專利名稱：可電加熱汽車尾氣催化凈化器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種汽車尾氣催化凈化器，更具體的說涉及一種可電加熱的汽車尾氣催化凈化器。
背景技術(shù)：
隨著機動車保有量的日益上升，機動車尾氣帶來的大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。目前，北京、上海、廣州等大城市已率先實行了國家機動車排放標(biāo)準(zhǔn)第二階段排放限值，相當(dāng)于歐洲II號尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，到2005年，全國開始強制執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，屆時北京等地還將實施更加嚴(yán)格的相當(dāng)于歐洲III號的汽車尾氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，給機動車尾氣凈化提出了更高的要求。
控制機動車尾氣排放的措施主要有機內(nèi)凈化和機外凈化兩種。機內(nèi)凈化主要是通過電子控制噴油，調(diào)整混和氣中燃油、空氣比例來降低有害氣體的產(chǎn)生。機外凈化則主要通過尾氣催化凈化裝置的吸附、凈化作用，將尾氣中的有害成分碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物等同時轉(zhuǎn)化成無害的水、二氧化碳和氮氣，所以汽車尾氣催化凈化裝置又被稱為三元催化凈化裝置。
催化凈化裝置通常是由金屬外殼、載體和催化劑以及密封墊層組成。載體主要有蜂窩陶瓷載體和金屬載體。在載體的表面還涂覆有高比表面積的涂層，通常是γ-氧化鋁，其上浸漬催化劑活性組分。催化劑的活性組分以鉑、銠、鈀等貴金屬為主，近年來開發(fā)的稀土金屬加少量貴金屬或者過渡金屬催化劑也具有出色的凈化能力，而且價格優(yōu)勢明顯，正在逐步取代全貴金屬催化劑。
評價催化劑性能的指標(biāo)除了有害污染物轉(zhuǎn)化率以外，催化劑的起燃溫度也非常重要。只有達(dá)到一定的溫度，催化劑才能對污染物的轉(zhuǎn)化起作用。機動車?yán)鋯踊蛘叩∷匐A段，尾氣凈化器的溫度還達(dá)不到催化劑的工作溫度，污染物凈化率很低。研究表明機動車排放污染物有80％是在發(fā)動機冷啟動階段形成的。如何更進(jìn)一步降低發(fā)動機在冷啟動階段的污染物排放量，一直是汽車尾氣凈化催化劑研究的重點和難點。
目前，國內(nèi)外的研究主要集中于調(diào)整催化劑組成，降低三元催化劑的起燃溫度；迅速提高三元催化裝置的工作溫度將催化劑安裝在靠近于發(fā)動機排氣口的位置(緊湊耦合催化劑Close Coulped Catalysts，CCC)或采用兩段式催化劑(器)、增強催化劑包覆材料的絕熱性能、冷啟動階段直接采用電加熱以促使三元催化劑快速起燃等。
采用金屬載體，也可以在一定程度上降低啟動階段的污染物排放。與蜂窩陶瓷載體相比，金屬載體的熱容小，可以更快的加熱到所需溫度以上，而且可以直接給金屬載體通電加熱。從而可以使凈化器的溫度很快升高到催化劑的正常工作以上，提高了冷啟動階段的尾氣凈化率。但是蜂窩金屬載體制作難度大，成本高，催化劑活性組分與載體結(jié)合力不強的缺點限制了它的廣泛應(yīng)用。
目前市場上的三元催化凈化器還是以蜂窩陶瓷作載體的為主。為了提高蜂窩載體凈化器的響應(yīng)性能，提高冷啟動階段的尾氣凈化能力，也可以采用給載體預(yù)加熱的辦法。采用緊湊耦合型凈化器或者利用未充分燃燒的混和氣在凈化裝置入口二次燃燒加熱；利用電加熱體在凈化器入口前端加熱廢氣，通過廢氣再加熱凈化裝置；還可以直接在凈化裝置外部安裝電加熱裝置；還可以在陶瓷載體內(nèi)部埋設(shè)加熱體制成可電加熱蜂窩陶瓷。
上述加熱方法有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對載體耐高溫性能要求高；或者需要特制的固定支架，要對排氣系統(tǒng)進(jìn)行較大的改動，可能會增加排氣阻力；或者在加熱過程中容易造成蜂窩陶瓷載體的破裂，影響尾氣凈化器的使用壽命。

