CN202125335U - 一种柴油车排气净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柴油车排气净化装置，装置包括套筒和设置在套筒内的侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器，直流式热反应器内设有若干个具有吸附能力的导流板、驱动杆和振动马达，每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板上开有若干个吸附孔，每块导流板末端均与驱动杆连接；驱动杆与振动马达相连，振动马达驱动驱动杆做上下运动，从而使导流板在驱动杆的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达与外部电源相连。本实用新型可对柴油车尾气中的多种有害气体和碳烟微粒进行处理，显著降低有害尾气的排放量。

Description

一种柴油车排气净化装置

技术领域

本实用新型属于柴油车排气净化研究领域，特别涉及一种柴油车排气净化装置。

背景技术

目前柴油车以其热效率高、燃油经济性好、低速转矩大、使用寿命长和维护成本低等特点广泛应用于社会各工业领域。但是，随着柴油车保有量的逐年增加，由其造成的大气污染问题日益严重，为了达到即将出台的机动车新排放法规的要求，各企业及科研机构正全力寻求研发新技术以应对柴油车的排放污染问题。现有的柴油车排气净化装置种类繁杂，多数只能做单一净化，而对包含多种有害物成分的柴油车废气，净化能力有限且无法满足将来排放法规所要求的对排气有害成分全部净化的功效。

申请号为200810108882.8的中国发明专利公开了一种排气净化装置，该排气净化装置能够防止高温排气加热二次空气供应管并且抑制流进排气管的氧气量减少。其主要结构包括与发动机相连的排气管，设置在排气管内上游侧催化器和下游侧催化器，与所述排气管中位于上游侧催化器和下游侧催化器之间的一部分直接相连的二次空气供应管，和容纳二次空气供应管与排气管的连接部和排出排气的排气管的端部的消声器。其中，二次空气供应管的容纳在消声器内的部分被设置在除了从排气管的所述端部排出的排气直接喷射入的空间区域之外的区域内。这种装置虽然设置了两个催化器和一个二次空气供应管，但是对柴油车排气中的碳烟微粒没有净化，NOx的净化也不充足。

因此，需要提供一种在不影响柴油车动力性、经济性的前提下，能够全面净化其有害成分的排气净化装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种柴油车排气净化装置，其可在不影响柴油车动力性、经济性的前提下，抑制多数有害气体成分的排出。

本实用新型通过以下技术方案来实现：一种柴油车排气净化装置，包括套筒、侧流式热反应器、EGR(Exhaust Gas Recirculation，排气再循环)和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器。其中，侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器依次连接，均设置于套筒内。所述套筒的前端盖通过法兰盘固定连接到柴油车的排气管上，套筒的后端盖与金属蜂窝状催化过滤器固定连接。套筒上设置有进气孔，用于EGR和二次空气供给装置的进气。所述直流式热反应器内设有若干块具有吸附能力的导流板，由振动马达驱动驱动杆来协调工作。每块导流板均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板上开有若干个吸附孔，每块导流板末端均与驱动杆连接；驱动杆与振动马达相连，振动马达驱动驱动杆做上下运动，从而使导流板在驱动杆的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达与外部直流电源相连。

作为优选，所述导流板为长方形，长度在150-200mm之间，末端有50mm以上的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径在1-3mm之间的吸附孔。所述吸附孔按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。采用此结构可使导流板与尾气有更大的接触面积，且随着尾气中碳烟微粒浓度的减少，导流板上的吸附孔也越来越稀疏，从而减小了柴油车的排气阻力，这既可以提高柴油车的充气效率又降低了导流板的加工复杂度。另外，在导流板末端留有50mm以上的非开孔端也为排气进入之后的金属蜂窝状催化过滤器提供气体整流作用。

为更好地实现本实用新型，所述每块导流板中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆相连，此处驱动杆作为导流板上自净发热器的正极使用，由其接入外部电源。在使用过程中，柴油车点火开关一旦接通蓄电池24V电源，自净发热器的继电器会通电2-3S，其瞬间便可达到高温，使吸附在导流板吸附孔中的碳烟微粒受高温作用而燃烧，从而可以清除碳烟微粒，恢复吸附能力。

为了更好的吸附碳烟微粒，所述导流板为使用具有吸附碳烟微粒的耐热型材料加工而成的，如活性氧化铝，纳米氧化铝材料等。

在本实用新型中所述外部电源为柴油车使用的24V蓄电池电源。直接采用柴油车自带的蓄电池电源，整体结构简单、合理，而且排气净化装置因不受电源位置的限制可方便地安装在各种柴油车的排气管路中。

