專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有反壓釋放裝置的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尾部排氣管的催化轉(zhuǎn)化器，用于釋放內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣，特別地，這種催化轉(zhuǎn)化器安裝在尾部排氣管的開(kāi)口端，用于進(jìn)一步減少標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛排氣系統(tǒng)的廢氣排放量。
背景技術(shù)：
汽車(chē)、卡車(chē)、貨車(chē)和摩托車(chē)等車(chē)輛內(nèi)安裝的內(nèi)燃機(jī)所產(chǎn)生的廢氣是通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)排氣系統(tǒng)排出的。這種標(biāo)準(zhǔn)的排氣系統(tǒng)通常包括一些小直徑排氣管，從發(fā)動(dòng)機(jī)塊狀歧管延伸至催化轉(zhuǎn)化器；催化轉(zhuǎn)化器，通過(guò)一個(gè)小連接排氣管連接到一個(gè)消聲裝置上；一根向外延伸的尾部排氣管與消聲裝置的遠(yuǎn)端相連，該尾部排氣管有一個(gè)開(kāi)口端用于向大氣中排放廢氣。
近年來(lái)，聯(lián)邦政府和各州政府頒布的車(chē)輛廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，以致要求排氣系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)化器必須消除廢氣中未燃燒的碳?xì)浠衔?。符合要求的催化轉(zhuǎn)化器有多種形式，但其典型的特點(diǎn)是都需要一種貴重金屬做催化劑，如鉑、鈀、和/或銠，并且要將金屬涂覆在氧化鋁或一種壓制陶瓷襯底上。這些催化轉(zhuǎn)化器的典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是在單一外殼中裝有催化氧化鋁片，而有些設(shè)計(jì)中還裝有更復(fù)雜的內(nèi)置系統(tǒng)，包括內(nèi)放催化劑襯底的蜂窩狀或網(wǎng)狀通道。所有這些設(shè)計(jì)中，催化轉(zhuǎn)化器的作用都是將碳?xì)浠衔镅趸?，以減少排入大氣的污染物量。
日益嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)使人們對(duì)一種改進(jìn)型廢氣排放系統(tǒng)的需求更加迫切，利用這種改進(jìn)系統(tǒng)可以進(jìn)一步減少碳?xì)浠衔锏呐欧帕?，以符合新的?lián)邦和各州車(chē)輛廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于NOx,HC、CO、NMHC的排放量的規(guī)定。現(xiàn)有技術(shù)為符合新的聯(lián)邦和州排放標(biāo)準(zhǔn)而采取的減少車(chē)輛廢氣排放量的方法中，沒(méi)有任何一種公開(kāi)過(guò)安裝在尾部排氣管的開(kāi)口端的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器。
現(xiàn)有技術(shù)描述現(xiàn)有技術(shù)中多年前已公開(kāi)了用于車(chē)輛的催化轉(zhuǎn)化器的多種設(shè)計(jì)方案和復(fù)合結(jié)構(gòu)。例如，授權(quán)給DePalma等人的美國(guó)專(zhuān)利NO.3,492,098中公開(kāi)了一種催化劑裝置，該裝置具有涂有活性催化劑的球形圓盤(pán)，它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)歧管和消音器之間，并且/或者安裝在排氣管段內(nèi)。授權(quán)給Nowak的美國(guó)專(zhuān)利NO.3,771,967和NO.3,861,981中公開(kāi)了一種安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)歧管排氣系統(tǒng)和消音器之間的蜂窩狀催化劑元件。授權(quán)給Sowards等人的美國(guó)專(zhuān)利NO.3,905,775中公開(kāi)了一種安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)歧管排氣系統(tǒng)和消音器之間的圓柱形蜂窩狀催化模塊。授權(quán)給Hitachi等人的美國(guó)專(zhuān)利NO.5,110,561中公開(kāi)了一種蜂窩芯體催化劑裝置，該裝置大體上安裝在排氣管的中間。上述專(zhuān)利中均未公開(kāi)過(guò)如本發(fā)明所述的安裝在尾部排氣管開(kāi)口端，用于進(jìn)一步凈化尾氣的催化轉(zhuǎn)化器。
授權(quán)給Currie的美國(guó)專(zhuān)利NO.4,530,418中公開(kāi)了一種改進(jìn)的催化排氣系統(tǒng)，該專(zhuān)利在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到尾部排氣管開(kāi)口端之間使用了排氣系統(tǒng)的整個(gè)長(zhǎng)度。該系統(tǒng)可以代替標(biāo)準(zhǔn)的汽車(chē)催化轉(zhuǎn)化器和消音器，并能實(shí)現(xiàn)消音和轉(zhuǎn)化未燃燒的碳?xì)浠衔锏幕竟δ?。授?quán)給Gebelius的美國(guó)專(zhuān)利NO.4,920,746中公開(kāi)了一種催化排氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到尾部排氣管之間使用了排氣系統(tǒng)的整個(gè)長(zhǎng)度。該系統(tǒng)也可以代替用于小汽車(chē)上的標(biāo)準(zhǔn)的催化轉(zhuǎn)化器和消音器。授權(quán)給Urata的美國(guó)專(zhuān)利NO.5,218,817中公開(kāi)了一種靜聲器2，其中裝有催化劑16。美國(guó)專(zhuān)利NO.4,020,539中公開(kāi)了一種催化反應(yīng)器，該反應(yīng)器有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口。這些專(zhuān)利也未公開(kāi)一種如本發(fā)明所述的安裝在尾部排氣管末端中的催化轉(zhuǎn)化器。
德國(guó)專(zhuān)利NO.DE3518756A1中公開(kāi)了一種安裝在排氣系統(tǒng)內(nèi)，位于消音器和排氣系統(tǒng)連接處的催化轉(zhuǎn)化器。該專(zhuān)利沒(méi)有公開(kāi)一種如本發(fā)明所述的安裝在尾部排氣管末端中的催化轉(zhuǎn)化器。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種安裝在尾部排氣管末端處或在其中的催化轉(zhuǎn)化器，用于進(jìn)一步減少?gòu)U氣排放量，以符合聯(lián)邦和各州的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種安裝在尾部排氣管末端處或在其中的催化轉(zhuǎn)化器，且該裝置可以通過(guò)固定夾具、軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊等方法簡(jiǎn)便地與尾部排氣管的末端相連。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種可安裝在尾部排氣管開(kāi)口端內(nèi)部的催化轉(zhuǎn)化器，或者是作為尾部排氣管末端向外延伸端的催化轉(zhuǎn)化器。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種在使用中不會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛馬力下降或損失的催化轉(zhuǎn)化器。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種催化轉(zhuǎn)化器，安裝了本發(fā)明的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的車(chē)輛，在工作過(guò)程中排出的尾氣可以達(dá)到相當(dāng)清潔的程度。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種帶有反壓釋放閥的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，其中的反壓釋放閥可以使排氣系統(tǒng)的反壓保持在一個(gè)預(yù)定的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種帶有反壓釋放閥的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，其中的反壓釋放閥可使超量的反壓從尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器上轉(zhuǎn)向，并且繞過(guò)內(nèi)芯，以保證系統(tǒng)的效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種帶有反壓釋放閥的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，其中反壓釋放閥可以是放氣閥、微型單向閥、或是微型卸壓閥，用于釋放排氣系統(tǒng)中在尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣口側(cè)的任何積累壓力，以保證系統(tǒng)的效率。