CN104912626B - 一种汽车超低排放器 - Google Patents

Abstract

公开了一种汽车超低排放器，其与汽车燃烧室连接，包括空气转换器、散热器及消声消气装置；该汽车超低排放器的主路包括至少一级空气转换器或多级串联的空气转换器，其中主路首级空气转换器的输入端连接汽车燃烧室，主路末级空气转换器的输出端输出若干支路；每一支路包括至少一个散热器，散热器前端连接主路末级空气转换器，散热器后端连接有至少一个消声消气装置或多个串联的消声消气装置，位于最尾端的至少一个消声消气装置设有尾气排放管。通过将汽车尾气送入空气转换器进行再次燃烧，可消除尾气中有害物质，减少废气排放。

Description

一种汽车超低排放器

技术领域

本发明涉及汽车废气净化处理技术领域，具体涉及一种汽车超低排放器。

背景技术

随着生活水平的提高，汽车和摩托车的保有量迅猛增加，由于技术所限，其中绝大部分都是石化燃料汽车，石化燃料汽车都会排放出汽车废气（也称尾气），汽车尾气中含有上百种不同的化合物，有固体悬浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等，其中有不少是有毒物质，产生此类物质的一个重要原因是燃烧不充分。汽车尾气不仅气味怪异，而且令人头昏、恶心，影响人类的身体健康。目前，为了减少汽车尾气的排放，通常采用给汽车安装尾气净化装置。然而，目前所采用的尾气净化装置大部分是吸收式的，其优点是结构简单，缺点是容易达到饱和状态或者发生堵塞，令装置失效，增加使用成本；从另一方面说，这种方式也是治标不治本的方式，其最终效果只是把有毒物质暂时存储起来而已，并没有将其分解消除。

CN102661186A公开了一种真空能汽车超低排放器，其特征在于：其与汽车燃烧室连接，包括若干空气转换器、散热器及消声消气装置；主路包括至少一级空气转换器，其中主路首级空气转换器的输入端连接汽车燃烧室，主路末级空气转换器的输出端输出若干支路；每一支路至少包括一散热器，散热器前端连接主路末级空气转换器，散热器后端连接有至少一级空气转换器，每级空气转换器后面均连接一消声消气装置，位于最尾端的其中至少一消声消气装置设有尾气排放管。该专利申请为本发明人的在先专利申请，通过引用将其并入本文。

CN1702304A公开了一种适合在从发动机中排出废气当中使用的消声器，所述 消声器包括： 壳体，其限定了消声器内部、入口孔和出口孔； 导流件，其被放置成将消声器内部分为入口空间和中间空间 的，其中第一孔限定在所述导流件内，以提供所述入口空间和所 述中间空间之间的流体连通；且第二孔形成在所述导流件内，以 提供所述中间空间和所述出口孔之间的流体连通；及 引流部分，其一体地形成为所述导流件的一部分，且被放置 成引导废气流经所述出口孔。

CN103541837A公开了一种应用在车辆发动机EGR系统中的管路连接结构，尤其涉及一种发动机EGR连接管路，其包括进气总管、与进气总管固连的EGR管，在EGR管内滑动设有在EGR管内气体压力推动下探入进气总管内的移动管，在移动管上设有在其探入进气总管内时使进气总管与EGR管连通的气口；还包括作用于移动管上的、在EGR管内气体压力消失时驱动移动管缩入EGR管内的回复装置。

CN104564453A公开了一种EGR发动机的进气歧管。该EGR发动机的进气歧管包括：稳压管，其为两端封口的长管状，并具有稳压腔；进气支管，其为至少两个，并排间隔设置在所述稳压管的侧面；所述进气支管的进气端与稳压管的稳压腔连通，该进气支管的出气端设置有支管法兰；进气总管，其出气端与所述稳压管的稳压腔连通，该进气总管的进气端设置有总管法兰；EGR进气道，其出气端与所述进气总管连通；以及EGR阀安装法兰，其布置在所述EGR进气道的进气端。

