排气系统和其组件的制作方法

本发明总体上涉及排气系统，并且更具体地涉及对用于去除和/或减少可能从发动机产生或排放的有害废气、微粒物质和其它碎片的排气系统的改进。

背景技术：

1、在背景技术部分中的细节不构成现有技术，而是仅作为关于本公开的主题的背景信息而给出。

2、在空气污染物中，汽油和柴油发动机排放的是氮氧化物——no和no2，一般缩写为nox。氮氧化物对人类健康具有有害的直接影响，并且通过所述氮氧化物对农作物和生态系统的损害而具有间接影响。自二十世纪六十年代以来，车辆nox排放一直受到管制。

3、nox与大气化学物质反应以形成二次细微粒物质(pm2.5)或烟尘。暴露于pm2.5可能会引起中风、缺血性心脏病、慢性阻塞性肺病、肺癌和下呼吸道感染。当与挥发性有机化合物和阳光组合时，nox帮助形成地面臭氧，这是烟雾的主要组分。臭氧可能引起或加剧慢性肺病，如哮喘、慢性阻塞性肺病或肺气肿，尤其是在脆弱群体如儿童和老年人中，对于脆弱群体臭氧可能证明是致命的。

4、nox排放还会影响生态系统和农作物。臭氧污染对植物是有毒的，并且引起生物量、作物产量和森林生产率的损失。这种污染会减少太阳辐射，从而降低植物中的光合作用并减少其生物量。生物量的损失意味着更少的碳被螯合在植物中，从而在大气中留下更多的co2。这种污染可以通过影响co2和水蒸气在叶子表面上的交换来直接改变生态系统工作的方式，这可能对水文学具有显著影响——甚至改变水流。

5、柴油机废气中的nox是特别棘手的问题。在燃烧过程中产生一定量的nox是不可避免的。因此，关于来自车辆的nox排放的基本问题是首先要使所产生的量最小化，并且其次要从废气中去除nox。第一任务主要是通过降低燃烧温度来实现的。第二任务是使用后处理装置引起将废气中的nox还原成氮气和水和/或co2的化学反应来实现的。

6、在车辆废气中存在太多的氧气会使所述化学反应更难以发生。问题在于，氧气太少会使去除废气中的其它污染物、未燃烧的烃和一氧化碳变得更加困难。

7、柴油发动机由于其压缩点火设计而使用更多的燃烧空气，并且因此柴油发动机废气比汽油发动机废气含有更多的氧气(吸入的氧气越多，排出的氧气越多)。这对于还原nox的化学反应在其中发生是不利的环境。与轻型柴油车辆和重型柴油车辆所提出的nox控制相关的技术挑战有所不同。相对缺乏安装排放控制设备的物理空间是汽车(尤其是小型汽车)的关键挑战。

8、用于燃烧化石燃料的发动机(例如，内燃机)的排气系统通常包含一个或多个催化转化器以及连接到所述催化转化器的消声器。具有一个或多个催化转化器的排气系统包含但不限于各种车辆(例如，汽车、卡车、公共汽车、全地形车辆(atv)等)，以及发电机、叉车、采矿设备、火车、摩托车、喷气式滑雪机、雪上摩托车、叶吹机、飞机、木炉等。

9、通常，催化转化器被配置成通过催化氧化还原反应(氧化或还原)将有毒气体和废气的污染物还原和/或转化为毒性较低的污染物。

10、现代汽油发动机车辆配备有三元催化转化器作为排气系统的一部分。其被称为三元催化转化器，因为其控制三种污染物：一氧化碳(co)，其在转化器中与氧气结合以变成co2；未燃烧的烃，其与氧气结合以产生co2和水蒸气(h2o)；以及nox，其通过催化剂还原成氮气和水和/或co2。