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種尾部排氣管用的催化轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器在每行駛50,000~100,000英里后才需更換。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種尾部排氣管用的催化轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器可以通過(guò)自動(dòng)而經(jīng)濟(jì)的方法大量生產(chǎn)，并且相對(duì)來(lái)說(shuō)較為便宜和耐用。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種裝在尾部排氣管上的催化轉(zhuǎn)化器，該裝置可以進(jìn)一步凈化從排氣系統(tǒng)排放出的車(chē)輛尾氣，從而使廢氣的排放量符合聯(lián)邦和各州政府頒布的法規(guī)所規(guī)定的日益嚴(yán)格的廢氣排放要求。這種尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)尺寸相對(duì)較小的陶瓷或鋼制外殼，其直徑為1/2~8英寸，長(zhǎng)度為3/4~11英寸。該外殼中包含一個(gè)由催化層疊材料制成的基芯，該基芯中的催化材料與廢氣污染物，如NOx、NMHC、HC和CO等發(fā)生反應(yīng)。這些污染物質(zhì)通過(guò)裝在尾部排氣管中的催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)一步凈化和氧化，具體說(shuō)是和催化轉(zhuǎn)化器基芯的蜂窩或網(wǎng)狀層中所含的典型催化物質(zhì)，如鉑、鈀、銠等發(fā)生反應(yīng)。該催化轉(zhuǎn)化器安裝在尾部排氣管內(nèi)部靠近開(kāi)口端處或作為尾部排氣管末端的延伸段。該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)姆椒ǘㄎ?，如使用夾具、固定螺釘、固定托板等。轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)釋放反壓的裝置。同時(shí)，該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器還可用于其他車(chē)輛，如卡車(chē)、摩托車(chē)或其他氣體壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)，即草坪割草機(jī)。
在不同車(chē)輛上，安裝和不安裝尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的情況下獲得了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)下文)，以表明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)述本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在下面參照附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行的詳細(xì)敘述中得以闡明。其中

圖1是標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛排氣系統(tǒng)的底部平面圖，該系統(tǒng)中包含本發(fā)明的催化轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器安裝在尾部排氣管中。
圖1A是標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛排氣系統(tǒng)的底部平面圖，該系統(tǒng)中包含本發(fā)明的帶反壓釋放裝置的催化轉(zhuǎn)化器，該反壓釋放裝置安裝在尾部排氣管中；圖2是帶蜂窩基片的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的透視圖；圖3是尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的第二實(shí)施方案的透視圖，其中該催化轉(zhuǎn)化器安裝在尾部排氣管段中；圖4示出本發(fā)明的第三實(shí)施方案；圖5示出本發(fā)明的第四實(shí)施方案；圖6示出本發(fā)明的第五實(shí)施方案；圖7示出本發(fā)明的第六實(shí)施方案；圖8示出本發(fā)明的第七實(shí)施方案；圖9示出本發(fā)明的第八實(shí)施方案；圖10示出本發(fā)明的第九實(shí)施方案；圖11示出本發(fā)明的第十實(shí)施方案；圖12示出本發(fā)明的第十一實(shí)施方案；圖13示出本發(fā)明的第十二實(shí)施方案；圖14示出本發(fā)明的第十三實(shí)施方案；圖15示出本發(fā)明的第十四實(shí)施方案；圖16是本發(fā)明第十四實(shí)施方案的剖面圖。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案提供一種安裝在尾部排氣管22中的催化轉(zhuǎn)化器30，如圖1、2和3所示。圖1示出一套安裝于典型機(jī)動(dòng)車(chē)上的標(biāo)準(zhǔn)和常規(guī)排氣系統(tǒng)10。該排氣系統(tǒng)10包括一根與內(nèi)燃機(jī)12相連的排氣歧管14，同時(shí)該歧管14還和具有排氣管18的初級(jí)催化轉(zhuǎn)化器相連。排氣管18和常規(guī)消音器20及細(xì)長(zhǎng)的尾部排氣管22相連。尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器30安裝在尾部排氣管22的開(kāi)口端，緊鄰開(kāi)口28，如圖1和2中所示。催化轉(zhuǎn)化器的末端30a最好和尾部排氣管的開(kāi)口28相距大約1英寸，但也可與開(kāi)口28相距遠(yuǎn)至6英寸。
初級(jí)催化轉(zhuǎn)化器16用固定夾具24固定，消音器20用固定夾具26固定，而尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器30用固定夾具38固定，以形成排氣系統(tǒng)10。
如圖2和3所示，尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器30是一種基本上常規(guī)的結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)圓柱外殼32，其中有用催化層疊材料36制成的基芯34，該催化材料與廢氣污染物如THC、NOx、NMHC和CO等發(fā)生反應(yīng)。外殼32用陶瓷、鋼材、不銹鋼、鉻或其他合適材料制成?；?4制成網(wǎng)狀、蜂窩狀或其他合適的排氣通道結(jié)構(gòu)，用于容納催化層疊襯底36。該催化疊層36中包含一種貴重金屬催化劑。常用的催化劑為鉑、鈀、銠和/或鎳。催化轉(zhuǎn)化器30的外殼32是常規(guī)大小的，以使其外徑和尾部排氣管22的內(nèi)徑非常相近。該直徑的尺寸可以為1/2至8英寸，外殼32的長(zhǎng)度可以為3/4至11英寸，其大小取決于安裝它的車(chē)輛的尺寸，如小汽車(chē)、卡車(chē)、摩托車(chē)、草坪割草機(jī)和/或汽油發(fā)電機(jī)。
優(yōu)選規(guī)格的基芯34包括一個(gè)與直徑為1-3/4英寸的尾部排氣管相匹配的直徑，其長(zhǎng)為1-3/4英寸，且每平方英寸有200至700個(gè)單元。典型地，兩個(gè)、三個(gè)、或四個(gè)這樣的基芯34堆疊在一起制成催化轉(zhuǎn)化器30，其優(yōu)選長(zhǎng)度為6英寸。基芯34涂有一層氧化鋁，約為總重量的12％(重量比)，同時(shí)基芯上還有鈀和鉑的層疊催化襯底鍍層36，含量為30至50克每立方英尺，其中鈀/鉑比為2∶1至6∶1。
催化轉(zhuǎn)化器30通過(guò)一個(gè)合適的固定夾具38固定在尾部排氣管22中，如圖1至3所示。也可用其他合適的機(jī)構(gòu)將其固定，如軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊等。
圖3示出第二實(shí)施方案，其中催化轉(zhuǎn)化器30安裝在距開(kāi)口端28大約6英寸處。該催化轉(zhuǎn)化器30以與上述第一實(shí)施方案中所述相同的方式固定。
使用中，催化轉(zhuǎn)化器30的溫度可達(dá)到大約500°F，以在污染物排入大氣之前將其燃盡。
本發(fā)明已在不同車(chē)輛排氣系統(tǒng)10上進(jìn)行了測(cè)試，有一輛1990年產(chǎn)馬自達(dá)Miata、一輛1991年產(chǎn)福特Bronco和一輛1993年產(chǎn)道奇Intrepid車(chē)。在這些測(cè)試中，尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器30有一個(gè)長(zhǎng)為6英寸、直徑為2英寸的外殼32，該外殼的直徑與尾部排氣管22的內(nèi)徑非常接近。該催化轉(zhuǎn)化器30安裝在尾部排氣管22中，放置在其末端30a距開(kāi)口28大約1英寸處，并加以固定。測(cè)試結(jié)果列在表1～4中，從中可見(jiàn)當(dāng)在尾部排氣管22的末端安裝了尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器30時(shí)，如圖1和2所示，廢氣排放量有了相當(dāng)大的減少。測(cè)試結(jié)果還表明使用催化轉(zhuǎn)化器30時(shí)對(duì)燃油里程沒(méi)有不良影響。
