專利名稱:一種復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種柴油車微粒過濾-再生系統(tǒng),具體地說是一種以碳化硅泡沫陶瓷為過濾裝置載體的采用螺旋式與壁流式相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,可有效降低柴油車的微粒排放,并可以通電再生。
背景技術(shù):
由于混合和燃燒方式的不同,柴油機的排污成分中CO及HC比汽油機少很多,而微粒卻是汽油機的幾十倍甚至更多。柴油車微粒的成分復(fù)雜,主要由碳煙和可溶性有機物以及部分金屬氧化物組成。碳煙主要出現(xiàn)在柴油機燃燒室高溫缺氧的狀態(tài)下(如車輛急加速或大負荷),此時,因柴油機循環(huán)供油量劇增,造成燃油燃燒不良,燃油裂解、聚合、碳化,以干碳煙(由85%的碳及少量的氧、氫、硫、灰分和多種多環(huán)芳香烴化合物組成)的形式排至大氣中;可溶性有機物主要由未燃的燃料或機油組成,也有部分為燃燒的中間產(chǎn)物。柴油車尾氣微粒物的排放不僅對人們的身體健康造成不良影響,而且在視覺上更易被直觀察覺,因此柴油車的排煙凈化一直是柴油車排污治理的重點。
目前研究較多的柴油車排煙凈化技術(shù)是微粒過濾器(DPF,Diesel ParticulateFilter)技術(shù)。微粒過濾器遵循攔截、慣性碰撞、擴散等微粒過濾機理,通過優(yōu)化孔徑、表面積、堆積密度、體積等參數(shù)可以達到較高的過濾效率。然而,隨著過濾下來的微粒的積存,過濾孔將逐漸堵塞,使排氣背壓增加,導(dǎo)致發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性惡化。因此必須及時除去過濾器中的微粒,才能使過濾器繼續(xù)正常工作。這個過程稱為微粒過濾器的再生。
微粒過濾器的再生方式有幾種,第一種利用催化劑再生,即在微粒過濾器表面添加催化劑,利用催化劑的催化作用降低微粒的起燃溫度,使捕獲到的微粒在較低溫度下和尾氣中的氧氣或氧化氮反應(yīng)生成二氧化碳而除去微粒。不過這種再生方式要求尾氣的溫度必須達到一定的要求,在汽車低速或輕載重條件下行駛時,尾氣溫度經(jīng)常達不到這個要求;第二種再生方式是利用加熱器或燃燒的方式提高尾氣的溫度,使微粒在高溫條件下燃燒除去。前兩種方法都是原位再生方式,即再生時過濾器仍位于原安裝位置。再有就是非原位再生方式,即當(dāng)微粒過濾器過濾到一定數(shù)量的微粒以后,將微粒過濾器從汽車上拆下來放到空氣爐等設(shè)備中加熱,使微粒燃燒得以除去。
無論采用何種再生方式都面臨著兩個問題一是再生效率的問題,再有就是再生時微粒過濾器經(jīng)常因微粒燃燒急劇放熱而燒熔或炸裂。這兩個問題是設(shè)計新型微粒過濾器時必須要克服的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置。該裝置以碳化硅泡沫陶瓷為主要原料,采用螺旋式和壁流式相結(jié)合的結(jié)構(gòu)進行微粒過濾,實現(xiàn)了不同直徑微粒的分別過濾。該裝置具有通電加熱原位再生的功能,用車載蓄電池供電作為電加熱再生的電源。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,由電源、微粒過濾器以及電控部分組成,微粒過濾器分為兩部分,一部分為具有電加熱功能的螺旋式紊流微粒過濾器(后文簡稱為過濾器A);另一部分為壁流式微粒過濾器(后文簡稱為過濾器B)。兩個金屬電極以焊接的方式分別連接在電加熱螺旋式紊流微粒過濾器兩端的碳化硅陶瓷電極基座上,電源通過金屬電極與電加熱螺旋式紊流微粒過濾器構(gòu)成回路,為其供電。過濾器A和過濾器B一起安裝于與柴油發(fā)動機排氣管相連的凈化器封裝外殼內(nèi),電控部分與過濾器A的電極相連。所述電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器采用碳化硅泡沫陶瓷作材料。
