CN108049943A - 内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置与方法 - Google Patents

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Abstract

内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置由加热器、点火器、进气调节阀、燃烧舱、涡轮、过滤芯、收集罐组成；加热器、涡轮、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；尾气排气口装燃烧舱，前口上方装加热器和点火器，中部装涡轮、齿轮和滤网，底部有泻口装收集罐；后部装催化过滤芯后接排气管。方法是闭合主电键，温控开关开启加热器电路加热；继电器压动点火器点火，碳氢化合物因进气调节阀选择进入氧气而燃烧；过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物经催化反应生成氮气和二氧化碳；颗粒物、炭黑由涡轮、齿轮扫入收集罐中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸汽排出。它用于内燃机尾气颗粒物炭黑的净化处理，使排放的尾气达标。

Description

内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置与方法
技术领域 本发明涉及到内燃机车尾气减排领域，尤其是涉及到内燃机尾气净化处理装置，特别是涉及内燃机的尾气排放中的废气废物的净化、清理和收集的装置与方法。
背景技术 目前“尾气净化器”的专利和技术很多，主要都是采用三元催化器和氧化催化器、尿素催化净化尾气的技术，虽然能够让尾气中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物得到净化，但是前提是要有氧气可用，空燃比要合理，固然增加了氧传感器和ECU智能控制工况，调节空燃比，才能达到净化的目的，然而，颗粒物和炭黑无法及时清理，布满了三元催化剂载体，堵塞排气管道，形成背压，影响了发动机性能和尾气净化效果。尿素催化净化法需要不断地供给尿素，才能以氨气与一氧化氮、二氧化氮反应生成氮气和水，这是困扰尾气减排和达标的难题。根据尾气净化器，360百科：内燃机采用汽油，柴油，LPG或CNG为燃料。排出的主要有害物质为HC、CO、NOx和颗粒物(黑烟)。尾气净化器一般结构是涂有贵金属催化剂的金属蜂窝载体。工作原理是当高温尾气通过净化器时，HC、CO和颗粒物在催化剂和高温的作用下和氧气发生化学反应成为无毒的水和二氧化碳。汽油，LPG和CNG发动机使用三元催化器来去除HC、CO和NOx。柴油发动机采用氧化催化器(DOC)，直通式免维护柴油机尾气微粒过滤器(FTF)和壁流式柴油机尾气微粒过滤器(DPF)来去除HC、CO和颗粒物。也采用SCR系统来去除NOx。直通式免维护柴油机尾气微粒过滤器(FTF)能去除60-80％的黑烟，95％的柴油机尾气臭味，99％的CO。现在常用的是用尿素水溶液和氨气做还原剂，通过催化剂，把氮氧化物还原成氮气。又根据氧化型催化器，360百科：车用柴油机加装氧化型催化器，以铂(Pt)、钯(Pd)等贵金属作为催化剂，主要降低微粒排放中的SOF的含量从而降低PM的排放。同时可以有效减少排气中的HC、CO。氧化催化器可以除去90％的SOF，从而使PM排放减少40％-50％。其对HC和CO的处理效率可以分别达到88％、68％。催化氧化技术对脱除柴油机排放微粒中的可溶性有机成分(SOF)具有良好的效果，即在柴油机排气系统增设催化转化器，SOF在铂、铑和钯等贵金属催化剂或稀土催化剂等的作用下发生氧化反应转化为CO2和H2O而除去，通常其脱除效率可达80％。同时还可除去尾气中的HC和CO等有害物质。但该技术脱除碳颗粒物的效果比较差，并且催化剂有将排气中的SO2催化转化为SO3而生成硫酸盐颗粒的趋向，尤其是温度较高时硫酸盐生成速率增大，从而使颗粒物排放总量减少甚微。并且硫化物的存在还易使催化剂中毒劣化。所以柴油机颗粒催化氧化技术一般适用于含硫量较低的柴油燃料。DOC对PM的捕捉效果不如微粒过滤器，但是由于碳氢化合物的点火温度较低(在170℃以下就可再生)，所以DOC不需昂贵的再生系统，投资费用较低。需要注意的是催化剂的选择与柴油机排气温度密切相关，当温度低于150℃时，催化剂基本不起作用。随着温度的升高，排气微粒主要成分的转化效率逐渐增高。当温度高于350℃后，由于硫酸盐大量产生，反而使微粒排放量增大，而且，硫酸盐还会覆盖在催化器表面降低催化剂的活性和转化效率。此外硫对大多数催化剂来讲都有毒性，可引起催化剂中毒。因此，在我国使用氧化催化剂必须提高燃油品质，还要设法降低氧化催化器的成本价格。再根据颗粒捕捉器，360百科：颗粒捕捉器能够减少柴油发动机所产生的烟灰达90％以上。捕捉到的微粒排放物质随后在车辆运转过程中燃烧殆尽。