本實(shí)用新型屬于汽車尾氣處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種集凈化和消聲組合設(shè)計(jì)的汽車尾氣凈化消聲組合裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)保主要涉及對(duì)冶煉、化工、工業(yè)爐窯以及城市生活用煤產(chǎn)生的污染進(jìn)行治理。隨著改革開放經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活的改善，汽車數(shù)量迅速增加，使得汽車尾氣也成為城市污染的主要來源。
汽車污染與燃料類型及其質(zhì)量、燃燒的空氣與燃料的比值、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)以及汽車駕駛技術(shù)都有關(guān)系。燃料主要有柴油、汽油、輕汽油、天然氣，不同油類碳?xì)浠衔锏姆肿恿看笮〔煌?，運(yùn)行時(shí)所需的空燃比也不同，前者大于后者，當(dāng)空燃比失調(diào)時(shí)前者比后者更嚴(yán)重。一般汽油按14.7為理論空燃比，不可能保持理論的衡定值，用實(shí)際空燃比與理論空燃比的比值稱為過剩系數(shù)(λ)；當(dāng)λ＝1時(shí)即可完全燃燒成CO2和H2O；但實(shí)際上的不可能的，根據(jù)燃燒物料系統(tǒng)的化學(xué)平衡要產(chǎn)生CO、NOx(N2O、NO、N2O3、NO3、N2O5)，以及燃燒衍變和燃燒不完全的碳?xì)浠衔颒C，這是物料燃燒系統(tǒng)性質(zhì)所決定的，尤其是物系在汽車氣缸內(nèi)瞬時(shí)性爆炸燃燒更是如此；汽車運(yùn)行時(shí)空燃比隨車速與負(fù)載而變化，駕駛操作往往有超前和滯后失去(λ＝1)最佳比值，當(dāng)λ>1時(shí)CO及HC減少，NO、CO2增加，當(dāng)入<1時(shí)燃燒不完全，而HC、CO都會(huì)增加；燃料在汽車的高壓低溫水夾套的氣缸壁區(qū)域繼續(xù)燃燒時(shí)有利于聚合物和炭黑產(chǎn)生；尤其超齡失修車輛，潤滑油(分子量大于柴油)隨曲軸帶入氣缸內(nèi)時(shí)，空氣嚴(yán)重不足更為嚴(yán)重。
當(dāng)前汽車治理技術(shù)研究得多的仍然是“三元催化”轉(zhuǎn)化，發(fā)達(dá)國家七十年代前就開始采用三元催化裝置凈化尾氣，經(jīng)過多次改進(jìn)能適應(yīng)本國的國情普及使用。催化劑主要能在低溫下使CO、HC、NO二次燃燒，通過氧化還原(CO+2CH+2NO-N2+3CO2+H2O)雙重反應(yīng)來降低尾氣的污染。催化劑包括鉑(Pt)銠(Rh)、釕(Ru)、鈀(Pd)等貴金屬成份，銅、鎳、鉻、錳及其合金等非金屬成份以及用鈰等稀土元素；催化劑的載體主要是氧化鋁(Al2O3)治成直徑2～4mm的蜂窩狀及球形兩種，催化劑活化溫度一般為250℃，使用溫度400～8000℃。近年來汽車尾氣治理技術(shù)研究更多的是三元催化裝置的改良，主要有：(一)由美國研制的改良復(fù)合三相催化轉(zhuǎn)化器，在催化床外層采用相變金屬合金，并在最外層設(shè)置真空保溫 室，來提高三元催化轉(zhuǎn)化器加熱保溫效果；(二)美國俄亥俄州立大學(xué)研究的排放系統(tǒng)，是用一個(gè)密封罩包裹了多只尾氣導(dǎo)管(稱排放器)與催化轉(zhuǎn)化床連接組成，即引擎上每個(gè)排氣口獨(dú)立分別導(dǎo)入催化床，并每個(gè)支管表面上鉆中3mm直徑200個(gè)小孔；這種設(shè)計(jì)減輕了原來膨脹的壓力沖擊波，從而減少了噪聲，并降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)反坐力，引擎功效提高3-5％，催化裝置移近引擎后，使催化層在引擎點