本实用新型属于汽车尾气处理技术领域，涉及一种集净化和消声组合设计的汽车尾气净化消声组合装置。
背景技术：
环保主要涉及对冶炼、化工、工业炉窑以及城市生活用煤产生的污染进行治理。随着改革开放经济的发展，人民生活的改善，汽车数量迅速增加，使得汽车尾气也成为城市污染的主要来源。
汽车污染与燃料类型及其质量、燃烧的空气与燃料的比值、汽车发动机结构以及汽车驾驶技术都有关系。燃料主要有柴油、汽油、轻汽油、天然气，不同油类碳氢化合物的分子量大小不同，运行时所需的空燃比也不同，前者大于后者，当空燃比失调时前者比后者更严重。一般汽油按14.7为理论空燃比，不可能保持理论的衡定值，用实际空燃比与理论空燃比的比值称为过剩系数(λ)；当λ＝1时即可完全燃烧成CO2和H2O；但实际上的不可能的，根据燃烧物料系统的化学平衡要产生CO、NOx(N2O、NO、N2O3、NO3、N2O5)，以及燃烧衍变和燃烧不完全的碳氢化合物HC，这是物料燃烧系统性质所决定的，尤其是物系在汽车气缸内瞬时性爆炸燃烧更是如此；汽车运行时空燃比随车速与负载而变化，驾驶操作往往有超前和滞后失去(λ＝1)最佳比值，当λ>1时CO及HC减少，NO、CO2增加，当入<1时燃烧不完全，而HC、CO都会增加；燃料在汽车的高压低温水夹套的气缸壁区域继续燃烧时有利于聚合物和炭黑产生；尤其超龄失修车辆，润滑油(分子量大于柴油)随曲轴带入气缸内时，空气严重不足更为严重。
当前汽车治理技术研究得多的仍然是“三元催化”转化，发达国家七十年代前就开始采用三元催化装置净化尾气，经过多次改进能适应本国的国情普及使用。催化剂主要能在低温下使CO、HC、NO二次燃烧，通过氧化还原(CO+2CH+2NO-N2+3CO2+H2O)双重反应来降低尾气的污染。催化剂包括铂(Pt)铑(Rh)、钌(Ru)、钯(Pd)等贵金属成份，铜、镍、铬、锰及其合金等非金属成份以及用铈等稀土元素；催化剂的载体主要是氧化铝(Al2O3)治成直径2～4mm的蜂窝状及球形两种，催化剂活化温度一般为250℃，使用温度400～8000℃。近年来汽车尾气治理技术研究更多的是三元催化装置的改良，主要有：(一)由美国研制的改良复合三相催化转化器，在催化床外层采用相变金属合金，并在最外层设置真空保温 室，来提高三元催化转化器加热保温效果；(二)美国俄亥俄州立大学研究的排放系统，是用一个密封罩包裹了多只尾气导管(称排放器)与催化转化床连接组成，即引擎上每个排气口独立分别导入催化床，并每个支管表面上钻中3mm直径200个小孔；这种设计减轻了原来膨胀的压力冲击波，从而减少了噪声，并降低了排气系统内反坐力，引擎功效提高3-5％，催化装置移近引擎后，使催化层在引擎点火后能迅速被加热，更快的进入工作状态，但其催化效果改进并不明显，尾气中仍存在大量的有害物质；(三)德国奔驰研究了一种氧传感器；这种传感器紧接在汽车排气管三元催化转化装置之后，其作用是控制空燃比；氧传感器是用氧化锆(Zr，O2)制成的锆管，管内外涂层铂，管外铂上面覆盖一层多孔陶瓷，内通空气外通尾气；当温度大于300℃时，氧气向管壁参透发生电离，由于管内外氧气浓度差造成离子扩散运动产生电位差，再用电子计算机控制燃油量，使电位差在(08V～1V)运行，这时空燃比近于理论值14.7，过剩系数在(0.93～1.01)狭小范围变化，使三元催化剂净化率提高；但是氧传感器在有些情况下会失效，难以适应客观实际，例如①发动机启动后氧传感器未加热到300℃时；②节气阀门全开(重负荷、变速)时；③加、减速燃油量修正时；④燃油中断时；⑤汽车处于怠速状态时等，由气体扩散到离解区域、离解后离子积累产生足够电压的电信号，至驾驶员收到信号驱动喷油开关的总时间长于实际所要的灵敏度时间，从而难以使催化效果得到提高。