它的工作基本原理是：如柴油微粒过滤器喷涂上金属铂、铑、钯，柴油发动机排出的含有炭粒的黑烟，通过专门的管道进入发动机尾气微粒捕集器，经过其内部密集设置的袋式过滤器，将炭烟微粒吸附在金属纤维毡制成的过滤器上；当微粒的吸附量达到一定程度后，尾端的燃烧器自动点火燃烧，将吸附在上面的炭烟微粒烧掉，变成对人体无害的二氧化碳排出。为了做到这一点，捕捉器应用了先进的电控系统、催化涂层和燃料添加型催化剂(FBC)。这种燃料添加型催化剂包含诸如铈、铁和铂等金属。这些材料按比例加入到燃料中，在发动机控制系统的帮助下不仅控制微粒排放物质的数量，而且还控制碳氢化合物和污染气体等污染物的排放量。捕捉器的再生或净化功能必须在可控的基础上完成，以保持捕捉器不被烟灰堵塞。在净化周期结束以后，任何残留灰尘或滤渣最终都将在日常维护中被人为地清除。柴油颗粒捕捉器可以有效地减少微粒物的排放，它先捕集废气中的微粒物，然后再对捕集的微粒进行氧化，使颗粒捕捉器再生。所谓过滤器的再生是指在DPF长期工作中，捕捉器里的颗粒物逐渐增加会引起发动机背压升高，导致发动机性能下降，所以要定期除去沉积的颗粒物，恢复DPF的过滤性能。捕捉器的再生有主动再生和被动再生两种方法：主动再生指的是利用外界能量来提高捕捉器内的温度，使微粒着火燃烧。当捕捉器中的温度达到550℃时，沉积的颗粒物就会氧化燃烧，如果温度达不到550℃，过多的沉积物就会堵塞捕捉器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高DPF内的温度，使颗粒物氧化燃烧。被动再生指的是利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度，使微粒能在正常的柴油机排气温度下着火燃烧。添加剂(有铈，铁和锶)要以一定的比例加到燃油中，添加剂过多会影响DOC的寿命，但是如果过少，就会导致再生延迟或再生温度升高。由此可见，背景技术“尾气净化器”、催化净化器、颗粒捕捉器能够净化尾气中的HC、CO、NOx，但是颗粒物(黑烟)难以清理，容易产生背压；而且，不能从空气中获得氧气，使HC、CO燃烧不彻底，也影响了净化效果。
发明内容 本发明的目的是为了提供一种内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置与方法，克服现有背景技术在净化尾气时因不能从外界获得氧气，又不能达到理想的燃烧温度，使HC、CO燃烧不彻底，并且不能及时清理颗粒物和炭黑以及柴油中含硫成份，导致催化剂中毒劣化，影响净化效果的不足，解决本技术领域最为关注的催化剂被颗粒物封堵，产生背压，以及柴油含硫成份，燃烧SO2以及硫化物、亚硫酸盐易使催化剂中毒劣化的难题，净化尾气中的HC、CO、NOx和颗粒物(黑烟)，使尾气仅以无毒的二氧化碳、氮气、水蒸汽方式排放。
本发明的目的是这样实现的：内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置与方法分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件/方法。内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置由加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐、燃烧舱组成；加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；在尾气排气口装上燃烧舱，在燃烧舱前口上方装上加热器和点火器，燃烧舱中部依次装上涡轮、转轴、齿轮、滤网，燃烧舱后部装上催化过滤芯，燃烧舱后方的底部有泻口装上收集罐；燃烧舱后部接排气管。其中：加热器、点火器、进气调节阀、燃烧舱组成燃烧部件；涡轮、转轴组成离心部件；齿轮、滤网组成清理部件；催化过滤芯为催化过滤部件；泻口、收集罐组成收集部件。温控开关固定在燃烧舱前口上方，串联电热器、主电键、蓄电池，组成加热器；加热器装在燃烧舱前口。串联电热器、主电键、蓄电池、继电器、压电材料、细导线，组成点火器；点火器通过燃烧舱上方前口小孔进入燃烧舱内。涡轮上固定转轴，涡轮外缘设有齿轮，后面设有滤网，转轴装在滤网的中央轴孔上。过滤芯是不燃材料硅藻土，过滤芯上设有催化剂，组成催化过滤芯，由螺栓固定在燃烧舱上。由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱后方的底部有泻口的螺旋丝牙对接，组成收集罐，收集罐与泻口为收集部件。在开口的阀门底层放置隔热片，再放置硅橡胶、弹簧，然后用螺栓压住弹簧组成进气调节阀；进气调节阀装在燃烧舱前口。
内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置的使用方法是：将尾气中的碳氢化合物和/或醛酮类排放物和颗粒物、炭黑以及少量的硫进行燃烧和/或离心和/或清理和/或收集和/或催化过滤。