所述過濾器A采用螺旋式結(jié)構(gòu),其中心位置是一具有多個葉片的螺旋式碳化硅泡沫陶瓷,葉片數(shù)目、螺旋角度、螺距和螺旋深度等參數(shù)可根據(jù)樣品體積、氣體流量等實際需求加以改變。在螺旋式碳化硅泡沫陶瓷外圍套裝一個管狀的碳化硅泡沫陶瓷,其內(nèi)徑與螺旋式碳化硅泡沫陶瓷的外徑一致,保證兩者能夠結(jié)合緊密。柴油車尾氣在流經(jīng)過濾器時,以螺旋式紊流方式行進,尾氣中所含的微粒在被螺旋式碳化硅泡沫陶瓷葉片直接過濾的同時,絕大部分被離心至四周的管狀碳化硅泡沫陶瓷中,從而達到微粒過濾的目的。
所述過濾器A上可擔(dān)載催化劑,以碳化硅泡沫陶瓷為載體,每升載體的涂層含量在80~130g,涂層中各物質(zhì)的重量比為Al2O3∶CeO2∶La2O3∶BaO=50~75∶30~40∶2~8∶1~10;催化劑所用活性物質(zhì)可以是Pt或Pd,每升載體中Pt或Pd總含量為1~5g。
所述過濾器B采用壁流式結(jié)構(gòu),由多片碳化硅泡沫陶瓷板經(jīng)粘接而成,尾氣由眾多三角形區(qū)域進入壁流式微粒過濾器,然后穿過碳化硅泡沫陶瓷進入相鄰?fù)ǖ?,之后再由相鄰?fù)ǖ莱蛑行目椎目p隙匯入中心孔,然后排出車外,在這一過程中微粒得到過濾。構(gòu)成壁流式泡沫陶瓷微粒過濾器的泡沫陶瓷板由兩種(含兩種)以上不同孔徑的泡沫陶瓷板組合而成,進氣面為大尺寸孔徑板,出氣面為最小孔徑板。
所述過濾器B可以采用兩片碳化硅泡沫陶瓷板為一組呈放射狀分布,中間形成中心孔,兩片碳化硅泡沫陶瓷板之間保持1.5mm~3mm間隙,在中心孔一側(cè)開放,其他三條邊為封閉狀態(tài);組與組之間的粘接處保持1.5mm~3mm間隙,在進氣端開放,其他三邊為封閉狀態(tài);中心孔進氣端由碳化硅陶瓷封閉,尾氣流入壁流式微粒過濾器,然后穿過碳化硅泡沫陶瓷板進入相鄰的縫隙,再經(jīng)中心孔流出。
所述碳化硅泡沫陶瓷按重量分數(shù)計,其成份由90%~98%的碳化硅和10%~2%的硅組成。
所述碳化硅泡沫陶瓷以多邊型封閉環(huán)為基本單元,各基本單元相互連接形成三維連通網(wǎng)絡(luò);構(gòu)成多邊形封閉環(huán)單元的陶瓷筋的相對致密度≥99%,平均晶粒尺寸在50nm~10μm。
過濾器的效率和引起的發(fā)動機背壓可通過改變碳化硅泡沫陶瓷的陶瓷體積分數(shù)、平均孔徑大小、過濾器體積等參數(shù)調(diào)整。
本發(fā)明采用碳化硅泡沫陶瓷作原料,設(shè)計制作了兼具螺旋式和壁流式特點的微粒過濾器。柴油車尾氣首先流經(jīng)螺旋式紊流微粒過濾器,以螺旋式紊流方式行進,尾氣中所含的大直徑微粒在被螺旋式碳化硅泡沫陶瓷葉片直接過濾的同時,絕大部分被離心至四周的管狀碳化硅泡沫陶瓷中,從而達到大直徑微粒過濾的目的。從螺旋式紊流微粒過濾器流出的氣體接著流入壁流式微粒過濾器,在此,小直徑的微粒得到過濾。此外,在螺旋式紊流微粒過濾器兩端焊接有兩個電極,利用碳化硅陶瓷的導(dǎo)電性可以對該過濾器進行通電加熱原位再生。由于碳化硅泡沫陶瓷具有良好的抗熱沖擊性和高的熔點,再生時產(chǎn)生的高溫不會在該過濾器中造成熔融或炸裂現(xiàn)象。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明更具有如下有益效果①微粒過濾器由碳化硅泡沫陶瓷構(gòu)成,該過濾器具有如下特點a、熱傳導(dǎo)性良好。保證過濾器溫度分布均勻,避免過大熱應(yīng)力的產(chǎn)生并減少再生死角的存在;b、抗熱沖擊性好,可承受再生時微粒氧化燃燒造成的溫度劇變;c、熔點高,在2000℃以上,確保在高溫下有較長的使用壽命。