CN102287294A公开了一种用于内燃发动机的EGR系统，其中内燃发动机包括限定多个燃烧汽缸的部件，多个多气门头，每个所述的多气门头与各自的燃烧汽缸相连并包括一进气阀和一排气阀、与每个排气阀流体相连的排气歧管以及流体连接于排气歧管与每个进气阀之间的进气歧管。所述的废气再循环(EGR)系统包括:多个EGR进气阀和多个EGR排气阀，其中每个所述的多气门头包括至少一个EGR进气阀和至少一个EGR排气阀;一EGR排气歧管，其与每个所述的EGR排气阀流体相连;以及一EGR进气歧管，其流体连接于所述的EGR排气歧管和EGR进气阀之间。

CN1727646A公开了一种供装设于发动机的消声器。该消声器包括将废气收容入消声器内的入口、位于消声器内的催化剂组件、及用于将消声器紧固到发动机上的紧固件管。一个紧固件管盖覆盖紧固件管并包括排出废气的出口。该出口包括导引排出废气的定向天窗。紧固件管盖可以保持一个维持排出废气中的最大火花颗粒尺寸的火花消除器。

WO2010/090044A1公开了一种骑乘式车辆，包括：单气缸四冲程发动机；进气管和排气管，其连接至所述发动机；以及第一催化装置，其设置在所述排气管中，所述发动机包括：活塞；气缸体，其具有被配置为容纳所述活塞的气缸；气缸盖，其与所述气缸体一起形成燃烧室，并包括设置在形成于所述燃烧室中的进气口与所述进气管之间的进气接口、以及设置在形成于所述燃烧室中的排气口与所述排气管之间的排气接口；进气门，其将所述进气口打开和关闭；排气门，其将所述排气口打开和关闭；气门驱动机构，其提供了其中所述进气口和所述排气口两者均打开的气门重叠时段，并驱动所述进气门和所述排气门，使得上止点之后的气门重叠时段长于所述上止点之前的气门重叠时段；以及排气再循环装置，其与所述排气接口连通，以取入或排出排气，所述排气再循环装置包括：存储容器，其存储所述排气；以及通气管，其被配置为与所述容纳容器和所述排气接口连通，当在排气冲程中所述排气口打开时所述排气进入所述容纳容器，当在所述上止点之后的进气冲程中所述排气口打开时所述排气从所述容纳容器排出。

然而，在前述现有技术中，通常存在散热器散热效率低而导致净化效果差，例如由于散热器散热效果差，致使超低排放器形成的真空负压较小，影响了净化速度和净化效果。本发明在先前研究成果的基础上，尝试从改善散热效果方面来提高净化效果，同时还尝试通过增加特效净化催化剂来进一步提高净化效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种净化效果好、可显著降低、甚至接近消除废气的汽车超低排放器。

为解决上述技术问题，本发明人经过深入研究和大量试验，提供了如下技术方案。

在本发明的一个方面，提供了如下技术方案：一种汽车超低排放器，其特征在于，其与汽车燃烧室连接，该汽车超低排放器包括空气转换器、散热器及消声消气装置；该汽车超低排放器的主路包括至少一级空气转换器或多级串联的空气转换器，其中主路首级空气转换器的输入端连接汽车燃烧室，主路末级空气转换器的输出端输出若干支路；每一支路包括至少一个散热器，散热器前端连接主路末级空气转换器，散热器后端连接有至少一个消声消气装置或多个串联的消声消气装置，位于最尾端的至少一个消声消气装置设有尾气排放管。

该汽车超低排放器也可以称作汽车废气处理器。

优选地，在主路设置的空气转换器多于一级时，相邻两空气转换器之间采用波纹连接管连接。

优选地，所主路末级空气转换器的输出端输出2ⁿ个支路，n为≥1的整数，n优选为1，更优选为2。

优选地，所述散热器包含散热翅片，散热翅片由铜合金构成，该铜合金包含：基于该铜合金的总重量计，1.5-2.5质量%的Mn，4.5-6.5质量%的Fe，0.1-0.5质量%的Ni，0.2-0.4质量%的Si，0.1-0.3质量%的Ti，0.1-0.4质量%的Cr，0.01-0.15质量%的P，其中Fe与P的质量比满足关系Fe/P=60-120，余量为Cu和不可避免的杂质。

