復(fù)合排氣元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合排氣元件。所述復(fù)合排氣元件包括由復(fù)合材料制成的外殼(1)和內(nèi)部熱保護(hù)體(2)。所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)包括：高溫絕熱材料層(21、22)，和為所述高溫絕熱材料層提供摩擦保護(hù)的內(nèi)襯(20)。所述內(nèi)襯(20)是耐高溫織物。
【專利說明】復(fù)合排氣元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合排氣元件，具體涉及用于機(jī)動車輛的排氣系統(tǒng)中的復(fù)合排氣元件。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車的燃料效率已成為至關(guān)重要的問題，特別是因為環(huán)境顧慮的增加、更嚴(yán)格的立法和油價的上漲。提高效率的一種方法是降低油耗。這可以通過減小汽車組件的重量來實(shí)現(xiàn)。
[0003]一種減重方法是用輕質(zhì)復(fù)合材料(例如，纖維強(qiáng)化型樹脂復(fù)合物)替換汽車排氣系統(tǒng)的金屬部件。然而，復(fù)合材料在高溫下經(jīng)常不穩(wěn)定。由于排出氣可以達(dá)到800°C?IOOO0C的溫度，這些復(fù)合材料需要熱保護(hù)。
[0004]美國專利第5，400, 830號提出，通過在用復(fù)合材料制成的外管內(nèi)部設(shè)置絕熱層來構(gòu)造汽車排氣管道。該管設(shè)置有薄壁金屬內(nèi)襯來保護(hù)所述絕熱層不會受到管道內(nèi)部導(dǎo)流的排出氣的摩擦。然而，金屬管仍會增大總重量，并且在吸音方面性能較低。
[0005]為了進(jìn)一步減少排氣系統(tǒng)的重量，已提出用金屬網(wǎng)來替換金屬內(nèi)管。金屬網(wǎng)將絕熱層固定在適當(dāng)位置并改善管道的聲學(xué)性質(zhì)。絕熱層往往是高溫纖維棉墊或纖維墊，其纖維容易受到穿過金屬網(wǎng)孔的排出氣的侵蝕。遭到侵蝕的絕熱物的絕熱性降低，并可能導(dǎo)致外層復(fù)合管的破裂或熔化。此類排氣管道未獲得長期穩(wěn)定性。
[0006]需要聲學(xué)性能良好的輕質(zhì)排氣元件。具體而言，需要這樣的排氣元件:其中，用復(fù)合材料替換了金屬部件，并提供相同或更佳的聲學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種復(fù)合排氣兀件，其包括:由復(fù)合材料制成的外殼；和內(nèi)部熱保護(hù)體。所述內(nèi)部熱保護(hù)體包括:高溫絕熱材料層，和為所述高溫絕熱材料提供摩擦保護(hù)的內(nèi)襯。所述內(nèi)襯是耐高溫的織物。
[0008]外殼的復(fù)合材料受到內(nèi)部熱保護(hù)體的熱保護(hù)。其內(nèi)側(cè)上的內(nèi)部熱保護(hù)體能夠承受在排氣元件內(nèi)部流動的排出氣的高溫，所述溫度可以高達(dá)1000°C，g卩，熱保護(hù)體的耐熱溫度能夠承受這些溫度。在其外側(cè)，內(nèi)部熱保護(hù)體使溫度下降至外殼的復(fù)合材料可以承受的溫度。所述外部溫度可以低至200°c?250°C。
[0009]內(nèi)部熱保護(hù)體包括高溫絕熱材料層。為了保護(hù)該高溫絕熱材料層不受經(jīng)由排氣元件導(dǎo)流的排出氣的摩擦，設(shè)置了由耐高溫織物制成的內(nèi)襯，并使其與高溫絕熱材料層的內(nèi)側(cè)鄰接。
[0010]對高溫絕熱材料的摩擦或侵蝕是由排氣系統(tǒng)中通常有毒的或氧化性的氣氛的機(jī)械沖擊或化學(xué)沖擊弓I起的。通過織物內(nèi)襯，可以防止或盡量減少排出氣與高溫絕熱材料的直接接觸。
[0011]此外，織物內(nèi)襯的聲音性質(zhì)與金屬網(wǎng)內(nèi)襯相同或甚至有所提高。然而，金屬網(wǎng)內(nèi)襯容易被腐蝕，并且沒有為高溫絕熱材料層提供很多摩擦保護(hù)。
[0012]在織物中，纖維以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合，例如，形成織物的紗線或絲線。與纖維原料(例如，高溫絕熱材料的無紡層或纖維棉層的纖維原料)相比，單獨(dú)的纖維不易受到經(jīng)過的氣流的摩擦。令人驚奇的是，織物內(nèi)襯不受氣流侵蝕。除了以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合的纖維外，另一個原因可能是織物內(nèi)襯的表面粗糙度較低，這似乎使摩擦過程失去了目標(biāo)物。
