專利名稱：含催化裝置的用于二沖程發(fā)動機(jī)的消音器及其催化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含催化裝置的用于二沖程發(fā)動機(jī)的消音器。
由于燃料及以一定比例加在燃料中的潤滑油的不完全燃燒，二沖程發(fā)動機(jī)排出大量的碳?xì)浠衔?。因此，二沖程發(fā)動機(jī)對空氣的污染要比按發(fā)動機(jī)額定功率估算的高。因此有必要改善這種發(fā)動機(jī)的廢氣凈化。
二沖程發(fā)動機(jī)廣泛使用在如電鋸、電動艇、割草機(jī)、摩托車(兩輪掛車)和所謂的tuk-tuk車(三輪車)等低功率裝置中。大部分這種機(jī)車僅僅裝有一個(gè)通常包括排氣管道的消音器，該排氣管道伸入與其同軸安裝的消音室中。消音器含有一個(gè)用吸音墊填充的金屬圓柱體。排氣管在消音室區(qū)段的部分要穿孔，以便廢氣脈沖能夠進(jìn)入排氣管與消音室間的環(huán)形間隙。最常見的，消音室由安裝在兩個(gè)法蘭盤間的一根金屬管組成。
關(guān)于催化凈化這些發(fā)動機(jī)的廢氣已有許多提議。例如歐洲專利0431405 B1描述了一種二沖程發(fā)動機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)，其包括一根外管和安裝在外管中的一根穿孔內(nèi)管，內(nèi)管的一面或兩面涂有催化活性的涂層。兩管之間形成了一個(gè)間隙。這種結(jié)構(gòu)可以作為排氣管路的一部分，也可以作為膨脹室的一部分。它能夠除去廢氣中30～60％的一氧化碳和碳?xì)浠衔?。通過使用管狀催化劑作為催化管路下游的主催化劑的預(yù)催化劑，可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)化率。
歐洲專利0473081 A1描述了一種廢氣凈化裝置，其中，采用帶有催化劑的催化塔板的方式凈化發(fā)動機(jī)排氣口排出的廢氣。催化塔板安裝在一個(gè)圓柱形的消音器中，這個(gè)圓柱形的消音器也是作為連接到發(fā)動機(jī)排氣口的排氣管路的一部分。將催化塔板安裝成使其從排氣管路的橫截面的中心縱向貫穿排氣管。
已知的用于二沖程發(fā)動機(jī)的凈化裝置的解決方法，僅僅適用于作為原件或整套部件裝到新生產(chǎn)的二沖程發(fā)動機(jī)上。已知的廢氣凈化裝置不適于被改裝到大量的現(xiàn)有摩托車和tuk-tuk車的排氣單元，因此這些機(jī)車的廢氣就無法得到凈化。此外，如果催化劑由于過熱或基體金屬中毒而失活，就必須更換整套機(jī)車的廢氣凈化系統(tǒng)。這是非常昂貴的。
本發(fā)明的目的旨在通過提供一種含催化裝置的用于二沖程發(fā)動機(jī)的消音器來解決現(xiàn)有技術(shù)的這些問題，其中，催化裝置成本非常低廉并且可以又簡單又快速地更換。此外，通過改裝消音器的催化裝置，可以很容易地將tuk-tuk車現(xiàn)有的消音器改裝成本發(fā)明所述的消音器。
通過一種含催化裝置的用于二沖程發(fā)動機(jī)的消音器可以達(dá)到上述目的，該消音器包括a)一個(gè)有前端面和出口端面(52)的細(xì)長消音室(50)，b)一根排氣管(20)，它的出口從前端面伸入到消音室，并且在其出口端有一個(gè)終端法蘭(22)，這個(gè)終端法蘭相對于所述的出口端面(52)置于內(nèi)部，并且消音器內(nèi)的排氣管部分有穿孔(24)，c)一個(gè)排氣單元(40)，其包括一個(gè)出口擋板(41)和一根輸出尾管(42)，以便排出廢氣。
以可拆裝的方式將排氣單元(40)的出口擋板緊固到終端法蘭(22)上，由此使出口擋板緊壓在消音室的周邊，從而消音室的出口端面與排氣單元緊密配合。
