專利名稱：排氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種排氣凈化裝置，該裝置是在內(nèi)燃機的排出系統(tǒng)中設(shè)置一膨脹管和一薄壁狀催化劑元件，由此在保持內(nèi)燃機輸出功率高水平的同時提高凈化效率。
一種如

圖11所示的排氣凈化器已經(jīng)在日本專利公開特許公報平3-22913中公開，在該凈化器中，帶有一組互相以一間隔設(shè)置的通風孔03的沖壓管02，沿著與內(nèi)燃機排出口相接的膨脹室01的內(nèi)周表面而設(shè)置。
圖11中的排氣凈化器直接對著上游側(cè)的尾管04安裝在下游端的膨脹室01中，因此是以所謂的同軸方式設(shè)置。排出氣體可通過的催化劑05設(shè)置在尾管04的上游端。從內(nèi)燃機排出口排出的部分排出氣體流入膨脹室01時，與由設(shè)置在上游側(cè)的沖壓管03表面保持的催化劑接觸，這樣進行氣體凈化；而排到膨脹室01中的排出氣體與設(shè)置在下游側(cè)的排出氣體可通過的催化劑05相接觸時，這樣進行氣體凈化。
但是，圖11中的凈化器具有下述缺陷。在該凈化器中，從膨脹室01的中心到接近其內(nèi)周面上，排出氣體因受膨脹室01內(nèi)周表面的阻力流速大減。結(jié)果，流經(jīng)膨脹室01中心的大部分排出氣體以高速流動，趨向于不與鄰接膨脹室01內(nèi)周表面的沖壓管03所保持的催化劑接觸，而從尾管04排到外部，這樣，不能得到由保持在沖壓管03的催化劑充分進行凈化的效果。
在該凈化器中，排出氣體可通過的催化劑05以從下游側(cè)向上游側(cè)突伸的方式設(shè)置在膨脹室01的下游側(cè)中央。結(jié)果，即使膨脹室01的尺寸和形狀設(shè)置成能借助于在內(nèi)燃機正常運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的排出氣體的慣性效果以及利用排出氣體的反射波產(chǎn)生的防吹氣效果來提高凈化效率的形式，但是，由于這些效果都不能通過現(xiàn)存的上述排出氣體可通過的催化劑05來實現(xiàn)，所以，難以提高凈化效率。
另一種如圖12所示的排氣凈化器已在日本專利公開特許公報平3127017中公開。該裝置對圖11中的凈化器作了改進，在該凈化器中，做成類似于現(xiàn)有技術(shù)膨脹室形狀的膨脹管010的上游端011與安裝在摩托車(未示)上的二沖程內(nèi)燃機的排出口相連。膨脹管010的下游端012(在圖的右側(cè))是封閉的。排氣管013從膨脹管010的上游端011附近位置分成支管，薄壁狀催化劑元件014設(shè)置在接近下游端位置的排氣管013的內(nèi)周表面上。在催化劑元件014中，催化劑保持在如圖11所示的凈化器的沖壓管03的表面上。排氣管013的下游端接在消聲器015上。
在圖12所示的凈化器中，由于在膨脹室01的內(nèi)表面不存在任何元件分布的反射壓力波，所以改善了凈化效率。然而，象圖11中的保持在沖壓管03上的催化劑一樣，排出氣體不能充分地與催化劑元件014接觸，這樣，難以得到高的凈化效率。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種排氣凈化裝置，包括一膨脹管，它的上游端連接到排氣管的下游端，所述排氣管連接到內(nèi)燃機排出口上，并且所述膨脹管的下游端是封閉的；其中，排出氣體的排出口在所述膨脹管的上游側(cè)形成，并且排出氣體可通過的薄壁狀催化劑元件以面對所述排出氣體排出口的方式圍繞所述的膨脹管的外周面設(shè)置。