从上述分析不难看出，单纯靠基于三元催化技术研究的三元催化装置，其尾气处理效果难以达到理想状态。
专利号为ZL00244825.4的实用新型专利公开了一种汽车尾气洗涤净化装置，以轴向隔板隔成上、下两层及端部，上层为筛板式气液分离室，下层为储存室，其内设有连通隔板，端部为气体筛板鼓泡洗涤室，汽车、内燃机尾气直接进入装置内的碱性表面活性剂洗涤液中，经鼓泡式气液接触得多洗涤，再进入筛板式气液分离排出净化气；此外，通过尾气通过该装置过程中，气体骤冷降温降压，加之洗涤液对尾气部分组分的吸收等，可以消除气流振动声波的危害。但由于该装置置于消声器之后，需要额外占据空间、结构也复杂；而且采用鼓泡式洗净化法，难以克服液沫夹带，致使难以得到实施。此外，当前消声器是在排气管的消声段内空隙间填入大量占据空间的玻璃纤维，这样虽然对消声抗震有改进作用，但带来运行过程中沉集的碳黑会阻塞剥离纤维，从而失去消声作用；另一方面消声器外壳冷却作用使尾气中H2O冷凝成液态水与SO2、NO形成酸性溶液对金属腐蚀严重，是严重影响消 声器使用寿命的主要因素。
技术实现要素：
本实用新型的目的旨提供一种汽车尾气净化消声组合装置，替代催化燃烧现行车辆上的消声器，不仅能够进一步洗去尾气中的有害物质，而且该装置本身具有消声功能，简化了尾气处理装置，降低了设计、制造成本。避免了因独立设置消声器带来的成本增加问题。
为了达到以上目的，本实用新型提供了一种汽车尾气净化消声组合装置，包括筒型结构的壳体和设置在装置壳体内的滤芯，所述滤芯包括位于前端的至少一层玻璃纤维层和若干层具有吸水性材料构成的吸附层，玻璃纤维层的各层和吸附层的各层通过与壳体内轮廓面相匹配的网片夹持安装在壳体内，所述吸附层均匀分布有若干通孔，滤芯前端与前盖板之间设计有空位段，作为待净化尾气进入滤芯的分配室，滤芯后端与后盖板之间设计有空位段，作为已净化尾气的聚集室，壳体前盖板上设计有与分配室相连接的进气接管(3)，壳体后盖板上设计有与聚集室相连接排气接管，壳体内下底部空间为盛装碱性洗涤液的液池，壳体上设计有将液池内液体排出的排液管。尾气沿入口管件进入滤芯，构成滤芯的玻璃纤维层起到隔热、灭火作用，能够熄灭尾气中可能携带的火星；之后进入蜂窝结构的吸附层，借助吸水性材料的弹性，可以起到消声作用；同时由于吸水性材料吸水性较强，经碱性洗涤液浸润的吸水性材料吸附并中和尾气中的部分有害气体(如SO2、NO)；此外，由于碳黑是正水性材料，当在碱性环境条件下变为亲水性材料，经碱性洗涤液浸润的蜂窝状吸水性材料可以吸附尾气中的碳黑，过滤的碳黑在汽车运行震动作用下沉积于壳体下底部，同形成碳黑表面的酸性介质一起与碱性洗涤液中和而使尾气进一步得到清洗。
上述汽车尾气净化消声组合装置，吸附层有规律地均匀分布有若干通孔，相邻两吸附层使其上的通孔错位设置在壳体内，从而加强吸附层对尾气中有害气体和碳黑的吸附性能。
上述汽车尾气净化消声组合装置，吸附层上所有通孔面积之和至少为进气接管断面积的两倍，从而不会增加排气过程中的阻力，有助于顺利排气。