②在該裝置中實現(xiàn)了電加熱發(fā)熱體與微粒過濾器一體化,發(fā)熱體材料為碳化硅泡沫陶瓷,結(jié)構(gòu)簡單,且電阻可根據(jù)實際需要靈活調(diào)整。另外碳化硅陶瓷具有良好的抗氧化、抗高溫、抗酸堿性能,與金屬電阻絲發(fā)熱體相比,更適合在汽車尾氣環(huán)境中使用。
③過濾器采用螺旋式結(jié)合壁流式的復(fù)合結(jié)構(gòu),能根據(jù)尾氣中不同大小的微粒進行針對性過濾,過濾效率高,背壓小。
⑤該裝置采用車載蓄電池作為電源,無須外加電源,汽車改造范圍小,成本低;⑥控制系統(tǒng)智能化,可根據(jù)水溫、發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及背壓等條件適時調(diào)整加熱狀態(tài);⑦采用釬焊的方式制備金屬電極,使接觸電阻降至最低,提高了能量利用效率;⑧本發(fā)明裝置具有良好、可控的導(dǎo)電性能,在對柴油車微粒進行有效過濾后,可在車載電源正常供電的情況下,實現(xiàn)智能化再生,從而具有很好的耐久性能。同時,本發(fā)明裝置還具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單,裝配容易等特點。
圖1為復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置工作示意圖。
圖2為螺旋式紊流微粒過濾器的截面圖。
圖3為電加熱螺旋式紊流微粒過濾器的側(cè)面圖。
圖4為壁流式微粒過濾器的截面圖。
圖5為壁流式微粒過濾器的剖面圖。
圖6為復(fù)合式碳化硅泡沫陶瓷板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中,1柴油發(fā)動機;2水溫傳感器;3轉(zhuǎn)速傳感器;4控制單元;5功率組件;6車載蓄電池;7電纜;8凈化器封裝外殼;9過濾器B;10金屬電極;11金屬電極;12過濾器A;13排氣管;14壓力傳感器;15葉片;16中心陶瓷;17中心孔;18管狀碳化硅泡沫陶瓷;19碳化硅陶瓷電極基座;20碳化硅陶瓷電極基座;21三角形區(qū)域;22碳化硅泡沫陶瓷板;23碳化硅泡沫陶瓷板;24碳化硅陶瓷塊;25封閉線;26黑線;27中心孔;28小孔泡沫陶瓷板;29大孔泡沫陶瓷板。
具體實施例方式
復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置的制備過程具體如下①采用按照《一種高強度致密的泡沫碳化硅陶瓷材料及其制備方法》(中國科學(xué)院金屬研究所申請,申請?zhí)?3134039.3,申請日2003年9月22日)所做的導(dǎo)電碳化硅泡沫陶瓷,作為本發(fā)明電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器材料。
②將碳化硅泡沫陶瓷材料加工成為如圖2~圖5所示的微粒過濾器。15為螺旋式紊流微粒過濾器的葉片,其數(shù)目可根據(jù)具體情況決定。16為螺旋式紊流微粒過濾器的中心陶瓷,17為螺旋式紊流微粒過濾器的中心孔,中心孔的兩端是碳化硅陶瓷電極基座19、20。18為包圍在螺旋式碳化硅泡沫陶瓷周圍的管狀碳化硅泡沫陶瓷,其作用主要是捕集在離心力作用下進入的微粒。螺旋式紊流微粒捕獲器的葉片數(shù)目、葉片長度以及管狀碳化硅泡沫陶瓷的厚度等參數(shù)可根據(jù)實際情況作改變;壁流式微粒過濾器中以22、23這樣的兩片碳化硅泡沫陶瓷板為一組呈放射狀分布,中間形成中心孔27,兩片之間保持1.5mm間隙,在中心孔一側(cè)保持開放,其他三條邊為封閉狀態(tài),如圖5中的封閉線25所示。組與組之間的組合也在連接的一邊保持1.5mm間隙,在進氣端保持開放,其他三邊為封閉狀態(tài),如圖5中的黑線26所示。中心孔進氣端由一個碳化硅陶瓷塊24封閉,迫使尾氣從圖4中的眾多三角形區(qū)域21流入壁流式微粒過濾器,然后穿過碳化硅泡沫陶瓷板進入相鄰的縫隙,再匯入中心孔流出。
