杨博澳 刘天宇 王静怡 张方勇 李少波

【摘 要】一种汽车燃油催化器安装于滤清器出油口的尾部，汽油流经催化器，由催化剂进行催化反应，使汽车充分燃烧，并配合汽车尾气检测的自供能传感器提供的自供能传感器，通过检测电路输出的电流或电压实现对汽车尾气中NO2气体的测定。该设计安全可靠，不会对发动机造成理化伤害，应用简单，对汽车结构、电路和机械特性均无影响。

【关键词】燃油;尾气;处理;催化剂

一、前言

目前，汽车已经是人们生活中必不可少的交通工具，随着汽车的普及，燃油需求量越来越大，而且燃油燃烧产生的各种尾气排放量严重超标，对大气的污染也越来越严重，特别是汽车尾气对人类生存环境更是造成了严重污染，机动车尾气污染已上升为主要的大气污染[1]，如何对其进行治理是人类面临的重大课题。燃油作为一种固有的不可再生资源，合理化、最大化的应用效果是目前的一大趋势[2]，解决了燃油充分燃烧的问题，就可以缓解迫在眉睫的资源消耗浪费及大气污染等问题。

二、设计构思及方案

本论文主要是设计一种汽车尾气处理系统，包括结构主体，结构主体为中空的柱状结构，结构主体的两端分别设有盖体，盖体上设有油管连接口，结构主体内套设有中空的载体壳，载体壳内填充有燃油催化芯，燃油催化芯包括蜂窝催化剂载体，蜂窝催化剂载体表面涂覆有燃油催化，蜂窝结构有规律的细孔将燃油均匀分流并催化，功效稳定、持久，且燃油与燃油催化剂的接触面积大，而且不会掉粉，也不会堵塞，燃油可以顺畅通过，而且结构简单，安装方便。

（一）燃油催化部分

燃油催化器设置有两个溶剂腔，可以有效存储足量催化剂。燃油催化芯上采用蜂窝金属催化剂载体和蜂窝陶瓷催化剂载体两种模式，将燃油分流并充分与燃油催化剂充分接触。设计时预留出催化剂添加口，使得更换更加快捷方便。

燃油催化剂由电气石、氧化铝、氧化铁、三氧化二铈按比例混合后球磨致细构成。可吸附燃油里面的硫和醇，提升燃油质量，并将燃油的大分子有机物经过远红外线分解成小分子团碳氢燃料，能提高燃油含氧量，使被经过净化和远红外线裂解细化的燃油分子燃烧更充分彻底，并保证自身不进入发动机使之受到理化伤害。

（二）尾气监测部分

尾气监测装置采用以尾气通过传感器时产生的感应电荷为自身供电，并依靠气敏薄膜对NO2的选择性吸附通过传感器转化为电信号，进而显示出尾气中含氮化合物的浓度。同时，将数据上传到专属的APP以便人们快捷了解车辆排放情况。

（三）关键技术

如附图1所示，一种燃油催化器，包括结构主体1，结构主体1为中空的柱状结构，结构主体1的两端分别设有盖体2，盖体2上设有油管连接口23，结构主体1内套设有中空的载体壳3，载体壳3内填充有燃油催化芯4，燃油催化芯4包括蜂窝催化剂载体5，蜂窝催化剂载体5表面涂覆燃油催化剂。

使用时，该燃油催化器连接于发动机外，燃油进入燃油催化器后，蜂窝催化剂载体上的流道将燃油分流并充分与燃油催化剂充分接触， 燃油催化剂不溶于各种碳氢燃料，球磨后比表面积增加，使其具有更好的吸附净化能力，吸附燃油里面的硫和醇，起到净化燃油、提升燃油质量的作用。催化剂能发射波长在4-14微米、发射率在0.92以上的远红外线，这些远红外线可以有效地破坏各种碳氢燃料分子间的氢键，从而减小碳氢燃料分子之间的缔和度，生成小分子团碳氢燃料。电气石和三氧化二铈具有储氧和放氧功能，提高燃油含氧量，使被经过净化和远红外线裂解细化的燃油分子燃烧更充分彻底。提高内燃机的动力和功率，进而降低能耗，减少积炭形成，减少发动机磨损，延长发动机寿命，提升动力15-25%。

