用于车辆的排气系统的制作方法

阅读：评论：0

1.本公开涉及一种用于车辆的发动机排气系统和催化转化器。

背景技术：

2.催化转化器是一种排气排放控制装置，其通过催化氧化还原反应将来自内燃发动机的排气中的有毒气体和污染物还原成毒性较小的污染物。催化转化器催化的一种类型的气体包括nox化合物。现有系统的一个问题是在稳态巡航条件期间在较高发动机负载下nox排放增加。
3.本公开意图解决上述问题和下文概述的其他问题。

技术实现要素：

4.本实用新型解决了现有技术的技术问题。
5.严格的汽车排放标准需要气体处理系统的新方案以实现更高的效率。在稳态巡航条件期间在较高发动机负载下减少nox排放需要均匀的流量分布、受控的空间速度和通过排气催化剂砖的排气脉冲的正时。
6.根据本公开的一个方面，公开了用于车辆的排气系统。所述排气系统包括：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；以及催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气的入口锥体。所述排气系统还包括设置在所述排气管的出口端处的偏转器/扩散器。所述偏转器/扩散器位于所述入口锥体内，并且包括设置在所述入口锥体中的与排气流的方向轴向对准的偏转器，以部分地阻挡所述排气并将所述排气部分地偏转到扩散器。所述偏转器限定多个第一开口，所述多个第一开口将所述排气的第一部分轴向地引向所述整体式催化转化器的中心部分。所述扩散器设置在所述入口锥体中并且限定多个第二开口，所述多个第二开口将所述排气的第二部分引向所述入口锥体。所述排气的所述第二部分通过所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。
7.根据本公开的其他方面，所述偏转器还可以包括横向于来自所述排气管的所述排气流的方向设置的平面板。所述扩散器还可以包括设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。所述偏转器/扩散器还可以包括横向于来自所述排气管的所述排气流设置的平面板，以及设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。替代地，所述偏转器/扩散器可以是杯形构件，所述杯形构件具有横向于来自所述排气管的所述排气流的所述方向设置的平面板，以及所述排气管的管状部分，所述管状部分设置在所述入口锥体内。
8.所述偏转器/扩散器可以是所述排气管的设置在所述入口锥体内的一部分，其中所述排气管的端部限定所述多个第二开口。
9.所述偏转器/扩散器可以通过机械附接(例如通过焊接、紧固)或通过使所述排气管的部分变形来附接到所述排气管。
10.替代地，所述偏转器/扩散器可以是附接到所述排气管的所述出口端的铸件。
11.根据本公开的另一个方面，公开了用于车辆的排气系统，所述排气系统包括从内燃发动机接收排气的排气管。催化转化器总成，其包括壳体和整体式催化转化器块。所述壳体包括入口锥体，所述入口锥体接收来自所述排气管的排气。所述偏转器/扩散器设置在所述排气管的出口端处。所述偏转器/ 扩散器位于所述入口锥体内，并且可以包括设置在所述入口锥体中的凸尖端，所述凸尖端限定多个开口，所述多个开口使所述排气的第一部分朝向所述整体式催化转化器的中心部分偏转。所述偏转器/扩散器朝向所述入口锥体扩散所述排气的第二部分，所述第二部分通过所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。
12.所述凸尖端可以具有相对于轴线对称的圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述轴线与所述排气管中的排气流的方向对准。
13.所述凸尖端可以具有相对于轴线对称的圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述轴线设置成相对于所述排气管中的排气流的方向成锐角。
14.所述排气管可以组装到所述入口锥体而不延伸到所述入口锥体中。所述偏转器/扩散器可以组装到所述排气管的所述出口端，其中所述偏转器/扩散器延伸到所述入口锥体中。
