CN1844647A - 具有催化转化器的消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有接收内燃机排气的壳体的消声器。消声器包括具有入口和出口的壳体、将壳体分隔成第一和第二腔的隔板。隔板包括位于第一腔内的催化剂容器，第二腔包括壳体出口。具有纵轴线的催化转化器元件被容纳在催化剂容器内，将催化转化器元件设置在催化剂容器内，以便排气沿横向于催化转化器元件的纵轴线的方向流过催化转化器元件，然后通过第二腔离开壳体。

Description

具有催化转化器的消声器

技术领域

本发明涉及内燃机消声器。更特别地，本发明涉及包含催化转化器的消声器。

背景技术

小型汽油动力内燃机，特别是两冲程内燃机具有公知的有害燃烧产物排放量相对较高的问题，有害燃烧产物例如碳氢化合物、氮氧化物和一氧化碳。已经发现这些气体会导致环境问题。为了努力降低从内燃机释放出的有害排气的量，许多小型内燃机都装配了催化转化器元件。

在许多小型内燃机都装有催化转化器元件的时候，许多老式的设计就遇到了障碍。例如，名称为“具有催化转化器的消声器”的5,736,690号美国专利公开了一种形成具有内部催化元件的消声器的复杂设计。由于消声器在结构上的复杂设计，使得制造消声器的成本高，进而增加了使用内燃机产品的费用。

名称为“内燃机消声器”的6,164,066号美国专利中，消声器包括一个内部催化元件以及一个位于消声器出口的文丘里管。与5,736,690号美国专利的设计相似，该专利公开了一种消声器，其具有构成消声器内多个不同腔室的多个复杂的部分，以及容纳消声器主体内的催化元件的一个复杂结构。制造该消声器元件的过程是耗时的，并且消声器的复杂性增加了使用消声器的最终产品的费用。

发明内容

消声器包括具有入口和出口的壳体。壳体内的隔板将壳体分隔成第一腔和第二腔。隔板包括第一腔内的催化剂容器。第二腔包括壳体出口。催化转化器元件位于催化剂容器内，并且包括一个纵轴线。设定催化转化器元件的位置，以使排气能够以横向于所述纵轴线的方向流过催化元件，然后进入第二腔，并从出口排出。

消声器的第二个方面包括连接在内燃机上的具有入口和出口的壳体。具有入口段、文丘里管和出口段的喷嘴连接在壳体上以接收来自壳体的排气。从壳体流入入口段的排气以横向于催化元件纵轴线的方向流过催化转化器元件。除排气之外，冷却气流流过喷嘴。冷却气流和排气都通过文丘里管，并从壳体出口排出。

消声器的第三个方面包括连接在内燃机上以接收内燃机排气的壳体。壳体包括具有连接在壳体内表面上的至少一个开口的催化剂容器，以及在该容器内的具有纵轴线的催化转化器元件。设定催化转化器元件的位置，以使排气以横向于该元件的纵轴线的方向流过该元件。

本发明还公开了一种净化从内燃机流入到消声器内的排气的方法。消声器包括具有入口和出口的壳体，具有催化剂容器的隔板，隔板将消声器分隔为第一腔和第二腔，催化转化器元件位于催化剂容器内。本方法可以包括使来自内燃机的排气进入消声器的第一腔，然后排气以基本横向于催化元件的纵轴线的方向流过催化元件进入第二腔，然后使排气通过出口排放到周围环境中。

本发明还公开了第二种净化从内燃机流入到消声器内的排气的方法。消声器包括具有入口和出口的壳体、位于壳体内具有入口、文丘里管和出口的喷嘴。本方法可以包括使来自壳体的排气流过喷嘴内的至少一个开口，然后使排气流过喷嘴内的催化转化器元件，同时使冷却气流流过喷嘴和文丘里管，使排气和冷却气流的混合物通过喷嘴出口离开消声器。

通过下面以举例说明方式表示和描述的本发明优选实施例的说明，本发明的优点对本领域技术人员来说会变得更加明显。将会意识到，本设计可以有其它的以及不同的实施例，能够在多个方面对其细节进行修改。因此，附图和说明本质上应当被看作是说明性的而不是限制性的。

