專利名稱：金屬載體汽車尾氣凈化消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及消除汽車尾氣污染和排氣噪聲污染的方法與裝置。汽車排放的尾氣中含有大量的有害物質(zhì)，如一氧化碳(CO)、碳?xì)?HC)、氮氧化物(NOx)等。采用催化反應(yīng)原理制成的汽車尾氣凈化消聲器(以下簡(jiǎn)稱凈化器)可將上述有害氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)害的二氧化碳(CO2)、水(H2O)和氮?dú)?N2)，從而達(dá)到徹底消除汽車尾氣污染的目的。
汽車尾氣凈化器和凈化消聲器已有許多專利，如美國(guó)專利US4418860，US3441381，以及中國(guó)專利CN1046586A，CN1041705A，CN2063981U，CN2053668UCN2052816U，CN2050473U，CN2065241U，90210486.1等。
以美國(guó)專利US3441381和中國(guó)專利90210486.1為代表的汽車尾氣凈化器，采用陶瓷蜂窩催化劑，金屬殼體與陶瓷蜂窩催化劑之間靠充填一層隔熱防震材料，來(lái)防止陶瓷體碎裂，但是，防止不了陶瓷蜂窩體因冷、熱交變溫度沖擊、特別是高溫時(shí)，陶瓷材料中的石英產(chǎn)生相變而導(dǎo)至陶瓷碎裂。其次，陶瓷蜂窩體傳熱性能較差，熱慣性大，升溫速率比金屬蜂窩低得多，催化劑起燃緩慢，冷起動(dòng)和怠速條件下的轉(zhuǎn)化率較差。因此，近幾年來(lái)，金屬載體催化劑得到了迅速發(fā)展。和陶瓷蜂窩體相比，其孔間壁厚可以做到0.07-0.15mm，故，面容比(表面積與體積之比值)要大的多，而且傳熱快，催化劑起燃迅速，耐熱沖擊及抗震性能均較好，它與殼體之間無(wú)須用隔熱、隔震材料包裹填充，因此，可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和制造工藝，避免了陶瓷蜂窩催化劑易破碎、壽命短的缺點(diǎn)。另外，現(xiàn)有的陶瓷和金屬載體催化劑，一般是擔(dān)載貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或稀土和其他非貴金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑。美、日、西歐基本采用鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)貴金屬催化劑。其優(yōu)點(diǎn)是起燃溫度低，低溫活性好，氧化、還原能力強(qiáng)。但是，只能限于在燃用無(wú)鉛并含有MTBE抗爆劑的汽油車上使用，而且會(huì)排放環(huán)烴帶來(lái)新的污染，加上其價(jià)格昂貴，抗鉛、硫中毒能力差，資源日趨枯竭。因此，各國(guó)都紛紛投入大量人力、財(cái)力開(kāi)發(fā)非貴金屬催化劑。如中國(guó)專利CN1046586A，CN1046473A。該催化劑用陶瓷蜂窩體作載體，適用于含鉛和非含鉛汽油，抗鉛、硫中毒性能好，價(jià)格便宜、資源豐富。但是，它起燃溫度高(＞250℃)，低溫活性較差，特別是NOx的分解、還原性能較差。另外，現(xiàn)有的各種凈化器，均存在起動(dòng)和怠速工況下轉(zhuǎn)化率低，甚至不起作用的問(wèn)題，這是因?yàn)槠囋诶淦饎?dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣溫度往往低于催化劑起燃溫度，而且由于廢氣中CO、HC濃度高，含氧(O2)量不足，因而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率低，甚至凈化器不起作用。
本實(shí)用新型的目的，是要提供一種在起動(dòng)和怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能起燃的、工作溫度范圍寬、轉(zhuǎn)化率高、壽命長(zhǎng)、成本低的，適用于合鉛汽油和非含鉛汽油、使用安全的新型汽車尾氣凈化消聲器。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)采取以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的一是在凈化器的進(jìn)氣管上安裝補(bǔ)氣管，自動(dòng)補(bǔ)入新鮮空氣，從而使汽車在起動(dòng)和怠速工況下工作時(shí)，廢氣中有足夠的含氧量參與氧化、還原反應(yīng)，有效地提高了其在起動(dòng)和怠速工況時(shí)的轉(zhuǎn)化率。
二是在凈化器的進(jìn)氣管中安裝電加熱裝置，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)和怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)，或汽車在低速下行駛、其排氣溫度低于催化劑起燃溫度(200°～250℃)時(shí)，蓄電池自動(dòng)給加熱器供電，對(duì)汽車尾氣進(jìn)行加熱，使之達(dá)到催化劑起燃溫度，進(jìn)而被催化轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常行駛中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蓄電池自動(dòng)停止向加熱器供電。電加熱器的工作電壓為12-24V。
