CN1108438C - 内燃机尾气流催化处理和消声装置及方法 - Google Patents

Abstract

一个特别用于双循环冲程发动机、在一单个单元里能降低噪音和处理污染物的筒。为降低噪音，该筒***中安装有几个相互之间成随机排列的管子。这样，尾气流被迫屡次改变方向，产生消音效果，使噪音降低。而且，这些管子上涂覆有催化物质，用来处理尾气流。这样，就减少了不希望有的污染物。由管子导致的尾气流的湍流也用于增加与催化剂的接触。因此，一单个筒就是尾气流消音与处理所必须的所有部件。

Description

内燃机尾气流催化处理和消声装置及方法

各类机动车、包括汽车、个人卡车、摩托车和助力车，很快成为全世界最流行的日常交通工具，而且正以上升的速度生产和销售。私人机动车的流行直接与它的发动机***，即内燃机有关，它产生相对有效和廉价的动力。但是，不带任何不利的结果而控制和利用这种动力是不可能的。内燃机工作时产生动力的同时还产生包括噪音和空气污染的排放。现在，努力去消除和减少内燃机燃烧后的污染已经和努力去增大这些发动机产生的输出力一样重要。

消音器和催化转换装置，这两个分开的单元是现在的汽车上常规采用的减小尾气噪音和空气污染的装置，它们分别装在尾气流的两个分开的阶段。消音器典型地设计成下列三种方式之一：(a)用参差的阻隔板；(b)用消音斜口(angling)；或(c)用玻璃纤维填塞。在汽车工业中，最常用的是参差的阻隔板消音器，因为它们有效、廉价且易于制造。

另一方面，催化转换装置典型地设计成下面两种方式：(a)用蜂窝材料；或者(b)用珠状颗粒材料(bead)。蜂窝材料和珠状材料上都涂覆有催化物质，它能使排出的尾气流中不想要的和有害的化合物在预定的催化反应中转化成无害的成分。

因此，传统上由这两个分开的装置互相独立地来完成排出的尾气流的噪音和空气污染处理。所以，传统的催化转换装置不能使尾气消音而传统的消音器不能催化处理排出的尾气。

对于小内燃机制造者来说，尤其重要的是必须同时降低尾气的噪音与污染，例如那些用于拖拉机、草场和院子维护装置，助力车、小型摩托车、清除雪和树叶的鼓风机和其他动力装置的内燃机，其降低尾气与噪音水平的要求也在上升。大多数这类小发动机装有小消音器，用来控制噪音水平。由于已有的小发动机制造商不希望改变消音器的设计，因此，该单元的典型设计是在已有的消音器中包括一小的金属基片催化剂用以控制有害尾气。这样，消音器与催化剂就不再互相独立了。

本发明涉及一用于内燃机，尤其是那种小型发动机和二冲程循环发动机的装置，它能在单个单元中同时降低尾气噪音和催化控制污染尾气。更具体地说，本发明涉及一个筒，它采用至少一个打了孔眼的和催化剂涂覆过的装置以同时降低与从汽油或柴油发动机排出来的尾气流有关的噪音与有害尾气。

本发明最好带有几个安装在消音筒中的催化剂涂覆过的中空部件，用来阻断进入的排出气体流的平行流动，因而迫使其减小速度和分贝水平。在本发明的一个优选实施例中，中空部件为管子，即截面可以是圆形或椭圆形的中空的近似圆柱体。但是，截面形状可以是任何方便的形状。管子可由传统的制造技术最好是由金属，但也可以由非金属如陶瓷制成。

管子表面上的催化剂涂覆层提供了减少尾气流中污染物含量所必须的催化反应。任何已有的适用于转化尾气流中有害化合物的催化剂涂覆层都可用作此目的。这类催化物的例子广为人知，如Domesle等人的美国专利5,496,788和Degussa AG的美国专利5,516,494。管子可随机地或按一规则的图案排列。这样，尾气的噪音与污染可在同一单元内由同一装置处理，因而避免了使用两个不同类型的装置。

管子最好以随机方式安装在筒里以附加促进非平行和湍流的尾气流，这类尾气流能有效降低噪音和促进催化剂/尾气的反应。

因此，本发明的一个特点是用于机动车内燃机排出的尾气流的催化处理和降低噪音的装置，包括有一个筒，它有一个入口和一个出口以及放在筒中的一组其上涂覆有尾气催化剂的管。交错或成角度排列在筒中的管用来破坏进入筒的入口的尾气流的层流，并产生湍流，并且在筒的出口与入口处产生压力差，因此尾气流在排出筒的出口之前能消除噪音。而且，尾气流与尾气催化剂的接触导致两者之间发生催化反应，因此尾气流在排出筒的出口之前能经催化处理。

本发明的另一个特点是机动车内燃机排出的尾气流的催化处理和降低噪音的方法。该方法包括让尾气流经过一有一个入口和一个出口和里面有一组其上涂覆有尾气催化剂的有孔管的筒。所述有孔管排列在筒中，排列方式为相互对齐、交错、成一定角度或这些方式的组合，用来阻断大致为层流的进入筒的入口和流经该部件的尾气流，使尾气流成湍流，并在筒的两端产生压力差，因而消除噪音。该方法进一步包括在湍流状态下，尾气流与尾气催化剂同时接触因而导致两者之间的催化反应的步骤。因而尾气流在排出筒的出口之前得以净化。