實用新型內(nèi)容本實用新型所目的在于，該實用新型既能保證催化凈化器預(yù)加熱功能的順利實現(xiàn)，又能不影響催化凈化器的密封和凈化功能。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型一種可電加熱汽車尾氣催化凈化器，包括載體、隔熱密封墊及不銹鋼外殼，其特征在于還包括導(dǎo)熱密封墊、柔性加熱體及加熱控制裝置，其中，導(dǎo)熱密封墊和柔性加熱體依次設(shè)置于載體和隔熱密封墊之間；柔性加熱體與加熱控制裝置連接，并由其進(jìn)行加熱啟動與停止的控制。
優(yōu)選的方案是所述的導(dǎo)熱密封墊可以是金屬網(wǎng)密封墊，卷繞包覆在載體外圍。
所述的柔性加熱體可以是柔性陶瓷加熱繩、柔性陶瓷加熱布、柔性陶瓷加熱帶、柔性陶瓷加熱片中的一種，卷繞包覆在導(dǎo)熱密封墊外圍。
還包括溫度傳感器，其設(shè)置在凈化器出氣口位置，并與加熱控制裝置連接。
本實用新型具有以下優(yōu)點(1)由于采用將導(dǎo)熱密封墊、柔性加熱體依次包裹在蜂窩陶瓷載體的外部，既起到加熱作用，又不影響凈化裝置的密封，而且工藝簡單。同時，柔性加熱體內(nèi)側(cè)采用導(dǎo)熱密封墊能很好地將熱量傳導(dǎo)給載體，而外部的隔熱陶瓷密封墊能有效防止散熱。從而改善了催化劑的使用效率，提高了機動車在啟動和低速運行階段的尾氣凈化效果。
(2)不需要單獨設(shè)置加熱器件固定支架來固定加熱體，從而簡化結(jié)構(gòu)，降低加工成本。

圖1是本實用新型可電加熱汽車尾氣催化凈化器的徑向結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型可電加熱汽車尾氣催化凈化器的軸向剖面結(jié)構(gòu)及相關(guān)器件示意圖；圖3是本實用新型加速模擬工況車速-時間曲線圖；圖4是本實用新型的尾氣凈化實驗結(jié)果對比圖，縱坐標(biāo)表示CO的百分比濃度，單位％，橫坐標(biāo)表示點火時間(s)；圖5是本實用新型的尾氣凈化實驗結(jié)果對比圖，縱坐標(biāo)表示HC的濃度，單位ppm，橫坐標(biāo)表示點火時間(s)；圖6是圖4在點火啟動階段的橫坐標(biāo)局部放大曲線，縱坐標(biāo)表示HC的濃度，單位ppm，橫坐標(biāo)表示點火時間(s)；圖7是本實用新型的尾氣凈化實驗結(jié)果對比圖，縱坐標(biāo)表示NOx的濃度，單位ppm，橫坐標(biāo)表示點火時間(s)。
具體實施方式下面參照附圖結(jié)合實例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
請參閱圖1和圖2，本實用新型汽車尾氣催化凈化器，采用在浸漬好催化劑的蜂窩陶瓷載體1周圍，依次卷繞上導(dǎo)熱密封墊2、柔性加熱體3和汽車尾氣凈化器專用的熱膨脹陶瓷隔熱密封墊4，然后包上不銹鋼外殼5，通過夾具夾緊，焊接牢固而成。所述的柔性加熱體3的電極引線通過不銹鋼外殼5上的絕緣孔(圖未示)引出，并將此孔密封，防止漏氣。
其中，所應(yīng)用的催化劑仍采用目前業(yè)界的制備方法，具體是將300～400孔/平方英寸的堇青石蜂窩陶瓷載體浸漬在含有適量稀土金屬和過渡金屬的Al2O3漿液中。30分鐘之后，用壓縮空氣吹去孔道中的剩余液，并經(jīng)室溫下干燥2小時，再經(jīng)烘箱在130℃烘干2小時，接著在馬弗爐中650℃焙燒3小時。再將涂有Al2O3的董青石蜂窩載體浸入含有貴金屬鉑、銠以及硝酸鈰、硝酸鑭的溶液中30分鐘，取出用壓縮空氣吹去孔道中的剩余液，室溫下干燥2小時，再經(jīng)烘箱中130℃烘干2小時，然后放入馬弗爐中，程序升溫到600℃，焙燒2小時，降溫至500℃，再通氫氣還原2小時后，即得到催化劑。
所述的導(dǎo)熱密封墊2設(shè)置在蜂窩陶瓷載體1與柔性加熱體3之間，主要由金屬網(wǎng)密封墊構(gòu)成，起到密封的作用，同時又可以將柔性加熱體3產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)給蜂窩陶瓷載體1，使其溫度迅速上升。
所述的柔性加熱體3采用柔性耐高溫材料，可以是但不限于柔性陶瓷加熱繩、柔性陶瓷加熱布、柔性陶瓷加熱帶、柔性陶瓷加熱片中的一種，同時還可以根據(jù)所需的加熱功率來調(diào)節(jié)加熱單元的加熱功率和數(shù)量。加熱材料的引線一極接地，另一極通過金屬外殼壁上的絕緣密封孔連接到車載蓄電池正極或者發(fā)動機點火開關(guān)上。在說明書附圖4～7中，所示實施例1采用柔性陶瓷加熱布為加熱體，而實施例2中采用陶瓷加熱繩作為加熱體。
所述的隔熱密封墊4由陶瓷密封墊構(gòu)成，位于柔性加熱體1與不銹鋼外殼3之間，既保護蜂窩陶瓷載體1和柔性加熱體3，又起到很好的隔熱密封作用，防止加熱體和尾氣產(chǎn)生的熱量散失。
