制造用于内燃机的催化式排气净化器的方法技术

一种用来净化来自内燃机的排出气体的催化式排气净化器包括一整体陶瓷基体，它具有被不膨胀支承垫料围绕的外周表面。一金属外壳包括一紧贴并包围垫料和基体的较宽部分。金属外壳还包括一叠合并固定在较宽部分的外表面上较窄部分。金属外壳的较宽部分和较窄部分结合后在被围绕的基体上施加一压缩力。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来净化排出气体的催化式排气净化器，特别涉及用来净化由摩托车内燃机排出的气体的催化式排气净化器。汽车和摩托车排出气体按惯例由支承在可承受高温的陶瓷体里的催化剂净化。较佳的催化剂支承结构是蜂窝结构，它包括许多无阻碍的平行的通道，其大小允许气体流动，而其四周由一薄陶瓷壁限定。该通道可具有使气体自由通过而颗粒材料无法通过的任何结构和大小。包含薄壁限定的陶瓷蜂窝结构的这种较佳结构的例子已在授予巴格利的美国专利第3,790,654号和授予霍伦巴克的美国专利第3,112,184号中作了描述。陶瓷蜂窝催化剂支承由于与热的排出气体接触、以及由于排出气体里的未燃烧的碳化氢和一氧化碳的催化氧化作用而暴露在高温之下。此外，当汽车引擎起动和停止、或在空转和开足马力之间循环时，该支承必需承受温度的迅速升高和降低。这种操作条件要求陶瓷蜂窝催化剂支承具有高的耐热冲击能力，以及与热膨胀系数成反比的性质。用于催化式排气净化器的陶瓷支承一般由易碎的耐火材料制成，诸如氧化铝、氧化镁、硅酸锆、堇青石或碳化硅。由这些陶瓷材料制成的典型的支承蜂窝结构即使在非常小的机械应力作用下也会产生断裂或破碎。由于它们的易碎性，已经耗费了大量的精力来为该支承研制催化式排气净化器壳体。例如，授予坦艾克的美国专利第4,863,700号描述了一种催化式排气净化器系统，易碎的陶瓷整体催化剂通过包封着该整体的陶瓷纤维绝缘层、以及置于金属壳体和陶瓷纤维层之间的一层膨胀材料有弹性地安装在一金属壳体里。在许多用途里，特别是在小型摩托车引擎里，有一个用来安装催化式排气净化器的小室。针对这个问题的一种方案是将催化式排气净化器安装在已有的排气系统零件里，而不是提供一附加的催化式排气净化器壳体；其位置一般在一包括膨胀室和消声器的热气室里。将排气净化器安装在消声器壳体里的一个困难是，在消声器里的排气净化器不允许冷却，以便足以使标准的膨胀垫维持在良好的热环境里(＜550℃)；特别是，在诸如消声器的绝缘热气室里的封装将阻止这种排气净化器显著地向大气散发热量。此外，在这种用途里，热的排出气体不仅流动通过催化式排气净化器，而且还环绕着它的壳体。因此，在这种用途里，催化式排气净化器壳体组件(即将排气净化器保持在热气室内的正确位置上的壳体)的温度通常接近900℃。此外，具有值得注意浓度的气态的未燃尽的燃料和油出现在排出气体流里，而富含燃料的排出气体在排气净化器里产生急剧的温升，从而使温度高达1100℃。标准的蛭石基膨胀垫当暴露在高于750℃的温度下时将失去它们的膨胀能力。特别是，当暴露在如此高的温度下时，膨胀垫将失去它们的化合水。失去化合水将危及材料的膨胀性能，从而不再提供适当的安装压力来维持陶瓷催化剂支承。这将危害陶瓷催化剂承受由排出气体流和汽车振动产生的轴向力和其它力。因此，对于内部安装的摩托车排气净化器，膨胀垫不再提供有益的作用。可暴露在1200℃高的温度下的陶瓷纤维垫被认为是膨胀的替换物。这些垫子产生的力完全是在封装催化式排气净化器过程中它所承受的压缩形成的。因此，封装的形成对于这些纤维基垫子是至关重要的。充填安装是封装的一种方法，在过去已经使用。首先，用垫子围绕基体，并将基体插入一锥形装置里，当推动锥形装置时锥形装置压缩垫子。然后将被围绕的基体从压缩锥体推入一作排气净化器外壳用的圆柱形管子。在进行这个动作的过程中，必需使垫子保持在密封外壳和基体之间的狭窄间隙区域里；可接受的纤维基垫子的间隙容积密度(GBD)一般是0.55±0.05g/cc。在充填安装中存在的问题包括(1)间隙太大，从而不能对基体产生足够的夹紧力，在汽车操作过程中使被围绕的基体滑动；以及(2)过度压缩垫子，从而对垫子造成危险，并且最终导致气体冲蚀。