15.根据本公开的另一个方面，公开了用于车辆的排气系统，所述排气系统具有从内燃发动机接收排气的排气管，和包括壳体和整体式催化转化器块的催化转化器总成。所述壳体包括入口锥体，所述入口锥体接收来自所述排气管的排气流。喷嘴从所述排气管接收排气。所述喷嘴位于所述入口锥体内并且具有围绕中心开口排列的多个叶片。所述叶片被定向成使所述排气流的第一部分朝向所述入口锥体扩散。所述排气流的第二部分被引导通过所述中心开口直接朝向所述整体式催化转化器块。
16.所述多个叶片可以从所述排气管向内渐缩并且朝向所述叶片的远端处的所述中心开口会聚。
17.所述排气管可以延伸到所述入口锥体中，所述多个叶片可以形成在所述排气管上，并且所述叶片可以与所述整体式催化转化器块间隔开。
18.所述排气管可以延伸到所述入口锥体中，所述多个叶片可以组装到所述排气管的远端，并且所述叶片可以与所述整体式催化转化器块间隔开。
19.所述叶片可以在所述入口锥体内径向向外引导所述排气流的所述第一部分。
20.下面将参考附图描述本公开的以上方面和其他方面。
附图说明
21.图1是示出在稳定巡航条件(较高排气热端流率)期间在较高发动机负载下以50mph速度的随时间推移在稳态操作下的nox的模拟排放的图表。
22.图2是整体式催化转化器块的计算流体动力学表示，其对所有气缸的流动轮廓求平均，示出了通过整体式催化剂块的排气流的速度。
23.图3是用于车辆的排气系统的一部分的俯视平面图。
24.图4是连接到排气管并且在催化转化器壳体的入口锥体内的偏转器/扩散器的一个实施例的局部透视图。
25.图5是图4的实施例的正视图。
26.图6是图4的实施例的分解透视图。
27.图7是偏转器/扩散器的局部正视图，所述偏转器/扩散器包括通过焊接固定到偏转器的扩散器。
28.图8是用紧固件彼此固定的偏转器/扩散器的局部正视图。
29.图9是通过锤击连接到排气管引起的排气管端部变形而彼此固定并且在催化转化器壳体的入口锥体内的偏转器/扩散器的局部正视图。
30.图10是铸造的偏转器/扩散器的另一个实施例的图解视图，所述铸造的偏转器/扩散器附接到催化转化器壳体的入口锥体内的排气管端部。
31.图11是包括叶片的偏转器/扩散器的另一个实施例的图解横截面视图，所述叶片形成在催化转化器壳体的入口锥体内的排气管上或安装到该排气管。
32.图12是凸喷嘴偏转器/扩散器的另一个实施例的图解横截面视图，所述凸喷嘴偏转器/扩散器附接到催化转化器壳体的入口锥体内的排气管端部。
具体实施方式
33.所示实施例参考附图进行公开。然而，应理解，所公开的实施例意图仅为可以不同和替代形式来体现的示例。附图不一定按比例绘制；并且一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是作为教导本领域技术人员如何实践所公开的概念的代表性基础。
34.参考图1，提供了曲线图以示出随时间推移在稳定巡航条件下车辆速度等于50mph的一个测试点的示例。在模拟测试的前3分钟，nox的控制处于控制之下，但是在3分钟之后，nox的控制开始增加，并且在接下来的3 分钟内的测试，nox水平大幅增加。所述曲线图示出了在较高速度下的长时间稳态操作被示出为使模拟的nox排放测试结果随时间推移而劣化。
35.参考图2，整体式催化转化器块10(块)中的流体流动的计算流体动力学 (cfd)模拟分析示出了在稳定巡航条件(较高的排气热端流率)期间在较高发动机负荷下以50mph的车辆速度在块10的中心中的高速流体流动。在发动机空燃比不均匀分布时的测试期间，在这些条件下的发动机校准已指示高 nox水平。
36.参考图3，部分地示出了车辆的内燃发动机14的排气系统12，其包括向催化转化器总成20供应排气的一对排气歧管16和一对排气管18。催化转化器总成20包括用于至少一个整体式催化转化器块10(图2中所示)的壳体22。排气管24从催化转化器总成20接收排气并将排气传送到大气。
37.参考图4至图6，示出了偏转器/扩散器26的一个示例，所述偏转器/扩散器附接到排气管18的出口端并且设置在催化转化器壳体22的入口锥体28 内。偏转器/扩散器26与块10的面间隔开。