這種消音器的特征在于，消音器進(jìn)一步包括一個(gè)催化裝置(60)，這種催化裝置包括一個(gè)涂有催化涂層的圓筒狀整體式載體，而且該載體上固定有一個(gè)安裝法蘭，該安裝法蘭可更換地固定到排氣管的終端法蘭上，以便于能夠簡單快速地更換催化裝置。
為了提高消音室的消音效果，可以用吸音墊填充消音室和排氣管之間的消音間隙。
所述消音室有下列優(yōu)點(diǎn)·易于將催化裝置改裝到tuk-tuk車的現(xiàn)有排氣單元上，以便將其消音器轉(zhuǎn)變?yōu)楸景l(fā)明所述的消音器，從而，有望大大減少tuk-tuk車的廢氣污染。
·在催化涂層被完全損耗的情況下，可以快速更換催化裝置。
·由于廢氣中潤滑油和碳?xì)淙剂系挠行мD(zhuǎn)變，可以減少排氣管穿孔區(qū)段和吸音墊的結(jié)垢，從而延長了這些吸音墊的使用壽命。
·插入的催化裝置對消音器產(chǎn)生的背壓力具有最小的影響。
·成本非常低廉。
為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明，現(xiàn)在參照

圖1～8介紹消音器的一些具體圖1是一種用于二沖程發(fā)動機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)的一個(gè)側(cè)面示意圖。
圖2是本發(fā)明所述的消音器的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖3；是排氣管路的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖4是消音室的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖5a)是用于凈化廢氣的催化裝置的實(shí)施例1的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖5b)是催化裝置的安裝法蘭的一個(gè)前視圖。
圖6a)；是消音器的排氣單元的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖6b)是排氣單元的出口擋板的一個(gè)前視圖。
圖7是本發(fā)明所述的第一個(gè)實(shí)施例的可更換催化裝置。
圖8a)是用于凈化廢氣的催化裝置的第二個(gè)實(shí)施例的一個(gè)側(cè)剖視圖。
圖8b)是催化裝置的安裝法蘭的一個(gè)前視圖。
圖1是一種用于二沖程發(fā)動機(jī)(10)的排氣單元的側(cè)面示意圖。發(fā)動機(jī)的廢氣排放到排氣管(20)，然后流過消音器(30)。從消音器排出的氣體經(jīng)由尾管(42)排放到大氣中。
本發(fā)明所述的消音器是基于tuk-tuk車的現(xiàn)有排氣單元。
圖2是本發(fā)明所述的消音器的具體實(shí)施例的一個(gè)側(cè)剖視圖，其中消音室是夾在兩個(gè)擋板之間的一根簡單的管，并且排氣管和消音室之間的間隙填充了吸音墊。消音器由4個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)組成·排氣管(20)，·消音室(50)，·催化裝置(60)，和·排氣單元(40)。
圖3～7是用來詳細(xì)說明這些子系統(tǒng)的?，F(xiàn)在先說圖3，是排氣管(20)的一部分的側(cè)剖視圖。排氣管有一個(gè)進(jìn)氣口，這里沒有畫出，和一個(gè)排氣口(23)。廢氣從進(jìn)氣口流到排氣口。一個(gè)終端法蘭(22)固定到排氣管的排氣口。
圖3所示的是排氣管在排氣口上游的細(xì)長直管部分。排氣管裝有一個(gè)附加法蘭(21)，這個(gè)法蘭固定在進(jìn)氣口下游，終端法蘭上游的排氣管部分。終端法蘭的直徑比上游法蘭(21)的直徑小，以便它能伸入到消音室內(nèi)。這些法蘭可以通過任何合適的方法如焊接或釬焊固定到排氣管上。上游法蘭和終端法蘭之間的排氣管部分沿其外表面分散有穿孔。
