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改进发明 内燃机 净化消声器及其制造技术

阅读：22发布：2020-12-01

专利汇可以提供改进发明内燃机净化消声器及其制造技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且改进发明内燃机净化消声器及其制造技术，属汽车及内燃机技术领域。它集氧化催化转化与空气动力衰减原理为一体，同时具有排气净化与排气消声两种功能。通过催化转化装置的废气量，由特殊结构控制，根据催化剂种类、催化床结构与载体形状等，可组合成系列产品。结构简单，安装方便，成本较低，实用性强，适用于城市行驶的各类汽车，也可用于其它汽车、摩托车、拖拉机和工矿内燃机械，能有效控制内燃机排气和噪声对环境的污染。，下面是改进发明内燃机净化消声器及其制造技术专利的具体信息内容。

权利要求

改进发明内燃机净化消声器及其制造技术，属汽车及内燃机技术领域。
目前，美国、日本解决汽车排气污染的途经之一，是采取机外净化技术，即用设置在发动机外部的附加装置，使排出的废气净化后再排入大气。机外净化的措施之一，是安装氧化催化转化器。它主要由催化箱、载体、催化剂和附属装置等组成，应用化学工业中的催化反应原理，促进二次空气与废气中的有害物质发生反应，生成二氧化碳和水。对发动机排气噪声的控制，世界各国普通采用独立的消声器，利用吸声、扩张、共振和干涉等空气动力衰减原理。它主要由外壳、隔板和多孔管组成。
本改进发明独立权利要求的技术特征：
1、在整体结构上，集氧化催化转化装置与空气动力衰减装置为一体，同时具有排气净化与排气消声两种功能，结构简单紧凑。
2、无专门的二次空气供给系统和其它附属装置，是利用废气中的余氧同有害物质化合，其外形、尺寸与原车消声器相似，不需另外增加或改动原车设计，安装方便，实用性强。
3、催化床结构特设有贯通式分流孔道。当发动机排出的废气进入净化消声器时，首先经过催化转化装置，少量废气不参加催化反应，直接通过分流孔道进入消声装置。分流孔道直径大小，是决定转化效率的重要因素之一。
4、当要求高转化效率时，催化床结构也可不设分流孔道，让发动机排出的废气全部经过催化床，参加化学反应，然后再进入消声装置。
5、按照对转化效率和噪声的设计要求，根据催化剂种类、载体形状、催化床结构(分流式或全流式)和废气流动方向(轴流式或径流式)的不同，参照原发动机消声器外形尺寸，底盘空间和离地间隙，可组合设计出系列内燃机净化消声器。
6、采取的技术路线符合我国国情，转化效率适中，成本较低，不仅适用于城市行驶的各类汽车，也可广泛应用于其它各类汽车、摩托车、拖拉机、工矿用内燃机及其它内燃机械上。
本改进发明内燃机净化消声器及其制造技术的独立权利要求是：产品和专用于制造该产品的方法的独立权利要求。
本改进发明的从属权利要求：
1、根据独立权利要求1，其技术特征可选择采用两种结构形式：
包容式——催化转化装置靠近进气端，其催化箱的外壳被包容在消声装置外壳之内，外观上同原车消声器相同。
对接式——催化箱、消声装置的外壳形状(园柱体或椭园柱体)、尺寸基本相同.二者组成可拆卸式对接，外观上同原车消声器相似。
2、根据独立权利要求1，为消除催化转化装置对消声特性的影响，在汽车底盘空间和离地间隙充许的前提下，应将消声装置的主体尺寸适当加大，内部隔板位置相应调整，尾管适当延长，内燃机净化消声器安装位置往后轴前方移动。
3、根据独立权利要求2与独立权利要求3，催化转化装置的技术特征。
催化箱外壳材料采用耐高温，耐腐蚀的不锈钢或耐热钢，含10～15％的络铁素体为最佳，钢板厚度一般为 1～2mm。外形一般为两端园锥体中间园柱体的熔焊组合，其长度尺寸不超过内燃机净化消声器总长度的1/4～1/3。
颗粒状载体成份是直径2～4mm的r型氧化铝，比表面积 150～300m2/g，其粉状和粒接剂、水混合成形、干燥、烧成。整体式载体一般为蜂窝状化工陶瓷，要求耐高温 (900℃)、耐腐蚀和机械强度高，内部组织的气孔率占 20～40％，平均孔径1～1000um，网孔壁厚一般为0.5～2mm，均匀密布，呈园形或菱形，其横载面积一般为35～55mm2，主要生产工艺为：配料、成形、干燥、烧成。
整体式催化床的制作工艺：将蜂窝状陶瓷载体浸泡在r型氧化铝溶液里，并取出干燥、烧成，r型氧化铝即附着在载体表面上；然后再将它浸泡在催化剂溶液里，取出干燥、烧成，催化金属即以还原状态分布在氧化铝表面上。
催化床设分流孔道时，其直径尺寸的确定应根据各车型对转化效率的要求不同，宜在∮10～∮40mm范围内选择，分流孔道位置则根据进气多孔管在净化消声器的位置而定。