利用這種結(jié)構(gòu)，膨脹管中流動的排出氣體不會由膨脹管的管壁冷卻，并且沿徑向通過設(shè)置在膨脹管上游端的排出氣體排出口。然后該排出氣體與正對前述排出口而設(shè)置的排出氣體可通過的薄壁狀催化劑元件接觸。結(jié)果，得到高的凈化效率。
在上述膨脹管中，不設(shè)催化劑?？梢员苊庥捎跉?油比的變化引起催化劑的反應(yīng)熱影響排出氣體的溫度變化。這樣，可以在較寬的運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，實現(xiàn)高水平的穩(wěn)定反射波，并由此得到高的凈化效率。進而，得到期望的高輸出功率。
在這種結(jié)構(gòu)中，膨脹管中的排出氣體由于催化劑反應(yīng)熱而引起的溫度升高得以避免，保持相對低的溫度。膨脹管的尺寸得以減少，減少了凈化裝置的大小及重量，由此降低了成本。
薄壁狀催化劑元件包括帶有一組孔的金屬板以及保持在金屬板表面上的催化劑。利用該結(jié)構(gòu)，大量昂貴的催化劑可以減少，并且排出氣體通過薄壁狀催化劑元件的阻力降低。結(jié)果，在大量生產(chǎn)中可以得到價格低廉的、性能良好的排氣凈化裝置，該凈化裝置能改善內(nèi)燃機的輸出功率。
正對著排出氣體排出口而設(shè)置的薄壁狀催化劑元件的外周面，由一密封元件密封，帶有催化劑的消聲器上游端與由密封元件密封的空間連通，催化劑延伸在一流道的整個橫截面上。利用該結(jié)構(gòu)，如果排出氣體不能由膨脹管上游側(cè)的薄壁狀催化劑元件充分凈化，則與設(shè)置在膨脹管下游側(cè)的消聲器中的催化劑接觸。據(jù)此，確保排出氣體的凈化，并由此進一步提高凈化效率。
膨脹管最好作成細長形狀；含有催化劑的細長消聲器沿膨脹管下游端線狀延伸地設(shè)置；用來密封正對排出氣體排出口而設(shè)置的薄壁狀催化劑元件外周的密封元件，從膨脹管的上游側(cè)到下游側(cè)延伸，并到達消聲器的上游端；由密封元件密封的的密封空間與膨脹管和消聲器連通。用該結(jié)構(gòu)，包括本發(fā)明排氣凈化裝置的內(nèi)燃機能以良好的外觀安裝在摩托車上。
二次空氣可以從排出氣體排出口供到下游側(cè)部分和從消聲器中的催化劑供到上游側(cè)部分。利用這種機構(gòu)，二次空氣可以供到含有催化劑的消聲器中，而不會對膨脹管中壓力波產(chǎn)生任何有害影響。結(jié)果，排出氣體可以更加純凈。
圖1是本發(fā)明排氣凈化裝置一個實施例的側(cè)視圖；圖2是沿圖1中II-II線的垂直剖面圖3是圖1主要部分的垂直剖面圖；圖4是本發(fā)明另一實施例的側(cè)視圖；圖5是圖4主要部分的放大垂直剖面圖；圖6是沿圖4VI-VI線的橫剖面圖；圖7是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)中的橫截面朝下游側(cè)逐漸增加然后減小的膨脹管、及橫截面逐漸增加且在擴大的下游側(cè)圓周表面形成排出氣體排出口的膨脹管排出口的壓力變化特性曲線圖；圖8是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管、及對現(xiàn)有技術(shù)中的將帶有小孔的薄壁狀催化劑元件安裝在膨脹管內(nèi)周面類型的膨脹管作了改進的膨脹管的排出口的壓力變化特性曲線圖；圖9是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管、以及橫截面朝下游側(cè)逐漸增加并且在擴大