[0013]織物可以以各種密度制造，并且可以提供不同的表面粗糙度。因此，其提供了廣闊范圍的摩擦保護(hù)，包括吸音方面的靈活性、尤其是內(nèi)襯的聲音透明性。利用表面粗糙度也可以影響排氣元件的反壓，從而以較小的表面粗糙度保持較低的反壓。
[0014]在使用本發(fā)明的復(fù)合排氣元件時，排氣系統(tǒng)的吸音能力可以得到改善，例如符合法律要求的響度限制。由此，甚至消聲器都可以變得過時或可以縮小尺寸。由于本發(fā)明的復(fù)合排氣元件比金屬排氣部件具有更高的絕熱性，所以通常設(shè)置在機(jī)動車輛的排氣系統(tǒng)和底部之間的熱屏障也可以省略或縮小。利用本發(fā)明的復(fù)合元件的這兩種性質(zhì)，可以明顯減小排氣系統(tǒng)的重量。通常，市售的消聲器的重量超過排氣系統(tǒng)總重量的一半。
[0015]本申請的上下文中使用的“高溫絕熱材料”能夠承受的溫度或所具有的耐熱溫度分別為超過300°C、優(yōu)選超過600°C，例如至多1200°C的耐熱溫度。由于高溫絕熱材料可以分層設(shè)置，不同的層的材料具有不同的耐熱溫度。例如，距離排出氣流較遠(yuǎn)的層可以在耐熱溫度為400°C?700°C的高溫絕熱材料中選擇，而與織物內(nèi)襯相鄰設(shè)置的高溫絕熱材料的耐熱溫度優(yōu)選超過800°C、更優(yōu)選超過1000°C。
[0016]耐熱溫度較低的材料通常不如耐熱溫度較高的材料昂貴。因此，選擇適合的材料可以影響排氣系統(tǒng)的總成本。
[0017]高溫絕熱材料優(yōu)選選自纖維材料，例如高溫絕熱纖維棉。然而，非纖維絕熱材料也需要防摩擦保護(hù)，例如，脆性材料，如陶瓷材料。
[0018]本申請的上下文中使用的“耐高溫織物材料”優(yōu)選承受超過600°C、更優(yōu)選承受超過800°C或超過1000°C的溫度。用于耐高溫織物材料并由此用于內(nèi)襯的材料承受在排氣元件內(nèi)流動的排出氣的溫度。根據(jù)本發(fā)明的排氣元件在排氣系統(tǒng)中的設(shè)置位置，可以相應(yīng)地選擇這些材料。更接近發(fā)動機(jī)出口或接近催化轉(zhuǎn)化器的溫度高于更接近消音器的溫度，消音器基本上是設(shè)置在接近排氣系統(tǒng)出口的位置。
[0019]優(yōu)選用于高溫絕熱材料和耐高溫織物的耐高溫纖維的實(shí)例為:玻璃纖維(E-玻璃，S-玻璃)、二氧化硅纖維、氧化鋁纖維、氧化鋁-二氧化硅纖維、石英纖維。這些纖維都具有低熱導(dǎo)性。
[0020]用于外殼的復(fù)合材料的實(shí)例是氧化鋁-硅酸鹽樹脂、纖維強(qiáng)化型陶瓷基質(zhì)復(fù)合物或酚樹脂。在這些樹脂中，有一些成本效益非常高并且易于操作，但其耐熱溫度可能低至200°C?250°C。外殼的制造方法是例如擠出或成型，這在本領(lǐng)域中是已知的，因此不再詳細(xì)描述。
[0021]織物還提供具有柔性的優(yōu)點(diǎn)，例如，用來整齊地覆蓋不平坦或不均勻的表面，并且可以容易地定制成各種形式和尺寸。用于內(nèi)襯的織物還可以根據(jù)其在排氣系統(tǒng)中的位置來選擇或處理，例如處于排氣元件(例如排氣管道)中的彎曲部。在彎曲部周圍，織物可以例如具有更致密的結(jié)構(gòu)、可以更厚或可以被涂覆。
[0022]出于穩(wěn)固或固定目的，可以在內(nèi)襯內(nèi)部設(shè)置金屬網(wǎng)?？梢詫⒋私饘倬W(wǎng)并入內(nèi)襯中，也可以將其設(shè)置為與織物內(nèi)襯相鄰且比織物內(nèi)襯更靠近中心的獨(dú)立金屬網(wǎng)內(nèi)襯。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的一方面，耐高溫織物是紡織的、針織的或編織的耐高溫織物。紡織、針織和編織是制造織物的公知方法。它們可以產(chǎn)生用不同種類的材料制成的多種織物。特別地，密度和表面紋理可以有所不同。例如，為了制造在某些區(qū)域更厚或更密的織物，或針對排氣元件的某些應(yīng)用，可以混合或選擇不同的制造方式。
