專利名稱：改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器及其制造技術(shù)的制作方法
六十年代初期，由于汽車工業(yè)的發(fā)展，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，汽車保有量急劇增加，汽車排放對大氣的污染也日益嚴(yán)重。美國、日本等國曾先后多次發(fā)生過光化學(xué)煙霧事件，給人類和動植物帶來了嚴(yán)重危害。后來的研究表明，汽車排放物是造成光化學(xué)煙霧污染的主要來源。
汽車主要使用內(nèi)燃機(jī)作為動力源，在行駛過程中，內(nèi)燃機(jī)燃燒時排放的有害氣體，是汽車的主要污染源。它的主要成份有一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏?。一氧化碳極易和人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，阻礙血液吸收和輸送氧而引起頭痛、頭暈等中毒癥狀，嚴(yán)重時甚至死亡。碳?xì)浠衔镉兄掳┳饔?，對人眼及呼吸系統(tǒng)均有刺激作用，對農(nóng)作物也有害。氮氧化物能刺激人眼粘膜，引起結(jié)膜炎、角膜炎、嚴(yán)重時會引起肺炎和肺氣腫。特別是碳?xì)浠衔锖偷趸?，在一定的地理、溫度、氣象條件下，經(jīng)強(qiáng)烈的太陽光照射，會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧、醛類為主的過氧化物，而形成煙霧稱為光化學(xué)煙霧。同時，交通噪聲問題也非常突出，成為污染城市環(huán)境、降底工作效率、引起工傷事故和危害人類身心健康的主要因素之一。
目前，汽車排氣對大氣的污染，噪聲對環(huán)境的危害已成為世界公害，引起人類的高度重視。1971年世界上23個國家2200位學(xué)者在起草的“告聯(lián)合國人民書”中警告說“人類將受到大氣污染的威脅，其中汽車污染危害最大”。為了保護(hù)環(huán)境，不少國家制定了汽車及內(nèi)燃機(jī)污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，以美國、日本的標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格。我國屬于發(fā)展中國家，1983年從我國當(dāng)時實際情況出發(fā)制定的標(biāo)準(zhǔn)比較寬松。總之，對汽車公害控制技術(shù)的研究，已成為當(dāng)前各國發(fā)展汽車工業(yè)的重要課題。我國起步較晚，處于落后狀態(tài)。
通常解決排氣污染的途徑有二一是研制無污染或低污染動力源；二是對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的排污進(jìn)行凈化。新型動力源，如電動汽車的開發(fā)尚未達(dá)到實用。因此，目前廣泛采取的是排氣凈化技術(shù)。排氣凈化方式又可分為兩大類機(jī)內(nèi)凈化——改善可燃混合氣的品質(zhì)和燃燒狀況，抑制有害氣體的產(chǎn)生；機(jī)外凈化——用設(shè)置在發(fā)動機(jī)外部的附加裝置，使排出的廢氣凈化后再排入大氣。
國外機(jī)外凈化的措施有許多種，其中之一是采用催化轉(zhuǎn)化器。它主要由催化箱、載體、催化劑和附屬裝置等組成，應(yīng)用化學(xué)工業(yè)中的催化反應(yīng)技術(shù)，促進(jìn)二次空氣與廢氣中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使一氧化碳氧化成二氧化碳，碳?xì)浠衔镅趸啥趸己退?，氮氧化物還原成氮?dú)狻Ｄ壳?，世界上只有美國和日本采用機(jī)外凈化技術(shù)，也稱后處理技術(shù)。
對汽車、拖拉機(jī)、摩托車等發(fā)動機(jī)排氣噪聲的控制，世界各國普遍采用獨(dú)立的消聲器，利用吸聲、擴(kuò)張、共振和干涉等空氣動力衰減原理。它主要由外殼、隔極和多孔管組成。
引證上述現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)1、《發(fā)動機(jī)的有害排放物及其控制》[美]D.J.潘德生等著，陸孝寬等譯，1980年機(jī)械工業(yè)出版社出版。
2、《汽車對大氣的污染及其控制》國家環(huán)保局大氣處編，1988年氣象出版社出版。
3、《汽車的排氣凈化裝置及其維修》[日]小林.騰著，吳關(guān)昌譯，1981年人民交通出版社出版。
4、《汽車發(fā)動機(jī)排氣污染與控制》錢耀義編1987年人民交通出版社出版。