38.偏转器/扩散器26包括偏转器30，所述偏转器30设置在入口锥体28中与排气流的方向轴向对准，以部分地阻挡排气并将排气部分地偏转到扩散器 32。偏转器30限定多个第一开口34，所述多个第一开口将所述排气的第一部分轴向地引向整体式催化转化器块10的中心部分36(图2中示出)。扩散器 32设置在入口锥体28中并且限定多个第二开口38，所述多个第二开口将排气的第二部分引向入口锥体28，其中排气的第二部分被入口锥体28再引
向中心部分36的径向外侧的整体式催化转化器块10的外部部分40(图2中示出)。
39.在图4至图6所示的实施例中，偏转器30是横向于来自包括开口34的排气管18的排气流的方向设置的平面板。扩散器32包括排气管18的管状部分或到排气管18的管状附接件，所述管状附接件设置在催化转化器壳体22 的入口锥体28内。
40.参考图4至图6，偏转器/扩散器26是杯形构件，其包括呈附接到管状段形式的扩散器32的平面板形式的偏转器30。平面板30限定多个开口34，所述多个开口将排气引导通过开口34轴向地引向整体式催化转化器块10的中心部分36。排气的一部分被平面板30偏转以流过扩散器32中的开口38。扩散器32或管状段限定多个开口38，所述多个开口将排气引导通过开口34径向向外引向入口锥体28，所述入口锥体继而朝向整体式催化转化器块10的外部部分40反射排气。在图4至图6的实施例中，开口38是直线开口。
41.参考图7至图9，示出了将偏转器30附接到扩散器32的三种不同方式的示例。在图7至图9的实施例中，开口42是形成在排气管18的端部中的拱形开口。开口42可以替代地是直线的、圆形的或者可以各种形状提供。在图7中，平面板30通过几种焊接工艺中的任何一种焊接到管状段32。在图8 中，紧固件44被示出为用于将平面板30附接到管状段32。在图9中，由排气管18的端部形成或附接到所述端部的突起46被示出为在平面板30上被锤击或变形。
42.参考图10，示出了包括铸造的偏转器/扩散器50的另一个实施例。铸造的偏转器/扩散器50附接到排气管18的端部。由箭头“a”所示的流过偏转器52中的开口(在图4至图6中示出并由附图标记34表示)的排气被轴向引向整体式催化转化器块10的中心部分36(图2中示出)。由箭头“r”所示的排气的一部分在被偏转器52偏转之后被引导通过扩散器56中的开口54引向催化转化器壳体22(如图3和图5至图6所示)的入口锥体58。然后，排气的该部分被引向整体式催化转化器块10的外部部分40(图2中示出)。
43.参考图11，示出了另一个实施例，其包括形成在排气管18的端部上的多个叶片60。叶片60限定中心开口62，通过所述中心开口，排气的第一部分在轴向方向上流向整体式催化转化器块10的中心部分36(图2中示出)。叶片60朝向中心开口62和整体式催化转化器块10向内渐缩。排气的第二部分由叶片60在径向向外方向上朝向入口锥体64扩散，所述入口锥体将排气流再引向整体式催化转化器块10的外部部分40。
44.参考图12，示出了包括凸喷嘴70的替代实施例，所述凸喷嘴延伸到催化转化器壳体22(如图3和图5至图6中示出)的入口锥体72中。凸喷嘴70 的形状可以是抛物线形的，或者可以是部分球形的。多个开口74被限定在喷嘴70中并且被定向成在从轴向到径向的不同方向上散布排气流。可以改变由扩散器限定的开口74的尺寸、数量和取向，以将排气均匀地散布在整体式催化转化器块10的面上。
45.上述实施例是未描述本公开的所有可能形式的具体示例。可以组合所示实施例的特征以形成所公开概念的其他实施例。说明书中使用的词语是描述性的而非限制性的。所附权利要求的范围比具体公开的实施例更宽，并且还包括所示实施例的修改形式。另外，可以组合各个实现的实施例的特征以形成本实用新型的另外的实施例。
46.根据本实用新型，提供了一种用于车辆的排气系统，所述排气系统具有：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气的入口锥体；以及设置在所述排气管的出口端处的偏转器/ 扩散器，所述偏转器/扩散器设置在所述入口锥
