CN1865673A - 以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车尾气处理领域，涉及一种以金属为载体的、能够对柴油和汽油发动机尾气进行净化处理的旋绕式结构处理器。其由外壳、旋绕式结构的金属载体、气流涡流器和挡板构成，外壳(1)前后两端具有进气口盖(3)和出气口盖(13)，在进气口盖(3)上有进气连接管(2)，在出气口盖(13)上有出气口连接管(14)，外壳(1)由进气连接管(2)和出气连接管(14)接在发动机的排气管中间，组成一个整体密闭的催化器空间；旋绕式结构的金属载体分为催化一级和催化二级(15)，催化一级包括第一催化褶皱带(5)，催化二级(15)包括第二催化褶皱带(9)和第三催化褶皱带(11)。本产品具有易加工、催化效率高等优良效果。

Description

以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器

技术领域

本发明属于汽车尾气处理领域，涉及一种以金属为载体的、能够对柴油和汽油发动机尾气进行净化处理的旋绕式结构处理器。

技术背景

随着柴油机的增加和人们环保意识的增强，柴油机对空气的污染问题日益突出。现有的柴油机排气控制对策技术包含发动机技术、后处理技术和燃油技术等三个方面的内容。其中后处理技术最为重要和关键，后处理技术是指将发动机排放物质在进入大气前进行处理、进一步减少NO_x和PM污染物排放的技术，后处理技术主要有四种：氧化催化剂技术、微粒捕集器(或微粒物过滤器)技术、NO_x催化剂技术、微粒物和NO_x同时净化技术。当今人们致力于发展此项技术。

表1：蜂窝状陶瓷载体和金属载体的物理参数

属性	金属载体	陶瓷载体
			网孔密度	500	500
壁厚/mm	0.05	0.18
			单位体积几何表面积/m2m-3	3750	2120
有效截面％	92	78
			热导率/wm-3k-3	15	1.754
质量热容/Jkg-3k-3	500	1080
			比热/JL-3K-3	320	510

除了改进发动机外，催化转化器是一种净化效率很高、迄今为止最有效的技术措施，催化转化器的制造技术正以较快的速度不断更新。催化转化器的结构也随着柴油机的发展而不断更新，现在常用的载体为蜂窝陶瓷载体和蜂窝式金属载体。蜂窝陶瓷载体虽然具有热膨胀系数小、耐热冲击性能好、抗压强度和抗震动性能优良的特点，但是还存在着它固有的缺点，即蜂窝陶瓷材料具有各向异性的特点，其径向膨胀系数是横向膨胀系数的两倍，且微粒易沉积在进气孔道内，因此再生过程受热不均匀，易发生热冲击损坏(如表1)；而且当前国内没有蜂窝陶瓷材料的生产厂家，我们需要从国外进口，这样费用很高，所以我们选择金属材料作为催化剂的载体，这样既经济又可以避免陶瓷载体的一些缺点。

早在20世纪60年代初，美国就开发出第一代金属蜂窝载体催化剂，它的载体是由平型和瓦楞型的金属薄片相叠后卷绕成的圆柱型基体和外壳组合而成的，但是，由于当时缺乏金属薄片之间以及基体与外壳间的粘接技术，因而试验并未获得成功。以后又采用两端十字干固定方式和铜焊等，但是仍未达到所需的耐久性要求。直到20世纪80年代起，使用真空硬焊工艺来粘接金属薄片以及基体与外壳，从而解决了金属载体的固定问题，但是还存在着很多弊端，排出气体的净化效率不是很高，发动机排出系统压力阻力大和催化剂的使用寿命短。

总之随着设计的不断完善，金属蜂窝载体正越来越广泛地被运用在机动车尾气的催化净化器中。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有旋绕式金属载体结构的催化转化器，该催化转化器对汽车尾气具有很高的净化效率，能够有效地降低发动机排出系统压力阻力和延长催化剂的使用期限，使在载体内的气流分布尽可能的均匀，整个催化转化器的压力损失尽可能小。

本专利所述的催化转化器由外壳、旋绕式结构的金属载体(可以是单质金属，二元合金，镍铬铝合金，不锈钢等)、气流涡流器和挡板(挡板分为陶瓷挡和金属挡板，其中金属挡板和金属载体相同可以是单质金属、二元合金、镍铬铝合金、不锈钢等)构成。