的下游側(cè)圓周表面形成排出氣體的排出口的膨脹管的排出口壓力變化的特性曲線圖；圖10是關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的膨脹管、以及應(yīng)用本發(fā)明排氣凈化裝置的圖9所示的膨脹管的排出口壓力變化的特性曲線圖；圖11是現(xiàn)有技術(shù)中的排氣凈化器的側(cè)視圖，其中有部分元件被省略；以及圖12是現(xiàn)有技術(shù)中的另一排氣凈化器的側(cè)視圖，其中有部分元件被省略。
下面，參照圖1至3對本發(fā)明的一個實施例進行描述。
在膨脹管1上游端形成的開口1a連接到安裝在摩托車(未示)上的二沖程內(nèi)燃機的排出口上。膨脹管1由經(jīng)過耐熱表面處理的不銹鋼(SUS304)板形成。膨脹管1的直徑在接近下游側(cè)逐漸增加，在下游端由大體為半球形管壁1b封閉。即是說，確定膨脹管1的尺寸和形狀，以借助于從二沖程內(nèi)燃機(未示)排出的排出氣體的慣性效果和利用排出氣體反射波而產(chǎn)生的防吹氣效果得到高的凈化效率。
在接近上游端膨脹管1的圓周壁上形成有兩個排出氣體排出口2，以便在縱向方向上(或圓周方向上)互相間隔配置。排出氣體可通過的薄壁狀催化劑元件3以圍繞排出氣體排出口2的方式圍繞膨脹管1的外周面而設(shè)置。這時，催化劑元件3由一確定間隔與排出口2分離。催化劑元件3的兩側(cè)都向膨脹管1彎曲并且用焊接或類似方式固定在膨脹管1的外周表面上。
催化劑元件3包括帶有一組小孔4的由不銹鋼(SUS304)板形成的保持元件。在保持元件的內(nèi)表面和外表面(包括小孔4的表面)上形成水溶性硅制成的內(nèi)涂層。與鈰基添加劑和硅基粘合劑混合的活性鋁基材料組成的修補基面涂層在內(nèi)涂層上形成。含有鉑(Pt)和銠(Rh)的重量比為20∶1的貴金屬催化劑以比率為1-2g/m2夾在修補基面涂層中。
催化劑元件3的外周面由密封板5來密封。相對于膨脹管1的排出氣體排出口2一側(cè)的密封板5上形成有開口5a。連通管6裝在密封板5的開口5a上端。連通管6穿過消聲器殼體體7上的開口7a，消聲器殼體7以相鄰并大體平行于膨脹管1的方式設(shè)置。如圖2所示，連通管6的下端部6a在橫截面上呈U形并開口對著消聲器殼體7的下游側(cè)(圖3的左側(cè))。
整體的催化劑8具有蜂窩狀斷面，充填在消聲器殼體7的下游側(cè)。外殼9以共軸方式包圍著整體催化劑8的外周而設(shè)置。錐狀端板10安裝在消聲器殼體7的下游端。端板10上形成有一組小孔11。消聲器腔12設(shè)置在消聲器殼體7和外殼9之間，由隔板13分割成兩部分。幾個長短不等的連通管(未示)部件穿過隔板13，并且尾管14穿過外殼9。排出氣體的噪聲由此在消聲器腔12中削弱。
消聲器殼體7中的空間15由裝配在連通管6上游(圖的右側(cè))的隔板16分割成空間15a、15b。隔板16上形成有連通孔17?？臻g15b被單向閥(簧片閥)18分割，在空間15b的右側(cè)形成空間15c。二次空氣導(dǎo)入管19安裝在消聲器殼體7上游端(圖中的右端)并與空間15c連通。
借助于未燃盡油回收管20，使膨脹管1的內(nèi)部與消聲器殼體7的空間15a連通，單向閥21插入未燃盡油回收管20中。
在圖1至3所示的實施例中，從二沖程內(nèi)燃機(未示)排出的排出氣體流入膨脹管1中，之后不能到達膨脹管1下游端的半球狀管壁1b，只能通過下游端開口1a附近的排出氣體排出口2排出。接著，排出氣體被帶到薄壁狀催化劑元件3處并與之接觸，通過連通管6從由密封薄板5包圍的空間流到消聲器殼體7的空間15a處，再與整體催化劑8相接觸。之后，排出氣體通過小孔11流入消聲腔12中削弱其噪聲，然后通過尾管14排到大氣中。