闭合主电键，温控开关开启加热器电路加热；继电器压动点火器中的压电材料点火，过剩的碳氢化合物和/或醛酮类排放物因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；即使有过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成一氧化碳，再与氮氧化物在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；即使有颗粒物、炭黑存在，也由滤网阻挡，由涡轮带动齿轮转动，将颗粒物、炭黑扫入收集罐中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸汽从排气管尾部排出。它用于内燃机的尾气颗粒物炭黑的净化处理，使排放的尾气达标。
当内燃机车运行时，开启主电键，继电器有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料、细导线点火；当内燃机为柴油车或汽油车时，排出的尾气中含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物、氮氧化物(NOx)、炭黑，但燃烧舱内的温度低于550度时，温控开关开启加热器电路，给燃烧舱加热；过剩的HC、CO达到着火点，又因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；燃烧舱内的温度迅速达到了550度以上，使碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑完全燃烧；其中的一氧化碳(CO)也达到着火点与氧气燃烧反应生成二氧化碳；因燃烧舱内的温度超过800度，温控开关切断加热器电路，停止加热，生成二氧化碳和水蒸汽；即使有过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成一氧化碳；即使有灰烬、颗粒物、炭黑存在，也因涡轮在尾气的作用下旋转，产生离心，被滤网阻挡，由涡轮外缘的齿轮将灰烬、颗粒物、炭黑扫入收集罐中；过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯中的催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；同时，由于催化过滤芯中的硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO2以及硫化氢，硫与氧气燃烧生成二氧化硫，硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸汽反应生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO反应，生成Al2(SO4)3、FeSO4、CaSO4，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO3，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe2O3、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。当内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键，让点火器点火，温控开关自动工作开启加热器电路，给燃烧舱加热，也能使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。排气管尾部最终排出的是氮气和二氧化碳、水蒸汽。并且，硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。内燃机车停机时，关闭主电键。
由于采取了上述方案，本发明涉及的内燃机为柴油车或汽油车时，工况不好，排出过剩的尾气中的HC，CO，NOx，但是颗粒物(黑烟)也能由硅橡胶组成的进气调节阀从外界空气中获得氧气，有利于充分燃烧；即使柴油机车排气管温度低于550度，不能让HC，CO燃烧，也由温控开关开启加热器电路，给燃烧舱加热；让过剩的HC、CO达到着火点，然后由主电键开启继电器有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料和细导线点火，使得过剩的HC、CO在氧气作用下充分燃烧，生成二氧化碳和水蒸汽以及灰烬；即使特别过量的碳氢化合物(HC)、颗粒物和炭黑未能完全燃烧，也会生成少量的一氧化碳，一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；灰烬、颗粒物、炭黑由涡轮外缘的齿轮从滤网中扫入收集罐中；由于硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO2，以及硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸汽反应生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO结合，生成Al2(SO4)3、FeSO4、CaSO4，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO3，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe2O3、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。