CN115702283A - 具有带有钌催化剂的催化转换器的小型空气冷却式发动机 - Google Patents
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Abstract
一种小型空气冷却式内燃发动机，其包括：包含汽缸的发动机组；汽缸内的活塞；被配置为由活塞驱动的曲轴；包括风扇的鼓风机系统，所述风扇被配置为将空气拉向发动机组上方；用于向汽缸提供空气‑燃料混合物的燃料系统；以及从汽缸中移除排气的排气系统。所述排气系统包含排气进口、消声器和包括催化剂的催化转换器。所述催化剂包含按质量计以钌为主要元素的贵金属负载。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年5月22日提交的美国临时专利申请63/028,635号的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
背景技术
本申请大体上涉及小型空气冷却式内燃发动机领域。更具体地，本申请涉及用于小型空气冷却式内燃发动机的催化转化器。
发明内容
至少一项实施方案涉及一种小型空气冷却式内燃发动机，其包括：包含汽缸的发动机组；汽缸内的活塞；被配置为由活塞驱动的曲轴；包括风扇的鼓风机系统，所述风扇被配置为将空气拉向发动机组上方；用于向汽缸提供空气-燃料混合物的燃料系统；以及用于从汽缸中移除排气的排气系统。排气系统包含排气进口和包括催化剂的催化转换器。该催化剂具有按质量计以钌作为主要元素的贵金属负载。
另一项实施方案涉及一种小型空气冷却式内燃发动机。该小型空气冷却式发动机包括包含至少两个汽缸的发动机组。发动机排量为1000立方厘米或以下。每个汽缸内都容纳有活塞。曲轴被配置为由活塞驱动。该发动机进一步包括包含风扇的鼓风机系统。该风扇被配置为将空气引向发动机组上方。还包括用于向每个汽缸提供空气-燃料混合物以用于燃烧的空气-燃料混合装置。该发动机还包括用于从每个汽缸中移除排气的排气系统。排气系统包括排气口，排气口形成在每个汽缸中以在燃烧后使得并引导排气离开每个汽缸。排气系统进一步包括包含催化剂的催化转换器。催化转换器被配置为接收来自每个汽缸的排气并将排气引向催化剂上方。该催化剂包含按质量计至少40%的钌的贵金属负载。
另一项实施方案涉及一种用于排量为一千立方厘米或以下的小型空气冷却式内燃发动机的催化转换器。该催化转换器包括进口、腔室和出口。该腔室与进口流体地连接并支撑具有放置在其上的催化剂的基底。催化剂包括按质量计以钌为主要元素的贵金属负载。该出口与腔室流体地连接并被配置为将气体从腔室向外引出。
本发明内容仅为说明性的，而不旨在以任何方式进行限制。本文所描述的设备或工艺的其他方面、创造性特征和优点将在本文的详细描述中变得明显，结合附图来看，其中类似的参考数字指的是类似的元素。
附图说明
图1是根据示例性实施方案的小型空气冷却式内燃发动机的从上看的透视图。
图2是图1的小型空气冷却式内燃发动机的从下看的透视图。
图3是根据示例性实施方案的单缸小型空气冷却式内燃发动机的示意图。
图4是根据示例性实施方案的双缸小型空气冷却式内燃发动机的示意图。
图5是图1的小型空气冷却式内燃发动机的催化转换器的横截面图。
图6是在三元催化转换器的进口和出口处的氮氧化物和碳氢化合物的浓度在一系列测量点上的图表。
图7是在基于钌的催化转换器的进口和出口处的氮氧化物和碳氢化合物的浓度在一系列测量点上的图表。
图8是在三元催化转换器的进口和出口处的氨气的浓度在一系列测量点上的图表。
图9是在基于钌的催化转换器的进口和出口处的氨气的浓度在一系列测量点上的图表。
图10是使用基于钌的催化剂在各种空气与燃料比率下对不同污染物的转化效率的图表。
图11是比较有和没有图5的基于钌的催化转换器的小型发动机的总排放的图表。
具体实施方式
在转向详细说明示范性的实施方案的附图之前，应该理解的是，本申请不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法。还应理解的是，术语仅用于描述的目的而不应被视为限制。
大体上参考附图，本文所述的发动机可用于户外动力设备、备用发电机、便携式工作现场设备或其他适当用途。户外动力设备包括割草机、骑式拖拉机、抛雪机、压力清洗机、便携式发电机、分蘖机、原木劈裂机、零转角割草机、步行式割草机、大面积步行式割草机、骑式割草机、站式割草机、工业车辆（例如叉车）、多功能车辆等。例如，户外动力设备可以使用内燃发动机来驱动工具，例如割草机的旋转刀片、压力清洗机的泵、抛雪机的螺旋桨、发电机的交流发电机和/或户外动力设备的传动系统。便携式工作现场设备包括便携式灯塔、移动工业加热器和便携式灯架。