表11990馬自達(dá)Miata車(chē)輛 MIATA 測(cè)試類(lèi)型 I/M-240測(cè)試號(hào) 裝/未裝 THC CO NOx CO2 NMHC MPG 日期2488 未裝 0.0991.5111.388 309.552 0.07 28.4 11/9/942490 未裝 0.1261.73 1.544 311.985 0.08628.14 11/9/942492 裝 0.0671.2191.33314.649 0.04 27.99 11/9/942495 未裝 0.1412.0071.497 309.460.10628.33 11/9/942496 未裝 0.1211.6451.509 31 4.339 0.08 27.95 11/9/94減少百分比 44.9692 29.26157 10.40754-1.06477 53.21637 0.762276HOT 5052497 未裝 0.1411.7041.285 308.281 0.10528.48 11/10/942498 未裝 0.1422.0431.331 314.004 0.10327.92 11/10/942499 未裝 0.1741.8581.372 308.207 0.13428.45 11/10/942509 裝 0.0611.07 0.595 306.198 0.03128.64 11/10/942510 裝 0.0961.3350.731 309.498 0.06128.29 11/10/942511 裝 0.0590.8110.811 305.571 0.03 28.84 11/10/942512 裝 0.06 1.0640.84306.839 0.03428.58 11/10/94減少百分比 54.7046 42.72971 44.013291.011562 65.78947 -1.07543HWFET2501 未裝0.04 0.46 1.251 256.664 0.02734.44 11/10/942503 未裝0.0390.23 1.524 277.761 0.02631.88 11/10/942504 未裝0.0350.5141.223 256.556 0.02234.44 11/10/942505 裝 0.0310.1811.081 255.082 0.01934.71 11/10/942507 裝 0.0290.1241.194 256.055 0.01834.59 11/10/94減少百分比 21.05263 62.00166 14.644823.069037 26 -3.16594表21991福特Bronco車(chē)輛 BRONCO 測(cè)試類(lèi)型 I/M-240測(cè)試號(hào) 裝/未裝 THC CO NOx CO2 NMHC MPG2477 裝 0.2482.3822.268 524.7320.172 16.762478 裝 0.3013.6231.902 524.1630.216 16.712479 裝 0.47911.372 1.701 521.1470.365 16.412480 裝 0.31 2.8011.892 535.8790.236 16.382481 未裝0.43 6.7681.98573.8860.318 15.142482 未裝0.45711.557 1.965 557.2840.345 15.372483 未裝0.51211.795 1.866 573.85 0.393 14.932484 未裝0.53111.604 1.993 573.7080.397 14.942485 裝 0.3676.1641.744 529.4090.257 16.412486 裝 0.4047.0961.728 530.2840.29 16.342487 未裝0.4388.1632.054 576.4380.334 15.01
表31993道奇IntrepidVIN 283ED46TXPH558688所有單位均為 克/英里大約已行駛了102000英里 測(cè)試類(lèi)型-FTP (聯(lián)邦測(cè)試規(guī)程)裝有催化轉(zhuǎn)化器測(cè)試號(hào) THC CO NOx CO2 NMHC MPG28820.4073.4220.355345.2760.35825.2328860.3873.9020.357344.8350.33825.2128890.3943.0220.378337.5760.35325.8428930.4013.3330.396344.2870.35425.3128940.3863.1670.372349.4120.34024.97平均值 0.3953.3690.372344.2770.34925.31基準(zhǔn)值(未裝催化轉(zhuǎn)化器)28720.4483.81 3 0.460439.2630.39819.8829000.4663.2650.628444.1140.41219.7029010.4483.5600.571442.1330.39619.7729070.5874.1480.575434.5480.52420.05AVG 0.4873.6970.559440.0150.43319.85減少百分比 8.93279 8.854322 18.6921.75776 19.39884 -27.5164表41990馬自達(dá)MiataVIN JMINA3515L0105501大約已行駛326000英里基準(zhǔn)值(未裝催化轉(zhuǎn)化器)28030.3223.1040.744 332.7810.29326.22裝有催化轉(zhuǎn)化器28190.2622.5360.564 321.1790.22927.24減少百分比18.63354 18.29897 24.19355 3.486377 21.843 -3.89016
第三實(shí)施方案100詳述圖4示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的第三實(shí)施方案100。該第三實(shí)施方案100包括一個(gè)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器130，它和第一實(shí)施方案的催化轉(zhuǎn)化器30基本相同，只是它有一個(gè)罐型外殼131，該外殼包含一個(gè)內(nèi)裝基芯134的芯殼132。外殼131的末端138稍稍有一錐度，形成一個(gè)頸部140，用于裝入尾部排氣管22’的開(kāi)口端28’。催化轉(zhuǎn)化器130的外殼131通過(guò)夾具38’、卷邊、焊接或前述其它固定裝置固定在尾部排氣管22’上。
外殼131的實(shí)際規(guī)格基本上和尾部排氣管22’的尺寸相匹配。其直徑為3/4～8英寸，總長(zhǎng)為3/4~11英寸，優(yōu)選直徑為2～4英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為5～6英寸。外殼131有一稍具有錐度的端部138，其直徑小于2英寸；外殼的頸部長(zhǎng)度為2英寸，用于裝入尾部排氣管22’的開(kāi)口28’以獲得合適的配合效果。裝有基芯134的芯殼132的優(yōu)選實(shí)際規(guī)格為直徑1-3/4英寸，長(zhǎng)6英寸。
第四實(shí)施方案200詳述圖5示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器230的第四實(shí)施方案200。該第四實(shí)施方案200包括一個(gè)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器230，它和尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器130基本相同，只是尾部排氣管22’內(nèi)的芯殼132和基芯134的數(shù)目和間距不同。催化轉(zhuǎn)化器230有三個(gè)有一定間隔的芯殼232，每個(gè)芯殼的長(zhǎng)均為2英寸，且每個(gè)芯殼中都裝有基芯234。如圖5所示，一個(gè)環(huán)狀的長(zhǎng)1英寸(1”)的金屬間隔擋圈236使基芯234相互隔開(kāi)。兩個(gè)間隔擋圈236使由催化轉(zhuǎn)化器230引起的反壓降低。優(yōu)選地，間隔擋圈236的直徑為1 3/4英寸，長(zhǎng)為1英寸。此外，兩個(gè)基芯234之間的氣隙238使排出的氣體在每個(gè)基芯234處都能得到進(jìn)一步的催化轉(zhuǎn)化。當(dāng)排出的氣體穿過(guò)上一基芯后的氣隙238，流經(jīng)下一個(gè)基芯234時(shí)，都會(huì)發(fā)生催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)。每個(gè)基芯234均可用固定夾具38’或其他合適裝置，如軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊等定位。裝在尾部排氣管22’中的催化轉(zhuǎn)化器230的實(shí)際規(guī)格最好為直徑2英寸，總長(zhǎng)8英寸，其中包括兩個(gè)間隔擋圈236。然而，其長(zhǎng)度也可從2 1/2至11英寸變化。
第五實(shí)施方案300詳述圖6示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器330的第五實(shí)施方案300。該第五實(shí)施方案300包括一個(gè)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器330，它和第四實(shí)施方案200的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器230基本相同，只是它有一個(gè)罐型外殼331，該外殼包含三個(gè)互相間隔且內(nèi)裝基芯334的芯殼332，并且在每?jī)蓚€(gè)芯殼之間都有間隔擋圈336。外殼331的一端為稍具有錐度的端部338，并有一段頸部340用于可滑動(dòng)地裝入尾部排氣管22’中。外殼331可通過(guò)夾具38’、卷邊、焊接或前述固定裝置固定在尾部排氣管22’上。