③在螺旋式紊流微粒過濾器兩端有碳化硅陶瓷電極基座19、20,兩個金屬電極10、11以焊接的方式連接在碳化硅陶瓷電極基座19、20上,就可以得到具有電加熱再生功能的螺旋式紊流微粒過濾器。
④如果在過濾器A表面擔(dān)載催化劑,以碳化硅泡沫陶瓷為載體,則催化劑的擔(dān)載按如下步驟進行a、將碳化硅泡沫陶瓷在濃度為2~5M的NaOH或KOH溶液中浸泡5~10分鐘,去除其表面的油污等雜質(zhì),之后用水清洗、再于100~150℃空氣氣氛中1~4小時烘干;b、取γ-Al2O3110~160份、CeO250~70份、La2O32~10份、BaO 4~20份,混合后加水500份,球磨2~4小時得到涂層漿料;c、將碳化硅泡沫陶瓷在漿料中浸漬2~5分鐘,以壓縮空氣吹去多余漿料,然后置于100~150℃空氣氣氛中干燥20~30分鐘,冷卻后再次浸漬料漿。如此重復(fù)多次,直至使涂層含量達到80~130g/(L載體),最后于450~500℃焙燒4~5小時,涂層制備完畢;d、取H2PtCl610~15份,加水500份配制成混合溶液,然后將帶有活性涂層的碳化硅泡沫陶瓷在溶液中真空浸漬10~15分鐘,浸漬后的陶瓷在烘箱中烘干,烘箱溫度100~150℃,時間20~30分鐘;烘干后的樣品在氫氣氣氛中450~500℃還原2~4小時,可得到以碳化硅泡沫陶瓷為載體、以Pt為催化活性組分的具有催化功能的柴油車碳煙過濾器。
⑤將過濾器A和過濾器B一起封裝于過濾器外殼內(nèi),過濾器外殼由2毫米厚的不銹鋼板焊接而成,過濾器外殼與電加熱螺旋式紊流微粒過濾器及壁流式微粒過濾器之間有防震隔層。封裝后的過濾器在進氣端與柴油發(fā)動機排氣管相連。
如圖1~5所示,復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置包括過濾器B(9)、過濾器A(12)及電控部分,其中過濾器B(9)與過濾器A(12)一起安裝于與柴油發(fā)動機排氣管相連的凈化器封裝外殼8內(nèi)。過濾器A(12)兩端安裝有兩個焊接在碳化硅陶瓷電極基座19、20上的金屬電極11、10,電源通過金屬電極10、11與過濾器A(12)構(gòu)成回路,為過濾器A(12)供電;電控部分與過濾器A(12)的電極10、11相連。所述電控部分由控制單元4和功率組件5組成。本發(fā)明電控部分采用中國發(fā)明專利申請,申請?zhí)?00510046472.1,申請日2005年5月20日,詳見其中的圖5和相關(guān)的文字說明。
圖6所示為復(fù)合式多層碳化硅泡沫陶瓷板示意圖,構(gòu)成壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷板采用復(fù)合式結(jié)構(gòu),由兩種或兩種以上不同孔徑的碳化硅泡沫陶瓷板組合在一起得到具有變化孔徑的過濾結(jié)構(gòu)。尾氣由大孔徑泡沫板一面流入,從小孔徑一面流出。圖中,小孔泡沫陶瓷板28孔徑為0.01mm~0.5mm;大孔泡沫陶瓷板29孔徑為0.3mm~1.5mm。
汽車啟動后,含碳煙微粒的汽車尾氣由柴油發(fā)動機1排出,經(jīng)由排氣管13到達過濾器A和過濾器B,過濾器A和過濾器B將尾氣中的微粒截留。由發(fā)動機冷卻水水溫傳感器2和轉(zhuǎn)速傳感器3以及壓力傳感器14監(jiān)測到的冷卻水水溫、轉(zhuǎn)速和背壓信號被控制單元4接收,然后再將信號傳送至功率組件5。當(dāng)背壓高于設(shè)定值時,在冷卻水水溫和發(fā)動機轉(zhuǎn)速均達到指定數(shù)值的情況下,功率組件5接通電路,車載蓄電池6即開始通過電纜7給過濾器A(12)供電,通電時間可由控制單元設(shè)定;10和11為過濾器A(12)的兩個電極,一端被釬焊到導(dǎo)電碳化硅泡沫陶瓷上,另一端與電纜相連;在通電情況下,過濾器A(12)迅速升溫,其上被過濾的部分碳煙開始燃燒。流經(jīng)發(fā)熱體的尾氣得到電加熱螺旋式紊流微粒過濾器傳導(dǎo)過來的熱量以及碳煙燃燒釋放的熱量,溫度升高。升溫后的尾氣在經(jīng)過過濾器B時引燃其中過濾的碳煙,使過濾器B也得到凈化。