(diǎn)火后能迅速被加熱，更快的進(jìn)入工作狀態(tài)，但其催化效果改進(jìn)并不明顯，尾氣中仍存在大量的有害物質(zhì)；(三)德國奔馳研究了一種氧傳感器；這種傳感器緊接在汽車排氣管三元催化轉(zhuǎn)化裝置之后，其作用是控制空燃比；氧傳感器是用氧化鋯(Zr，O2)制成的鋯管，管內(nèi)外涂層鉑，管外鉑上面覆蓋一層多孔陶瓷，內(nèi)通空氣外通尾氣；當(dāng)溫度大于300℃時(shí)，氧氣向管壁參透發(fā)生電離，由于管內(nèi)外氧氣濃度差造成離子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電位差，再用電子計(jì)算機(jī)控制燃油量，使電位差在(08V～1V)運(yùn)行，這時(shí)空燃比近于理論值14.7，過剩系數(shù)在(0.93～1.01)狹小范圍變化，使三元催化劑凈化率提高；但是氧傳感器在有些情況下會(huì)失效，難以適應(yīng)客觀實(shí)際，例如①發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后氧傳感器未加熱到300℃時(shí)；②節(jié)氣閥門全開(重負(fù)荷、變速)時(shí)；③加、減速燃油量修正時(shí)；④燃油中斷時(shí)；⑤汽車處于怠速狀態(tài)時(shí)等，由氣體擴(kuò)散到離解區(qū)域、離解后離子積累產(chǎn)生足夠電壓的電信號(hào)，至駕駛員收到信號(hào)驅(qū)動(dòng)噴油開關(guān)的總時(shí)間長于實(shí)際所要的靈敏度時(shí)間，從而難以使催化效果得到提高。
從上述分析不難看出，單純靠基于三元催化技術(shù)研究的三元催化裝置，其尾氣處理效果難以達(dá)到理想狀態(tài)。
專利號(hào)為ZL00244825.4的實(shí)用新型專利公開了一種汽車尾氣洗滌凈化裝置，以軸向隔板隔成上、下兩層及端部，上層為篩板式氣液分離室，下層為儲(chǔ)存室，其內(nèi)設(shè)有連通隔板，端部為氣體篩板鼓泡洗滌室，汽車、內(nèi)燃機(jī)尾氣直接進(jìn)入裝置內(nèi)的堿性表面活性劑洗滌液中，經(jīng)鼓泡式氣液接觸得多洗滌，再進(jìn)入篩板式氣液分離排出凈化氣；此外，通過尾氣通過該裝置過程中，氣體驟冷降溫降壓，加之洗滌液對(duì)尾氣部分組分的吸收等，可以消除氣流振動(dòng)聲波的危害。但由于該裝置置于消聲器之后，需要額外占據(jù)空間、結(jié)構(gòu)也復(fù)雜；而且采用鼓泡式洗凈化法，難以克服液沫夾帶，致使難以得到實(shí)施。此外，當(dāng)前消聲器是在排氣管的消聲段內(nèi)空隙間填入大量占據(jù)空間的玻璃纖維，這樣雖然對(duì)消聲抗震有改進(jìn)作用，但帶來運(yùn)行過程中沉集的碳黑會(huì)阻塞剝離纖維，從而失去消聲作用；另一方面消聲器外殼冷卻作用使尾氣中H2O冷凝成液態(tài)水與SO2、NO形成酸性溶液對(duì)金屬腐蝕嚴(yán)重，是嚴(yán)重影響消 聲器使用壽命的主要因素。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的旨提供一種汽車尾氣凈化消聲組合裝置，替代催化燃燒現(xiàn)行車輛上的消聲器，不僅能夠進(jìn)一步洗去尾氣中的有害物質(zhì)，而且該裝置本身具有消聲功能，簡化了尾氣處理裝置，降低了設(shè)計(jì)、制造成本。避免了因獨(dú)立設(shè)置消聲器帶來的成本增加問題。