附图说明

图1是连接在内燃机上的消声器的剖视图；

图2是隔板的一个实施例的透视图；

图3是隔板的第二个实施例的透视图；

图4是隔板的第三个实施例的透视图；

图5是隔板的顶视图；

图6是包括喷嘴的消声器的剖视图；

图7是图6所示消声器的透视图；

图8是喷嘴的第二个实施例的剖视图；以及

图9是具有位于催化剂容器内的催化转化器元件的隔板的透视图。

具体实施方式

参照图1，表示了连接在内燃机2上的催化式消声器10。消声器10降低了由内燃机2产生的进入大气的污染物的量，这将在下面进一步描述。催化式消声器10具有由内壳24和外壳22这两部分形成的壳体20。在一个优选实施例中，内壳和外壳24、22优选由钢制成，但其它材料也是允许的。内壳24具有与活塞汽缸3的输出孔4相连的内部进口28，以允许排气从活塞汽缸3流入壳体20。壳体20的内部进口28与活塞汽缸3的输出孔4流体连通。从活塞汽缸3排出的排气从输出孔4流出，然后流入到壳体20的内部进口28。设定壳体20的内部进口28与活塞汽缸3的输出孔4的尺寸，使得由内燃机2产生的排气进入壳体20时，不会在活塞汽缸3和壳体20之间产生大的压降。

壳体20包括通过隔板30分隔开的入口腔(第一腔)26和出口腔(第二腔)23。优选地，隔板30由与壳体20的内壳和外壳24、22相同的材料制成，但是在其它实施例中，形成壳24、22的材料可以彼此不同。优选地，隔板30由模压平板形成，并包括催化剂容器32。隔板30的内表面34面向入口腔26，隔板的外表面36面向出口腔23。除催化剂容器32以外，隔板30使入口腔和出口腔26、23之间的连通最小化，这在下面进一步描述。

隔板30的尺寸被设定为横穿壳体20延伸，以便在内壳与外壳24、22相接的相同位置与内壳和外壳24、22刚性连接。隔板可以具有从隔板30的边缘伸出的突片(未示出)，以在不连续的位置连接到内壳和外壳24、22上，或者设定隔板的尺寸，使得隔板30的整个周边都延伸到内壳和外壳24、22的外部，以便连接。另外，可以用衬垫(未示出)来获得隔板30与内外壳24、22之间的有效密封。

我们希望隔板30具有某一厚度，使得隔板30不会由于入口腔26内压力和温度的迅速变化而变形或者偏斜。

使用多个紧固件18将消声器10连接到内燃机2上。内燃机2和消声器10对齐，以便消声器10可以接收来自内燃机2的排气。紧固件18维持消声器10与内燃机2之间的刚性连接。

隔板30包括一个容纳和稳定催化转化器38的容器32。催化转化器38被构成为包含一个纵轴线39(图9)。

参照图2，催化剂容器32被压印或者通过现有技术已知的其它方法制造，以形成从隔板30的两个表面34、36伸出的多个“C”形突出件70。为了形成突出件70，在隔板30内切出多个狭缝60。图5中最好地表示了这些狭缝60的定位。在一个优选实施例中，狭缝形成在隔板30的上部41。为了容易制造，狭缝60可以彼此平行、彼此长度相等，并位于与隔板30的上边缘33相同距离的位置。或者，狭缝60可以被设置成彼此交错间隔，在一个优选实施例中，中间狭缝63被设置成与两个相邻的狭缝62、64之间的间隔距离大于其它狭缝之间彼此间隔的距离。以这样的形式切出狭缝，在狭缝列的端部上形成中央突出件73、74和两个狭窄突出件72、75的尺寸。可以通过模压或者其它现有技术已知的合适方法形成突出件70。

