒子的胶体溶液)。无机粘合剂也可以是硅酸钙、硅酸钾或硅酸锂溶液，其中硅酸钙和硅酸钾被大部分或完全溶解。硅酸钙和硅酸钾可以呈粉末形式，该粉末可溶于水中以形成溶液，并且它们可能已溶于水溶液中。已经发现，相比其它更常见的带负电的钠或铵稳定的柔韧的粘合剂包裹物材料选项中的一些，柔韧的粘合剂包裹物的储存寿命和强度可通过在混合物中使用带正电的胶态二氧化硅、位阻的胶态二氧化硅、或去离子的胶态二氧化硅来提高。
[0044]希望无机填料粒子为粘土的粒子，例如仅仅是举例，高岭土、膨润土、蒙脱石粘土、或它们的任何组合。粘土填料粒子也可以呈煅烧粘土、涂布粘土、水洗粘土、表面处理粘土、或它们的任何组合的形式。作为另外一种选择或除此之外，无机填料粒子也可以是元素金属的粒子、金属合金、沉淀二氧化娃、热解法二氧化娃(fume silica)、研磨二氧化娃、热解法氧化铝、氧化铝粉、滑石、碳酸钙、氢氧化铝、二氧化钛、玻璃泡、碳化硅、玻璃粉、硅酸钙、或它们的任何组合。无机填料粒子可以是任何其它细小颗粒，其在存在水的情况下在与无机粘合剂(尤其是无机胶态粘合剂粒子)混合时将无机粘合剂完全地、大部分地或至少基本上保持在织物中而不将混合物形成为凝胶或换句话讲凝结，使得包裹物变成不能围绕排气系统结构的外部被卷绕或者至少很难卷绕的固体。可能希望无机填料粒子具有最多至约100微米、90微米、80微米、70微米、60微米或优选最多至约50微米的最大粒度(即，主要尺寸)。
[0045]在一些实施例中，可能希望水性混合物还包含染料、颜料粒子、IR反射颜料粒子、杀生物剂、增稠剂、PH调节剂、pH缓冲剂等。
[0046]用于形成柔韧的粘合剂包裹物(如，柔韧的粘合剂包裹物11)的织物包括包含适合以非织造、织造、和/或针织中的一种或任何组合的方式制成织物的无机纤维(如，连续的玻璃纤维、二氧化硅纤维、玄武岩纤维、多晶纤维、热处理的耐火陶瓷纤维、或它们的任何组合)的织物。如本文所用，织物是指非织造织物、织造织物、针织织物、或这些类型的织物的组合。在本发明中仅仅使用具有足够的结构完整性的非织造织物。例如，重要的是根据本发明的织物表现出足够的强度(如，拉伸强度)以成功卷绕在适用的排气系统结构周围而不撕开。根据本发明的织物可由相同或不同类型的纤维制成。如本文所讨论的，柔韧的粘合剂包裹物的织物贯穿其厚度的全部、大部分或至少大部分被用水性混合物饱和化、浸泡、涂布、喷涂或换句话讲浸溃，以便形成润湿且柔韧的粘合剂包裹物(如，柔韧的粘合剂包裹物11)。织物可以在被施加到排气系统结构的外部之前或之后用水性混合物浸溃。柔韧的粘合剂包裹物接着可被干燥，以便形成所得热绝缘包裹物(如，热绝缘包裹物10)的刚性的粘合剂包裹物。如本文所用，术语“干燥的”是指柔韧的粘合剂包裹物被加热至足够热的温度并且持续足够长的时间以使柔韧的粘合剂包裹物(即，水性混合物)硬化并变成刚性的粘合剂包裹物(即，刚性混合物)。
[0047]用来浸溃示例性热绝缘包裹物10的织物的水性混合物通常为包含水、无机粘合剂和无机填料粒子的浆液。虽然浆液内的每种组分的重量百分比可以变化，但通常给定的浆液包含从约20.0至约54.0重量％ (pbw)的水、从约1.0至约36.0pbw的一种或多种无机粘合剂、以及从约10.0至约70.0pbw的无机填料粒子，基于浆液的总重量计。更通常来讲，给定的衆液包含从约22.0至约45.0pbw的水、从约5.0至约30.0pbw的一种或多种无机粘合剂、以及从约20.0至约55.0pbw的无机填料粒子，基于浆液的总重量计。
[0048]虽然无机粘合剂材料的粒度是不受限制的，但是通常无机粘合剂包含具有约200nm的最大粒度、优选约IOOnm的最大粒度的无机粘合剂粒子。更通常来讲,无机粘合剂包含具有在从约1.0至约IOOnm的范围内的粒度的无机粘合剂粒子。甚至更通常来讲，无机粘合剂包含具有在从约4.0至约60nm的范围内的粒度的无机粘合剂粒子。