外壳前后两端具有入气口盖和出气口盖，在进气口盖上有进气连接管，在出气口盖上有出气口连接管，外壳由进气连接管和出气连接管接在发动机的排气管中间，组成一个整体密闭的催化器空间；

旋绕式结构的金属载体分为催化一级和催化二级，催化一级包括第一催化褶皱带，催化二级包括第二催化褶皱带和第三催化褶皱带，催化褶皱带是将预先处理好的(预处理)金属薄片先制作成瓦楞型(即回纹形状)，然后沿与瓦楞平行的方向对折后卷绕成S型制成，对折后的两片金属薄片之间并不是接触的，它们之间有一定的空隙，在1-2mm之间；

预处理的过程如下：

首先，利用喷砂机将金属载体进行喷砂处理其步骤为：

1、将载体所不需要喷砂的部位用防护蜡或防护胶纸封上作保护。贴防护胶纸或点防护蜡时，线条要流畅、整齐。

2、选择直径为0.3-1毫米的石英砂，放在喷砂机内。

3、手持载体，将需要喷砂的部位放入喷砂机内，对准喷砂机出砂口，打开气压阀门，石英砂通过空气压力喷在载体上，喷到合金表面，形成1-2微米的深坑。喷砂位置要求完整、均匀，以便达到效果。

处理后的载体在显微镜下观察可以看到金属表面粗糙，用眼观察为光泽哑面。

其次，在齿的高度和密度一定的压折机上将上述喷过砂的金属载体压出波纹型(即回纹)。

在次，将喷过砂的金属载体用10％的硝酸酸洗(常温下浸泡20-30分钟)，

然后，将酸洗过的金属载体在用蒸馏水冲洗3-4遍，吹干，

最后，用10％左右的酒精冲洗4-5遍，吹干。

第一催化褶皱带嵌入到两个绝缘的圆形陶瓷板之间，第一带孔陶瓷板的中央带有圆孔，第二带孔陶瓷板的外缘有缺口，第一带孔陶瓷板、第二带孔陶瓷板及嵌入其间的第一级催化褶皱带通过销钉固定安装在进气盖上，并使第一带孔陶瓷板的圆孔紧密安装在进气管上；作为本专利的优选实施方式，孔和缺口的面积分别等于进气连接管的面积。

第二催化褶皱带和第三催化褶皱带由第二金属挡板彼此分开，其两端由第一金属挡板、第三金属挡板通过销钉固定在出气盖上，第一金属挡板的边缘带有缺口、第二金属挡板中心带圆孔且边缘带有缺口、第三金属挡板中心带有圆孔；作为本专利的优选实施方式，第二催化褶皱带和第三催化褶皱带的长度和宽度应相同；金属挡板上圆孔及边缘缺口的面积应等于排气管的面积。

催化一级和催化二级间由气体涡流器隔开，气体涡流器紧紧夹在第二陶瓷挡板和第一金属挡板间，主要起搅拌作用使气体混合的更均匀。汽车排放出来废气本身就具有了很大的速度，又由于第一陶瓷挡板是中央开口、而第二陶瓷挡板是边缘开口且开口沿挡板弧向是逐渐增大的，因而气体在催化一级中是旋转前进的，涡轮片的存在使得旋转前进的气体分开，这样气体自身转动，就可以等效的看作是涡流器在转动，从而使气体得到搅拌。这种设计减少了额外提供动力带动涡流器转动的麻烦，节省了资源。而且由于具有一定宽度涡流器的存在，使得带有销钉帽的销钉易于安装

各级挡板和各级催化褶皱带共轴安装，气体流动路线如图1中的8所示，第一级中，气体从第一带孔陶瓷挡板中间进入沿着S型褶皱带流动，最后从第二带孔的陶瓷挡板的边缘缺口流出，然后经过涡流器使气体充分搅拌；第二级中，搅拌后的气体经过第一金属挡板边缘缺口进入到催化带中，其中一部分气体沿着S型褶皱带流动并从第二金属挡板中间的孔流出，然后直接流过第三催化带，经第三金属挡板中间的孔流出，而还有一部分气体是从第一金属挡板边缘缺口进入到第二催化带并直接经过第二金属挡板边缘的缺口流入进第三催化褶皱带，然后在第三催化褶皱带中沿着S型褶皱带流动，最后也从第三金属挡板中间的孔流出。