每个突出件70被压制成从隔板30的内表面和外表面34、36向外伸出的“C”形。如图2所示，突出件可以这样形成：两个突出件73、75从内表面34伸出，而其它的突出件72、74从外表面36伸出。突出件从交替表面伸出，从而相邻的突出件沿相反的方向延伸。突出件70保持催化转化器38，以便排气以横向于催化转化器38的纵轴线39的方向流过催化转化器38，如箭头79所示。

在其它实施例中，可以用其它方式形成突出件70。在如图3所示的一个示例实施例中，狭窄突出件75、不与该狭窄突出件75相邻的宽的部分73、以及外侧部分71中的每一个都从隔板30的内表面34伸出。除狭缝60之外，通过切出一个“T形”狭缝68而在隔板30内形成一个切口46。如图3和4所示，切口46可以具有不同的形状和定位。可以形成狭缝68，以便在突出件75上形成切口46(图4)，或者以便切口46垂直于突出件75但从隔板的内表面34伸出(图3)。

催化转化器38由插在催化元件内的织物或者类似的材料卷形成。催化元件可以是棱柱形的氧化催化剂，或者是现有技术中已知的将污染物从排气中去除的其它催化元件。催化元件可以是双向型或者三向型。典型地，催化元件堆积在金属丝网上。或者，催化元件可以分布在被卷成圆柱形的波纹板上。在下面公开的喷嘴设计中，催化元件可以是网或者辊轧板的形式。典型地，催化转化器38在被插入到催化剂容器32之前，先被辊轧成允许排气流过催化转化器38的形式。一旦排气从内燃机2流入到入口腔26，排气就会流过催化转化器38。如上所述，催化转化器38被设置在催化剂容器32内，以使排气横向于催化转化器38的纵轴线39流入到出口腔23中，如图1和9所示。

一旦排气通过催化剂容器32，就会流入到出口腔23中。通过由突出件70形成的孔47而在催化剂容器32和出口腔23之间形成流动通道。该流动通道允许排气通过催化转化器38并流入出口腔23，从而在入口腔和出口腔26、23之间不产生压差。

当排气进入出口腔23之后，排气通过位于外壳22上的排气口29离开消声器10。可选地，将闪光捕集器48围绕排气口29连接到外壳22上。闪光捕集器48防止火焰或者火花离开壳体20，并且优选地由不锈钢网或者其它现有技术已知的材料制成。闪光捕集器48可以焊接或者使用现有技术已知的其它方法连接到外壳22上，例如，通过使用紧固件或者粘合剂。

在可选的实施例中，如图6(相同的元件用相同的附图标记表示)所示，可以通过喷嘴50将排气释放到周围环境中。消声器10包括壳体20、限定壳体容积的内壳和外壳24、22。

喷嘴50包括主体81和两个相对的端部51、59。喷嘴50可以通过支架(未示出)连接到外壳22上或者可以焊接到外壳22上。喷嘴主体81位于壳体20内部，喷嘴端部51、59通过形成在外壳22上的孔85、86通向周围环境。相对喷嘴50设定孔85、86的尺寸，以便基本防止排气通过孔85、86离开出口腔23。另外，端部51、59被压配或者焊接到壳体20上。

喷嘴50具有三段：入口段52、文丘里管54和出口段58。入口段52包括大气管51和催化元件腔53，大气管形成用于使冷却气体(典型地为环境空气)进入喷嘴的孔。喷嘴主体81包括多个允许流体从出口腔23流入催化元件腔53的多个孔87。孔87位于喷嘴50中围绕入口段52的部分。另外，催化元件腔53包括催化元件53a的板。催化元件53a的板包括上述的相同活性的催化元件，但是催化元件53a不是以卷的形式定位，而是以缠绕在形成大气管51的壁的周围的方式填充到催化元件腔53中。如图6所示，大气管51可以被构造成横截面积沿着入口段52的长度方向减小的渐缩管，或者如图8所示，大气管51可以是非渐缩管，或者是横截面积沿着入口段52的长度方向相等的管。