[0049]此外，虽然无机填料粒子的粒度不受限制，但是通常无机填料粒子具有约100微米(μ m)的最大粒度。更通常来讲，无机填料粒子具有在从约0.1 μ m至约100 μ m的范围内的粒度。甚至更通常来讲，无机填料粒子具有在从约0.2 μ m至约50 μ m的范围内的粒度。
[0050]图4是根据本发明的用包括热绝缘体的热绝缘包裹物的另一个实施例包裹的一段排气系统结构的剖视图。如图4所示，单个示例性的热绝缘体30设置在热绝缘包裹物10和排气系统结构(即，排气管20)的外表面21之间。
[0051]图5提供了图4的排气系统部件的侧视图。图6提供了图5的排气系统部件的剖视图。如图6所示，热绝缘体30的绝缘体内表面32接触排气管20的管外表面21，而柔韧的粘合剂包裹物11的包裹物内表面13接触热绝缘体30的绝缘体外表面31。此外，热绝缘包裹物10提供包裹物外表面12，该表面具有在包括排气管20的车辆的操作期间显著小于排气管20的管外表面21的表面温度。
[0052]虽然示例性的热绝缘体30在图6中示出为单个热绝缘体，但应当理解，一个或多个热绝缘体30可位于排气管20的管外表面21和示例性的柔韧的粘合剂包裹物11的包裹物内表面13之间，如图7和图8所示。
[0053]图8提供了根据本发明的用包括两个单独的热绝缘体的热绝缘包裹物的另一个实施例包裹的排气系统结构的剖视图。如图8所示，单独的热绝缘体30位于示例性的排气系统结构(即，一段排气管20)的外表面21的相对侧上。在该实施例中，热绝缘包裹物10的柔韧的粘合剂包裹物11接触每个热绝缘体30以及管20的外表面21。
[0054]在使用位于柔韧的粘合剂包裹物(如，示例性的柔韧的粘合剂包裹物11)和排气系统结构的外表面(如，排气管20的管外表面21)之间的多个单独的热绝缘体的实施例中，热绝缘体可以:(i)间隔开且彼此分离，以便在相邻的热绝缘体之间形成间隙(如，如图8所示)；(ii)彼此邻近定位，以使得在相邻的热绝缘体之间不存在间隙；和/或(iii)定位成彼此部分地或完全地重叠，以便在柔韧的粘合剂包裹物(如，示例性的柔韧的粘合剂包裹物11)和排气系统结构的外表面(如，排气管20的管外表面21)之间形成多层热绝缘体。在其它潜在实施例中，可以使用位于特定排气系统结构的外表面21上的各个位置处的超过两个热绝缘体30，其中柔韧的粘合剂包裹物11与每个热绝缘体30和排气系统结构的外表面21接触或不接触。
[0055]当一个或多个热绝缘体在给定的热绝缘包裹物(如，热绝缘包裹物10)中使用时，热绝缘包裹物包括包含无机纤维的至少一个或多个热绝缘体。绝缘体的尺寸可以设定成使得排气系统结构的外部的所有或任何所需部分(如，管20的外表面21)绝缘。热绝缘体也可以或者备选地可以用来减小刚性织物包裹物(即，干燥的柔韧的粘合剂包裹物11)由于排气系统部件的热膨胀而开裂或断裂的可能性。即，绝缘体可以吸收排气系统部件的膨胀。
[0056]如图8所示，热绝缘体可以是大体上彼此共面的，并且多个热绝缘体可位于排气系统结构的外部(如，管20的外表面21)上的不同位置处。
[0057]绝缘体的尺寸可以设定成设置在排气系统结构的外表面(如，管20的外表面21)的区域的全部、大部分或所需部分上。优选地，不论呈什么形式，柔韧的粘合剂包裹物都被卷绕成使得热绝缘体没有一部分被暴露。
[0058]图7提供了图8的排气系统部件的侧视图。可能希望柔韧的粘合剂包裹物被卷绕(即，具有或不具有一个或多个热绝缘体30)以便围绕排气系统结构(如，管20的外表面21)形成至少2层、3层、4层或甚至更多层柔韧的粘合剂包裹物(如，示例性的柔韧的粘合剂包裹物11)。柔韧的粘合剂包裹物的尺寸可以设定成仅形成围绕排气系统结构的一些或大部分而不是全部的至少两层。换句话讲，由于包裹物绕组仅部分重叠，包裹物可能在一个区域中仅一层厚。在一个可能的实施例中，柔韧的粘合剂包裹物可以为两件或更多件的形式。例如，一件包裹物可以足够宽，以覆盖排气系统结构的所需部分，并且一件或多件剩余的较窄的包裹物可被卷绕，以便将较宽的件围绕排气系统结构固定保持在适当的位置。希望包裹物层存在足够重叠，从而得到卷绕的包裹物所需的结构完整性。
