專利名稱：用于催化轉(zhuǎn)化器的分流器的制作方法
用于催化轉(zhuǎn)化器的分流器背景技術(shù)車輛排氣系統(tǒng)通常包括從排氣歧管延伸至較大直徑的催化轉(zhuǎn)化器 的小直徑排氣管路部分，并且圓錐形過渡管路部分將小直徑管路的下 游端連接至催化轉(zhuǎn)化器的上游端。為了更好地將廢氣分布在大直徑催 化轉(zhuǎn)化器上，在圓錐形過渡管路部分中可以放置分流器.已經(jīng)提出了 多種不同的分流器設(shè)計，但是它們通常高于最低成本且不能有效地將 廢氣均勻地分布在催化劑的整個橫截面上。將來自小直徑上游管路部 分的廢氣均勻分布到較大直徑的催化轉(zhuǎn)化器中的低成本分流器是有價 值的。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了發(fā)動機和用于該發(fā)動機排氣管 道組件的分流器，能夠利用極低成本的分流器將廢氣更均勻地分布在 催化轉(zhuǎn)化器的橫截面上。該分流器位于圓錐形外部過渡管路部分中， 所述外部過渡管路部分將小直徑上游管路部分連接至較大直徑的催化轉(zhuǎn)化器保持管路部分。該分流器具有夾角至少為70度的圃錐形分流器壁，以將相當(dāng)多的廢氣引向催化轉(zhuǎn)化器的外圍部分。該分流器具有中心孔以允許廢氣中的一部分流向催化轉(zhuǎn)化器的中心部分。該圃錐形分流器壁具有允許相當(dāng)多的廢氣流向轉(zhuǎn)化器中間部分的孔，所述中間部 分位于中心部分和外圍部分之間。本發(fā)明的新穎特征將利用所附權(quán)利要求書中的特征進行描述。在 結(jié)合附圖閱讀下文的基礎(chǔ)上將更透徹地理解本發(fā)明。


圖l是發(fā)動機排氣管道組件的等角視圖，并且上游部分和下游部
分以虛線表示。圖2是圖1所示排氣管道組件的催化轉(zhuǎn)化器組件的局部剖開的側(cè) 面正視圖。圖3是圖2所示催化轉(zhuǎn)化器組件的分流器的等角視圖。 圖4是圖2所示催化轉(zhuǎn)化器組件的上游過渡組件的剖視困，并且 還顯示了上游管路部分和催化轉(zhuǎn)化器的一部分。 圖5是沿圖4中直線5-5剖開的視圖。
具體實施方式
圖1顯示了發(fā)動機10的排氣管道組件12,其將排氣歧管14經(jīng)消 音器16通向大氣。沿排氣管道組件布置有催化轉(zhuǎn)化器組件20以減少 排放到大氣中的最終廢氣中的污染物。該管道組件包括上游管路部分 22，其具有例如2英寸(5.1厘米)的小直徑并且未被阻塞，并且將廢 氣傳送到轉(zhuǎn)化器組件20。該轉(zhuǎn)化器組件包括催化轉(zhuǎn)化器30，其包括直 徑遠大于上游管路部分22的大體圃柱形的催化轉(zhuǎn)化器保持管路部分 32。如圖2所示，該轉(zhuǎn)化器保持管路部分32容納具有許多小孔的轉(zhuǎn)化 器材料34。該轉(zhuǎn)化器材料34的直徑通常為上游管路部分42的大約2 -3倍，以提供大約4-9倍的橫截面積。這導(dǎo)致對通過氣流的阻力變 小并導(dǎo)致通過氣流變緩。上游過渡組件40將轉(zhuǎn)化器組件的上游管路部 分42連接至轉(zhuǎn)化器保持管路部分32,所述轉(zhuǎn)化器組件的上游管路部 分具有與上游管路部分22相同的直徑。該過渡組件40包括具有小直徑上游端52和下游端54的截錐形外 部過渡管路部分50，所述小直徑上游端具有與上游管路部分42相同 的直徑，所述下游端具有與轉(zhuǎn)化器保持管路部分32相同的直徑。分流 器60位于外部過渡管路部分50內(nèi)部。催化轉(zhuǎn)化器材料塊34可以具有中心部分A，環(huán)狀外圍部分C，以 及位于所述中心部分和外圍部分之間的環(huán)狀徑向中間部分B。在沒有 分流器的情況下，廢氣的一部分將到達每個催化轉(zhuǎn)化器部分A、 B、 C. 然而，由于廢氣流動迅速，它們的動量將導(dǎo)致到達中心部分A的上游
