专利名称：可电加热汽车尾气催化净化器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种汽车尾气催化净化器，更具体的说涉及一种可电加热的汽车尾气催化净化器。
背景技术：
随着机动车保有量的日益上升，机动车尾气带来的大气环境污染问题日益严重。目前，北京、上海、广州等大城市已率先实行了国家机动车排放标准第二阶段排放限值，相当于欧洲II号尾气排放标准，到2005年，全国开始强制执行该标准，届时北京等地还将实施更加严格的相当于欧洲III号的汽车尾气污染物排放标准，给机动车尾气净化提出了更高的要求。
控制机动车尾气排放的措施主要有机内净化和机外净化两种。机内净化主要是通过电子控制喷油，调整混和气中燃油、空气比例来降低有害气体的产生。机外净化则主要通过尾气催化净化装置的吸附、净化作用，将尾气中的有害成分碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等同时转化成无害的水、二氧化碳和氮气，所以汽车尾气催化净化装置又被称为三元催化净化装置。
催化净化装置通常是由金属外壳、载体和催化剂以及密封垫层组成。载体主要有蜂窝陶瓷载体和金属载体。在载体的表面还涂覆有高比表面积的涂层，通常是γ-氧化铝，其上浸渍催化剂活性组分。催化剂的活性组分以铂、铑、钯等贵金属为主，近年来开发的稀土金属加少量贵金属或者过渡金属催化剂也具有出色的净化能力，而且价格优势明显，正在逐步取代全贵金属催化剂。
评价催化剂性能的指标除了有害污染物转化率以外，催化剂的起燃温度也非常重要。只有达到一定的温度，催化剂才能对污染物的转化起作用。机动车冷启动或者怠速阶段，尾气净化器的温度还达不到催化剂的工作温度，污染物净化率很低。研究表明机动车排放污染物有80％是在发动机冷启动阶段形成的。如何更进一步降低发动机在冷启动阶段的污染物排放量，一直是汽车尾气净化催化剂研究的重点和难点。
目前，国内外的研究主要集中于调整催化剂组成，降低三元催化剂的起燃温度；迅速提高三元催化装置的工作温度将催化剂安装在靠近于发动机排气口的位置(紧凑耦合催化剂Close Coulped Catalysts，CCC)或采用两段式催化剂(器)、增强催化剂包覆材料的绝热性能、冷启动阶段直接采用电加热以促使三元催化剂快速起燃等。
采用金属载体，也可以在一定程度上降低启动阶段的污染物排放。与蜂窝陶瓷载体相比，金属载体的热容小，可以更快的加热到所需温度以上，而且可以直接给金属载体通电加热。从而可以使净化器的温度很快升高到催化剂的正常工作以上，提高了冷启动阶段的尾气净化率。但是蜂窝金属载体制作难度大，成本高，催化剂活性组分与载体结合力不强的缺点限制了它的广泛应用。
目前市场上的三元催化净化器还是以蜂窝陶瓷作载体的为主。为了提高蜂窝载体净化器的响应性能，提高冷启动阶段的尾气净化能力，也可以采用给载体预加热的办法。采用紧凑耦合型净化器或者利用未充分燃烧的混和气在净化装置入口二次燃烧加热；利用电加热体在净化器入口前端加热废气，通过废气再加热净化装置；还可以直接在净化装置外部安装电加热装置；还可以在陶瓷载体内部埋设加热体制成可电加热蜂窝陶瓷。
上述加热方法有的结构复杂，对载体耐高温性能要求高；或者需要特制的固定支架，要对排气系统进行较大的改动，可能会增加排气阻力；或者在加热过程中容易造成蜂窝陶瓷载体的破裂，影响尾气净化器的使用寿命。
实用新型内容本实用新型所目的在于，该实用新型既能保证催化净化器预加热功能的顺利实现，又能不影响催化净化器的密封和净化功能。
为解决上述技术问题，本实用新型一种可电加热汽车尾气催化净化器，包括载体、隔热密封垫及不锈钢外壳，其特征在于还包括导热密封垫、柔性加热体及加热控制装置，其中，导热密封垫和柔性加热体依次设置于载体和隔热密封垫之间；柔性加热体与加热控制装置连接，并由其进行加热启动与停止的控制。