圖4所示是消音室的一個(gè)側(cè)面剖視圖。消音室為細(xì)長管形。在這個(gè)具體實(shí)施例中，排氣管的前出口端面和出口端面是打開的。管狀消音器的橫截面可以是任意方便的形狀，優(yōu)選為環(huán)狀。上游法蘭(21)的橫截面和圖6中所示的排氣單元(40)的出口擋板(41)的橫截面都與消音室的橫截面相一致，但稍大一些，以便消音室能夠氣密性地夾緊在上游法蘭和排氣單元的出口擋板之間。
在組裝的狀態(tài)下，帶有終端法蘭(22)的排氣口(23)是位于消音室內(nèi)的。終端法蘭平行于消音室的出口端面(52)，但它置入其中以便與催化裝置(60)的安裝法蘭(62)相匹配，如圖5所示，從而使安裝法蘭(62)位于排氣管的終端法蘭(22)和排氣單元(40)的出口擋板(41)形成的間隙中。
為了將消音室夾緊在上游法蘭和排氣單元的出口擋板之間，排氣管的終端法蘭(22)上要穿孔，其中螺栓(25)穿過這些孔伸出至消音室的外面。在終端法蘭上優(yōu)選只擰兩個(gè)螺栓。但是，根據(jù)對消音器牢固程度的要求，也可以擰三個(gè)或更多個(gè)螺栓。
圖5a)和b)是本發(fā)明所述催化裝置的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)圖解。圖5所示的是一個(gè)包括帶孔(64)的穿孔或沖孔管(61)的整體式催化裝置，其中管的外徑小于排氣管的內(nèi)徑，并且通過一個(gè)與排氣管的終端法蘭(22)相匹配的安裝法蘭(62)安裝。在圖5所示的催化裝置實(shí)施例中，安裝法蘭(62)與穿孔管的排氣口(65)平齊地安裝。
安裝法蘭(62)上有與終端法蘭(22)的螺栓相匹配的通孔(63)。在催化裝置的穿孔管的一面或兩面涂有適于將廢氣中所含的污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)催化劑。
圖6a)和b)是排氣單元(40)及其安裝到其上的出口擋板(41)和尾管(42)的一個(gè)測剖視圖。出口擋板的形狀要與消音室相匹配，以便消音室能夠用這個(gè)擋板氣密性地與出口擋板緊密配合。為了排放廢氣，出口擋板裝備有一個(gè)尾管(42)。
出口擋板上有通孔(43)以安裝法蘭盤(22)的螺栓。
現(xiàn)在回到圖2，進(jìn)一步詳細(xì)說明這四個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。如圖2所示，催化裝置(60)的穿孔管從終端法蘭(22)的一邊插入到排氣管中，直至它的安裝法蘭(62)與終端法蘭(22)靠緊時(shí)，同時(shí)穿過安裝法蘭(62)的通孔(63)擰上螺栓。安裝法蘭通過緊固螺母(80)與螺栓可更換地安裝到終端法蘭上。
通過將螺母(90)擰到螺栓上，將消音室(50)氣密性地夾緊在上游法蘭(21)和出口擋板(41)之間。
可以用吸音墊填充排氣管與消音室之間的間隙(70)。為了簡明起見，圖2中沒有畫出這個(gè)吸音墊。伴隨廢氣的噪音通過排氣管上的穿孔(24)進(jìn)入吸音墊并被墊吸收。
催化裝置是消音器的一個(gè)重要部分。下面詳細(xì)介紹幾個(gè)實(shí)施例。
催化裝置包括一個(gè)涂有催化涂層的圓柱形整體式載體。所說的整體式載體包括一個(gè)圓柱形軸，一個(gè)外套表面以及廢氣的入口和出口端面。這個(gè)載體可更換地安裝到消音器上。為了達(dá)到可更換的目的，在整體式載體的外套表面上安裝了一個(gè)與其圓柱形軸垂直的安裝法蘭。
在已參照圖5說明的第一個(gè)實(shí)施例中，整體式載體是由一個(gè)涂有催化劑并且外徑小于排氣管內(nèi)徑的穿孔或沖孔管組成的。這個(gè)穿孔管可以逆流方向從排氣管的終端法蘭伸入到排氣管(見圖2)中。也可以從終端法蘭順流伸入到排氣單元的尾管中。根據(jù)圖7，穿孔管從安裝法蘭(62)以順流或逆流兩種方式伸入都是可能的。