端的廢氣比到達外圍部分c的上游端的廢氣具有更高的濃度.轉(zhuǎn)化器這將降低催化轉(zhuǎn)化器的效率，所述催化轉(zhuǎn)化器在廢氣均勻分布在轉(zhuǎn)化 器材料上游端的橫截面積上時效率最高。盡管過去曾經(jīng)使用過分流器，但是它們通常不能有效地將廢氣均勻分布在催化轉(zhuǎn)化器材料34上游端的橫截面上。而且，現(xiàn)有技術(shù)中的 分流器通常具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致很高的成本。由于大量的發(fā)動機正 在使用，分流器結(jié)構(gòu)成本的微小降低也是相當(dāng)重要的。圖3顯示出分流器包括分流器元件70和多個將分流器元件70支 撐在圃錐形外部過渡管路部分50內(nèi)壁上的支架72。所述支架圍繞軸 線84大致均勻地傾斜，并且將分流器元件周圍的區(qū)域分成多個通道 78(圖5 )。每個支架優(yōu)選地具有焊接到分流器元件70上的內(nèi)端74(圖 3)和焊接到外部過渡管路部分50的內(nèi)壁上的外端76.該分流器為截 錐形。它具有帶大孔82的上游端80,所述大孔以分流器的軸線84為 中心并且位于圓錐形外部過渡管路部分上。該孔通向具有大下游端88 的圃錐形內(nèi)表面86。該分流器元件具有多個孔90，其有助于廢氣的均 勻分布。如圖4所示，分流器元件70具有大的分流角，其中夾角G至少 為70度，并且所示特定的分流器具有85度的分流角G。應(yīng)該注意到， 該分流夾角略大于外部過渡管路部分50的分流夾角H，所述外部過渡 管路部分的分流夾角H為70度。分流器的大分流角G有助于使相當(dāng) 多的廢氣偏轉(zhuǎn)向催化劑材料34的外圍部分C。大的分流角G還使圍 繞分流器的通道下游端變窄，其引導(dǎo)更多的氣體通過所述孔，中心孔 82允許相當(dāng)多的廢氣流向催化劑的中心部分A?？?0允許大量的廢 氣流向催化劑材料的徑向中間部分B。分流器元件70優(yōu)選地由其中沖出孔卯的金屬板制成，并且該金 屬板已經(jīng)變形為圃錐形狀。支架72隨后焊接到適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。可以?過上游過渡組件40的氣流進行試驗。以相對較小的孔開始，通過金屬 切割剪切機或類似裝置進行擴孔并再試驗，直到發(fā)現(xiàn)孔卯和中心孔 82 (其通過在分流器的狹窄上游端處切除材料而增大)的最佳尺寸為
止是比較簡單的亊情.最佳的分流器使最小量的最不希望的污染氣體 排放到大氣中。該分流器可以利用最少的機加工以低成本制造。申請人已經(jīng)設(shè)計了一種具有分流器60的排氣管道組件(圖2)， 所述分流器構(gòu)造為使廢氣均勻分布到催化材料34中，其中外部過渡管 路部分50的上游端具有2英寸(5.1厘米)的直徑100，催化轉(zhuǎn)化器 保持管路部分32具有6.25英寸(15.9厘米)的直徑102，并且外部傳 輸管路部分的長度104為2.7英寸(6.9厘米)。申請人構(gòu)造了如困4 所示的分流器元件70，長度106為0.7英寸(1.8厘米)，通道107具 有1英寸(2.5厘米)的上游直徑108和2.38英寸(6.0厘米)的下游 直徑IIO，并且分流角G為85度。申請人設(shè)置了六個孔90,每個孔 為圓形并且直徑為0.42英寸(1.07厘米)。圃錐形分流器元件70的面 積為5.3平方英寸(181平方厘米)，而所述六個孔的面積為0.83平方 英寸(4.4平方厘米)，或為所述圃錐形分流器元件面積的16%。