体内，所述偏转器/扩散器包括设置在所述入口锥体中与排气流的方向轴向对准以部分地阻挡所述排气并将所述排气部分地偏转到扩散器的偏转器，所述偏转器限定多个第一开口，所述多个第一开口将所述排气的第一部分轴向地引向所述整体式催化转化器块的中心部分，其中所述扩散器限定多个第二开口，所述多个第二开口将所述排气的第二部分引向所述入口锥体，其中所述排气的所述第二部分由所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。
47.根据一个实施例，所述偏转器还包括：横向于来自所述排气管的所述排气流的所述方向设置的平面板。
48.根据一个实施例，所述扩散器还包括：设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。
49.根据一个实施例，所述偏转器/扩散器还包括：横向于来自所述排气管的所述排气流设置的平面板；和设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。
50.根据一个实施例，所述偏转器/扩散器是设置在所述入口锥体内的杯形构件管，其中所述偏转器/扩散器包括横向于来自所述排气管的所述排气流的所述方向设置的平面板，和附接到所述排气管的管状构件。
51.根据一个实施例，所述扩散器是所述排气管的设置在所述入口锥体内的一部分，其中所述排气管的端部限定所述多个第二开口。
52.根据一个实施例，所述偏转器/扩散器通过选自由以下各项组成的组的机械附接来附接到所述排气管：焊接；紧固件；和所述排气管的部分的变形。
53.根据一个实施例，所述偏转器/扩散器是附接到所述排气管的所述出口端的铸件，所述偏转器/扩散器包括限定所述多个第一开口的平面部分，并且圆柱形部分限定所述多个第二开口。
54.根据本实用新型，提供了一种用于车辆的排气系统，所述排气系统具有：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气的入口锥体；以及设置在所述排气管的出口端处的偏转器/ 扩散器，所述偏转器/扩散器设置在所述入口锥体内，所述偏转器/扩散器包括设置在所述入口锥体中的凸尖端，所述凸尖端限定多个开口，所述多个开口使所述排气的第一部分朝向所述整体式催化转化器块的中心部分部分地偏转，并且使所述排气的第二部分朝向所述入口锥体部分地扩散，其中所述排气的所述第二部分由所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。
55.根据一个实施例，所述凸尖端具有圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述圆锥形侧壁部分相对于轴线对称，其中所述轴线与所述排气管中的排气流的方向对准。
56.根据一个实施例，所述凸尖端具有圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述圆锥形侧壁部分相对于轴线对称，其中所述轴线设置成相对于所述排气管中的排气流的方向成锐角。
57.根据一个实施例，所述排气管组装到所述入口锥体而不延伸到所述入口锥体中。
58.根据一个实施例，所述偏转器/扩散器组装到所述排气管的所述出口端，并且在所述入口锥体内延伸。
59.根据本实用新型，提供了一种用于车辆的排气系统，所述排气系统具有：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气流的入口锥体；以及从所述排气管接收排气的喷嘴，所述喷嘴设置在所述入口锥体内并且具有关于中心开口排列的多个叶片，所述叶片被定向成使所述排气流的第一部分朝向所述入口锥体扩散，其中将所述排气流的第二部分引导通过所述中心开口，直接引向所述整体式催化转化器块。
60.根据一个实施例，所述多个叶片从所述排气管向内渐缩并且朝向所述叶片的远端处的所述中心开口会聚。
61.根据一个实施例，所述排气管延伸到所述入口锥体中，并且其中所述多个叶片形成在所述排气管上，并且其中所述叶片与所述整体式催化转化器块间隔开。
62.根据一个实施例，所述排气管延伸到所述入口锥体中，并且其中所述多个叶片组装到所述排气管的远端，并且其中所述叶片与所述整体式催化转化器块间隔开。
63.根据一个实施例，所述叶片在所述入口锥体内径向向外引导所述排气流的所述第一部分。