在膨脹管1中流動的高溫排出氣體從接近上游端開口1a的排出氣體排出口2排出，在膨脹管1下游端的半球狀管壁1b附近的排出氣體不再在高溫下受熱，因此它保持較低溫度。這樣，降低了膨脹管1中的排出氣體的總體平均溫度，因而排出氣體的傳播速度降低。結(jié)果，膨脹管1的尺寸得以減少。
由于膨脹管1中不存在任何干擾排出氣體壓力波反射的催化劑，因此，能充分實現(xiàn)由膨脹管1排出的排出氣體的慣性效果和利用排出氣體反射波產(chǎn)生的防吹氣效果。結(jié)果，凈化效率得以提高，并由此提高了內(nèi)燃機的輸出功率。
在通過排出氣體排出口2之后的排出氣體，是在溫度還沒有象上述那樣降低的狀態(tài)下沿徑向穿過催化劑元件3上的小孔4的，并與催化劑元件3的整個表面接觸。進一步，在空間15a，在如下狀態(tài)下，即在通過二次空氣導(dǎo)入管19、單向閥18、空間15b和連通開口17供給必要的二次空氣的狀態(tài)下，使排出氣體與整體催化劑8接觸，進行充分的凈化。排出氣體的凈化性能這樣得以充分改善。
混在排出氣體中的未燃盡油在膨脹管1中分離，并通過未燃盡油回收管20在高溫下供到空間15a，進行充分的燃燒。
下文參照附圖4至6對本發(fā)明的另一實施例進行描述。
殼體30，分成左右兩部分，做成大體類似于裝配在道路或越野摩托車上的普通膨脹室的細長形狀。殼體30在其上游端帶有排出氣體吸入口31。兩個凸緣30a沿分割表面向外突伸并用焊接相互結(jié)合在一起。殼體30由分割板32從距離排出氣體吸入口31大約為總長度的三分之二處分割成膨脹室33和消聲器34。排出氣體吸入口31連接到雙循環(huán)內(nèi)燃機(未示)的排出口上。膨脹室33具有這樣的尺寸和形狀，它類似于在圖1至圖3所述的實施例中的膨脹管1，能達到高凈化效率的目的。
未燃盡油回收通道35在隔板32的底部形成，將從膨脹室33中的排出氣體中分離后的未燃盡油排到消聲器34中。
在殼體30中，在接近排出氣體吸入口31的下部，形成兩個排出氣體的排出口36。象圖1至3所示的實施例那樣，具有一組小孔38的薄壁狀催化劑元件37圍繞排出氣體排出口36的外周面而設(shè)置。
密封板40以圍繞催化劑元件37的整個周面的方式固定在殼體30上，以密封排出氣體排出口36、小孔38及設(shè)置在隔板32下游的通向消聲器34連通口39。二次空氣導(dǎo)入管42設(shè)置在由殼體30和密封板40密封的通道41中。二次空氣導(dǎo)入管42的尾端部(圖的右側(cè))在縱向延伸并通過密封板40突伸到外部。二次空氣導(dǎo)入管42前端部設(shè)有簧片閥43。二次空氣從連接在二次空氣導(dǎo)入管42尾部的二次空氣供給設(shè)備(未示)供入到二次空氣導(dǎo)入管42，通過簧片閥43在通道41中流動。另一方面，來自內(nèi)燃機(未示)的膨脹室33中的排出氣體，通過排出氣體排出口36和小孔38，流到通道41中。在通道41中，排出氣體在排到消聲器34之前與上述二次空氣混合。
通道41由殼體30和密封板40密封，薄壁狀催化劑元件44以沿著膨脹室33縱向延伸的方式設(shè)置在二次空氣導(dǎo)入管42的下面。催化劑元件44象催化劑元件37那樣帶有小孔，并且其橫斷面呈帽狀。