喷嘴50的特征是，文丘里管54位于入口段52的下游。文丘里管54具有三个分段：渐缩腔55、喉部56和渐扩腔57。渐缩腔55是横截面积沿着其长度方向减小的管。催化元件腔53和大气管51都进入文丘里管54的渐缩腔55。喉部56是文丘里管54中横截面积最小的点，而渐扩腔57是文丘里管54中横截面积沿着其长度方向增加的管长。

沿着喷嘴50长度方向的最后部分是出口段58。优选地，出口段58是一根横截面积基本不变的管，其直径与文丘里管54渐扩腔57的出口57a的直径基本相等。出口段58的端部包括通过在外壳22内设置的孔86延伸的出口59。

喷嘴50包括两个不同的流动通道。与包括隔板30的实施例的流动通道类似，消声器10与内燃机2连接，并在壳体20内接收排气。排气离开内燃机2并通过内部进口28进入壳体20。排气在壳体20内积聚，并通过多个孔87流入催化元件腔53。排气一进入催化元件腔53就流过催化元件53a，催化元件53a将排气中的有害杂质去除。

在排气进入催化元件腔53并流过催化元件53a之后，排气进入文丘里管54。当排气进入文丘里管54时，排气首先流过上述横截面积逐渐减小的渐缩腔55，然后排气继续在文丘里管内向下流动。在稳定状态，从壳体20进入喷嘴50的排气的质量流量为常数。因此，在通过渐缩腔55时，气体流速增加，以补偿流动面积的减小。另外，当排气流过渐缩腔55时，排气压力相应地减小。文丘里管54渐缩腔55内压力的减小产生一个吸力，从而“吸引”环境空气通过大气管51进入到喷嘴50中。进入大气管的环境空气与文丘里管54渐缩腔55内的热排气混合，降低了通过喷嘴出口59释放到环境中的排气温度。

在排气通过文丘里管54的喉部56之后，随着排气继续流动，流动通道的横截面积增加。这种流动面积的增加会对排气与环境空气的混合物的速度和压力产生相反的影响。在排气离开文丘里管54的渐扩腔57之后，排气流过出口段58，然后通过出口59离开消声器10。可选地，如上所述，闪光捕集器48可以连接在外壳22上以覆盖出口59。

也可以将以消声器隔板和催化剂容器为特征的实施例与以喷嘴形式的消声器为特征的实施例结合起来，从而具有上述两个实施例的优点。在该实施例中，消声器包括位于内壳和外壳之间的隔板。隔板形成上述保持催化元件卷的催化剂容器。将要离开消声器的排气通过入口腔，流过催化剂容器和催化元件，催化元件除去排气中的杂质。然后排气进入出口腔。最后，排气接下来通过位于喷嘴入口段周围的孔，进入催化元件腔。在排气进入催化元件腔之后，排气流过附加的催化元件，进一步去除排气中的杂质。然后，排气流入文丘里管的渐缩腔。文丘里管横截面积的减小导致排气流速增加和压力减小。这种压力的减小“吸引”环境空气进入到喷嘴的大气管中，排气与环境空气在文丘里管内混合。排气和环境空气的混合物离开文丘里管，进入出口段，最后，由于排气与处于环境温度的空气混合，而使得混合物以低于通常排气的温度通过出口离开喷嘴。

前述公开的内容是发明人设计的最佳方式。然而，很明显，可以对该装置进行修改和改变。前述公开的内容是为了使相关领域的技术人员能够实施本发明，它不能被解释成为限制，而应被解释成包括上述改变，并仅由后面的权利要求的精神和范围进行限制。

因此，上面的详细说明被看作是说明性的而不是限制，并且能够理解，后面的权利要求，包括所有的等同物，是对本发明精神和范围的限定。

Claims (22)