一般来说，小型发动机是指发动机排量为1,000立方厘米或以下、额定功率为40马力（约30千瓦）或以下的发动机。发动机排量是指发动机汽缸内活塞的结合排量（sweptvolume），并且通过发动机的缸径（汽缸的直径）、冲程（活塞移动的距离）和汽缸的数量来计算。
通常情况下，小型发动机包括冷却系统。用于小型发动机的常见冷却系统配置包括空气冷却、液体冷却和油冷却。空气冷却系统通常包括具有鼓风机壳体和在鼓风机壳体内的风扇的鼓风机系统。发动机的每个汽缸都包括翅片，这些翅片增加了汽缸的表面积以最大限度地将热量从汽缸传递给周围的空气。风扇吹动汽缸周围的空气并将热量从发动机中排出。
液体冷却系统（例如水冷却发动机）包括通过导管与夹套（jacket）流体地连接的散热器。夹套至少部分地包围着发动机的每个汽缸。泵使液体（例如冷却剂、水等）通过散热器和夹套循环。泵将液体从散热器的出口处移出，通过导管并进入夹套。汽缸通过夹套将热量散发并进入液体中，导致发动机冷却且液体变热。然后，温热的液体从夹套中流出，通过导管，并在散热器进口处进入散热器。空气在散热器上流动，冷却液体。液体冷却系统可以进一步包括被配置为在散热器上吹风的风扇。然后，泵继续将被冷却的液体从散热器中循环出来并进入夹套。
油冷却系统包括与标准油循环系统连接的油冷却器（例如散热器）。在油冷却系统中，发动机中的油被用于润滑和冷却发动机。该油流经发动机的每个汽缸，汽缸将热量散发到油中，导致油变热。温热的油流入油冷却器，空气在油冷却器上流动以冷却油。冷却后的油流回标准油循环系统中。
小型发动机也可以使用冷却系统的组合。例如，一些小型发动机使用空气冷却和油冷却的组合。有些发动机（例如一些摩托车发动机）使用空气冷却作为冷却发动机的主要方式。当摩托车持续行驶时，空气不断流过发动机，空气冷却系统足以保持发动机的冷却。如果摩托车不能持续移动（例如在交通堵塞中行驶的摩托车），可以使用油冷却系统来弥补空气冷却系统，并在空气冷却系统无法充分冷却发动机时防止发动机过热。
如本文所述，空气冷却式发动机是使用空气冷却系统进行冷却的发动机，可以单独使用，也可以以空气冷却系统和油冷却系统的结合来使用。
不同的美国政府监管机构对小型发动机制定了排放标准。美国联邦机构（例如美国环境保护局（Environmental Protection Agency，EPA））有小型发动机的排放标准，限制了发动机可以排放到环境中的碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）的量。其他美国监管机构也规定了排放标准。加利福尼亚州是美国人口最多的州之一，它制定了自己的法规，这些法规往往比EPA规定的那些法规更严格。加利福尼亚州空气资源委员会（“CARB”）为小型非道路用发动机提供了法规，它将小型非道路用发动机定义为额定功率为19千瓦（25.4794马力）或以下的火花点火发动机（“SORE”）。通常情况下，小型发动机能够满足适用的排放标准而无需使用催化转换器。较大的发动机（例如汽车发动机）也同样受到美国政府监管机构的监管，并有排放标准。较大的发动机通常有减少99%的排放的更高的标准。为了满足这些排放要求，催化转换器通常在较大的发动机中使用，并被包含在发动机的排气系统中以减少由发动机的燃烧产生并存在于排气中的有毒气体和污染物（例如碳氢化合物和氮氧化物）。
在小型发动机上使用催化转换器可以减少一些排放。例如，如果使用，则催化转换器可以使小型发动机的排放减少70-90%。对发动机制造商来说，使用制造成本低、可安装在现有小型发动机型号的排气系统中的催化转换器是有利的，这不需要或只需要对这些发动机型号进行有限的重新设计就可以制造带有催化转换器的升级版发动机。