优选的方案是所述的导热密封垫可以是金属网密封垫，卷绕包覆在载体外围。
所述的柔性加热体可以是柔性陶瓷加热绳、柔性陶瓷加热布、柔性陶瓷加热带、柔性陶瓷加热片中的一种，卷绕包覆在导热密封垫外围。
还包括温度传感器，其设置在净化器出气口位置，并与加热控制装置连接。
本实用新型具有以下优点(1)由于采用将导热密封垫、柔性加热体依次包裹在蜂窝陶瓷载体的外部，既起到加热作用，又不影响净化装置的密封，而且工艺简单。同时，柔性加热体内侧采用导热密封垫能很好地将热量传导给载体，而外部的隔热陶瓷密封垫能有效防止散热。从而改善了催化剂的使用效率，提高了机动车在启动和低速运行阶段的尾气净化效果。
(2)不需要单独设置加热器件固定支架来固定加热体，从而简化结构，降低加工成本。
图1是本实用新型可电加热汽车尾气催化净化器的径向结构示意图；图2是本实用新型可电加热汽车尾气催化净化器的轴向剖面结构及相关器件示意图；图3是本实用新型加速模拟工况车速-时间曲线图；图4是本实用新型的尾气净化实验结果对比图，纵坐标表示CO的百分比浓度，单位％，横坐标表示点火时间(s)；图5是本实用新型的尾气净化实验结果对比图，纵坐标表示HC的浓度，单位ppm，横坐标表示点火时间(s)；图6是图4在点火启动阶段的横坐标局部放大曲线，纵坐标表示HC的浓度，单位ppm，横坐标表示点火时间(s)；图7是本实用新型的尾气净化实验结果对比图，纵坐标表示NOx的浓度，单位ppm，横坐标表示点火时间(s)。
具体实施方式下面参照附图结合实例对本实用新型作进一步详细的说明。
请参阅图1和图2，本实用新型汽车尾气催化净化器，采用在浸渍好催化剂的蜂窝陶瓷载体1周围，依次卷绕上导热密封垫2、柔性加热体3和汽车尾气净化器专用的热膨胀陶瓷隔热密封垫4，然后包上不锈钢外壳5，通过夹具夹紧，焊接牢固而成。所述的柔性加热体3的电极引线通过不锈钢外壳5上的绝缘孔(图未示)引出，并将此孔密封，防止漏气。
其中，所应用的催化剂仍采用目前业界的制备方法，具体是将300～400孔/平方英寸的堇青石蜂窝陶瓷载体浸渍在含有适量稀土金属和过渡金属的Al2O3浆液中。30分钟之后，用压缩空气吹去孔道中的剩余液，并经室温下干燥2小时，再经烘箱在130℃烘干2小时，接着在马弗炉中650℃焙烧3小时。再将涂有Al2O3的董青石蜂窝载体浸入含有贵金属铂、铑以及硝酸铈、硝酸镧的溶液中30分钟，取出用压缩空气吹去孔道中的剩余液，室温下干燥2小时，再经烘箱中130℃烘干2小时，然后放入马弗炉中，程序升温到600℃，焙烧2小时，降温至500℃，再通氢气还原2小时后，即得到催化剂。
所述的导热密封垫2设置在蜂窝陶瓷载体1与柔性加热体3之间，主要由金属网密封垫构成，起到密封的作用，同时又可以将柔性加热体3产生的热量传导给蜂窝陶瓷载体1，使其温度迅速上升。
所述的柔性加热体3采用柔性耐高温材料，可以是但不限于柔性陶瓷加热绳、柔性陶瓷加热布、柔性陶瓷加热带、柔性陶瓷加热片中的一种，同时还可以根据所需的加热功率来调节加热单元的加热功率和数量。加热材料的引线一极接地，另一极通过金属外壳壁上的绝缘密封孔连接到车载蓄电池正极或者发动机点火开关上。在说明书附图4～7中，所示实施例1采用柔性陶瓷加热布为加热体，而实施例2中采用陶瓷加热绳作为加热体。
所述的隔热密封垫4由陶瓷密封垫构成，位于柔性加热体1与不锈钢外壳3之间，既保护蜂窝陶瓷载体1和柔性加热体3，又起到很好的隔热密封作用，防止加热体和尾气产生的热量散失。