轉(zhuǎn)化器330的實(shí)際規(guī)格為直徑為2.3英寸，總長(zhǎng)為2~8英寸。外殼331的總長(zhǎng)為13英寸并有一稍具有錐度的端部338，其直徑小于2英寸，頸部340長(zhǎng)度為2英寸，用于將頸部340插入尾部排氣管22’的尾部排氣管開(kāi)口28’以獲得合適的配合效果。
第六實(shí)施方案400詳述圖7示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器430的第六實(shí)施方案400。該第六實(shí)施方案400包括一個(gè)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器430，它和第五實(shí)施方案300的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器330基本相同，只是它有一個(gè)更大的罐型外殼431，裝有更大直徑的芯殼432、更大的基芯434和更大直徑的間隔擋圈436。該外殼431的一端為稍具錐度的端部438，并有一段頸部440用于插入尾部排氣管22”中。如圖7所示，催化轉(zhuǎn)化器外殼431有四個(gè)裝有基芯434的芯殼432，且在每?jī)蓚€(gè)基芯434之間都有一個(gè)長(zhǎng)一英寸(1”)的金屬間隔擋圈346。外殼431可通過(guò)夾具38”、焊接、卷邊等固定在尾部排氣管22”上。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器430安裝在尾部排氣管22”上時(shí)，外殼431的這種結(jié)構(gòu)確保有足夠的廢氣流量，并且不產(chǎn)生反壓。
罐型外殼431的實(shí)際規(guī)格為直徑為2.3英寸，長(zhǎng)為13英寸。外殼431有一具有錐度的端部438，其直徑小于2英寸；還有一長(zhǎng)度為2英寸的頸部，用于將頸部440插入尾部排氣管22”以獲得合適的配合效果。每個(gè)裝有基芯434的外殼432的實(shí)際規(guī)格均為直徑為2.3英寸，長(zhǎng)為2英寸。每個(gè)間隔擋圈436的實(shí)際規(guī)格為直徑為2.3英寸，長(zhǎng)為1英寸。這樣，轉(zhuǎn)化器430的總長(zhǎng)為11英寸。
本實(shí)施方案在一輛1989年產(chǎn)的吉普車(chē)Wrangler上進(jìn)行了測(cè)試。在這些測(cè)試中，外殼432和基芯434的長(zhǎng)度分別為2、4、6和8英寸，測(cè)試速度為55mph(英里每小時(shí))和30mph。測(cè)試結(jié)果列在表5中。吉普車(chē)Wrangler的基芯434上涂有氧化鋁，約占總重量的12％(重量比)，同時(shí)基芯上還有鉑和銠的層疊催化襯底鍍層435，含量大約為50克每立方英尺，其中鉑/銠比為5∶1。這是一種低溫點(diǎn)火型催化劑，可在400°F而不是900°F點(diǎn)火，由此進(jìn)一步提高了本發(fā)明尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的有效性，如表5所示。
表5在一輛1989年產(chǎn)吉普車(chē)wrangler上進(jìn)行的配方研究配方=5∶1的鉑/銠比，涂層含量為50g/f3下面列出穩(wěn)態(tài)測(cè)試結(jié)果速度分別是55英里/小時(shí)和30英里/小時(shí)減少量的百分比以基準(zhǔn)測(cè)試值為基準(zhǔn)求得VIN 2J4FY19E1KJ157111里程數(shù)18877 日期1996年2月14環(huán)境條件氣壓值 THC CO NOx CO2 NMHC干溫度 濕溫度746.2 17.71 10.10.07 0.0468.3 70 68基準(zhǔn)值測(cè)量條件55英里/小時(shí) 五檔42-49 11-123 16-20 1.92116-17安裝2英寸厚的襯底，速度55英里/小時(shí)23-27 34-40 9.0-19.0 1.93 10.1減少百分比 39％ 51.90％ 26％安裝4英寸厚的襯底，速度55英里/小時(shí)22-25 32-35 1.9-3.5 1.87111.3減少百分比42％56％85％安裝6英寸厚的襯底，速度55英里/小時(shí)17.9-26 29-35 1.9-2.2 1.82 11.3-13.3減少百分比46％58％89％安裝8英寸厚的襯底，速度55英里/小時(shí)20-25 35-60 1.3-1.5 1.83 13.1減少百分比45％38％92％基準(zhǔn)值測(cè)量條件55英里/小時(shí)37-45 69-85 16-22 1.9 13基準(zhǔn)值測(cè)量條件30英里/小時(shí) 三檔21.23 63-85 4.0-6.0 1.03410.5安裝2英寸厚襯底，速度30英里/小時(shí)19-24 27-100 0.9-3.1 0.972n/r減少百分比15％36.50％ 71％安裝4英寸厚襯底，速度30英里/小時(shí)18-24 40-55 0.8-1.2 0.9399.6減少百分比17.60％ 52％86％安裝6英寸厚襯底，速度30英里/小時(shí)17.9-19.1 46-66 0.2-0.9 0.929n/r減少百分比27.50％ 46％93％安裝8英寸厚襯底，速度30英里/小時(shí)15.3-19.2 38-57 0.3-0.6 0.981n/r減少百分比32.20％ 52％93％基準(zhǔn)值側(cè)量條件30英里/小時(shí)24-27 90-110 6.0-8.0 1.14 10.8
第七實(shí)施方案500詳述圖8示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器530的第七實(shí)施方案500。該第七實(shí)施方案500包括一個(gè)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器530，它和第六實(shí)施方案400的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器430基本相同，只是它有一個(gè)較短的罐型外殼531，該外殼包含一個(gè)內(nèi)裝一整體基芯534的整體芯殼532。由于催化轉(zhuǎn)化器530安裝在尾部排氣管22”上，外殼531的這種結(jié)構(gòu)也確保了有足夠的廢氣流量，并且不產(chǎn)生反壓。
外殼531的直徑比尾部排氣管22”的內(nèi)徑大1/4～4英寸，優(yōu)選地其直徑比尾部排氣管的內(nèi)徑大 ～1英寸。外殼531的優(yōu)選實(shí)際規(guī)格為直徑2 3/4英寸，長(zhǎng)12英寸。外殼531有一具有錐度的端部538，其直徑小于2英寸；還有一長(zhǎng)度為2英寸的頸部，用于將頸部540插入尾部排氣管22”以獲得合適的配合效果。轉(zhuǎn)化器530的總長(zhǎng)為8英寸。
第八實(shí)施方案600詳述圖9示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器630的第八實(shí)施方案600。該第八實(shí)施方案600包括一個(gè)裝在外殼631中的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器630，它和第六實(shí)施方案400基本相同，只是它具有一個(gè)帶有排氣孔644的稍尖錐端642。該稍尖錐端642使外殼631中產(chǎn)生反壓，由此產(chǎn)生更多的熱量(+ΔT)，用于使在催化轉(zhuǎn)化器630的裝有基芯634的芯殼632中進(jìn)行的車(chē)輛廢氣的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)程度得以提高。此外，外殼631的稍尖錐端642也可減少噪聲，從而成為一個(gè)附加的車(chē)輛消音器。
外殼631的實(shí)際規(guī)格為總直徑為2 1/4~2 3/4英寸，總長(zhǎng)為15～17英寸，其優(yōu)選總直徑為2 1/2英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為16英寸。外殼631有一具有錐度的端部638，其直徑小于2英寸；還有一長(zhǎng)度為2英寸的頸部，用于將頸部640插入尾部排氣管22”以獲得合適的配合效果。該稍尖錐端642有一2英寸長(zhǎng)段，其中有一個(gè)直徑為2英寸的排氣孔開(kāi)口644。每個(gè)芯殼632和基芯634的實(shí)際規(guī)格為總直徑為2 3/8英寸，長(zhǎng)度2英寸。間隔擋圈636的實(shí)際規(guī)格為總直徑2 3/8英寸，長(zhǎng)度1英寸。這樣，轉(zhuǎn)化器530的總長(zhǎng)為11英寸。
第九實(shí)施方案700詳述圖10示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器730的第九實(shí)施方案700。該第九實(shí)施方案700包括一個(gè)裝在罐狀外殼731中的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器730，它和第七實(shí)施方案500基本相同，只是它具有一個(gè)帶有排氣孔744的稍尖錐端742。該稍尖錐端742也使外殼731中產(chǎn)生反壓，由此產(chǎn)生更多的熱量(+ΔT)，用于使在裝有整體基芯734的整體芯殼732中進(jìn)行的車(chē)輛廢氣的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)程度得以提高。此外，外殼731的稍尖錐端742也可減少噪聲，從而成為一個(gè)附加的車(chē)輛消音器。