三是采用金屬蜂窩催化劑。金屬蜂窩載體采用耐熱合金材料制造，制成園柱形或橢園柱形整體結(jié)構(gòu)。開(kāi)孔率300～400孔/吋2，孔間壁厚0.07～0.15mm。在金屬蜂窩載體表面擔(dān)載了以稀土金屬釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)和銅(Cu)、鉻(Cr)、鈷Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鋇(Ba)為主加入了微量貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)的復(fù)合氧化物型催化劑。從而提高了催化劑的抗高溫性能和低溫活性及對(duì)NOx的分解、還原性能。其起燃溫度為200°～220℃。其涂層的比表面積為100～200m2/克。催化劑使用空速為2000-60000時(shí)-1。由于采用了金屬蜂窩載體，傳熱快、耐熱沖擊、抗震動(dòng)、不破碎，從而改善了催化劑的起燃性能和怠速轉(zhuǎn)化率以及使用可靠性。
四是在筒體外安裝了護(hù)罩，它與筒體間隙為6～10mm，以防止凈化器過(guò)熱時(shí)引發(fā)火災(zāi)和對(duì)鄰近另部件造成不利影響，保證了使用安全。
以下通過(guò)


圖1、圖2進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)。
如
圖1、圖2所示；在進(jìn)氣管1上焊接一個(gè)補(bǔ)氣導(dǎo)管2，其軸線與進(jìn)氣管軸線夾角為25°～30°。其直徑和長(zhǎng)度由發(fā)動(dòng)機(jī)總排量和進(jìn)氣管直徑?jīng)Q定。在其下游，焊上一至二根套管3，予熱塞4靠螺紋擰于其中，并插入安裝在進(jìn)氣管內(nèi)的加熱體5的小孔中，而構(gòu)成電加熱裝置。在筒體6中直接裝入金屬蜂窩催化劑7，催化劑端面之間和擴(kuò)散錐9與導(dǎo)流錐10端面與催化劑端面之間用隔離器8分隔開(kāi)，隔離器的形狀見(jiàn)圖2。裝配時(shí)，在擴(kuò)散錐9和導(dǎo)流錐10外端，相向沿軸向加力，靠其端面使金屬蜂窩催化劑和隔離器互相壓緊，防止催化劑振動(dòng)、磨損，產(chǎn)生噪聲。然后將件6，9，10焊合成整體筒形殼體。再將擴(kuò)散錐與導(dǎo)流錐端部分別與進(jìn)氣管1排氣管11焊成一體，構(gòu)成汽車尾氣凈化消聲器總成。在筒體外圍，安裝了護(hù)罩12。護(hù)罩由兩半對(duì)稱的、兩端帶錐的殼體焊合而成，在護(hù)罩兩端錐部，靠沖壓出的四個(gè)深坑底部支撐于擴(kuò)散錐和導(dǎo)流錐之上，使之與筒體之間構(gòu)成6～10mm的間隙，起到隔熱和防護(hù)作用。在進(jìn)、排氣管端部焊有法蘭13。使用時(shí)用螺拴與汽車的排氣管相連接。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的有害尾氣以一定速度和壓力從進(jìn)氣管1進(jìn)入時(shí)，在尾氣流引射作用下，從補(bǔ)氣管2自動(dòng)補(bǔ)入新鮮空氣，并與尾氣混合一起流經(jīng)加熱體5，并在擴(kuò)散錐作用下均勻流入金屬蜂窩催化劑孔道，在催化劑上進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)、把CO、HC和NOx轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和N2，從而使汽車尾氣得到徹底凈化。凈化后的尾氣通過(guò)導(dǎo)流錐10從排氣管11排出。通過(guò)擴(kuò)散錐9和導(dǎo)流錐10的聯(lián)合作用，使流經(jīng)金屬蜂窩催化劑截面上的尾氣流量均布，防止催化劑局部過(guò)熱。當(dāng)汽車在起動(dòng)狀態(tài)或暫時(shí)停車、發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蓄電池自動(dòng)向予熱塞4供電，對(duì)進(jìn)氣管內(nèi)的加熱體5進(jìn)行加熱，使流過(guò)加熱體的尾氣迅速升溫到催化劑的起燃溫度，從而解決了怠速下凈化器轉(zhuǎn)化效率低或不起作用的問(wèn)題。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，發(fā)電機(jī)自動(dòng)向蓄電池充電，補(bǔ)充其在怠速時(shí)對(duì)低溫尾氣加熱時(shí)的電耗，并自動(dòng)切斷蓄電池向凈化器予熱塞供電回路，停止對(duì)尾氣的加熱。因?yàn)檫@時(shí)，內(nèi)燃機(jī)排氣溫度高于催化劑起燃溫度，完全可以維持凈化器正常工作。因此，本實(shí)用新型在各種工況下均有很高的轉(zhuǎn)化率。護(hù)罩12一方面可以遮擋行車過(guò)程中，泥水漿直接濺污、腐蝕筒體，同時(shí)也可以屏蔽凈化器在高溫狀態(tài)下的熱幅射，防止引發(fā)火災(zāi)或?qū)ζ渌聿考斐刹焕绊憽?br> 本實(shí)用新型和現(xiàn)有其它各種汽車尾氣凈化器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于在進(jìn)氣管上安裝了補(bǔ)氣管和加熱裝置，因此改善了凈化器的低溫工作性能，使之在怠速下比現(xiàn)有各種凈化器有更高的轉(zhuǎn)化率。