其中，高含量Fe的加入可以抑制汽车尾气中高热环境中合金晶粒粗化，从而极大地提高合金的热传导率，这克服了现有技术中一般所理解的铜合金中高铁含量情况下对合金热传递不是特别有利的认识，推测其原因，可能是多种元素例如Ti、Cr等的协同作用克服了Fe可能导致的不利缺陷。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人通过深入研究，出人意料地发现Fe与P的质量比必须满足关系Fe/P=60-120，才能够实现本发明的排放器中强度和热传导率之间的良好平衡，使得其能够耐受排气装置急剧的气流冲击。当该铜合金具有更好的热交换率时，能够使废气温度在较短的行程上降低较多，从而能够形成更大的负压，使废气流动以及与空气混合速度更快，进一步提高废气净化效率。

在进一步优选的实施方式中，所述至少一级空气转换器中还设置有催化剂系统，该催化剂系统包含催化剂层和蜂窝结构体，其中，所述催化剂层由催化剂活性金属Pd和Rh，作为助剂的金属La、Co、Mo和Ba的氧化物，耐高温无机氧化物，与尖晶石结构的铈-锆复合氧化物形成；所述耐高温无机氧化物以层状物形式涂覆在至少第一级空气转换器的壁上，所述铈-锆复合氧化物以层状物形式涂覆在耐高温无机氧化物层上，催化剂活性金属Pd和Rh，作为助剂的金属La、Co、Mo和Ba的氧化物助剂均负载在铈-锆复合氧化物层上。废气可以从蜂窝结构体中穿过。催化剂系统的设置可以按本领域中已知的三效催化剂设置方式进行设置。例如，所述催化剂系统优选设置在空气转换器的废气入口处。在所述催化剂助剂中，由于Mo的添加，形成了Mo-Co面心立方晶格氧化物，使得催化剂效果和催化剂稳定性大大增加，效果远远优于本领域的其它助剂元素例如Ni。这样的技术效果是本领域技术人员先前所预料不到的。

基于蜂窝结构体的体积（以L表示）计，Pd和Rh的总含量为0.1～8g/L，优选0.5～5g/L，Pd和Rh的摩尔比为1:2～2:1。如果Pd和Rh的总含量少于0.1g/L，则无法获得CO、HC和NOx的充分净化性能，如果多于8g/L，则催化性能不再随含量而提高。La的氧化物的含量为0.1～0.5g/L；Co的氧化物的含量为0.1～0.2g/L；Mo的氧化物的含量为0.2～0.6g/L；Ba的氧化物的含量为0.1～0.3g/L；Ce-Zr复合氧化物的含量为30～200g/L，优选50～100g/L；耐高温无机氧化物的含量为50～300g/L，优选100～200g/L。

本发明人意料不到地发现，铈-锆复合氧化物的比表面积必须在50～200m²/g的范围内，优选100～150m²/g的范围内，当比表面积小于50m²/g时，催化剂的低温催化活性不足，而当比表面积大于200m²/g时，热稳定性变差。

所述蜂窝结构体优选为堇青石结构体，更优选壁流式堇青石结构体。所述耐高温无机氧化物优选为氧化铝-二氧化硅、二氧化钛，从成本角度考虑，更优选为氧化铝-二氧化硅。

所述催化剂可以按照本领域常规的三效催化剂制备方法进行制备，例如刷涂、浸渍、涂布等方法进行。

优选地，在Ce-Zr复合氧化物中，Ce和Zr以摩尔计满足CeO₂/(ZrO₂ +CeO₂)＝1/3～1/6的关系。本发明人发现，当在该范围内时，能够使催化活性金属的原子更好地嵌入在Ce-Zr复合氧化物的晶格中。

Ce-Zr复合氧化物通过如下方法制得：将铈氧化物和锆氧化物的混合物加热熔融，然后进行冷却获得坯料，将坯料研磨成比表面积为50～200m²/g，优选100～150m²/g，平均粒径为2～30μm 的颗粒，即得到所需Ce-Zr复合氧化物。Ce-Zr复合氧化物优选为固溶体形式。

在本发明的一个优选实施方式中，所述空气转换器包括外壳，外壳上部的壳壁上开设有空气入口；该空气转换器包含至少一级结构，所述一级结构具体为：在外壳内部设有至少一根废气输入管作为输入端，废气输入管下方设有若干回馈管，废气输入管的下端伸入到气体交换室内部，废气输入管之间也隔成若干气体交换室，上下两部分的气体交换室及回馈管相互连通；空气入口与上面部分的气体交换室连通；当该空气转换器的结构多于一级时，下一级的废气输入管及回馈管均比上一级至少多一根，且相邻两级之间设有散热器或者消声消气装置的连接管。在该空气转换器中，通过使废气在空气中氧的存在下进一步燃烧，可净化废气。