[0024]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的排氣元件的內(nèi)襯是面料或布。布是單層柔性紡織織物，由纖維(例如絲線或紗線)網(wǎng)絡(luò)制成，制造和操作都很簡單。另外，面料通常是單層柔性紡織材料，由纖維網(wǎng)絡(luò)制成。然而，面料也可以用不同的制造方法制成，例如按照上述方法，而且，面料允許制造多層或厚層，即使在使用細(xì)絲線或紗線時也是如此。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的另一方面，內(nèi)襯具有套筒形式。
[0026]排氣系統(tǒng)的較大部件為管形式。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，排氣元件是管道。外殼、高溫絕熱材料層和內(nèi)襯為管形式。內(nèi)襯可以直接制成套筒形式，從而沿著套筒的整個外周和長度提供均一的性質(zhì)(表面紋理、密度)。然而，通過例如縫綴或粘合，也可以使織物為套筒形式。
[0027]本發(fā)明的排氣元件還可以是例如消聲器或消音器，或者是消聲器或消音器的一部分。其可以采用熱屏障的功能，或者可以對排氣系統(tǒng)或裝置的部件進(jìn)行替換或補(bǔ)足，其中包含摩擦保護(hù)和吸音性或其他特定聲學(xué)性質(zhì)的絕熱體是必要的，或者可以提高排氣系統(tǒng)或裝置的性能或效率。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的另一方面，內(nèi)部熱保護(hù)體還包含外襯,其為耐高溫織物。高溫絕熱材料層設(shè)置在外襯和內(nèi)襯之間。在此設(shè)置中，高溫絕熱材料層夾在兩個耐高溫織物襯墊之間。將高溫絕熱材料層保持在兩個襯墊之間是有利的，尤其是當(dāng)該材料具有高度纖維性或易于降解時。
[0029]可以將外襯、高溫絕熱材料層和內(nèi)襯中的全部或僅兩個彼此固定在一起，固定方法為例如用耐高溫絲線縫合、膠粘、粘合、夾持或其他固定方法。將至少兩個層固定在一起使得如此固定在一起的元件便于操作。此外，固定在一起的層使相互脫位的風(fēng)險降到最低。通過例如用耐高溫絲線進(jìn)行穿透式縫綴(through-stitching),可以將外襯、高溫絕熱材料層和內(nèi)襯構(gòu)造固定在一起。如果高溫絕熱材料層是高溫絕熱纖維棉層(即，實(shí)質(zhì)上具有大致松散的纖維團(tuán)聚體的層)，則穿透式縫綴尤其有利。因此，所述構(gòu)造是單獨(dú)的組件，其可以構(gòu)成內(nèi)部熱保護(hù)體。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的一方面，通過膠粘或物理附接(例如鉤、維可牢型附接件、按扣或撳扭等)，將內(nèi)部熱保護(hù)體固定在外殼上。
[0031]膠粘、粘合或直接物理附接是有利的方法，用這些方法可以將內(nèi)部熱保護(hù)體直接附接在外殼上。優(yōu)選的是，不需要為單獨(dú)的層或襯墊進(jìn)行單獨(dú)的固定，且不需要為內(nèi)部熱保護(hù)體進(jìn)行單獨(dú)的固定(例如，夾或金屬網(wǎng))。通過直接物理附接，內(nèi)部熱保護(hù)體，尤其是高溫絕熱材料層，可以保持在外殼內(nèi)的適當(dāng)位置。如果將內(nèi)部熱保護(hù)體制成一個單個組件，例如如上所述，則這些附接方法特別有利。然而，如果將所有層都固定在一起，那么直接附接方法也是有利的。例如，可以將至少一個層固定到另一層上，例如將高溫絕熱材料層固定到外襯上。
[0032]根據(jù)上述內(nèi)部熱保護(hù)體(例如形成為獨(dú)立組件的內(nèi)部熱保護(hù)體)的一些優(yōu)選實(shí)施方式，外襯是具有外部耐熱溫度的織物面料，內(nèi)襯是具有內(nèi)部耐熱溫度的織物面料。外部耐熱溫度低于內(nèi)部耐熱溫度。設(shè)置在內(nèi)襯和外襯之間的高溫絕熱材料層可以是例如硅酸鹽纖維棉層，例如，堿土金屬硅酸鹽玻璃纖維棉層。
[0033]在必須滿足物理要求和化學(xué)要求的同時，內(nèi)部熱保護(hù)體的制造還必須具有成本效益。這可以通過為內(nèi)部熱保護(hù)體的不同部分(層、襯墊)選擇適合的材料來實(shí)現(xiàn)。在示例性構(gòu)造中，內(nèi)襯是較為昂貴但耐熱性較高的織物面料，例如二氧化硅或S-玻璃織物面料；而外襯是較為廉價但耐熱性較低的織物面料，例如E-玻璃面料。例如，硅酸鹽纖維棉層的耐熱溫度最高為1000°C、1300°C或1500°C，并且作為例如多晶纖維棉來說成本較低。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的另一方面，內(nèi)襯涂覆有耐高溫涂層，例如二氧化硅類涂層。
