集成有催化劑殼體的排氣歧管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001](相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用）
[0002] 本申請(qǐng)基于2013年9月18日提交的日本專利申請(qǐng)No . 2013-192682要求享有優(yōu)先 權(quán)，該日本專利申請(qǐng)的全部公開內(nèi)容通過(guò)參引并入本文。
[0003] 本發(fā)明涉及用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的集成有催化劑殼體的排氣歧管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 集成有催化劑殼體的排氣歧管(也稱為歧管轉(zhuǎn)化器)是用于車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)的其中 一個(gè)排氣部件，其具有用于收集來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的排氣的排氣歧管（也縮寫為 %1^ &11〇、以及與排氣歧管直接連通的催化轉(zhuǎn)化器。例如，專利文獻(xiàn)1(日本專利未審特開 No. 2000-204945A)的圖8示出了排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);在該排氣系統(tǒng)中，催化劑殼體布置在用于 V型多缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管的緊下游。專利文獻(xiàn)1詳細(xì)地公開了排氣歧管的結(jié)構(gòu)，但沒有公 開催化劑殼體的結(jié)構(gòu)。例如，如本公開的圖15中示出的，常規(guī)的歧管轉(zhuǎn)化器由下述一些部件 組成:排氣歧管殼91、殼體主體96、錐形部(入口側(cè)殼)97以及出口側(cè)殼98。排氣歧管過(guò)去慣 于被提供為一體式鑄造產(chǎn)品。近來(lái)，為了滿足對(duì)輕量化的一般要求，通過(guò)金屬壓制而制造出 的排氣歧管變得普及，從而現(xiàn)今主要使用的是下述類型的排氣歧管，其中：通過(guò)壓制而形成 的兩個(gè)半殼(91A、91B)被焊接在一起以形成歧管殼91的整個(gè)外殼。這同樣適用于布置在殼 體主體96的下游側(cè)的外側(cè)殼98,從而可以看到兩個(gè)壓制的半殼(98A、98B)被焊接在一起以 形成外側(cè)殼98的整個(gè)殼這樣的設(shè)計(jì)。應(yīng)當(dāng)指出的是，大致筒狀的殼體主體96可以通過(guò)鋼板 的滾乳加工而形成，大致錐形部97可以通過(guò)金屬筒狀件的壓制而形成。
[0005] 引用列表
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1:日本專利未審特開No. 2000-204945A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 技術(shù)問(wèn)題
[0009] 本公開提出了以下分析。
[0010] 在示出為圖15中的示例的常規(guī)的歧管轉(zhuǎn)化器中，使用了多達(dá)六個(gè)組成部件，即，形 成排氣歧管的兩個(gè)半殼91A、91B;錐形部97;殼體主體96;以及形成出口側(cè)殼的半殼98A、 98B。由于組成部件的數(shù)量較多，因此用于相互連接的焊接點(diǎn)(焊縫）的數(shù)量以及焊接長(zhǎng)度必 然會(huì)增加。另外，還需要例如用于提供相鄰的部件之間的焊縫的搭接公差的操作。在這些情 況下，根據(jù)制造歧管轉(zhuǎn)化器的常規(guī)方法，操作步驟的數(shù)量增加，從而難以降低制造成本。 [0011]此外，為了滿足現(xiàn)在變得更加嚴(yán)格的針對(duì)排氣的規(guī)定，并且為了滿足日益增加的 對(duì)降低燃料成本的需求，在排氣系統(tǒng)的最上游側(cè)中流動(dòng)的、特別是在歧管轉(zhuǎn)化器的情況下 在排氣歧管和錐狀(錐形)部中流動(dòng)的排氣的溫度不可避免地被設(shè)定得較高。