上述汽车尾气净化消声组合装置，所述吸附层上所有通孔面积之和为吸附层端面积的40％～60％，在不增加排气阻力的同时，保证吸水性材料具有足够的吸附面积，确保液沫被尾气夹带如大气，净化彻底。
上述汽车尾气净化消声组合装置，所述滤芯前端与前盖板之间设计有空位段，作为待净化尾气进入滤芯的分配室，用于进气接管进入的待净化尾气气流分散，提高滤芯的利用率；滤芯后端与后盖板之间设计有空位段，作为已净化尾气的聚集室，用于将从吸附层排出的尾气气流聚集，进而从排气接管排入大气。
上述汽车尾气净化消声组合装置，在进气接管出口处设置鼓风叶轮，鼓风叶轮通过夹持(例如卡箍夹持或者螺纹夹持)或者焊接固定在进气接管内一侧；鼓风叶轮可以使自进气接管进入的气流分散进入滤芯的吸附层，特别可以使来自壳体底部夹带液沫的少量气流自下而上更快的分散于吸附层。
上述汽车尾气净化消声组合装置，在待净化尾气进入端设计有将进气接管安装鼓风叶轮处与分配室外围空间连接的进气支管；通过进气支管，可以使尾气从分配室底部向上扩散，扩散过程中将使少量气流液沫夹带从而使气流呈湿润状态，便于被吸水性材料吸附起到洗涤作用。
上述汽车尾气净化消声组合装置，排液管可以设计在壳体聚集室段底部或者壳体后盖板下部，用于排出需要更新废液；而新的碱性洗涤液可以通过排液管或者排气接管加入。
上述汽车尾气净化消声组合装置，壳体底部碱性洗涤液的高度为壳体截面直径的15％～20％，以满足尾气净化的需求。
上述汽车尾气净化消声组合装置，所述吸水性材料具有较强的吸水性和弹性，可以为海绵泡沫板、海绵或者玻璃纤维，吸水性材料还可以是以活性炭为主要填充物的板状材料；在优选的方式中，吸附层的材料为海绵泡沫板，海绵泡沫板的厚度为8～12mm，其上通孔的直径为8～12mm。
上述汽车尾气净化消声组合装置，夹持在玻璃纤维层的各层和吸附层的各层之间的网片对玻璃纤维层和吸附层起夹持、支撑的作用，可以由铁丝、竹条或塑料编织而成，其编织后获得的网片具有截面积不小于吸水性材料表面通孔面积的的多个筛孔。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、由于本实用新型采用玻璃纤维层，能够消除尾气中夹带的火星，并起到尾气对尾气降温的作用，避免过热的尾气损坏构成吸附层的海绵材料；
2、由于本实用新型采用由吸水性材料构成的吸附层，具有很好的吸水性(包括碱性洗涤液)和吸附特性，能够吸附尾气碳黑并中和尾气中的有害气体，达到对 尾气净化的目的；
3、由于本实用新型采用的滤芯能够同时实现对尾气的净化和消声，一举两得的解决内燃机车尾气污染及噪声污染，具有巨大的社会效益和经济；
4、由于本实用新型汽车尾气净化消声组合装置是在催化燃烧现行车辆上研发的，可以直接替代现有的消声器，其外形大小也可以参照消声器设计，易于实施，采取的滤芯便于清洗和循环使用，适于在本领域内广泛推广。
附图说明
图1为本实用新型汽车尾气净化消声组合装置的结构示意图。
其中，1-前盖板，2-海绵泡沫板，3-进气接管，4-鼓风叶轮，5-玻璃纤维层，6-铁丝网，7-壳体，8-排气接管，9-进气支管，10-排液管。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