外殼731的實(shí)際規(guī)格為直徑為2 1/4~2 3/4英寸，總長(zhǎng)為13～15英寸，其優(yōu)選總直徑為2 1/2，優(yōu)選長(zhǎng)度為14英寸。外殼731有一具有錐度的端部738，其直徑小于2英寸；還有一長(zhǎng)度為2英寸的頸部，用于將頸部740插入尾部排氣管22”以獲得合適的配合效果。該稍尖錐端742有一2英寸長(zhǎng)段，其中有一個(gè)直徑為2英寸的排氣孔開(kāi)口744。芯殼732和基芯734的實(shí)際規(guī)格為總直徑為2 3/8英寸，長(zhǎng)度為7英寸。
第十實(shí)施方案800詳述圖11示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器830的第十實(shí)施方案800。該第十實(shí)施方案800包括尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器830，它和第一實(shí)施方案130基本相同，只是它裝在一個(gè)更小的罐型外殼831中，該外殼包含一個(gè)內(nèi)裝基芯834的較小直徑芯殼832。該催化轉(zhuǎn)化器830適用于小型摩托車(chē)、摩托車(chē)、草坪割草機(jī)和汽油發(fā)電機(jī)等機(jī)械。外殼831可推入尾部排氣管822的開(kāi)口端828，并用固定夾具836、焊接、卷邊等方法固定。
外殼831的實(shí)際規(guī)格為總直徑為1/2～1英寸，總長(zhǎng)為3～5英寸，其優(yōu)選總直徑為3/4英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為4英寸。外殼631有一稍具錐度的端部838，其直徑小于3/4英寸；還有一長(zhǎng)度為1英寸的頸部，用于將頸部840插入尾部排氣管822的尾管開(kāi)口828，以獲得合適的配合效果?；?34的實(shí)際規(guī)格為總直徑為23/32英寸，總長(zhǎng)2英寸。
第十一實(shí)施方案900詳述圖12的第十一實(shí)施方案900示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器930。該轉(zhuǎn)化器包括裝在罐形外殼931內(nèi)的一個(gè)芯殼932和一個(gè)基芯934，該外殼931通過(guò)夾子936與尾部排氣管22相連?；?34是一種電加熱催化劑，其中嵌有一個(gè)裝有傳感器942的熱電偶940。熱電偶的另一端和主計(jì)算機(jī)控制單元相連。在基芯934中央還嵌有加熱元件950，它通過(guò)一個(gè)陶瓷螺母952和罐形外殼931相連。其末端954與用來(lái)加熱加熱元件950的電池線(未示出)相連。電能由車(chē)輛上的交流發(fā)電機(jī)提供。
現(xiàn)有基芯襯底在廢氣的溫度達(dá)到大約400°F時(shí)開(kāi)始工作。典型地，要達(dá)到這一溫度需要3～4分鐘，時(shí)間的長(zhǎng)短取決于行駛速度。當(dāng)襯底的溫度達(dá)到400°F且工作效率為50％時(shí)點(diǎn)火。
本發(fā)明中，當(dāng)給電加熱元件950供能時(shí)，大約10秒鐘就可以達(dá)到400°F，以使點(diǎn)火更早，從而進(jìn)一步提高效率。
熱電偶940檢測(cè)基芯934的溫度。當(dāng)車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)，或當(dāng)基芯934的溫度低于400°F的任何時(shí)候，熱電偶940檢測(cè)到這一低于400°F的溫度，然后使加熱元件950被供能以立即加熱基芯934。當(dāng)溫度達(dá)到450°F時(shí)，已經(jīng)點(diǎn)著了火，這時(shí)熱電偶停止對(duì)加熱元件950供能。
第十二實(shí)施方案1000詳述圖13的第12實(shí)施方案1000示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030。如圖13所示，該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030基本上是常規(guī)結(jié)構(gòu)，并包括一個(gè)圓柱形外殼1032，其中裝有催化層疊材料1036制成的基芯1034，該基芯和排出的氣態(tài)污染物，如THC、NOx、NMHC、CO等發(fā)生反應(yīng)。該基芯1034有一個(gè)進(jìn)氣側(cè)或進(jìn)氣端1034a和一個(gè)出氣側(cè)或出氣端1034b。在基芯1034中嵌有一個(gè)小直徑的出氣管1040，該管有一進(jìn)氣端1042和一出氣端1044。在進(jìn)氣端142上裝有一個(gè)反壓釋放裝置1050，該裝置有一進(jìn)氣和出氣口1052和1054，用于釋放任何積累在進(jìn)氣端1034a處的過(guò)量反壓。
反壓釋放裝置1050可以是放氣閥、微型單向閥、微型卸壓閥或任何合適的裝置。在本第十二實(shí)施方案1000中，該反壓釋放裝置1050是放氣閥1050。該放氣閥1050總是開(kāi)著的，并且將其尺寸設(shè)計(jì)得在催化轉(zhuǎn)化器1030的進(jìn)氣端1034a處的反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)，可使廢氣只流經(jīng)進(jìn)氣管1060。如果使用單向閥或卸壓閥，它們通常是關(guān)閉的，且只在反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)才打開(kāi)。一根附加的進(jìn)氣管1060與壓力釋放裝置1050的進(jìn)氣口1052相連，用于容納所排放出的廢氣，如圖1A所示，當(dāng)尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030安裝在排氣系統(tǒng)10中時(shí)，可通過(guò)該進(jìn)氣管容納所排放出的廢氣來(lái)達(dá)到降低上述廢氣的反壓的目的。
如表6所示，在排氣系統(tǒng)10中采用未裝反壓釋放裝置的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，出現(xiàn)了氣體的反壓值超過(guò)預(yù)定值(大于7英寸水壓)的情況，這使排氣系統(tǒng)10的工作受到阻礙而且使排氣系統(tǒng)10的效率降低。采用帶有反壓釋放裝置1050的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030時(shí)，可使廢氣更加平穩(wěn)地排出，不會(huì)降低減少?gòu)U氣排出的效率，如表6所示。汽車(chē)過(guò)分加速、開(kāi)大油門(mén)行駛和車(chē)輛負(fù)載的陡增(爬一個(gè)陡坡)等都會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)10的反壓增加。
還可看出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030在使用中時(shí)，該催化轉(zhuǎn)化器1030將使廢氣在主催化轉(zhuǎn)化器16中的流動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，以使廢氣在主催化轉(zhuǎn)化器16中停留的附加停留時(shí)間內(nèi)，更充分地反應(yīng)以進(jìn)一步降低汽車(chē)行駛過(guò)程中從排氣系統(tǒng)10排出的氣體污染物的量。為獲得減少?gòu)U氣排出的適當(dāng)?shù)墓ぷ餍?，排氣系統(tǒng)10中廢氣的反壓應(yīng)為2～7英寸水壓。
外殼1032可用陶瓷、鋼、不銹鋼、鉻或其他合適材料制成?；?034可制成網(wǎng)狀、蜂窩狀或其他合適的通道結(jié)構(gòu)，以便容納催化劑層疊襯底1036。催化劑層疊物1036中含義一種貴重金屬。典型的催化劑有鉑、鈀、銠和/或鎳等。典型地，尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030的外殼1032的外徑在尺寸上和尾部排氣管22的內(nèi)徑非常接近。外殼1032的直徑可為1/2～8英寸，而其長(zhǎng)度可為3/4～11英寸，該尺寸取決于安裝它的車(chē)輛，如小汽車(chē)、卡車(chē)、摩托車(chē)、草坪割草機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)、和/或靜止內(nèi)燃機(jī)等。
基芯1034的優(yōu)選規(guī)格包括直徑，其大小與直徑為1-3/4英寸的尾部排氣管相匹配的，長(zhǎng)為1-3/4英寸，其單元含量為每平方英寸200～700個(gè)單元。典型地，尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030采用兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)這樣的基芯1034堆疊起來(lái)組成，或采用一個(gè)長(zhǎng)為6英寸的優(yōu)選單個(gè)基芯1034組成?；?034上涂有氧化鋁涂層，其含量約占總重量的12％(重量比)；基芯中有鍍鈀和鉑的催化層疊襯底1036，其中鈀和鉑的含量為每立方英寸30～50克，鈀/鉑比為2∶1～6∶1。
尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1030通過(guò)合適的固定夾具38固定在尾部排氣管22上，如圖1A和圖13所示。它也可用其他合適裝置，如軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊等固定。