进一步优选地，所述消声消气装置由至少一个消声消气单元构成。

在本发明的另一方面，还提供了操作上述汽车超低排放器的方法，该方法包括：在燃料在汽车燃烧室燃烧后，使带有汽车废气的混合气体进入气体交换级，由于混合气体是高温气体，在高速流动的过程中会使空气转换器内形成类似真空的负压，这样会把外部空气从空气入口中吸入，一旦吸入的氧气与高温混合气体接触便会发生燃烧，从而使废气得到更充分的燃烧；根据汽车的排量设置合适的空气转换器的级数，上一级未充分燃烧的废气进入下一级，此过程中气体在空气转换器内高速运动，空气转换器内部的真空负压越高，被吸入的外部空气就越多，从而使得燃烧越充分；还未燃烧充分的混合气体会通过空气转换器的回馈管返回上一级空气转换器中再次进行燃料，如此反复燃烧，从而达到汽车尾气接近零排放的效果。在该操作过程中，消声消气装置起到辅助燃烧废气及消声的功能。

在一个特别优选的实施方式中，所述空气转换器的内表面、尤其是燃烧主体部分的内表面优选施加有耐高温层，所述涂层优选由如下含铬铁合金构成，该含铬铁合金包括：以该含铬铁合金的总重量计，C为1.5-3.5%，Si为0.8-1.0%，Mn为0.6-0.7%，P为0.020-0.035%，S为0.04-0.05%，V为0.15-0.25%，Ti为0.010-0.015%，Cr为16.0-18.0%，Cr/C摩尔比=6-10，余量为铁和不可避免的杂质。该合金的冲击韧性也能够达到常规使用的含铬铁合金的3倍以上，其测试方法可以按照GB6296-86进行。该合金可以有效减少燃烧部位的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使燃烧部位中发生残余内应力的松弛，同时抗腐蚀性也得到了增强，可以使由于腐蚀导致的上述燃烧器部件更换率降低1倍以上。所有这些效果都是先前所未曾预料到的。所述耐高温层可通过溅射、焊接等方式进行施加。

本发明通过将汽车尾气送入结构独特的空气转换器进行再次燃烧，而多级空气转换器和回馈通道可以使汽车尾气反复燃烧，将未充分燃烧的物质彻底燃烧，如此可消除汽车尾气中的有害物质，显著降低、甚至是完全消除汽车的废气排放。当然，本发明也可以用于摩托车等行业。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明空气转换器剖面结构示意图；

图3为空气转换器横截面结构示意图。

图中，1为汽车燃烧室，2为第一级，3为空气入口，4为波纹连接管，5为第二级，6为第三级，7为散热器，8为第四级，9为消声消气装置，10为消声消气单元，11为尾气排放管，12为外壳，13为废气输入管，14为气体交换室，15为回馈管，16为连接管。

具体实施方式

实施例1

本实施例以用于小型汽车的四级废气净化处理系统为例做进一步说明，参照图1、图2和图3，所述汽车超低排放器，其与汽车燃烧室1连接，包括空气转换器、散热器及消声消气装置；主路包括第一级2和第二级5空气转换器，第一级2与第二级5空气转换器通过波纹连接管4连接，其中第一级2空气转换器的输入端连接汽车燃烧室1，第二级5空气转换器的输出端输出两支路；每一支路包括一散热器7，散热器7前端连接主路第二级5空气转换器，两散热器7后端各连接一第三级6空气转换器，每级空气转换器后面各连接消声消气装置9，位于最尾端的其中一消声消气装置9设有尾气排放管11。

所述空气转换器包括外壳12，外壳12上部的壳壁上开设有空气入口3；该 空气转换器包含至少一级结构，所述一级结构具体为：在外壳1内部设有至少一根废气输入管13作为输入端，废气输入管13下方设有若干回馈管15，废气输入管13的下端伸入到该气体交换室14上部，废气输入管13之间亦隔成若干气体交换室14，上下两部分的气体交换室14及回馈管15相互连通；空气入口3与上面部分的气体交换室14连通；当该空气转换器的结构多于一级时，下一级的废气输入管13及回馈管15均比上一级至少多一根，且相邻两级之间设有散热器或者消声消气装置的连接管。