[0035]利用耐高溫涂層，可以進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)襯的耐侵蝕性，因此可以進(jìn)一步減少摩擦。此夕卜，織物內(nèi)襯的已經(jīng)較小的粗糙度可以得到進(jìn)一步減小，由此減小排氣系統(tǒng)中的反壓。涂層還可以用來使內(nèi)襯氣密。為了不給內(nèi)襯的聲學(xué)性質(zhì)帶來負(fù)面影響，優(yōu)選僅以薄層的方式涂敷涂層，并且優(yōu)選僅在敏感區(qū)域(例如，排氣系統(tǒng)的彎曲部附近)涂敷氣密涂層。涂敷在排氣元件的部件中的涂層還可以用來特定地影響某些聲音頻率的衰減或反射。內(nèi)襯的聲學(xué)封閉部分可以例如是設(shè)置有薄金屬箔的部分?？梢詫⒙晫W(xué)封閉材料例如添加到內(nèi)襯中，也可以用其替換內(nèi)襯的一部分。由此，可以提供具有沿排氣元件的長度或周向排布的聲學(xué)性質(zhì)不同的內(nèi)襯部分的排氣元件。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的又一方面，外殼的復(fù)合材料是纖維強(qiáng)化型復(fù)合材料。出于穩(wěn)定化目的，可以添加纖維來強(qiáng)化復(fù)合材料，例如樹脂。此類纖維的實(shí)例為碳纖維、硼纖維、二氧化硅纖維和玻璃纖維等。用于排氣系統(tǒng)中的纖維強(qiáng)化型復(fù)合材料在本領(lǐng)域是已知的，例如，在US2009/0183502或US2007/0240932中的材料。在本發(fā)明的排氣元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，使用氧化鋁-硅酸鹽樹脂或酚樹脂中的玻璃纖維(例如E-玻璃纖維)來作為外殼復(fù)合材料。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的又一方面，高溫絕熱材料是高溫絕熱纖維棉。高溫絕熱纖維棉是耐高溫纖維的無紡松散構(gòu)造形式，已據(jù)證明是非常好的絕熱材料。通常，這些纖維棉是可以通過對纖維層進(jìn)行針刺而制得的墊形式。一些產(chǎn)品還具有添加到纖維中或纖維層表面或以這些方式的組合方式添加的少量粘合劑或硬化劑，從而將這些纖維更好地保持在一起。粘合劑或硬化劑往往不如纖維耐熱，并且可能不利地影響纖維棉的吸音能力。因此，作為絕熱纖維棉，或通常在由纖維制成的或主要包含纖維的高溫絕熱材料中，使用沒有任何粘合劑的純纖維。一些包含纖維的高溫絕熱材料包含在約200°C時燒盡的粘合劑。這些粘合劑使得可以更好地操作基礎(chǔ)材料，但在安裝排氣組件后會被除掉，因此不會進(jìn)一步影響排氣元件的吸音能力。高溫絕熱纖維棉可以由例如礦物纖維、堿土金屬硅酸鹽纖維、耐火陶瓷纖維或多晶纖維制成。這些纖維主要在它們的耐熱性和成本上有所區(qū)別。
[0038]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，高溫絕熱纖維棉是堿土金屬硅酸鹽纖維棉、多晶纖維棉或鋁硅酸鹽纖維棉中的一種或組合。這些是耐熱溫度為600°C?1200或1600°C的市售纖維棉的實(shí)例。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的再一方面，內(nèi)襯、高溫絕熱材料或外襯(如果有)包含二氧化硅、鋁、鋁硅酸鹽、玻璃和石英的組中的一種或組合的纖維。此類纖維因纖維的低熱導(dǎo)性而支持內(nèi)部熱保護(hù)體的高溫絕熱性。雖然其他纖維(例如碳纖維或硼纖維)也適于高溫應(yīng)用，但這些纖維的熱導(dǎo)性較高，因此使絕熱材料的絕熱性降低。不過，與排氣應(yīng)用中所用的常規(guī)金屬相比，這些纖維仍然是熱導(dǎo)性較低的絕熱纖維。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的又一方面，內(nèi)部熱保護(hù)體包含另一層高溫絕熱材料。該另一層設(shè)置在高溫絕熱材料層相對于內(nèi)襯的反面，并且可以包含微孔絕熱材料。
