CN102421997A - 用于制造机动车尾气净化装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造机动车尾气净化装置的方法，所述净化装置包括限定尾气通道大小的套管(3)、放置在套管内的尾气净化块(5)以及置于套管和尾气净化块之间的环形空间(11)内的用于固定尾气净化块的固定部件(7)。制造所述装置时，其中使用到非功能性成分，该成分在所述装置经过特性使用周期后会消失。整个方法包括以下步骤：获取固定部件的质量(Mn)和合成物质量(Cn)；确定特性使用周期后固定部件的等效质量(Mn’)；根据等效质量和固定部件在环形空间(11)中的安装密度(d)估算容量(Vn)；根据所述容量和尾气净化块的直径(Db)确定套管直径(Dint)；将套管、固定部件和尾气净化块组装到一起，使套管的直径达到预定值。

Description

用于制造机动车尾气净化装置的方法

技术领域

本发明通常涉及用于制造机动车尾气净化装置的方法。

更具体地说，本发明涉及制造机动车排气管用尾气净化装置的方法，该装置包括限定尾气通道大小的大体圆筒形的套管、放置在套管内的大体为圆柱体的尾气净化块以及尾气净化块固定部件，该尾气净化块侧壁朝向套管，与套管之间形成环形空间，固定部件插在套管和尾气净化块侧壁之间的环形空间内。

背景技术

专利US-6389693描述了一种制造方法，包括：测量尾气净化块直径、测量固定部件的质量以及根据所进行的测量计算套管直径等步骤。

在使用所述方法制造出的某些净化装置中，人们发现尾气净化块在套管内的固定位置会出现偏差，尤其是在经过了净化装置的特性使用周期后。

发明内容

本发明的目的在于消除上述问题。

为此，本发明提供一种制造上述类型的净化装置的方法。在生产所述装置的过程中，所述固定部件由包括至少一种所谓的非功能性成分的材料制成，该非功能性成分在所述装置经过特性使用周期后消失。该方法包括以下步骤：

-获取表示固定部件的质量Mn的第一个量值；

-获取表示所述固定部件包含非功能性成分的合成物质量Cn的第二个量值；

-根据获得的第一个量值和第二个量值，确定固定部件在所述装置经过特性使用周期后的等效质量Mn’；

-根据固定部件在环形空间内的等效质量和目标安装密度估算容量V；

-根据尾气净化块的外径和容量确定套管的直径；

-组装套管、固定部件和尾气净化块，使套管的直径等于预定的直径，而在装置经过了特性使用周期后，固定部件的安装密度等于目标安装密度。

根据实现模式的不同，该方法包括一个或多个下面的特征(单独考虑或者根据所有技术上可能的组合考虑)：

-获取表示所述固定部件包含非功能性成分的合成物的第二个量值的步骤包括：

·测量所述固定部件的电气特性值；

·根据测得的电气量值确定合成物情况；

-安装时，所述固定部件包含非功能性成分的合成物是根据测得的电气量值来确定的，采用校准曲线来测电气量值；

-所述固定部件为叶片，测量所述固定部件的电气特性值的步骤包括：沿着叶片的厚度将该叶片放置在电容式传感器的极板之间，测量极板达到预定电压时电容式传感器的电容值；

-该方法还包括获取表示尾气净化块的质量的第三个量值和根据所获得的第三个量值确定所述目标安装密度的步骤；

-所述目标安装密度涉及在使用所述装置的过程中，根据获得的第三个量值计算需应用到尾气净化块上的最大基准力，然后根据计算得出的最大基准力确定目标安装密度，最好使用预定的绘图方法；

-根据以下步骤组装套管、所述固定部件和尾气净化块：

·将所述固定部件置于尾气净化块周围；

·将所述固定部件和尾气净化块插入套管中，此时套管的临时直径大于预定直径，得到所述固定部件的临时安装密度；

·将套管紧缩至预定直径；

-插入步骤涉及用力将所述固定部件和尾气净化块插入套管中，或者将套管卷绕到所述固定部件上；

-根据以下步骤组装套管、所述固定部件和尾气净化块：

·将所述固定部件置于尾气净化块周围；

·将所述固定部件和尾气净化块插入套管中，以直接获得套管的预定直径；

该方法还包括获取对应于尾气净化块外径的第四个量值的附加步骤。

附图说明

从下面具体的描述中，可以更清楚地了解本发明的其他特征和优势。此处的描述为参考性且完全非限定性描述，并参考附图进行说明，其中：

图1为根据本发明的方法制造的净化装置的纵向剖面图；

图2为根据本发明的方法确定待制作套管直径的各步骤的示意图；

图3至图6为净化装置组装的不同步骤的示意图。

具体实施方式

图1中所示的尾气净化装置1要安装在机动车的排气管中(图中未显示)。该装置包括大体圆桶形的套管3、放置在套管3内的大体为圆柱体的尾气净化块5以及安装在净化块5和套管3之间、用来固定尾气净化块5的叶片7。套管3和净化块5基本上同轴。图1中用X表示这个共同的轴。

