CN100387326C - 通用小型汽油机尾气净化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明通用小型汽油机尾气净化方法及装置，本方法是采用二次进气方法，让外界的空气可以进入消声器或排气管内，从而增加了消声器或排气管内部废气中的氧气含量，通过热反应或催化氧化反应使尾气中有害气体得到有效净化，减少尾气中有害气体。本发明所述的装置包括其上设有废气进气口及废气出气口的消声器和/或排气管、安装在排气管或消声器上的、仅能让空气进入其内的单向阀，还可包括安装在消声器内的催化剂。本产品利用排气压力脉动通过单向阀吸入外界空气，增加消声器或排气管中氧气含量，提高尾气净化效率。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及尾气净化方法，特别是通用小型汽油机尾气净化方法；本发明还涉及为实施该方法而设计的通用小型汽油机尾气净化装置。
(二)背景技术：
通用小型汽油机简称通用机，是指非道路用、不超过19KW的小型汽油机，常用于发电机、水泵、割草机、链锯、切割机等。在2004年全世界生产通用机约4000万台，其中国产约800万台。
随着通用小型汽油机的广泛使用，其所排放的尾气已成为大气污染的主要来源之一。美国和欧盟研究结果表明：随着道路车辆排放控制的成效日益显著，原本居次要位置且较少受到关注的非道路发动机的排放已变为主要污染源。美国EPA公布，2000年道路车辆与非道路动力机械总排放量中：
③CO约37％来自非道路发动机(其中62％来自通用小型汽油机)；
③HC约50％来自非道路发动机(其中40％来自通用小型汽油机)；
③NOX约41％来自非道路发动机；
③颗粒物约66％来自非道路发动机(其中11％来自通用小型汽油机)。
通用机尾气对环境的污染已经引起各国的高度重视，并制定了严格的排放限值，目前世界上通用机排放污染物限值执行的有美国EPA II阶段标准，美国加州标准，欧洲II阶段标准等，但在我国通用小型汽油机产量激增的同时，至今没有排放法规和成熟的技术对其加以控制，不仅不利于我国产品质量的提高和大气质量改善，而且严重制约我国产品的出口。
对通用机尾气排放的限制，迫使研究人员对其进行了大量新技术的开发及技术改进。目前通用小型汽油机的尾气净化技术主要是在消声器内加装催化剂，并与化油器调整以及发动机结构的改进相结合。虽然这样可以减少汽油机有害气体的排放，但由于目前通用小型汽油机的原始尾气排放差，尤其是尾气中氧气量不足，使催化效果受到限制，很多汽油机在加装催化剂后排放仍不能达到标准限值；若采取其他机内净化措施使汽油机尾气达标，既会大幅度提高净化系统成本，又容易影响发动机的各项性能，使其出现功率下降、性能劣化、油耗增加等问题。
(三)发明内容：
本发明将公开能大量减少有害气体排放，且不会影响发动机性能的通用小型汽油机尾气净化方法；本发明还将公开为实现该方法所使用的尾气净化装置。
本发明通用小型汽油机尾气净化方法，是采用二次进气方法，让外界的空气进入消声器或排气管内部，例如利用仅能将外界空气导入消声器或排气管中而尾气无法逆流回大气的二次进气装置，如单向阀，这样可增加排气管或消声器内部的氧气含量，使其与尾气中的CO、HC等主要有害气体发生热氧化反应，减少了尾气中的CO、HC等有害气体的含量；消声器内还可以加装催化剂，催化剂置于单向阀后面，使得经过热反应后的尾气还能与催化剂进行催化氧化反应，使尾气得到进一步的净化，排出的尾气中的有害气体量大幅度减少；此外由于尾气中的CO、HC等有害气体先与氧气发生热氧化反应，进行催化氧化反应时有害气体含量已经减少，因此催化剂的负荷得到降低，可以减少催化剂的用量，延长催化剂的使用寿命。
用于本发明所述方法的通用小型汽油机尾气净化装置，包括其上设有废气进气口及废气出气口的消声器和/或排气管，排气管或消声器上还设有仅能让空气进入其内的单向阀，外界空气可通过单向阀进入排气管或消声器内部，增加其内部的氧气含量，与经发动机排气口进入其内的含CO、HC等有害气体的尾气发生热反应或催化氧化反应，从而起到对尾气的净化作用。单向阀最好设于靠近发动机废气排气口处，以充分利用排气的高温进行反应。由于该阀门为只能让空气进入排气管或消声器内的单向阀，因此内部的尾气不能通过单向阀排出；为了进一步提高对尾气的净化效率，还可在消声器内加装催化剂，并且将催化剂设于单向阀后面，使全部气体经过此催化剂得到进一步的净化，尾气中的CO、HC等有害气体能更充分氧化为CO2、H2O，进一步保证了对尾气的净化效率。
