CN1195740A - 四冲程内燃机废气处理方法及处理系统 - Google Patents
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Abstract
利用四冲程内燃机吸气冲程与进气管相连的管道中形成的负压,将经第二空气滤清器滤清的空气经过截断控制阀及与之相连的单向控制簧片的脉动方式控制送入排气管中的初始端,高温废气在该处二次燃烧,燃烧后的废气再经触媒氧化器进一步氧化后被排放到大气中。使用本系统可使内燃机排放废气中的CO及碳氢化合物含量和浓度分别被降低到1.5%(体积)和560ppm以下。
Description
本发明涉及内燃机排放废气处理技术，特别涉及诸如摩托车用的四冲程内燃机排放废气的处理方法及其所用的处理系统。
摩托车以其快速、灵活、启动加速快等其它交通工具无法相比的特点，已在城乡得到广泛的应用，尤其成为城市的理想代步工具。众所周知，摩托车，特别是民用摩托车多为单缸四冲程汽油机引擎，其工作过程中的燃油燃烧有赖清洁空气的适当配合。而实际使用过程中，特别是起步加速阶段或怠速阶段，常因燃油、空气不能协调配合，致其燃油不能充分燃烧，排放的废气中常含有大量一氧化碳及其它对人有害的碳氢化合物，造成对周围环境的污染。
努力寻找净化包括摩托车在内各种使用内燃机的城乡机动车辆排放之废气的方法，越来越成为人们竞相研究和关注的技术课题，并多有报道。欧洲专利申请公开EP702,134记载的《发动机废气净化装置》采用在排气管道中加置环形吸收管段，在该管段中相对管段位置处设置第一和第二NOx吸收体，并在该管段内与该二吸收体连线垂直的方向上分别设置转换阀门及喷嘴。当废气由转换阀门控制经一路吸收管流经两个NOx吸收体之一后，所述喷嘴向废气流喷入还原剂CO和碳氢化合物，从而使CO和碳氢化合物被氧化成对人体无害的CO2和水蒸气；转换所述阀门可交替使用两路吸收管。为使整个装置协调动作，需使用计算机化的控制单元，致使整个装置结构复杂。
中国实用新型专利CN96234642.X报道的《车用排气催化净化装置》可用于降低摩托车、汽车发动机排气中的CO及碳氢化合物含量，系在发动机排气管内安置多级催化净化器，各催化净化器内装有陶瓷或金属制作的蜂窝状柱体催化剂，并在排气管的管壁上，各级催化净化器前布置有二次补气孔，使发动机排出的废气通过催化剂时得以被充分地补氧，从而被有效地净化。但利用催化剂参与净化内燃机排放的废气，常因废气中所含油雾覆盖催化剂表面，最终会使催化剂失效，而影响净化效果。
本发明的目的在于提出一种高效率的、减少内燃机排放废气中一氧化碳及碳氢化合物含量的简单处理方法。
本发明的另一目的在于提出一种实现上述减少内燃机排放废气中一氧化碳及碳氢化合物含量的处理方法的内燃机排放废气处理系统。
为实现上述目的，本发明提出的废气处理方法包括以下步骤，提供附加的滤清空气；利用内燃机吸气冲程在与进气管相连的管道中形成负压，以脉动方式使所述附加的滤清空气受控地被送入排气管中；所述滤清空气使高温废气在排气管中二次燃烧；燃烧后的废气再经催化氧化后被排放到大气中。
本发明提出的实现上述废气处理方法的废气处理系统包括：与汽缸头相连的进气管、主排气管、与主排气管相连的消声器，以及设在消声器内的触媒氧化器，所述触媒氧化器内装有催化剂。还包括附加的第二空气滤清器，它经导气管与一截断控制阀相连。所述截断控制阀还经一负压管与内燃机的进气管相连，并与一单向控制簧片室相连。所述单向控制簧片室中装有单向簧片，簧片只能沿所述附加的滤清空气流动方向开启，以阻止内燃机汽缸内的废气倒流。单向控制簧片室的另一端与内燃机的主排气管初始端相连。主排气管的另一端与被置于消声器内的触媒氧化反应器相连，所述触媒氧化反应器的开口通向所述消声器的内部空间。
具有上述结构的本发明废气处理系统确保内燃机工作过程中排放的废气在排气管的初始端与经过过滤的清洁空气重新混合，由于高温废气自身所含的热能，使废气、空气混合物在排气管内二次燃烧，从而使废气中所含的一部分碳氢化合物及一氧化碳被氧化，生成二氧化碳和水蒸气。废气中所剩的少量一氧化碳及碳氢化合物在排气管的末端又进入触媒氧化反应器，在其中进一步实现氧化反应。经此处理的废气中所残存的有害物质被大大减少。