11、当发动机在接近化学计量的空气-燃料比的窄带内操作时，三元催化转化器是有效的，使得废气在浓(过量燃料)与稀(过量氧气)条件之间振荡，对于汽油而言，所述条件可以介于约14.6重量份空气/1重量份燃料与14.8重量份空气/1重量份燃料之间。液化石油气(lpg)、天然气和乙醇燃料的比率各自略有不同，从而在使用那些燃料时需要改进的燃料系统设置。然而，当发动机在空气-燃料比的窄带外部操作时，转换效率下降得非常迅速。

12、因为控制柴油机废气中的nox的问题更加复杂，所以柴油车辆需要不同的方法。首先，大多数现代柴油车辆将废气再循环(egr)结合到其设计中。egr系统将一部分废气再循环回到燃烧室中，在所述燃烧室中，所述废气与“新鲜”进气结合。这降低了燃烧混合物的氧气含量并增加了水蒸气含量。这具有降低峰值燃烧温度的效果。因为随着峰值燃烧温度升高会产生更多的nox，所以egr有效地减少了由发动机产生的nox的量。然而，再循环过多的废气会增加pm2.5并降低燃料效率，因此适当的设计需要微妙的平衡。

13、egr解决了在nox形成的点处控制发动机气缸内的nox排放的问题。在柴油车辆中使用两种方法来在废气已经永久地离开发动机之后控制nox。稀nox捕集器(lnt)使用催化剂来暂时存储来自废气的nox。以一定间隔(在几秒至几分钟的范围内，取决于操作条件)，发动机控制器短暂地增加正在燃烧的空气-燃料混合物中的燃料比例。燃烧较浓的空气-燃料混合物产生的废气成比例地含有较少的氧气和较多的未燃烧的烃，并且在催化剂中储存的nox与废气中的烃反应以产生氮气和水和/或co2。选择性催化还原(scr)使用氨作为还原剂通过催化剂还原nox。氨通常以尿素的形式供应，所述尿素必须以溶液的形式储存在车辆上的罐中。出于与发动机尺寸、操作特性和催化剂原材料成本相关的原因，实际上目前生产的重型车辆仅使用scr系统，而轻型车辆可以使用scr或lnt。

14、与三元催化转化器相比，egr、lnt和scr是有源系统。它们的操作由车辆的发动机控制单元(其确定例如尿素溶液被注入到废气中进行scr或者空气-燃料混合物被加浓以再生lnt的间隔)控制，并且它们具有直接(例如，重新加注尿素罐的服务费用)和间接(由于周期性地加浓运行发动机或者由于再循环废气而略微降低的燃料经济性)的维护要求和成本。

15、当在低温下(例如，在发动机冷起动期间)操作汽油或柴油车辆时，排气系统装置通常不具有足以减少如烃和nox等发动机排放物的催化活性。冷起动排放物(在点火之后的前60秒左右期间产生的危险气体)表示发动机操作循环中最具毒性的部分。事实上，单次平均驾驶中所有有害气体排放物的超过70％是在启动之后紧接着的冷起动期间产生的。这是因为催化剂通常不能达到完全效率，直到发动机废气将催化剂加热到催化转化器内开始催化反应的温度。由于催化剂需要一定的温度(通常高于300℃)来工作以达到完全效率，所以在汽车的预热阶段期间排放显著更高。此时段的持续时间和所产生的排放物取决于环境温度以及汽车推进系统的初始温度。实际上，对于汽油汽车而言，在平均现实世界驾驶条件下，大部分co(一氧化碳)和hc(烃)总排放归因于冷起动额外排放。此外，冷起动排放物在较低的环境温度下显著增加。相反，柴油汽车的冷起动排放低于汽油汽车的冷起动排放。因此，需要快速加热催化转化器，使得催化点火几乎从发动机启动的瞬间就发生。

16、本公开涉及克服上述挑战中的一个或多个挑战。本文提供的背景描述出于整体呈现本公开的上下文的目的。除非在本文中另外指出，否则在本节中描述的材料不是本技术中的权利要求的现有技术，并且不因包含在本节中而被承认是现有技术或现有技术的建议。

