[发明专利]用于污染控制装置的低剪切安装垫

说明书

处理废气的装置，诸如催化式排气净化器或柴油机颗粒捕集器。所述装置包括通过安装垫安装在外壳内的脆性结构，所述安装垫布置在外壳和脆性结构之间的间隙中。

废气处理装置用于汽车上以降低发动机排放物的大气污染。广泛使用的废气处理装置的实例包括催化式排气净化器、柴油机颗粒捕集器及其他污染控制装置。

用于处理汽车发动机的废气的催化式排气净化器包括外壳、用于保持用以进行一氧化碳和烃的氧化和氮氧化物的还原的催化剂的脆性催化剂承载结构和布置在脆性催化剂承载结构的外表面与外壳的内表面之间以将脆性催化剂承载结构弹性保持在外壳内的安装垫。

用于控制由柴油发动机产生的污染的柴油机颗粒捕集器通常包括外壳、用于收集来自柴油发动机排放物的颗粒的脆性颗粒过滤器或捕集器、和布置在过滤器或捕集器的外表面与外壳的内表面之间以将脆性过滤器或捕集器结构弹性保持在外壳内的安装垫。

脆性结构通常包含由金属易碎材料或脆性陶瓷材料诸如氧化铝、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、堇青石、碳化硅等制成的单片结构。这些材料提供具有多个气体流动通道的骨架型结构。这些单片结构可以是如此脆弱，以至于即使小的冲击载荷或应力也经常足以破裂或压碎它们。为了保护脆性结构免受热和机械冲击和其他上述的应力，以及为了提供热绝缘和气密性，使安装垫位于脆性结构与外壳之间的间隙中。

所用的安装垫材料应当能够满足由脆性结构制造者或废气处理装置制造者所提出的许多设计或物理要求中的任何一个。例如，该安装垫材料应当能够在脆性结构上产生有效的残留保持压力，即使当废气处理装置经历大范围的温度波动时也应当如此，该大范围的温度波动引起了金属外壳相对于该脆性结构而言明显的膨胀和收缩，这依次引起了安装垫在一定的时期内明显的压缩和释放循环。

在废气处理装置中所用的陶瓷和金属基底大部分时候安装在具有基于无机纤维的安装垫的金属外壳内。该安装垫材料可仅含有无机纤维。然而，该安装垫材料还可含有其他类型的纤维、有机粘合剂、无机填料和/或膨胀性材料。

安装垫必须在宽范围操作温度内起作用以有效地将基底保持在适当的位置。基底由于振动而经受作用在基底上的轴向力。安装垫还对金属外壳比基底本身更大或更小地膨胀的事实进行补偿。各种废气处理装置在约20℃的环境条件至约1200℃的整个温度范围内操作。因此，安装垫必须在该宽温度范围内提供稳固的保持压力性能。

从更有效的发动机设计或柴油驱动车辆数量的增加而言，由于低温应用变得越来越普遍，因此对于安装垫能够在低温和高温二者中都表现出色的要求增加。

在诸如涡轮增压直喷式(TDI)柴油驱动车辆的低温应用中，废气温度通常为约150℃且可能不会超过300℃。已经在本领域中观察到，在这类车辆中使用的用典型膨胀垫组装的废气处理装置以出乎意料的高频率失效。

虽然不希望受理论限制，但造成这些失效的一个原因可能是废气的温度太低而不能迅速烧尽有机粘合剂，所述有机粘合剂在周围温度至约350℃的温度范围内可至少部分地液化。“至少部分地液化”是指有机粘合剂变软，以粘度降低为特征，使得有机粘合剂可至少部分地流动。随着有机粘合剂开始液化，安装垫内的纤维可开始彼此滑动，使得安装垫致密，这导致负膨胀和安装垫的剪切强度和保持力损失。从室温至约200℃，保持力逐渐损失。然而，保持力从约200℃至约250℃迅速损失。当随后用于低温应用时，垫可能不能对脆性结构提供足够的压力，且使用该安装垫的废气处理装置会失效。

在高于350℃的温度下，通常存在于安装垫中的膨胀粒子膨胀并增加垫对脆性结构的保持力。然而，在诸如安装垫不会经历高于350℃的温度的上述那些应用的应用中，膨胀性材料不暴露于足以导致其膨胀的温度，且安装垫不会受益于由该膨胀引起的保持力增加。

先前已经进行了改善废气处理装置的安装垫材料的低温性能的尝试。一种这样的尝试涉及将膨胀性粒子包括在安装垫中，其在有机粘合剂具有不利的影响的整个温度范围内发生膨胀(即，体积增加)。不幸的是，这样的膨胀粒子在如下温度下连续膨胀，该温度远高于有机粘合剂对垫性能表现出它们的不利影响的温度；且因此在较高温度下提供不合需要的膨胀。

在工业中所需的是用于废气处理装置的柔性安装垫，其能够容易地安装，并且其能够在宽范围的入口气体温度内起作用，而没有垫厚度和相应的剪切强度和保持压力性能的明显损失。

图1显示包括本发明的安装垫的说明性废气处理装置的片断图。

图2为与现有技术的安装垫相比，用以测试本发明的安装垫的设备的简化示意图。