进气连接管、排气管连接管的连接方式是较为重要的。进气连接管是与原车排气管相连接的部分，我们设计的催化净化器的前、后端都采用法兰来连接。进、排气管的直径依据原车排气管而定，其长度可根据实际需要而定。另外，在法兰连接处要加真空垫以保证不漏气。

此外，为解决低温时催化效果不好的问题，在本专利的催化一级上还加有电加热装置，通过车载电平为催化一级供电。

另外，为减小汽车尾气在催化净化器中流动时的气阻，各级催化褶皱带的螺距应一致，其由进气管或出气管的横截面积和金属带的宽度决定。

将上述制作好的S型金属载体浸泡在质量分数为0.02％-1％的钯的水溶液中浸泡10分钟-20分钟，取出，100℃-200℃烘干2小时，300℃-400℃焙烧3小时-5小时，随炉冷却，即制备得到表面担载有催化剂的金属载体，进一步安装于催化器中，可制备得到含该金属载体的汽车尾气处理器。

使用本发明所述的催化转换器结构与已有的技术相比具有如下优点及效果：

(1)就载体而言：与传统的陶瓷载体相比较，金属载体由于金属材料的本身的物理性能，金属载体的壁厚可薄至0.05mm，其有效截面大大增加，从而可降低排气背压，有助于减少发动机功率的损耗；

(2)此载体使气流分布更加的均匀；整个催化转化器的压力损失很小；

(3)金属载体较大的几何表面积有利于提高催化剂对废气的净化效率；

(4)金属载体良好的导热性能和较低的热容量有助于降低催化剂的起燃温度；

(5)金属载体的延展性能好，抗震性强，不易发生脆裂，具于更持久的机械寿命；

(6)由于金属的易加工性，此结构中的S型催化褶皱层，比以往的结构进一步提高了催化剂的效率；

(7)就此催化转化器具有两个催化阶段的特殊结构而言：它提高排出气体的净化效率，降低发动机排出系统压力阻力和延长催化剂的使用期限；

(8)而且此结构制作工艺简单，费用低廉。

附图说明

图1：本专利所述的旋绕式结构发动机尾气处理器结构示意图；

图2：第一陶瓷挡板和第三金属挡板结构示意图；

图3：第二陶瓷挡板和第一金属挡板结构示意图；

图4：第二金属挡板结构示意图；

图5(a)：涡流器侧视图；

图5(b)：涡流器正视图；

图6：催化一级中催化褶皱带和陶瓷挡板叠加后的示意图；

图7：催化二级中催化褶皱带和金属挡板叠加后的示意图；

图8：催化褶皱带正向示意图。

如图1所示，本专利所述的旋绕式结构发动机尾气处理器，主要由外壳1、旋绕式结构的金属载体、气流涡流器6和挡板构成，外壳1的前后两端具有入气口盖3和出气口盖13，在进气口盖上3有进气连接管2，在出气口盖13上有出气口连接管14，外壳1由进气连接管2和出气连接管14接在发动机的排气管中间，组成一个整体密闭的催化器空间；

在进气连接管2的后面紧接着安装有催化一级，其内部为扭绞成S形的第一催化褶皱带5，第一催化褶皱带5嵌入到第一带孔陶瓷板4和第二带孔陶瓷板18之间，并通过对称分布的4个与金属载体绝缘的销钉固定安装在进气盖上，如图2、图3所示，第一带孔陶瓷板4的中央带有圆孔21，第二带孔陶瓷板18的外缘有缺口22，圆孔21和外缘缺口22的面积分别等于进气连接管2的面积，其中20为安装销钉的销钉孔，沿中心轴对称分布；图3中虚线与实线所围部分即挡板的边缘缺口22，其两部分的面积和等于进气管接口2的面积，25为边缘缺口的最大径向距离；包括边缘缺口22的挡板18其外沿与挡板4相同；

如图5所示，是涡流器的结构示意图，其由具有一定宽度的金属圆环构成，在圆环金属片的外侧焊接有涡轮片24，涡轮片24的外沿与挡板4、18的外沿相同；涡流片24的长度应大于图3所示挡板18边缘缺口的最大径向距离25和挡板7边缘缺口的最大径向距离25’；