[0041]內(nèi)部熱保護(hù)體可以包含多于一層的高溫絕熱材料。各層的材料可以經(jīng)選擇而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部熱保護(hù)體的技術(shù)-經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化。最內(nèi)層的高溫絕熱材料必須承受與在排氣元件內(nèi)部流動的溫度一樣高的溫度。位于最內(nèi)層周圍的任何其他層的高溫絕熱材料，或者更一般而言，設(shè)置在更外圍的區(qū)域中的其他層的高溫絕熱材料，必須承受的溫度僅與與其相鄰且更靠近中心設(shè)置的高溫絕熱材料層的外部的位置的溫度一樣高即可。高溫下的絕熱還往往與層厚度相關(guān)?？臻g也是一個優(yōu)化參數(shù)，這是因為特別針對排氣系統(tǒng)的空間至少在一些位置是非常受限制的。因此，可能有利的是，使初始高溫降至中等水平，并隨后設(shè)置另一層耐熱溫度較低的高溫絕熱材料。由此，可以使例如更昂貴且可能消耗空間的絕熱層保持得較小，并且可以用例如可能比更靠近內(nèi)部設(shè)置的層更不耐熱的、更為廉價和小型的層來對其進(jìn)行補(bǔ)充。例如，高溫絕熱材料層的耐熱溫度可以是1000°c?1400°C，并且在優(yōu)選實(shí)施方式中，高溫絕熱材料層是僅由耐高溫纖維(除了少量的粘合劑或硬化劑以外)制成的層。另一層的耐熱溫度可以是例如400°C?700°C，這還為非纖維材料的應(yīng)用提供了契機(jī)。
[0042]適合的非纖維高溫絕熱材料的實(shí)例是微孔絕熱材料。微孔絕熱材料是封閉的或開放的多孔材料，可以通過發(fā)泡或噴霧而就地形成。微孔絕熱材料的實(shí)例是聚氨酯微孔玻璃、微孔二氧化硅和二氧化硅氣凝膠。微孔絕熱材料還經(jīng)常是延長的柔性或剛性板或墊的形式。
[0043]另一層還可以提供與高溫絕熱材料層不同的材料性質(zhì)，例如更高或更低的剛度或柔性。此外，另一層可以提供適合與其他層或與外殼的復(fù)合材料組合的物理或化學(xué)性質(zhì)。例如，通過例如應(yīng)用粘著劑，這些性質(zhì)可以使外層與復(fù)合外殼牢固附接。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合排氣元件的又一方面，內(nèi)部熱保護(hù)體包含形成空腔的空白層。此處的“空”的意思是指充滿了一種或多種氣體，而不是充有絕熱的或任何其他的固體或液體材料。此外，所述腔是聲學(xué)可及的，即，聲波可以進(jìn)入空白層或腔中。優(yōu)選的是，所述腔與排氣元件的供排出氣流動通過的內(nèi)管聲學(xué)連接。優(yōu)選的是，內(nèi)襯和高溫絕熱材料，或設(shè)置在所述腔內(nèi)的任何其他層的高溫絕熱材料，各自都是聲學(xué)開放的，從而使聲波可以從內(nèi)管穿過這些層而進(jìn)入所述腔中。
[0045]空白層設(shè)置在高溫絕熱材料層的相對于內(nèi)襯的反面上。因此，填充有高溫絕熱材料的體積(一個或多個層)優(yōu)選部分地由氣隙構(gòu)成。由于氣體的溫度影響氣體的密度和聲速，因此，在充有較冷的氣體時，與充有較熱的氣體時相比，空腔具有更佳的聲音減弱性能。所以，空白層優(yōu)選設(shè)置在復(fù)合外殼與高溫絕熱材料之間，在此處排出元件內(nèi)部的溫度最低(絕熱層的“冷”側(cè))。在排氣元件的初始狀態(tài)，氣隙中充滿空氣。在使用時，空氣可以緩慢地被流動通過排氣元件的氣體置換。由于內(nèi)部熱保護(hù)體具有聲學(xué)開放結(jié)構(gòu)，腔與內(nèi)管(在內(nèi)管中通常流動有熱的排出氣)之間存在聲學(xué)連接。優(yōu)選的是，內(nèi)部熱保護(hù)體的所有層都是聲學(xué)開放的。然而，還可以設(shè)置聲學(xué)通道使其優(yōu)選穿過內(nèi)部熱保護(hù)體的所有層，從而在內(nèi)管和腔之間建立聲學(xué)連接。但是，進(jìn)入并通過腔的氣流有限，因此從內(nèi)管到腔僅出現(xiàn)較低的熱交換。所以，借助于腔內(nèi)的較低的聲速和較高的氣體密度，實(shí)現(xiàn)了更佳的聲學(xué)性能。優(yōu)選的是，空白層或腔的延伸距離與絕熱材料層的不同。在優(yōu)選實(shí)施方式中，腔的延伸距離為復(fù)合排氣元件的長度的一部分，絕熱層的延伸距離則是復(fù)合排氣元件的整個長度。
[0046]在優(yōu)選實(shí)施方式中，外襯設(shè)置在空白層和高溫絕熱材料之間。外襯固定絕熱材料，并防止絕熱材料傳播到空腔中，尤其是在選擇使用纖維材料時。此外，外襯的織物特性使聲音可以進(jìn)入空腔，由此空腔增強(qiáng)了排氣元件的聲音減弱能力。尤其是在本發(fā)明的復(fù)合排氣元件是具有一定體積的消聲器的應(yīng)用中或位置上，可能有利的是用空腔或氣隙填充整個體積的一部分。由此，還可以節(jié)省重量。
