[发明专利]汽车排放组件和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车排放组件的领域；并且更具体地涉及形成并容纳 在无缝外壳中的消声器和催化转化器等。

背景技术

广泛认可的是，内燃机的废气排放构成整个世界的空气污染的主 要源头。这些内燃机中的燃烧过程不可避免地导致进入废气流的某些 物质的产生，所述物质对于人类和其它动物和植物物种的健康和良好 状态是有害的。所关注的排放物包括微粒(炭烟)以及诸如CO、SO₂、 NO_X和未完全燃烧的碳氢化合物(HC)之类的气体。这些物质在燃烧 过程中与CO₂和H₂O一起产生，所述CO₂和H₂O是包含在燃料中的碳氢 化合物的完全氧化的产物。

市场力量和政府环境规定的结合已刺激了减轻或消除发动机废气 中的有害成分的产生的途径的研究和开发。汽车制造商和供应商已受 到由1965年的美国清洁空气法规(U.S.Clean Air Act)和美国及 其它国家的后来法规的控制和降低车辆尾气排放的挑战。响应于该法 规，发动机中的几乎每个系统都已被改进。结果，现代发动机较高效 地将燃料中潜在的化学能转化为有用的机械功，从而使其排放显著降 低。

由于消费者的偏爱和政府行动，迄今已将重大努力指向轿车中的 四冲程奥托发动机。虽然对于这些汽车发动机在排放降低上有进步， 但正在施加日益紧迫的限制。排放规定已同样扩展到其它公路用 (on-road)车辆，诸如公共汽车和卡车，其中许多采用了柴油机； 扩展到非公路用(off-road)车辆；并扩展到非推进用发动机，其中 许多是二冲程的。

有害排放物的减少大多归因于催化转化器的使用，废气流被导向 通过所述催化转化器。废气穿过包含适当的催化剂促进了进一步的化 学反应，该化学反应去除大部分有害的CO、NO_X和HC物质，将它们转 化为较良性的物质，诸如CO₂、O₂和H₂O。而且，当优化发动机操作参 数以实现降低的排放时，催化转化器与正时和燃料-空气混合物的计 算机驱动和自适应控制结合的使用给予发动机设计者很大灵活性。

虽然市场拉动来自通过在废气流中插置催化转化器实现的显著优 点，但对其制造仍有很大阻碍。希望的是，能使用可靠、高效和廉价 的构造过程制造转化器；并且在延长的使用寿命中保持耐久性和功能 性。然而，传统转化器无法提供这些希望的特征。

转化器构造必须生产气密的外壳，以便使废气仅在入口处进入并 仅通过出口排出。无法获得密封将有害地使废气泄漏，绕过催化剂的 有利作用并产生无法接受的噪音。在某些情况下，包含可燃气体的排 气的泄漏会导致发动机回火并损坏发动机系统的其它部分。泄漏还会 使车辆乘客暴露于CO和其它排放物的不健康的或危险的水平。另外， 已知泄漏会引起灾难性的车辆火灾。

可理解地，汽车制造商由若干因素被迫最小化或消除这些催化转 化器故障。作为高质量产品的供应商的制造商的声誉通过报告故障而 降级。另外，市场力和目前美国环境规定迫使汽车制造商保证汽车的 污染控制系统的所有方面的完整性和效能。更具体地，规定要求系统 功能在延长的时间段和里程中将汽车的排放物维持在建立的标准内。 任何故障使制造商承受昂贵的担保修理和麻烦的消费者的愤怒。

迄今为止，用于催化转化器的金属外壳主要落入三个广泛种类的 构造：“薄烤饼”或“蛤壳”形式、包裹形式和多件形式，其中每个 都封装承载催化活性材料的催化剂载体。

典型地，“薄烤饼”或“蛤壳”形式包括印模冲压的上壳和下壳， 该上壳和下壳彼此基本相同，并且具有相配的外周侧面凸缘，所述凸 缘被焊接在一起以位于包含外壳的纵向轴线的平面中。上壳和下壳成 形为形成内腔，催化剂载体通过一体地设置在壳体组件壳中的“L-形” 或其它已知支架或预先形成的结构安装在所述内腔中。

包裹形式的壳体由起初是片状并且形成为大体围绕催化剂载体的 材料制成。该形式也已知为“止血带包裹”，反应了其构造。外壳的 边缘必须在焊缝处接合，该焊缝基本延伸过转化器的全部轴向长度。 该构造中的入口和出口可作为包裹操作的一部分形成或较一般地可包 括单独的组件，该组件在片材形成后焊接到外壳的端部。