本实施例提供的汽车尾气净化消声组合装置，如图1所示，包括筒型结构的壳体7和设置在装置壳体内的滤芯，滤芯前端与前盖板1之间设计有空位段，作为待净化尾气进入滤芯的分配室，滤芯后端与后盖板之间设计有空位段，作为已净化尾气的聚集室，前盖板1可拆卸安装在壳体前端，前盖板1上设计有与分配室相连接的进气接管3，进气接管3出口处设置有鼓风叶轮4，在待净化尾气进入端设计有将进气接管3安装鼓风叶轮处与分配室外围空间连接的进气支管9，壳体后盖板上设计有与聚集室相连接排气接管8，壳体内下底部空间为盛装碱性洗涤液的液池，壳体后盖板下部设计有将液池内液体排出的排液管10。
滤芯包括位于前端的两层玻璃纤维层和若干层海绵泡沫板构成的吸附层。海绵泡沫板2厚度为10mm，其上有规律地均匀分布有若干直径为10mm的通孔。将海绵泡沫板设计成与壳体7内孔适配的圆盘；与壳体内轮廓相匹配的若干15mm左右筛孔的铁丝网6将玻璃纤维5和若干层海绵泡沫板2相隔夹持支撑装入壳体7内。相邻两层海绵泡沫板2上的通孔错位排列，海绵泡沫板2上所有通孔面积之和为进气接管3断面积的两倍，且海绵泡沫板2上所有通孔面积之和为海绵泡沫板端面积的50％。
尾气经进气接管3进入分配室，使气流在滤芯前充分分散；经滤芯过滤净化后的尾气进入聚集室，使气流集中再由排气接管8排除；同时在滤芯后用两个铁丝网6作为挡板，防止海绵泡沫板膨胀。
壳体7下底部装有碱性洗涤液，碱性洗涤液的高度为壳体截面直径的15％～20％，以满足尾气净化的需求。海绵泡沫板2经碱性洗涤液浸润后可作为酸性气体和碳黑的吸水性材料。
以上是本实施例汽车尾气净化消声组合装置的主要结构介绍，下面结合该装置结构对汽车正常运行中该装置的工作过程以及对该装置的清洗过程进行详细介绍。
(一)该装置工作过程
在内燃机车运行过程中，尾气由进气接管3进入壳体7，少量尾气经进气支管9进入壳体7底部，借助尾气流动推动鼓风叶轮4使进入壳体7的尾气气流加速分散进入滤芯，底部的少量夹带液沫的湿润气流也在鼓风叶轮4带动下向上运动并分散进入滤芯，滤芯中的玻璃纤维层消除尾气中可能夹带的火星，同时使尾气骤冷降温降压；降温后的尾气进入由若干海绵泡沫板2蜂窝结构组成的吸附层，吸附层借助海绵泡沫板2的弹性，可以起到消声作用；同时湿润气流经碱性处理的海绵泡沫板2吸附并中和从而实现对尾气的部分净化；此外，海绵泡沫板2的蜂窝结构具有很好的吸附性能，可以吸附尾气中的碳黑，过滤的碳黑在汽车运行震动作用下沉积于壳体底部，同在湿润环境中形成的酸性介质一起与碱性洗涤液中和而使尾气进一步得到清洗。
(二)该装置清洗过程
当机车运行一段时间，滤芯吸附达到饱和时，可将排液管10打开，将废液排出，充入碱性洗涤液至不超过进气接管3和排气接管8的最低位置，然后间隔性的充入气体进行鼓泡清洗，清洗完毕后放掉洗液，若洗液仍然浑浊，重复上述充入碱性洗涤液-间隔性充气进行鼓泡清洗的操作，直至排出的洗涤液干净无杂质，该装置即可重新使用。排出的废液和洗涤过程中的洗涤液可直接排入下水道进入城市污水处理厂处理。
本实用新型为汽车尾气治理领域更新换代技术，可解决内燃机车尾气污染及噪声污染；由于装置结构设计简单易于实施，方案也易于改进调整完善。且随着汽车工业的高速发展，本实用新型具有良好的潜在商机，会给人类带来巨大的社会效益和经济效益。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。