[0047]在空層被設(shè)置在高溫絕熱材料層的“冷”側(cè)上的前提下，還可以進(jìn)一步減小消聲器的體積，因此可以減少成本和重量:包含設(shè)置在高溫絕熱材料層的“冷”側(cè)上的空層的消聲器甚至在尺寸減小時也可以與常規(guī)的排氣系統(tǒng)具有相等的聲音減弱性能。常規(guī)的消聲器并未設(shè)置有高溫絕熱材料層，而是整體填充有比本發(fā)明的空層中的氣體更熱的氣體，因此，該更熱的氣體具有更低的聲音性能。
[0048]在包含空白層的實(shí)施方式中，可以設(shè)置支持性金屬編織層或網(wǎng)來支持內(nèi)襯和外襯中的至少一個。
[0049]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的復(fù)合排氣元件是機(jī)動車輛的排氣系統(tǒng)的一部分。本發(fā)明的排氣元件特別適于作為汽車常規(guī)金屬排氣系統(tǒng)中的金屬元件(例如，管)的替代物。憑借該輕質(zhì)的復(fù)合排氣元件，可以實(shí)現(xiàn)顯著的重量減少。憑借吸音性質(zhì)，甚至可以省略排氣系統(tǒng)的重部件(例如消聲器或消音器)，或?qū)⑵錁?gòu)造成更輕的結(jié)構(gòu)。這進(jìn)一步減少了排氣系統(tǒng)的總重量，并且可以有助于減少相應(yīng)的機(jī)動車輛的油耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]將參考以下附圖中所示的排氣系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式來進(jìn)一步描述本發(fā)明。在附圖中
[0051]圖1是復(fù)合排氣元件的構(gòu)造；
[0052]圖2顯示了夾心形式的內(nèi)部熱保護(hù)體；
[0053]圖3描繪了復(fù)合排氣元件的安裝；
[0054]圖4顯示了具有腔的排氣元件；
[0055]圖5顯示了具有腔的排氣元件的另一實(shí)施方式。
【具體實(shí)施方式】
[0056]圖1顯示了具有外殼I和內(nèi)部熱保護(hù)體2的復(fù)合排氣元件的構(gòu)造。外殼I由復(fù)合材料制成，例如，纖維強(qiáng)化型樹脂。內(nèi)部熱保護(hù)體2包括:高溫絕熱材料第一層21和第二層22，和由耐高溫織物制成的內(nèi)襯20。
[0057]更靠近中心設(shè)置的高溫絕熱材料第一層21經(jīng)設(shè)置與內(nèi)襯20鄰接，并且由適合承受流動通過排氣元件和內(nèi)襯20的熱氣的溫度的高溫材料制成。優(yōu)選的是，此類材料能夠承受最高100(TC的溫度，并且是高溫絕熱纖維棉，例如硅酸鹽纖維棉。
[0058]圍繞第一層21的高溫絕熱材料第二層22由能夠承受第一層21的外周211上的溫度的高溫材料制成。由于這些溫度相對于第一層21的內(nèi)周210上的溫度通常已有所降低，第二層的高溫材料可以優(yōu)選僅承受低于700°C的溫度。如果第一層21提供了足夠的絕熱性，則可以省略第二層22 ;或者，還可以用形成氣隙的空白層來代替第二層22。
[0059]內(nèi)部熱保護(hù)體2的與流動通過排氣元件的熱氣直接接觸的最內(nèi)部分由內(nèi)襯20構(gòu)成。內(nèi)襯20由耐高溫織物制成。優(yōu)選的是，所述織物是紡織的、針織的或編織的織物。其可以是由耐高溫材料纖維制成的面料或布，所述纖維可以主要是與用于高溫絕熱材料的纖維相同的纖維。
[0060]優(yōu)選的是，將內(nèi)襯20預(yù)先制成具有預(yù)定直徑的套筒的形式。該套筒可以用耐高溫纖維直接編織或紡織制得。編織的套筒的實(shí)施方式的實(shí)例是氧化鋁-二氧化硅、來自Hiltex Technische Weefsels BV, West KnolIendam(荷蘭)的氧化招-二氧化娃纖維套筒或由3M，St, Paul, MN(美國)供應(yīng)的纖維套筒3M? Nextel?紡織套筒。
[0061]用適當(dāng)?shù)墓潭ㄆ骷?，可以將?nèi)部熱保護(hù)體2保持在外殼內(nèi)部的適當(dāng)位置。這些器件可以是例如之前用作金屬內(nèi)襯的內(nèi)部金屬網(wǎng)，或者可以是設(shè)置在排氣元件末端的夾子。