這種高溫設(shè)定 會(huì)導(dǎo)致歧管轉(zhuǎn)化器部件的表面溫度升高。因此，迫切需要使用具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度的SUS (不銹鋼）。然而，通常而言，由高溫強(qiáng)度優(yōu)異的SUS制成的板(或片材)難以成型。因此，為了 使用由SUS制成的這種(難以成型的）板作為形狀復(fù)雜的歧管轉(zhuǎn)化器部件的坯件，本領(lǐng)域中 需要確立一種新的成型技術(shù)。
[0012] 本公開的目的在于提供這樣的一種集成有催化劑殼體的排氣歧管(歧管轉(zhuǎn)化器）， 該集成有催化劑殼體的排氣歧管能夠減少其部件以及其部件之間的焊接點(diǎn)的數(shù)量，由此能 夠節(jié)省制造成本。本公開的另一目的在于提供這樣的一種制造集成有催化劑殼體的排氣歧 管的方法，該方法能夠通過(guò)使用高溫性能優(yōu)異但難以成型的鐵基材料而減少排氣歧管的部 件的數(shù)量。
[0013] 問(wèn)題的解決方案
[0014] 本公開的第一方面涉及集成有催化劑殼體的排氣歧管。該集成有催化劑殼體的排 氣歧管包括排氣歧管部段和催化劑殼體部段。催化劑殼體部段具有保持催化劑載體的大致 筒狀的殼體主體、將殼體主體與排氣歧管部段相互連接的錐形(錐狀)部、以及連接至殼體 主體的下游側(cè)的出口側(cè)殼。
[0015] 排氣歧管部段和催化劑殼體部段通過(guò)特制坯件的壓制成型而形成，所述特制坯件 通過(guò)焊接材料種類不同和/或厚度不同的至少兩個(gè)金屬坯件而形成。排氣歧管部段和催化 劑殼體部段的錐形部由同一金屬坯件形成。
[0016] 更優(yōu)選地，在上述集成有催化劑殼體的排氣歧管中，催化劑殼體部段的殼體主體 和出口側(cè)殼由與形成排氣歧管部段和錐形部的金屬坯件不同的至少一個(gè)金屬坯件形成。
[0017] 根據(jù)第一方面，排氣歧管部段和催化劑殼體部段源自于特制坯件，并且排氣歧管 部段和催化劑殼體部段通過(guò)特制坯件的壓制成型而被一體地預(yù)先成型。因此，能夠減少所 需組裝的部件的數(shù)量。另一方面，由于部件數(shù)量的減少，組裝時(shí)所需的焊接點(diǎn)(焊縫)的數(shù)量 會(huì)減少，同時(shí)總焊接長(zhǎng)度也會(huì)減小，從而制造成本可以降低。此外，排氣歧管部段和催化劑 殼體部段的(處于最上游區(qū)域的)錐形部由金屬坯件中形成特制坯件的一個(gè)金屬坯件形成， 即，由同一金屬坯件形成。因此，耐熱性等優(yōu)良的昂貴的金屬坯件被指定作為所述同一金屬 坯件，以滿足高水平的性能需求。另一方面，布置在催化劑殼體部段的中游區(qū)域中的殼體主 體和布置在催化劑殼體部段的下游區(qū)域中的催化劑殼體部段的出口側(cè)殼由與形成排氣歧 管部段和催化劑殼體部段的錐形部的金屬坯件不同的至少一個(gè)其它金屬坯件形成。因此， 耐熱性等不太優(yōu)良的相對(duì)便宜的金屬坯件被指定作為這樣的金屬坯件，以滿足節(jié)省成本的 需求。
[0018] 本公開的第二方面涉及制造集成有催化劑殼體的排氣歧管(本公開的第一方面） 的方法。即，該方法用于制造這樣的集成有催化劑殼體的排氣歧管，該集成有催化劑殼體的 排氣歧管包括排氣歧管部段和催化劑殼體部段;催化劑殼體部段具有保持催化劑載體的大 致筒狀的殼體主體、將殼體主體與排氣歧管部段相互連接的錐形部、以及連接至殼體主體 的下游側(cè)的出口側(cè)殼。
[0019] 該方法包括：
[0020] A)特制坯件制備步驟:將通過(guò)焊接至少兩個(gè)金屬坯件而形成的特制坯件制備為如 下金屬板:所述金屬板呈預(yù)壓平板形狀并且形成與完成的集成有催化劑殼體的排氣歧管的 一半形狀對(duì)應(yīng)的半殼，其中所述至少兩個(gè)金屬坯件由材料種類不同和/或厚度不同的鐵基 金屬制成；