本發(fā)明尾氣凈化裝置主要由上述可電加熱再生的碳化硅泡沫陶瓷螺旋式紊流微粒過濾器和智能控制單元兩部分構(gòu)成,過濾器以碳化硅泡沫陶瓷為功能主體,具有良好、可控的導(dǎo)電性能;并且碳化硅泡沫陶瓷具有多孔、表面粗糙、耐高溫及熱沖擊的特點,配合螺旋式和壁流式結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)對柴油車排放微粒的有效過濾;在過濾器上可負載催化劑;智能控制單元4能夠接收來自控制單元平臺的冷卻水水溫、背壓和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號,并根據(jù)信號自主控制復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置的通電狀態(tài);在車載電源供電的情況下,即可實現(xiàn)系統(tǒng)的原位再生。
實施例和相關(guān)比較例在各實施例和相關(guān)比較例的測試中采用的發(fā)動機型號為SOFIM8140.43,測試方式采用柴油機13工況。
實施例1①將體積分數(shù)30%、平均泡沫孔徑1mm的碳化硅泡沫陶瓷機械加工成為有六個螺旋葉片的螺旋式結(jié)構(gòu),螺旋外徑為φ140mm,螺旋深度50mm,葉片厚度10mm,葉片間距10mm,導(dǎo)程120mm,中心孔φ10mm。
②機械加工管狀的碳化硅泡沫陶瓷,外徑φ180mm,內(nèi)徑φ140mm。
③將②所得的管狀碳化硅泡沫陶瓷套在①所得的螺旋式結(jié)構(gòu)外圍,并將兩者用硅酸乙酯牢固粘接,得到螺旋式紊流微粒過濾器。外形尺寸為φ180mm×100mm。
④取兩個碳化硅陶瓷電極φ20mm×15mm,采用釬焊方式焊接在③中所述φ180mm×100mm的螺旋式紊流微粒過濾器的兩端,作為金屬電極的基座;在碳化硅陶瓷電極基座上各釬焊一個直徑6mm的不銹鋼柱作為與導(dǎo)線相連的電極;得到一外形為φ180mm×100mm的具有電加熱再生功能的螺旋式紊流微粒過濾器。
⑤如圖4~圖5,將厚度4mm、體積分數(shù)30%、平均泡沫孔徑0.5mm的碳化硅泡沫陶瓷板粘接成圓形壁流式結(jié)構(gòu),最終外形為φ180mm×250mm,中心孔為φ40mm×250mm。
⑥將④中所得電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與⑤中所得壁流式微粒過濾器一起封裝于凈化器外殼內(nèi),得到一完整的電加熱再生復(fù)合式微粒過濾器。
⑦將⑥所得過濾-再生系統(tǒng)與發(fā)動機相連接,測試使用的發(fā)動機型號為SOFIM8140.43,測試方式采用柴油機13工況;測試過程中不通電。
實施例2與實施例1不同之處在于在測試前將電加熱螺旋式紊流微粒過濾器安裝于柴油發(fā)動機排氣通路的指定位置,保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2160rpm、扭矩為188Nm、功率為42.5kW運行5小時,使電加熱螺旋式紊流微粒過濾器充分積聚碳煙,然后接通電加熱電路,進行電加熱再生。再生后再進行同實施例1的13工況測試。
實施例3與實施例1不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%。
實施例4與實施例2不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%。