与充填安装有关的其它问题包括(1)垫子基本重量的变化范围是10％，它使一些如此形成的排气净化器落在上述可接受的GBD范围之外；(2)基体直径的可变性；以及(3)金属外壳管子直径的可变性，垫子/基体放置在该管子里。即使这些加起来的问题可以被默认，但在如此高的间隙容积密度下充填安装这些纤维基垫子至少是一种低效率的操作。垫子必需在进入管子之前在充填锥体里被如此“过度压缩”，由此，损失了某些二维回弹性(由于纤维受损)。此外，可以看到，作用在垫子上的剪切力会使基体和外壳之间的一些部分在充填安装零件的顶部的间隙处“漏出”。由于一些垫子从间隙处漏出，从而使降低了所需要的固定基体的压缩力。因此，仍需要一种催化式排气净化器，它将依旧固定安装在一热气室里，即使工作温度超过800℃。本专利技术涉及一种用来净化来自内燃机的排出气体的催化式排气净化器。该催化式排气净化器包括一整体的陶瓷基体，该基体具有由一不膨胀的支承垫料围绕的外表面。一金属外壳包括一较宽部分，该较宽部分紧贴并包围着垫料和基体。金属外壳还包括一较窄部分，该较窄部分叠合并固定在较宽部分的外表面上。金属外壳的较宽部分和较窄部分结合而在围绕的基体上施加一压缩力。本专利技术还涉及一种方法，它可以克服形成摩托车催化式排气净化器的目前方法、即充填安装所固有的问题和缺点。一般来说，制造这种催化式排气净化器的方法首先包括用不膨胀的支承垫料围绕一整体陶瓷基体。然后，将该围绕的基体插入一基本与被围绕的基体一致的金属外壳，该金属外壳包括一较宽的环绕部分和一较窄的延伸固定部分。然后，使金属外壳带压力地环绕着基体，从而使金属外壳较宽部分紧贴并包围着垫料和基体，而较窄部分叠合在较宽部分的外表面上。最后，将叠合的较窄部分的内表面固定在较宽部分的外表面上，以保持压缩应力。附图说明图1A和1B分别是按照本专利技术创作的催化式排气净化器的一实施例在未闭合状态和闭合状态时的立体图；图2是当置于一热气室里时的该催化式排气净化器的剖视图；图3A和3B分别是显示按照本专利技术调整催化式排气净化器的方法的侧面剖视图；图4A和4B分别是显示按照本专利技术调整催化式排气净化器的另一实施例的侧面剖视图；图5A和5B分别是按照本专利技术创作的催化式排气净化器的另一实施例在未闭合状态和闭合状态时的立体图。图1A和1B描述了按照本专利技术创作的催化式排气净化器的两立体图，它们用来净化来自内燃机的排出气体。图1A显示了未闭合的排气净化器，而图1B显示了已闭合的排气净化器。下面将描述形成排气净化器10的方法。首先，使一整体的陶瓷基体12包封在一不膨胀的垫料14中。然后，将包封的垫料14插入一形状基本与被包封的基体12一致的金属外壳16中。具体的说，金属外壳16包括一较宽的环绕部分18和一较窄的附加部分20。金属外壳16经压缩而环绕着基体12，由此，较宽的金属外壳部分18紧靠着并包围着垫料14和基体12。较窄部分20叠合在金属外壳较宽部分18的外表面上。罐头制造中的绞压包封方法适用于经压缩闭合的催化式排气净化器。简单地说，使排气净化器的金属外壳包封在一金属壳体中，而该金属壳体包围着金属外壳16的外周。金属壳体包括相对的狭带，沿相反的方向拉动它们，从而带压力地闭合环绕着垫料14和基体12的金属外壳16，直至达到所需目标的垫压缩。一旦外壳带压力地环绕着垫料14和基体12封闭，金属外壳较窄部分20的内表面就固定在金属外壳较宽部分20的外表面上，以维持该压力。一种合适的固定方法包括将较窄部分焊接在较宽部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来净化来自内燃机的排出气体的催化式排气净化器，包括：一整体陶瓷基体，它具有被支承垫料围绕的外周表面，所述支承垫料包括不膨胀的材料；一金属外壳，它包括一紧贴并包围垫料和基体的较宽的环绕部分，以及一叠合并固定在较宽部分的外表面上的 较窄的延伸固定部分，金属外壳各部分结合后在垫料和基体上施加压缩力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特J洛克，保罗S施米特，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]