所有 孔的面積(0.83平方英寸或4.4平方厘米)大約等于分流器中心孔82 上游端的面積(0.79平方英寸(4.0平方厘米))。轉(zhuǎn)化器如困5所示， 申請人:使用了三個安裝支架72和六個孔90,并且每對相鄰支架72之 間有兩個孔。希望的是在每對支架之間提供至少一個孔以使廢氣更加 均勻地分布在催化材料的環(huán)狀中心部分周圍。所述分流元件和支架可 以由對廢氣具有高耐蝕性的不銹鋼材料制成，并且具有例如0.05英寸 (1.3毫米)的厚度。因此，本發(fā)明提供了一種具有圃錐形過渡管路部分的發(fā)動機排氣 管道組件，所述圃錐形過渡管路部分將小直徑上游管路部分連接至較 大直徑的催化劑保持管路部分，以及一種位于過渡管路部分內(nèi)的分流 器以使廢氣均勻分布到催化劑保持管路部分中的催化材料中。分流器 具有大的擴散角，該擴散角至少為70度并優(yōu)選地為至少80度，如上 所述的特定分流器具有85度的擴散角。該擴散角優(yōu)選地大于外部過渡 管路部分的擴散角。這種大的分流器擴散角導(dǎo)致大量的廢氣徑向向外 流向大直徑催化劑材料塊的外圍部分和阻塞催化劑材料的徑向中間部 分。分流器中的中心孔允許足夠多的廢氣穿過并流到催化材料的中心
部分。所述分流器壁中具有允許足夠多的廢氣穿過的孔以均衡流向催 化材料的徑向中間部分的廢氣流量。該孔優(yōu)選地占據(jù)分流器元件面積的至少10%,優(yōu)選地為至少15%。盡管這里已經(jīng)描述并舉例說明了本發(fā)明的特定實施例，但是應(yīng)當(dāng) 認識到，改進和變化對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是容易想到的，因此， 權(quán)利要求應(yīng)解釋為包括這種改進和等效物。
權(quán)利要求
I.一種在發(fā)動機(IO)中的改進，該發(fā)動機包括帶有催化轉(zhuǎn)化器 保持管路部分(32 )的排氣管道組件(12 )，所述催化轉(zhuǎn)化器保持管路所述催化轉(zhuǎn)化器材料塊具有靠近所述軸線的軸向部分(A)，與所述軸 線距離最遠的外圍部分(C)，和徑向位于所述軸向部分和外圍部分之 間的徑向中間部分(B)，所述排氣管道組件包括比所述轉(zhuǎn)化器保持管 路部分直徑小的上游管路部分(42 )，和將所述上游管路部分連接到所 述轉(zhuǎn)化器保持管路部分上的上游過渡組件(40 )，其中所述過渡組件包 括沿下游方向擴大的圃錐形外部過渡管路部分(50)和位于所述過渡 部分內(nèi)的分流器(60 )，所述分流器用于對流入所述大體圓柱形的催化 轉(zhuǎn)化器材料塊中的廢氣進行更加均勻地分布，所述分流器具有圓錐形 分流器壁(70)，所述分流器壁沿下游方向擴大并且與所述圃錐形外部 過渡管路部分隔開，所述分流器還具有中心孔(82)，其中所述圓錐形分流器壁形成至少70度的夾角(G)并具有多個孔 (90 )，從而在很短的過渡組件中使廢氣更為均勻地分布到催化轉(zhuǎn)化器 材料的徑向中間部分(B)上。
2. 如權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于位于所述圃錐形分流器壁中的所述孔(90)占據(jù)所述分流器壁在 沒有所述孔的情況下的面積的至少10%。
3. 如權(quán)利要求2所述的改進，其特征在于所述分流器的所述圃錐形壁的所述夾角(G)至少為80度，并且 所述孔(90)占據(jù)所述分流器壁面積的至少15%。