5、《汽車有害排放物的控制》[美]W·H·克勞斯等著，梁恩忠等譯，1989年人民交通出版社出版。
6、《汽車噪聲原理、檢測與控制》周勇麟等著，1992年中國環(huán)境科學(xué)出版社出版。
為了從根本上扭轉(zhuǎn)我國汽車工業(yè)長期落后的局面，適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，我國已決定把汽車工業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展。同時，我們應(yīng)該吸取發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗教訓(xùn)，盡早重視汽車及內(nèi)燃機(jī)公害控制技術(shù)的研究，加強(qiáng)城市的環(huán)境保護(hù)工作，防患于未然，在消化國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，既要高起點(diǎn)，又要考慮到我國現(xiàn)有汽車污染排放標(biāo)準(zhǔn)，還要符合我國目前汽車工業(yè)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)水平，申請者作為一名汽車高級工程師，特利用工作之余，潛心研究出“內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器及其制造技術(shù)”，以個人微簿之力，為我國汽車工業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，有利于城市環(huán)境保護(hù)。
1、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器在整體結(jié)構(gòu)上，集化工氧化催化轉(zhuǎn)化原理與空氣動力衰減原理為一體，同時具有排氣凈化與排氣消聲兩種功能。
2、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器內(nèi)的氧化催化轉(zhuǎn)化裝置，其催化床結(jié)構(gòu)特設(shè)有貫通式分流孔道，當(dāng)發(fā)動機(jī)排出的廢氣進(jìn)入凈化消聲器時，首先進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化裝置，并且少量廢氣不經(jīng)過催化反應(yīng)，通過分流孔道直接進(jìn)入消聲裝置，大量廢氣則通過催化床，發(fā)生氧化反應(yīng)后再進(jìn)入消聲裝置。分流孔道直徑大小，是決定轉(zhuǎn)化效率的重要因素之一。
3、催化轉(zhuǎn)化裝置的催化床結(jié)構(gòu)，當(dāng)要求高轉(zhuǎn)化效率時，也可不設(shè)分流孔道，即發(fā)動機(jī)排出的廢氣全部經(jīng)過催化床，參加化學(xué)反應(yīng)，然后再進(jìn)入消聲裝置。
4、按照對轉(zhuǎn)化效率和噪聲的要求，根據(jù)催化劑種類(貴金屬、稀土無素或普通金屬)催化床結(jié)構(gòu)(分流或全流式)，載體形狀(顆粒狀或整體式)和廢氣流動方向(軸流式或徑流式)的不同，并參照各類發(fā)動機(jī)原消聲器外形尺寸、底盤空間和離地間隙，可組合設(shè)計出系列內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器。
5、系列內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器，不僅適用于在城市行駛的各類汽車，也可廣泛應(yīng)用于其它各類汽車、摩托車、拖拉機(jī)、工礦用內(nèi)燃機(jī)及其它內(nèi)燃機(jī)械上。
在本改進(jìn)發(fā)明之前，國外使用的汽車催化轉(zhuǎn)化裝置均是獨(dú)立裝置，與消聲器串連。這類裝置技術(shù)先進(jìn)，性能完善，轉(zhuǎn)化效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，使用麻煩，美國、日本僅安裝在轎車上，連歐州經(jīng)濟(jì)共同體各國，由于能源與經(jīng)濟(jì)所限，也尚未推廣應(yīng)用，本改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器與現(xiàn)有技術(shù)相比1、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器集催化轉(zhuǎn)化裝置與消聲裝置為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，且外形尺寸基本與原車消聲器相同，所以不需要增加或改動原車設(shè)計，安裝方便，實用性強(qiáng)。