催化二级由宽度和长度相同的第二催化褶皱带9、第三催化褶皱带11构成，第二催化褶皱带9和第三催化褶皱带11中间有第二金属挡板10，两端有第一金属挡板7和第三金属挡板12，三个金属挡板及其间的二个催化褶皱带通过穿在销钉孔20’内的对称分布的4个与金属载体绝缘的销钉17固定安装在出气盖13上，第一金属挡板7的边缘带有缺口22’，第三金属挡板的中央带有圆孔21’，第二金属挡板10的中央带有圆孔21’，边缘带有缺口22’，圆孔21’和缺口22’的面积等于出气连接管14的面积；25’为边缘缺口的最大径向距离；包括边缘缺口22’的挡板7、挡板10其外沿与挡板12相同；

如图6所示，是图1催化一级中催化褶皱带和陶瓷挡板叠加后的示意图，其中16、16’是给第一催化褶皱带5加热的电极对，其接车载电平。催化褶皱带5是将沿与回纹平行方向对折的瓦楞型金属薄片卷绕成S型，对折后的两片金属薄片之间并不是接触的，它们之间有一定的空隙，在1-2mm之间。它不是以往的直通式催化净化器催化带(即由平型和瓦楞型的金属薄片相叠后卷绕成圆柱型结构)，这种结构避免了以往方法中还得焊接的麻烦。由于金属薄片载体所围成的孔道的表面是瓦楞型的波纹，使气体的流动状态由层流变成了湍流，从而增加了废气与孔道表面的传质和传热，进一步提高了担载在金属薄片表面的催化剂的净化效率。其中，20为向进气盖3固定催化一级的销钉孔，21为第一陶瓷挡板4的中央圆孔，22为第二陶瓷挡板18的边缘缺口。催化褶皱带5的表面是瓦楞型的，即回纹型。

如图7所示，是图1催化二级中催化褶皱带和金属挡板叠加后的示意图，催化褶皱带9同样是将沿与回纹平行方向对折的瓦楞型金属薄片卷绕成S型，对折后的两片金属薄片之间并不是接触的，它们之间有一定的空隙，在1-2mm之间。由于金属薄片载体所围成的孔道的表面是瓦楞型的波纹，使气体的流动状态由层流变成了湍流，从而增加了废气与孔道表面的传质和传热，进一步提高了担载在金属薄片表面的催化剂的净化效率。其中，20’为向出气盖13固定催化二级的销钉孔，21’为第二金属挡板10和第三金属挡板12的中央圆孔，22’为第一金属挡板7和第二金属挡板10的边缘缺口，催化褶皱带9的表面同样是瓦楞型的，即回纹型。

如图8所示，是催化褶皱带的正视图，可见其扭成S型，M代表螺距，由于是将瓦楞型金属片扭成S型，因此，从正面看，催化褶皱带应是回纹型的，即图示的催化褶皱带的边缘情形，为画图的方便，其余部分没有画出，仅以平滑线替代。

具体实施方式

下面通过两个例子，对本发明做进一步的说明，而不是对本发明的限定。

实施例1：

如图1，在催化一级中，气体是从挡板4的中央流入，而沿着挡板18的外缘缺口流入到第二级15中。催化二级15是由两个长度和宽度相同的扭绞成S形的第二催化褶皱带9和第三催化褶皱带11构成，催化二级15的催化褶皱带借助于金属挡板10(如图2、3、4所示)相隔，而陶瓷挡板4、18夹着第一催化褶皱带5，用销钉17穿起来，固定在净化器的入口盖3上，金属挡板7、10、12同样夹着第二催化褶皱带和第三催化褶皱带，用销钉17′穿起来固定在出气口盖13上。气体流动路线如图1中的8所示，第一级中，气体从挡板4中间的孔进入沿着S型褶皱带流动，最后从挡板18边缘的缺口流出，然后经过涡流器6使气体充分搅拌；第二级中，搅拌后的气体经过挡板7边缘缺口进入到催化带9，其中一部分气体沿着S型褶皱带流动并从挡板10中间的孔流出，然后直接流过催化带11，经挡板12中间的孔流出，而还有一部分气体是从挡板7边缘缺口进入到催化带9直接经过挡板10边缘的缺口流入到催化带11，然后在11中沿着S型褶皱带流动，最后也从挡板12中间的孔流出。