[0062]在圖2中，顯示出了可以預(yù)先制成單獨(dú)組件的內(nèi)部熱保護(hù)體2。使用該單獨(dú)組件，可以略去金屬網(wǎng)內(nèi)襯或其他獨(dú)立的固定工具。使用例如膠層12或其他粘著層，將該組件附接在外殼I上。還可以使用例如按扣或維可牢型(velcro-type)附接件來物理附接該組件。由此，將內(nèi)部熱保護(hù)體2保持在適當(dāng)位置。
[0063]內(nèi)部熱保護(hù)體2包括高溫絕熱纖維棉層21’，其夾在各自由耐高溫面料制成的內(nèi)襯20和外襯25之間。外襯25設(shè)置在高溫絕熱纖維棉層21’的相對于內(nèi)襯20且相對于初始高溫的反面上。因此，外襯25可以由更具經(jīng)濟(jì)效益且不如內(nèi)襯20耐熱的材料制成。內(nèi)襯20優(yōu)選由二氧化硅或S-玻璃纖維制成，而外襯25可以是E-玻璃纖維。優(yōu)選的是，將外襯25也預(yù)先制成套筒形式。用高溫絲線23 (例如，純二氧化硅絲線)對內(nèi)襯20、絕熱纖維棉層21’和外襯25進(jìn)行穿透式縫綴。通過該縫綴，可以形成網(wǎng)格圖樣，從而將內(nèi)部熱保護(hù)體2固定在一起。
[0064]在NASA航天飛機(jī)中曾使用相似的毯體來作為絕熱體，亦稱為高級柔性可重復(fù)利用表面絕熱體(AFRSI)。其中，二氧化硅氈夾在二氧化硅或S-玻璃面料之間，且最外層致密地涂覆有二氧化硅涂層以提高耐侵蝕性。這樣的厚涂層會抑制聲音吸收或至少不良地影響吸音性質(zhì)。然而，對于航天飛機(jī)隔離系統(tǒng)而言，聲學(xué)性質(zhì)并不是問題，因此，聲音吸收或聲音性能通常不是這些毯體的問題。
[0065]圖3顯示了具有外殼I的復(fù)合排氣元件的特殊形式和安裝方法，所述外殼I具有平頂、平底和圓形側(cè)面。將復(fù)合外殼I制造(例如，成型)成整體立方形，并切割成如圖3左部所示的兩個半殼10、11。隨后為這兩個半殼10、11提供內(nèi)部熱保護(hù)體2，例如圖2所示的內(nèi)部熱保護(hù)體2。隨后將兩個半殼接合在一起形成如圖3右部所示的排氣元件I。接合可以通過例如夾持、上螺釘、粘合、焊接或本領(lǐng)域中已知的其他接合技術(shù)來進(jìn)行。兩個半殼
10、11還可以單獨(dú)制造。
[0066]提供兩個半殼使得在接合兩個半殼前可以非常精確地對齊內(nèi)部熱保護(hù)體2。帶有平底和平頂?shù)奶囟ㄐ问绞沟谜w和分離的復(fù)合外殼I易于操作。其還使得可以自動制造外殼1，例如使用編織纖維強(qiáng)化來制造。
[0067]圖4顯示了具有腔26的復(fù)合排氣元件的實(shí)施方式，腔26設(shè)置在復(fù)合排氣元件的外襯25和外殼I之間。將腔26形成為外殼I的具有擴(kuò)大的直徑的部分。內(nèi)襯20、高溫絕熱材料21和外襯25沿著外殼I排布在外殼I內(nèi)部。由于所述擴(kuò)大的直徑，在外襯25和外殼I之間直徑放大的區(qū)域中形成了空腔。在內(nèi)管3中流動的熱排出氣不會通過或僅以非常有限的方式通過由絕熱材料制成的絕熱層20、21、25。結(jié)合這些絕熱層20、21、25的高耐熱性質(zhì)，透過這些層未發(fā)生或僅有限地發(fā)生熱交換。因此，腔26保持冷卻且發(fā)揮更好的聲音性能，好似例如已知的多孔管共振器。由于內(nèi)襯20 (優(yōu)選由耐高溫織物套筒制成)、高溫絕熱材料21和外襯25 (優(yōu)選也由耐高溫織物套筒制成)都是聲學(xué)可透的，因此聲波可以進(jìn)入腔26中。
[0068]在一個變形中，如圖5所示，限制通向腔的通路以形成所謂的Helmholtz頸部13。除了延伸到腔26中的頸部13外，利用額外的、聲學(xué)封閉的壁12來封閉腔。所述頸部可以具有圓形管形式或任何其他截面形式，并且沿徑向向外延伸。在各種變形中，所述頸部還可以例如以角度放置或包含彎曲部，從而產(chǎn)生與腔一起形成Holmholtz共振器的聲學(xué)管。設(shè)置外襯25使之優(yōu)選至少覆蓋通向頸部13的入口。由于額外的壁12和頸部13由其他絕熱層20、21及可能的25絕熱，可以使用與外殼I相同的材料。壁12和頸部13還可以例如由塑料材料制成。由于由復(fù)合外殼I來承擔(dān)負(fù)荷，所以元件12、13不承擔(dān)負(fù)荷，并因此可以由更弱且更具經(jīng)濟(jì)效益的材料制成。
[0069]頸部13還可以一直延伸穿過絕熱層20、21、25，從而可以使來自內(nèi)管3中的排出氣的聲波直接進(jìn)入頸部13并可以將其引導(dǎo)至腔26中。然而，由于在此實(shí)施方式中頸部的一端與熱氣接觸，可能必須對頸部采用與外殼I和額外的壁12不同的具有排出氣耐受性的材料(例如,耐高溫、耐摩擦等)。
