名称：一种燃油汽车的尾气排放处理系统

专利号：202511707211.3

专利权人：吴强

技术领域

本发明涉及尾气处理技术领域，具体是指一种燃油汽车的尾气排放处理系统。

背景技术

燃油汽车在行驶过程中会排放大量有害污染物，包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物(PM2.5、PM10)等。这些污染物不仅会造成雾霾、酸雨等大气环境问题，还会通过呼吸进入人体，损伤呼吸系统、心血管系统等，严重威胁公众健康。

目前，现有燃油汽车的尾气处理系统主要依赖三元催化转化器、颗粒物捕捉器等单一功能部件，存在诸多技术缺陷。三元催化转化器对燃油品质要求严苛，且在120℃以下的低温工况(如汽车冷启动阶段)催化活性极低，无法有效净化尾气；颗粒物捕捉器易因颗粒物堆积导致堵塞，需定期手动再生，增加了用户使用成本和操作复杂度。同时，现有系统缺乏对污染物生成源头的控制，仅依赖末端处理，导致多污染物协同净化效率低，且长期使用后催化剂易失活、部件稳定性差，难以满足日益严格的环保排放标准。

因此，亟需一种兼顾源头减排与末端净化、适配全工况、稳定性强的燃油汽车尾气排放处理系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种集成源头优化、中段催化转化、末端吸附净化及智能控制的一体化尾气排放处理系统，实现全工况下一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物等多污染物的高效去除，提升系统稳定性和适配性，降低使用成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种燃油汽车的尾气排放处理系统，包括源头优化模块、中段催化转化模块、末端吸附净化模块以及智能控制模块；所述源头优化模块、中段催化转化模块、末端吸附净化模块通过排气管路依次串联，所述智能控制模块与源头优化模块、中段催化转化模块、末端吸附净化模块电连接并自适应调控；

所述源头优化模块包括分层式进气通道、双级燃油喷射系统以及燃油预处理模块，所述分层式进气通道连接发动机缸体进气口，内部设有可调节角度的导流叶片；所述双级燃油喷射系统包括一级喷射器和二级喷射器，所述一级喷射器用于进气冲程主喷射，所述二级喷射器用于压缩冲程末期辅助喷射；所述燃油预处理模块为串联于燃油箱与燃油泵之间的管路，内部填充改性沸石分子筛；

所述中段催化转化模块为复合式催化转化装置，包括集成于同一双层隔热壳体内的依次串联的低温催化段、主催化段以及高温稳定段，所述低温催化段填充纳米氧化铈-氧化锆复合载体，所述载体表面负载铂-钯-铑三元合金与过渡金属氧化物复合催化剂；所述主催化段采用蜂窝状堇青石基体，表面涂覆掺杂铈镧复合氧化物的γ-氧化铝涂层，所述涂层负载钯-铑合金催化剂；所述高温稳定段填充钛酸锶-镧锰氧复合陶瓷材料；

所述末端吸附净化模块为颗粒吸附-再生一体化装置，内部设有折叠式过滤膜、吸附材料、电加热丝及压差传感器，所述过滤膜为碳化硅与碳纤维复合材料制成，表面负载改性活性炭与沸石分子筛复合吸附材料；

所述智能控制模块包括ECU、若干尾气成分传感器以及温度传感器，所述尾气成分传感器分别设置于复合式催化转化装置入口、出口及颗粒吸附-再生一体化装置出口，所述温度传感器设置于复合式催化转化装置内部及排气管路，所述压差传感器、尾气成分传感器、温度传感器与ECU信号连接，所述ECU分别与导流叶片、双级燃油喷射系统、电加热丝控制连接。

进一步地，所述分层式进气通道包括外通道和内通道，所述外通道直径为内通道的1.5倍，所述导流叶片采用钛合金制成，厚度为1-2mm，调节角度范围为0°-30°。

进一步地，所述双级燃油喷射系统的一级喷射量占总喷射量的70％-80％，二级喷射量占总喷射量的20％-30％，所述一级喷射器设置于进气歧管，所述二级喷射器设置于发动机缸盖。

进一步地，所述复合式催化转化装置整体长度为300-400mm，直径为150-200mm，所述低温催化段、主催化段、高温稳定段的长度比例为1：2：1，所述蜂窝状堇青石基体的孔密度为400-600cpsi。

进一步地，所述折叠式过滤膜的孔径为0.1-1μm，折叠层数为8-12层，所述吸附材料表面修饰有氨基和羟基官能团。

进一步地，所述电加热丝采用镍铬合金材质，均匀分布于过滤膜周围，加热功率为500-800W，再生温度控制在550℃-600℃，再生持续时间为3-5分钟。

进一步地，所述压差传感器的再生触发预设阈值为0.03MPa，当检测到过滤膜前后压力差超过该阈值时，ECU自动启动再生程序，再生过程中发动机转速维持在1500rpm。

进一步地，所述燃油预处理模块内的改性沸石分子筛粒径为2-5mm，填充量为模块容积的80％。

进一步地，所述低温催化段催化剂的启动工作温度为120℃-250℃，主催化段的高效工作温度为250℃-600℃。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明通过“源头优化-中段催化-末端吸附”三级一体化设计，从污染物生成源头减少排放，再经催化转化和吸附净化实现多污染物协同去除，解决了现有系统仅依赖末端处理、净化效率低的问题，全工况下净化效果稳定。