通常，催化转换器包括基底和催化剂。与催化转换器的横截面相比，基底形成具有增加的表面积的结构（例如，蜂窝状结构）。基底通常由陶瓷或金属材料构成。而后将催化剂放置在基底上。催化转换器可以进一步包括载体涂层（washcoat）以进一步增加催化转换器的表面积。载体涂层由可以在基底上形成粗糙涂层的材料（例如氧化铝、氧化钛、二氧化硅、硅和/或氧化铝混合物等）制成。催化剂悬浮在载体涂层中，然后将混合物施加至基底。发动机在燃烧过程中产生排气（例如，氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC））。排气流经催化转换器，并与催化剂发生反应（例如，氧化和还原反应）。与催化剂的反应催化了排气以使得催化转换器排放出对环境危害较小的产物（例如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）、水（H2O））。三元催化转换器（TWC）有三个同时发生的反应。TWC将氮氧化物（NOx）还原为氮气（N2）、将一氧化碳（CO）氧化为二氧化碳（CO2）、并将未燃烧的碳氢化合物（HC）氧化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。贵金属（例如铂、钯、铱和铑）是用于催化转换器中的典型催化剂。铂、钯、铱和铑分别与排气发生积极反应并产生更清洁的排气。铂、钯、铱和铑在各种发动机运行条件下（例如富余（rich）和稀薄（lean）条件）也保持稳定。其他金属（例如铈、铁、锰、镍和铜）也可以用作催化剂。一些催化转化器使用不同金属的组合。贵金属很昂贵并且可以占到催化转换器成本的很大一部分。贵金属往往占到催化转化器材料总成本的30-50%。随着小型发动机的排放法规变得更加严格，拥有适合小型发动机使用并使用低成本材料的催化转换器将是有益的。
大体上参照附图，本文描述了一种包括基于钌或主要是钌的催化剂的催化转换器。钌是常用的催化剂材料（例如铂、钯、铱和铑，其通常用于三元催化剂）的较便宜的替代品。钌的成本可以是铂的成本的1/2、钯的成本的1/7、铱的成本的1/10以及铑的成本的1/30。
参照图1，示出了小型空气冷却式内燃发动机10。例如，该发动机10是包括发动机组100的V型双缸发动机，它有两个以V型双缸结构排列的汽缸101。在示例性的实施方案中，发动机10的发动机排量为810立方厘米。发动机10进一步包括鼓风机系统400，所述鼓风机包括用于每个汽缸101的风扇401以及围绕鼓风机系统和发动机1的鼓风机壳体402。
参照图2，示出了小型空气冷却式内燃发动机10。该发动机10包括具有两个汽缸101的发动机组100。汽缸101内的活塞往复运动并驱动曲轴200。汽缸101包括散热片107。散热片107被配置为增加汽缸101和发动机10周围空气之间的热传递率。
参照图3，小型空气冷却式内燃发动机10包括发动机组100。发动机组100包括汽缸101，汽缸101内放置有活塞102。活塞102被配置为在汽缸101内往复运动并驱动曲轴200。在一些实施方案中，发动机组100包括多个汽缸101，每个汽缸都有活塞102（例如，以V型双缸结构布置的双缸发动机）。
燃料系统300包括空气-燃料混合装置301，用于向汽缸101供应空气-燃料混合物。在一些实施方案中，空气-燃料混合装置301是用于混合空气和燃料以产生空气-燃料混合物的汽化器。在一些实施方案中，燃料系统300是电子燃料系统并且空气-燃料混合装置301是用于混合空气和燃料以产生空气-燃料混合物的电子燃料喷射器和节气门体（throttlebody）。在一些实施方案中，电子燃料喷射器位于汽缸的进气歧管中。汽油燃烧的化学计量的（stoichiometric）空气与燃料比率是14.7。当发动机在低于化学计量的混合物的情况下运行时（例如，该比率低于14.7，表明存在的燃料多于进行理论上理想的燃烧反应所需的燃料），发动机在富余条件下运行。小型发动机（例如，发动机10）的燃料系统通常被设计为提供富余的空气与燃料比率，因为保持在14.7的空气与燃料比率以下可以使系统以稳定的状态运行。虽然发动机可能通常被设计为在典型的富余条件下运行，但运行期间也可能包括暂时的发动机10以大于14.7的空气与燃料比率运行的稀薄的运行条件。富余的空气与燃料比率对小型发动机的热稳定性和燃烧稳定性是有利的，但也可能导致未反应或部分燃烧的汽油造成的排放增加。相比之下，大型发动机且特别是汽车发动机（也要遵守EPA和CARB的排放规定）被设计为以化学计量的空气与燃料比率运行以帮助这些发动机达到其排放标准。