本发明涉及的内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键，让点火器点火，温控开关自动工作开启加热器电路，给燃烧舱加热，也能使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。从而排气管尾部最终以无毒的氮气和二氧化碳、水蒸汽排出。并且硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。它能使内燃机的尾气颗粒物、炭黑全面得到净化、清理和收集，使排放的尾气达标。因为从外界空气中获得氧气，使HC、CO燃烧更彻底，比背景的“尾气净化器”、催化净化、颗粒捕捉器技术更能净化尾气中的HC、CO、NOx，也能清理颗粒物(黑烟)，使催化剂不再被颗粒物封堵，排气管不会再产生背压，大大改善了净化效果。同时，也比催化净化技术节省了氧传感器、ECU等部件，比尿素催化节省了尿素成本；解决了柴油中因含有硫成份燃烧生成SO2以及硫化亚硫酸盐易使催化剂中毒劣化的难题。针对司机而言，不仅节约了成本，还节约了时间，只需要在内燃机运行时开启主电键即可，操作更为简洁。并且硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。因此，本发明比背景技术更先进、更简洁、更能节省成本、更能发挥净化效果、更能全面清理污染物，也更能获得优质的无毒的尾气，达到环保要求，实现最佳效益。
附图说明 下面是对附图的说明
图1、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置组装整体图
图2、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置加热器、点火器组合(并联)电路图
图3、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置进气调节阀组装图
图4、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置滤网示意图
图5、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置涡轮结构图(a涡轮、转轴侧面图，b涡轮、转轴正面图)
图6、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置齿轮结构(截面)图
图7、内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置涡轮、转轴、齿轮组装图(c侧面图，d截面图)
1、主电键 2、蓄电池 3、继电器 4、导线 5、螺栓 6、阀门 7、弹簧 8、涡轮 9、齿轮10、滤网 11、螺栓 12、催化过滤芯 13、转轴 14、排气管 15、收集罐 16、泻口 17、电热器18、细导线 19、温控开关 20、压电材料 21、燃烧舱 22、硅橡胶 23、隔热片 24、轴孔
具体实施方式 本发明的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件，由加热器、点火器(图2)、进气调节阀(图3)、涡轮8(图5)、转轴13、齿轮9(图7)、滤网10(图4)、催化过滤芯12、收集罐15、燃烧舱21组成；加热器和点火器(图2)、涡轮8、转轴13、齿轮9(图7)、滤网10(图4)、催化过滤芯12、收集罐15装在燃烧舱21内；在尾气排气口装上燃烧舱21，在燃烧舱21前口上方装上加热器和点火器(图2)，燃烧舱21中部依次装上涡轮8、转轴13、齿轮9(图7)、滤网10(图4)，燃烧舱21后部装上催化过滤芯12，燃烧舱21后方的底部有泻口16装上收集罐15；燃烧舱21后部接排气管14；(图1)。其中：加热器和点火器(图2)、进气调节阀(图3)、燃烧舱21组成燃烧部件；涡轮8、转轴13组成离心部件；齿轮9、滤网10组成清理部件；泻口16、收集罐15组成收集部件。