2、由于采用了金屬蜂窩整體式載體，其面容比較同樣體積的陶瓷蜂窩大、壁薄、導(dǎo)熱性能好、催化劑升溫快，耐熱沖擊、抗震性能俱佳。因此，不存在載體破碎的問(wèn)題，無(wú)須在催化劑和筒體之間填充防振隔熱材料，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和制造工藝，降低了成本。而且起燃容易，使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、體積小。
3、由于采用了以非貴金屬銅、鉻、鈷、鎳、錳、鑭、鈰為主體，加入了釔和微量鉑、鈀的復(fù)合氧化物催化劑，從而改善了催化劑的活性，特別是耐高溫性能、低溫活性和對(duì)NOx的分解，還原性能，提高了凈化器對(duì)CO，HC和NOx的轉(zhuǎn)化率。并大大低于用貴金屬催化劑制造的凈化器的成本。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作情況下，本實(shí)新型凈化器的轉(zhuǎn)化率為CO＞95％，HC＞90％，NOx＞30％。
4、本實(shí)用新型兼?zhèn)淞肆己玫膬艋c消聲性能，完全可以代替原車消聲器。如將凈化器與現(xiàn)有各種消聲器結(jié)合使用，消聲效果更佳。
實(shí)施實(shí)例小轎車、輕型車用凈化器，適用發(fā)動(dòng)機(jī)排量2-2.5立升的汽油車，催化劑用量3-4立升，金屬蜂窩開(kāi)孔率300孔/吋2，孔道壁厚0.1mm，筒體外徑Ф110mm，凈化器外形尺寸Ф130×600，予熱塞數(shù)量1只，加熱電壓12V，功率8-10W，進(jìn)氣管直徑Ф50mm，補(bǔ)氣管內(nèi)徑Ф10mm，長(zhǎng)50mm。凈化器工作溫度范圍，200°～800℃，使用空速40000時(shí)-1，轉(zhuǎn)化率為CO＞95％，HC＞90％，NOx＞30％。
附
圖1說(shuō)明1進(jìn)氣管2補(bǔ)氣管3套管4予熱塞5加熱體6筒體7金屬蜂窩催化劑8隔離器9擴(kuò)散錐10導(dǎo)流錐11排氣管12護(hù)罩13法蘭圖2隔離器斷面形狀
權(quán)利要求1.一種金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于該凈化消聲器采用整體筒形殼體，在其中直接裝入用金屬蜂窩擔(dān)載了以非貴金屬為主，加入了微量貴金屬的復(fù)合型催化劑，并在進(jìn)氣管上安裝有補(bǔ)氣管和電加熱裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于其整體筒形殼體由筒體和置于兩端的擴(kuò)散錐和導(dǎo)流錐焊接成整體結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于金屬蜂窩催化劑之間用隔離器隔開(kāi)，并通過(guò)隔離器和擴(kuò)散錐、導(dǎo)流錐端面將催化劑沿軸向壓緊固定。
4.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于整體筒形殼體兩端分別與進(jìn)氣管、排氣管焊接，構(gòu)成凈化消聲器總成。
5.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于在進(jìn)氣管上安裝了一根補(bǔ)氣管，其軸線與進(jìn)氣管軸線的夾角為25°～30°。
6.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于采用了金屬蜂窩作載體，擔(dān)載了以非貴金屬銅、鉻、鈷、鎳、錳、鋇、釔、鑭、鈰為主，加入微量貴金屬鉑、鈀的復(fù)合氧化物型催化劑。
7.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器，其特征在于催化劑所用金屬蜂窩載體，開(kāi)孔率為300-400孔/吋2，孔間壁厚為0.07-0.15mm。
8.按照權(quán)利要求1所述的金屬載體汽車尾氣凈化消聲器；其特征在于進(jìn)氣管內(nèi)安裝了電加熱裝置，該裝置由予熱塞和安放在進(jìn)氣管內(nèi)的加熱體構(gòu)成，予熱塞的加載電壓為12-24伏(V)。
專利摘要一種適用于含鉛和不含鉛汽油的汽車尾氣凈化消聲器。本實(shí)用新型采用金屬蜂窩非貴金屬與微量貴金屬?gòu)?fù)合催化劑，并直接裝于整體筒形殼體中，無(wú)須在催化劑與殼體之間充填防震隔熱材料。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、體積小、成本低。并在進(jìn)氣管上安裝有補(bǔ)氣管和電加熱裝置。從而大大改善了催化劑的活性和起燃性能，克服了現(xiàn)有各種凈化器在汽車起動(dòng)和怠速時(shí)轉(zhuǎn)化率低，甚至不起作用的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01N3/28GK2257860SQ9620251
公開(kāi)日1997年7月16日 申請(qǐng)日期1996年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月27日
發(fā)明者鐘禮暉, 馬增斌 申請(qǐng)人:鐘禮暉