因为本实用新型中导流板是在驱动杆的作用下通过达到其自身的共振来震落吸附在其表面的碳烟微粒的，所述将振动马达的振动频率设置为可调，且振动频率要和导流板的固有频率相同。

作为优选方案，所述侧流式热反应器在排气流向的末端内管上留有100-150mm的未开孔端，目的是为了减缓尾气的流速，增加侧流式热反应器的净化时间，同时可对粒径较大的碳烟微粒利用其惯性难返的原理搜集于侧流式热反应器的未开孔端。在侧流式热反应器内管其他部分均开有直径为2-4mm的孔。这些孔的大小将影响到侧流式热反应器的工作性能，若开孔太大，则对净化碳烟微粒的不利，若开孔太小，又会影响发动机的排气背压，甚至影响到发动机的动力性和经济性等。

为使EGR和二次空气供给装置能够吸入足够的二次空气，所述进气孔环套筒一周均匀设置，个数为6-8个。

为更好的达到本实用新型的目的，侧流式热反应器、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器的外壁上均装有绝热层，直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器之间设定了用于安装固定的间距，且在该间距中填充了用于保温的绝热物质。

基于上述装置的柴油车排气净化方法是：首先柴油车尾气通过柴油车排气管依次进入排气净化装置中的侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置，进行尾气的初步净化，然后进入直流式热反应器，在直流式热反应器中，尾气中的碳烟微粒被吸附在导流板上而除去，之后，尾气进入金属蜂窝载体催化器进行氧化还原反应，使排气中的NOx，CO，HC，碳烟微粒进行彻底的净化处理后排出。每次在柴油车点火开关接通时，振动马达在外部电源的作用下驱动驱动杆做上下运动，驱动杆带动与其连接的导流板达到自身的共振，从而震落导流板上吸附的碳烟微粒，同时外部电源通过驱动杆与设置在导流板中部的自净发热器相连，自净发热器在开车前通电2-3S的时间内达到高温，使吸附在导流板吸附孔中的碳烟微粒受高温作用而清除。本实用新型装置净化碳烟微粒的性能将在每次开车前恢复如初，从而本实用新型可有效的综合净化柴油车排气中各种有害成分。

本实用新型的工作过程：首先，含有大量微粒的柴油车尾气经排气管进入本实用新型装置中，侧流式热反应器对流经的尾气进行初次净化：通过侧流式热反应器上的侧流孔将粒径较大的碳烟微粒滤掉除去，粒径较小的微粒也通过热降解而大部分除去，同时，侧流式热反应器还可氧化除去排气中部分的HC和CO；其次，经过初次净化的尾气进入EGR和二次空气供给装置，此装置根据流体动力学特性，将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起，设计了文丘里喉管式二次空气供给装置。该装置一方面可吸入供后面直流式热反应器使用的二次空气，另一方面又能将部分尾气滞留在发动机气缸里用于下一循环的燃烧，达到内部排气再循环的效果。排气再循环(EGR)是降低NOx排放的有效措施，所以此装置有利于大量降低NOx的排放。然后，尾气进入直流式热反应器，其中平行设置的导流板可对经过EGR和二次空气供给装置后的排气进行整流，使其均匀的进入下一个净化室，最大限度的利用蜂窝载体上催化剂的流通面积，增加催化器的排气净化作用。同时通过导流板上设置的吸附孔可以将排气中的碳烟微粒吸附而除去，然后在下一次开车前振动马达驱动驱动杆做上下运动时，驱动杆带动导流板达到自身的共振，从而震落吸附在其表面的碳烟微粒，使得导流板在柴油车起动后能快速恢复其工作性能。另外导流板上还安装有自净发热器，自净发热器在下一次开车前通电2-3S的时间内达到高温从而协助清除导流板上吸附的碳烟微粒，使本实用新型的排气净化装置净化碳烟微粒的性能恢复如初。最后，尾气传送至金属蜂窝载体催化器，该催化器能在较大温度范围内增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去，且尾气中的HC和CO还能作为还原剂来还原NOx，从而起到既氧化HC和CO又还原NOx的作用。另外，该催化器还能氧化排放微粒物中大部分可溶性有机物和其他一些有毒有机物，使多种有害气体能同时被除去。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型在直流式热反应器中采用设有吸附孔的导流板和与其连接的驱动杆，可在振动马达驱动驱动杆做上下运动时，驱动杆带动导流板达到自身的共振，从而震落吸附在其表面的碳烟微粒，使得导流板在柴油车起动后能快速恢复其工作性能。