2、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器結(jié)構(gòu)簡單，無二次空氣供給系統(tǒng)和其它附屬裝置，可不使用貴金屬，材料消耗也少，因此制造成本較低。
3、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲采取的技術(shù)路線符合我國國情，轉(zhuǎn)化率適中，是在我國現(xiàn)有汽車技術(shù)的基礎(chǔ)上，向現(xiàn)代化發(fā)展的過渡，所以目前有利于在我國城鄉(xiāng)推廣應(yīng)用。
4、國外催化轉(zhuǎn)化器如使用不當(dāng)，易發(fā)生過熱、堵塞等情況。本改進(jìn)發(fā)明因?qū)ｉT設(shè)計有催化床分流孔道，是利用廢氣中的殘余氧氣同部分有害物質(zhì)化合，顯然最高燃燒溫度相對較低，也不易堵塞，即使催化床發(fā)生堵塞，也不影響廢氣排出和消聲功能，因此可靠性良好。
5、國外現(xiàn)有技術(shù)采用獨(dú)立的機(jī)外凈化裝置，同消聲器串連，會造成排氣管中的背壓增高，使發(fā)動機(jī)功率有所下降，油耗有所增加。本改進(jìn)發(fā)明設(shè)有分流孔道，排氣阻力小，故對發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性無不良影響。
6、催化轉(zhuǎn)化裝置被包容在消聲裝置的外殼內(nèi)，其保溫性好，溫度上升快，有利于催化劑表面的活力作用的激發(fā)，提高轉(zhuǎn)化效率。
實現(xiàn)本改進(jìn)發(fā)明的方式1、為保證內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器在整體結(jié)構(gòu)上集催化轉(zhuǎn)化裝置與消聲裝置為一體，可選擇采用兩種結(jié)構(gòu)形式包容式——催化轉(zhuǎn)化裝置靠近進(jìn)氣端，其催化箱的外殼被包容在消聲裝置外殼之內(nèi)，外觀上同原消聲器相同；對接式——催化箱外殼和消聲裝置的外殼形狀(園柱體或橢園柱體)、尺寸基本相同，二者組成可拆卸式對接，外觀上同原消聲器相似；2、催化箱內(nèi)的溫度最高可達(dá)800～900℃，其外殼材料采用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼或耐熱鋼，含10～15％鉻鐵素體為最佳，鋼板厚度一般為1～2mm。催化箱外形設(shè)計原則在催化效率滿足使用要求前提下，盡量縮小體積，簡化結(jié)構(gòu)，減少氣流阻力，一般為兩端園錐體，中間園柱體的熔焊組合，其長度尺寸不超過凈化消聲器的1/4～1/3為宜。
3、催化轉(zhuǎn)化裝置的研究，主要是對催化劑的研究。常用的金屬或其氧化物作催化劑分三類貴金屬(如鉑、鈀、銠或釕)，稀土元素(锏、鈰)和普通金屬(如銅、鉻、鎳或鉆)。根據(jù)國情，目前主要使用普通金屬或稀土元素作催化劑，對高、中級轎車，也可使用催化作用優(yōu)良的貴金屬。
4、實際應(yīng)用的催化劑，多是兩種金屬或其氧化物的組合。因為只用一種金屬，易發(fā)生凝聚作用，使催化能力降低，如以一種金屬或其氧化物作主催化劑，再摻入少量的另一金屬或其氧化物作助催化劑，將會大大增加催化作用，如鉑——鈀、氧化猛——氧化銅、氧化鉻——氧化銅、氧化鎳—氧化銅等。
5、對催化劑載體的技術(shù)要求顆粒狀——直徑2～4mm的r型氧化鋁顆粒，其內(nèi)部組織松散多孔，比表面積150～300m2/g，能保證廢氣流過時，和催化劑充分均勻接觸。它是將粉狀氧化鋁、粘接劑和水混合后成型、燒成，具有耐震的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是廢氣流動阻力大，耐磨性差，可安裝在柴油機(jī)上使用。
整體式—— 一般為蜂窩狀多孔的陶瓷。要求這種化工陶瓷耐高溫(900℃)，耐腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度高，內(nèi)部組織的氣孔在20～40％，平均孔徑1～1000um，網(wǎng)孔壁厚一般為0.5～2mm，均勻密布，呈園形或菱形，其橫載面積一般為35～55mm2，主要生產(chǎn)工藝為配料、成形、干燥、燒成。這種結(jié)構(gòu)耐磨性好，升溫快，排氣阻力小，可廣泛應(yīng)用于各類汽車、摩托車上。
6、整體催化床的制作工藝將蜂窩狀陶瓷載體浸泡在r型氧化鋁溶液里，并取出干燥、燒成，r型氧化即附著在載體表面上，增加了載體的表面積和催化作用；然后再將它浸泡在催化劑溶液里，取出干燥、燒成、催化金屬即以還原狀態(tài)分布在氧化鋁的表面上。