温控开关19固定在燃烧舱21前口上方，用导线4串联电热器17、主电键1、蓄电池2组成加热器；加热器装上燃烧舱21前口；串联电热器17、主电键1、蓄电池2、继电器3与压电材料20、细导线18组成点火器；点火器通过燃烧舱21上方前口小孔进入燃烧舱21内；涡轮8上固定转轴13，涡轮8外缘设有齿轮9，后面设有滤网10，转轴13装在滤网10的中央轴孔24上；催化过滤芯12是不燃材料硅藻土上设有三元催化剂，组成催化过滤芯12，由螺栓11固定在燃烧舱21上；由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱21后方的底部有泻口16的螺旋丝牙对接，组成收集罐15，收集罐15与泻口16为收集部件。在开口的阀门6底层放置隔热片23，再放置硅橡胶22、弹簧7，然后用螺栓5压住弹簧7组成进气调节阀(图3)；进气调节阀(图3)装在燃烧舱21前口。(图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7)。
本发明的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置的使用方法是：将尾气中的碳氢化合物和/或醛酮类排放物和颗粒物、炭黑以及少量的硫进行燃烧和/或离心和/或清理和/或收集和/或催化过滤。
闭合主电键1，温控开关19开启加热器电路加热；继电器3压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，过剩的碳氢化合物和/或醛酮类物因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；即使有过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成少量的一氧化碳，再与氮氧化物在催化过滤芯12中的三元催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；即使颗粒物、炭黑仍有存在，也被滤网10阻挡，由涡轮8带动齿轮9转动，将颗粒物、炭黑扫入收集罐15中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸汽从排气管14尾部排出。它用于内燃机的尾气颗粒物炭黑/或醛酮类物的净化处理，使排放的尾气达标。
当内燃机车为柴油车或汽油车，运行时，开启主电键1，继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，排出的尾气含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物、氮氧化物(NOx)、炭黑时，但燃烧舱21内的温度低于550度时，温控开关19开启加热器电路，给燃烧舱21加热；过剩的HC、CO达到着火点，又因进气调节阀从空气中选择进入大量氧气而燃烧；燃烧舱21内的温度迅速达到了550度以上，使碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑完全燃烧；其中的一氧化碳(CO)与氧气也达到着火点燃烧反应生成二氧化碳；因燃烧舱内的温度超过800度，温控开关19自动切断加热器电路，停止加热，生成二氧化碳和水；即使有过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成少量的一氧化碳；即使有灰烬、颗粒物、炭黑存在，也因涡轮8在尾气的作用下旋转，产生离心，被滤网10阻挡，由涡轮8外缘的齿轮9将灰烬、颗粒物、炭黑扫入收集罐15；过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯12中的三元催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；并且炭黑在高温点燃的情况下与二氧化氮反应生成二氧化碳和氮气，反应式：2C+2NO2＝2CO2+N2。同时，由于催化过滤芯12中的硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO2以及硫化氢，硫与氧气燃烧生成二氧化硫，硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸汽反应生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO结合，生成Al2(SO4)3、FeSO4、CaSO4，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO3，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe2O3、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。排气管14尾部最终排出的是无毒的氮气和二氧化碳、水蒸汽。其中：氮气、氮氧化物(NOx)在燃烧舱21中的反应最终产物是二氧化碳和氮气，反应式为：N2+O2+放电或高温＝＝2NO，2NO+O2＝＝2NO2，NO2+4CO+催化剂＝N2+4CO2。当内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，温控开关19自动工作开启加热器电路，给燃烧舱21加热，也能使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。排气管尾部最终排出的是二氧化碳、水蒸汽。并且，硅藻土有隔音性能，能起到消音作用。
