[发明专利]内燃机燃烧室内固化催化剂催化燃烧方法

说明书

技术领域

机械制造汽车工业领域。

背景技术

国际石油价格上涨，必然引出一系列关于车与燃油之间的话题，而柴油车在中国难以进入大城市，便是其中最让人难以解决的事情之一；此问题的背景是：全球石油资源日趋短缺，而汽车消费不断攀升，在找到终极替代能源之前，全世界汽车厂家、能源公司以及政府都在探索延缓石油危机爆发的中间路线：柴油发动机以二氧化碳排放比汽油发动机减少30％～45％，其他有害气体排放方面，柴油发动机也具备明显的优势，特别是欧洲日益严酷的二氧化碳排放问题，柴油发动机比汽油发动机减少近45％的二氧化碳排放，这是非常可观的数据，并且节能25％～30％，成为各个厂家研发和推崇的目标；而且，由于柴油发动机具有低速高扭矩，在0～100Km/h的速度范围内加速性能优越，正适合交通拥堵的大城市使用。

2010年底的数据显示，中国机动车保有量大概至少在5800万辆，并以每年大约1500万辆的速度递增。车用燃油消耗保守估计在13050万吨，占全年中国石油消耗总量的1/2，若中国机动车有20％使用柴油发动机，则少用燃油2350万吨，交通资金消耗就可以节省约706亿元人民币，减少对进口石油的依赖，为世界范围节能减排做出贡献。

柴油机代替汽油机可以节约能源25％～30％，中国一年可以节约几百亿甚至上千亿人民币资金，这样有目共睹的好事，为什么柴油发动机没有快速发展起来呢？是什么制约了柴油发动机应用呢？柴油机被认为是城市大气微粒的主要污染源之一，柴油机颗粒物组成复杂并且颗粒粒径甚小，大都属于亚微米级粒子和纳米级粒子，排放后能长时间悬浮于大气中，人们呼吸这种悬浮物到体内对人危害极大；柴油机排出的微粒浓度高于汽油机数十倍；细小的微粒悬浮在大气中，降低了大气的能见度，如被人体吸入可引起呼吸系统疾病，甚至致癌；使用柴油机比例的增加，可导致严重的环境污染；控制生成排放有害气体的燃烧过程，是达到净化排放的理想途径。

柴油机尾气中，碳烟颗粒物的质量含量、可溶性有机组分在颗粒物中的质量分数和可溶性有机组分的化学组成。实验得出柴油机尾气中，碳烟颗粒物的含量：32.6～143.6mg/m³。可溶性有机组分在颗粒物中的质量分数为18.5％～89.4％。分析柴油发动机产生碳烟颗粒物的原因：一、是缺氧条件下燃烧，这个问题由现代科技研发的TDI发动机，喷油量控制十分精确，TDI采用的喷油器是靠电磁阀控制的，喷油正时和喷油量，都可以由电磁阀根据ECU发出的指令来精确控制，这就好比汽油发动机的电喷技术一般。不仅如此，TDI发动机还可以实现柴油发动机的闭环控制，这在传统的柴油发动机是没有的，氧传感器等传感部件将尾气情况反馈给ECU，从而可以根据尾气判断燃烧状况，进而进一步调整供油量，实现富氧条件燃烧；二、是虽然在富氧条件下，但是由于发动机缸壁、活塞始终处于循环冷却状态，发动机工作喷油时，油雾喷到活塞、汽缸表面时，活塞、汽缸表面温度低于柴油、碳颗粒的起燃点，即低于碳颗粒的氧化反应阈值，碳颗粒起燃点：550摄氏度。因此，油雾分解出的碳颗粒碰撞到活塞表面、缸体表面时温度达不到碳的氧化反应温度，碳颗粒不能被氧化。这种情况尤其在发动机冷机启动时更为明显。

为解决碳颗粒排放问题，欧洲强制采取排气系统碳颗粒过滤，柴油车型都已配备碳颗粒回收装置，及游离碳二次点火催化燃烧，以减少碳颗粒排放；中国工程界对柴油发动机尾气净化采用机械过滤、催化反应和静电分离技术对尾气进行净化处理。主要特征是三元催化反应器做成层板式结构，陶瓷过滤体由内外两层杯状套卷成，电加热器是温度自动补偿以达到碳氧化温度，高压静电除尘器设置一、二级捕集器，捕集器为空穴贮藏式结构，其中心电极上装有电极扰流器，过滤器、反应器。用此方法解决传统技术中尾气净化不彻底，及器具容易堵塞的问题。另有采取滤芯由涂覆有贵金属催化剂的合金金属薄片支架和金属纤维膜隔层卷绕焊接或拼装而成，金属薄片支架轧制成一定的几何形状，涂覆贵金属催化剂的金属薄片支架与金属纤维膜间隔层叠制成滤芯，使通过支架的尾气气流通过尾气槽时，压力、方向产生变化，气流被迫通过一侧高透气率的金属纤维膜，使炭烟微粒被金属纤维膜捕集后燃烧，解决发动机碳颗粒排放问题，这些技术只能将碳颗粒在发动机排气系统内燃烧，由此产生的热能没有参加做有用功，对环境产生热污染和无用功CO₂排放。