專(zhuān)利名稱(chēng)：車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，特別是涉及一種具有快速起燃裝置的車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器。
近年來(lái)汽車(chē)廢氣環(huán)境污染問(wèn)題日益受到人們的重視，世界各國(guó)都制定了嚴(yán)格的限制排放的法規(guī)。為了減少汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx、CO、HC的排放量，目前比較流行的做法是機(jī)外安裝三元催化轉(zhuǎn)換器凈化有害排放物，轉(zhuǎn)換器一般采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，能同時(shí)將汽車(chē)尾氣中的NOx、CO和HC催化使其在最終排入大氣時(shí)轉(zhuǎn)換為N2、CO和H2O。但是轉(zhuǎn)換器一般工作溫度在250℃以上時(shí)，才對(duì)污染物開(kāi)始催化。高轉(zhuǎn)化率及長(zhǎng)壽命的理想工作溫度范圍大約在400℃-800℃。所以在啟車(chē)的初始階段(啟車(chē)后200秒)，或長(zhǎng)時(shí)間怠速，由于達(dá)不到催化劑的起燃溫度，催化劑基本不起作用，又由于啟車(chē)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)溫度低，燃燒極不充分，研究表明，使用催化器后冷排放大約占整個(gè)排放的30％左右。發(fā)達(dá)國(guó)家都在進(jìn)行降低冷排放問(wèn)題，普遍采用的方法有兩類(lèi)一類(lèi)是在發(fā)動(dòng)機(jī)出口(高溫區(qū))添加一個(gè)前置催化轉(zhuǎn)換器，專(zhuān)門(mén)對(duì)冷排放進(jìn)行處理，由于其工作環(huán)境極其惡劣，制作成本很高；另一類(lèi)是將催化轉(zhuǎn)換器進(jìn)行預(yù)熱，但通常使用的電加熱方法，由于空氣和催化劑的陶瓷載體都是熱的不良導(dǎo)體，所以工作效率極低，不能達(dá)到快速加熱升溫的目的，另外，如果利用加大加熱器功率來(lái)實(shí)現(xiàn)快速加熱，又會(huì)影響啟車(chē)(電瓶功率不夠)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種具有快速起燃裝置的車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器。
本實(shí)用新型所涉及的車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器由驅(qū)動(dòng)電路、磁控管及諧振腔組成，諧振腔帶有進(jìn)氣與出氣口，諧振腔內(nèi)通過(guò)不吸收微波的減振裝置安裝有陶瓷載體，在陶瓷載體的表面涂有金屬觸媒，所述的觸媒采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，磁控管由驅(qū)動(dòng)電路提供頻率為17KHz到30KHz的高壓直流電，產(chǎn)生2450KHz的微波，提供給諧振腔。金屬觸媒在諧振腔內(nèi)微波場(chǎng)的作用下快速起燃，對(duì)諧振腔內(nèi)的氣體快速加熱，從而完成對(duì)汽車(chē)尾氣中有害氣體進(jìn)行轉(zhuǎn)換的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型增加了快速起燃裝置——改造后的諧振腔及磁控管，利用三元催化轉(zhuǎn)換器的固定管，對(duì)其原有尺寸及結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的調(diào)整以達(dá)到能使由磁控管產(chǎn)生的微波諧振的要求。與傳統(tǒng)的電加熱方法相比，省去了電發(fā)熱體，既提高了效率又減小了體積。
本實(shí)用新型采用汽車(chē)電瓶作為電源，輸入電源通過(guò)逆變器變成交流電，再通過(guò)升壓變壓器變成高壓交流電，再整流變成高壓直流電提供給磁控管，磁控管在高壓的作用下產(chǎn)生2450KHz的微波，并通過(guò)波導(dǎo)管傳給諧振腔，在諧振腔內(nèi)附著在圓柱狀陶瓷載體上的觸媒鉑、銠、鈀吸收微波的能量而迅速升溫達(dá)到反應(yīng)溫度，達(dá)到快速起燃的目的，圓柱狀陶瓷載體(載體附著在上面)通過(guò)減震裝置固定在諧振腔內(nèi)。