技术实现思路

1、根据本公开的某些方面，公开了用于改进从排气系统中去除和/或减少有害废气、微粒物质和其它碎片的系统和方法。

2、在一个实施例中，存在一种用于排气系统的加热器，所述加热器包含：壳体，所述壳体包含连接器，所述连接器耦接到所述壳体的外部；以及第一端子和第二端子，所述第一端子和所述第二端子各自安置到所述壳体的内部并电耦接到所述连接器；加热元件，所述加热元件耦接到所述第一端子和所述第二端子；加热导线，所述加热导线耦接到所述第一端子和所述第二端子；以及多个加热棒，所述多个加热棒插入穿过所述加热元件中的开口以将热从所述加热导线传导至整个所述加热元件，所述加热棒中的至少一个加热棒用于支撑所述加热导线，其中所述连接器被配置成从位于所述加热器外部的电源接收电力以将电流供应到所述加热元件和所述加热导线。

3、在一个实施例中，所述加热元件包含具有两层或更多层贵金属的催化涂层。

4、在一个实施例中，所述贵金属包含铂、钛、钯、铑和金中的两种或更多种。

5、在一个实施例中，所述催化涂层包含：包括钛的第一层；安置在所述第一层上的包括钯的第二层；安置在所述第二层上的包括铑的第三层；以及包括陶瓷材料的最外层。

6、在一个实施例中，所述加热导线在彼此平行的至少两个平面中移位。

7、在一个实施例中，所述加热导线包含第一加热导线和第二加热导线，所述第一加热导线从所述第二加热导线移位。

8、在一个实施例中，所述第一加热导线与所述第二加热导线之间的所述移位正交于所述第一加热导线和所述第二加热导线的平面。

9、在一个实施例中，所述加热棒中的一个或多个加热棒包含棒部分和尖端部分。

10、在一个实施例中，所述尖端部分由绝缘材料形成，使得电流不会从所述加热导线传递到所述棒。

11、在一个实施例中，所述加热棒中的一个或多个加热棒包含紧固件，所述紧固件安置在其尖端部分处，所述紧固件被配置成支撑所述加热导线。

12、在一个实施例中，所述紧固件由绝缘材料形成，使得电流不会从所述加热导线传递到所述棒。

13、在一个实施例中，所述加热棒包含具有第一长度的第一长度加热棒和具有第二长度的第二长度加热棒，所述第二长度不同于所述第一长度，其中所述第一长度加热棒在第一移位处支撑所述加热导线，并且所述第二长度加热棒在第二移位处支撑所述加热导线。

14、在一个实施例中，所述加热棒具有至少两个长度。

15、在一个实施例中，所述加热器设置在催化转化器内部。

16、在一个实施例中，所述加热器设置在所述排气系统的排气管道的腔体内部。

17、在一个实施例中，所述排气管道位于所述排气系统的以下至少一个位置：排气歧管与催化转化器之间、或所述催化转化器与选择性催化还原系统(scr)之间、或所述scr与消声器之间。

18、在一个实施例中，所述排气管道位于所述排气系统的以下至少一个位置：柴油氧化催化器与柴油微粒过滤器(dpf)之间、或所述dpf与选择性催化还原系统(scr)之间、或所述scr与消声器之间。

19、在一个实施例中，所述排气管道进一步包含配量系统，所述配量系统具有配量溶液注射器和容纳配量溶液的配量溶液储器，其中所述配量溶液注射器被配置成朝向所述加热器喷涂所述配量溶液。

20、在一个实施例中，所述加热器被配置成从控制器接收信号，以控制供应到所述加热器的电流的量以及将所述电流供应到所述加热器的定时。

21、在一个实施例中，所述配量系统被配置成从所述控制器接收信号，以控制所述配量溶液喷涂的定时和持续时间，由此所供应的电流以及所述配量溶液喷涂的所述定时和所述持续时间基于定位在所述排气管道内的一个或多个传感器。