尾气监测装置的自供能传感器包括绝缘聚合物薄膜层和气敏薄膜层，两薄膜层面对面设置并相互隔离，在气流作用下，完成两薄膜层接触-分离循环的形成。即引发柔性绝缘聚合物薄膜层振动，并与气敏薄膜层接触生成摩擦电荷，然后两者相分离时产生电势差，从而在外界电路上形成了电流输出。同时气敏薄膜层对NO2气体选择性吸附，通过叉指电极使得输出脉冲电压或电流信号可用于检测汽车尾气中NO2气体的浓度。如图2.

三、效果分析

（一）油耗

采用等速行驶燃油消耗量试验GB/T12545.1-2008汽车燃料消耗量试验方法的第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法进行油耗对比试验。通过试验数据我们得到车辆在90km/h的油耗变化率为-15.3%，在120km/h的油耗变化率为-19.1%，即采用催化剂提前催化燃油，可使得油耗较原来降低15%-20%左右。

（二）牵引功率

采用驱动轮输出功率GB/T18276-2000汽动力性台架试验方法和评价指标进行牵引功率的对比试验，并选取五组常用的不同梯段速度进行，同时设置了三组相同的试验以保证试验的严谨性。通过实验结果我们可以得到三组牵引功率的平均变化率分别为15%、16.9%、16.6%，由此可见，应用催化剂可以使汽车牵引功率增加15%以上。

（三）排放量

采用汽油车排气污染物对比GB/T14951-20007汽车节油技术评定方法测定使用催化剂前后汽车排放含量。结果显示，使用催化剂后汽车主要排放的污染物含量减少近50%。CO排放污染物对比试验，在没使用催化剂之前CO在高怠速和低怠速排放污染物占比分别为6%和8%，使用催化剂后CO在高怠速和低怠速排放污染物占比分别为变为3%和5%。CH排放污染物对比试验，在没使用催化剂之前在高怠速和低怠速排放污染物占比分别为0.06%和0.09%，使用催化劑后高怠速和低怠速排放污染物占比分别为变为0.03%和0.05%。经过系统得三次测试后我们得到在加装我们的燃油催化器后，降低油耗15-20%，有效减低原车费油率;可以提升动力15-25%;减少排气污染物50%以上，效果非常显著。

（四）监测效能分析

对自供能尾气吸收传感器装置感受尾气的效能，我们通过电流计读数（偏转的角度）判定待测气体（汽车尾气气体）的浓度的方式测定。当不同浓度的汽车尾气气体通过时，此时电流计会偏转，其偏转角度与汽车尾气中NO2气体的浓度成正比。随着待测气体浓度的增加，自供能尾气吸收传感器的输出电流增大，能与尾气吸收数值形成正相关，达到了预期监测效力和目标。

四、结论

同传统的二氧化氮传感器相比[3]，本设计制备过程简单、成本低、实用性高、不需要额外的供电系统;提出的自供能传感器结构新颖且充分利用了自然界的能量，可广泛用于汽车尾气的检测;能解决一般基于压电效应的自供能气体传感器存在的敏感度低、输出信号弱、需要外力作用源等问题[4]。积极发展节能环保型汽车，符合我国能源供给实际和大众消费水平，有利于缓解能源紧张状况，保护环境，对于落实国家能源发展战略，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要意义。

【参考文献】

[1]王宏，罗建军，蔺玉强.一种新型车载净化器的设计工艺[J].2013（13）.

[2]肖益鸿，蔡国辉，郑勇，魏笑峰，魏可镁.满足超低排放要求的净化器研制[J].福州大学化肥催化剂国家工程研究中心，2011（S1）.

[3]A.Bonfils，Y.Creff，O.Lepreux，N.Petit.Closed-loopcontrolofaSCRsystemusingaNOxsensorcross-sensitivetoNH3，2014

[4]M.Bendrich，A.Scheuer，R.E.Hayes.M.Votsmeier.UnifiedmechanisticmodelforStandarSCR，FastSCR，andNO2SCRoveracopperchabazitecatalyst，2018.