實施例5與實施例1不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為50%。
實施例6與實施例2不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為50%。
實施例7與實施例1不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%,其中電加熱螺旋式紊流微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷平均孔徑為0.5mm。
實施例8與實施例2不同之處在于組成電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%,其中電加熱螺旋式紊流微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷平均孔徑為0.5mm。
實施例9與實施例1不同之處在于組成壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%,陶瓷板為復(fù)合結(jié)構(gòu),具體為2mm厚、平均孔徑為0.5mm的碳化硅泡沫陶瓷板加2mm厚、平均孔徑為0.03mm的碳化硅泡沫陶瓷板。
實施例10與實施例2不同之處在于組成壁流式微粒過濾器的碳化硅泡沫陶瓷體積分數(shù)為40%,陶瓷板為復(fù)合結(jié)構(gòu),具體為2mm厚、平均孔徑為0.5mm的碳化硅泡沫陶瓷板加2mm厚、平均孔徑為0.03mm的碳化硅泡沫陶瓷板。
實施例11與實施例3不同之處在于過濾器表面有催化涂層,涂層含量為80~130g/(L載體),涂層中各物質(zhì)的重量比為Al2O3∶CeO2∶La2O3∶BaO=55∶35∶3∶7。Pt含量為1.5g/(L載體)。
實施例12與實施例4不同之處在于
過濾器表面有催化涂層,涂層含量為80~130g/(L載體),涂層中各物質(zhì)的重量比為Al2O3∶CeO2∶La2O3∶BaO=55∶35∶3∶7。Pt含量為1.5g/(L載體)。
相關(guān)比較例在與實施例相同的發(fā)動機上進行不安裝過濾器條件下的柴油機13工況測試。
實施例及相關(guān)比較例的結(jié)果見表1。表1中實驗1~10為實施例,實驗11為相關(guān)比較例。將各實施例與比較例的結(jié)果相比較,可發(fā)現(xiàn)在采用復(fù)合式碳化硅泡沫陶瓷的情況下,過濾效率最高達90%以上,過濾效率隨著體積分數(shù)的增加和平均孔徑的減小而增加,然而體積分數(shù)的增加和平均孔徑的減小也會引起背壓的增加。貴金屬催化劑的加入能顯著降低CO和THC的排放,但對于微粒排放的降低效果不是很顯著。電加熱再生后過濾器仍能保持良好的過濾效率,表明復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置不但具有良好的凈化過濾性能,并且能夠有效再生,具有較長的使用壽命。
表1
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于包括電源、微粒過濾器,微粒過濾器采用電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器一起安裝于與柴油發(fā)動機排氣管相連的凈化器封裝外殼內(nèi);兩個金屬電極以焊接的方式分別連接在電加熱螺旋式紊流微粒過濾器兩端的碳化硅陶瓷電極基座上,電源通過金屬電極與電加熱螺旋式紊流微粒過濾器構(gòu)成回路,為其供電;所述電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器采用碳化硅泡沫陶瓷作材料。