[0059]适合在本发明中使用的绝缘体可以呈织造或非织造纤维网、垫、稀松布或带的形式。绝缘体可包括一层或多层并且包括任何合适的市售陶瓷纤维绝缘物。并非意图受此限制，这样的绝缘体可根据需要包括例如玻璃纤维、二氧化硅纤维、玄武岩纤维、耐火陶瓷纤维、热处理的耐火陶瓷纤维、多晶纤维、高温生物可溶的无机纤维、碳纤维、或石墨纤维、或气凝胶基绝缘体等、或它们的任何组合。也可包括膨胀材料(如，蛭石、石墨等)以在必要时提供压缩，以防止移动。
[0060]热绝缘体可包括膨胀材料和非膨胀材料。热绝缘体可以是膨胀材料或非膨胀材料。热绝缘体也可包括适用于充当阻火物的材料或与这种材料一起使用。例如，相对较薄的单层或多层阻火材料可与相对较厚的单层或多层非膨胀型热绝缘体形成层合物，其中热绝缘体为充分地顺应性的且足够厚，以适应具有热量的阻火材料(如，膨胀材料)的热致膨胀。就该实施例而言，热绝缘体将为足够顺应性的(即，可压缩的)，以允许阻火材料膨胀。在这样的压缩状态下，热绝缘体的绝缘性质将可能像当热绝缘体处于其非压缩状态时一样好。
[0061]将决定用于柔韧的粘合剂包裹物(如，织物、无机粘合剂和无机填料粒子)的材料的选择的是柔韧的粘合剂包裹物所暴露的温度，而不是系统部件结构的温度。例如，如果系统部件结构(如，排气系统部件结构)表现出1000°c的外表面温度，如果使用将柔韧的粘合剂包裹物材料从系统部件结构的高温有效绝缘的热绝缘体的话，那么用于柔韧的粘合剂包裹物的材料可能无需经受这样的高温。事实上，通过采用一个或多个这样的热绝缘体，有可能使用有机材料(如，有机纤维、有机纤维织物、有机粘合剂和有机填料粒子的任何组合)来制备柔韧的粘合剂包裹物的部分或全部。也可能希望使用这样的有机材料来制备柔韧的粘合剂包裹物的一部分，甚至不使用这样的热绝缘体。通过包含合适的纤维材料，热绝缘体也可表现出声学性质或实现其它声学有益效果。
[0062]在本发明的其它实施例中，可选的粘合剂层(未示出)可用来增强在(i)给定的柔韧的粘合剂包裹物(如，示例性的柔韧的粘合剂包裹物11)和/或给定的热绝缘体(如，示例性的热绝缘体30)与(ii)排气系统结构的外表面(如，排气管20的管外表面21)之间的结合。
[0063]高温粘合剂可包含耐热、可干燥的粘合剂，其包含胶态二氧化硅和粘土的混合物、或硅酸钠或硅酸钾和粘土的混合物。粘合剂也可包含分层的蛭石、热解法二氧化硅、热解法氧化铝、二氧化钛、滑石、或其它细研磨的金属氧化物粉末。粘合剂还可包含一种或多种有机粘合剂。合适的有机粘合剂包含但不限于乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、丙烯酸类树脂、氨基甲酸酯、硅氧烷弹性体和/或有机硅树脂。可添加一种或多种有机粘合剂以提高生坯强度或增强粘合剂的抗水性。可干燥的粘合剂还可包含IR反射颜料、玻璃泡或陶瓷泡或诸如气凝胶的微孔材料。
[0064]高温粘合剂可直接施加到排气管20的管外表面21或热绝缘体(如，示例性的热绝缘体30)上，随后将热绝缘体施加在排气管20的管外表面21上。
[0065]本发明还涉及包括本文所提及的元件中的一个或多个的套件。在一些实施例中，例如，该套件包括下列元件中的一个或多个:(i) 一个或多个柔韧的粘合剂包裹物(如，一个或多个柔韧的粘合剂包裹物11)，其有利地被卷绕成卷的形式并储存在防潮层容器内；
(ii)一个或多个热绝缘体；(iii)与元件的外表面Q)和/或元件(ii)分离或附接到元件的外表面(i)和/或元件(ii)的粘合剂的一个或多个单元/片材；和(iv)切割装置(如，剃刀或剪刀)。在备选的套件实施例中，在制备柔韧的粘合剂包裹物中使用的混合物和织物被保持分离并随后结合(如，在织物被施加到部件结构之前或之后)。