经对比测试，使用相同品牌、相同排气量卧式单缸四冲程内燃机的摩托车采用本发明废气处理系统后，排放到大气中的废气所含CO的体积百分比平均低于1.5％(最低含量可低于1.1％)，而未使用本发明废气处理系统的对比测试值平均为4％；废气中碳氢化合物的浓度含量平均低于560ppm，而未使用本发明废气处理系统的对比值平均为1200ppm。
以下结合附图，通过对实现本发明的具体实施例的详细描述，进一步说明本发明内容，其中：
图1是说明本发明废气处理系统一种具体实施例总体布置的结构示意图；
图2是说明所述实施例废气处理系统中所用截断控制阀内部结构的剖面示意图；
图3是表示所述实施例废气处理系统中所用单向控制簧片室结构的示意图。
参见图1，该图示意地示出本发明的废气处理系统是在现有内燃机燃气供给、燃烧及排放系统的基础上加装第二空气滤清器2，它通过导气管3与截断控制阀4相连。截断控制阀4用以控制来自导气管3的辅助供气(空气)以脉动方式被送入与发动机1的汽缸相连的主排气管6中。截断控制阀4与主排气管6间串接有单向控制簧片室5。该单向控制簧片室5被安装在主排气管6靠近发动机1的汽缸排气孔处，即废气进入主排气管6的入口附近，其中簧片51(见图3)的开启方向只容许前述辅助供气(空气)流入主排气管6，并阻止主排气管6中的废气倒流回截断控制阀4。图1中参考标号11表示的是化油器。
对照图2可知，上述截断控制阀4实际为一个三向连通阀，其内部沿轴向为一贯通的通道41，通道周围有一与之隔开布置的腔室45，腔室45经管路与前述单向控制簧片室5相通；通道41与腔室45间可有通路46相通。所述通道41的上下两段41a和41b分别与负压管8和导气管3密接，其中上段41a的直径大于下段41b的直径。通道41的中央部位有阶梯状凹槽42，所述凹槽的直径大于通道41上段41a的直径，槽内用以容纳密封垫43，将通道41的上下两段41a和41b隔开。凹槽42的轴向深度大于密封垫43的厚度，使得密封垫43可在槽内沿轴向移动。在密封垫43的朝向负压管8的一侧，并在所述通道41的上段41a内布置有小弹簧44。当密封垫43两侧压力平衡(即相等或接近)时，小弹簧44抵住密封垫43，使得密封垫43同时封闭通道41的下段41b和与通路46。
当发动机1的汽缸经历吸气冲程时，与进气管7相通的负压管8内形成“真空”状态，破坏了密封垫43上下两侧的压力平衡，以致密封垫43被迫向着压力小的一侧，即通道41的上段41a方向移动，密封垫43封闭通道41的上段41a。与此同时，通路46被打开，使通道41的下段41b与腔室45连通，于是，经空气滤清器2过滤的新鲜空气经由导气管3进入截断控制阀4，经通道41的下段41b、通路46及腔室45进入所述单向控制簧片室5。此时由于与发动机1的汽缸相连的主排气管6中尚无废气被排入，所述单向控制簧片室5内的簧片51两侧压力不相等，新鲜空气得以进入主排气管6。
当发动机1的汽缸经历排气冲程，有废气被排入主排气管6时，所述单向控制簧片室5内的簧片受到废气的压力而关断前述新鲜空气的通路，同时，由于废气在进入主排气管6处已有前述补充的新鲜空气，致使处于近300℃高温的废气在排气管内二次燃烧，使其中所含的大部分CO及碳氢化合物被氧化，生成CO2及水蒸气。
上述夹带着剩余的少量有害成分的废气经主排气管6继续流向设在消声器9内的触媒氧化器10。该触媒氧化器内装有催化剂，催化剂可选用铂、铑或钯等金属材料，也可选用稀土金属的氧化物。在该触媒氧化器内，使废气中尚残存的少量有害成分再次受到氧化。
经此多级处理的内燃机排放废气中的有害物质含量可远远低于容许的排放标准，最终达到净化排气的目的，从而确保实现对周围环境的有效保护，以此实现整个发动机，乃至使用该发动机的车辆成为“绿色发动机”、“绿色摩托车”等。
Claims (10)
1.一种四冲程内燃机废气处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：提供附加的滤清空气；利用内燃机吸气冲程在与进气管相连的管道中形成负压，以脉动方式使所述附加的滤清空气受控地被送入排气管中；所述滤清空气使高温废气在排气管中二次燃烧；燃烧后的废气再经催化氧化后被排放到大气中。
