CN105298691A - 一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，在汽车发动机的进气口前，放置设有若干开孔的蜂窝陶瓷催化器；蜂窝陶瓷催化器上设有催化装置，催化装置上设有催化燃烧的催化剂。本发明不需利用排气装备来消CO及NOx的有害物，还达到提升汽车动力和节油减排的目的，减少油耗达到40％，也可以提高汽车的使用性能及档次，增加安全系数。

Description

一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法

技术领域

本发明涉及一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法。

背景技术

随着汽车技术的不断进步，蜂窝陶瓷的催化燃烧技术引入汽车发动机系统安装在汽车排放系统中的催化器，可将汽车排出的CO，HC和NOx等有害气体，转变为二氧化碳、水和氮气，使汽车尾气得以相对净化作为发动机后置处理器，对环境保护起到积极作用。但是催化燃烧技术如何进一步提高发动机的燃烧效率和能源利用率，既能减排又真正实现清洁燃烧，是发动机研究的一个新课题。

目前国内外汽车发动机的发展日标是节能减排，研究人员已经开始了把催化燃烧应用于传统的燃烧过程的研究，提出在内燃机的燃烧室和汽缸壁上涂加催化剂，改变缸内的燃烧过程和内燃机燃烧特性，扩展燃烧极限，提高发动机的燃烧效率，和能源利用率这在实验中已取得良好效果。但是上述催化效果不尽理想，发动机内的温度较高，燃油燃烧不完全，发动机的燃烧效率不高；另外，在内燃机的燃烧室和汽缸壁上涂加催化剂的方法成本高，改变了发动机的燃烧模式，发动机的整体性能收到影响；未燃烧完全的尾气需要设置专用的排气装置来排气，使得整体的节油效率降低，安全性低。

发明内容

为了克服现有的技术的不足,本发明提供一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法。

本发明技术方案如下所述：

一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，在汽车发动机的进气口前，放置设有若干开孔的蜂窝陶瓷催化器；所述蜂窝陶瓷催化器上设有催化装置，所述催化装置上设有催化燃烧的催化剂。

进一步的，所述催化剂为钙钦矿型催化剂、六铝酸盐类催化剂或尖晶石型复合氧化物催化剂。

进一步的，所述催化剂为贵金属催化剂。

更进一步的，所述贵金属催化剂为Pd、Pt、Rh、Au中的任意一种。

更进一步的，所述催化剂为全金属催化剂。此时，所述催化装置可拆卸的安装于所述蜂窝陶瓷催化器内，所述催化装置以镍或镍铬合金为载体，所述载体为带状、片状、丸状或丝状，且所述载体通过化学镀或电镀的方法沉积有所述全金属催化剂。

进一步的，所述催化剂为以氧化铝为载体的催化剂，此时，所述催化装置以所述蜂窝陶瓷催化器为支架，在所述蜂窝陶瓷催化器内部涂覆有多孔的α-氧化铝薄层，所述α-氧化铝薄层内部沉积有活性组分铂、钯。

所述α-氧化铝薄层的厚度为0.13mm。

进一步的，所述蜂窝陶瓷为青石蜂窝陶瓷。

进一步的，所述蜂窝陶瓷为钦酸铝、钾辉石、氧化铝、碳化硅、莫来石中的任意一种。

进一步的，所述蜂窝陶瓷催化器里的微量催化元素被吸入到发动机的进气歧管与混合气体混合，一起进入燃烧室，催化元素开始对混合气体起活化作用，在点火前，催化元素对温度、压力不断升高的混合气体进行催化燃烧，为点火燃烧作好充分准备，使燃烧反应的活化能降低，进而加快氧化反应的速率；

在催化元素的作用下，燃烧反应加剧，火焰传播速率加快，燃油利用率提高，温度和压力也会升高，在行程的中、末段，还未完全燃烧的混合气体借助催化元素的作用进入另一个高效的催化燃烧过程，使剩余的HC继续氧化反应为CO₂和H₂，过程一直延续到排气管，达到清洁燃烧的效果。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明在没有改变汽车发动机任何控制和基本结构的情况下，改善了发动机的燃烧模式，提升了发动机性能；

通过蜂窝陶瓷的催化燃烧作用，辐射传热增加，使有效导热系数快速升高，进气将催化元素带进发动机燃烧室，降低燃烧所需要的温度，燃料的HC马上与催化剂表面的晶格氧发生化学反应，空气里的N₂无法与O₂结合成为NOx,提高发动机的燃烧效率；

本发明不需利用排气装备来消CO及NOx的有害物，还达到提升汽车动力和节油减排的目的，减少油耗达到40％，也可以提高汽车的使用性能及档次，增加安全系数。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

