CN101251041A - 发动机缸内催化转化技术 - Google Patents

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Abstract

一种在发动机气缸内进行催化转化，从而减少排气中有害污染物的技术。其特点是将催化床置于发动机内。方案之一是以燃烧室壁、活塞顶、气缸壁、排气道壁以及气门表面作为催化剂载体，制成催化转化装置。方案之二是将网状催化剂载体安装于燃烧室壁、活塞顶等处，与燃烧室壁和活塞顶保持一定距离。方案之三是将具有弹性的片状催化剂载体置于气缸内，小充量、低气压低温度时载体靠近燃烧室中心，大充量、高气压高温度时载体靠近燃烧室壁。方案之四是使用立体网状(蜂窝状)载体。

Description

发动机缸内催化转化技术
技术领域
本发明涉及内燃式发动机的燃烧系统，尤其是减少发动机排气中有害污染物的催化转化技术。
背景技术
目前，公知的发动机排气污染物控制技术主要是后处理技术，即在发动机排气的下游(排气管)设置三元催化转化器，对尾气进行催化处理。由于发动机燃烧的过程中，靠近气缸壁和燃烧室壁的一定距离易产生淬冷层。这种淬冷层由于温度低、距火焰中心远、燃烧条件差，产生大量不完全燃烧产物。发动机排气中有害成分大都来自于淬冷层。如果象现有技术那样只进行尾气后处理，那么当排气行进到排气管时，不完全燃烧产物已经与大量完全燃烧产物均匀混合，不完全燃烧产物浓度非常低，需处理的气体量非常大，极大降低了催化转化效率。另外，现有后处理技术由于要处理几乎全部尾气，就尽量增大催化转化器体积和制成很细密的蜂窝状催化床，从而增加了催化转化器的体积、重量，容易引起堵塞。还有，目前催化转化器受温度影响较大，在低温和高温时催化效果极大降低。近期有关人士进行的近耦合催化转化试验，说明了过于靠近下游的催化转化器转化效率不高这一事实。
发明内容
本发明提供一种新的发动机排气污染物控制技术。这是一种在发动机气缸内进行催化转化的技术。其特点是将催化床置于发动机内的淬冷层附近，在发动机正常燃烧过程中就进行催化转化，使未完全燃烧产物与完全燃烧产物没有混合之前就被催化转化掉。这样，在燃烧过程中就几乎杜绝了不完全燃烧产物的形成，不但使转化效率提高，而且由于转化过程与发动机做功行程在燃烧室内同步进行，使转化燃烧所产生的能量被充分利用而提高了发动机的做功效率。由于这种转化器可以有针对性地安装于淬冷层区域，而其他正常燃烧区域不需要安装，因此占用空间很小。还有，本发明巧妙地利用了淬冷层这一特殊的温度区域，有效避免了因温度过高过低而影响催化转化效果的弊端。
本发明采用的技术方案有下面所述四种：
方案一是以燃烧室壁、活塞顶、气缸壁、排气道壁以及气门表面等作为催化剂载体，制成催化床。该技术方案的有益效果是不但使催化床处于淬冷层附近，而且有效利用了发动机内原本利用率不高的表面。因此，结构非常简单，成本很小。
方案二是将网状催化剂载体安装于燃烧室壁、活塞顶等处，与燃烧室壁和活塞顶等保持一定距离，从而使催化剂尽可能处于淬冷层中的最佳温度区域。该技术方案的有益效果是不但使催化床处于淬冷层内最佳温度范围，而且有效了增大了催化剂表面积。因此，提高了催化转化效果。
方案三是将具有弹性的片状催化剂载体置于气缸内，形成位置可变式载体。在小充量、低气压低温度时载体靠近燃烧室中心，大充量、高气压高温度时由于载体受压而靠近燃烧室壁。该技术方案的有益效果是不但催化床表面积较大，而且有效照顾了发动机冷机、热机的不同工况。因此，在发动机各种工况下都有理想的催化转化效果。
方案四是使用立体网状(蜂窝状)载体，不同类型的催化剂设置于载体的不同区域，即在处于高温区域的载体部分布置利于NOX转化的催化剂，而在处于低温区域的载体部分布置利于CO、HC转化的催化剂。该技术方案的有益效果是由于充分考虑了不同温度下产生有害废气的类型不同，而在发动机内不同温度区域敷设不同类型的催化剂，形成三元或多元催化转化器，从而使发动机内产生的各种有害气体都得到有效抑制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明方案一的示意图。
图2是本发明方案二的示意图。
图3是本发明方案三的示意图。
图4是本发明方案四的示意图。
图中1.活塞，2.气缸壁，3.燃烧室壁，4.气门，5.火花塞，6.排气道，7.催化剂涂层，8.网状催化床，9.片状催化床，10.蜂窝状催化床，11.蜂窝状催化床靠近燃烧中心的区域，12.蜂窝状催化床靠近淬冷层的区域。
具体实施方式
在图1所示实施例中，催化剂涂层(7)以活塞(1)的顶面，气缸壁(2)、燃烧室(3)、排气道(6)的内表面，气门(4)的头部表面为载体，形成催化床。
在图2所示实施例中，催化剂以网状催化床(8)的网格表面为载体，形成催化床。
在图3所示实施例中，催化剂以片状催化床(9)的表面为载体，形成催化床。
在图4所示实施例中，催化剂以蜂窝状催化床(10)的空隙表面为载体，形成催化床。其中靠近燃烧中心(热区)(11)设置利于NOX转化的催化剂，靠近淬冷层的区域(12)设置利于CO、HC转化的催化剂。

Claims (4)

  1. 一种内燃式发动机的缸内催化转化系统，涉及到活塞、气缸壁、燃烧室、气门、火花塞、排气道以及专设于发动机内的催化转化装置(催化床)。其特征：
    1. 是以燃烧室壁、活塞顶、气缸壁、排气道壁、火花塞以及气门表面等作为催化剂载体，制成催化床。
  2. 2. 是将网状催化剂载体安装于燃烧室壁、活塞顶、排气道等处，与燃烧室壁和活塞顶等保持一定距离，从而使催化剂尽可能处于淬冷层中的最佳温度区域。
  3. 3. 是将具有弹性的片状催化剂载体置于气缸内和排气道内，形成位置可变式载体，在小充量、低气压低温度时载体靠近燃烧室中心，大充量、高气压高温度时由于载体受压而靠近燃烧室壁。
  4. 4. 是使用立体网状(蜂窝状)载体，不同类型的催化剂设置于载体的不同区域，即在处于高温区域的载体部分布置利于NOX转化的催化剂等，而在处于低温区域的载体部分布置利于CO、HC转化的催化剂等。
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