氣體凈化是通過氣體與催化裝置的催化涂層的接觸來實(shí)現(xiàn)的?？梢栽谌魏畏奖愕臋M斷面上穿孔。它們都是為了提高氣體的紊流并因此增加氣體與催化涂層的接觸。為了進(jìn)一步加強(qiáng)這種效果，可以從管外套表面的頂部或底部穿孔。穿孔也能夠使得與在消音室與排氣管之間的環(huán)形吸音室進(jìn)行廢氣交換，以便催化裝置不會過多地影響消音室的消音效果。
催化裝置穿孔管的長度可以根據(jù)污染物轉(zhuǎn)化的需要來確定。穿孔可以限制在管的特定區(qū)段。為了能夠在消音室與排氣管之間的消音空間進(jìn)行廢氣交換，這些區(qū)段也應(yīng)該位于排氣管的穿孔區(qū)域內(nèi)。
穿孔的總面積可以占到管外套表面的10～80％。在10％以下，催化裝置將會過分影響消音器的消音效果。在80％以上，涂有催化涂層的剩余管外套表面將太小，以致于不能有效地凈化廢氣。具有環(huán)形截面的孔直徑3mm，間距6mm和直徑2mm，間距3.5mm的孔就已經(jīng)能夠有效降低二沖程發(fā)動機(jī)排出的污染物了。
根據(jù)催化裝置的第二個(gè)實(shí)施例，如圖8所示，整體式載體是由一個(gè)其上涂有催化涂層的蜂窩形殼體(66)組成的。此外，蜂窩狀載體可以從終端法蘭盤逆流或順流或以兩種方式伸入到排氣管或排氣單元的尾管。這就要求整體式載體的外徑小于排氣管或尾管的內(nèi)徑。最優(yōu)選的這種蜂窩狀載體可以安裝在終端法蘭和排氣單元的出口法蘭之間，而不伸入到排氣管中。
蜂窩形整體式催化劑載體在四沖程發(fā)動機(jī)的凈化中是很方便的。如現(xiàn)有技術(shù)眾所周知，這些載體可以通過陶瓷材料的壓制或由波形金屬薄片制得。這種蜂窩形結(jié)構(gòu)從入口平面到出口端面有許多平行的廢氣導(dǎo)管。蜂窩形導(dǎo)管上每單位截面的導(dǎo)管數(shù)稱為蜂窩密度。這種蜂窩形殼體的典型蜂窩密度為10～200cm-2。為了保持施加在廢氣流上的背壓力盡可能低，本發(fā)明所述的消音器建議采用蜂窩密度低于62cm-2。為了進(jìn)一步降低背壓力，可以在蜂窩狀載體上打適當(dāng)直徑的中孔。孔的直徑要盡可能大，以便在整體式催化裝置的圓周面上僅有一層導(dǎo)管。
由于蜂窩狀載體的幾何表面積比較大，它的長度可以比穿孔形的催化裝置小很多。
上面所述的整體式載體要涂一層合適的催化涂層以轉(zhuǎn)化污染物。如果是蜂窩狀載體，導(dǎo)管壁上要涂催化劑。蜂窩狀載體的噴涂技術(shù)是專家們熟知的。一種用于凈化二沖程發(fā)動機(jī)廢氣的典型催化涂層是由氧化鋁和含質(zhì)量比為1∶1-20∶1的鉑和銠的二氧化鈰組成的混合物。氧化鋁與二氧化鈰的質(zhì)量比可以在70∶30-40∶60的范圍內(nèi)。根據(jù)已知的方法，通過摻入選自于氧化鋯、氧化鋇、氧化鑭及其混合物的穩(wěn)定劑，可以防止氧化鋁和二氧化鈰的熱分解。催化管上催化涂層的濃度優(yōu)選為0.5～5克/每平方米管面積。使用這種涂層，碳?xì)浠衔锏霓D(zhuǎn)化率可以達(dá)到30-70％。
可以用下列方法改裝和更換廢催化裝置·首先，擰下螺栓(25)上的螺帽(90)，·拆下排氣單元(40)和消音室(50)，·如果需要，擰下螺帽(80)，以便卸下廢催化裝置(60)，·如果有必要，更換廢吸音墊，·將新的催化裝置插入出口管(20)，并通過緊固螺帽(80)而將其安裝法蘭固定到排氣管的終端法蘭，·消音室(50)從吸音墊的上方滑過，·再安裝好排氣單元(40)，·通過將螺帽(90)擰到螺栓(25)上，固定消音室。
權(quán)利要求