挡板12沿着中央有缺口，而挡板7和10沿着外缘有缺口，安装时缺口的位置是相对应的，也就是在同一个位置。在催化的第一和第二级之间建立气体流体作业的涡流器6，如图5所示，其目的是使气体混合得更加均匀，在陶瓷挡板18和金属挡板7之间，用这两块挡板将涡流器6夹紧。催化净化的第一级要通过导线借助于蓄电池给第一催化褶皱带5加热，如图1和6所示，其中图1和图6中的16就是接电用的接线柱，图6是图1从A方向看过去的截面图，为清晰表示相互间的位置关系，将挡板4的中央圆孔、挡板18的边缘缺口一并画在该图中了，而图6、图7内部我们看到的应该是催化褶皱带，从这个角度看过去应该是波纹型的，为使构图方便，我们没有画出，而以平滑的曲线替代，其详细的信息见图8。为了使第一级与第二级之间绝缘，4、18应选用两片陶瓷绝缘挡板，挡板4的中心带圆孔，挡板18的边缘带缺口，圆孔和缺口的面积都等于进气管2的横截面积。另外在挡板4、18上都各自相应的位置上均匀对称地分布着4个小孔，以便将第一级金属载体用套装有绝缘保护套的销钉17固定于挡板4、18之间，最后固定于净化器的前盖3上。

7、10、12均为金属挡板，其与我们选取的催化带金属成分相同，挡板7、10、12和催化带我们分别可以选取单质金属、二元合金、不锈钢和铁铬铝合金等。挡板7边缘带缺口、挡板10的中心带圆孔且边缘带缺口、挡板12的中心带圆孔，无论是中间的圆孔还是边缘的缺口都等于排气管14的横截面积。

由于第二级载体的总宽度较大，若气流完全绕中心轴线前进则会使系统的气阻显著的增加，为此将挡板10的中心做一个圆孔，它主要起到了分流作用，这样既保证了气流按螺旋形前进，又降低了系统的气阻。另外在挡板7、10、12各自相应的位置上也均匀对称地分布着4个小孔，以供销钉将第二级载体固定于后端盖13上，为区别催化一级中的销钉，将此处的销钉定义为17’。在各挡板的孔洞和缺口的面积设计时要充分保证各处气流均匀性，以避免因气流紊乱而造成系统的气阻增加。

进气管2，排气管14的连接方式是较为重要的，进气管2它是与原车排气管相连接的部分。接口处有的采用法兰来相联，有的直接焊接，也有的用插入式——即通过夹箍与原车排气管夹紧。我们设计的催化净化器的前、后端都采用法兰来连接。进、排气管的直径依据原车排气管而定，其长度可根据实际需要而定。另外，在法兰连接处要加真空垫以保证不漏气。

本专利所述的旋绕式催化净化器的载体为两级三段式结构。第一级为电加热部分，由带电极的波纹状金属带对折后卷成S状如图6、8所示。在卷制过程中要保证螺距一致，这样可减小系统的气阻。螺距的大小由进气管的横截面积和金属带的宽度决定，要保证气体在载体内部作螺旋运动过程中所通过的有效截面积等于进气管的横截面积。

第二级15是非加热部分，为两段式结构，并且这两段的结构和尺寸完全相同，它们之间用金属挡板10隔开。之所以将这两段载体设计成完全相同结构是为了保证气体进入这两段的机会均等，相互之间不发生排斥作用，进而降低系统气阻，这两段载体同样用波纹形金属带对折后卷成S状结构如图7、8所示，在卷制过程中也要保证螺距一致，其大小由排气管的横截面积和金属带的宽度决定。要保证气体在载体内部作螺旋运动过程中所通过的有效截面积等于排气管的横截面积。为增加载体的机械强度，要同样用带有绝缘套的销钉17’加以固定。

气体按照图1虚线箭头8的方向从第一级的中间部分进入沿着催化褶皱带的S形路线螺旋形前进流入到外壳1，然后又经过18，7外缘的缺口螺旋形前进流过第二级8从13中间缺口流出。这样气体与催化剂的接触时间与熟悉的结构(例如直通式催化净化器—气流沿净化器轴线方向运动的)比较提高了10-12倍，而同样地允许达到了炭黑分解的程度在净化的第一级已达到了65-70％。而在净化的第二级气流的方向发生改变，气流从净化器的外缘流入到他的中心部分。这样提高了催化褶皱带流过气流的接触时间，且在这个结果下净化的程度提高，净化程度达到了，对于CO是92-96％，对于碳氢化合物85-95％，氮的氧化物是60-70％。