兩個帶有小孔的環(huán)狀薄壁形催化劑元件45，類似于催化劑元件37，設(shè)置在消聲器34的上游側(cè)。催化劑元件45以一規(guī)定間隔在垂直于殼體3 0縱向的方向互相間隔設(shè)置。兩個隔板46a、46b設(shè)置在催化劑元件45的下游側(cè)。上游側(cè)消聲器腔47a和下游側(cè)消聲器腔47c分別由隔板46a、46 b隔開，并由穿過隔板46a、46b的連通管48相互連通。在上游側(cè)消聲器腔47a和下游側(cè)消聲器腔47c之間形成中間消聲器腔47b。中間消聲器腔47b通過連通口49與下游側(cè)消聲器腔47c相連。尾管50穿過殼體30的下游端和下游側(cè)的隔板46b而設(shè)置。
圖4至6所示的實施例的操作與前面圖1至3的實施例相同，因此，可以得到類似的效果。在此，描述本實施例中因與前面實施例結(jié)構(gòu)差異而產(chǎn)生的效果。
膨脹室33和消聲器34借助相同殼體30互相結(jié)合在一起，據(jù)此，它們能制造的更加緊湊，并由于緊密的結(jié)合結(jié)構(gòu)，結(jié)果提高了抗振性和耐沖擊性。
包括有膨脹室33和消聲器34的殼體30具有類似于現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹室的細長形狀，因而可以彎成與摩托車(未示)設(shè)計相符合的所期望的形狀，從而增強了摩托車的性能。
在本實施例中，薄壁狀催化劑元件37圍繞在排出氣體排出口36的外周而設(shè)置并且薄壁狀催化劑元件44也設(shè)置在由殼體30和密封板40密封的長條狀通道41上。據(jù)此，從催化劑元件37排出的排出氣體經(jīng)過通道41并穿過連通口39流到消聲器腔47a中，然后與催化劑元件44接觸。結(jié)果，凈化效率進一步提高。
凈化器34也作成相對細長狀，并由兩個隔板46a、46b隔成三個消聲器腔47a、47b、47c。更易于得到所期望的消除噪音特性。
接著，描述檢測到的膨脹管中壓力變化的試驗例子，這種膨脹管的橫斷面朝下游側(cè)逐漸增加，并且其排出氣體排出口的位置是變化的。并與經(jīng)過檢測的現(xiàn)有技術(shù)的其橫斷面逐漸增加然后減少(排出氣體排出口面對下游端的排出氣體吸入口)的膨脹管做了比較。結(jié)果如圖7至10所示。
圖7示出了關(guān)于排出氣體排出口設(shè)置在其下游側(cè)側(cè)壁上的膨脹管(如圖7簡示)的壓力波曲線(如實線所示)，及現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管的壓力波曲線。尤其是，該曲線中示出了二沖程內(nèi)燃機的排出口打開之后(打開時由左邊的虛線所示)的排出口的壓力隨時間的變化。
圖7中所示的膨脹管，壓力放大的空白區(qū)域大于現(xiàn)有技術(shù)中壓力衰減的黑區(qū)域部分。結(jié)果，提高了凈化效率。
圖8是關(guān)于對現(xiàn)有技術(shù)進行了改進的膨脹管排出口壓力的變化曲線，這種膨脹管是在膨脹管擴大部分內(nèi)周面設(shè)置有帶有一組小孔的薄壁狀催化劑元件的膨脹管，并與現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管做了比較?？瞻讌^(qū)域較黑色區(qū)域窄。結(jié)果，在這種膨脹管中，凈化效率低。
圖9示出了關(guān)于與現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管做了比較的圖12所示膨脹管的排出口的壓力變化曲線，這種膨脹管的排出氣體排出口設(shè)置在接近上游端的圓周表面上。與現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管相比，空白區(qū)域的面積大于黑色區(qū)域部分的面積，這表明凈化效率高。