2、本实用新型在直流式热反应器中采用平行设置的导流板可对经过EGR和二次空气供给装置后的排气进行整流，使其均匀的进入下一个净化室，最大限度的利用蜂窝载体上催化剂的流通面积，增加催化器的排气净化作用。

3、本实用新型在直流式热反应器中导流板设置了自净发热器，自净发热器会在柴油车起动后接通电源2-3S的时间内瞬间达到高温以清除碳烟微粒，恢复导流板吸附碳烟颗粒的性能。

4、本实用新型采用侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和催化转化室共四个净化室对柴油车排气中的CO、HC、NOx、碳烟微粒等多种有害气体成分进行处理，经过层层净化后排放量显著降低，从而可有效应对逐年要求严格的机动车排放法规。

5、本实用新型中净化碳烟微粒的装置共有3个，分别是侧流式热反应器、直流式热反应器和催化转化室，比现有单一孔径的微粒捕集器效果更佳，可以兼顾不同粒径碳烟微粒的捕获，同时本排气净化器使用周期长、净化碳烟微粒的装置再生容易，柴油车起动开关接通时振动马达和导流板上自净发热器即进行一次再生工作，因此本排气净化器实用性强。

6、本实用新型中的电源采用柴油车自带的24V直流电源，使用方便，且整体结构简单、合理，由于不受电源位置的限制可方便地安装在柴油车各种柴油车的排气管路中。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中直流式热反应器处的局部放大图；

图3是图1所示装置直流式热反应器在A-A截面处的左视图；

图4是本实用新型另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种柴油车排气净化装置，包括套筒2、侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器，侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器依次连接，均设置于套筒2内，所述套筒2的前端盖9通过法兰盘1固定连接到柴油车的排气管上，套筒2的后端盖12与金属蜂窝状催化过滤器固定连接，套筒2上设置有进气孔11，用于EGR和二次空气供给装置的进气，所述直流式热反应器内设有若干块具有吸附能力的导流板10、驱动杆6和振动马达5，每块导流板10均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板10，每块导流板10上开有若干个吸附孔13，每块导流板10末端均与驱动杆6连接；驱动杆6与振动马达5相连，振动马达5驱动驱动杆6做上下运动，从而使导流板10在驱动杆6的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达5与外部直流电源相连。

如图2和图3所示，所述导流板10为长方形，长度为150mm，末端有50mm的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径为1mm的吸附孔13。

所述吸附孔13按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。

所述每块导流板10中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆相连，驱动杆作为导流板上自净发热器的正极使用。在使用过程中，柴油车点火开关一旦接通电源，自净发热器会瞬间达到高温，使吸附在导流板吸附孔中的碳烟微粒受高温作用而燃烧，从而可以清除碳烟微粒，恢复工作性能。

所述导流板是使用具有吸附碳烟微粒的活性氧化铝材料加工而成。

其中所述外部电源为柴油车使用的24V蓄电池电源。直接采用柴油车自带的24V直流电源，不仅使用方便，且整体结构简单、合理，加工容易，并可方便地安装在机动车靠近柴油车的排气管路中。

所述振动马达的振动频率可调，且振动频率要和导流板的固有频率相同。

如图1所示，所述侧流式热反应器在排气流向的末端内管上留有100mm的未开孔端，在内管其他部分均开有直径为3mm的孔。

所述进气孔环套筒一周均匀设置，个数为6个。

侧流式热反应器、、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器的外壁上均装有绝热层，直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器之间设定了用于安装固定的间距，间距为10mm，且在该间距中填充了用于保温的绝热物质，如含铝、镁等的复合硅酸盐。

基于上述装置的柴油车排气净化方法，首先柴油车尾气通过柴油车排气管依次进入排气净化装置中的侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置，进行尾气的初步净化，然后进入直流式热反应器，在直流式热反应器中，尾气中的碳烟微粒被吸附在导流板上而除去，之后，尾气进入金属蜂窝载体催化器进行氧化还原反应，使排气中的NOx，CO，HC，碳烟微粒进行净化处理后排出；每次在柴油车点火开关接通时，振动马达在外部电源的作用下驱动驱动杆做上下运动，驱动杆带动与其连接的导流板达到自身的共振，从而震落导流板上吸附的碳烟微粒，同时外部电源通过驱动杆与设置在导流板中部的自净发热器相连，自净发热器在开车前通电2-3S的时间内达到高温，使吸附在导流板吸附孔中的碳烟微粒受高温作用而清除。本实用新型装置净化碳烟微粒的性能将在每次开车前恢复如初，从而本实用新型可有效的综合净化柴油车排气中各种有害成分。