1．一種含催化裝置的二沖程發(fā)動機(jī)的消音器，該消音器包括a)一個(gè)具有前端面和出口端面(52)的細(xì)長消音室(50)，b)一根排氣管(20)，它的出口端從前端面伸入到消音室，并且在其出口端有一個(gè)終端法蘭(22)，這個(gè)終端法蘭相對于所述的出口端面(52)是置于內(nèi)部的，并且消音器內(nèi)的排氣管部分有穿孔(24)，c)一個(gè)排氣單元(40)，其包括一個(gè)出口擋板(41)和一根輸出尾管(42)，以便排出廢氣，以可拆裝的方式將排氣單元(40)的出口擋板緊固到終端法蘭(22)上，由此使出口擋板緊壓在消音室的周邊，從而消音室的出口端面與排氣單元緊密配合，這種消音器的特征在于，消音器進(jìn)一步包括一個(gè)催化裝置(60)，這種催化裝置包括一個(gè)涂有催化涂層的圓筒狀整體式載體，而且該載體上固定有一個(gè)安裝法蘭，該安裝法蘭可更換地固定到排氣管的終端法蘭上，以便于能夠簡單快速地更換催化裝置。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于所述整體式載體是由一根其上涂有催化涂層的穿孔管(60)組成，穿孔管的外徑要小于排氣管(20)的內(nèi)徑，并伸入到所述排氣管內(nèi)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于所述整體式載體是由一個(gè)其上涂有催化涂層的蜂窩形圓柱形殼體(66)組成的，其外徑小于排氣管的內(nèi)徑，并且從第二法蘭盤(22)處逆流伸入到排氣管中。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于所說的整體式載體是由一個(gè)其上涂有催化涂層的蜂窩形圓柱形殼體(66)組成的，其外徑小于排氣管的內(nèi)徑，并且從第三法蘭盤(63)處伸入到尾管(42)中。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于所說的蜂窩形圓柱形殼體有一個(gè)中孔。
6．根據(jù)以上任意一個(gè)權(quán)利要求所述的消音器，其特征在于排氣管和消音室形成的間隙用吸音墊填充。
7．權(quán)利要求6所述的消音器作為凈化二沖程發(fā)動機(jī)排出的廢氣和降低產(chǎn)生的噪音的用途。
8．用于凈化二沖程發(fā)動機(jī)的廢氣的可更換催化裝置，其包括一個(gè)涂有催化涂層的整體式載體，所說的整體式載體包括一個(gè)圓柱形軸和外套表面以及廢氣的入口和出口出口端面，其特征在于一個(gè)垂直于圓柱形軸的安裝法蘭安裝在外套表面上。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的可更換催化裝置，其特征在于所說的安裝法蘭以平齊于入口和出口出口端面地安裝到外套表面上。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的可更換催化裝置，其特征在于所說的安裝法蘭安裝在入口和出口端面之間的外套表面上。
11．根據(jù)權(quán)利要求8-10之一所述的可更換催化裝置，其特征在于所說的整體式載體為一根細(xì)長的穿孔管。
12．根據(jù)權(quán)利要求8-10之一所述的可更換催化裝置，其特征在于所說的整體式載體為一個(gè)陶瓷或金屬的蜂窩形殼體。
13．根據(jù)權(quán)利要求8-10之一所述的可更換催化裝置，其特征在于所說的蜂窩狀載體有一個(gè)中孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含催化裝置的用于二沖程發(fā)動機(jī)的消音器。催化裝置為一根催化噴涂的穿孔管,它能夠從位于消音室內(nèi)的排氣管的出口端伸入。這種設(shè)置使得能夠?qū)⑦@種催化裝置改裝到現(xiàn)有tuk－tuk車的排氣系統(tǒng),從而有望大大減少tuk－tuk車排出的廢氣流的污染。
文檔編號F01N3/28GK1308181SQ0012986
公開日2001年8月15日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者格奧爾格·霍恩, 帕空·博沃松巴特, 威猜·蘇裕 申請人:德古薩－于爾斯股份公司