第十三實(shí)施方案1100詳述圖14詳細(xì)地示出了尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1130的第十三實(shí)施方案1100。該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1130包括一個(gè)大型的罐形外殼1131，其中有一個(gè)大直徑的芯殼1132，芯殼內(nèi)裝有一個(gè)催化層疊材料1136制成的整體基芯1134(如第十二實(shí)施方案所述)。外殼1131的進(jìn)氣口1138處有一具有錐度的端部1140，該端部有一段頸部1142，用以可滑動(dòng)地插入尾部排氣管22的末端開(kāi)口28中；外殼的出氣口1144處有一具有錐度的端部1146，該端部有一段頸部1148，用以將廢氣排放到大氣中去。此外，如圖14所示，在外殼1131的進(jìn)氣口1138側(cè)面還包括一個(gè)圓形開(kāi)孔1150，用于容納一條L形進(jìn)氣管1152，該進(jìn)氣管的有一出口段1154，用來(lái)安裝反壓釋放裝置1050’。
反壓釋放裝置1050’可以是放氣閥、微型單向閥、微型卸壓閥或任何合適的裝置。在本第十三實(shí)施方案1100中，該反壓釋放裝置是一個(gè)微型單向閥1050’。單向閥1050’通常為關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)L形進(jìn)氣管1152的進(jìn)氣管開(kāi)口1152a處的反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)，該閥才打開(kāi)以泄放多余的廢氣。如果使用放氣閥，該閥總處在打開(kāi)狀態(tài)并設(shè)計(jì)為只有當(dāng)反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)多余的廢氣才會(huì)通過(guò)。如果使用卸壓閥，該閥通常為關(guān)閉狀態(tài)，僅當(dāng)反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)才打開(kāi)。單向閥1050’包括一個(gè)進(jìn)氣口1052’和一個(gè)出氣口1054’，其中進(jìn)氣口1052’與L形管1152的出口段1154相連，出氣口1054’與一個(gè)出氣管1156相連，用以將排氣系統(tǒng)10中產(chǎn)生的超量反壓釋放到大氣中去。外殼1131通過(guò)夾具38、焊接、卷邊等方法固定在尾部排氣管22的末端開(kāi)口28上。此外，外殼1131上的稍尖錐形結(jié)構(gòu)還可以減少噪聲，從而充當(dāng)一個(gè)附加的車(chē)輛消音器。
外殼1131的實(shí)際規(guī)格為總直徑為3 1/2～4 1/2英寸，總長(zhǎng)為3～15英寸，其優(yōu)選總直徑為4 1/8英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為4英寸。外殼1131有一個(gè)具有錐度的端部1140的進(jìn)氣口1138和一個(gè)具有錐度的端部1146的出氣口1144，該具有錐度的端部的直徑小于2英寸，用以將頸部1142插入尾部排氣管22的末端開(kāi)口28，以獲得一個(gè)合適的配合。裝有基芯1134的芯殼1132的實(shí)際規(guī)格為總直徑4英寸，長(zhǎng)4英寸。
第十四實(shí)施方案1200詳述圖15和16詳細(xì)示出尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1230的第十四實(shí)施方案1200。該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1230包括一個(gè)大型的罐形外殼1231，其中有一個(gè)大直徑的芯殼1232，芯殼內(nèi)裝有一個(gè)催化層疊材料1236制成的整體基芯1234(如第十二實(shí)施方案所述)。外殼1231的進(jìn)氣口1238處有一具有錐度的端部1240，該具有錐度的端部有一段頸部1242，用以可滑動(dòng)地插入尾部排氣管22的末端開(kāi)口28中；外殼的出氣口1244處有一具有錐度的端部1246，該具有錐度的端部有一段頸部1248，用以將廢氣排放到大氣中。此外，如圖16所示，在外殼1231的進(jìn)氣口頸部1242側(cè)面上有一個(gè)第一圓形開(kāi)孔1250，用于容納一條L形進(jìn)氣管1252，該進(jìn)氣管的有一個(gè)出口端1254，用來(lái)安裝反壓釋放裝置1050”；在外殼的出氣口頸部1248的側(cè)面上有一個(gè)第二圓形開(kāi)孔1260，該孔用于容納一根L形出氣管1262，該出氣管有一進(jìn)氣端1264，反壓釋放裝置1050”或反壓釋放閥1050”安裝在該進(jìn)氣端上。
反壓釋放裝置1050”可以是放氣閥、微型單向閥、微型卸壓閥或任何合適的裝置。在本第十四實(shí)施方案1200中，該反壓釋放裝置是一個(gè)微型卸壓閥1050”。卸壓閥1050”通常為關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)L形進(jìn)氣管1252的進(jìn)氣開(kāi)口1250處的反壓超過(guò)7英寸水反壓時(shí)，該閥才打開(kāi)以泄放多余的廢氣。如果使用放氣閥，該閥總處在打開(kāi)狀態(tài)并設(shè)計(jì)為只有當(dāng)反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)廢氣才會(huì)通過(guò)。如果使用單向閥，該閥通常為關(guān)閉狀態(tài)，僅當(dāng)反壓超過(guò)7英寸水壓時(shí)才打開(kāi)。反壓卸壓閥1050”包括一個(gè)進(jìn)氣口1052”和一個(gè)出氣口1054”，其中進(jìn)氣口1052”與L形管1252的出口段1254相連，出氣口1054”與出氣管1262的進(jìn)氣端1264相連，用以泄放排氣系統(tǒng)10中產(chǎn)生的過(guò)量反壓。外殼1231通過(guò)夾具38、焊接、卷邊等方法固定在尾部排氣管22的末端開(kāi)口28上。此外，外殼1231上的稍尖錐形結(jié)構(gòu)還可以減少噪聲，從而充當(dāng)一個(gè)附加的車(chē)輛消音器。
此外，尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1230還包括一層包在外殼1231外面的絕熱層1270。該絕熱層1270通過(guò)一個(gè)外部罐形殼1272定位，如圖15和16所示。
在操作中，采用一個(gè)帶有絕熱層的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1230時(shí)，由于在該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器1230的基芯1234中，廢氣的溫度仍然保持在一個(gè)相對(duì)較高的溫度(500°F～600°F)，因而與基準(zhǔn)情況相比廢氣的凈化效果得到提高。殼體1272用鋼、不銹鋼、鉻等合適材料制成。絕熱層1270可用高溫玻璃纖維、硅玻璃纖維、膨脹涂層材料、石棉等材料制成。
外殼1231的實(shí)際規(guī)格為總直徑為3 1/2～4 1/2英寸，總長(zhǎng)為3～15英寸，其優(yōu)選總直徑為4 1/8英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為4英寸。外殼1231有一個(gè)進(jìn)氣口1238和一個(gè)出氣口1244，兩口分別有一具有錐度的端部1240和1246，該具有錐度的端部的直徑小于2英寸，用以將頸部1242插入尾部排氣管22的末端開(kāi)口28，以獲得一個(gè)合適的配合。裝有基芯1234的芯殼1232的實(shí)際規(guī)格為總直徑4英寸，長(zhǎng)4英寸。絕熱層1270的厚度約為1/2英寸。帶絕熱層的輔助催化轉(zhuǎn)化器1230的總直徑為4 1/2～5 1/2英寸，其優(yōu)選的總直徑為5 1/8英寸。
本發(fā)明的帶反壓釋放裝置的催化轉(zhuǎn)化器已在不同的車(chē)輛排氣系統(tǒng)10中進(jìn)行了測(cè)試，其中有一輛1992年產(chǎn)克萊斯勒·切諾基，一輛1989年產(chǎn)的三菱Raider，和一輛1989年產(chǎn)的道奇Aires LE。在表6所示這些實(shí)驗(yàn)中，第十四實(shí)施方案1200的催化轉(zhuǎn)化器1230有一長(zhǎng)為8英寸直徑為5英寸的外殼1232，其上裝有一個(gè)反壓釋放放氣閥1050”，該閥有一個(gè)直徑為0.015英寸的小孔(表6中的孔#15)或直徑為0.017英寸的小孔(表6中的孔#17)?；?234的襯底直徑為3.66英寸，其每1英寸的催化層疊材料1236上有400個(gè)單元，該催化層疊材料1236的鈀/鉑比為2∶1。在A至F組測(cè)試中，該催化轉(zhuǎn)化器1230用夾具38固定并夾緊在尾部排氣管22的末端28上。C和D組測(cè)試分別使用外殼1232上帶和不帶絕熱層1270(如表6中的“無(wú)絕熱層”和“有絕熱層”所表示的)的催化轉(zhuǎn)化器1230，如圖16所示。在表6中，“3.66”是指基芯1234的直徑為3.66英寸，“基準(zhǔn)”是指A～F組測(cè)試中，不使用催化轉(zhuǎn)化器時(shí)對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。在A～F組測(cè)試中“模型(無(wú)涂層)車(chē)”是指基芯1234上沒(méi)有可進(jìn)行反應(yīng)的鈀/鉑襯底層1236。