我們采用的微波加熱法，用有限的電能高效率加熱金屬催化劑本身(質(zhì)量約為載體的五十分之一，比熱約為載體的十分之一)，使催化劑瞬間(30秒以?xún)?nèi))可達(dá)到起燃溫度，避免了整體加熱的缺點(diǎn)，迅速參與催化反應(yīng)。另一方面，研究表明，微波還對(duì)CO和PM還原NOx有催化作用，可進(jìn)一步降低排放。
微波加熱技術(shù)，是利用微波的熱效應(yīng)，介質(zhì)(特別是含水介質(zhì))在微波場(chǎng)的作用下，由于高頻極化產(chǎn)生介質(zhì)損耗而使介質(zhì)加熱，微波加熱的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是加熱速度快，加熱均勻和具有選擇性加熱而又容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等。由于觸媒只占陶瓷載體質(zhì)量的約1/50，而陶瓷載體本身并不吸收微波的能量。少量的觸媒鉑、銠、鈀為金屬，吸收微波的能量并產(chǎn)生高頻電流而產(chǎn)生熱量。由于微波的頻率很高(我國(guó)主要使用的波段為2450KHz)高頻電流集中在觸媒的表面，小顆粒的觸媒先從表面開(kāi)始加熱。這樣微波的能量大部分集中在只占陶瓷載體質(zhì)量的約1/50的觸媒的活性表面上，而載體為陶瓷體，是熱的不良導(dǎo)體，這就使得觸媒活性表面能在瞬間，達(dá)到反應(yīng)溫度，因此加熱效率高，又符合我們的實(shí)用要求(實(shí)際上，快速起燃只要求觸媒達(dá)到起燃溫度，與載體溫度無(wú)關(guān))。
實(shí)驗(yàn)表明使用本裝置后，微波功率為500W時(shí)，汽車(chē)在冷態(tài)啟動(dòng)，收集前120秒排出的尾氣，有害物質(zhì)的含量(CO、PM或NOx)比不用本裝置減少30％到50％。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，具有快速起燃且對(duì)汽車(chē)尾氣中有害物質(zhì)處理效率高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本實(shí)用新型所述的具有快速起燃裝置的車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器；圖2
圖1所示轉(zhuǎn)換器的剖視圖；圖3為磁控管提供高頻直流電源的驅(qū)動(dòng)電路；
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明如
圖1及圖2所示，在進(jìn)氣口3和出氣口2間設(shè)有諧振腔1，圖3所示的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的高壓脈動(dòng)直流電供給磁控管4，磁控管4產(chǎn)生2450MHz的微波經(jīng)波導(dǎo)管5進(jìn)入諧振腔。諧振腔的進(jìn)、出氣口尺寸無(wú)限制，諧振腔體材料為不銹鋼或其他金屬材料，壁厚2mm到4mm，長(zhǎng)度應(yīng)為微波波長(zhǎng)2450Hz的1/4倍。波導(dǎo)管長(zhǎng)度無(wú)限制。
如圖2所示，諧振腔1內(nèi)裝有陶瓷載體6，在陶瓷載體6的表面涂有金屬觸媒7，觸媒一般采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，在陶瓷載體與諧振腔間設(shè)有固定填充物8，固定填充物8起到減振及固定陶瓷載體的作用，減振及固定裝置為不吸收微波的物質(zhì)，如泡沫等。
如圖3所示，Z1為穩(wěn)壓二極管，為主電路提供穩(wěn)定的15V電壓，使控制電路不受汽車(chē)電瓶電壓變化的影響。U1及RW1、RW2、R1、R7、R8、C1、C9組成PWM(脈寬調(diào)制)發(fā)生器，產(chǎn)生頻率為17KHz到30KHz的高頻振蕩，通過(guò)高頻變壓器TR1產(chǎn)生磁控管所需要的高壓。其中調(diào)節(jié)RW2和C1可調(diào)節(jié)脈沖的頻率，以適應(yīng)不同的開(kāi)關(guān)變壓器和功率開(kāi)關(guān)管。調(diào)節(jié)RW1可調(diào)節(jié)脈沖寬度，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的，通過(guò)R8將方波信號(hào)送到激勵(lì)級(jí)。