所述单向阀可以为任意结构的单向阀，例如可为如下结构：该单向阀包括其上设有进气孔的本体，本体内侧设有可将进气孔覆盖的簧片，簧片一端与本体固连使簧片外侧紧贴进气孔，从而形成一个可控制气体单向流通的阀门；其中本体可用耐高温的不锈钢片制成，簧片可采用金属薄片制成，还可在本体上设置多个进气孔，使得空气能更迅速的进入排气管或消声器内。为使被推开簧片的自由端能够快速、准确的回位贴紧本体，将本体上的进气孔覆盖，避免排气管或消声器中的废气通过进气孔逆流至空气中，还可在簧片内侧设置挡板，挡板固定端与簧片及本体叠合固连，其自由端向远离簧片的方向张开，而为使空气进入排气管或消声器内更顺畅，挡板的自由端最好呈弧状向远离簧片的方向张开。为了在排气管或消声器内的气压大于外界气压时，气体能使簧片迅速回位紧贴本体，将本体上的进气孔覆盖，还可在挡板上设置增压孔，当排气管或消声器内部气体压力大于外部压力，这时内部气体可通过增压孔推抵簧片自由端使其回位紧贴本体上的进气孔，这样内部的废气就无法通过进气孔排出。
当排气管或消声器内部处于负压状态时，外界的空气将簧片自由端推开，空气通过进气孔进入排气管或消声器内部，从而增加了其内部的氧气含量，通过热反应或催化氧化反应使尾气中CO、HC、NO等有害气体得到有效净化，使得排出的尾气中有害气体大幅度减少。当外界空气进入排气管或消声器内后，其内部处于正压状态时，内部的气体则会推抵被推开的簧片自由端，使簧片回位紧贴本体，将其上的进气孔覆盖，致使废气不能直接通过进气孔逆流至空气中。
在现有的通用小型汽油机的排气管或消声器中安装了单向阀后，按美国EPA通用小型汽油机第二阶段排放要求进行测试，有明显的降低尾气有害物质排放的效果，若再在上述的通用小型汽油机排气管或消声器内加装催化剂则效果更佳。经50小时和125小时耐久实验，本发明运行正常，通用小型汽油机排放满足美国EPA通用小型汽油机第二阶段排放限值。具体测试结果见表1和表2。
表11E36F二冲程通用小型汽油机排放测试结果(EPA工况)
| 状态 | CO(％) | HC(ppm) | NO<sub>X</sub>(ppm) | O<sub>2</sub>(％) | CO<sub>2</sub>(％) |
| 汽油机 | 3.8 | 4196 | 293 | 5.53 | 8.5 |
| 汽油机+单向阀 | 2.6 | 3237 | 317 | 7.85 | 9.8 |
| 汽油机+单向阀+催化剂(φ35×30/400cpsi) | 3.6 | 384 | 53 | 0.37 | 12.5 |
| 汽油机+单向阀+催化剂(φ28×30/300cpsi) | 3.2 | 466 | 78 | 0.56 | 12.4 |
| 汽油机+催化剂(φ35×30/400cpsi) | 3.0 | 701 | 79 | 0.43 | 12.1 |
表21P60FV四冲程通用小型汽油机排放测试结果(EPA工况)
| 状态 | CO(％) | HC(ppm) | NO<sub>X</sub>(ppm) | O<sub>2</sub>(％) | CO<sub>2</sub>(％) |
| 汽油机 | 6.1 | 1181 | 154 | 3.4 | 10.1 |
| 汽油机+单向阀 | 5.4 | 626 | 97 | 5.5 | 11.3 |
| 汽油机+单向阀+催化剂(φ35×30/400cpsi) | 2.9 | 176 | 32 | 0.70 | 14.5 |
| 汽油机+单向阀+催化剂(φ28×30/300cpsi) | 4.0 | 234 | 48 | 0.96 | 13.1 |
| 汽油机+催化剂(φ35×30/400cpsi) | 3.9 | 328 | 79 | 0.83 | 13.5 |
本发明通用小型汽油机尾气净化方法，采用了二次进气的方法，通过采用本发明所述的通用小型汽油机尾气净化装置，让外界的空气可以进入消声器或排气管内，增加了废气中的氧气含量，从而提高对尾气的净化效率，也避免了因采用其他尾气控制方法引起的生产成本升高、发动机性能下降及生产能力下降等问题，同时可以延长催化剂的使用寿命。
(四)附图说明：
图1为本通用小型汽油机尾气净化装置一种实施方式的结构示意图；
图2为本通用小型汽油机尾气净化装置另一种实施方式的结构示意图；
图3为本通用小型汽油机尾气净化装置的单向阀的结构示意图；