表6中所示的測(cè)試結(jié)果表明在尾部排氣管22的末端28處安裝催化轉(zhuǎn)化器1230后，廢氣中THC、CO和NOx的含量大為減少。當(dāng)催化轉(zhuǎn)化器1230的外殼1232上包有絕熱層1270時(shí)所進(jìn)行的C組和F組測(cè)試的結(jié)果最佳，其中污染物THC的含量比基準(zhǔn)含量分別降低了20.0％和31.1％，污染物CO的含量比基準(zhǔn)含量降低了34.1％和19.2％，污染物NOx的含量比基準(zhǔn)含量分別降低了28.2％和71.1％。
表6測(cè)試組測(cè)試單元類(lèi)型 測(cè)試號(hào)制造商 車(chē)型 THC CONOx ％EffTHC ％EffCO ％EffNOxA 基準(zhǔn) 1 克萊斯勒 切諾基0.027 1130 0.110模型(無(wú)涂層)車(chē)2 克萊斯勒 切諾基0.042 1.827 0.102 -55.5 -43.9 7.33.66有小孔 #173 克萊斯勒 切諾基0.026 0.826 0.077 3.7 26.9 30.0B 基準(zhǔn)4三菱 RAIDER0.594 5.301 1.3283.66無(wú)小孔5三菱 RAIDER0.886 6.404 0.996 -15.5 -1.925.13.66有小孔 #158三菱 RAIDER0.525 4.011 0.961 11.624.3 27.6C 基準(zhǔn)7道奇 AIRES LE 0.420 9.098 0.4043.66有小孔 #15無(wú)絕熱層8道奇 AIRES LE 0.404 7.273 0.190 3.8 20.1 52.93.66有小孔 #15有絕熱層9道奇 AIRES LE 0.336 5.998 0.276 20.034.1 31.7D 基準(zhǔn) 10 克萊斯勒切諾基0.062 1.588 0.369模型(無(wú)涂層)車(chē) 11 克萊斯勒切諾基0.054 1.443 0.309 12.99.116.33.68有小孔 #17 12 克萊斯勒切諾基0.055 1.082 0.255 11.331.9 28.2E 基準(zhǔn) 13三菱 RAIDER0.223 2.241 0.6333.86無(wú)小孔 14三菱 RAIDER0.220 2.111 0.533 1.3 5.816.83.56有小孔 #15 15三菱 RAIDER0.169 1.529 0.607 24.231.5 4.1F 基準(zhǔn) 16道奇 AIRES LE 0.244 5.709 0.2903.86有小孔#15無(wú)絕熱層17道奇 AIRES LE 0.253 5.529 0.283 -3.7 3.22.43.66有小孔#5有絕熱層 18道奇 AIRES LE 0.168 4.611 0.082 31.119.2 71.7
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的一個(gè)基本優(yōu)點(diǎn)是提供了一種安裝在尾部排氣管末端處或其中的催化轉(zhuǎn)化器，可以進(jìn)一步降低廢氣的排放量以達(dá)到聯(lián)邦和各州的排放標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種安裝在尾部排氣管末端處或其中的催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器可以通過(guò)軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊等方法簡(jiǎn)便地連接到尾部排氣管的末端。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種可以安裝在尾部排氣管開(kāi)口末端內(nèi)部的催化轉(zhuǎn)化器，或作為尾部排氣管末端的延伸段。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種催化轉(zhuǎn)化器，這種催化轉(zhuǎn)化器在使用中不會(huì)使車(chē)輛的馬力降低或損失。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種催化轉(zhuǎn)化器，在安裝了本發(fā)明的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的車(chē)輛中，通過(guò)這種催化轉(zhuǎn)化器可使廢氣變得相當(dāng)清潔。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種帶反壓釋放裝置的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，該裝置可將排氣系統(tǒng)的反壓保持在一個(gè)預(yù)定的水平。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種帶反壓釋放裝置的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，該裝置可使超量的反壓從尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)向，并繞過(guò)內(nèi)芯，以保持系統(tǒng)的工作效率。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種帶反壓釋放閥的尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，該反壓釋放閥可以是放氣閥、微型單向閥、微型卸壓閥等，用以釋放在排氣系統(tǒng)中尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)氣口側(cè)存在的任何積累壓力，以保持系統(tǒng)的工作效率。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種用于尾部排氣管的催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器在每行駛50,000～100,000英里后才需要進(jìn)行更換。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種用于尾部排氣管的催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器可以用自動(dòng)和經(jīng)濟(jì)的方法大批量生產(chǎn)，并且較為便宜和耐用。
對(duì)前述發(fā)明公開(kāi)中所述的催化轉(zhuǎn)化器可以進(jìn)行修改、變化和替代，且在某些情況下，本發(fā)明的某些特點(diǎn)將在未使用其他特點(diǎn)的情況下采用。應(yīng)當(dāng)指出后續(xù)的權(quán)利要求，其敘述范圍較寬但仍與本發(fā)明的精神和范圍相一致。
權(quán)利要求
1．一種排氣系統(tǒng)，包括排氣管和一根尾部排氣管，安裝在排氣管中的主催化轉(zhuǎn)化器，和尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，其安裝在上述的車(chē)輛排氣系統(tǒng)的尾部排氣管中，上述尾部排氣管有一個(gè)開(kāi)口端，包括a)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)外殼和一個(gè)裝在該外殼中的催化材料內(nèi)芯；該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器有一個(gè)內(nèi)端和一個(gè)外端；b)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，裝在上述尾部排氣管內(nèi)，該轉(zhuǎn)化器的外端放置在距尾部排氣管開(kāi)口端6英寸的位置上；c)固定裝置，用于將上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器固定到套在它外面的上述尾部排氣管上去，以達(dá)到降低車(chē)輛廢氣排放量的目的；d)反壓釋放裝置，該裝置裝在尾部排氣管中，當(dāng)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)端的廢氣壓力增加到一個(gè)預(yù)定的壓力值以上時(shí)，該裝置通過(guò)使廢氣繞過(guò)上述內(nèi)芯分流來(lái)釋放壓力。
2．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述排氣系統(tǒng)中的反壓釋放裝置包括一個(gè)閥體機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以是放氣閥、單向閥或卸壓閥。
3．如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述閥體機(jī)構(gòu)可將反壓保持在2～7英寸水壓的范圍內(nèi)。
4．如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于該反壓釋放裝置包括一根從上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)芯向外延伸的管，該管有一個(gè)第一端，位于尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端；還有一個(gè)第二端，位于尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的外端，上述閥體機(jī)構(gòu)與該管的第一端相連，且安裝在尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端處。
5．如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述反壓釋放裝置包括一根管，該管有一個(gè)從上述外殼壁向外延伸的外段，該外段一直延伸到大氣，該管安裝在尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端，且上述閥體機(jī)構(gòu)與該管的外段相連。