在图中，1、空气；2、蜂窝陶瓷催化器；3、发动机；4、进气歧管；5、节气门。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，一种利用蜂窝陶瓷的催化燃烧作用提升汽车动力的方法,在汽车发动机的进气歧管4前设有节气门5，该进气歧管4前端还连接开孔率高的蜂窝陶瓷催化器2，蜂窝陶瓷催化器2上设有催化装置，上设有催化装置上设有催化燃烧的催化剂。

催化剂为贵金属催化剂，也可以是钙钦矿型催化剂、六铝酸盐类催化剂或尖晶石型复合氧化物催化剂等来源丰富、价格低廉、性能优越的非贵金属催化剂。

贵金属催化剂贵金属催化剂为Pd、Pt、Rh、Au中的任意一种，其分为全金属催化剂或以氧化铝为载体的催化剂。催化剂为全金属催化剂时，催化装置可拆卸的安装于所述蜂窝陶瓷催化器内，催化装置以镍或镍铬合金为载体，载体为带状、片状、丸状或丝状，且载体通过化学镀或电镀的方法沉积有全金属催化剂；催化剂为以氧化铝为载体的催化剂时，催化装置以蜂窝陶瓷催化器为支架，在蜂窝陶瓷催化器内部涂覆有多孔的、厚度仅为0.13mm的α-氧化铝薄层，α-氧化铝薄层内部沉积有活性组分铂、钯。

催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。催化燃烧是借助催化剂在低温下(200～400℃)下，实现对有机物的完全氧化。催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完全燃烧，对改善燃烧过程、降低反应温度、促进完全燃烧、抑制有毒有害物质的形成等方而具有极为重要的作用，是一个环境友好的过程，其应用领域不断扩展，已广泛地应用在工业生产与日常生活的诸多方而。

催化燃烧是典型的气一固相催化反应，它借助催化剂降低了反应的活化能，使其在较低的起燃温度200-300℃下进行无焰燃烧，有机物质氧化发生在固体催化剂表而，同时产生CO,和H₂O并放出大量的热量，因其氧化反应温度低，所以大大地抑制了空气中的N,形成高温NO。而目由于催化剂有选择性催化作用，有可能限制燃料中含氮化合物的氧化过程，使其多数形成分子氮N₂。与传统的火焰燃烧相比，催化燃烧有着很大的优势:

(1)起燃温度低，能耗少，燃烧易达稳定，甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。

(2)净化效率高，污染物如NO及不完全燃烧产物等的排放水平较低。

(3)适应氧浓度范围大，噪音小，无二次污染，燃烧缓和，运转费用低，操作管理也很方便。

本发明通过蜂窝陶瓷的催化燃烧作用，辐射传热增加，使有效导热系数快速升高。进气将催化元素带进发动机燃烧室，降低燃烧所需要的温度，燃料的HC马上与催化剂表面的晶格氧发生化学反应。空气里的N2无法与O₂结合成为NOx,提高发动机的燃烧效率。整个化学过程如下所示：

CO(气)+(稀土催化剂)→CO吸附态)

CO(吸附态)+O^2-→CO₂(气)+□^2-

CO₂(吸附态)→CO₂(气)+(稀土催化剂)

O₂(气)+2□^2-→2O^2-

□^2-表示"晶格氧"

烃类晶格氧选择性催化氧化，以变价金属氧化物为储氧材料，用催化剂的晶格氧代替气相氧，完成Redox循环，主要包括两个的过程：

(1)气相烃分子与高价金属氧化物催化剂表面的晶格氧作用，烃分子做还原剂，被氧化为目的产物，同时晶格氧参与反应，催化剂中的金属氧化物由高价态被还原为较低价态；

(2)气相氧将低价金属氧化物氧化到初始高价态，补充晶格氧。该过程不仅避免了反应物的深度氧化，提高目的产物的选择性，而且使反应产物易分离回收，是控制深度氧化、节约资源和保护环境的有效催化新途径,因此有着广泛的应用。

在晶格氧参与的烃类选择性氧化中，催化剂表面活性晶格氧是选择氧化的氧源，向金属氧化物中添加助剂，将催化剂负载到载体的主要目的都是提高催化剂的活性晶格氧储氧能力。

本发明可燃气体借助催化剂的作用，能使反应的活化能降低，加剧反应进程。催化燃烧可以是一种“弱火焰”或无火焰的传播燃烧过程,允许燃烧在低于正常贫油火焰稳定极限的油气比对应温度下,进行允许在温度低于1000K时稳定燃烧。催化燃烧可以在温度不高的时候也发生较强烈的氧化反应,使CO,HC氧化为CO₂和H₂0低温补充燃烧过程。在内燃机上催化燃烧，可以发生在进气、压缩过程使爆燃反应所需的活化能,降低使燃烧氧化反应更容易、更迅速、更充分产生更多的能量，也可以发生在爆燃的后期,即做功过程末段和排气过程使剩余的CO及H₂能继续氧化,反应为CO₂和H₂0。化学反应产生能量多，而且对尾气排放非常有好处，尾气不含CO及NOx的有害物。