S型金属载体的制作方法：先将处理好的(经过喷砂和预处理过)表面存在着径向波纹的金属薄片制作成瓦楞型(500目)，即回纹形状，前后对折后卷绕成S型，如图8所示的方式卷曲，但是前后对折后的两片金属薄片之间并不是接触的，它们之间有一定的空隙，在1-2mm之间。它不是以往的直通式催化净化器催化带，由平型和瓦楞型的金属薄片相叠后卷绕成圆柱型结构，这种结构避免了以往方法中还得焊接的麻烦。由于金属薄片载体的孔道的表面存在着径向波纹，使气体的流动状态由层流变成了湍流，从而增加了废气与孔道表面的传质和传热，进一步提高了担载在金属薄片表面的催化剂的净化效率。

进、排气管的直径均由原车而定，其长度可根据实际需要而定。外壳1的中内筒体的横截面积依然为进气管横截面积的K倍(10≤K≤15)。金属带的卷制过程中为了保证各向同性，层与层之间是等间距的，所谓的螺距是指二倍层间距的长度。如图8所示。

此例中我们选用镍铬合金作为载体和金属挡板。

a)加热金属带宽度：

在进气管和中内筒体的直径确定之后，我们可根据所需的功率和实际车型确定加热金属带的宽度，这个加热金属带的宽度D₁一般在120mm-160mm之间(可以根据实际情况确定)；金属薄厚为h(0.05mm-0.5mm)，金属带波纹的高为H(0.5～3mm)，所需功率为W(2～2.5kw)。

此专利中进气管的横截面积为F₁＝6362mm²，中内管体的直径R₀＝175mm，金属带宽D₁＝140mm，金属带波纹的高H＝0.5mm，螺距为M₁

则有：        M₁＝F₁÷D₁+H

所以：        M₁＝46mm

功率W＝2.5kw，电阻率为ρ＝1.09^*10^-6，汽车电瓶电压为U(通常为24V)，金属薄厚h＝0.1mm，金属带电阻为R，

则有：

$W=\frac{U^2}{R}R=\mathrm{\ρ}\frac{L_1}{D_1\·h}$

所以：金属带的长度L₁＝3600mm

b)非加热金属带

根据实际情况确定第二催化褶皱带的宽度，但此段金属带不宜过宽，D₂一般在190mm-250mm之间。金属带过宽，层间距过小，实验证明，这样不利于系统气阻的降低。金属带宽为D₂＝200mm，排气管的横截面积为F₂＝6300mm²，螺距为M₂。

则有：    M₂＝F₂÷D₂+H

          M₂＝32mm

          L₂＝6100mm

第三催化褶皱带与第二催化褶皱带是完全对称结构，故尺寸相同。一般情况下，气体通过装置的时间T在(0.1～0.2秒)内，由催化剂的性能决定。此专利整体结构在柴油发动机上进行台驾试验，其净化效率可达到85％以上。

实施例2：

a)加热金属带宽度：

在进气管和中内筒体的直径确定之后，我们可根据所需的功率和实际车型确定加热金属带的宽度，这个加热金属带的宽度D₁一般在120mm-160mm之间(可以根据实际情况确定)；金属薄厚为h(0.05mm-0.5mm)，金属带波纹的高为H(0.5～3mm)，所需功率为W(2～2.5kw)。

此专利中进气管的横截面积为F₁＝6362mm²，中内管体的直径R₀＝175mm，金属带宽D₁＝122mm，金属带波纹的高H＝1.8mm，螺距为M₁

则有：        M₁＝F₁÷D₁+H

所以：        M₁＝54mm

功率W＝2.1kw，电阻率为ρ＝1.09^*10^-6，汽车电瓶电压为U(通常为24V)，金属薄厚h＝0.1mm，金属带电阻为R，

则有：

$W=\frac{U^2}{R}R=\mathrm{\ρ}\frac{L_1}{D_1\·h}$

所以：金属带的长度L₁＝3100mm

b)非加热金属带

根据实际情况确定第二催化褶皱带的宽度，但此段金属带不宜过宽，D₂一般在190mm-250mm之间。金属带过宽，层间距过小，实验证明，这样不利于系统气阻的降低。金属带宽为D₂＝195mm，排气管的横截面积为F₂＝6300mm²，螺距为M₂。