圖10是關(guān)于與現(xiàn)有技術(shù)中的膨脹管做了比較的本發(fā)明的膨脹管排出口的壓力變化曲線，在這種管中，具有小孔的薄壁狀催化劑元件面對膨脹管上游端附近的排出氣體排出口而設(shè)置。表明可得到類似于圖9所示的高凈化效率。
以上試驗結(jié)果表明，根據(jù)本發(fā)明可以提高凈化效率。
發(fā)明的排氣凈化器應(yīng)用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)，在保持內(nèi)燃機高的輸出功率的同時能提高凈化效率。
權(quán)利要求
1.一種排氣凈化裝置，包括一具有上游端和封閉的下游端的膨脹管，其上游端連接到排氣管的下游端，所述排氣管連接到內(nèi)燃機的排出口上；其中，排出氣體排出口設(shè)置在所述膨脹管的上游側(cè)，一排出氣體可通過的薄壁狀催化劑元件以面對所述排出氣體排出口的方式圍繞所述膨脹管的外周面設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述的薄壁狀催化劑元件包括帶有一組孔的金屬板和保持在所述的金屬板表面上的催化劑。
3.如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，面對所述排出氣體排出口的薄壁狀催化元件的外周面由密封元件密封，并且具有催化劑的消聲器的上游端與由所述密封元件密封的空間連通，催化劑在一流道的整個橫截面上延伸。
4.如權(quán)利要求1所述的排氣凈化裝置，其中，所述的膨脹管作成細長狀；具有催化劑的細長狀消聲器從所述的膨脹管下游端線狀延伸地設(shè)置；一密封元件，用來密封面對排出氣體排出口而設(shè)置的薄壁狀催化劑元件的外周，并從膨脹管的上游側(cè)延伸到其下游側(cè)，到達所述消聲器上游端；以及由所述密封元件密封的空間，與所述的膨脹管和所述的消聲器連通。
5.如權(quán)利要求3或4所述的排氣凈化裝置，其中，二次空氣從所述排出氣體排出口提供到其下游側(cè)和從所述的消聲器的催化劑提供到其上游側(cè)。
全文摘要
一種排氣凈化裝置，包括設(shè)置在內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)的膨脹管和薄層催化劑。兩個排出氣體排出口在膨脹管的縱向上游側(cè)端部周壁上形成，透氣的薄層催化劑橫向方向的中心部分以面對排出氣體排出口的方式圍繞膨脹管分開設(shè)置。薄層催化劑兩側(cè)部向膨脹管彎曲并整體地焊接在其外周面上。薄層催化劑的外周由薄密封板如密封元件密封，其中一個開口在膨脹管的排出氣體排出口相對側(cè)的密封板上形成。一上端插入薄密封板的連通管穿過大體鄰接并平行于膨脹管而設(shè)置的消聲器殼體的通孔。連通管的下端呈U形截面并開口于消聲器殼體的下游側(cè)。依據(jù)這種結(jié)構(gòu)，排出氣體在不會受膨脹管冷卻或受催化劑反應(yīng)熱的影響下，可以直接與薄層催化劑接觸。因此凈化效率和凈化比得到改善，凈化設(shè)備的尺寸得以減少。
文檔編號F02B75/02GK1140481SQ95191493
公開日1997年1月15日 申請日期1995年11月6日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月7日
發(fā)明者石橋羊一, 淺井正裕, 齊藤賢二郎 申請人:本田技研工業(yè)株式會社