22、在一个实施例中，所述排气管道进一步包含多个磁体，所述多个磁体邻近所述排气管道的外表面布置，以帮助中断和减缓所述排气管道的所述腔体中的废气的流动。

23、在一个实施例中，所述排气管道包含第二表面，所述第二表面定位在所述外表面外部，并且所述多个磁体布置在所述排气管道的所述第二表面与所述外表面之间。

24、在一个实施例中，所述多个磁体是钕磁体。

25、在一个实施例中，所述加热导线由镍和铬形成。

26、在一个实施例中，所述连接器通过陶瓷间隔件与所述壳体隔离。

27、在一个实施例中，所述加热元件的所述开口中的一个或多个开口具有蜂窝或六边形形状。

28、在一个实施例中，存在一种结构，所述结构包含：排气管道，所述排气管道被配置成耦接到排气系统组件，所述排气管道包含加热器，所述加热器安置在所述排气管道的腔体内部，所述加热器包含：壳体、安置在所述壳体内部的加热导线以及附接到所述壳体并电连接到所述加热导线的连接器，其中所述连接器被配置成从位于所述加热器外部的电源接收电力以将电流供应到所述加热导线，由此所述加热器被配置成加热所述排气管道内部的气体以减少离开所述排气管道的有毒气体和/或微粒物质。

29、在一个实施例中，所述排气系统组件包含以下各项中的一项或多项：排气歧管、催化转化器、选择性催化还原系统(scr)、柴油氧化催化器、柴油微粒过滤器(dpf)、选择性催化还原系统(scr)和消声器。

30、在一个实施例中，所述排气管道包含多个磁体，所述多个磁体邻近所述排气管道的外表面布置，以帮助中断和减缓所述排气管道的所述腔体中的废气的流动。

31、在一个实施例中，所述排气管道进一步包含第二表面，所述第二表面定位在所述外表面外部，并且所述多个磁体安置在所述排气管道的所述第二表面与所述外表面之间。

32、在一个实施例中，一种结构包含：加热器，所述加热器被配置成连接到车辆排气系统的组件外部，所述加热器包含壳体、加热元件和传感器；以及磁体，所述磁体被配置成邻近所述组件的外表面布置，以帮助中断和减缓所述组件中的废气的流动。

33、在一个实施例中，所述组件是催化转化器。

34、在一个实施例中，所述组件是以下各项中的一项或多项：排气歧管；

35、催化转化器；选择性催化还原系统(scr)；柴油氧化催化器；柴油微粒过滤器(dpf)；选择性催化还原系统(scr)；消声器；以及排气系统管道。

36、在一个实施例中，所述加热器包含第一加热器和第二加热器，所述第一加热器被配置成连接到催化转化器外部，所述第二加热器被配置成连接到scr外部。

37、在一个实施例中，所述加热器进一步包括配量系统，所述配量系统包含配量溶液注射器和容纳配量溶液的配量溶液储器，所述配量溶液注射器被配置成朝向所述组件喷涂所述配量溶液。

38、在一个实施例中，所述传感器包含一个或多个温度传感器和一个或多个气体传感器。

39、在一个实施例中，所述结构进一步包含组件气体传感器，所述组件气体传感器被配置成耦接到所述组件。

40、在一个实施例中，所述结构进一步包含排气管道气体传感器，所述排气管道气体传感器被配置成耦接到附接到所述组件的出口端口的排气管道。

41、在一个实施例中，所述结构进一步包含排气管道温度传感器，所述排气管道温度传感器被配置成耦接到附接到所述组件的出口端口的排气管道。

42、在详细描述部分中描述了具体效果连同上述效果。

43、本公开的方面、特征和优点不限于上面描述的方面、特征和优点。应当理解，上面未提及的其它方面、特征和优点可以从以下描述中清楚地理解，并且可以从本文中阐述的实施例中更清楚地理解。另外，应当理解，本文所述的各个方面、特征和优点可以通过在所附权利要求中描述的装置及其组合来实现。