催化床設(shè)分流孔道時，其直徑尺寸的確定應(yīng)根據(jù)各車型對轉(zhuǎn)化效率的要求不同，宜在∮10～∮40mm范圍內(nèi)選擇。分流孔道的位置則根據(jù)進(jìn)氣多孔管在凈化消聲器的位置而定。
7、在將整體催化床裝入催化箱時，用不銹鋼細(xì)絲編成金屬網(wǎng)將其包住，作緩沖墊層防止催化床受沖擊或震動損壞。
8、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器外殼可用厚度為1～2mm的普通低碳鋼板卷制而成。當(dāng)有的發(fā)動機(jī)原安裝有兩上或兩個以上的消聲器時，本改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器最好安裝在靠近發(fā)動機(jī)側(cè)的原第一個消聲器位置。
9、催化轉(zhuǎn)化裝置可使原車消聲特性發(fā)生變化，排氣溫度有所上升。為將內(nèi)燃凈化消聲器的噪聲控制在國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，在汽車底盤空間和離地間隙充許的前提下，應(yīng)將消聲裝置的主體尺寸適當(dāng)加大，內(nèi)部隔板位置相應(yīng)調(diào)整，尾管適當(dāng)延長，內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器安裝位置往后軸前方移動。
10、安裝在汽油汽車上的內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器，若使用含鉛汽油，會引起催化劑“中毒”，給排氣凈化帶來一些不利。這一問題會隨著我國汽車工業(yè)和石油化工的快速發(fā)展，無鉛汽油的大量使用，最終得到解決。本改進(jìn)發(fā)明設(shè)計有分流孔道，減少了流過催化床的廢氣量，則相應(yīng)減少了鉛中毒機(jī)會，自然延長了使用壽命。
11、內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器使用的金屬或其氧化物催化劑，根據(jù)目前科學(xué)技術(shù)尚不能實現(xiàn)再生，所以失效后應(yīng)該更新。
權(quán)利要求
改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器及其制造技術(shù)，屬汽車及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。目前，美國、日本解決汽車排氣污染的途經(jīng)之一，是采取機(jī)外凈化技術(shù)，即用設(shè)置在發(fā)動機(jī)外部的附加裝置，使排出的廢氣凈化后再排入大氣。機(jī)外凈化的措施之一，是安裝氧化催化轉(zhuǎn)化器。它主要由催化箱、載體、催化劑和附屬裝置等組成，應(yīng)用化學(xué)工業(yè)中的催化反應(yīng)原理，促進(jìn)二次空氣與廢氣中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水。對發(fā)動機(jī)排氣噪聲的控制，世界各國普通采用獨(dú)立的消聲器，利用吸聲、擴(kuò)張、共振和干涉等空氣動力衰減原理。它主要由外殼、隔板和多孔管組成。本改進(jìn)發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征1、在整體結(jié)構(gòu)上，集氧化催化轉(zhuǎn)化裝置與空氣動力衰減裝置為一體，同時具有排氣凈化與排氣消聲兩種功能，結(jié)構(gòu)簡單緊湊。2、無專門的二次空氣供給系統(tǒng)和其它附屬裝置，是利用廢氣中的余氧同有害物質(zhì)化合，其外形、尺寸與原車消聲器相似，不需另外增加或改動原車設(shè)計，安裝方便，實用性強(qiáng)。3、催化床結(jié)構(gòu)特設(shè)有貫通式分流孔道。當(dāng)發(fā)動機(jī)排出的廢氣進(jìn)入凈化消聲器時，首先經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化裝置，少量廢氣不參加催化反應(yīng)，直接通過分流孔道進(jìn)入消聲裝置。分流孔道直徑大小，是決定轉(zhuǎn)化效率的重要因素之一。4、當(dāng)要求高轉(zhuǎn)化效率時，催化床結(jié)構(gòu)也可不設(shè)分流孔道，讓發(fā)動機(jī)排出的廢氣全部經(jīng)過催化床，參加化學(xué)反應(yīng)，然后再進(jìn)入消聲裝置。