[0021] B)整體加熱步驟:將特制坯件整體加熱至700攝氏度至950攝氏度的高溫范圍； [0022] C)局部冷卻步驟:使冷卻塊與已經(jīng)加熱的特制坯件上包括設(shè)計(jì)成通過(guò)壓制而形成 錐形部的部分在內(nèi)的至少一個(gè)局部部分接觸，以使所述至少一個(gè)局部部分和所述至少一個(gè) 局部部分的相鄰區(qū)域冷卻至100攝氏度至600攝氏度的低溫范圍；
[0023] D)壓制成型步驟:在局部冷卻之后對(duì)特制坯件進(jìn)行壓制成型，以產(chǎn)生與集成有催 化劑殼體的排氣歧管的半殼對(duì)應(yīng)的三維形狀;以及
[0024] E)焊接步驟:使兩個(gè)通過(guò)步驟A至步驟D形成的半殼對(duì)接，并且在這兩個(gè)半殼的對(duì) 接部分處焊接這兩個(gè)半殼以完成集成有催化劑殼體的排氣歧管的整體形狀。
[0025] 在第二方面中，由鐵基材料制成的特制坯件是壓制產(chǎn)品（合起來(lái)對(duì)應(yīng)于完整的集 成有催化劑殼體的排氣歧管產(chǎn)品的兩個(gè)半殼中的一個(gè)半殼）的前體。在特制坯件中，在壓制 成型之后，形成錐形部（即，金屬坯件的一部分）和錐形部的相鄰部的至少一個(gè)被冷卻部 (即，冷卻塊接觸部）的溫度被設(shè)定至（100攝氏度至600攝氏度的）低溫范圍，而其余部分的 溫度被設(shè)定至(700攝氏度至950攝氏度的）高溫范圍。特制坯件在所謂的整體加熱/局部冷 卻的這種情況下被壓制成型。這是因?yàn)橄率鲈颍阂粋€(gè)壓制成型產(chǎn)品（一個(gè)半殼）中混合有 不同的部分，即，在較高溫度范圍中通過(guò)壓制難以產(chǎn)生裂紋或類似缺陷的一個(gè)部分、以及在 較低溫度范圍中難以產(chǎn)生裂紋或類似缺陷的另一部分。更具體地，因此，其余部分或由于未 與冷卻塊接觸而未被局部冷卻的部分由于高溫加熱而具有優(yōu)良的伸長(zhǎng)率屬性，即使特制坯 件被壓制成型為具有相對(duì)復(fù)雜的形狀也能如此。相比之下，在由于與冷卻塊接觸而被局部 冷卻的被冷卻部上，由于以下原因而容易導(dǎo)致裂紋或類似缺陷：如果構(gòu)成特制坯件的鐵基 材料具有非常優(yōu)良的伸長(zhǎng)率，那么拉應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致局部頸縮，從而導(dǎo)致過(guò)度變薄，由此容易出 現(xiàn)裂紋或類似缺陷。根據(jù)本公開，能夠通過(guò)局部(部分)冷卻來(lái)抑制鐵基金屬的特定部分的 伸長(zhǎng)，同時(shí)能夠保持該部分的高的屈服強(qiáng)度。因此，拉應(yīng)力幾乎不會(huì)被均勻地傳遞至局部冷 卻部和局部冷卻部的相鄰部分，因此，在這些部分中幾乎不會(huì)產(chǎn)生由于拉應(yīng)力而造成的局 部頸縮。因此，根據(jù)本公開，即使在通過(guò)對(duì)鐵基金屬進(jìn)行壓制成型而制造形成集成有催化劑 殼體的排氣歧管的半殼的情況下，通過(guò)(適于每個(gè)部分的）精確的溫度控制，能夠通過(guò)壓制 成型安全可靠地形成形狀相對(duì)較復(fù)雜的半殼。因此，根據(jù)該方法，通過(guò)使用高溫強(qiáng)度優(yōu)良但 難以成型的鐵基材料，能夠由數(shù)量相對(duì)較少的部件制造出集成有催化劑殼體的排氣歧管。 另一方面，由于能夠減少部件的數(shù)量，因此能夠減少焊接步驟即最后的組裝階段中焊接點(diǎn) 的數(shù)量，同時(shí)能夠減小總焊接長(zhǎng)度。
[0026]應(yīng)當(dāng)指出的是，在部分(或局部)冷卻過(guò)程中，一對(duì)冷卻塊更優(yōu)選地與已經(jīng)加熱的 特制坯件的被冷卻部的前后兩個(gè)表面接觸，即，所述被冷卻部被夾在兩個(gè)冷卻塊之間。這是 因?yàn)橥ㄟ^(guò)冷卻塊與已經(jīng)加熱的特制坯件的前后兩側(cè)接觸，已經(jīng)加熱的特制坯件的冷卻塊接 觸部(待被冷卻部)及冷卻塊接觸部的相鄰區(qū)域能夠在短時(shí)間內(nèi)無(wú)溫度差異地冷卻至100攝 氏度至600攝氏度的較低的溫度。
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