4. 如權(quán)利要求1所述的改進，其中所述分流器由金屬板制成，并 且具有圃錐形的分流器元件(70)和至少三個基本徑向延伸的支架 (72 ),所述支架圍繞所述軸線成角度地隔開并且將所述元件上的位置 連接至所述外部過渡管路部分，其中所述支架將所述外部過渡管路長度的一部分分成多個外部通道部 分(78);位于所述分流器壁中的所述多個孔(90)包括位于每對相鄰支架之間成角度布置的至少一個孔，以允許廢氣從所述分流器元件內(nèi)部流 入每一個所述外部通道部分中。
5. 如權(quán)利要求1所述的改進，其特征在于位于所述分流器的所述上游端處的所述分流器中的所述中心孔 (82)的面積大致等于所述圃錐形分流器壁中的所有所述孔的面積。
6. —種分流器(60)，其放置在將小直徑管路部分(42)連接至大 直徑催化轉(zhuǎn)化器保持管路部分(32)的上游圃錐形外部過渡管路部分(50)中，包括基本圃錐形的金屬板分流器元件(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徑最小，在所 述下游端分流器元件的直徑最大；至少三個支架(72 )，每個支架都具有固定到所述分流器元件上的 徑向內(nèi)端(74)和固定到所述上游圃錐形外部過渡管路的徑向外端 (76),因此，所述支架將所述分流器元件和所述外部過渡管路部分之 間的區(qū)域分成通道部分(78);所述分流器元件具有中心孔(82)和其中帶有多個孔(90)的圃 錐形壁，并且在每對相鄰的所述支架之間具有至少一個孔，以允許廢 氣從所述分流器元件內(nèi)部流入所述每個通道部分中。
7. 如權(quán)利要求6所述的分流器，其特征在于 所述圓錐形分流器元件以至少70度的夾角分流，并且所述圓錐形壁中的所述孔占據(jù)所述分流器元件內(nèi)表面面積的至少10% 。
8. —種上游圓錐形外部過渡管路部分(50)和分流器(60)的組 合，所述上游圃錐形外部過渡管路部分具有軸線(84)和通向催化轉(zhuǎn) 化器保持管路部分(32)中的催化材料(34)的大直徑端部(54)，所 述分流器位于所述過渡管路部分內(nèi)，所述外部過渡管路部分以第一擴 張角(H)擴張，其中所述分流器包括截錐形金屬板分流器元件(70)，所述分流器無件 具有上游端(80)和下游端(88),在所述上游端分流器元件的直徑最 小，在所述下游端分流器元件的直徑最大，所述圃錐形分流器元件以 第二擴張角(G)分流；至少三個支架(72 ),每個支架都具有固定到所述分流器上的徑向 內(nèi)端(74)和固定到所述過渡管路部分上的徑向外端(76);所述第二擴張角(G)比所述第一擴張角(H)大幾度。
9. 如權(quán)利要求8所述的組合，其特征在于所述第二角度(G)為 至少70度，并包括位于所述分流器元件中的多個孔(90)，所述孔位 于所述分流器元件上游端(80)的下游，所有所述孔的總面積為所述 分流器元件表面積的至少10%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種分流器，其具有低成本并更為有效地使從小直徑上游廢氣管路部分(42)流入較大直徑的催化轉(zhuǎn)化器組件(20)中的廢氣均勻分布。該分流器包括分流器元件(70)和安裝支架(72)。該分流器元件具有中心孔(82)和夾角(G)至少為70度的圓錐形壁，所述圓錐形壁具有多個孔(90)。分流器的大圓錐角(G)有效地將廢氣引導(dǎo)至大直徑催化轉(zhuǎn)化器的外圍，而堵塞該催化劑的徑向中間部分，同時圓錐形分流器中的孔允許足夠多的廢氣到達該催化劑的徑向中間部分。
文檔編號F01N3/02GK101124391SQ200480042853
公開日2008年2月13日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者約翰·M·扎布斯基, 萊斯特·P·貝里曼 申請人:克林空氣系統(tǒng)國際公共有限公司