套管3为金属套管，朝着排气管的上游方向连接到限定尾气入口的发散性椎体上，而在排气管的下游方向则连接到限定尾气出口的会聚性锥体上。入口与排气管的集气管连接，由集气管接收从引擎燃烧室中释放出的尾气。出口与引气管相连，尾气通过引气管释放到大气中。

本发明中所说的上游和下游方向是针对尾气的正常循环方向而言的。

因此，套管3向内限定尾气循环通道，尾气从入口经过净化块5流通到出口。在通过净化块5的过程中尾气得到净化。

净化块5通常为催化净化部件或粒子过滤器。催化净化部件通常由可透气性结构构成，表面为利于氧化可燃气体和/或减少氮氧化物的催化金属。粒子过滤器的过滤材料为陶瓷或碳化硅单片结构，其孔隙度足以允许尾气通过。然而，需知选择的孔隙直径要足够小才可以保证在过滤器上游表面上能够截住粒子，尤其是烟灰粒子。粒子过滤器也可是芯式过滤器或烧结金属制过滤器。粒子过滤器最好包括一套平行通道，其中第一组为入口通道、第二组为出口通道。入口通道和出口通道交错排列。入口通道通向粒子过滤器的上游段，而在粒子过滤器的下游段上是封闭的。相反，出口通道在粒子过滤器的上游段封闭，通向粒子过滤器的下游段。

净化块5的直径Db小于套管3的直径，净化块的侧壁9朝向套管3的内壁13。侧壁9和内壁13之间形成环形空间11。

固定用叶片7可以采用膨胀材料，可以是UNIFRAX公司(美国奇耐联合纤维公司)销售的XPEAV2，或者商品名为NEXTEL SAFFIL或3M，或者是UNIFRAX公司销售的CC-MAX或FIBERMAX。

叶片7的制作材料包括在净化块5和套管3的表面上参与生成摩擦的功能性成分和增加叶片粘聚力以便于处理和组装的非功能性成分，其中功能性成分包括纤维、云母等，非功能性成分包括水、粘合剂、保护膜、胶水等。

制造净化装置1时，固定用叶片7安装在环形空间11内，其长度相当于净化块5的大部分长度。然后将叶片7压缩在净化块5的侧壁9和套管3的内壁13之间，此时叶片对净化块5施加压力。当净化块5受到纵向力时，净化块5和叶片7之间的摩擦力以及叶片7和套管3之间的摩擦力使得净化块5相对于套管3无法运动或者运动非常有限。由此叶片7构成将净化块5固定在套管3内的固定部件。

为了获得该效果，需要将叶片7依照适当的安装密度放置到环形空间11内。所谓安装密度指在环境温度下容纳在环形空间11内的叶片7的密度。该安装密度不能太低，否则净化块5在套管3内的固定位置将出现不当。该安装密度也不能太高，以防止损坏净化块5，尤其是长期使用时。

然而，在经过净化装置1的特性使用周期后，叶片7材料中的非功能性成分已耗尽，因此，在使用净化装置1的过程中，叶片7的质量首先会减少，然后在特性使用周期后稳定在一个恒定值上。这样一来，叶片7的密度，即叶片7的安装密度首先将下降，然后稳定在一个恒定值上。

下面描述的制造方法考虑了使用净化装置的过程中出现的这种安装密度变化情况，以保证特性使用周期后的安装密度等于适于净化块5固定的目标安装密度d。

本方法的第一阶段着重于确定直径，比如净化装置1的套管3的内径Dint。

图2显示了本方法的第一组步骤，其目的在于确定用于制造单个净化装置1的叶片7的等效质量Mn’。

为此，本方法包括用于获得叶片7的质量Mn的量值的步骤110。质量Mn是叶片7在安装时的质量，可以直接使用天平测得。

通过获取叶片7的合成物的质量Cn，本发明的方法能够预计到使用装置1的过程中叶片7的质量变小的情况。合成物的质量Cn至少相当于在安装时叶片7的非功能性成分的质量。

比如在步骤120中，将一定厚度的叶片7放置在电容式传感器的极板之间，施用预设的电压后，该传感器能够测得叶片7的电气特性值En。然后，在步骤130中，使用校准曲线确定叶片7的合成物质量Cn，其中每条校准曲线与特定类型的叶片相关联。将测得的En值转到对应于要安装的叶片7类型的校准曲线上，即可确定叶片7的合成物质量Cn。