2.一种用于实现权利要求1所述方法的四冲程内燃机废气处理系统，包括与内燃机汽缸头相连的进气管、主排气管、与主排气管相连的消声器，以及设在消声器内的触媒氧化器，所述触媒氧化器内装有催化剂，其特征在于，还设置附加的第二空气滤清器，它经导气管与一截断控制阀相连；所述截断控制阀还经一负压管与内燃机的进气管相连，并与一单向控制簧片室相连；所述单向控制簧片室中装有单向簧片，簧片只能沿所述附加的滤清空气流动的方向开启，以阻止内燃机汽缸内的废气倒流；单向控制簧片室的另一端与内燃机的主排气管初始端相连，排气管的另一端与被置于消声器内的触媒氧化反应器相连，所述触媒氧化反应器的开口通向所述消声器的内部空间。
3，一种如权利要求2所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述与内燃机的进气管相连的截断控制阀(4)以脉动方式控制导气管(3)的辅助空气进入主排气管(6)中。
4，一种如权利要求2或3所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述截断控制阀(4)的内部沿其轴向为一贯通的通道(41)，通道周围有一腔室(45)，腔室(45)经管路与前述单向控制簧片室(5)相通，通道(41)与腔室(45)间有通路(46)相通。
5，一种如权利要求4所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述通道(41)的上下两段(41a，41b)分别与负压管(8)和导气管(3)密接，上段(41a)的直径大于下段(41b)的直径；通道(41)的中央部位有阶梯状凹槽(42)，所述凹槽的直径大于通道(41)上段(41a)的直径，槽内容纳密封垫(43)，将通道(41)的上下两段(41a，41b)隔开；凹槽(42)的轴向深度大于密封垫(43)的厚度，密封垫(43)可在槽内沿轴向移动。
6，一种如权利要求5所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，在密封垫(43)的朝向负压管(8)的一侧，并在所述通道(41)的上段(41a)内布置有小弹簧(44)；密封垫(43)两侧压力平衡，则小弹簧(44)抵住密封垫(43)，同时封闭通道(41)的下段(41b)和通路(46)。
7，一种如权利要求2或3所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述触媒氧化器(10)内装的催化剂为铂、铑或钯等金属材料。
8，一种如权利要求2或3所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述触媒氧化器(10)内装的催化剂为稀土金属的氧化物。
9，一种如权利要求4所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述触媒氧化器(10)内装的催化剂为铂、铑或钯等金属材料。
10，一种如权利要求4所述的四冲程内燃机废气处理系统，其特征在于，所述触媒氧化器(10)内装的催化剂为稀土金属的氧化物。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100420831C (zh) * | 2006-05-17 | 2008-09-24 | 重庆隆鑫工业（集团）有限公司 | 具有二次补气结构的发动机及二次补气空滤器 |
| CN108005797A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-05-08 | 东风商用车有限公司 | 一种可控式发动机辅助制动装置及使用方法 |
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1998
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