當(dāng)然，本實用新型的載體1除了蜂窩陶瓷以外，也可以是金屬載體請參閱圖2，本實用新型還包含一個溫度傳感器6和加熱控制裝置7。溫度傳感器6設(shè)置在凈化器出氣口(或者進(jìn)氣口)位置，用于檢測排氣溫度，并把結(jié)果送至加熱控制裝置7。加熱控制裝置7可以由單片機實現(xiàn)，當(dāng)機動車輛在啟動或者低速運行階段時，其檢測溫度低于設(shè)定溫度(加熱體電源通斷溫度開關(guān)設(shè)置在500～900℃之間)，則加熱控制裝置7控制柔性加熱體處于工作狀態(tài)中，使載體溫度迅速升高。當(dāng)機動車高速運行時，其檢測溫度高于設(shè)定溫度，則加熱過程便自動中斷，停止加熱。
另外，本實用新型的加熱控制方式還可以采用延時控制，即預(yù)先設(shè)定加熱時間，通常根據(jù)車型狀況設(shè)定為1～15分鐘。
通過在機動車啟動時，加熱材料迅速加熱載體，達(dá)到催化劑的使用溫度，從而提高啟動和低速運行階段的尾氣凈化能力。并且同時還具有減震、密封和隔熱的作用。用整車加速模擬工況來評價三元催化凈化器的凈化效果。加速模擬工況如圖3所示在發(fā)動機點火的同時開始數(shù)據(jù)采集，采用汽車尾氣專用尾氣分析儀器同時分析廢氣中碳?xì)浠衔?、一氧化碳和氮氧化物的濃度。同時采用計算機實時記錄尾氣分析數(shù)據(jù)，根據(jù)污染物濃度-時間曲線來判斷三元催化凈化器的凈化效果。
比較例1催化劑的制備方法同實施例。直接采用汽車尾氣凈化器專用陶瓷密封墊密封，外部焊接不銹鋼外殼固定。不帶電加熱裝置。
比較例2采用原車配套的三元催化凈化器，不帶加熱裝置。
比較例3采用空白蜂窩陶瓷，不涂覆催化劑，不帶加熱裝置，代替三元催化凈化器。
請參閱圖4至圖7，如測試結(jié)果所示，本實用新型突出的優(yōu)點是顯著降低了啟動階段HC的排放濃度，使HC排放濃度最大值從1200ppm以上(比較例)降低到了600ppm以下(實施例)，總排放量降低80％以上。對于啟動階段CO排放濃度的降低也非常明顯，超過了原車配套使用的三元催化凈化器(比較例2)。對NOx的凈化效果也接近原車配套三元催化凈化器(比較例2)。
本實用新型的總體凈化水平都大大優(yōu)于不帶電加熱裝置而具有相同催化劑的凈化器(比較例1)，說明本實用新型的電加熱效果起到了降低啟動階段污染物排放的作用。
上述實施例只是體現(xiàn)本實用新型技術(shù)方案的優(yōu)選方案，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對其中的某些部分所可能做出的一些變動均體現(xiàn)了本實用新型的原理，屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種可電加熱汽車尾氣催化凈化器，包括載體、隔熱密封墊及不銹鋼外殼，其特征在于還包括導(dǎo)熱密封墊、柔性加熱體及加熱控制裝置，其中，導(dǎo)熱密封墊和柔性加熱體依次設(shè)置于載體和隔熱密封墊之間；柔性加熱體與加熱控制裝置連接，并由其進(jìn)行加熱啟動與停止的控制。
2.如權(quán)利要求1所述的可電加熱汽車尾氣催化凈化器，其特征在于所述的導(dǎo)熱密封墊可以是金屬網(wǎng)密封墊，卷繞包覆在載體外圍。
3.如權(quán)利要求2所述的可電加熱汽車尾氣催化凈化器，其特征在于所述的柔性加熱體可以是柔性陶瓷加熱繩、柔性陶瓷加熱布、柔性陶瓷加熱帶、柔性陶瓷加熱片中的一種，卷繞包覆在導(dǎo)熱密封墊外圍。
4.如權(quán)利要求1所述的可電加熱汽車尾氣催化凈化器，其特征在于還包括溫度傳感器，其設(shè)置在凈化器出氣口位置，并與加熱控制裝置連接。
專利摘要一種可電加熱汽車尾氣催化凈化器，包括載體、隔熱密封墊及不銹鋼外殼，其特征在于還包括導(dǎo)熱密封墊、柔性加熱體及加熱控制裝置，其中，導(dǎo)熱密封墊和柔性加熱體依次設(shè)置于載體和隔熱密封墊之間；柔性加熱體與加熱控制裝置連接，并由其進(jìn)行加熱啟動與停止的控制。使用該裝置能夠提高機動車在啟動和怠速階段的尾氣凈化能力，且結(jié)構(gòu)簡單，便于加工。
文檔編號F01N3/28GK2718228SQ20042003766
公開日2005年8月17日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者李春波, 成宏偉, 聶堅 申請人:上海比亞迪有限公司