專利名稱：內(nèi)燃機(jī)節(jié)油及尾氣四元催化凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域是內(nèi)燃機(jī)節(jié)能與尾氣凈化技術(shù)。
伴隨著汽車及內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車及內(nèi)燃機(jī)的保有量急劇膨脹。世界各國(guó)不斷制定越來越嚴(yán)格的汽車及內(nèi)燃機(jī)排污標(biāo)準(zhǔn)。由于石油危機(jī)，CO2氣體的室溫效應(yīng)等因素，對(duì)汽車及內(nèi)燃機(jī)的能源消耗及尾氣排放提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)加州的低排放(LEV)和超低排放(ULEV)法；歐洲的II號(hào)、III號(hào)、IV號(hào)標(biāo)準(zhǔn)等。我國(guó)在2001年1月后對(duì)于新車也要執(zhí)行歐洲II號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。因此需要開發(fā)出更高凈化效率的汽車及內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化技術(shù)及節(jié)油技與之相配套。
內(nèi)燃機(jī)尾氣凈化技術(shù)在世界有近30多年的發(fā)展歷程，各種催化劑技術(shù)相繼開發(fā)，并投入到商業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)行的催化劑材料一般是用堇青石燒結(jié)體加上Pt-Ph及多種金屬氧化物的貴金屬三元催化劑，還有不銹鋼纖維加上Pt-Ph及多種金屬氧化物的貴金屬三元催化劑等。上述催化劑技術(shù)及材料對(duì)一般汽油內(nèi)燃機(jī)尾氣中有害物質(zhì)有較高的催化轉(zhuǎn)換效果，但對(duì)柴油機(jī)及直噴汽油機(jī)就不能適用。
由于柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，可靠性，耐久性及強(qiáng)勁的動(dòng)力使其在各類型的車輛及動(dòng)力機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。柴油機(jī)高空燃比，過量氧氣存在使燃料充分燃燒，節(jié)約燃料，增大了功率，降低了CO，HCX，CO2等的排放量，但高濃度氧導(dǎo)致了高的NOX及大量的碳顆粒產(chǎn)生，其尾氣凈化技術(shù)比汽油機(jī)尾氣凈化更難，更為復(fù)雜。一般情況下柴油機(jī)的尾氣中氣、液、固三相都存在。氣相是CO，HC，CO2，NOX，SO2等；液相有未燃燒的油料及潤(rùn)滑油；固相則是以碳顆粒及碳顆粒吸附的多種雜質(zhì)。目前，柴油機(jī)的凈化一般由顆粒捕捉過濾器/再生器，氧化催化器，還原催化等多種復(fù)合型凈化器，還有的采用廢氣再循環(huán)技術(shù)減少NOX等的排放。總之柴油內(nèi)燃機(jī)及直噴汽油內(nèi)燃機(jī)的四元尾氣治理要比三元尾氣治理更困難。
綜上所述的尾氣催化凈化器及系統(tǒng)有許多缺陷難于克服，如顆粒過濾器及再生器技術(shù)，顆粒過濾時(shí)不斷堆積在過濾器上，使排氣阻力增加，油耗上升；再生時(shí)還需要一套輔助系統(tǒng)才能完成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，為了達(dá)到凈化CO，HCX，NOX等還要加一套特殊三元催化系統(tǒng)。還原催化技術(shù)如日本本田公司的還原催化技術(shù)，運(yùn)行時(shí)需要不斷加入NH3/尿素等還原劑，還原NOX系統(tǒng)復(fù)雜，費(fèi)用高，可靠性差。其它類型的復(fù)合尾氣凈化技術(shù)還要提高內(nèi)燃機(jī)的油耗量，而不能被采用，節(jié)能與尾氣凈化減少排放的現(xiàn)有技術(shù)是矛盾的。人們急需一種低成本的CO，HCX，NOX及TPM顆粒的四元催化凈化技術(shù)，以滿足愈來愈嚴(yán)格的汽車及內(nèi)燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)與節(jié)能的要求。參考資料《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與環(huán)境保護(hù)》專利(CN1157368.CN1139951)本發(fā)明的目的是開發(fā)一種低成本、高效率的內(nèi)燃機(jī)節(jié)油與尾氣四元催化凈化器。使節(jié)油與尾氣四元催化凈化技術(shù)有機(jī)結(jié)合，達(dá)到既節(jié)油又減少有害氣體排放的目的。
本發(fā)明的原理一、對(duì)油料進(jìn)行電催化處理，使金屬離子Sn++、Cu++、Fe++、Ce+++等進(jìn)入油料中，上述金屬離子對(duì)油料有很強(qiáng)的催化作用，可降低自然點(diǎn)，降低碳顆粒及NOX的產(chǎn)生量。其化學(xué)反應(yīng)式為，氣缸中的金屬離子可以反復(fù)催化反應(yīng)，使碳顆粒及NOX減少，同時(shí)還可以節(jié)約5～10％左右的燃油。油料通過帶高壓電場(chǎng)的催化劑時(shí)帶上電荷，再噴入氣缸中，與空氣混合更充分，燃料氧化速度更快，燃料的滯燃期縮短，自然點(diǎn)降低，使碳顆粒及NOX大量減少，同時(shí)還節(jié)約5～10％左右的燃油。