為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型提供了一種汽車尾氣凈化消聲組合裝置，包括筒型結(jié)構(gòu)的殼體和設(shè)置在裝置殼體內(nèi)的濾芯，所述濾芯包括位于前端的至少一層玻璃纖維層和若干層具有吸水性材料構(gòu)成的吸附層，玻璃纖維層的各層和吸附層的各層通過與殼體內(nèi)輪廓面相匹配的網(wǎng)片夾持安裝在殼體內(nèi)，所述吸附層均勻分布有若干通孔，濾芯前端與前蓋板之間設(shè)計(jì)有空位段，作為待凈化尾氣進(jìn)入濾芯的分配室，濾芯后端與后蓋板之間設(shè)計(jì)有空位段，作為已凈化尾氣的聚集室，殼體前蓋板上設(shè)計(jì)有與分配室相連接的進(jìn)氣接管(3)，殼體后蓋板上設(shè)計(jì)有與聚集室相連接排氣接管，殼體內(nèi)下底部空間為盛裝堿性洗滌液的液池，殼體上設(shè)計(jì)有將液池內(nèi)液體排出的排液管。尾氣沿入口管件進(jìn)入濾芯，構(gòu)成濾芯的玻璃纖維層起到隔熱、滅火作用，能夠熄滅尾氣中可能攜帶的火星；之后進(jìn)入蜂窩結(jié)構(gòu)的吸附層，借助吸水性材料的彈性，可以起到消聲作用；同時(shí)由于吸水性材料吸水性較強(qiáng)，經(jīng)堿性洗滌液浸潤的吸水性材料吸附并中和尾氣中的部分有害氣體(如SO2、NO)；此外，由于碳黑是正水性材料，當(dāng)在堿性環(huán)境條件下變?yōu)橛H水性材料，經(jīng)堿性洗滌液浸潤的蜂窩狀吸水性材料可以吸附尾氣中的碳黑，過濾的碳黑在汽車運(yùn)行震動(dòng)作用下沉積于殼體下底部，同形成碳黑表面的酸性介質(zhì)一起與堿性洗滌液中和而使尾氣進(jìn)一步得到清洗。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，吸附層有規(guī)律地均勻分布有若干通孔，相鄰兩吸附層使其上的通孔錯(cuò)位設(shè)置在殼體內(nèi)，從而加強(qiáng)吸附層對(duì)尾氣中有害氣體和碳黑的吸附性能。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，吸附層上所有通孔面積之和至少為進(jìn)氣接管斷面積的兩倍，從而不會(huì)增加排氣過程中的阻力，有助于順利排氣。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，所述吸附層上所有通孔面積之和為吸附層端面積的40％～60％，在不增加排氣阻力的同時(shí)，保證吸水性材料具有足夠的吸附面積，確保液沫被尾氣夾帶如大氣，凈化徹底。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，所述濾芯前端與前蓋板之間設(shè)計(jì)有空位段，作為待凈化尾氣進(jìn)入濾芯的分配室，用于進(jìn)氣接管進(jìn)入的待凈化尾氣氣流分散，提高濾芯的利用率；濾芯后端與后蓋板之間設(shè)計(jì)有空位段，作為已凈化尾氣的聚集室，用于將從吸附層排出的尾氣氣流聚集，進(jìn)而從排氣接管排入大氣。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，在進(jìn)氣接管出口處設(shè)置鼓風(fēng)葉輪，鼓風(fēng)葉輪通過夾持(例如卡箍夾持或者螺紋夾持)或者焊接固定在進(jìn)氣接管內(nèi)一側(cè)；鼓風(fēng)葉輪可以使自進(jìn)氣接管進(jìn)入的氣流分散進(jìn)入濾芯的吸附層，特別可以使來自殼體底部夾帶液沫的少量氣流自下而上更快的分散于吸附層。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，在待凈化尾氣進(jìn)入端設(shè)計(jì)有將進(jìn)氣接管安裝鼓風(fēng)葉輪處與分配室外圍空間連接的進(jìn)氣支管；通過進(jìn)氣支管，可以使尾氣從分配室底部向上擴(kuò)散，擴(kuò)散過程中將使少量氣流液沫夾帶從而使氣流呈濕潤狀態(tài)，便于被吸水性材料吸附起到洗滌作用。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，排液管可以設(shè)計(jì)在殼體聚集室段底部或者殼體后蓋板下部，用于排出需要更新廢液；而新的堿性洗滌液可以通過排液管或者排氣接管加入。