消声消气装置9由至少一个消声消气单元10构成。

其操作方法如下：燃料在汽车燃烧室1燃烧后，使带有汽车废气的混合气体进入空气交换级，由于混合气体是高温气体，在高速流动的过程中会使空气转换器内形成类似真空的负压，这样会把外部空气从空气入口中吸入，一旦吸入的氧气与高温混合气体接触便会发生燃烧，从而使废气得到更充分的燃烧。根据汽车的排量设置合适的空气转换器的级数，上一级未充分燃烧的废气进入下一级，此过程中气体在空气转换器内高速运动，空气转换器内部的真空负压越高，被吸入的外部空气就越多，从而使得燃烧越为充分；还未燃烧充分的混合气体会通过空气转换器的回馈管15返回上一级空气转换器中再次进行燃料，如此反复燃烧，从而达到汽车尾气接近零排放的效果。在处理过程中，消声消气装置9起到辅助燃烧废气及消声的功能。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (6)

1.一种汽车超低排放器，其特征在于，其与汽车燃烧室连接，该汽车超低排放器包括空气转换器、散热器及消声消气装置；该汽车超低排放器的主路包括至少一级空气转换器或多级串联的空气转换器，其中主路首级空气转换器的输入端连接汽车燃烧室，主路末级空气转换器的输出端输出若干支路；每一支路包括至少一个散热器，散热器前端连接主路末级空气转换器，散热器后端连接有至少一个消声消气装置或多个串联的消声消气装置，位于最尾端的至少一个消声消气装置设有尾气排放管；所述散热器包含散热翅片，散热翅片由铜合金构成，该铜合金包含：基于该铜合金的总重量计，1.5-2.5质量％的Mn，4.5-6.5质量％的Fe，0.1-0.5质量％的Ni，0.2-0.4质量％的Si，0.1-0.3质量％的Ti，0.1-0.4质量％的Cr，0.01-0.15质量％的P，其中Fe与P的质量比满足关系Fe/P＝60-120，余量为Cu和不可避免的杂质；

所述至少一级空气转换器中还设置有催化剂系统，该催化剂系统包含催化剂层和蜂窝结构体，其中，所述催化剂层由催化剂活性金属Pd和Rh，作为助剂的金属La、Co、Mo和Ba的氧化物，耐高温无机氧化物，与尖晶石结构的铈-锆复合氧化物形成；所述耐高温无机氧化物以层状物形式涂覆在至少第一级空气转换器的壁上，所述铈-锆复合氧化物以层状物形式涂覆在耐高温无机氧化物层上，催化剂活性金属Pd和Rh，作为助剂的金属La、Co、Mo和Ba的氧化物助剂均负载在铈-锆复合氧化物层上。

2.根据权利要求1所述的汽车超低排放器，其特征在于，在主路设置的空气转换器多于一级时，相邻两空气转换器之间采用波纹连接管连接。

3.根据权利要求1或2所述的汽 车超低排放器，其特征在于，所述 主路末级空气转换器的输出端输出2ⁿ个支路，n为≥1的整数。

4.根据权利要求1或2所述的汽车超低排放器，其特征在于，所述空气转换器包括外壳，外壳上部的壳壁上开设有空气入口；该空气转换器包含至少一级结构，所述一级结构为：在外壳内部设有至少一根废气输入管作为输入端，废气输入管下方设有若干回馈管，废气输入管的下端伸入到气体交换室内部，废气输入管之间隔成若干气体交换室，上下两部分的气体交换室及回馈管相互连通；空气入口与上面部分的气体交换室连通；当该空气转换器的结构多于一级时，下一级的废气输入管及回馈管均比上一级至少多一根，且相邻两级之间设有用于散热器或者消声消气装置的连接管。

5.根据权利要求1或2所述的汽车超低排放器，其特征在于：所述消声消气装置由至少一个消声消气单元构成。

6.一种操作前述权利要求中任一项所述的汽车超低排放器的方法。