二、尾氣通過特殊的金屬螺旋片組成的催化凈化器，螺旋片上的催化劑與尾氣中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如Cu-ZnO-NiO-Ce2O3、Ag-Al2O3-Ce2O3、Cu-Al2O3-NiO-Ce2O3、Ag-TiO2-NiO-CoO為主的催化劑，與尾氣中的有害物質(zhì)反應(yīng)，例如螺旋片上的高壓電場(chǎng)同時(shí)吸附了尾氣中的碳顆粒，若有碳顆粒阻塞螺旋片時(shí)，氣流會(huì)從另一側(cè)氣流通道流過，碳顆粒會(huì)在高壓電場(chǎng)及催化劑的作用下很快被氧化燒掉，使催化劑再生。其化學(xué)反應(yīng)式為，，，螺旋片結(jié)構(gòu)使氣流中有害物質(zhì)多次與不同類別的催化劑接觸反應(yīng)，使有害物質(zhì)被氧化或還原成無害物質(zhì)。供給燃油催化劑及尾氣催化劑的高壓電場(chǎng)，一般為10KV～40KV。根據(jù)不同的反應(yīng)窗口(A/F)，將催化劑組分成3～5段，以便廢氣在不同的溫度區(qū)內(nèi)催化反應(yīng)凈化。采用燃料處理及機(jī)內(nèi)凈化與機(jī)外尾氣催化凈化技術(shù)的結(jié)合，有效地解決了柴油機(jī)及直噴汽油機(jī)尾氣凈化的難題。
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)節(jié)油及尾氣四元催化凈化器，其中的前置催化器安裝在進(jìn)油管上，電子模塊安裝在車內(nèi)，電源與點(diǎn)火線開關(guān)相聯(lián)，尾氣凈化器安裝在排氣管的后部根據(jù)上述原理，試制了幾種不同的式樣進(jìn)行了多次試驗(yàn)，其中前置催化劑可使用Cu/Ce/Fe/Sn等為催化劑載體，電場(chǎng)電壓一般為10～40Kv左右為好。尾氣四元催化凈化器中的催化劑一般用Cu-ZnO.NiO-Ce2O3，Cu-Al2O3.NiO-Ce2O3，Ag-Al2O3-Ce2O3，Ag-TiO2-Ce2O3等組合，效果好，螺旋片上的電場(chǎng)電壓一般為10～60Kv左右效果較好，一般用3～5段較好。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)一是前置催化器向燃油自動(dòng)添加催化劑及燃油帶電荷，使燃料與空氣混合更均勻，燃燒更均勻，NOX及顆粒更少，可節(jié)約10～15％的燃油；二是尾氣單元催化凈化器中的金屬螺旋片及高壓電場(chǎng)，解決了顆粒捕捉及再生的問題；三是尾氣四元催化凈化器中的金屬螺旋片及高壓電場(chǎng)，解決了尾氣治理中的排氣阻力增大的問題；四是前置催化劑加尾氣四元催化凈化器解決了節(jié)油與尾氣凈化耗油的矛盾；五是采用本發(fā)明后內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)積碳大量減少，有利于內(nèi)燃機(jī)的保護(hù)，不用Pt-Ph等金屬，降低了成本。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)節(jié)油與尾氣四元催化凈化器，其特征是電子模塊(6)分別向前置催化器中的催化劑(10)及尾氣四元催化凈化器中的螺旋片催化劑組(3)提供高壓電場(chǎng)；燃油通過催化劑(10)時(shí)帶上電荷并與催化劑(10)反應(yīng)；尾氣通過帶高壓電場(chǎng)的螺旋片催化劑組(3)時(shí)，其中的有害物質(zhì)碳顆粒，NOX等被吸附并與之發(fā)生氧化還原反應(yīng)。
2.據(jù)權(quán)利要求(1)所述一種內(nèi)燃機(jī)節(jié)油與尾氣四元催化凈化器，其特征是前置催化器由催化劑(10)、塑料絕緣層(8)、高壓導(dǎo)電柱(9)及外殼(7)構(gòu)成；尾氣四元催化凈化器由外殼(1)、陶瓷環(huán)(2)、螺旋片催化劑組(3)、石英砂填料(4)、高壓導(dǎo)線柱(5)及電子模塊(6)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求(1)所述一種內(nèi)燃機(jī)節(jié)油與尾氣四元催化凈化器，其特征是前置催化劑(10)由Cu/Sn/Fe/Ce等材料構(gòu)成；尾氣四元催化凈化器的螺旋片催化劑組(3)由Cu-ZnO·NiO-Ce2O3Cu-Al2O3·NiO-Ce2O3，Ag-Al2O3·NiO-Ce2O3Ag-TiO2·NiO-Co2O3等構(gòu)成
4.根據(jù)權(quán)利要求(1)(2)所述一種內(nèi)燃機(jī)節(jié)油與尾氣四元催化凈化器，其特征是電子模塊(6)向催化劑(10)及螺旋片催化劑組(3)分別提供高壓電場(chǎng)，電場(chǎng)電壓為10KV～60KV。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)節(jié)油及尾氣四元催化凈化器，其前置催化器中有催化劑(10)、塑料絕緣層(8)、高壓導(dǎo)線柱(9)、外殼(7)等構(gòu)成；尾氣四元催化凈化器中有凈化器的外殼(1)、陶瓷絕緣環(huán)(2)、螺旋片催化劑組(3)、石英砂填料(4)、高壓導(dǎo)線柱(5)及電子模塊(6)構(gòu)成。燃油通過催化劑(10)后，在高壓電場(chǎng)的作用下與缸內(nèi)空氣混合燃燒，可降低NO
文檔編號(hào)F02M27/02GK1396380SQ0112044
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月16日
發(fā)明者賴志勤 申請(qǐng)人:賴志勤