2.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于所述電加熱螺旋式紊流微粒過濾器的中心位置是一具有多個葉片的螺旋式碳化硅泡沫陶瓷,在螺旋式碳化硅泡沫陶瓷外圍套裝一個管狀的碳化硅泡沫陶瓷,其內(nèi)徑與螺旋式碳化硅泡沫陶瓷的外徑一致,兩者緊密結(jié)合,尾氣在流經(jīng)過濾器時,以螺旋式紊流方式行進。
3.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于以電加熱螺旋式紊流微粒過濾器為載體,在其上制備活性氧化鋁涂層,并負載催化劑,涂層含量在80~130g/L載體,涂層中各物質(zhì)的重量比為Al2O3∶CeO2∶La2O3∶BaO=50~75∶30~40∶2~8∶1~10;催化劑所用活性物質(zhì)是Pt或Pd,Pt或Pd總含量為1~5g/L載體。
4.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于所述壁流式微粒過濾器以兩片碳化硅泡沫陶瓷板為一組呈放射狀分布,中間形成中心孔,兩片碳化硅泡沫陶瓷板之間保持1.5mm~3mm間隙,在中心孔一側(cè)開放,其他三條邊為封閉狀態(tài);組與組之間的粘接處保持1.5mm~3mm間隙,在進氣端開放,其他三邊為封閉狀態(tài);中心孔進氣端由碳化硅陶瓷封閉,尾氣流入壁流式微粒過濾器,然后穿過碳化硅泡沫陶瓷板進入相鄰的縫隙,再經(jīng)中心孔流出。
5.按照權(quán)利要求4所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于構(gòu)成壁流式泡沫陶瓷微粒過濾器的泡沫陶瓷板由兩種或兩種以上不同孔徑的泡沫陶瓷板組合而成,進氣面為大尺寸孔徑板,出氣面為最小孔徑板。
6.按照權(quán)利要求1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,其特征在于所述碳化硅泡沫陶瓷以多邊型封閉環(huán)為基本單元,各基本單元相互連接形成三維連通網(wǎng)絡(luò);構(gòu)成多邊形封閉環(huán)單元的陶瓷筋的相對致密度≥99%,平均晶粒尺寸在50nm~10μm;所述碳化硅泡沫陶瓷按重量分數(shù)計,其成份由90%~98%的碳化硅和10%~2%的硅組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及柴油車微粒過濾-再生系統(tǒng),具體地說是一種以碳化硅泡沫陶瓷為過濾裝置載體的復(fù)合結(jié)構(gòu)柴油車尾氣微粒過濾-再生裝置,包括電源、微粒過濾器。微粒過濾器采用電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu),其中電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器一起安裝于與柴油發(fā)動機排氣管相連的凈化器封裝外殼內(nèi);所述電加熱螺旋式紊流微粒過濾器與壁流式微粒過濾器采用碳化硅泡沫陶瓷作材料。本發(fā)明裝置具有高的凈化效率和可控的導(dǎo)電性能,在對柴油車微粒進行有效過濾后,可在車載電源正常供電的情況下,實現(xiàn)智能化再生,從而具有很好的耐久性能。同時,本發(fā)明裝置還具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單,裝配容易等特點。
文檔編號F01N3/023GK1966943SQ200510047699
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者張勁松, 田沖, 楊振明, 曹小明, 劉強, 郝傳勇, 李明天 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所