鼓风机系统400被配置为提供空气以冷却发动机10。鼓风机系统400包括风扇401和鼓风机壳体402。风扇401被配置为在发动机10的运行期间从发动机10周围的环境中抽取空气。鼓风机壳体将冷却空气引向发动机组上方以冷却发动机10，从而形成空气冷却的发动机。这与液体冷却发动机（例如，带有用于冷却发动机的散热器和液体冷却剂循环系统的汽车发动机）形成鲜明对比。在一些实施方案中，鼓风机系统400包括一个或多个风扇401。在一些实施方案中，鼓风机系统400包括用于每个发动机汽缸101的风扇401。在一些实施方案中，风扇401是电风扇。在其他实施方案中，风扇401由发动机10驱动。
小型空气冷却式内燃发动机10进一步包括排气系统500，该排气系统被配置为将发动机10产生的排气引离小型空气冷却式内燃发动机10。每个汽缸101包括排气口103，燃烧产生的排气通过该排气口离开汽缸101的燃烧腔室。从排气口103排出的排气流经排气通道104，通过排气歧管105，进入排气系统500和消声器510（如果存在）。消声器可以包括共振腔室（resonator chamber）或其他声音消减结构以降低发动机产生的噪音水平。在单缸发动机上，排气歧管105可以包括单流道。在多缸发动机上，可以在排气歧管105中形成汽缸的排气通道104，该排气歧管105将汽缸101的排气口103连接到排气系统500以使来自每个汽缸101的排气流组合成单个排气流106提供给排气系统500。催化转换器501设置在排气系统500内，从而排气流过催化转换器501来减少通过消声器510或通过远离发动机10延伸的排气管离开发动机10的排气的排放。催化转换器501可以设置在消声器510（如果存在）的上游。催化转换器501包括催化剂，催化剂被配置为在氧化和还原反应中与排气发生反应并产生清洁的排气。在一些实施方案中，催化转换器501被设置在排气通道104中和消声器510（如果存在）的上游，从而排气在进入消声器510之前或在离开排气管到大气中之前得清洁。在一些实施方案中，催化转换器501被设置为接收排气并且可以将排气直接向外排放进入环境（例如，不进入消声器）。在一些例子中，催化转换器501包括被配置为与可拆卸消声器510连接的适配器。在一些实施方案中，催化转换器501被设置在消声器510中在共振腔室或其他声音消减结构之前或上游。在一些实施方案中，催化转换器501被设置在共振腔室或其他声音消减结构中。在另一些实施方案中，催化转换器501被设置在消声器501中在共振腔室或其他声音消减结构之后或下游。在一些实施方案中，催化转换器501被配置来加装到现有的发动机（例如发动机10）上，而不需要重新设计现有的发动机。
参照图4，示出了包括两个汽缸的小型空气冷却式内燃发动机10的示例性实施方案。发动机10包括一对汽缸101，每个汽缸101都包括活塞102和排气口103，用于燃烧产生的排气离开汽缸101。排气在排气口103处离开汽缸101，通过排气通道104流入排气歧管105。排气歧管105将每个排气通道104连结成单一的排气通道106。在多缸发动机的一些实施方案中，催化转换器501被设置在每个排气通道104中，从而发动机的每个汽缸都有一个催化转换器使用。在其他实施方案中，单个催化转换器501被设置在排气歧管105中在排气通道104汇合成单个出口通道106之后的位置，使得在向消声器510（如果存在）提供组合排气流之前对排气进行处理。
参照图5，催化转换器501包括基底502，在基底502上设置有钌贵金属503。基底502可以是具有蜂窝状结构（例如方形、六边形、三角形等）的陶瓷或金属整体以增加基底502的表面积。催化转换器501可进一步包括设置在基底502上的载体涂层，其被配置为创造粗糙的表面并进一步增加基底502的表面积。排气从汽缸101流入排气系统500，并通过催化转换器501。脏排气流经基底502和钌催化剂503。当脏排气流经钌催化剂503时，排气发生还原和氧化反应。钌催化剂503与脏排气相互作用，催化还原和氧化反应。从催化剂503和基底502流出的所得排气是清洁排气。例如，脏排气可以包括一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、碳氢化合物（HC）、氧气（O2）和氢气（H2）。在脏排气与钌催化剂503反应并减少排放和污染物后，清洁排气可以包括二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和水（H2O）。然后，排气从催化转换器501流出并进入消声器510或通过排气管从发动机10向外流出。