[0066]图9提供了可能的套件部件(即，柔韧的粘合剂包裹物11的卷15)的侧视图，该卷位于容器50 (如，防潮层塑料袋)内，其中卷15易于退绕。有利地，容器50防止水分进入或离开容器50的内部储存隔室(如，用于增加储存寿命的金属化的塑料箔袋)，使得柔韧的粘合剂包裹物11的卷15在使用之前保持柔韧(S卩，不会变干)。此外，容器50有利地可重新密封，以使得柔韧的粘合剂包裹物11的卷15的任何未使用部分在给定的应用之后可恢复。
[0067]可受益于本发明的其它示例性的排气系统部件可包括例如污染控制装置(如，柴油粒子过滤器或捕集器、催化转化器等)、消声器、膨胀室、和共振器。参看图10，常规的催化转化器60示出为具有主壳体61，该主壳体在任一端处由锥形壳体或端锥62连接到排气管20并且可以包裹成如图2和图5所示那样。可能更难以完全包裹一些包括例如附加的结构特征(如，口、托架、凸缘等)的排气系统部件，该结构特征从其外表面向外或换句话讲远离延伸。这样的排气系统部件的实例为具有氧传感器口 64(不出为其传感器未保持在适当的位置)的催化转化器60。当催化转化器60仅用根据本发明的柔韧的粘合剂包裹物63包裹时，可能难以确保旨在被绝缘的催化转化器60的外表面将被包裹物63完全覆盖。如图11所示，例如，可形成包裹物63的三角形开放区域66，从而导致在传感器口 64的相对侧上的催化转化器60的外表面的对应区域被暴露且因此未绝缘。
[0068]为了解决该问题，无机纤维垫或其它结构68的单独的件可以例如通过形成穿过垫68的开口(如，狭缝或孔)而围绕口 64设置，该开口被构造成接纳穿过其中的口 64。这样,垫68可以例如以图12中所不方式围绕口 64且抵靠催化转化器主壳体61的外表面定位。虽然示例性的垫68在图12中示出为单件，但是应当理解，一个或多个这样的垫68可位于催化转化器壳体61和示例性的柔韧的粘合剂包裹物63之间。每个垫68可以是具有几乎任何纤维片材或垫类结构的件。例如，每个垫68可以是用来制备柔韧的粘合剂包裹物63的织物类件或者用来制备热绝缘体30的非织造纤维网、垫、稀松布或带类件。在垫68保持在适当的位置之后，可用柔韧的粘合剂包裹物63包裹催化转化器60。这时，如图13所示，如果形成包裹物63的开放区域66，则催化转化器60的外表面的对应区域仍将由垫68覆盖并且因此被绝缘(比较图11和13)。
[0069]希望用类似于用来制备柔韧的粘合剂包裹物63那些的水性混合物浸溃纤维垫68，以便形成柔韧的粘合剂垫68，其具有在被干燥时类似于或等同于柔韧的粘合剂包裹物63在其被干燥时(即，刚性粘合剂包裹物63)的性质。因此，当柔韧的粘合剂垫68处于干燥状态时，其转化为刚性的粘合剂垫68，并且刚性的粘合剂垫68的暴露部分(如，在开放区域66中)将表现出的性质为至少类似于或等同于刚性粘合剂包裹物63的性质。如本文所用，术语“干燥的”也指柔韧的粘合剂垫被加热至足够热的温度并且持续足够长的时间以使柔韧的粘合剂垫(即，水性混合物)硬化并变成刚性的粘合剂垫(即，刚性混合物)。
[0070]选择以下实例仅仅为了进一步说明本发明的特征、优点以及其它细节。然而，应当理解，虽然这些实例可起到示例之用，但是不应以不当地限制本发明范围的方式理解其所用的具体成分、量以及其它条件和细节。
[0071]测试方法
[0072]压碎强度测试
[0073]下面是对用来测试根据本发明的刚性的粘合剂包裹物的压碎强度的过程的描述。
[0074]所有样品都使用四英尺长、两英寸宽的玻璃纤维针织条带制备，类似于在美国专利N0.4，609，578的实例中描述的条带，该专利以引用方式全文并入本文中。通过以下方式制备柔韧的粘合剂包裹物样品:将织物条带浸溃在每种指定的浆液混合物中，然后将浆液用手揉搓到织物中以使浆液在织物内均匀地饱和。