下面参考附图进一步说明本发明，其中：图1是在消音和催化处理筒单元中的几个管状部件的内部排列示意图。

参考图1来说明本发明的优选实施例。当发动机中的燃烧过程发生时，排出的尾气流直接进入入口管20，然后进入消音筒10。入口管20和出口管70可以在一条线上，或者也可以如图1所示错开。在消音筒10中，由于其中安装有的多个管子30，尾气流(图1中用箭头表示)被迫屡次改变流动方向。如图所示，管30是中空的近似的圆柱体，即截面是圆的。管子有圆柱形的壁，最好在其上有多个孔眼35。这些管子30迫使排出的尾气成湍流，因而产生消音效果。管子30在筒中的排列可以是交错的、对齐的或成角度的，还可以是它们的组合。图1说明管子30的取向是交错40，对齐50和成角度60的管子30对的组合。

消音筒10中的管子30除了用以阻隔尾气流的流动之外，还用以处理尾气流中的污染物。为完成这个任务，管子30的表面(里面和/或外面)涂覆有已知的和/或汽车尾气处理中通常使用的合适的催化剂，以例如把污染的排出气体催化转化成二氧化碳和水。这样，由于管子30上涂有的催化剂，尾气流和管子30之间的反应降低了尾气流中污染物的含量，同时，由于经过筒10由管子30产生的湍流和压力的下降使噪音水平降低。

沿管子30周边的孔眼35帮助在消音筒10中产生湍流。并且提高了尾气流和催化涂层之间的反应(能力)。

经过与消音筒10中的管子30接触后被处理过和消音的尾气由尾气排出管70排出消音筒10。

为进一步促进湍流，消音筒中的管子的多重性、特定的排列和尺寸是随机的，并可根据要求的使用(场合)，要求的噪音衰减/污染处理程度和发动机类型及大小而变化。

在一个优选的变型中，为进一步促进消音筒中的湍流，可在管子上随机地或以规则的图案打方便的形状的孔眼。这样，尾气进入管子并且至少一部分气流从管壁上的孔眼排出，从而增加了湍流。可在管子30的一端设有一阻隔板80，用以增加从孔眼排出的尾气流。每个管子上的孔眼的大小和排列也最好是随机的，并且可根据上述因素而变化。

这样，根据本发明的消音筒包含直径相等或不等的，以交错、对齐和/或成角度的关系(相互成45°～180°)而取向的管子，并且每个单独的管子有相似或不同的孔眼图案。

通过把管子焊接到消音筒上和/或把管子焊接在一起，通过把管子填塞在闭合的筒里，或通过任何已知的本领域中的常规的方法，把管子固定在消音筒中。

在优选的筒设置中，里面填塞和密封着高和长与筒的内径相等的管子。这样的设置使得管子紧凑对齐，端对端取向。这迫使尾气穿过管子而不是绕着它们，这影响催化反应和必要的阻隔效果。筒本身可由任何合适的金属材料制成，其截面可以是圆形、矩形或任何其它形状。本领域中已有的典型的筒的设计可用于本发明。

也可以在筒的内壁的任何部分采用一种不可燃材料如蛭石或陶瓷来降低管子的振动效果。

而且，可以在内壁上设置一个绝缘体来减少到筒的热量。

因此，根据本发明的装置提供了在一个单元中常规的小发动机消音器的消音效果和传统的催化转换器的污染处理过程。

这里描述的实施例也可以理解为只代表本发明的一个优选的实施例。这里所说的本发明的变型和改进对本领域的技术人员是很显然的，这也包括管子多样性的变化或使用非管状元件它们都包括在权利要求之中。

Claims (10)

1.一尾气流催化处理和消声装置，包括：

带一个入口和一个出口的筒，和置于所述筒中的其上涂覆有尾气催化剂的多个管，其特征在于，所述管上有多个孔眼，并交错排列所述管，以干扰大致以层流进入所述筒的入口的尾气流，并产生湍流和在所述筒的入口和出口之间产生压力差，因此使所述尾气流在排出所述筒的出口之前消除噪音，并且所述尾气流与所述尾气催化剂之间的接触导致两者之间产生催化反应，因此在所述尾气流排出所述筒的出口之前经过催化处理。

2.一尾气流催化处理和消声装置，包括：

带一个入口和一个出口的筒，和置于所述筒中的其上涂覆有尾气催化剂的多个管，其特征在于，所述管上有多个孔眼，并成一定角度关系排列所述管，以干扰大致以层流进入所述筒的入口的尾气流，并产生湍流和在所述筒的入口和出口之间产生压力差，因此使所述尾气流在排出所述筒的出口之前消除噪音，并且所述尾气流与所述尾气催化剂之间的接触导致两者之间产生催化反应，因此在所述尾气流排出所述筒的出口之前经过催化处理。

3.一种内燃机尾气流催化处理和消声装置，包括：

带一个入口和一个出口的筒，和置于所述筒中的其上涂覆有尾气催化剂的多个有孔管，其特征在于，所述管的排列方式为相互对齐、交错、成一定角度，或这些方式的组合。

4.如权利要求3所述的装置，还包括一个安装在所述管一端的阻隔板部件。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述筒的所述入口和出口在一条直线上。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于所述筒的所述入口和出口错开。

7.一种催化处理由内燃机排出的尾气流和降低其噪音的方法，包含：使所述尾气流进入有一个入口和一个出口的筒，所述筒里有多个其上涂覆有尾气催化剂的有孔管，其特征在于，所述管的排列方式为相互对齐、交错、成一定角度或这些方式的组合，以干扰大致以层流进入所述筒的入口并穿过所述部件的尾气流，从而产生所述尾气流的湍流和在所述筒的入口和出口之间产生压力差，因而所述尾气流在排出所述筒的出口之前消除噪音，并且同时，所述尾气流与所述尾气催化剂在湍流状态下接触，从而在两者之间产生催化反应，因此所述尾气流在排出所述筒的出口之前经过催化处理。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述管的一端安装有一个阻隔板部件。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述筒的所述入口和出口在一条直线上。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述筒的所述入口和出口错开。