技术特征：

1.一种用于车辆的排气系统，其包括：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气的入口锥体；以及设置在所述排气管的出口端处的偏转器/扩散器，所述偏转器/扩散器设置在所述入口锥体内，所述偏转器/扩散器包括设置在所述入口锥体中与排气流的方向轴向对准以部分地阻挡所述排气并将所述排气部分地偏转到扩散器的偏转器，所述偏转器限定多个第一开口，所述多个第一开口将所述排气的第一部分轴向地引向所述整体式催化转化器块的中心部分，其中所述扩散器限定多个第二开口，所述多个第二开口将所述排气的第二部分引向所述入口锥体，其中所述排气的所述第二部分由所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。2.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述偏转器还包括：横向于来自所述排气管的所述排气流的所述方向设置的平面板。3.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述扩散器还包括：设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。4.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述偏转器/扩散器还包括：横向于来自所述排气管的所述排气流设置的平面板；和设置在所述入口锥体内的所述排气管的管状部分。5.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述偏转器/扩散器是设置在所述入口锥体内的杯形构件管，其中所述偏转器/扩散器包括横向于来自所述排气管的所述排气流的所述方向设置的平面板，和附接到所述排气管的管状构件。6.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述扩散器是所述排气管的设置在所述入口锥体内的一部分，其中所述排气管的端部限定所述多个第二开口。7.如权利要求1所述的用于车辆的排气系统，其中所述偏转器/扩散器是附接到所述排气管的所述出口端的铸件，所述偏转器/扩散器包括限定所述多个第一开口的平面部分，并且圆柱形部分限定所述多个第二开口。8.一种用于车辆的排气系统，其包括：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气的入口锥体；以及设置在所述排气管的出口端处的偏转器/扩散器，所述偏转器/扩散器设置在所述入口锥体内，所述偏转器/扩散器包括设置在所述入口锥体中的凸尖端，所述凸尖端限定多个开口，所述多个开口使所述排气的第一部分朝向所述整体式催化转化器块的中心部分部分地偏转，并且使所述排气的第二部分朝向所述入口锥体部分地扩散，其中所述排气的所述第二部分由所述入口锥体再引向所述中心部分的径向外侧的所述整体式催化转化器块的外部部分。9.如权利要求8所述的用于车辆的排气系统，其中所述凸尖端具有圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述圆锥形侧壁部分相对于轴线对称，并且其中所述轴线与所述排气管中的排气流的方向对准。
10.如权利要求8所述的用于车辆的排气系统，其中所述凸尖端具有圆锥形侧壁部分和圆形尖端部分，其中所述圆锥形侧壁部分相对于轴线对称，其中所述轴线设置成相对于所述排气管中的排气流的方向成锐角。11.如权利要求8所述的用于车辆的排气系统，其中所述排气管组装到所述入口锥体而不延伸到所述入口锥体中。12.如权利要求11所述的用于车辆的排气系统，其中所述偏转器/扩散器组装到所述排气管的所述出口端，并且在所述入口锥体内延伸。13.一种用于车辆的排气系统，其包括：排气管，所述排气管接收来自内燃发动机的排气；催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和整体式催化转化器块，其中所述壳体包括接收来自所述排气管的排气流的入口锥体；以及从所述排气管接收排气的喷嘴，所述喷嘴设置在所述入口锥体内并且具有关于中心开口排列的多个叶片，所述叶片被定向成使所述排气流的第一部分朝向所述入口锥体扩散，其中将所述排气流的第二部分引导通过所述中心开口，直接引向所述整体式催化转化器块。14.如权利要求13所述的用于车辆的排气系统，其中所述多个叶片从所述排气管向内渐缩并且朝向所述叶片的远端处的所述中心开口会聚。15.如权利要求13所述的用于车辆的排气系统，其中所述排气管延伸到所述入口锥体中，并且其中所述多个叶片形成在所述排气管上，并且其中所述叶片与所述整体式催化转化器块间隔开。

技术总结

本公开提供了“用于车辆的排气系统”。一种排气系统包括催化转化器总成，所述催化转化器总成包括壳体和催化转化器块。所述排气系统包括排气管的出口端处的偏转器/扩散器。所述偏转器/扩散器位于壳体的入口锥体内并且包括偏转器部分和扩散器部分。所述偏转器与排气流轴向对准，部分地阻挡排气并且将排气部分地偏转到扩散器。所述偏转器部分限定多个第一开口，所述多个第一开口将排气的第一部分轴向地引向催化转化器的中心部分，并且所述扩散器部分限定将排气的第二部分引向入口锥体的多个第二开口。所述排气的第二部分通过入口锥体再引向中心部分的径向外侧的催化转化器块的外部部分。部分。部分。