[0075]在室温下，使用Ikg的卷绕力将四英尺长、两英寸宽的柔韧的粘合剂包裹物的每个样品包裹在直径2"的圆柱形铝芯轴(即，用2密耳的聚酯膜包裹在芯轴周围以使移除更容易)周围，以形成两英寸长的中空圆柱体，其具有两英寸的内径、从约2.2至2.4英尺的平均外径、以及约0.1至0.2英尺的平均壁厚。所得的柔韧中空圆柱体的每个样品在仍在芯轴上的同时在90°C下被干燥至少一小时。在被干燥之后，将所得的硬圆柱体中的每一个从芯轴移除。硬圆柱体中的一些被冷却，然后放入MTS测力装置中以评价它们各自的压碎强度。测力装置以I英寸/分钟的速率压缩圆柱体，同时记录所得的力。记录峰值力。将每个样品定位在测力装置中，并使测试圆柱体的开口水平放置。硬圆柱体的其它样品经受额外的调理，以测试压碎强度。特别地，将硬圆柱体样品中的一些加热至500°C持续18小时，允许其冷却至室温，然后测试压碎强度。将其它硬圆柱体样品加热至500°C持续18小时，允许其冷却至室温，在水中浸泡18小时，然后测试压碎强度。
[0076]SM
[0077]如表I所示的下面的材料在以下实例中使用:
[0078]表1.材料
【权利要求】
1.一种用于内燃机的排气系统的部件，所述部件包括:排气系统部件结构，所述排气系统部件结构具有排气流过的内部；和热绝缘包裹物，所述热绝缘包裹物用于热绝缘所述排气系统部件结构的至少一部分，其中所述热绝缘包裹物包括: 混合物，所述混合物包含无机粘合剂、无机填料粒子和水；和 织物，所述织物包含无机纤维，所述织物被用所述混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物， 其中所述柔韧的粘合剂包裹物围绕所述排气系统部件结构的至少一部分卷绕至少一次。
2.根据权利要求1所述的部件，其中所述无机填料粒子包含任何粒子，当在水存在下与所述无机粘合剂混合时，所述任何粒子使所述无机粘合剂的大部分保持在所述织物中，而不形成凝胶或换句话讲凝结，使得在所述柔韧的粘合剂包裹物能够围绕所述排气系统部件结构卷绕之前所述柔韧的粘合剂包裹物变成固体。
3.根据权利要求1或2所述的部件，其中所述无机粘合剂包含胶态粒子，并且所述无机填料粒子包含任何粒子，所述任何粒子在水存在下与所述无机粘合剂混合时将所述无机粘合剂的大部分保持在所述织物中，而不形成凝胶或换句话讲凝结。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的部件，其中所述无机填料粒子具有最多至约100微米的最大粒度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的部件，其中所述织物呈片材的形式，并且仅需要一层所述片材来覆盖待热绝缘的所述排气系统部件结构的所述部分。
6.根据权利要求1至·4中任一项所述的部件，其中所述织物呈带的形式，所述带必须围绕所述排气系统部件结构卷绕多次，以便覆盖待热绝缘的所述排气系统部件结构的所述部分。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的部件，还包括包含无机纤维的热绝缘体、和金属板或箔中的至少一者或两者，其中所述热绝缘体和所述金属板或箔中的每一者在所述柔韧的粘合剂包裹物的层与层之间、在所述柔韧的粘合剂包裹物和所述排气系统部件结构之间、在所述柔韧的粘合剂包裹物和热绝缘体之间、或它们的任何组合中设置在所述热绝缘包裹物内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的部件，其中所述至少一个热绝缘体是在所述柔韧的粘合剂包裹物和所述排气系统部件结构之间的多个单独的热绝缘体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的部件，其中所述柔韧的粘合剂包裹物的至少两层围绕所述排气系统部件结构卷绕。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的部件，其中所述柔韧的粘合剂包裹物处于干燥状态并且转化成刚性粘合剂包裹物。