本发明的低温催化段催化剂可在120℃启动工作，填补了现有系统冷启动阶段尾气净化的技术空白，显著降低了汽车冷启动时的污染物排放。

本发明的颗粒吸附-再生一体化装置实现了颗粒物的高效捕捉与自动再生，无需用户手动操作，避免了现有颗粒物捕捉器易堵塞的缺陷，降低了使用成本。

本发明的智能控制模块根据尾气成分和温度动态调整运行参数，实现自适应调控，确保不同工况下的净化效率，且系统各部件采用耐高温、抗老化材质，使用寿命长，稳定性强。

附图说明

图1是本发明一种燃油汽车的尾气排放处理系统的结构示意图。

如图所示：1、导流叶片，2、双级燃油喷射系统，3、低温催化段，4、主催化段，5、高温稳定段，6、电加热丝，7、压差传感器，8、尾气成分传感器，9、温度传感器，10、智能控制模块。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明一种燃油汽车的尾气排放处理系统做进一步的详细说明。

结合附图1，本发明一种燃油汽车的尾气排放处理系统的具体实施过程如下：

本发明的燃油汽车的尾气排放处理系统，包括源头优化模块、中段催化转化模块、末端吸附净化模块及智能控制模块10，各模块通过排气管路依次串联，智能控制模块10与各功能模块电连接，实现自适应调控。

源头优化模块用于从污染物生成源头减少排放，包括分层式进气通道、双级燃油喷射系统2及燃油预处理模块。

分层式进气通道安装于发动机缸体的进气口，由外通道和内通道组成，外通道直径为内通道的1.5倍。通道内部设有可调节角度的导流叶片1，导流叶片1采用耐高温钛合金制成，厚度为1-2mm，调节角度范围为0°-30°，可通过智能控制模块10实时调整，使空气形成螺旋状气流进入燃烧室，提升空气与燃油的混合均匀度。

双级燃油喷射系统2包括一级喷射器和二级喷射器，一级喷射器安装于进气歧管，用于进气冲程的主喷射，喷射量占总喷射量的70％-80％；二级喷射器安装于发动机缸盖，用于压缩冲程末期的辅助喷射，喷射量占总喷射量的20％-30％，通过分阶段喷射避免局部富油或贫油燃烧，减少一氧化碳和碳氢化合物生成。

燃油预处理模块串联于燃油箱与燃油泵之间的管路，内部填充粒径为2-5mm的改性沸石分子筛，填充量为模块容积的80％。燃油流经该模块时，分子筛可吸附去除燃油中的硫、磷等杂质，同时其表面负载的纳米级催化颗粒对燃油进行预活化，提升燃油燃烧反应活性。

中段催化转化模块为复合式催化转化装置，整体长度为300-400mm，直径为150-200mm，包括依次串联的低温催化段3、主催化段4和高温稳定段5，三段结构集成于同一双层隔热壳体，内层为耐高温陶瓷基体，外层为隔热保温材料，减少热量散失。

低温催化段3填充纳米氧化铈-氧化锆复合载体，载体表面负载铂-钯-铑三元合金与过渡金属氧化物(氧化铜、氧化锰)复合催化剂，该催化剂的启动工作温度为120℃-250℃，可在汽车冷启动阶段快速启动催化反应，初步氧化一氧化碳、碳氢化合物，并还原部分氮氧化物。

主催化段4采用蜂窝状堇青石基体，孔密度为400-600cpsi，基体表面涂覆掺杂铈镧复合氧化物的γ-氧化铝涂层，涂层负载钯-铑合金催化剂，在250℃-600℃的主工况区间，实现一氧化碳、碳氢化合物的完全氧化，以及氮氧化物的高效还原，还原反应所需氢气由尾气中未完全燃烧的碳氢化合物经重整反应生成。

高温稳定段5填充钛酸锶-镧锰氧复合陶瓷材料，可吸附尾气中未反应的催化剂颗粒，抑制主催化段4催化剂的高温烧结，延长催化转化装置的使用寿命。

末端吸附净化模块为颗粒吸附-再生一体化装置，内部设有折叠式过滤膜、吸附材料、电加热丝6及压差传感器7。

折叠式过滤膜采用碳化硅与碳纤维复合材料制成，孔径为0.1-1μm，折叠层数为8-12层，可高效捕捉尾气中的颗粒物。过滤膜表面负载改性活性炭与沸石分子筛复合吸附材料，吸附材料表面修饰有氨基和羟基官能团，可选择性吸附尾气中残留的氮氧化物、挥发性有机物等污染物。

电加热丝6采用镍铬合金材质，均匀分布于过滤膜周围，加热功率为500-800W，用于过滤膜的再生处理。压差传感器7用于监测过滤膜前后的压力差，其再生触发预设阈值为0.03MPa，当压力差超过该阈值时，智能控制模块10自动启动再生程序，再生温度控制在550℃-600℃，持续时间为3-5分钟，期间发动机转速维持在1500rpm，确保排气温度稳定，将吸附的颗粒物燃烧分解为二氧化碳，同时脱附吸附材料中的污染物，恢复吸附活性。

智能控制模块10包括ECU(电子控制单元)、尾气成分传感器8及温度传感器9。尾气成分传感器8分别安装于复合式催化转化装置的入口、出口及颗粒吸附-再生一体化装置的出口，用于实时监测尾气中一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、颗粒物的浓度；温度传感器9安装于复合式催化转化装置内部及排气管路，用于监测尾气温度。

各传感器与ECU信号连接，将监测数据实时传输至ECU，ECU分别与分层式进气通道的导流叶片1、双级燃油喷射系统2、颗粒吸附-再生一体化装置的电加热丝6控制连接，根据监测数据动态调整导流叶片1角度、燃油喷射量及喷射时机、再生触发条件等参数，实现全工况下的自适应尾气处理。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。