[发明专利]复合排气元件

说明书

本发明涉及一种复合排气元件。所述复合排气元件包括由复合材料制成的外壳(1)和内部热保护体(2)。所述内部热保护体(2)包括：高温绝热材料层(21、22)，和为所述高温绝热材料层提供摩擦保护的内衬(20)。所述内衬(20)是耐高温织物。

技术领域

本发明涉及一种复合排气元件，具体涉及用于机动车辆的排气系统中的复合排气元件。

背景技术

汽车的燃料效率已成为至关重要的问题，特别是因为环境顾虑的增加、更严格的立法和油价的上涨。提高效率的一种方法是降低油耗。这可以通过减小汽车组件的重量来实现。

一种减重方法是用轻质复合材料(例如，纤维强化型树脂复合物)替换汽车排气系统的金属部件。然而，复合材料在高温下经常不稳定。由于排出气可以达到800℃～1000℃的温度，这些复合材料需要热保护。

美国专利第5,400,830号提出，通过在用复合材料制成的外管内部设置绝热层来构造汽车排气管道。该管设置有薄壁金属内衬来保护所述绝热层不会受到管道内部导流的排出气的摩擦。然而，金属管仍会增大总重量，并且在吸音方面性能较低。

为了进一步减少排气系统的重量，已提出用金属网来替换金属内管。金属网将绝热层固定在适当位置并改善管道的声学性质。绝热层往往是高温纤维棉垫或纤维垫，其纤维容易受到穿过金属网孔的排出气的侵蚀。遭到侵蚀的绝热物的绝热性降低，并可能导致外层复合管的破裂或熔化。此类排气管道未获得长期稳定性。

需要声学性能良好的轻质排气元件。具体而言，需要这样的排气元件：其中，用复合材料替换了金属部件，并提供相同或更佳的声学性能。

发明内容

根据本发明，提供了一种复合排气元件，其包括：由复合材料制成的外壳；和内部热保护体。所述内部热保护体包括：高温绝热材料层，和为所述高温绝热材料提供摩擦保护的内衬。所述内衬是耐高温的织物。

外壳的复合材料受到内部热保护体的热保护。其内侧上的内部热保护体能够承受在排气元件内部流动的排出气的高温，所述温度可以高达1000℃，即，热保护体的耐热温度能够承受这些温度。在其外侧，内部热保护体使温度下降至外壳的复合材料可以承受的温度。所述外部温度可以低至200℃～250℃。

内部热保护体包括高温绝热材料层。为了保护该高温绝热材料层不受经由排气元件导流的排出气的摩擦，设置了由耐高温织物制成的内衬，并使其与高温绝热材料层的内侧邻接。

对高温绝热材料的摩擦或侵蚀是由排气系统中通常有毒的或氧化性的气氛的机械冲击或化学冲击引起的。通过织物内衬，可以防止或尽量减少排出气与高温绝热材料的直接接触。

此外，织物内衬的声音性质与金属网内衬相同或甚至有所提高。然而，金属网内衬容易被腐蚀，并且没有为高温绝热材料层提供很多摩擦保护。

在织物中，纤维以网络结构结合，例如，形成织物的纱线或丝线。与纤维原料(例如，高温绝热材料的无纺层或纤维棉层的纤维原料)相比，单独的纤维不易受到经过的气流的摩擦。令人惊奇的是，织物内衬不受气流侵蚀。除了以网络结构结合的纤维外，另一个原因可能是织物内衬的表面粗糙度较低，这似乎使摩擦过程失去了目标物。

织物可以以各种密度制造，并且可以提供不同的表面粗糙度。因此，其提供了广阔范围的摩擦保护，包括吸音方面的灵活性、尤其是内衬的声音透明性。利用表面粗糙度也可以影响排气元件的反压，从而以较小的表面粗糙度保持较低的反压。

在使用本发明的复合排气元件时，排气系统的吸音能力可以得到改善，例如符合法律要求的响度限制。由此，甚至消声器都可以变得过时或可以缩小尺寸。由于本发明的复合排气元件比金属排气部件具有更高的绝热性，所以通常设置在机动车辆的排气系统和底部之间的热屏障也可以省略或缩小。利用本发明的复合元件的这两种性质，可以明显减小排气系统的重量。通常，市售的消声器的重量超过排气系统总重量的一半。