11.根据权利要求10所述的部件，其中所述刚性粘合剂包裹物表现出至少约40N的最小压碎强度，其中在保持所述刚性粘合剂包裹物的总体完整性的同时所述刚性粘合剂包裹物最多被压碎。
12.根据权利要求10或11所述的部件，其中所述热绝缘包裹物在内燃机的排气系统中所述部件正常操作下至少I年或12，000英里内不分层。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的部件，其中所述柔韧的粘合剂包裹物包含在从约1%至约35%的范围内的无机粘合剂粒子、从约5%至约75%的范围内的无机填料粒子、和从约25%至约65%的范围内的所述织物的所述无机纤维，其中每个百分比均以干重计。
14.一种用于热绝缘排气系统部件结构的至少一部分的热绝缘包裹物，其中所述热绝缘包裹物包括: 混合物，所述混合物包含无机粘合剂、无机填料粒子和水；和 织物，所述织物包含无机纤维，所述织物被用所述混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物， 其中所述柔韧的粘合剂包裹物的尺寸被设计为围绕所述排气系统部件结构的至少一部分卷绕至少一次。
15.根据权利要求14所述的热绝缘包裹物，还包括: 至少一个热绝缘体，所述至少一个热绝缘体包含无机纤维， 其中所述至少一个热绝缘体设置成使得当所述热绝缘包裹物被施加时，所述至少一个热绝缘体设置在所述柔韧的粘合剂包裹物和所述排气系统部件结构的外部之间。
16.一种包括根据权利要求14或15所述热绝缘包裹物的套件，其中所述柔韧的粘合剂包裹物被卷绕成卷的形式并且设置到防潮层容器内。
17.一种制备用于在内燃机的排气系统的部件中使用的热绝缘包裹物的方法，所述方法包括: 形成包含混合水、无机粘合剂粒子和无机填料粒子的混合物；` 提供包含无机纤维的织物，所述织物能够围绕排气系统部件结构的至少一部分卷绕至少一次；以及 用所述混合物浸溃所述织物以便形成柔韧的粘合剂包裹物， 其中所述织物在围绕所述排气系统部件结构卷绕之前或之后被用所述混合物浸溃。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括: 设置包含无机纤维的至少一个热绝缘体，使得当所述柔韧的粘合剂包裹物围绕排气系统部件结构的至少一部分被卷绕时，所述至少一个热绝缘体设置在所述柔韧的粘合剂包裹物和所述排气系统部件结构之间。
19.一种热绝缘用于内燃机的排气系统的部件的方法，其中所述部件包括排气系统部件结构，所述排气系统部件结构具有排气流过的内部，所述方法包括: 提供适合热绝缘所述排气系统部件结构的至少一部分的热绝缘包裹物，其中所述热绝缘包裹物包括: 混合物，所述混合物包含无机粘合剂、无机填料粒子和水；和 织物，所述织物包含无机纤维，其中所述织物被用所述混合物浸溃以便形成柔韧的粘合剂包裹物； 包裹所述柔韧的粘合剂包裹物以便围绕所述排气系统部件结构的至少一部分卷绕至少一次；以及 使所述柔韧的粘合剂包裹物干燥以便转化成完全围绕所述排气系统部件结构的至少所述部分卷绕的刚性的粘合剂包裹物。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所提供的所述热绝缘包裹物还包括包含无机纤维的至少一个热绝缘体，并且所述至少一个热绝缘体在所述包裹期间设置在所述柔韧的粘合剂包裹物和所述排气系统部件 结构之间。
【文档编号】F01N13/14GK103827460SQ201280046241
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月21日 优先权日:2011年9月22日
【发明者】彼得·T·迪茨 申请人:3M创新有限公司