本实用新型的工作过程：首先，含有大量微粒的柴油车尾气经排气管进入本实用新型装置中，侧流式热反应器对流经的尾气进行初次净化：通过侧流式热反应器上的侧流孔将粒径较大的碳烟微粒滤掉除去，粒径较小的微粒也通过热降解而大部分除去，同时，侧流式热反应器还可氧化除去排气中部分的HC和CO；其次，经过初次净化的尾气进入EGR和二次空气供给装置，此装置根据流体动力学特性，将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起，设计了文丘里喉管式二次空气供给装置。该装置一方面可吸入供后面直流式热反应器使用的二次空气，另一方面又能将部分尾气滞留在发动机气缸里用于下一循环的燃烧，达到内部排气再循环的效果。排气再循环(EGR)是降低NOx排放的有效措施，所以此装置有利于大量降低NOx的排放。然后，尾气进入直流式热反应器，其中平行设置的导流板可对经过EGR和二次空气供给装置后的排气进行整流，使其均匀的进入下一个净化室，最大限度的利用蜂窝载体上催化剂的流通面积，增加催化器的排气净化作用。同时通过导流板上设置的吸附孔可以将排气中的碳烟微粒吸附而除去，然后在下一次开车前振动马达驱动驱动杆做上下运动时，驱动杆带动导流板达到自身的共振，从而震落吸附在其表面的碳烟微粒，使得导流板在柴油车起动后能快速恢复其工作性能。另外导流板上还安装有自净发热器，自净发热器在下一次开车前通电2-3S的时间内达到高温从而协助清除导流板上吸附的碳烟微粒，使本实用新型中的排气净化装置净化碳烟微粒的性能恢复如初。最后，尾气传送至金属蜂窝载体催化器，该催化器能在较大温度范围内增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去，且尾气中的HC和CO还能作为还原剂来还原NOx，从而起到既氧化HC和CO又还原NOx的作用。另外，该催化器还能氧化排放微粒物中大部分可溶性有机物和其他一些有毒有机物，使多种有害气体能同时被除去。

实施例2

本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：所述导流板长度为200mm，末端有60mm的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径为3mm的吸附孔。

所述导流板是使用具有吸附碳烟微粒的纳米氧化铝材料加工而成。

所述侧流式热反应器在排气流向的末端内管上留有120mm的未开孔端，在内管其他部分均开有直径为4mm的孔。

所述进气孔环套筒一周均匀设置，个数为8个。

实施例3

本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：如图4所示，该装置中的侧流式热反应器相较于图1进行了倒置，尾气直接进到热反应器的内管中，侧流式热反应器的管壁上不再有未开孔端，其余结构与实施例1相同。本实施例同样能使排气中CO、HC、NO_X和碳烟微粒的排放量大幅度降低。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柴油车排气净化装置，包括套筒、侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器，侧流式热反应器、EGR和二次空气供给装置、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器依次连接，均设置于套筒内，所述套筒的前端盖通过法兰盘固定连接到柴油车的排气管上，套筒的后端盖与金属蜂窝状催化过滤器固定连接，套筒上设置有进气孔，用于EGR和二次空气供给装置的进气，其特征在于，所述直流式热反应器内设有若干块具有吸附能力的导流板，由振动马达驱动驱动杆来协调工作；每块导流板均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板上开有若干个吸附孔，每块导流板末端均与驱动杆连接；驱动杆与振动马达相连，振动马达驱动驱动杆做上下运动，振动马达与外部直流电源相连。

2.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述导流板为长方形，长度在150-200mm之间，末端有50mm以上的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径在1-3mm之间的吸附孔；所述吸附孔按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述的每块导流板中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆相连，驱动杆作为导流板上自净发热器的正极使用，由其接入外部电源。

4.根据权利要求3所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述导流板是使用具有吸附碳烟微粒的耐热型材料活性氧化铝、纳米氧化铝材料加工而成。

5.根据权利要求1或3所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述外部电源为柴油车使用的24V蓄电池电源。

6.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述振动马达的振动频率可调，且振动频率要和导流板的固有频率相同。

7.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述侧流式热反应器在排气流向的末端内管上留有100-150mm的未开孔端，在内管其他部分均开有直径为2-4mm的孔。

8.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述进气孔环套筒一周均匀设置，个数为6-8个。

9.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述侧流式热反应器、直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器的外壁上均装有绝热层。

10.根据权利要求1所述的柴油车排气净化装置，其特征在于，所述直流式热反应器和金属蜂窝载体催化器之间设定了用于安装固定的间距，且在该间距中填充了用于保温的绝热物质。

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