当然，本实用新型的载体1除了蜂窝陶瓷以外，也可以是金属载体请参阅图2，本实用新型还包含一个温度传感器6和加热控制装置7。温度传感器6设置在净化器出气口(或者进气口)位置，用于检测排气温度，并把结果送至加热控制装置7。加热控制装置7可以由单片机实现，当机动车辆在启动或者低速运行阶段时，其检测温度低于设定温度(加热体电源通断温度开关设置在500～900℃之间)，则加热控制装置7控制柔性加热体处于工作状态中，使载体温度迅速升高。当机动车高速运行时，其检测温度高于设定温度，则加热过程便自动中断，停止加热。
另外，本实用新型的加热控制方式还可以采用延时控制，即预先设定加热时间，通常根据车型状况设定为1～15分钟。
通过在机动车启动时，加热材料迅速加热载体，达到催化剂的使用温度，从而提高启动和低速运行阶段的尾气净化能力。并且同时还具有减震、密封和隔热的作用。用整车加速模拟工况来评价三元催化净化器的净化效果。加速模拟工况如图3所示在发动机点火的同时开始数据采集，采用汽车尾气专用尾气分析仪器同时分析废气中碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的浓度。同时采用计算机实时记录尾气分析数据，根据污染物浓度-时间曲线来判断三元催化净化器的净化效果。
比较例1催化剂的制备方法同实施例。直接采用汽车尾气净化器专用陶瓷密封垫密封，外部焊接不锈钢外壳固定。不带电加热装置。
比较例2采用原车配套的三元催化净化器，不带加热装置。
比较例3采用空白蜂窝陶瓷，不涂覆催化剂，不带加热装置，代替三元催化净化器。
请参阅图4至图7，如测试结果所示，本实用新型突出的优点是显著降低了启动阶段HC的排放浓度，使HC排放浓度最大值从1200ppm以上(比较例)降低到了600ppm以下(实施例)，总排放量降低80％以上。对于启动阶段CO排放浓度的降低也非常明显，超过了原车配套使用的三元催化净化器(比较例2)。对NOx的净化效果也接近原车配套三元催化净化器(比较例2)。
本实用新型的总体净化水平都大大优于不带电加热装置而具有相同催化剂的净化器(比较例1)，说明本实用新型的电加热效果起到了降低启动阶段污染物排放的作用。
上述实施例只是体现本实用新型技术方案的优选方案，本技术领域的技术人员对其中的某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种可电加热汽车尾气催化净化器，包括载体、隔热密封垫及不锈钢外壳，其特征在于还包括导热密封垫、柔性加热体及加热控制装置，其中，导热密封垫和柔性加热体依次设置于载体和隔热密封垫之间；柔性加热体与加热控制装置连接，并由其进行加热启动与停止的控制。
2.如权利要求1所述的可电加热汽车尾气催化净化器，其特征在于所述的导热密封垫可以是金属网密封垫，卷绕包覆在载体外围。
3.如权利要求2所述的可电加热汽车尾气催化净化器，其特征在于所述的柔性加热体可以是柔性陶瓷加热绳、柔性陶瓷加热布、柔性陶瓷加热带、柔性陶瓷加热片中的一种，卷绕包覆在导热密封垫外围。
4.如权利要求1所述的可电加热汽车尾气催化净化器，其特征在于还包括温度传感器，其设置在净化器出气口位置，并与加热控制装置连接。
专利摘要一种可电加热汽车尾气催化净化器，包括载体、隔热密封垫及不锈钢外壳，其特征在于还包括导热密封垫、柔性加热体及加热控制装置，其中，导热密封垫和柔性加热体依次设置于载体和隔热密封垫之间；柔性加热体与加热控制装置连接，并由其进行加热启动与停止的控制。使用该装置能够提高机动车在启动和怠速阶段的尾气净化能力，且结构简单，便于加工。
文档编号F01N3/28GK2718228SQ20042003766
公开日2005年8月17日 申请日期2004年7月16日 优先权日2004年7月16日
发明者李春波, 成宏伟, 聂坚 申请人:上海比亚迪有限公司