6．如權(quán)利要求2所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述反壓釋放裝置包括一根第一管，該管在外殼的內(nèi)端處穿過(guò)外殼的外壁向外延伸；一根第二管，該管在外殼的外端處穿過(guò)外殼的外壁向外延伸，上述閥體機(jī)構(gòu)連在第一管和第二管之間。
7．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述催化材料是低溫點(diǎn)火型的，該材料有一層用鉑和銠，或鉑和鈀制成的催化襯底。
8．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述固定裝置可選用軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊及其等同物。
9．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器有一個(gè)催化材料制成的內(nèi)芯，該內(nèi)芯為一個(gè)整塊，放置在外殼中。
10．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的直徑為1/2~8英寸，長(zhǎng)為3/4～11英寸。
11．如權(quán)利要求1所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的直徑為3 1/2~4 1/2英寸，長(zhǎng)為3～15英寸；其優(yōu)選直徑為4 1/8英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為4英寸。
12．一種排氣系統(tǒng)，包括排氣管和一根尾部排氣管，安裝在上述排氣管中的主催化轉(zhuǎn)化器，和尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，其安裝在上述的車(chē)輛排氣系統(tǒng)的尾部排氣管中，上述尾部排氣管有一個(gè)開(kāi)口端，包括a)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器，該轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)外殼和一個(gè)裝在該外殼中的催化材料內(nèi)芯；該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器有一個(gè)內(nèi)端和一個(gè)外端；b)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的外殼，其有一段具有錐度的端部，用于將該外殼插入尾部排氣管的開(kāi)口端，以使該外殼的其余部分可從尾部排氣管的開(kāi)口端伸出；c)固定裝置，用于將上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器固定到套在它外面的上述尾部排氣管上去，以達(dá)到降低車(chē)輛廢氣排放量的目的；d)反壓釋放裝置，該裝置裝在尾部排氣管中，當(dāng)上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)端的廢氣壓力增加到一個(gè)預(yù)定的壓力值以上時(shí)，該裝置通過(guò)使廢氣，繞過(guò)上述內(nèi)芯分流來(lái)釋放壓力。
13．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述排氣系統(tǒng)中的反壓釋放裝置包括一個(gè)閥體機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以是放氣閥、單向閥或卸壓閥。
14．如權(quán)利要求13所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述閥體機(jī)構(gòu)可將反壓保持在2～7英寸水壓的范圍內(nèi)。
15．如權(quán)利要求13所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于該反壓釋放裝置包括一根從上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)芯向外延伸的管，該管有一個(gè)第一端，位于尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端；還有一個(gè)第二端，位于尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的外端，上述閥體機(jī)構(gòu)與該管的第一端相連，且安裝在尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端處。
16．如權(quán)利要求13所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述反壓釋放裝置包括一根管，該管有一個(gè)從上述外殼壁向外延伸的外段，該外段一直延伸到大氣，該管安裝在尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)端，且上述閥體機(jī)構(gòu)與該管的外段相連。
17．如權(quán)利要求13所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述反壓釋放裝置包括一根第一管，在外殼的內(nèi)端處穿過(guò)外殼的外壁向外延伸；一根第二管，在外殼的外端處穿過(guò)外殼的外壁向外延伸，上述閥體機(jī)構(gòu)連在第一管和第二管之間。
18．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述催化材料是低溫點(diǎn)火型的，該材料有一層用鉑和銠，或鉑和鈀制成的催化襯底。
19．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述固定裝置可選用軟管夾、消音器夾、壓縮管接頭、固定托架、固定螺釘、焊接、卷邊及其等同物。
20．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器有一個(gè)催化材料制成的內(nèi)芯，該內(nèi)芯為一個(gè)整塊，放置在外殼中。
21．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的直徑為1/2~8英寸，長(zhǎng)為3/4～11英寸。
22．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的直徑為3 1/2~4 1/2英寸，長(zhǎng)為3～15英寸；其優(yōu)選直徑為4 1/8英寸，優(yōu)選長(zhǎng)度為4英寸。
23．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述外殼的其余部分的直徑比尾部排氣管的直徑大。
24．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述外殼的其余部分的直徑和尾部排氣管的直徑基本相等。
25．如權(quán)利要求12所述的排氣系統(tǒng)，其特征在于上述外殼有一個(gè)進(jìn)氣端和一個(gè)排氣端，這兩端均有一段錐形段，以形成一個(gè)尺寸遞減的開(kāi)口，用于減少噪聲并將尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器的反壓保持在2～7英寸水壓之間。
26．如權(quán)利要求12所述所述的排氣系統(tǒng)，它還包括一個(gè)包在上述外殼外面的第二外殼，兩者之間有一間隙；在該間隙中裝有絕熱物質(zhì)，以防止內(nèi)芯熱量的散失。
全文摘要
一種安裝在尾部排氣管(22)上的催化轉(zhuǎn)化器(1030),可進(jìn)一步減少?gòu)呐艢庀到y(tǒng)(10)中排出的車(chē)輛廢氣,從而符合聯(lián)邦和各州政府制定的更加嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器(1030)包括一個(gè)陶瓷或鋼制的外殼(32),該外殼尺寸相對(duì)較小,其直徑為1/2～8英寸,長(zhǎng)為3/4～11英寸。該外殼(32)包括一個(gè)用催化層疊材料制成的基芯(34),該基芯與廢氣中的污染物,如NOx、NMHC、HC、CO等發(fā)生反應(yīng)。上述污染物還可通過(guò)基芯(34)的蜂窩或網(wǎng)狀層中所含的典型催化材料如鉑、鈀、銠等進(jìn)一步被減少和氧化,該基芯裝在位于尾部排氣管中的催化轉(zhuǎn)化器(1030)內(nèi)。該催化轉(zhuǎn)化器(1030)安裝在尾部排氣管(22)內(nèi)部靠近開(kāi)口端的位置上或作為尾部排氣管(22)末端的延伸段。該尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器(1030)通過(guò)適當(dāng)裝置(38)固定,如夾具、固定螺釘、固定托架等。該轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)反壓釋放裝置(1050’)。此外,本尾部排氣管催化轉(zhuǎn)化器還可用于其他車(chē)輛,如卡車(chē)、摩托車(chē)、或其他氣體壓縮發(fā)動(dòng)機(jī),即草坪割草機(jī)。
文檔編號(hào)F01N13/08GK1224482SQ97194768
公開(kāi)日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1997年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月19日
發(fā)明者馬克·蒂姆科 申請(qǐng)人:馬克·蒂姆科