在步骤140中，校正叶片7的质量Mn以获得等效质量Mn’。为此，要从质量Mn中扣除通过CnxMn得出的非功能性成分的质量。

在步骤150中，在预先已经确定目标安装密度d的情况下，本发明方法包括评估能够使等效质量Mn’达到目标密度d的容量Vn。使用下面的公式确定容量Vn：

Vn＝Mn’/d

本方法最好还包括第二组步骤，用于根据净化块5的特性确定目标安装密度d。因此本发明方法还包括步骤160，用于获取净化块5的质量Mb的量值。可直接使用天平测量质量Mb。

然后本方法继续步骤170，计算最大基准力F。F对应于使净化块5相对于套管3不发生移动而需要的最大纵向力。使用下面的经验公式可计算力F：

F＝Mbxgx9.81

其中g为施加于净化块5上的纵向加速度。使用预定的加速度g计算F。该预定的加速度可相当于机动车极限使用情况下净化块5可承受的最大加速度。举例来说，极限情况可以是在猛烈加速时停止起步、紧急刹车或者中速行驶的机动车碰上障碍物等。

在步骤180中，根据上面计算的力F确定叶片7的目标安装密度d，此时使用预定的绘图法。预定绘图法来源于车辆在测试台和/或路上的测试，根据不同类型的叶片和不同类型的净化块的力F给出目标安装密度d。

在步骤200中，确定决定侧壁9和内壁13之间的环形空间11大小的厚度e，该厚度值通过用容量Vn除以被叶片7覆盖的净化块5的侧壁9的面积Sn计算得出：Sn＝Lx∏xDb。

如图2所示，本方法最好还包括第三组步骤，以便确定用来制造净化装置1的单个净化块5的Db。因此在步骤210中，要获取表示气体净化块5的直径Db的量值。直径Db可以相当于在净化块5的不同部位数次测其外径所获得的平均值。选取部位的纵向间隔可以是规律性的。量值Db也可以等于在净化块5的不同点处测得的最大值。

最后，本方法以步骤230结束第一阶段的工作，此时通过使用所测量的厚度e的值以及净化块5的直径Db来确定套管3的内径Dint：Dint＝Db+2e。

或者可选择确定套管3的外径：Dext＝Db+2e+2Ep。

其中Ep为套管3的厚度，Ep可通过测量得出或由套管3的制造商提供。

在本方法的第二阶段中，如图3至图7所示，组装套管3、叶片7和气体净化块5，使套管3的内径与本方法第一阶段得出的内径Dint相等。

在一种替代实施方法中，提供内径等于预定内径Dint的套管3。首先将叶片7安装在净化块5周围，然后将叶片7和净化块5一起插入套管3内。比如可使用缩口15和活塞17用力将叶片7和净化块5插到套管3内，缩口15具有大体截锥形的会聚性内槽19。内槽19的端部21的直径较小，由端部21卡定的内径基本上等于套管3的内径。将套管3放置在端部21的旁边以及端部21的延伸方向上。通过止动23卡定套管3相对于缩口15的位置。活塞17从端部25处直径较大的地方沿着内槽19推动净化块5和叶片7。随着净化块5和叶片7沿着内槽19移动并深入套管3时(图4)，叶片7被逐步压缩。活塞17推动叶片7和净化块5直到它们完全容纳在套管3的内部(图5)。止动23可用来限制净化块5和叶片7的行程，并用于使净化块5和叶片7停留在在套管3内希望停留的位置上。

最后，叶片7的安装密度被压缩到大于目标密度d，但是在使用净化装置1的过程中，安装密度将逐渐变小以达到目标安装密度d。

在另一种替代实施方法中，提供的套管3的直径略大于预定内径Dint。在专利US 6,389,693中描述了该替代方法。

如前所述，首先将叶片7安装在净化块5周围，然后，根据图3至图5所描述的步骤，通过使用缩口15和活塞17，将叶片7和净化块5插入套管3中。如图6所示，然后将套管3的内径缩至预定内径Dint。为此，如图6所示，将净化装置1放置在圆柱体压缩工具27中。工具27包括向内限定空腔31的多个扇形面29，净化装置1放置在该空腔内。扇形面29呈圆周状分布在空腔31周围，各扇形面之间有空隙。工具27具有沿径向且向空腔内部方向吸引扇形面29的部件。扇形面29撑在套管3的外壁上，压缩套管3，迫使套管3的直径达到预定内径值Dint。