说明书全文

六十年代初期，由于汽车工业的发展，在一些工业发达的国家中，汽车保有量急剧增加，汽车排放对大气的污染也日益严重。美国、日本等国曾先后多次发生过光化学烟雾事件，给人类和动 植物带来了严重危害。后来的研究表明，汽车排放物是造成光化学烟雾污染的主要来源。

汽车主要使用内燃机作为动力源，在行驶过程中，内燃机燃烧时排放的有害气体，是汽车的主要污染源。它的主要成份有一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等。一氧化碳极易和人体血液中的血红蛋白结合，阻碍血液吸收和输送氧而引起头痛、头晕等中毒症状，严重时甚至死亡。碳氢化合物有致癌作用，对人眼及呼吸系统均有刺激作用，对农作物也有害。氮氧化物能刺激人眼粘膜，引起结膜炎、角膜炎、严重时会引起肺炎和肺气肿。特别是碳氢化合物和氮氧化物，在一定的地理、温度、气象条件下，经强烈的太阳光照射，会发生光化学反应生成臭氧、醛类为主的过氧化物，而形成烟雾称为光化学烟雾。同时，交通噪声问题也非常突出，成为污染城市环境、降底工作效率、引起工伤事故和危害人类身心健康的主要因素之一。

目前，汽车排气对大气的污染，噪声对环境的危害已成为世界公害，引起人类的高度重视。1971年世界上23个国家 2200位学者在起草的“告联合国人民书”中警告说：“人类将受到大气污染的威胁，其中汽车污染危害最大”。为了保护环境，不少国家制定了汽车及内燃机污染物的排放标准，以美国、日本的标准最为严格。我国属于发展中国家，1983 年从我国当时实际情况出发制定的标准比较宽松。总之，对汽车公害控制技术的研究，已成为当前各国发展汽车工业的重要课题。我国起步较晚，处于落后状态。

通常解决排气污染的途径有二：一是研制无污染或低污染动力源；二是对现有发动机的排污进行净化。新型动力源，如电动汽车的开发尚未达到实用。因此，目前广泛采取的是排气净化技术。排气净化方式又可分为两大类：机内净化——改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制有害气体的产生；机外净化——用设置在发动机外部的附加装置，使排出的废气净化后再排入大气。

国外机外净化的措施有许多种，其中之一是采用催化转化器。它主要由催化箱、载体、催化剂和附属装置等组成，应用化学工业中的催化反应技术，促进二次空气与废气中的有害物质发生反应，使一氧化碳氧化成二氧化碳，碳氢化合物氧化成二氧化碳和水，氮氧化物还原成氮气。目前，世界上只有美国和日本采用机外净化技术，也称后处理技术。