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，殼體底部堿性洗滌液的高度為殼體截面直徑的15％～20％，以滿足尾氣凈化的需求。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，所述吸水性材料具有較強(qiáng)的吸水性和彈性，可以為海綿泡沫板、海綿或者玻璃纖維，吸水性材料還可以是以活性炭為主要填充物的板狀材料；在優(yōu)選的方式中，吸附層的材料為海綿泡沫板，海綿泡沫板的厚度為8～12mm，其上通孔的直徑為8～12mm。
上述汽車尾氣凈化消聲組合裝置，夾持在玻璃纖維層的各層和吸附層的各層之間的網(wǎng)片對(duì)玻璃纖維層和吸附層起夾持、支撐的作用，可以由鐵絲、竹條或塑料編織而成，其編織后獲得的網(wǎng)片具有截面積不小于吸水性材料表面通孔面積的的多個(gè)篩孔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：
1、由于本實(shí)用新型采用玻璃纖維層，能夠消除尾氣中夾帶的火星，并起到尾氣對(duì)尾氣降溫的作用，避免過熱的尾氣損壞構(gòu)成吸附層的海綿材料；
2、由于本實(shí)用新型采用由吸水性材料構(gòu)成的吸附層，具有很好的吸水性(包括堿性洗滌液)和吸附特性，能夠吸附尾氣碳黑并中和尾氣中的有害氣體，達(dá)到對(duì) 尾氣凈化的目的；
3、由于本實(shí)用新型采用的濾芯能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)尾氣的凈化和消聲，一舉兩得的解決內(nèi)燃機(jī)車尾氣污染及噪聲污染，具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)；
4、由于本實(shí)用新型汽車尾氣凈化消聲組合裝置是在催化燃燒現(xiàn)行車輛上研發(fā)的，可以直接替代現(xiàn)有的消聲器，其外形大小也可以參照消聲器設(shè)計(jì)，易于實(shí)施，采取的濾芯便于清洗和循環(huán)使用，適于在本領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣。
附圖說明
圖1為本實(shí)用新型汽車尾氣凈化消聲組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-前蓋板，2-海綿泡沫板，3-進(jìn)氣接管，4-鼓風(fēng)葉輪，5-玻璃纖維層，6-鐵絲網(wǎng)，7-殼體，8-排氣接管，9-進(jìn)氣支管，10-排液管。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍。
本實(shí)施例提供的汽車尾氣凈化消聲組合裝置，如圖1所示，包括筒型結(jié)構(gòu)的殼體7和設(shè)置在裝置殼體內(nèi)的濾芯，濾芯前端與前蓋板1之間設(shè)計(jì)有空位段，作為待凈化尾氣進(jìn)入濾芯的分配室，濾芯后端與后蓋板之間設(shè)計(jì)有空位段，作為已凈化尾氣的聚集室，前蓋板1可拆卸安裝在殼體前端，前蓋板1上設(shè)計(jì)有與分配室相連接的進(jìn)氣接管3，進(jìn)氣接管3出口處設(shè)置有鼓風(fēng)葉輪4，在待凈化尾氣進(jìn)入端設(shè)計(jì)有將進(jìn)氣接管3安裝鼓風(fēng)葉輪處與分配室外圍空間連接的進(jìn)氣支管9，殼體后蓋板上設(shè)計(jì)有與聚集室相連接排氣接管8，殼體內(nèi)下底部空間為盛裝堿性洗滌液的液池，殼體后蓋板下部設(shè)計(jì)有將液池內(nèi)液體排出的排液管10。