[0070]此外，在包含腔的排氣元件的實(shí)施方式中，可以分別將一個或多個層彼此固定和固定在外襯上(可以固定在內(nèi)部熱保護(hù)體的其他層上)，可以將其直接附接在外殼I和壁12上。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合排氣元件，所述復(fù)合排氣元件包括: -由復(fù)合材料制成的外殼(I);和 -內(nèi)部熱保護(hù)體(2)，所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)包括:高溫絕熱材料層(21、21’、22)和為所述高溫絕熱材料層提供摩擦保護(hù)的內(nèi)襯(20)，其中，所述內(nèi)襯(20)是耐高溫織物。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述耐高溫織物是紡織的、針織的或編織的耐高溫織物。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)襯(20)是面料或布。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)襯(20)為套筒形式。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)還包括外襯(25)，所述外襯(25)為耐高溫織物，所述高溫絕緣材料層(21’ )設(shè)置在所述外襯(25)和所述內(nèi)襯(20)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述外襯(25)、所述高溫絕熱材料層(21’ )和所述內(nèi)襯(20)中的至少兩個彼此固定在一起。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述外襯(25)、所述高溫絕熱材料層(21’ )和所述內(nèi)襯(20)通過用耐高溫絲線(23)進(jìn)行縫合而彼此固定在一起。
8.如權(quán)利要求5?7中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述外襯(25)是具有外部耐熱溫度的織物面料，所述內(nèi)襯(20)是具有內(nèi)部耐熱溫度的織物面料，且所述外部耐熱溫度低于所述內(nèi)部耐熱溫度。
9.如權(quán)利要求5?8中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)通過膠粘或物理附接而固定在所述外殼(I)上。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)襯(20)涂覆有耐高溫涂層(24)，例如二氧化硅類涂層。
11.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述高溫絕熱材料層(21、21’、22)的高溫絕熱材料是高溫絕熱纖維棉。
12.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)襯(20)、所述高溫絕熱材料(21、21’、22)或適用時的外襯(25)包含二氧化硅、鋁、鋁硅酸鹽、玻璃和石英的組中的一種或組合的纖維。
13.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)包括另一層(22)高溫絕熱材料，所述另一層(22)設(shè)置在所述高溫絕熱材料層(21、21’)的相對于所述內(nèi)襯(20)的反面，且所述另一層包含微孔絕熱材料。
14.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，其中，所述內(nèi)部熱保護(hù)體(2)包括形成空腔的空白層，所述空白層設(shè)置在所述高溫絕熱材料層(21、21’ )的相對于所述內(nèi)襯(20)的反面。
15.如前述權(quán)利要求中任一項所述的復(fù)合排氣元件，所述復(fù)合排氣元件是機(jī)動車輛的排氣系統(tǒng)的一部分。
【文檔編號】F01N1/24GK103711546SQ201310383243
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月30日
【發(fā)明者】G·里多爾菲 申請人:斯坎比亞控股塞浦路斯有限公司