对汽车、拖拉机、摩托车等发动机排气噪声的控制，世界各国普遍采用独立的消声器，利用吸声、扩张、共振和干涉等空气动力衰减原理。它主要由外壳、隔极和多孔管组成。

引证上述现有技术的文献：

1、《发动机的有害排放物及其控制》

[美]D.J.潘德生等著，陆孝宽等译，1980年机械工业出版社出版。

2、《汽车对大气的污染及其控制》

国家环保局大气处编，1988年气象出版社出版。

3、《汽车的排气净化装置及其维修》

[日]小林.腾著，吴关昌译，1981年人民交通出版社出版。

4、《汽车发动机排气污染与控制》

钱耀义编：1987年人民交通出版社出版。

5、《汽车有害排放物的控制》

[美]W·H·克劳斯等著，梁恩忠等译，1989年人民交通出版社出版。

6、《汽车噪声原理、检测与控制》

周勇麟等着，1992年中国环境科学出版社出版。

为了从根本上扭转我国汽车工业长期落后的局面，适应现代化建设的需要，我国已决定把汽车工业作为支柱产业重点发展。同时，我们应该吸取发达国家的经验教训，尽早重视汽车及内燃机公害控制技术的研究，加强城市的环境保护工作，防患于未然，在消化国外先进技术的基础上，既要高起点，又要考虑到我国现有汽车污染排放标准，还要符合我国目前汽车工业技术水平和经济水平，申请者作为一名汽车高级工程师，特利用工作之余，潜心研究出“内燃机净化消声器及其制造技术”，以个人微簿之力，为我国汽车工业发展做出贡献，有利于城市环境保护。

1、内燃机净化消声器在整体结构上，集化工氧化催化转化原理与空气动力衰减原理为一体，同时具有排气净化与排气消声两种功能。

2、内燃机净化消声器内的氧化催化转化装置，其催化床结构特设有贯通式分流孔道，当发动机排出的废气进入净化消声器时，首先进入催化转化装置，并且少量废气不经过催化反应，通过分流孔道直接进入消声装置，大量废气则通过催化床，发生氧化反应后再进入消声装置。分流孔道直径大小，是决定转化效率的重要因素之一。

3、催化转化装置的催化床结构，当要求高转化效率时，也可不设分流孔道，即发动机排出的废气全部经过催化床，参加化学反应，然后再进入消声装置。

4、按照对转化效率和噪声的要求，根据催化剂种类(贵金属、稀土无素或普通金属)催化床结构(分流或全流式)，载体形状(颗粒状或整体式)和废气流动方向(轴流式或径流式)的不同，并参照各类发动机原消声器外形尺寸、底盘空间和离地间隙，可组合设计出系列内燃机净化消声器。

5、系列内燃机净化消声器，不仅适用于在城市行驶的各类汽车，也可广泛应用于其它各类汽车、摩托车、拖拉机、工矿用内燃机及其它内燃机械上。

在本改进发明之前，国外使用的汽车催化转化装置均是独立装置，与消声器串连。这类装置技术先进，性能完善，转化效率高，但结构复杂，成本昂贵，使用麻烦，美国、日本仅安装在轿车上，连欧州经济共同体各国，由于能源与经济所限，也尚未推广应用，本改进发明内燃机净化消声器与现有技术相比：

1、内燃机净化消声器集催化转化装置与消声装置为一体，结构紧凑，且外形尺寸基本与原车消声器相同，所以不需要增加或改动原车设计，安装方便，实用性强。

2、内燃机净化消声器结构简单，无二次空气供给系统和其它附属装置，可不使用贵金属，材料消耗也少，因此制造成本较低。

3、内燃机净化消声采取的技术路线符合我国国情，转化率适中，是在我国现有汽车技术的基础上，向现代化发展的过渡，所以目前有利于在我国城乡推广应用。

4、国外催化转化器如使用不当，易发生过热、堵塞等情况。本改进发明因专门设计有催化床分流孔道，是利用废气中的残余氧气同部分有害物质化合，显然最高燃烧温度相对较低，也不易堵塞，即使催化床发生堵塞，也不影响废气排出和消声功能，因此可靠性良好。

5、国外现有技术采用独立的机外净化装置，同消声器串连，会造成排气管中的背压增高，使发动机功率有所下降，油耗有所增加。本改进发明设有分流孔道，排气阻力小，故对发动机的动力性和经济性无不良影响。