当内燃机车为柴油车时，柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式，决定了柴油与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。柴油在高温缺氧时，易炭化形成炭黑。柴油车混合气始终处于比较稀的状态下，柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(NOx)，而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)则不容易形成。因此，柴油车排放颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多，而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少。此时，已经开启的主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，燃烧舱21内的温度低于550度时，温控开关19开启加热器电路，给燃烧舱21加热，颗粒物和炭黑在燃烧舱21中燃烧，生成CO和CO2，CO与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯12中的三元催化剂的作用下，生成氮气和二氧化碳，反应式为：2NO2+4CO+催化剂＝N2+4CO2，4NO+4CO+催化剂＝2N2+4CO2；同时，有部分多余的炭黑在高温点燃的情况下直接与二氧化氮反应生成二氧化碳和氮气，反应式为：2C+2NO2＝2CO2+N2。其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO2以及硫化氢，硫与氧气燃烧生成二氧化硫，硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸汽反应，生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO反应，生成Al2(SO4)3、FeSO4、CaSO4，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO3，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe2O3、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部。排气管尾部最终排出的是氮气和二氧化碳、水蒸汽。
当内燃机车为汽油车时，汽油具有容易与空气混合，且混合后不易分离的特性。汽油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室外进行的(在化油器和/或进气管)，在点燃之前又经过进气、压缩过程，有相对较长的混合时间。因此汽油与空气可以混合得很均匀，基本不存在局部过浓或过稀和液态油滴的情况。汽油的分子又小，汽油车排放物中颗粒物较少。进入发动机燃烧室的空气与汽油的比例基本控制在理论空燃比附近(所谓理论空燃比是指在理论计算上燃烧1千克的燃料所需要的空气量，对汽油来说通常在14.7左右)，采用火花塞放电点火燃烧，燃烧速度很快；汽油机压缩比低、燃烧最高压力低、最高温度高，燃烧后产物发生高温离解的倾向比较严重，某些“死区”点不着火或在某些工况下断火，使汽油机排放物中有较多的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)。同时，发动机燃烧室内的高温，又导致了氮氧化合物(NOx)的产生和排放。因此，汽油车排放一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放量高，而颗粒物排放量低，氮氧化合物(NOx)排放与柴油车基本相同。此时，已经开启的主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，燃烧舱21内的温度高于800度时，温控开关19自动关闭加热器电路，停止给燃烧舱21加热，碳氢化合物(HC)在燃烧舱21中燃烧，生成CO2和水蒸汽，反应式为：HC+O2→CO2+H2O；一氧化碳(CO)与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯12中的三元催化剂的作用下，生成氮气和二氧化碳，反应式为：2NO2+4CO+催化剂＝N2+4CO2，4NO+4CO+催化剂＝2N2+4CO2。排气管尾部最终排出的是氮气和二氧化碳、水蒸汽。