图4为本通用小型汽油机尾气净化装置的单向阀的左视图；
图5为本通用小型汽油机尾气净化装置的单向阀的右视图。
(五)具体实施方式：
本发明采用二次进气的方法是利用仅能将外界空气导入消声器1或将消声器1的废气进气口2和汽油机废气排气口连接的排气管4中，而消声器1或排气管4中的尾气无法逆流回大气中的单向阀5，让外界的空气可以进入消声器1或排气管4内，从而增加了其内尾气的氧气含量，进入的空气与尾气中的CO、HC等有害气体发生热反应，从而减少了尾气中的CO、HC等有害气体的含量，由于消声器1中还安装催化剂6，因此经过热反应的尾气还能与催化剂6进行催化氧化反应，使尾气得到进一步的净化，使得排出的尾气的有害气体量大幅度减少。
本发明通用小型汽油机尾气净化装置可如图1所示，包括其上设有废气进气口2及废气出气口3的消声器1，废气进气口2直接与汽油机废气排气口连接，消声器1上设有仅能让空气进入其内的单向阀5，在单向阀5后面还设有催化剂6，所述单向阀5设于靠近废气进气口2处；本发明通用小型汽油机尾气净化装置也可如图2所示，包括其上设有废气进气口2及废气出气口3的消声器1，废气进气口2与汽油机废气排气口通过排气管4连接，在排气管4上设有仅能让空气进入其内的单向阀5，消声器1内还设有催化剂6，其中所述单向阀5的结构可如图3、4、5所示：包括本体7，本体7上开有进气孔8，本体7内侧设有可将进气孔8覆盖的簧片9，簧片9下端与本体7固连，使簧片9外侧能够紧贴进气孔8，从而形成一个可控制气体单向流通的阀门，簧片9内侧设有挡板10，挡板10的固定端和簧片9固定端与本体7下端叠合固连，挡板10的自由端呈弧状向远离簧片9的方向张开，挡板10上还设有增压孔11，增压孔11与本体7上的进气孔8相对。当排气管4或消声器1内部处于负压时，外界的空气就会把簧片9一端推开，经本体7上的进气孔8导入，排气管4或消声器1内部的氧气含量增加，并与进入排气管4或消声器1内的废气中的CO、HC、NO进行氧化反应，反应后的气体再经过催化剂6的净化，最后从废气出气口3排出消声器。当外界空气进入排气管4或消声器1后，排气管4或消声器1内处于正压，内部的气体推抵被推开的簧片9自由端，使簧片9紧贴本体7上的进气孔8，将进气孔8封闭，致使废气不能直接通过进气孔8逆流至空气中。
Claims (8)
1.通用小型汽油机尾气净化方法，其特征是采用二次进气的方法让外界的空气可以进入消声器或排气管内，从而增加了消声器或排气管内部废气中的氧气含量，通过热反应或催化氧化反应使尾气中有害气体得到有效净化，使得排出的尾气中有害气体大幅度减少。
2.通用小型汽油机尾气净化装置，包括其上设有废气进气口(2)及废气出气口(3)的消声器(1)和/或排气管(4)，其特征在于：排气管(4)或消声器(1)上还设有仅能让空气进入其内的单向阀(5)。
3.根据权利要求2所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：消声器(1)内还设有催化剂(6)，催化剂(6)设于单向阀(5)后面。
4.根据权利要求2或3所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：单向阀(5)设于靠近废气进气口(2)处。
5.根据权利要求2或3所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：所述单向阀(5)包括其上设有进气孔(8)的本体(7)，本体(7)内侧设有可将进气孔(8)覆盖的簧片(9)，簧片(9)一端与本体(7)固连使簧片(9)外侧紧贴进气孔(8)，从而形成一个可控制气体单向流通的阀门。
6.根据权利要求5所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：簧片(9)内侧设有挡板(10)，挡板(10)固定端与簧片(9)的固定端叠合固连，挡板(10)的自由端向远离簧片(9)的方向张开。
7.根据权利要求6所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：挡板(10)的自由端呈弧状向远离簧片(9)的方向张开。
8.根据权利要求6或7所述的通用小型汽油机尾气净化装置，其特征在于：挡板(10)上设有增压孔(11)。
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