在一些实施方案中，催化剂503包括按质量计至少35%的钌的贵金属负载（即催化剂中仅包括贵金属的部分）。可以将催化剂设计为使钌构成贵金属负载的主要元素。就本申请而言，主要元素是指在催化剂内构成或并列构成按重量计最大百分比的贵金属负载的元素。例如，在具有35%的钌和不超过35%的其他任何单个元素的催化剂503中，钌将被视为主要元素。同样地，在具有50%的钌和50%的另一种单个元素的催化剂503中，钌仍被视为主要元素之一。在一些实施方案中，催化剂503包含按质量计50%-100%的钌的贵金属负载。钌催化剂非常适用于被设计为以富余的空气与燃料比率运行的小型空气冷却发动机。钌可能会在稀薄的空气与燃料比率的情况下与气体发生反应，导致钌从催化转换器中流失。然而，在小型空气冷却发动机内这种比率并不常见，这使得钌在富余条件下正常运行时保持稳定。汽车发动机通常被设计成以化学计量的空气与燃料比率运行，这需要氧传感器来控制空气-燃料混合装置以产生化学计量的空气与燃料比率。将发动机设计成以化学计量的空气与燃料比率来运行必然导致发动机燃烧稀薄的空气与燃料混合物的情况，使得钌不适合和不利于在正常的汽车发动机内使用。由于钌在暴露于由稀薄的空气与燃料比率产生的排气中时可能会与过量的氧气发生反应，因此，钌不太适合用于大型汽车发动机的催化转换器，这些发动机的性质决定了它们会经常在稀薄的空气与燃料比率下运行。钌的质量损失意味着催化转换器将失去效力和/或者相对比其他更适合稀薄的运行条件的催化剂材料需要更频繁的更换。因此，钌在过往的使用中未被证明是商业上有效的。
典型的三元催化转换器在发动机运行到接近化学计量的空气与燃料比率时能最有效地减少排放，而这在小型空气冷却发动机（例如发动机10）中可能并不总是发生。由于许多小型发动机在低于化学计量的空气与燃料比率的情况下运行（即在富余条件下），典型的三元催化转换器可能无法提供最佳的排放处理并可能被证明是较高成本的选择。然而，带有基于钌的催化剂的催化转换器将使小型发动机在对发动机进行最少的重新设计的情况下减少排气排放。为了使用TWC，小型发动机将需要氧传感器和相关的控制器来控制空气-燃料比率以确保化学计量的条件。重新设计小型发动机（例如发动机10）以在化学计量条件下运行将增加满足更严格的排放标准所需的工程和制造成本，并且可能仍被证明在处理排放方面不如所述的催化转换器501有效。
参照图5-8，使用基于钯、铂和铑的催化剂的典型三元催化转化器（TWC）和包括基于钌的催化剂的催化转化器来使用模拟排气进行台架试验。台架试验是通过在模拟节气门全开（WOT）条件下运行发动机进行的，并在每个催化转换器的进口和出口处测量碳氢化合物（例如乙烯）（HC）、氮氧化物（NOx）和氨气（NH3）的浓度。
参照图6，示出了在一系列测量点上测量在典型的三元催化转换器（TWC）的进口和出口处的氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（例如乙烯）（HC）的浓度的排气排放图。如图所示，TWC将从进口到出口的排气的NOx浓度降低99%，排气的乙烯浓度降低90%。
参照图7，示出了在一系列测量点上测量在基于钌（Ru）的催化转换器的进口和出口处的氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（例如乙烯）（HC）的浓度的排气排放图。在测试的运行条件下，基于钌的催化转换器将从进口到出口的排气的NO浓度降低99%，排气的乙烯浓度降低75%。
参照图8，示出了在一系列测量点上测量在标准三元催化转换器（TWC）的出口处的氨气（NH3）的浓度的排气排放图。氨气是燃料排气和TWC内的催化剂之间发生的反应的产物。如图所示，TWC产生显著浓度的最好能够避免的氨气。
参照图9，示出了在一系列测量点上测量在基于钌（Ru）的催化转换器的出口处的氨气（NH3）的浓度的排气排放图。如图所示，在基于钌（Ru）的催化转换器的出口处测量的氨气（NH3）浓度比在TWC的出口处测量的氨气（NH3）浓度（如图8所示）低得多。钌和发动机排气之间的反应产生的氨气浓度明显较低。降低氨气的排放浓度同样可以减少与氨气和氨基化合物有关的令人不快的气味。