则有：        M₂＝F₂÷D₂+H

              M₂＝34mm

              L₂＝5529mm

第三催化褶皱带与第二催化褶皱带是完全对称结构，故尺寸相同。一般情况下，气体通过装置的时间T在(0.1～0.2秒)内，由催化剂的性能决定。此专利整体结构在柴油发动机上进行台驾试验，其净化效率可达到85％以上。

Claims (10)

1、以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其由外壳、旋绕式结构的金属载体、气流涡流器和挡板构成，其特征在于：

a、外壳(1)前后两端具有进气口盖(3)和出气口盖(13)，在进气口盖(3)上有进气连接管(2)，在出气口盖(13)上有出气口连接管(14)，外壳(1)由进气连接管(2)和出气连接管(14)接在发动机的排气管中间，组成一个整体密闭的催化器空间；

b、旋绕式结构的金属载体分为催化一级和催化二级(15)，催化一级包括第一催化褶皱带(5)，催化二级(15)包括第二催化褶皱带(9)和第三催化褶皱带(11)；

c、第一催化褶皱带(5)嵌入到两个绝缘的圆形陶瓷板之间，第一带孔陶瓷板(4)的中央带有圆孔(21)，第二带孔陶瓷板(18)的外缘有缺口(22)，第一带孔陶瓷板(4)、第二带孔陶瓷板(18)及嵌入其间的第一级催化褶皱带(5)通过带有绝缘套的销钉(17)固定安装在进气盖上(3)，并使第一带孔陶瓷板的中央圆孔(21)紧密安装在进气管(2)上；

d、第二催化褶皱带(9)和第三催化褶皱带(11)由第二金属挡板(10)彼此分开，其两端由第一金属挡板(7)、第三金属挡板(12)通过销钉(17’)固定在出气盖(13)上，第一金属挡板(7)的边缘带有缺口(22’)、第二金属挡板(10)的中心带圆孔(21’)且边缘带有缺口(22’)、第三金属挡板(12)中心带有圆孔(21’)，；

e、催化一级和催化二级(15)间由气体涡流器(6)隔开，气体涡流器(6)紧紧夹在第二陶瓷档板(18)和第一金属挡(7)板间。

2、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：第一陶瓷挡板中央圆孔(21)和第二陶瓷挡板边缘缺口(22)的面积分别等于进气连接管(2)的面积。

3、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：第一金属挡板(7)、第二金属挡板(10)的边缘缺口(22’)、第二金属挡板(10)、第三金属挡板(12)的中央圆孔(21’)的面积分别等于排气管(14)的面积。

4、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：第二催化褶皱带(9)和第三催化褶皱带(11)的长度和宽度相同。

5、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：催化褶皱带是将经过喷砂和预处理过的表面存在着径向波纹的金属薄片先制作成瓦楞型，然后沿与瓦楞平行的方向对折后卷绕成s型制成，对折后的两片金属薄片之间的空隙在1-2mm之间。

6、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：金属载体及金属档板是单质金属、二元合金、镍铬铝合金或不锈钢。

7、如权利要求1所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：涡流器(6)由具有一定宽度的金属圆环构成，在圆环金属片的外侧焊接有涡轮片(24)，涡轮片(24)的外沿与第一陶瓷挡板(4)或第二陶瓷挡板(18)的外沿相同，涡流片(24)的长度大于第二陶瓷挡板(18)边缘缺口的最大径向距离(25)和第一金属挡板(7)边缘缺口的最大径向距离(25’)。

8、如权利要求1-7任何一项所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：在催化一级的第一催化褶皱带(5)上加有电加热装置，通过车载电平由电极对(16)、(16’)为催化一级供电。

9、如权利要求1-7任何一项所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：第一催化褶皱带(5)的螺距一致，其由进气管(2)的横截面积F₁和金属带的宽度D₁及金属带波纹的高H决定，即螺距M₁＝F₁÷D₁+H。

10、如权利要求1-7任何一项所述的以金属为载体的旋绕式结构发动机尾气处理器，其特征在于：第二催化褶皱带(9)和第二催化褶皱带(11)的螺距一致，其由出气管(14)的横截面积F₂和金属带的宽度D₂及金属带波纹的高H决定，即螺距M₂＝F₂÷D₂+H。

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