濾芯包括位于前端的兩層玻璃纖維層和若干層海綿泡沫板構(gòu)成的吸附層。海綿泡沫板2厚度為10mm，其上有規(guī)律地均勻分布有若干直徑為10mm的通孔。將海綿泡沫板設(shè)計(jì)成與殼體7內(nèi)孔適配的圓盤；與殼體內(nèi)輪廓相匹配的若干15mm左右篩孔的鐵絲網(wǎng)6將玻璃纖維5和若干層海綿泡沫板2相隔夾持支撐裝入殼體7內(nèi)。相鄰兩層海綿泡沫板2上的通孔錯(cuò)位排列，海綿泡沫板2上所有通孔面積之和為進(jìn)氣接管3斷面積的兩倍，且海綿泡沫板2上所有通孔面積之和為海綿泡沫板端面積的50％。
尾氣經(jīng)進(jìn)氣接管3進(jìn)入分配室，使氣流在濾芯前充分分散；經(jīng)濾芯過濾凈化后的尾氣進(jìn)入聚集室，使氣流集中再由排氣接管8排除；同時(shí)在濾芯后用兩個(gè)鐵絲網(wǎng)6作為擋板，防止海綿泡沫板膨脹。
殼體7下底部裝有堿性洗滌液，堿性洗滌液的高度為殼體截面直徑的15％～20％，以滿足尾氣凈化的需求。海綿泡沫板2經(jīng)堿性洗滌液浸潤后可作為酸性氣體和碳黑的吸水性材料。
以上是本實(shí)施例汽車尾氣凈化消聲組合裝置的主要結(jié)構(gòu)介紹，下面結(jié)合該裝置結(jié)構(gòu)對(duì)汽車正常運(yùn)行中該裝置的工作過程以及對(duì)該裝置的清洗過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。
(一)該裝置工作過程
在內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行過程中，尾氣由進(jìn)氣接管3進(jìn)入殼體7，少量尾氣經(jīng)進(jìn)氣支管9進(jìn)入殼體7底部，借助尾氣流動(dòng)推動(dòng)鼓風(fēng)葉輪4使進(jìn)入殼體7的尾氣氣流加速分散進(jìn)入濾芯，底部的少量夾帶液沫的濕潤氣流也在鼓風(fēng)葉輪4帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)并分散進(jìn)入濾芯，濾芯中的玻璃纖維層消除尾氣中可能夾帶的火星，同時(shí)使尾氣驟冷降溫降壓；降溫后的尾氣進(jìn)入由若干海綿泡沫板2蜂窩結(jié)構(gòu)組成的吸附層，吸附層借助海綿泡沫板2的彈性，可以起到消聲作用；同時(shí)濕潤氣流經(jīng)堿性處理的海綿泡沫板2吸附并中和從而實(shí)現(xiàn)對(duì)尾氣的部分凈化；此外，海綿泡沫板2的蜂窩結(jié)構(gòu)具有很好的吸附性能，可以吸附尾氣中的碳黑，過濾的碳黑在汽車運(yùn)行震動(dòng)作用下沉積于殼體底部，同在濕潤環(huán)境中形成的酸性介質(zhì)一起與堿性洗滌液中和而使尾氣進(jìn)一步得到清洗。
(二)該裝置清洗過程
當(dāng)機(jī)車運(yùn)行一段時(shí)間，濾芯吸附達(dá)到飽和時(shí)，可將排液管10打開，將廢液排出，充入堿性洗滌液至不超過進(jìn)氣接管3和排氣接管8的最低位置，然后間隔性的充入氣體進(jìn)行鼓泡清洗，清洗完畢后放掉洗液，若洗液仍然渾濁，重復(fù)上述充入堿性洗滌液-間隔性充氣進(jìn)行鼓泡清洗的操作，直至排出的洗滌液干凈無雜質(zhì)，該裝置即可重新使用。排出的廢液和洗滌過程中的洗滌液可直接排入下水道進(jìn)入城市污水處理廠處理。
本實(shí)用新型為汽車尾氣治理領(lǐng)域更新?lián)Q代技術(shù)，可解決內(nèi)燃機(jī)車尾氣污染及噪聲污染；由于裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單易于實(shí)施，方案也易于改進(jìn)調(diào)整完善。且隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，本實(shí)用新型具有良好的潛在商機(jī)，會(huì)給人類帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。