当内燃机车为天然气(甲烷)发动机时排放物：氧气充足时，产生二氧化碳和水，CH4+2O2＝CO2+2H2O；氧气不足时，产生一氧化碳和水，2CH4+3O2＝2CO+4H2O。天然气掺氢燃料发动机，天然气中掺入氢气后，相对纯天然气而言，发动机缸内着火时刻提前，温度峰值增加，燃烧更加充分，后燃减小，缸内压力峰值也随之增加。随着掺氢比的增加，CO和NOX(主要是NO)排放量增加，HC(主要是CH4)、CH2O排放量减小。此时，在燃烧舱21中存在CO和NOX，在催化过滤芯12中的三元催化剂作用下，生成氮气和二氧化碳。甲醛(CH2O)在有氧的燃烧舱21中点燃被燃烧生成二氧化碳和水，反应式为：CH2O+O2＝CO2+H2O(点燃)。又因甲烷发动机初始温度为127℃时，纯甲烷燃料无法自行点燃；加入少量甲醛(CH2O)后，就能极大地促进点燃过程。其排放物含有少量甲醛(CH2O)，而且排气管温度较低，此时，已经的开启主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火。温控开关19自动工作开启加热器电路，给燃烧舱21加热使少量甲醛(CH2O)燃烧生成二氧化碳和水，反应式为：CH2O+O2＝CO2+H2O(点燃)。然后经催化过滤芯12催化和过滤，最终以氮气、二氧化碳和水蒸汽方式从排气管14尾部排出(其中的氮气是原先空气中的氮气)。
当内燃机车甲醇发动机时排放物：甲醇发动机在2000r/min时、不同负荷下，三效催化器前后醛酮化合物的相对含量对比。从组分构成上看，无论是在三效催化器前或后的任何测量工况点，甲醛均是甲醇发动机最重要的醛酮类排放物。三效催化器前，甲醛所占比例范围为31.62％-38.87％，三效催化器后，甲醛所占比例范围为36.73％-60.28％：其次为乙醛排放，三效催化器前，乙醛所占比例范围为27.72％-29.98％，三效催化器后，乙醛相对比例范围为12.58％-22.43％；由于丙烯醛和丙酮的出峰时间几乎相同，其排放量以2种化合物的总量计算，三效催化器前，丙烯醛和丙酮比例范围为10.90％-12.41％，三效催化器后，丙烯醛和丙酮比例范围为11.20％-16.50％。此外，三效催化器前各工况点的丙醛比例为9.71％-11.18％，三效催化器后各工况点的丁醛比例为4.80％-12.40％，其他大分子醛酮类化合物所占比例较小，均在5％以下(请见：甲醇发动机的醛酮类污染物排放特性研究----文库下载)，其中含有甲醛均是甲醇发动机最重要的醛酮类排放物。又因甲烷发动机初始温度为127℃时，纯甲烷燃料无法自行点燃；加入少量甲醛(CH2O)后，就能极大地促进点燃过程。其排放物含有少量甲醛(CH2O)，而且排气管温度较低。此时，已经开启的主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，温控开关19自动工作，给燃烧舱21加热，使少量甲醛(CH2O)燃烧生成二氧化碳和水，甲醛燃烧反应式为：CH2O+O2＝CO2+H2O(点燃)，其他醛酮类排放物也被在高温有氧条件下燃烧生成二氧化碳和水。然后经催化过滤芯12三元催化剂催化和过滤，最终以氮气、二氧化碳和水蒸汽方式从排气管14尾部排出(其中的氮气是原先空气中的氮气)。
当内燃机车乙醇发动机时排放物为二氧化碳和水：由于乙醇燃烧不完全，还会产生一些微量排放物乙醛、甲醛、乙酸等。此时，已经开启的主电键1令继电器3有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料20、细导线18点火，温控开关19自动工作，给燃烧舱21加热点燃，乙醛、甲醛、乙酸有氧燃烧均生成CO2和水。然后经催化过滤芯12中的三元催化剂催化和过滤，最终以氮气、二氧化碳和水蒸汽方式从排气管14尾部排出(其中的氮气是原先空气中的氮气)。
内燃机车停机时，关闭主电键1。

Claims (10)

1.内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置分燃烧、离心、清理、收集、催化过滤部件，由加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐、燃烧舱组成；其特征是：加热器、点火器、进气调节阀、涡轮、转轴、齿轮、滤网、催化过滤芯、收集罐装在燃烧舱内；在尾气排气口装上燃烧舱，在燃烧舱前口上方装上加热器和点火器，燃烧舱中部依次装上涡轮、转轴、齿轮、滤网，燃烧舱后部装上催化过滤芯，燃烧舱后方的底部有泻口装上收集罐；燃烧舱后部接排气管；其中：加热器、点火器、进气调节阀、燃烧舱组成燃烧部件；涡轮、转轴组成离心部件；齿轮、滤网组成清理部件；催化过滤芯为催化过滤部件；泻口、收集罐组成收集部件。
2.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：温控开关固定在燃烧舱前口上方，串联电热器、主电键、蓄电池，组成加热器；加热器装在燃烧舱前口。