U2為555時(shí)基電路，和C2、C3、C6、R2、R3，組成一方波震蕩器，產(chǎn)生一1KHz到10KHz的高頻振蕩。通過(guò)調(diào)節(jié)C2和C3可以適當(dāng)調(diào)節(jié)震蕩器的輸出頻率，通過(guò)C7耦合到D1和D2組成的整流電路，C6為濾波電容，濾除高頻成分，在C6上產(chǎn)生約負(fù)15V的直流電壓，以滿(mǎn)足IGBT±15V的驅(qū)動(dòng)要求。T1、T2和T3組成驅(qū)動(dòng)電路，T1為前級(jí)驅(qū)動(dòng)管，用已驅(qū)動(dòng)T2和T3組成推挽式的后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，推挽式的后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路保證了足夠的驅(qū)動(dòng)功率和速度來(lái)驅(qū)動(dòng)功率管T4(IGBT)。TR1為脈沖升壓變壓器，將功率管T4(IGBT)產(chǎn)生的脈沖直流電變成交流高壓電。D3整流二極管，將TR1產(chǎn)生的高壓交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流高壓電。C5為濾波電容，將D3整流后的高壓交流電變?yōu)槠街钡母邏褐绷麟姽┙o磁控管。其中C5必須要有足夠的耐壓(大于1000伏)和足夠的容量(2到5微法)。，D3為快恢復(fù)大功率的二極管，要能工作在17KHz到30KHz并且輸出電流能滿(mǎn)足輸出功率的要求。鐵芯必須滿(mǎn)足頻率和功率的要求，既能夠在17KHz到30KHz的頻率下在最大功率的情況下長(zhǎng)時(shí)間的工作而不發(fā)熱。
輸出脈沖的特性T4上的電壓為頻率17KHz到30KHz，幅度100V到400V的脈沖，經(jīng)TR1升壓和T3整流后，得到峰值3000V到4500V的脈動(dòng)直流電。
權(quán)利要求1.一種車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器，由具有出氣口(2)及進(jìn)氣口(3)的諧振腔(1)、通過(guò)不吸收微波的減振裝置(8)安裝在諧振腔(1)內(nèi)的陶瓷載體(6)組成，在陶瓷載體(6)的表面涂有金屬觸媒(7)，所述的觸媒采用鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬，其特征在于它還具有一個(gè)通過(guò)波導(dǎo)管(5)與諧振腔(1)相連的磁控管(4)及為磁控管提供高頻直流電源的驅(qū)動(dòng)電路，諧振腔的長(zhǎng)度為微波2450MHz波長(zhǎng)的1/4整數(shù)倍，所述的驅(qū)動(dòng)電路由車(chē)載電瓶供電。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于機(jī)電領(lǐng)域,涉及一種具有快速起燃裝置的車(chē)用三元催化轉(zhuǎn)換器。由諧振腔(1)、通過(guò)減振裝置(8)安裝在諧振腔內(nèi)的陶瓷載體(6)組成,載體表面涂有金屬觸媒(7),如鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Ph)等貴重金屬,它還具有一個(gè)通過(guò)波導(dǎo)管(5)與諧振腔(1)相連的磁控管(4)及為磁控管提供高頻直流電源的驅(qū)動(dòng)電路。諧振腔的長(zhǎng)度為微波2450MHz波長(zhǎng)的1/4整數(shù)倍。本實(shí)用新型具有設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單,對(duì)汽車(chē)尾氣中有害物質(zhì)處理效率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01N3/28GK2474733SQ0025149
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期2000年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月15日
發(fā)明者韓煒, 龔依民 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)