5、按照對轉(zhuǎn)化效率和噪聲的設(shè)計要求，根據(jù)催化劑種類、載體形狀、催化床結(jié)構(gòu)(分流式或全流式)和廢氣流動方向(軸流式或徑流式)的不同，參照原發(fā)動機(jī)消聲器外形尺寸，底盤空間和離地間隙，可組合設(shè)計出系列內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器。6、采取的技術(shù)路線符合我國國情，轉(zhuǎn)化效率適中，成本較低，不僅適用于城市行駛的各類汽車，也可廣泛應(yīng)用于其它各類汽車、摩托車、拖拉機(jī)、工礦用內(nèi)燃機(jī)及其它內(nèi)燃機(jī)械上。本改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器及其制造技術(shù)的獨(dú)立權(quán)利要求是產(chǎn)品和專用于制造該產(chǎn)品的方法的獨(dú)立權(quán)利要求。本改進(jìn)發(fā)明的從屬
權(quán)利要求
1、根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1，其技術(shù)特征可選擇采用兩種結(jié)構(gòu)形式包容式——催化轉(zhuǎn)化裝置靠近進(jìn)氣端，其催化箱的外殼被包容在消聲裝置外殼之內(nèi)，外觀上同原車消聲器相同。對接式——催化箱、消聲裝置的外殼形狀(園柱體或橢園柱體)、尺寸基本相同.二者組成可拆卸式對接，外觀上同原車消聲器相似。2、根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1，為消除催化轉(zhuǎn)化裝置對消聲特性的影響，在汽車底盤空間和離地間隙充許的前提下，應(yīng)將消聲裝置的主體尺寸適當(dāng)加大，內(nèi)部隔板位置相應(yīng)調(diào)整，尾管適當(dāng)延長，內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器安裝位置往后軸前方移動。3、根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求2與獨(dú)立權(quán)利要求3，催化轉(zhuǎn)化裝置的技術(shù)特征。催化箱外殼材料采用耐高溫，耐腐蝕的不銹鋼或耐熱鋼，含10～15％的絡(luò)鐵素體為最佳，鋼板厚度一般為1～2mm。外形一般為兩端園錐體中間園柱體的熔焊組合，其長度尺寸不超過內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器總長度的1/4～1/3。顆粒狀載體成份是直徑2～4mm的r型氧化鋁，比表面積150～300m2/g，其粉狀和粒接劑、水混合成形、干燥、燒成。整體式載體一般為蜂窩狀化工陶瓷，要求耐高溫(900℃)、耐腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度高，內(nèi)部組織的氣孔率占20～40％，平均孔徑1～1000um，網(wǎng)孔壁厚一般為0.5～2mm，均勻密布，呈園形或菱形，其橫載面積一般為35～55mm2，主要生產(chǎn)工藝為配料、成形、干燥、燒成。整體式催化床的制作工藝將蜂窩狀陶瓷載體浸泡在r型氧化鋁溶液里，并取出干燥、燒成，r型氧化鋁即附著在載體表面上；然后再將它浸泡在催化劑溶液里，取出干燥、燒成，催化金屬即以還原狀態(tài)分布在氧化鋁表面上。催化床設(shè)分流孔道時，其直徑尺寸的確定應(yīng)根據(jù)各車型對轉(zhuǎn)化效率的要求不同，宜在∮10～∮40mm范圍內(nèi)選擇，分流孔道位置則根據(jù)進(jìn)氣多孔管在凈化消聲器的位置而定。
全文摘要
改進(jìn)發(fā)明內(nèi)燃機(jī)凈化消聲器及其制造技術(shù)，屬汽車及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它集氧化催化轉(zhuǎn)化與空氣動力衰減原理為一體，同時具有排氣凈化與排氣消聲兩種功能。通過催化轉(zhuǎn)化裝置的廢氣量，由特殊結(jié)構(gòu)控制，根據(jù)催化劑種類、催化床結(jié)構(gòu)與載體形狀等，可組合成系列產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本較低，實用性強(qiáng)，適用于城市行駛的各類汽車，也可用于其它汽車、摩托車、拖拉機(jī)和工礦內(nèi)燃機(jī)械，能有效控制內(nèi)燃機(jī)排氣和噪聲對環(huán)境的污染。
文檔編號F01N3/28GK1150215SQ9511817
公開日1997年5月21日 申請日期1995年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月15日
發(fā)明者陳長庚 申請人:陳長庚