6、催化转化装置被包容在消声装置的外壳内，其保温性好，温度上升快，有利于催化剂表面的活力作用的激发，提高转化效率。

实现本改进发明的方式：

1、为保证内燃机净化消声器在整体结构上集催化转化装置与消声装置为一体，可选择采用两种结构形式：

包容式——催化转化装置靠近进气端，其催化箱的外壳被包容在消声装置外壳之内，外观上同原消声器相同；

对接式——催化箱外壳和消声装置的外壳形状(园柱体或椭园柱体)、尺寸基本相同，二者组成可拆卸式对接，外观上同原消声器相似；

2、催化箱内的温度最高可达800～900℃，其外壳材料采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢或耐热钢，含10～15％铬铁素体为最佳，钢板厚度一般为1～2mm。催化箱外形设计原则：在催化效率满足使用要求前提下，尽量缩小体积，简化结构，减少气流阻力，一般为两端园锥体，中间园柱体的熔焊组合，其长度尺寸不超过净化消声器的1/4～1/3为宜。

3、催化转化装置的研究，主要是对催化剂的研究。常用的金属或其氧化物作催化剂分三类：贵金属(如铂、钯、铑或钌)，稀土元素(锏、铈)和普通金属(如铜、铬、镍或钻)。根据国情，目前主要使用普通金属或稀土元素作催化剂，对高、中级轿车，也可使用催化作用优良的贵金属。

4、实际应用的催化剂，多是两种金属或其氧化物的组合。因为只用一种金属，易发生凝聚作用，使催化能力降低，如以一种金属或其氧化物作主催化剂，再掺入少量的另一金属或其氧化物作助催化剂，将会大大增加催化作用，如铂——钯、氧化猛——氧化铜、氧化铬——氧化铜、氧化镍 —氧化铜等。

5、对催化剂载体的技术要求：

颗粒状——直径2～4mm的r型氧化铝颗粒，其内部组织松散多孔，比表面积150～300m2/g，能保证废气流过时，和催化剂充分均匀接触。它是将粉状氧化铝、粘接剂和水混合后成型、烧成，具有耐震的优点，缺点是废气流动阻力大，耐磨性差，可安装在柴油机上使用。

整体式—— 一般为蜂窝状多孔的陶瓷。要求这种化工陶瓷耐高温(900℃)，耐腐蚀和机械强度高，内部组织的气孔在20～40％，平均孔径1～1000um，网孔壁厚一般为 0.5～2mm，均匀密布，呈园形或菱形，其横载面积一般为 35～55mm2，主要生产工艺为：配料、成形、干燥、烧成。这种结构耐磨性好，升温快，排气阻力小，可广泛应用于各类汽车、摩托车上。

6、整体催化床的制作工艺：

将蜂窝状陶瓷载体浸泡在r型氧化铝溶液里，并取出干燥、烧成，r型氧化即附着在载体表面上，增加了载体的表面积和催化作用；然后再将它浸泡在催化剂溶液里，取出干燥、烧成、催化金属即以还原状态分布在氧化铝的表面上。

催化床设分流孔道时，其直径尺寸的确定应根据各车型对转化效率的要求不同，宜在∮10～∮40mm范围内选择。分流孔道的位置则根据进气多孔管在净化消声器的位置而定。

7、在将整体催化床装入催化箱时，用不锈钢细丝编成金属网将其包住，作缓冲垫层防止催化床受冲击或震动损坏。

8、内燃机净化消声器外壳可用厚度为1～2mm的普通低碳钢板卷制而成。当有的发动机原安装有两上或两个以上的消声器时，本改进发明内燃机净化消声器最好安装在靠近发动机侧的原第一个消声器位置。

9、催化转化装置可使原车消声特性发生变化，排气温度有所上升。为将内燃净化消声器的噪声控制在国家规定的标准以内，在汽车底盘空间和离地间隙充许的前提下，应将消声装置的主体尺寸适当加大，内部隔板位置相应调整，尾管适当延长，内燃机净化消声器安装位置往后轴前方移动。

10、安装在汽油汽车上的内燃机净化消声器，若使用含铅汽油，会引起催化剂“中毒”，给排气净化带来一些不利。这一问题会随着我国汽车工业和石油化工的快速发展，无铅汽油的大量使用，最终得到解决。本改进发明设计有分流孔道，减少了流过催化床的废气量，则相应减少了铅中毒机会，自然延长了使用寿命。

11、内燃机净化消声器使用的金属或其氧化物催化剂，根据目前科学技术尚不能实现再生，所以失效后应该更新。

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