也可以使用几种类型的基于钌的催化剂503来减少排放，并显著降低传统催化转换器的成本。例如，在一项实施方案中，催化剂503完全由钌形成。完全由钌形成的催化剂可以使碳氢化合物排放减少至少约百分之二十五。在一些例子中，全钌催化剂可以使碳氢化合物排放减少至少约百分之三十五或更多。同样地，全钌催化剂可以使NOx排放减少至少约百分之五十或更多。在一些例子中，全钌催化剂可以使NOx排放减少至少约百分之七十五。如图10所示，全钌催化剂503在各种富余的运行条件下能够使NOx排放减少至少约百分之九十。同样地，全钌催化剂能够使碳氢化合物排放减少约百分之二十至百分之四十，这取决于运行条件。更富余的运行条件会留下更多未反应的汽油，从而降低碳氢化合物的转化效率。总的来说，如图11所示，与没有本文所述的催化转换器501的小型发动机相比，使用全钌催化剂503能够将总的碳氢化合物和NOx排放减少百分之六十一。虽然全钌催化剂通常被认为不适合用于汽车和其他大型发动机系统，但据观察，在小型发动机较富余的运行条件下使用全钌催化剂可以显著减少排放，同时还可以避免过热的运行或排气条件。一般来说，即使在催化转换器内发生放热反应，仍然可以实现发动机的温度稳定。
在其他例子中，还可以使用其他主要是钌的催化剂503。例如，在一项实施方案中，可以使用由按重量计50%的钌和按重量计50%的铂组成的催化剂503。还发现了具有这种成分的催化剂在处理小型发动机的排气方面是有效的，能够将碳氢化合物和NOx排放大大减少（例如，百分之二十五或更多）。在另一个例子中，使用了由按重量计40%的钌、按重量计40%的铂和按重量计20%的铱形成的催化剂501。钌仍然是贵金属负载的主要元素，因为没有其他单个元素的重量百分比大于钌。再次发现了这种配方能显著减少排放，减少至少约百分之二十五的碳氢化合物和减少至少约百分之五十的NOx排放。
各种示例性实施方案中所示的装置、系统和方法的结构和配置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施方案，但可以进行许多修改（例如，各种元素的尺寸、规格、结构、形状和比例、参数值、安装配置、材料的使用、颜色、方向等的改变）。例如，除非明确地说明不同，否则可以将一些显示为整体形成的元素构造为多个部件或元素，可以颠倒或以其他方式改变元素的位置，可以改变或变化离散元素或位置的性质或数量。因此，所有这些修改都旨在被包含在本公开的范围内。可以根据替代性实施方案对任何过程或方法步骤的顺序或次序进行改变或重新排序。在不偏离本公开的范围的情况下，可以对示范性实施方案的设计、操作条件和配置进行其他的替换、修改、改变和省略。
Claims (28)
1.一种小型空气冷却式内燃发动机，其包含：
包括汽缸的发动机组；
所述汽缸内的活塞；
被配置为由所述活塞驱动的曲轴；
包括风扇的鼓风机系统，所述风扇被配置为将空气引向所述发动机组上方；
空气-燃料混合装置，其用于向所述汽缸提供空气-燃料混合物以用于燃烧；以及
用于从所述汽缸中移除排气的排气系统，所述排气系统包含：
- 排气口，其形成在所述汽缸中以在燃烧后使得排气离开所述汽缸；以及
- 催化转换器，其与所述排气口流体地连接并被配置为接收来自所述排气口的排气，所述催化转换器包括催化剂，其中所述催化剂包含按质量计以钌为主要元素的贵金属负载。
2.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计至少40%的钌的贵金属负载。
3.根据权利要求2所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计至少50%的钌的贵金属负载。
4.根据权利要求3所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约50%的钌和按质量计约50%的铂的贵金属负载。
5.根据权利要求2所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约40%的铂的贵金属负载。
6.根据权利要求5所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约20%的铱的贵金属负载。
7.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述燃料系统被配置为以低于化学计量比率的空气与燃料比率向所述汽缸提供空气-燃料混合物。
8.根据权利要求4所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述发动机在稳定状态运行时在14.7的空气与燃料比率以下运行。