将叶片7压缩至大于目标安装密度d的安装密度。然而，在使用净化装置1的过程中，该安装密度将逐渐减小到目标安装密度d。

上述方法具有多个优点。

能够更精确地制造净化装置，尤其是调整套管直径值时预先考虑到了在使用净化装置的过程中叶片会出现的安装密度的变化，净化装置的使用寿命由此得到提高。

对于形状更加复杂的陶瓷净化块，本方法能够避免使用抗腐蚀密封垫圈。事实上，腐蚀情况直接取决于叶片的安装密度。当安装密度过低或过高时，会发现较强的腐蚀现象。因此，更好地掌握安装密度能够使系统远离会产生腐蚀风险的密度值。

上述方法可有多种替代方案。

在一种非优选的替代方案中，仅仅测量叶片的合成物质量，此时会用到净化块的预定直径值、预定目标安装密度值和/或叶片的预定质量。

发明方法描述中，净化块的固定部件为单层叶片7，但是，在替代方案中也可使用多层叶片。此外，净化块的固定不一定仅仅通过单层或多层叶片来实现，也可使用一个或多个密封垫圈，典型情况是将两个密封垫圈放置在净化块的两个轴端处。这些密封垫圈可为O型圈，放置于环形空间中净化块的周围，使净化块与套管分离。

没必要使用缩口将叶片和净化块插入套管，比如，将套管卷绕在叶片上。

Claims (10)

1.一种用于制造机动车排气管用尾气净化装置的方法，所述净化装置(1)包括限定尾气通道大小的大体圆筒形的套管(3)、放置在套管内的大体为圆柱体的尾气净化块(5)以及尾气净化块(5)固定部件(7)，所述尾气净化块具有朝向套管(3)的侧壁(9)，且侧壁(9)与套管(3)之间形成环形空间(11)，所述固定部件(7)插入套管(3)和尾气净化块(5)的侧壁(9)之间的环形空间(11)内，其特征在于，制造所述装置时，所述固定部件(7)由包括至少一种所谓的非功能性成分的材料制成，所述装置经过特性使用周期后，该非功能性成分消失，所述方法包括以下步骤：

-获取表示固定部件(7)的质量Mn的第一个量值；

-获取表示所述固定部件(7)包含非功能性成分的合成物质量Cn的第二个量值；

-根据获得的第一个量值和第二个量值，确定固定部件在所述装置经过特性使用周期后的等效质量Mn’；

-根据固定部件(7)在环形空间(11)内的等效质量和目标安装密度d估算容量Vn；

-根据尾气净化块(5)的外径和所述容量Vn确定套管(3)的直径Dint；

-组装套管(3)、所述固定部件(7)和尾气净化块(5)，使套管(3)的直径等于预定的直径Dint，而在装置经过特性使用周期后，固定部件(7)的安装密度d等于目标安装密度d。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：获取表示所述固定部件(7)包含非功能性成分的合成物质量Cn的第二个量值的步骤如下：

-测量所述固定部件的电气特性值；

-根据测得的电气量值确定合成物质量Cn。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：安装时，所述固定部件(7)包含非功能性成分的合成物质量Cn是根据测得的电气量值来确定的，采用校准曲线来测电气量值。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述固定部件(7)为叶片，测量所述固定部件的电气特性值的步骤包括：沿着叶片的厚度将该叶片放置在电容式传感器的极板之间，测量极板达到预定电压时电容式传感器的电容值。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括获取表示尾气净化块(5)的质量Mb的第三个量值和根据所述第三个量值确定所述目标安装密度d的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：确定所述目标安装密度d的步骤包括：在使用所述装置的过程中，根据所获取的第三个量值计算需施加到尾气净化块(5)上的最大基准力F，然后根据计算得到的最大基准力F，优选使用预定的绘图方法，确定目标安装密度d。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于：根据以下步骤组装所述套管(3)、固定部件(7)和尾气净化块(5)：

-将所述固定部件(7)置于尾气净化块(5)周围；

-将所述固定部件(7)和尾气净化块(5)插入所述套管(3)中，此时套管(3)的临时直径大于预定直径D_int，得到所述固定部件(7)的临时安装密度；

-将套管(3)的直径紧缩至预定直径D_int。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：插入步骤涉及用力将所述固定部件(7)和尾气净化块(5)插入所述套管(3)中，或者将套管(3)卷绕到所述固定部件(7)上。

9.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于：根据以下步骤组装所述套管(3)、固定部件(7)和尾气净化块(5)：

-将所述固定部件(7)置于尾气净化块(5)周围；

-将所述固定部件(7)和尾气净化块(5)插入所述套管(3)中，直接获得套管(3)的预定直径Dint。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括获取对应于尾气净化块(5)的外径Db的第四个量值的附加步骤。

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