本发明可省却汽车尾气催化净化剂，其应用原理是在汽车排气管尾部安装催化转化器，CO,HC和NO借助燃烧催化剂的作用，发生氧化还原反应而转化为无毒的CO₂,H₂O和N₂。所用催化剂为通常所说的二效催化剂，既有把NO还原的功能，同时又有把CO和烃类氧化的功能。

前置蜂窝陶瓷催化器里的微量催化元素被吸入到进气歧管与混合气体混合，一起进入燃烧室这时催化元素开始对混合气体起活化作用。在点火前，催化元素对温度、压力不断升高的混合气体进行催化燃烧，为点火燃烧作好充分准备，使燃烧反应的活化能降低这样就可以加快氧化反应的速率。

在催化元素的作用下，燃烧反应加剧了，火焰传播速率加快，使整个燃烧反应过程更迅速、更完全。燃油利用率明显提高，温度和压力也会升高。在行程的中、末段，还未完全燃烧的混合气体借助催化元素的作用又进入一个高效的催化燃烧过程，使剩余的HC继续氧化反应为CO₂和H₂。这个过程一直延续到排气管，达到清洁燃烧的效果。

汽车前置催化系统在没有改变汽车发动机任何控制和基本结构的情况下借用发动机进气歧管原有的真空口，用并接的方式就可以实现把催化元素，连续稳定地输送到发动机的燃烧室系统。空气进入催化器里，在催化区充分接触，把催化元素带进发动机燃烧室，改进发动机燃烧模式，提高发动机的燃烧效率催化的主要有效成分。催化区是含有过渡金属元素的稀土材料，会连续产生微量的催化剂实现发动机的催化燃烧。

实验证明，汽车使用蜂窝陶瓷后，不需利用排气装备来消CO及NOx的有害物。本发明可以同时达到提升汽车动力和节油减排的目的，减少油耗达到40％，也可以提高汽车的使用性能及档次，增加安全系数。

本发明废气分析仪数值：

捡测所用的废气分析仪采用不分光红外吸收法原理,测量机动车排放废气中的碳氢化合物HC、CO和CO₂的成分,用电化学电池原理測量排气中的氮氧化合物和O₂的成分,并可根据测得的CO,CO₂、HC的数值,根据测得的CO,CO₂,HC和O₂的成分计算出过量空气系数。该仪器采用具有自主知识产权的气体分析光学平台,并配备了微处理器。仪器除具有实时测试功能外,还按照国家标准GB18285-2005《点燃式发机汽车排气污染物排放限值及測量方法(双怠速法及简易工况法)》的规定,编排了怠速工况和双怠速工况下检测的专用程序,符合国际法制计量组织(OIML)国际计量法规OIMLR99/2000(E)、ISO3930和中国国家计量检定规程。

安装前后路试气耗情况与车辆尾气排放测试表

汽车前置蜂窝陶瓷催化器在没有改变汽车发动机任何控制和基本结构的情况下，实现了发动机清洁燃烧的过程，进一步提高发动机的燃烧效率和能源利用率，不但可以节能减排，其净洁的排放也使安装在汽车排放系统中的尾气催化器和氧传感器得到最大的保护，延长其寿命；同时也免除了积碳对发动机性能的干扰，减小了汽车的保养成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，

在汽车发动机的进气口前，放置设有若干开孔的蜂窝陶瓷催化器；所述蜂窝陶瓷催化器上设有催化装置，所述催化装置上设有催化燃烧的催化剂。

2.根据权利要求1所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述催化剂为钙钦矿型催化剂、六铝酸盐类催化剂或尖晶石型复合氧化物催化剂。

3.根据权利要求1所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述催化剂为贵金属催化剂。

4.根据权利要求3所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述贵金属催化剂为Pd、Pt、Rh、Au中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述催化剂为全金属催化剂。

6.根据权利要求3所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述催化剂为以氧化铝为载体的催化剂。

7.根据权利要求1所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述蜂窝陶瓷为青石蜂窝陶瓷。

8.根据权利要求1所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述蜂窝陶瓷为钦酸铝、钾辉石、氧化铝、碳化硅、莫来石中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的利用蜂窝陶瓷提升汽车动力及零减排的方法，其特征在于，所述蜂窝陶瓷催化器里的微量催化元素被吸入到发动机的进气歧管与混合气体混合，一起进入燃烧室，催化元素开始对混合气体起活化作用，在点火前，催化元素对温度、压力不断升高的混合气体进行催化燃烧，为点火燃烧作好充分准备，使燃烧反应的活化能降低，进而加快氧化反应的速率；

在催化元素的作用下，燃烧反应加剧，火焰传播速率加快，燃油利用率提高，温度和压力也会升高，在行程的中、末段，还未完全燃烧的混合气体借助催化元素的作用进入另一个高效的催化燃烧过程，使剩余的HC继续氧化反应为CO₂和H₂，过程一直延续到排气管，达到清洁燃烧的效果。