1、一种消声器，包括：

壳体，具有入口和出口；

壳体内的隔板，该隔板将壳体分隔成第一腔和第二腔，该隔板包括第一腔内的催化剂容器，第二腔包括出口；

位于催化剂容器内的催化转化器元件，催化转化器元件包括一个纵轴线；以及

其中，催化转化器元件被定位成使排气可以沿横向于纵轴线的方向流过催化转化器元件，流入第二腔并流过出口。

2、如权利要求1所述的消声器，其中隔板包括面向第一腔的内表面，并且催化剂容器从该内表面向外伸出。

3、如权利要求2所述的消声器，其中隔板还包括面向第二腔的外表面，并且催化剂容器从该外表面向外伸出。

4、如权利要求1所述的消声器，还包括外壳，其中外壳和壳体形成出口。

5、如权利要求1所述的消声器，还包括连接在出口附近的闪光捕集器。

6、如权利要求1所述的消声器，其中催化剂容器还包括切口。

7、如权利要求1所述的消声器，其中隔板还包括切口。

8、一种内燃机消声器，包括：

接收内燃机排气的内部进口；

连接在内燃机上的壳体，该壳体包括壳体出口和壳体入口；

喷嘴，具有入口段、文丘里管和出口段，入口段连接壳体入口，以使冷却气体进入到入口段中，出口段连接壳体出口，该喷嘴还具有通向壳体的至少一个开口，以使壳体与入口段之间流体连通；

位于喷嘴内的催化转化器元件；以及

其中，排气以横向于催化元件纵轴线的方向流过所述至少一个开口和催化转化器元件，冷却气体和排气流过文丘里管并流过壳体出口。

9、如权利要求8所述的消声器，其中通向壳体的所述至少一个开口还包括多个通向壳体的开口。

10、如权利要求8所述的消声器，其中文丘里管还包括渐缩腔和渐扩腔，其中催化转化器元件位于入口段内，冷却气体和排气流过渐扩腔。

11、如权利要求8所述的消声器，还包括连接到出口段上的闪光捕集器。

12、如权利要求8所述的消声器，其中入口段还包括由横截面积基本不变的管形成的大气管。

13、如权利要求8所述的消声器，其中入口段还包括由渐缩管形成的大气管。

14、一种内燃机消声器组件，包括：

具有接收内燃机排气的内部进口和内表面的壳体；

具有连接在壳体内表面上的至少一个开口的催化剂容器；

位于催化剂容器内的催化转化器元件，催化转化器元件具有纵轴线；以及

其中，催化转化器元件被定位成使排气可以沿横向于催化转化器元件纵轴线的方向流过催化转化器元件。

15、如权利要求14所述的消声器组件，还包括位于壳体内的隔板，隔板将壳体分隔成第一腔和第二腔，隔板包括第一腔内的催化剂容器，第二腔包括壳体出口。

16、如权利要求15所述的消声器组件，其中隔板包括面向第一腔的内表面，并且催化剂容器从该内表面向外伸出。

17、如权利要求15所述的消声器组件，其中隔板还包括面向第二腔的外表面，并且催化剂容器从该外表面向外伸出。

18、如权利要求14所述的消声器组件，其中消声器组件还包括具有入口段、文丘里管和出口段的喷嘴，入口段具有通向壳体的至少一个开口，入口段还包括第二催化转化器元件；

其中，排气流过所述至少一个开口和第二催化转化器元件。

19、如权利要求18所述的消声器组件，其中入口段还包括由横截面积基本不变的管形成的大气管。

20、如权利要求18所述的消声器组件，其中入口段还包括由渐缩管形成的大气管。

21、一种净化从内燃机流过消声器的排气的方法，消声器包括壳体、入口、出口、将壳体分隔成第一腔和第二腔的隔板，隔板具有催化剂容器和位于催化剂容器内的催化转化器元件，该方法包括：

使来自内燃机的排气进入消声器的第一腔；

使排气以基本横向于催化元件纵轴线的方向流过催化元件并进入第二腔；以及

使排气通过出口排放到大气中。

22、一种净化从内燃机流过消声器的排气的方法，消声器包括壳体、入口和出口，以及位于壳体内的喷嘴，喷嘴包括喷嘴入口、文丘里管和喷嘴出口，该方法包括：

使来自消声器壳体的排气流过喷嘴内的至少一个开口；

使排气流过喷嘴内的催化转化器元件；

使冷却气体流过喷嘴入口和文丘里管；以及

同时使冷却气体和排气流过喷嘴出口离开消声器。

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