9.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中在运行中，所述发动机产生40马力或以下的总功率输出。
10.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述空气-燃料混合装置包含用于提供燃料以产生所述空气-燃料混合物的电子燃料喷射器。
11.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化转换器被配置为将暴露于所述催化剂的排气内的氮氧化物的浓度降低至少90%。
12.根据权利要求1所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化转换器被配置为将暴露于所述催化剂的排气内的碳氢化合物的浓度降低至少20%。
13.一种小型空气冷却式内燃发动机，其包含：
包括汽缸的发动机组，其中发动机排量为1000 cc或以下；
所述汽缸内的活塞；
被配置为由所述活塞驱动的曲轴；
包括风扇的鼓风机系统，其中所述风扇被配置为将空气引向所述发动机组上方；
空气-燃料混合装置，其用于向所述汽缸提供空气-燃料混合物以用于燃烧；以及
用于从所述汽缸中移除排气的排气系统，所述排气系统包含：
- 排气口，其形成在所述汽缸中以在燃烧后使得排气离开所述汽缸；以及
- 催化转换器，其与所述排气口流体地连接并被配置为接收来自所述排气口的排气，所述催化转换器包括催化剂，其中所述催化剂包含按质量计至少40%的钌的贵金属负载。
14.根据权利要求13所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计至少50%的钌的贵金属负载。
15.根据权利要求13所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计以钌为主要元素的贵金属负载。
16.根据权利要求13所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约50%的钌和按质量计约50%的铂的贵金属负载。
17.根据权利要求13所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约40%的铂的贵金属负载。
18.根据权利要求17所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化剂包含按质量计约20%的铱的贵金属负载。
19.根据权利要求13所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化转换器被配置为在发动机全负载下将暴露于所述催化剂的排气中的碳氢化合物的浓度降低至少20%。
20.根据权利要求19所述的小型空气冷却式内燃发动机，其中所述催化转换器被配置为在发动机全负载下将暴露于所述催化剂的排气中的氮氧化物的浓度降低至少90%。
21.一种用于排量为一千立方厘米或以下的小型空气冷却式内燃发动机的催化转换器，所述催化转换器包含：
进口；
与所述进口流体地连接的腔室，所述腔室支撑具有放置在其上的催化剂的基底，其中所述催化剂包含按质量计以钌为主要元素的贵金属负载；以及
出口，其与所述腔室流体地连接并被配置为将气体从所述腔体向外引出。
22.根据权利要求21所述的催化转换器，其中所述催化剂包含按质量计至少40%的钌的贵金属负载。
23.根据权利要求22所述的催化转换器，其中所述催化剂包含按质量计至少50%的钌的贵金属负载。
24.根据权利要求23所述的催化转换器，其中所述催化剂包含按质量计约50%的钌和按质量计约50%的铂的贵金属负载。
25.根据权利要求22所述的催化转换器，其中所述催化剂包含按质量计约40%的铂的贵金属负载。
26.根据权利要求25所述的催化转换器，其中所述催化剂包含按质量计约20%的铱的贵金属负载。
27.根据权利要求21所述的催化转换器，其中所述催化转换器被配置为当排气从所述进口通向所述出口时，将暴露于所述催化剂的排气中的氮氧化物的浓度降低至少90%。
28.根据权利要求21所述的催化转化器，其中所述催化转换器被配置为当排气从所述进口通向所述出口时，将暴露于所述催化剂的排气中的碳氢化合物的浓度降低至少20%。
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