3.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：串联电热器、主电键、蓄电池、继电器和压电材料、细导线，组成点火器；点火器通过燃烧舱上方前口小孔进入燃烧舱内。
4.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：涡轮上固定转轴，涡轮外缘设有齿轮，后面设有滤网，转轴装在滤网的中央轴孔上。
5.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：过滤芯是不燃材料硅藻土，过滤芯上设有催化剂，组成催化过滤芯，由螺栓固定在燃烧舱上。
6.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：由螺旋丝牙的金属罐与燃烧舱后方的底部有泻口的螺旋丝牙对接，组成收集罐。
7.根据权利要求1所述的内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置，其特征是：在开口的阀门底层放置隔热片，再放置硅橡胶、弹簧，然后用螺栓压住弹簧组成进气调节阀；进气调节阀装在燃烧舱前口。
8.一种内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置的使用方法，其特征是：将尾气中的碳氢化合物和/或醛酮类排放物和颗粒物、炭黑以及少量的硫进行燃烧和/或离心和/或清理和/或收集和/或催化过滤；
内燃机车运行时，闭合主电键，温控开关开启加热器电路加热；继电器压动点火器中的压电材料点火，过剩的碳氢化合物和/或醛酮类排放物因进气调节阀从空气中选择进入的氧气而燃烧；即使有过量的碳氢化合物和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成一氧化碳，再与氮氧化物在催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；即使有颗粒物、炭黑存在，由滤网阻挡，由涡轮带动齿轮转动，将颗粒物、炭黑扫入收集罐中；最终以氮气和二氧化碳、水蒸汽从排气管尾部排出；内燃机车停机时，关闭主电键。
9.根据权利要求8所述的一种内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置的使用方法，其特征是：内燃机为柴油车或汽油车时，开启主电键，继电器有节律地上下弹跳，压动点火器中的压电材料、细导线点火，排出的尾气中含一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、颗粒物、氮氧化物(NOx)、炭黑，但燃烧舱内的温度低于550度时，温控开关开启加热器电路，给燃烧舱加热；过剩的HC、CO达到着火点，又因进气调节阀从空气中选择进入大量氧气而燃烧；燃烧舱内的温度迅速达到了550度以上，使碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑完全燃烧；其中的一氧化碳(CO)也达到着火点与氧气燃烧反应生成二氧化碳；因燃烧舱内的温度超过800度，温控开关切断加热器电路，停止加热，生成二氧化碳和水蒸汽；即使有过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧，也会生成少量的一氧化碳；即使有灰烬、颗粒物、炭黑存在，也因涡轮在尾气的作用下旋转，产生离心，被滤网阻挡，由涡轮外缘的齿轮将灰烬、颗粒物、炭黑扫入收集罐；过量的碳氢化合物(HC)和颗粒物、炭黑未能完全燃烧生成的一氧化碳与氮氧化物(NOx)在催化过滤芯中的催化剂的作用下反应生成氮气和二氧化碳；同时，由于催化过滤芯中的硅藻土的化学成分主要是SiO2，含有少量的Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等和有机质，其中柴油中含有少量的硫，燃烧时生成SO2以及硫化氢，硫与氧气燃烧生成二氧化硫，硫化氢与氧气燃烧生成二氧化硫和水，二氧化硫再与氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫与水蒸汽反应，生成硫酸，进入硅藻土中，与硅藻土中的Al2O3、Fe2O3、CaO反应，生成Al2(SO4)3、FeSO4、CaSO4，或者二氧化硫与水、氧化镁MgO发生脱硫反应生成MgSO3，进入硅藻土内部；或者硫化氢直接与Fe2O3、CaO结合生成FeS、CaS，进入硅藻土内部；排气管尾部最终排出的是氮气和二氧化碳、水蒸汽。
10.根据权利要求8所述的一种内燃机尾气颗粒物炭黑净化处理装置的使用方法，其特征是：内燃机为甲烷发动机或甲醇发动机或乙醇发动机时，排出的尾气中含醛酮类排放物，已经开启的主电键，让点火器点火，温控开关自动工作开启加热器电路，给燃烧舱加热，使醛酮类排放物燃烧生成二氧化碳和水。
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